JP2005178293A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電素子の破壊を長期間に亘って確実に防止することができると共に振動板の変位量の低下を防止することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】 圧電素子３００は、実質的な駆動部となる圧電体能動部３３０を圧力発生室１２に対向する領域内に有すると共に、その圧電体能動部３３０から連続する少なくとも圧電体層７０及び上電極８０を有するが実質的に駆動されない圧電体非能動部３４０を有し、且つ圧電素子３００の長手方向の一方の端部から引き出されるリード電極９０が設けられると共に少なくとも圧電素子３００及びリード電極９０を覆う絶縁材料からなる絶縁膜１００を具備し、この絶縁膜１００は、圧電体能動部３３０の外側で且つリード電極９０に対向する領域１００ａの膜厚が、圧電体能動部３３０に対向する領域の膜厚よりも厚くなっている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、液体としてインクを噴射するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。

インクを吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインクを吐出させるインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。

前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。

これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。

一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある。このような圧電素子は、例えば、インクや水分（湿気）等の外部環境に起因して破壊され易いという問題を有する。

そこで、このような問題を解決するために、圧電素子の外周面を絶縁体からなる保護膜で覆うと共に、その保護膜の圧電素子の上面の主要部に対向する領域に他の領域よりも膜厚の薄い薄膜部を設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このような構造では、リード電極を保護膜によって覆っておらず、このリード電極側から圧電素子側に浸入した水分（湿気）によって圧電体層が破壊されてしまうという問題がある。また、圧電素子を覆う保護膜の膜厚を、例えば、圧電素子の変位を確保しつつ十分な耐湿性が得られる程度の膜厚とし、この保護膜で圧電素子と共にリード電極を覆ったとしても、被覆し難いリード電極を確実に覆うことができず、何れにしても、リード電極側から浸入した水分によって圧電体層が破壊されてしまう。さらに、薄膜部を形成する際の精度管理が非常に困難であるという問題もある。このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外の液体を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。

なお、上述した保護膜としては、基板の一方面側に複数のインク液室が設けられ、これら各インク液室の内面に設けられた電極を保護する３層以上からなる保護膜が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、この保護膜は、電極を保護するものであり、インクとは接触しない部分に設けられた圧電素子の水分による破壊を防止する保護膜とは明らかに相違する。

特開２００１−２６０３５７号公報（第８図） 特開平０７−１０１０５７号公報（第４図）

本発明は、このような事情に鑑み、圧電素子の破壊を長期間に亘って確実に防止することができると共に振動板の変位量の低下を防止することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、前記圧電素子は、実質的な駆動部となる圧電体能動部を前記圧力発生室に対向する領域内に有すると共に、当該圧電体能動部から連続する少なくとも前記圧電体層及び前記上電極を有するが実質的に駆動されない圧電体非能動部を有し、且つ当該圧電素子の長手方向の一方の端部から引き出されるリード電極が設けられると共に少なくとも前記圧電素子及び前記リード電極を覆う絶縁材料からなる絶縁膜を具備し、該絶縁膜は、前記圧電体能動部の外側で且つ前記リード電極に対向する領域の膜厚が、前記圧電体能動部に対向する領域の膜厚よりも厚いことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１の態様では、絶縁膜の圧電体能動部に対向する領域の膜厚よりも圧電体能動部の外側で且つリード電極を覆った部分の膜厚を厚く形成しているため、被覆し難いリード電極が絶縁膜で確実に覆われる。これにより、絶縁膜のリード電極側から水分が圧電素子側に透過することがなく、水分（湿気）に起因する圧電体層の破壊（劣化）が長期に亘って確実に防止される。また、圧電素子側の絶縁膜の膜厚を比較的薄く形成しているため、圧電素子の駆動が絶縁膜によって阻害されることが減少し、振動板の変位量の低下が防止される。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記絶縁膜の前記リード電極に対向する領域の膜厚が当該絶縁膜の前記圧電体能動部に対向する領域の膜厚の１．２倍以上の膜厚であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第２の態様では、絶縁膜のリード電極に対向する領域の膜厚を所定量確保することで、被覆し難いリード電極を絶縁膜によって確実に覆うことができるため、水分による圧電体層の破壊が長期に亘ってより確実に防止される。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記絶縁膜が無機絶縁材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第３の態様では、水分透過率の低い無機絶縁材料からなる絶縁膜によって圧電素子及びリード電極を覆うことができるため、水分による圧電体層の破壊が長期に亘ってより確実に防止される。

