JP2003110160A - 強誘電体素子およびそれを用いたアクチュエータ、インクジェットヘッドならびにインクジェット記録装置 - Google Patents
強誘電体素子およびそれを用いたアクチュエータ、インクジェットヘッドならびにインクジェット記録装置Info
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- JP2003110160A JP2003110160A JP2001306140A JP2001306140A JP2003110160A JP 2003110160 A JP2003110160 A JP 2003110160A JP 2001306140 A JP2001306140 A JP 2001306140A JP 2001306140 A JP2001306140 A JP 2001306140A JP 2003110160 A JP2003110160 A JP 2003110160A
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- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
- B41J2/135—Nozzles
- B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
- B41J2002/1425—Embedded thin film piezoelectric element
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 外部環境の影響を確実に遮断でき、強誘電体
膜に対する保護膜の変位拘束を緩和することのできる強
誘電体素子を得る。 【解決手段】 共通電極１１と、共通電極１１上に形成
された強誘電体膜１０と、強誘電体膜１０上に形成され
た個別電極３と、個別電極３と同一平面上に形成されて
個別電極３への給電を行うリード１５と、強誘電体膜１
０および個別電極３の露出部全体を覆い、さらにリード
１５を覆う保護膜１６とを有する構成とする。そして、
保護膜１６は強誘電体膜１０よりもヤング率の小さい、
たとえば強誘電体膜１０のヤング率の１／２０以下の物
質で構成する。
膜に対する保護膜の変位拘束を緩和することのできる強
誘電体素子を得る。 【解決手段】 共通電極１１と、共通電極１１上に形成
された強誘電体膜１０と、強誘電体膜１０上に形成され
た個別電極３と、個別電極３と同一平面上に形成されて
個別電極３への給電を行うリード１５と、強誘電体膜１
０および個別電極３の露出部全体を覆い、さらにリード
１５を覆う保護膜１６とを有する構成とする。そして、
保護膜１６は強誘電体膜１０よりもヤング率の小さい、
たとえば強誘電体膜１０のヤング率の１／２０以下の物
質で構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体素子およ
びそれを用いたアクチュエータ、インクジェットヘッド
ならびにインクジェット記録装置に関する。
びそれを用いたアクチュエータ、インクジェットヘッド
ならびにインクジェット記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】インクジェット式記録装置のインクジェ
ットヘッドは、インク液を収容する圧力室を持つ圧力室
部品と、この圧力室からインク滴を吐出させるためのア
クチュエータ部である強誘電体素子とを備えている。強
誘電体素子には、強誘電体膜と、この強誘電体膜に電圧
を印加して収縮及び伸張させる個別電極及び共通電極と
を備えており、強誘電体膜の圧電効果により変位する振
動板により、インク滴を圧力室のノズル孔から吐出させ
るように構成されている。
ットヘッドは、インク液を収容する圧力室を持つ圧力室
部品と、この圧力室からインク滴を吐出させるためのア
クチュエータ部である強誘電体素子とを備えている。強
誘電体素子には、強誘電体膜と、この強誘電体膜に電圧
を印加して収縮及び伸張させる個別電極及び共通電極と
を備えており、強誘電体膜の圧電効果により変位する振
動板により、インク滴を圧力室のノズル孔から吐出させ
るように構成されている。
【０００３】ここで、強誘電体素子においては、上部電
極を含む強誘電体膜がむき出しになっていたために、湿
度などの外部環境の影響を受けやすくなる。すると、内
部に結晶構造欠陥などが存在したならば、そのような欠
陥部を起点にいわゆる水パスが発生し、素子の耐電圧特
性が劣化して耐圧破壊する場合がある。
極を含む強誘電体膜がむき出しになっていたために、湿
度などの外部環境の影響を受けやすくなる。すると、内
部に結晶構造欠陥などが存在したならば、そのような欠
陥部を起点にいわゆる水パスが発生し、素子の耐電圧特
性が劣化して耐圧破壊する場合がある。
【０００４】このような問題を解消するために、たとえ
ば特開平６−１１２５４５号公報、あるいは特開平２−
２４０９７６号公報に記載の技術が提案されている。
ば特開平６−１１２５４５号公報、あるいは特開平２−
２４０９７６号公報に記載の技術が提案されている。
【０００５】ここで、特開平６−１１２５４５号公報に
は、圧電セラミック層と内部電極とを交互に積層した機
能層の上面全体および下面全体を圧電セラミック製もし
くは絶縁体層の保護層で覆う技術が開示されている。
は、圧電セラミック層と内部電極とを交互に積層した機
能層の上面全体および下面全体を圧電セラミック製もし
くは絶縁体層の保護層で覆う技術が開示されている。
【０００６】また、特開平２−２４０９７６号公報に
は、積層型圧電アクチュエータの少なくとも両側に形成
された石油ワックスを備えることにより、水分の浸入や
透過、および高湿度環境下での長時間使用時の内部電極
間の絶縁抵抗の低下を防止する技術が開示されている。
は、積層型圧電アクチュエータの少なくとも両側に形成
された石油ワックスを備えることにより、水分の浸入や
透過、および高湿度環境下での長時間使用時の内部電極