本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記無機絶縁材料が酸化アルミニウムからなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第４の態様では、無機絶縁材料の中でも特に水分透過率の極めて低い酸化アルミニウムからなる絶縁膜によって圧電素子及びリード電極を覆うことができるため、水分による圧電体層の破壊が長期に亘ってより確実に防止される。

本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記絶縁膜の前記圧電体能動部に対向する領域の膜厚が３０〜１００ｎｍであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第５の態様では、絶縁膜の圧電体能動部に対向する領域の膜厚を所定の膜厚とすることで、圧電素子の駆動が絶縁膜によって阻害されることを減少させることができるため、振動板の変位量の低下が防止される。

本発明の第６の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記リード電極に対向する領域の前記絶縁膜は、複数の層が積層されてなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様では、絶縁膜のリード電極に対向する領域を、圧電体能動部に対向する領域の膜厚よりも比較的容易に厚くできる。また、絶縁膜の膜厚が厚い部分が複数層で構成されるため、絶縁膜を構成する各層のそれぞれにピンホールが形成されたとしても、絶縁膜の面方向で各層のピンホールが一致することはなく、水分に起因する圧電体層の破壊が長期に亘って確実に防止される。

本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記絶縁膜の前記流路形成基板側の最下層が酸化アルミニウムからなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第７の態様では、圧電体能動部を直接覆う絶縁膜の最下層を無機絶縁材料の中でも特に水分透過率の極めて低い酸化アルミニウムによって形成することで、圧電体層の破壊が長期に亘って確実に防止される。

本発明の第８の態様では、第１〜７の何れかの態様において、前記リード電極がアルミニウム合金からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第８の態様では、アルミニウム合金からなるリード電極の表面は比較的平坦であるため、絶縁膜とリード電極との密着性を向上することができる。また、絶縁膜の材料に同系の材料、例えば、酸化アルミニウムを用いれば、絶縁膜とリード電極との密着性をさらに高めることができる。

本発明の第９の態様は、第１〜８の何れか態様において、前記圧電体層及び前記リード電極が上面から底面へ向かって徐々に幅広となっており、前記圧電体層の幅方向両側の傾斜面の当該圧電体層の底面に対する傾斜角度が、前記リード電極の幅方向両側の傾斜面の当該リード電極の底面に対する傾斜角度よりも小さいことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第９の態様では、比較的傾斜角度の小さい圧電体層（圧電体能動部）を覆う部分の絶縁膜の膜厚を薄くし、この圧電体層に比べて傾斜角度の大きいリード電極を覆う部分の絶縁膜の膜厚を厚くすることで、被覆し難いリード電極が絶縁膜で確実に覆われる。

本発明の第１０の態様は、第９の態様において、前記圧電体層がドライエッチングプロセスで形成され、前記リード電極がウェットエッチングプロセスにより形成されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１０の態様では、圧電体層の底面に対する傾斜面の傾斜角度をリード電極の底面に対する傾斜面の傾斜角度よりも確実に小さくすることができる。これにより、膜厚の比較的薄い絶縁膜でも圧電体層を確実に覆うことができる。

本発明の第１１の態様は、第１〜１０の何れかの態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第１１の態様では、高密度のノズル開口を有する液体噴射ヘッドを大量に且つ比較的容易に製造することができる。

本発明の第１２の態様は、第１〜１１の何れかの態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる第１２の態様では、耐久性及び信頼性が著しく向上した液体噴射装置を比較的容易に実現することができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びＡ−Ａ’断面図である。また、図３は、図２の要部を示す平面図及び断面図であり、図４は、図３（ａ）のＢ−Ｂ’断面図及びＣ−Ｃ’断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護基板のリザーバ部と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。

また、流路形成基板１０の開口面側には、圧力発生室１２を形成する際に用いられたマスク膜５１を介して、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。なお、ノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０^-6／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とが積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部３３０という。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。何れの場合においても、各圧力発生室毎に圧電体能動部３３０が形成されていることになる。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電アクチュエータと称する。上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用する。なお、このような圧電素子３００は、圧力発生室１２に対向する領域に振動板を介して設けられているため、圧力発生室１２内に充填されるインクとは直接接触することはない。

ここで、圧電体層７０は、圧電性セラミックスの結晶であり、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイッテルビウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、ＰｂＴｉＯ_３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ_３（ＰＺ）、Ｐｂ（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｏ_３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｔａ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｎｂ_１／２）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。

以下、圧電素子３００の構造について説明する。図２及び図３に示すように、下電極膜６０は、圧力発生室１２の長手方向では圧力発生室１２に対向する領域内に形成され、複数の圧力発生室１２に対応する領域に連続的に設けられている。また、下電極膜６０は、圧力発生室１２の列の外側から連通部１３近傍まで延設され、その先端部は、後述する駆動ＩＣ１２０に一端が接続されたボンディングワイヤ等からなる接続配線１３０の他端が接続される接続部６０ａとなっている。

さらに、圧電体層７０及び上電極膜８０は、本実施形態では、圧力発生室１２の幅方向では、圧力発生室１２に対向する領域内に設けられているが、圧力発生室１２の長手方向では、下電極膜６０の端部よりも外側まで延設されており、下電極膜６０の両端面は圧電体層７０によって覆われている。そして、圧力発生室１２の長手方向中央部には圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動部３３０が形成され、その長手方向両端部近傍には圧電体能動部３３０に連続して圧電体層７０及び上電極膜８０を有するが実質的に駆動されない圧電体非能動部３４０が形成されている。この圧電体非能動部３４０は、本実施形態では、圧力発生室１２の長手方向両端部側の周壁に対向する領域まで延設されている。

また、このような圧電体非能動部３４０の上電極膜８０の長手方向の一端部近傍の上面からは、リード電極９０がインク供給路１４に対向する領域まで引き出されている。さらに、本実施形態では、リード電極９０と絶縁体膜５５及び上電極膜８０等との間には、金属層９５が設けられている。ここで、リード電極９０の材料としては、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム合金等が挙げられるが、特に、アルミニウム合金を用いるのが好ましい。これは、アルミニウム合金を用いると、リード電極９０の表面が比較的平坦となるため、後述する絶縁膜１００との密着性を高めることができるからである。一方、金属層９５の材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、ニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）、チタンタングステン合金（ＴｉＷ）等が挙げられる。本実施形態では、リード電極９０をアルミニウム合金によって形成し、金属層９５をチタンタングステン（ＴｉＷ）によって形成した。なお、金属層９５は、リード電極９０と絶縁体膜５５等とを密着させる密着層としての役割と、上電極膜８０とリード電極９０とを形成する金属同士が化学的に反応するのを防止するバリア層としての役割がある。

また、リード電極９０の上電極膜８０側の一端部は、本実施形態では、圧力発生室１２に対向する領域外の圧電体非能動部３４０上に位置している。これにより、リード電極９０は、圧電素子３００の変位を妨げることがない。一方、このようなリード電極９０の他端部は、下電極膜６０の接続部６０ａと同様に、接続配線１３０が接続される接続部９０ａとなっている。