間の絶縁抵抗の低下を防止する技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】特開平６−１１２５４
５号公報に記載の技術は側面はむき出しのままなので、
また特開平２−２４０９７６号公報に記載の技術では上
面がむき出しのままなので、外部環境の影響を側面ある
いは上面から受け、前述した問題が発生するおそれがあ
る。
５号公報に記載の技術は側面はむき出しのままなので、
また特開平２−２４０９７６号公報に記載の技術では上
面がむき出しのままなので、外部環境の影響を側面ある
いは上面から受け、前述した問題が発生するおそれがあ
る。
【０００８】また、特開平６−１１２５４５号公報に記
載の技術は、横歪みを利用して縦方向変位を出力する圧
電アクチュエータにおいて、機能層で発生する電極に対
して平行な方向の横歪みを発生しないように形成してい
るが、バルクの圧電セラミックで構成されているために
変位量が大きいので、圧電セラミック層の変位を拘束す
るように作用する保護膜による影響が比較的小さい。し
かしながら、機能層である強誘電体膜の膜厚が薄くなっ
て変位量が小さくなると、強誘電体膜上に保護膜を形成
することで変位が拘束されて所期の素子特性が得られな
くなる場合がある。そして、このような保護膜による強
誘電体膜の変位拘束の問題は、特開平２−２４０９７６
号公報に記載の技術においても、同じように発生する。
載の技術は、横歪みを利用して縦方向変位を出力する圧
電アクチュエータにおいて、機能層で発生する電極に対
して平行な方向の横歪みを発生しないように形成してい
るが、バルクの圧電セラミックで構成されているために
変位量が大きいので、圧電セラミック層の変位を拘束す
るように作用する保護膜による影響が比較的小さい。し
かしながら、機能層である強誘電体膜の膜厚が薄くなっ
て変位量が小さくなると、強誘電体膜上に保護膜を形成
することで変位が拘束されて所期の素子特性が得られな
くなる場合がある。そして、このような保護膜による強
誘電体膜の変位拘束の問題は、特開平２−２４０９７６
号公報に記載の技術においても、同じように発生する。
【０００９】そこで、本発明は、外部環境の影響を確実
に遮断することのできる強誘電体素子に関する技術を提
供することを目的とする。
に遮断することのできる強誘電体素子に関する技術を提
供することを目的とする。
【００１０】また、本発明は、強誘電体膜に対する保護
膜の変位拘束を緩和することのできる強誘電体素子に関
する技術を提供することを目的とする。
膜の変位拘束を緩和することのできる強誘電体素子に関
する技術を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の強誘電体素子は、第１の電極と、第１の電
極上に形成された強誘電体膜と、強誘電体膜上に形成さ
れた第２の電極と、第２の電極と同一平面上に形成さ
れ、第２の電極への給電を行うリードと、強誘電体膜お
よび第２の電極の露出部全体を覆い、且つリードの少な
くとも一部を覆う保護膜とを有する構成としたものであ
る。
に、本発明の強誘電体素子は、第１の電極と、第１の電
極上に形成された強誘電体膜と、強誘電体膜上に形成さ
れた第２の電極と、第２の電極と同一平面上に形成さ
れ、第２の電極への給電を行うリードと、強誘電体膜お
よび第２の電極の露出部全体を覆い、且つリードの少な
くとも一部を覆う保護膜とを有する構成としたものであ
る。
【００１２】これにより、強誘電体素子は保護膜で完全
に被覆されてしまうので、外部環境の影響を確実に遮断
することが可能になる。
に被覆されてしまうので、外部環境の影響を確実に遮断
することが可能になる。
【００１３】また、この課題を解決するために、本発明
の強誘電体素子は、前述した発明において、保護膜は強
誘電体膜よりもヤング率の小さい、たとえば強誘電体膜
のヤング率の１／２０以下の物質で構成されているもの
である。
の強誘電体素子は、前述した発明において、保護膜は強
誘電体膜よりもヤング率の小さい、たとえば強誘電体膜
のヤング率の１／２０以下の物質で構成されているもの
である。
【００１４】これにより、保護膜が強誘電体膜の変位に
追従して撓むようになるので、強誘電体膜に対する保護
膜の変位拘束を緩和することが可能になる。
追従して撓むようになるので、強誘電体膜に対する保護
膜の変位拘束を緩和することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、第１の電極と、第１の電極上に形成された強誘電体
膜と、強誘電体膜上に形成された第２の電極と、第２の
電極と同一平面上に形成され、第２の電極への給電を行
うリードと、強誘電体膜および第２の電極の露出部全体
を覆い、且つリードの少なくとも一部を覆う保護膜とを
有する強誘電体素子であり、強誘電体素子は保護膜で完
全に被覆されてしまうので、外部環境の影響を確実に遮
断することが可能になるという作用を有する。
は、第１の電極と、第１の電極上に形成された強誘電体
膜と、強誘電体膜上に形成された第２の電極と、第２の
電極と同一平面上に形成され、第２の電極への給電を行
うリードと、強誘電体膜および第２の電極の露出部全体
を覆い、且つリードの少なくとも一部を覆う保護膜とを
有する強誘電体素子であり、強誘電体素子は保護膜で完
全に被覆されてしまうので、外部環境の影響を確実に遮
断することが可能になるという作用を有する。
【００１６】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１記載の発明において、保護膜は強誘電体膜よりもヤン
グ率の低い物質で構成されている強誘電体素子であり、
保護膜が強誘電体膜の変位に追従して撓むようになるの
で、強誘電体膜に対する保護膜の変位拘束を緩和するこ
とが可能になるという作用を有する。
１記載の発明において、保護膜は強誘電体膜よりもヤン
グ率の低い物質で構成されている強誘電体素子であり、
保護膜が強誘電体膜の変位に追従して撓むようになるの
で、強誘電体膜に対する保護膜の変位拘束を緩和するこ
とが可能になるという作用を有する。