さらに、このような圧電素子３００及びリード電極９０は、下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａに対向する領域を除いて、絶縁材料からなる絶縁膜１００によって覆われている。そして、本発明では、このような絶縁膜１００は、リード電極９０に対向する領域の膜厚が、圧電体能動部３３０に対向する領域の膜厚よりも厚くなっている。例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、本実施形態の絶縁膜１００は、リード電極９０の上面及びその周縁部に対向する部分、すなわち、リード電極９０を覆った部分１００ａの膜厚が、圧電体能動部３３０を覆った部分１００ｂの膜厚よりも厚くなっている。また、本実施形態では、圧電素子３００の長手方向のリード電極９０側のみの圧電体能動部３３０とリード電極９０との間の圧電体非能動部３４０に対向する領域の絶縁膜１００の膜厚についても厚く形成している。これにより、リード電極９０側から圧電素子３００側に浸入する水分（湿気）による圧電素子３００の破壊をより確実に防止することができる。このように圧電体能動部３３０とリード電極９０との間の領域の絶縁膜１００を厚くしても、この圧電体非能動部３４０は積極的に変位する領域ではないので、圧電素子３００の変位に多大な影響を及ぼすことは無い。勿論、少なくともリード電極９０の上電極膜８０側の端部を、圧電体能動部３３０を覆った部分１００ｂの膜厚よりも厚膜の絶縁膜１００で覆うことで、圧電素子３００の破壊を確実に防止することができるため、それ以外の圧電体能動部３３０とリード電極９０との間の領域に対向する絶縁膜１００の膜厚を薄膜で形成してもよい。

ここで、このような絶縁膜１００を形成する絶縁材料としては、無機絶縁材料であれば、特に限定されず、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）等が挙げられるが、これらの酸化物の中でも特に水分透過率の極めて低い酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いるのが好ましい。この場合、絶縁膜１００が、約３０ｎｍ以上の膜厚であれば、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができる。また、この絶縁膜１００の膜厚は、詳細は後述するが、振動板の変位量の低下を防止するためには、約１００ｎｍ以下とするのが好ましい。すなわち、絶縁膜１００の膜厚は、約３０〜１００ｎｍとするのが好ましい。なお、絶縁膜の材料として、例えば、樹脂等の有機絶縁材料を用いるとなると、上記無機絶縁材料からなる絶縁膜と同程度の薄さでは、水分透過を十分に防ぐことができない。また、水分透過を防ぐために絶縁膜の膜厚を厚くすると、圧電素子の運動を妨げるという事態を招く虞がある。これに対し、無機絶縁材料からなる絶縁膜１００は、水分の透過性が極めて低いため、この絶縁膜１００によって、下電極膜６０、圧電体層７０、上電極膜８０及びリード電極９０の表面を被覆することにより、圧電体層７０の水分に起因する破壊を防止することができる。

なお、このような絶縁膜１００は、例えば、本実施形態では、ＣＶＤ法（化学蒸着法）によって酸化アルミニウムを流路形成基板１０の圧電素子３００側の面に蒸着させて所定形状にパターニングした後、この絶縁膜１００の圧電体能動部３３０に対向する部分を厚さ方向にイオンミリング等によって選択的に除去することで形成される。このため、本実施形態の絶縁膜１００は、１層構造となっている。
そして、本実施形態では、絶縁膜１００のリード電極９０を覆った部分１００ａを、圧電体能動部３３０を覆った部分１００ｂよりも膜厚を厚く形成しているため、被覆し難いリード電極９０を絶縁膜１００によって確実に覆うことができる。