【００１７】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
２記載の発明において、保護膜は、ポリイミド、ナイロ
ン、ポリエチレン、天然ゴムおよびシリコーンの少なく
とも何れかを含む物質で構成されている強誘電体素子で
あり、保護膜が強誘電体膜の変位に追従して撓むように
なるので、強誘電体膜に対する保護膜の変位拘束を緩和
することが可能になるという作用を有する。
２記載の発明において、保護膜は、ポリイミド、ナイロ
ン、ポリエチレン、天然ゴムおよびシリコーンの少なく
とも何れかを含む物質で構成されている強誘電体素子で
あり、保護膜が強誘電体膜の変位に追従して撓むように
なるので、強誘電体膜に対する保護膜の変位拘束を緩和
することが可能になるという作用を有する。
【００１８】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
２記載の発明において、保護膜は強誘電体膜のヤング率
の１／２０以下の物質で構成されている強誘電体素子で
あり、保護膜が強誘電体膜の変位に追従して撓むように
なるので、強誘電体膜に対する保護膜の変位拘束を緩和
することが可能になるという作用を有する。
２記載の発明において、保護膜は強誘電体膜のヤング率
の１／２０以下の物質で構成されている強誘電体素子で
あり、保護膜が強誘電体膜の変位に追従して撓むように
なるので、強誘電体膜に対する保護膜の変位拘束を緩和
することが可能になるという作用を有する。
【００１９】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１〜４の何れか一項に記載の発明において、第２の電極
およびリードの存在しない部位では、保護膜は陥没形成
されている強誘電体素子であり、強誘電体膜の両端に位
置する保護膜の陥没箇所が撓みやすくなるので、強誘電
体膜に対する保護膜の変位拘束をより一層緩和すること
が可能になるという作用を有する。
１〜４の何れか一項に記載の発明において、第２の電極
およびリードの存在しない部位では、保護膜は陥没形成
されている強誘電体素子であり、強誘電体膜の両端に位
置する保護膜の陥没箇所が撓みやすくなるので、強誘電
体膜に対する保護膜の変位拘束をより一層緩和すること
が可能になるという作用を有する。
【００２０】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
１〜５の何れか一項に記載の強誘電体素子が用いられて
いるアクチュエータであり、安定した変位動作を行うこ
とが可能になるという作用を有する。
１〜５の何れか一項に記載の強誘電体素子が用いられて
いるアクチュエータであり、安定した変位動作を行うこ
とが可能になるという作用を有する。
【００２１】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
６記載のアクチュエータと、インク液が収容され、アク
チュエータの変位が作用する複数の圧力室とを備えたイ
ンクジェットヘッドであり、安定したインク吐出を行う
ことが可能になるという作用を有する。
６記載のアクチュエータと、インク液が収容され、アク
チュエータの変位が作用する複数の圧力室とを備えたイ
ンクジェットヘッドであり、安定したインク吐出を行う
ことが可能になるという作用を有する。
【００２２】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
７記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット
記録装置であり、安定したインク吐出による高品質な印
字を行うことが可能になるという作用を有する。
７記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット
記録装置であり、安定したインク吐出による高品質な印
字を行うことが可能になるという作用を有する。
【００２３】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図８を用いて説明する。なお、これらの図面におい
て同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複
した説明は省略されている。
から図８を用いて説明する。なお、これらの図面におい
て同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複
した説明は省略されている。
【００２４】図１は本発明の一実施の形態である強誘電
体素子が用いられたインクジェット式記録装置の全体概
略構成を示す斜視図、図２は図１のインクジェット式記
録装置におけるインクジェットヘッドの全体構成を示す
断面図、図３は図２の要部を示す斜視図、図４は図２の
アクチュエータ部の要部の一例を示す平面図、図５、図
６は図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ部の
構成の一例を示す断面図、図７は本発明の一実施の形態
である強誘電体素子をアクチュエータとして用いた場合
における保護膜と変位量との関係を示すグラフ、図８は
図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ部の構成
の他の一例を示す断面図である。
体素子が用いられたインクジェット式記録装置の全体概
略構成を示す斜視図、図２は図１のインクジェット式記
録装置におけるインクジェットヘッドの全体構成を示す
断面図、図３は図２の要部を示す斜視図、図４は図２の
アクチュエータ部の要部の一例を示す平面図、図５、図
６は図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ部の
構成の一例を示す断面図、図７は本発明の一実施の形態
である強誘電体素子をアクチュエータとして用いた場合
における保護膜と変位量との関係を示すグラフ、図８は
図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ部の構成
の他の一例を示す断面図である。
【００２５】図１に示すインクジェット式記録装置４０
は、強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行う本発
明のインクジェットヘッド４１を備え、このインクジェ
ットヘッド４１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体
４２に着弾させて、記録媒体４２に記録を行うものであ
る。インクジェットヘッド４１は、主走査方向Ｘに配置
したキャリッジ軸４３に設けられたキャリッジ４４に搭
載されていて、キャリッジ４４がキャリッジ軸４３に沿
って往復動するのに応じて、主走査方向Ｘに往復動す
る。さらに、インクジェット式記録装置４０は、記録媒
体４２をインクジェットヘッド４１の幅方向（すなわ
ち、主走査方向Ｘ）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動
させる複数個のローラ（移動手段）４５を備える。
は、強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行う本発
明のインクジェットヘッド４１を備え、このインクジェ
ットヘッド４１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体
４２に着弾させて、記録媒体４２に記録を行うものであ
る。インクジェットヘッド４１は、主走査方向Ｘに配置
したキャリッジ軸４３に設けられたキャリッジ４４に搭
載されていて、キャリッジ４４がキャリッジ軸４３に沿
って往復動するのに応じて、主走査方向Ｘに往復動す
る。さらに、インクジェット式記録装置４０は、記録媒
体４２をインクジェットヘッド４１の幅方向（すなわ
ち、主走査方向Ｘ）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動
させる複数個のローラ（移動手段）４５を備える。
【００２６】図２は本発明の実施の形態のインクジェッ
トヘッド４１の全体構成を示し、図３はその要部の構成
を示す。図２および図３において、Ａは圧力室部品であ
って、圧力室用開口部１が形成される。Ｂは圧力室用開
口部１の上端開口面を覆うように配置されるアクチュエ
ータ部、Ｃは圧力室用開口部１の下端開口面を覆うよう
に配置されるインク液流路部品である。圧力室部品Ａの
圧力室用開口部１は、その上下に位置するアクチュエー
タ部Ｂおよびインク液流路部品Ｃにより区画されて圧力
室２となる。アクチュエータ部Ｂには、圧力室２の上方
に位置する個別電極（第２の電極）３が配置されてい
る。これ等圧力室２および個別電極３は、図２から判る
ように、千鳥状に多数配列されている。インク液流路部
品Ｃには、インク液供給方向に並ぶ圧力室２間で共用す
る共通液室５と、この共通液室５を圧力室２に連通する
供給口６と、圧力室２内のインク液が流出するインク流
路７とが形成される。Ｄはノズル板であって、インク流
路７に連通するノズル孔８が形成されている。また、図
２において、ＥはＩＣチップであって、ボンディングワ
イヤーＢＷを介して多数の個別電極３に対して電圧を供
給する。
トヘッド４１の全体構成を示し、図３はその要部の構成
を示す。図２および図３において、Ａは圧力室部品であ
って、圧力室用開口部１が形成される。Ｂは圧力室用開
口部１の上端開口面を覆うように配置されるアクチュエ
ータ部、Ｃは圧力室用開口部１の下端開口面を覆うよう
に配置されるインク液流路部品である。圧力室部品Ａの
圧力室用開口部１は、その上下に位置するアクチュエー
タ部Ｂおよびインク液流路部品Ｃにより区画されて圧力
室２となる。アクチュエータ部Ｂには、圧力室２の上方
に位置する個別電極（第２の電極）３が配置されてい
る。これ等圧力室２および個別電極３は、図２から判る
ように、千鳥状に多数配列されている。インク液流路部
品Ｃには、インク液供給方向に並ぶ圧力室２間で共用す
る共通液室５と、この共通液室５を圧力室２に連通する
供給口６と、圧力室２内のインク液が流出するインク流
路７とが形成される。Ｄはノズル板であって、インク流
路７に連通するノズル孔８が形成されている。また、図
２において、ＥはＩＣチップであって、ボンディングワ
イヤーＢＷを介して多数の個別電極３に対して電圧を供
給する。
【００２７】次に、アクチュエータ部Ｂの構成を図４、
図５に基づいて説明する。
図５に基づいて説明する。
【００２８】図４は図２に示したインクジェットヘッド
のアクチュエータ部の一部の素子平面図であある。ま
た、図５のアクチュエータ部Ｂは、図２に示したインク
液供給方向とは直交する方向の断面図であり、図４で示
したＥ、Ｅ’部分の断面を示す。同図では、直交方向に
並ぶ圧力室２を持つ圧力室部品Ａが参照的に描かれてい
る。
のアクチュエータ部の一部の素子平面図であある。ま
た、図５のアクチュエータ部Ｂは、図２に示したインク
液供給方向とは直交する方向の断面図であり、図４で示
したＥ、Ｅ’部分の断面を示す。同図では、直交方向に
並ぶ圧力室２を持つ圧力室部品Ａが参照的に描かれてい
る。
【００２９】このアクチュエータ部Ｂは、各圧力室２の
上方に位置する個別電極３、この個別電極３の直下に位
置する強誘電体膜１０、強誘電体膜１０の直下に位置す
る共通電極（第１の電極）１１、共通電極１１の直下に
位置し、強誘電体膜１０の圧電効果により変位して振動
する振動板１２とを有する。振動板１２は、導電性物質
で形成されている。さらに、アクチュエータ部Ｂは、各
圧力室２の相互を区画する区画壁２ａの上方に位置する
縦壁１３を持つ。なお、同図中、１４は圧力室部品Ａと
アクチュエータ部Ｂとを接着する接着剤である。各縦壁
１３は、接着剤１４を用いた接着時に、一部の接着剤１
４が区画壁２ａの外方にはみ出した場合にも、この接着
剤１４が振動板１２に付着せず、振動板１２が所期通り
の変位、振動を起こすように、圧力室２の上面と振動板
１２の下面との距離を拡げる役割を持つ。但し、振動板
１２と共通電極１１は一体となっていてもよい。
上方に位置する個別電極３、この個別電極３の直下に位
置する強誘電体膜１０、強誘電体膜１０の直下に位置す
る共通電極（第１の電極）１１、共通電極１１の直下に
位置し、強誘電体膜１０の圧電効果により変位して振動
する振動板１２とを有する。振動板１２は、導電性物質
で形成されている。さらに、アクチュエータ部Ｂは、各
圧力室２の相互を区画する区画壁２ａの上方に位置する
縦壁１３を持つ。なお、同図中、１４は圧力室部品Ａと
アクチュエータ部Ｂとを接着する接着剤である。各縦壁
１３は、接着剤１４を用いた接着時に、一部の接着剤１
４が区画壁２ａの外方にはみ出した場合にも、この接着
剤１４が振動板１２に付着せず、振動板１２が所期通り
の変位、振動を起こすように、圧力室２の上面と振動板
１２の下面との距離を拡げる役割を持つ。但し、振動板
１２と共通電極１１は一体となっていてもよい。
【００３０】なお、本実施の形態において、個別電極３
は例えばＰｔ（白金）で、強誘電体膜１０は例えばチタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で、共通電極１１は例えば
Ｃｕ（銅）で、振動板１２は例えばＣｒ（クロム）で、
形成されている。また、個別電極３は例えば厚さ０．１
〜０．５μｍに、強誘電体膜１０は例えば厚さ３〜５μ
ｍに、共通電極１１は例えば厚さ０．１〜６μｍに、振
動板１２は例えば厚さ２〜４μｍに、各々成膜されてい
る。
は例えばＰｔ（白金）で、強誘電体膜１０は例えばチタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で、共通電極１１は例えば
Ｃｕ（銅）で、振動板１２は例えばＣｒ（クロム）で、
形成されている。また、個別電極３は例えば厚さ０．１
〜０．５μｍに、強誘電体膜１０は例えば厚さ３〜５μ
ｍに、共通電極１１は例えば厚さ０．１〜６μｍに、振
動板１２は例えば厚さ２〜４μｍに、各々成膜されてい
る。
【００３１】なお、上記実施の形態においては、振動板
に導電性物質のＣｒ（クロム）を例に記載したが、振動
板は酸化物薄膜等の非導電性物質を用いてもかまわな
い。更に、上記実施の形態では共通電極と振動板を別々
に設けるようにしたが、共通電極と振動板が兼用されて
いてもかまわない。
に導電性物質のＣｒ（クロム）を例に記載したが、振動
板は酸化物薄膜等の非導電性物質を用いてもかまわな
い。更に、上記実施の形態では共通電極と振動板を別々
に設けるようにしたが、共通電極と振動板が兼用されて
いてもかまわない。
【００３２】なお、上記個別電極３、強誘電体膜１０、
共通電極１１及び振動板１２の形成方法は、公知の各種
の膜形成法、例えばスクリーン印刷の如き厚膜法やディ
ッピング等の塗布法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真
空蒸着法、メッキ等の薄膜形成法等が適宜採用され得る
が、それらに何等限定されるものではない。
共通電極１１及び振動板１２の形成方法は、公知の各種
の膜形成法、例えばスクリーン印刷の如き厚膜法やディ
ッピング等の塗布法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、真
空蒸着法、メッキ等の薄膜形成法等が適宜採用され得る
が、それらに何等限定されるものではない。
【００３３】図４および図５に示すように、個別電極３
と同一平面上には、個別電極３への給電を行うリード１
５が形成されている。そして、前述した強誘電体膜１０
および個別電極３の露出部全体を覆い、さらにリード１
５を覆うようにして、保護膜１６が例えば０．５〜５μ
ｍの膜厚で形成されている。ここで、保護膜の膜厚は強
誘電体膜１０の膜厚及び使用する保護膜のヤング率によ
って決められるものであるが、本実施の形態において
は、強誘電体膜の変位拘束を緩和する観点からヤング率
が５．０Ｅ＋０８〜５．０Ｅ＋０９［Ｎ／ｍ2］程度の
保護膜で形成されている。保護膜の膜厚が０．５μｍ以
下になると、湿度などの外部環境の影響を完全に遮断す
ることができなくなり、また保護膜の膜厚が５μｍを越
えると、強誘電体膜１０及び個別電極３の膜厚以上にな
り、所期の素子特性が得られなくなる。なお、本実施の
形態においては保護膜はリード１５の全体を覆っている
が、リード１５の一部だけを覆うようにしてもよい。
と同一平面上には、個別電極３への給電を行うリード１
５が形成されている。そして、前述した強誘電体膜１０
および個別電極３の露出部全体を覆い、さらにリード１
５を覆うようにして、保護膜１６が例えば０．５〜５μ
ｍの膜厚で形成されている。ここで、保護膜の膜厚は強
誘電体膜１０の膜厚及び使用する保護膜のヤング率によ
って決められるものであるが、本実施の形態において
は、強誘電体膜の変位拘束を緩和する観点からヤング率
が５．０Ｅ＋０８〜５．０Ｅ＋０９［Ｎ／ｍ2］程度の
保護膜で形成されている。保護膜の膜厚が０．５μｍ以
下になると、湿度などの外部環境の影響を完全に遮断す
ることができなくなり、また保護膜の膜厚が５μｍを越
えると、強誘電体膜１０及び個別電極３の膜厚以上にな
り、所期の素子特性が得られなくなる。なお、本実施の
形態においては保護膜はリード１５の全体を覆っている
が、リード１５の一部だけを覆うようにしてもよい。
【００３４】ここで、個別電極３、強誘電体膜１０、共
通電極１１、リード１５および保護膜１６で強誘電体素
子が構成されており、それぞれの膜厚は前述したように
なっている。したがって、強誘電体素子全体としての膜
厚は約１０μｍ程度と、極めて薄くなっている。
通電極１１、リード１５および保護膜１６で強誘電体素
子が構成されており、それぞれの膜厚は前述したように
なっている。したがって、強誘電体素子全体としての膜
厚は約１０μｍ程度と、極めて薄くなっている。
【００３５】そして、保護膜１６により強誘電体膜１０
および個別電極１０の露出部全体が覆われ、さらにリー
ド１５が覆われているので、強誘電体素子は保護膜１６
で完全に被覆されてしまうことになり、外部環境の影響
から確実に遮断されている。
および個別電極１０の露出部全体が覆われ、さらにリー
ド１５が覆われているので、強誘電体素子は保護膜１６
で完全に被覆されてしまうことになり、外部環境の影響
から確実に遮断されている。
【００３６】したがって、たとえ強誘電体素子のどこか
に欠陥部があったとしても、湿度などの外部環境の影響
を受けて欠陥部から素子の劣化が進行し、耐圧破壊する
ことが未然に防止される。
に欠陥部があったとしても、湿度などの外部環境の影響
を受けて欠陥部から素子の劣化が進行し、耐圧破壊する
ことが未然に防止される。
【００３７】また、このような強誘電体素子を用いたア
クチュエータによりインクジェットヘッドを構成した場
合には、ヘッド組立工程における素子保護が図れ、組立
時の傷や断線により素子が毀損されることもない。
クチュエータによりインクジェットヘッドを構成した場
合には、ヘッド組立工程における素子保護が図れ、組立
時の傷や断線により素子が毀損されることもない。
【００３８】ここで、保護膜１６は強誘電体膜１０より
もヤング率の小さい物質、望ましくは強誘電体膜１０の
ヤング率（１．０Ｅ＋１１［Ｎ／ｍ2］）の１／２０以
下の物質で構成するのがよい。
もヤング率の小さい物質、望ましくは強誘電体膜１０の
ヤング率（１．０Ｅ＋１１［Ｎ／ｍ2］）の１／２０以
下の物質で構成するのがよい。
【００３９】保護膜１６の厚みとアクチュエータの変位
量との関係を図７に示す。図示するように、保護膜１６
が強誘電体膜１０のヤング率の１／１０以上になると、
この保護膜１６の膜厚が厚くなると急激に変位量が減少
しているのが分かる。したがって、保護膜１６の膜厚形
成の自由度を考慮すると、前述のように保護膜１６は強
誘電体膜１０のヤング率の１／２０以下の物質で構成す
るのが望ましい。
量との関係を図７に示す。図示するように、保護膜１６
が強誘電体膜１０のヤング率の１／１０以上になると、
この保護膜１６の膜厚が厚くなると急激に変位量が減少
しているのが分かる。したがって、保護膜１６の膜厚形
成の自由度を考慮すると、前述のように保護膜１６は強
誘電体膜１０のヤング率の１／２０以下の物質で構成す
るのが望ましい。
【００４０】そして、このように保護膜１６を強誘電体
膜１０よりもヤング率の小さい物質、望ましくは強誘電
体膜１０のヤング率の１／２０以下の物質で構成すれ
ば、保護膜１６が強誘電体膜１０の変位に追従して撓む
ようになるので、強誘電体膜１９に対する保護膜１６の
変位拘束を緩和することが可能になる。
膜１０よりもヤング率の小さい物質、望ましくは強誘電
体膜１０のヤング率の１／２０以下の物質で構成すれ
ば、保護膜１６が強誘電体膜１０の変位に追従して撓む
ようになるので、強誘電体膜１９に対する保護膜１６の
変位拘束を緩和することが可能になる。
【００４１】ここで、強誘電体膜１０よりもヤング率の
小さい物質としては、たとえばポリイミド（ヤング率：
８．０Ｅ＋０９［Ｎ／ｍ2］）、ナイロン（ヤング率：
３．６Ｅ＋０９［Ｎ／ｍ2］）、ポリエチレン（ヤング
率：７．６Ｅ＋０８［Ｎ／ｍ2］）、天然ゴム（ヤング
率：１．０Ｅ＋０６［Ｎ／ｍ2］）、シリコーン（ヤン
グ率：２．１Ｅ＋０８［Ｎ／ｍ2］）などがある。ま
た、ゴム系材料としては、アクリル系、ウレタン系、塩
ビ系などがある。
小さい物質としては、たとえばポリイミド（ヤング率：
８．０Ｅ＋０９［Ｎ／ｍ2］）、ナイロン（ヤング率：
３．６Ｅ＋０９［Ｎ／ｍ2］）、ポリエチレン（ヤング
率：７．６Ｅ＋０８［Ｎ／ｍ2］）、天然ゴム（ヤング
率：１．０Ｅ＋０６［Ｎ／ｍ2］）、シリコーン（ヤン
グ率：２．１Ｅ＋０８［Ｎ／ｍ2］）などがある。ま
た、ゴム系材料としては、アクリル系、ウレタン系、塩
ビ系などがある。
【００４２】なお、保護膜１６はこれらの何れか一つの
物質のみで構成することもできるが、２以上の物質を組
み合わせて構成することもできる。また、保護膜１６に
は、これら以外の物質であっても、強誘電体膜１０より
もヤング率の小さい種々の物質を適用することができ
る。
物質のみで構成することもできるが、２以上の物質を組
み合わせて構成することもできる。また、保護膜１６に
は、これら以外の物質であっても、強誘電体膜１０より
もヤング率の小さい種々の物質を適用することができ
る。
【００４３】保護膜１６の形成には、ディッピングと呼
ばれる浸漬法、刷毛塗り、スピンコート法、スプレー塗
布法など、種々の手法を用いることができる。
ばれる浸漬法、刷毛塗り、スピンコート法、スプレー塗
布法など、種々の手法を用いることができる。
【００４４】図５に示すように、強誘電体素子において
は、個別電極３およびリード１５の存在しない部位Ｐで
は、保護膜１６は陥没形成されている。このようにすれ
ば、強誘電体膜１０の両端に位置する部位Ｐである保護
膜１６の陥没箇所が撓みやすくなるので、強誘電体膜１
０に対する保護膜１６の変位拘束をより一層緩和するこ
とができる。更に、図６に示すように個別電極３および
リード１５の存在しない部位Ｐでの陥没個所の保護膜は
１７に示すように角がないようにＲ形状になるように陥
没形成されていてもよい。このように段差部底部が角を
もたないＲ形状に形成されていると、保護膜の段差部底
部の角の部分での応力集中が抑制され、保護膜のクラッ
ク（割れ）発生を防止可能になる。
は、個別電極３およびリード１５の存在しない部位Ｐで
は、保護膜１６は陥没形成されている。このようにすれ
ば、強誘電体膜１０の両端に位置する部位Ｐである保護
膜１６の陥没箇所が撓みやすくなるので、強誘電体膜１
０に対する保護膜１６の変位拘束をより一層緩和するこ
とができる。更に、図６に示すように個別電極３および
リード１５の存在しない部位Ｐでの陥没個所の保護膜は
１７に示すように角がないようにＲ形状になるように陥
没形成されていてもよい。このように段差部底部が角を
もたないＲ形状に形成されていると、保護膜の段差部底
部の角の部分での応力集中が抑制され、保護膜のクラッ
ク（割れ）発生を防止可能になる。
【００４５】但し、個別電極３およびリード１５の存在
しない部位Ｐでの保護膜１６を陥没形成することなく、
図８に示すように、当該部位を、個別電極３およびリー
ド１５が存在する部位と同じ高さに形成してもよい。図
５、６に示すように個別電極３およびリード１５の存在
しない部位Ｐでの保護膜１６を陥没形成すると強誘電体
膜１０の両端の端面での保護膜の厚みが薄くなりやす
く、強誘電体膜１０の端面を通して湿度などの外部環境
の影響を受けることがあった。図８に示すように陥没形
成することなく、当該部位を、個別電極３およびリード
１５が存在する部位と同じ高さに形成することにより、
強誘電体膜１０の前記端面での問題がなくなり、外部環
境の影響から確実に遮断可能になる。
しない部位Ｐでの保護膜１６を陥没形成することなく、
図８に示すように、当該部位を、個別電極３およびリー
ド１５が存在する部位と同じ高さに形成してもよい。図
５、６に示すように個別電極３およびリード１５の存在
しない部位Ｐでの保護膜１６を陥没形成すると強誘電体
膜１０の両端の端面での保護膜の厚みが薄くなりやす
く、強誘電体膜１０の端面を通して湿度などの外部環境
の影響を受けることがあった。図８に示すように陥没形
成することなく、当該部位を、個別電極３およびリード
１５が存在する部位と同じ高さに形成することにより、
強誘電体膜１０の前記端面での問題がなくなり、外部環
境の影響から確実に遮断可能になる。
【００４６】以上説明した本実施の形態では、本発明の
強誘電体素子をインクジェット式記録装置のインク吐出
に用いられるアクチュエータに適用した場合について説
明したが、圧電ジャイロ等の圧電素子応用センサや、強
誘電体材料の焦電性を利用した温度センサ等に用いるな
ど、他の種々の用途に適用することが可能である。
強誘電体素子をインクジェット式記録装置のインク吐出
に用いられるアクチュエータに適用した場合について説
明したが、圧電ジャイロ等の圧電素子応用センサや、強
誘電体材料の焦電性を利用した温度センサ等に用いるな
ど、他の種々の用途に適用することが可能である。
【００４７】また、本実施の形態では、説明の便宜上、
個別電極を第２の電極とし、共通電極を第１の電極とし
たが、個別電極を第１の電極とし、共通電極を第２の電
極としてもよい。
個別電極を第２の電極とし、共通電極を第１の電極とし
たが、個別電極を第１の電極とし、共通電極を第２の電
極としてもよい。
【００４８】なお、以上説明した強誘電体素子を用いた
アクチュエータによれば、安定した変位動作を行うこと
が可能になり、このようなアクチュエータを用いたイン
クジェットヘッドによれば、安定したインク吐出を行う
ことが可能になる。そして、このようなインクジェット
ヘッドを備えたインクジェット式記録装置によれば、安
定したインク吐出により高画質の印字を行うことが可能
になる。
アクチュエータによれば、安定した変位動作を行うこと
が可能になり、このようなアクチュエータを用いたイン
クジェットヘッドによれば、安定したインク吐出を行う
ことが可能になる。そして、このようなインクジェット
ヘッドを備えたインクジェット式記録装置によれば、安
定したインク吐出により高画質の印字を行うことが可能
になる。
【００４９】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、強誘電
体素子は保護膜で完全に被覆されてしまうので、外部環
境の影響を確実に遮断することが可能になるという有効
な効果が得られる。
体素子は保護膜で完全に被覆されてしまうので、外部環
境の影響を確実に遮断することが可能になるという有効
な効果が得られる。
【００５０】また、保護膜を強誘電体膜よりもヤング率
の低い物質、たとえば強誘電体膜のヤング率の１／２０
以下の物質で構成すれば、保護膜が強誘電体膜の変位に
追従して撓むようになるので、強誘電体膜に対する保護
膜の変位拘束を緩和することが可能になるという有効な
効果が得られる。
の低い物質、たとえば強誘電体膜のヤング率の１／２０
以下の物質で構成すれば、保護膜が強誘電体膜の変位に
追従して撓むようになるので、強誘電体膜に対する保護
膜の変位拘束を緩和することが可能になるという有効な
効果が得られる。
【００５１】さらに、第２の電極およびリードの存在し
ない部位で保護膜を陥没形成すれば、強誘電体膜の両端
に位置する保護膜の陥没箇所が撓みやすくなるので、強
誘電体膜に対する保護膜の変位拘束をより一層緩和する
ことが可能になるという有効な効果が得られる。
ない部位で保護膜を陥没形成すれば、強誘電体膜の両端
に位置する保護膜の陥没箇所が撓みやすくなるので、強
誘電体膜に対する保護膜の変位拘束をより一層緩和する
ことが可能になるという有効な効果が得られる。
【００５２】このような強誘電体素子をアクチュエータ
に用いることにより、安定した変位動作を行うことが可
能になるという有効な効果が得られる。
に用いることにより、安定した変位動作を行うことが可
能になるという有効な効果が得られる。
【００５３】このようなアクチュエータをインクジェッ
トヘッドに用いることにより、安定したインク吐出を行
うことが可能になるという有効な効果が得られる。
トヘッドに用いることにより、安定したインク吐出を行
うことが可能になるという有効な効果が得られる。
【００５４】そして、このようなインクジェットヘッド
を備えたインクジェット式記録装置によれば、安定した
インク吐出による高品質な印字を行うことが可能になる
という有効な効果が得られる。
を備えたインクジェット式記録装置によれば、安定した
インク吐出による高品質な印字を行うことが可能になる
という有効な効果が得られる。
【図１】本発明の一実施の形態である強誘電体素子が用
いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示
す斜視図
いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示
す斜視図
【図２】図１のインクジェット式記録装置におけるイン
クジェットヘッドの全体構成を示す断面図
クジェットヘッドの全体構成を示す断面図
【図３】図２の要部を示す斜視図
【図４】図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ
部の要部の一例を示す平面図
部の要部の一例を示す平面図
【図５】図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ
部の構成の一例を示す断面図
部の構成の一例を示す断面図
【図６】図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ
部の構成の他の一例を示す断面図
部の構成の他の一例を示す断面図
【図７】本発明の一実施の形態である強誘電体素子をア
クチュエータとして用いた場合における保護膜と変位量
との関係を示すグラフ
クチュエータとして用いた場合における保護膜と変位量
との関係を示すグラフ
【図８】図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ
部の構成の他の一例を示す断面図
部の構成の他の一例を示す断面図
３ 個別電極（第２の電極）
１０ 強誘電体膜
１１ 共通電極（第１の電極）
１５ リード
１６ 保護膜
１７ 陥没部分保護膜底部
４１ インクジェットヘッド
４０ インクジェット式記録装置
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 41/187 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ｈ
(72)発明者 近縄 一成
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器
産業株式会社内
Ｆターム(参考） 2C057 AF65 AF93 AG44 AP02 AP15
AP58 BA04 BA14
Claims (8)
- 【請求項１】第１の電極と、 前記第１の電極上に形成された強誘電体膜と、 前記強誘電体膜上に形成された第２の電極と、 前記第２の電極と同一平面上に形成され、前記第２の電
極への給電を行うリードと、 前記強誘電体膜および前記第２の電極の露出部全体を覆
い、且つ前記リードの少なくとも一部を覆う保護膜とを
有することを特徴とする強誘電体素子。 - 【請求項２】前記保護膜は前記強誘電体膜よりもヤング
率の小さい物質で構成されていることを特徴とする請求
項１記載の強誘電体素子。 - 【請求項３】前記保護膜は、ポリイミド、ナイロン、ポ
リエチレン、天然ゴムおよびシリコーンの少なくとも何
れかを含む物質で構成されていることを特徴とする請求
項２記載の強誘電体素子。 - 【請求項４】前記保護膜は前記強誘電体膜のヤング率の
１／２０以下の物質で構成されていることを特徴とする
請求項２記載の強誘電体素子。 - 【請求項５】前記第２の電極および前記リードの存在し
ない部位では、前記保護膜は陥没形成されていることを
特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の強誘電体
素子。 - 【請求項６】請求項１〜５の何れか一項に記載の強誘電
体素子が用いられていることを特徴とするアクチュエー
タ。 - 【請求項７】請求項６記載のアクチュエータと、 インク液が収容され、前記アクチュエータの変位が作用
する複数の圧力室とを備えたことを特徴とするインクジ
ェットヘッド。 - 【請求項８】請求項７記載のインクジェットヘッドを備
えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001306140A JP2003110160A (ja) | 2001-10-02 | 2001-10-02 | 強誘電体素子およびそれを用いたアクチュエータ、インクジェットヘッドならびにインクジェット記録装置 |
| US10/261,984 US7023036B2 (en) | 2001-10-02 | 2002-10-01 | Ferroelectric element and actuator using the same, and ink jet head and ink jet recording device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001306140A JP2003110160A (ja) | 2001-10-02 | 2001-10-02 | 強誘電体素子およびそれを用いたアクチュエータ、インクジェットヘッドならびにインクジェット記録装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003110160A true JP2003110160A (ja) | 2003-04-11 |
Family
ID=19125824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001306140A Pending JP2003110160A (ja) | 2001-10-02 | 2001-10-02 | 強誘電体素子およびそれを用いたアクチュエータ、インクジェットヘッドならびにインクジェット記録装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003110160A (ja) |
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| JP2010240830A (ja) * | 2009-02-27 | 2010-10-28 | Fujifilm Corp | 保護層を備えたデバイス |
| WO2011142232A1 (ja) * | 2010-05-11 | 2011-11-17 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 圧電アクチュエータ及びそれを備えたインクジェットヘッド |
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2001
- 2001-10-02 JP JP2001306140A patent/JP2003110160A/ja active Pending
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