ここで、本実施形態では、圧電体層７０（圧電素子３００）をドライエッチングプロセスによって形成し、リード電極９０をウェットエッチングプロセスによって形成している。そして、このような圧電体層７０及びリード電極９０は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、上面から底面へ向かって徐々に幅広となった略台形形状に形成されている。また、リード電極９０の幅方向両側の側面はエッチングされて凹面となっている。そして、圧電体層７０の幅方向両側の傾斜面の底面に対する傾斜角度θ_１は、リード電極９０の幅方向両側の傾斜面の底面に対する傾斜角度θ_２よりも小さくなっている。このため、絶縁膜１００をＣＶＤ法によって形成する場合には、例えば、リード電極９０の上面と傾斜面との縁部や、リード電極９０の傾斜面とその周縁部との境界部分等に絶縁材料が蒸着し難く、リード電極９０の表面からその周縁部に亘って絶縁膜１００が形成され難い。しかしながら、このようなリード電極９０は、圧電素子３００の圧電体非能動部３４０上からその外側に引き出されているため、絶縁膜１００の膜厚を厚くしてリード電極９０を覆っても、振動板の変位に与える影響は極めて少ない。

これに対し、圧電体層７０の傾斜角度θ_１は、リード電極９０の傾斜角度θ_２よりも小さいため、上電極膜８０の表面との圧電体層７０の傾斜面との角部や、圧電体層７０の周縁部等には、絶縁材料が比較的蒸着し易く、圧電体層７０及び上電極膜８０の表面からその周縁部に亘って絶縁膜１００が形成され易い。このため、少なくとも圧電素子３００の圧電体能動部３３０に対向する領域においては、絶縁膜１００の膜厚を必要以上に厚くしなくても良好に被覆でき、十分な耐湿性を確保することができる。

また、本発明では、このような絶縁膜１００のリード電極９０を覆った部分１００ａは、絶縁膜１００の圧電体能動部３３０を覆った部分１００ｂの１．２倍以上の膜厚とするのが好ましい。これは、上述したように、圧電体能動部３４０側よりもリード電極９０側の方が、絶縁膜１００が形成され難いからである。例えば、本実施形態では、絶縁膜１００の圧電体能動部３３０を覆った部分１００ｂを約１００ｎｍとした場合には、例えば、リード電極９０を覆った部分１００ａの膜厚を約１５０〜２００ｎｍとするのが好ましい。これにより、リード電極９０が絶縁膜１００によって良好に被覆される。

以上説明したように、本発明では、絶縁膜１００のリード電極９０を覆った部分１００ａを圧電体能動部３３０を覆った部分１００ｂよりも膜厚を厚く形成することにより、被覆し難いリード電極９０を絶縁膜１００によって確実に覆うことができ、絶縁膜１００のリード電極９０側から水分が圧電素子３００側に透過することを防止することができる。これにより、水分に起因する圧電体層７０の破壊を長期に亘って確実に防止することができる。また、絶縁膜１００の圧電体能動部３３０を覆った部分１００ｂの膜厚が薄いため、圧電素子３００の駆動が絶縁膜１００によって阻害されることが減少し、振動板の変位量の低下を防止することができる。

また、絶縁膜１００の圧電体能動部３００を覆った部分１００ｂは、振動板の変位量の低下を最小限に抑えつつ、十分な耐湿性を確保できる程度の膜厚とするのが好ましい。例えば、本実施形態のように絶縁膜１００を酸化アルミニウムによって形成している場合には、絶縁膜１００の膜厚が３０ｎｍ以上であれば、例えば、高湿度環境下（２７℃、８５％Ｒｈ）での水分透過を十分に防ぐことができる。

なお、絶縁膜１００によって圧電素子３００等を覆った構造とすると、絶縁膜１００の膜厚が厚くなるにつれて、圧電素子３００の変位に与える影響が大きくなって、振動板の変位量が徐々に低下してしまう。このような振動板の変位量の低下は、絶縁膜１００が設けられていないヘッドの振動板の変位量を基準値とすると、この値から振動板の変位量の低下率を約２５％に抑える必要がある。振動板の変位量が基準値から２５％以上低下してしまうと、十分なインク吐出特性が得られず、ヘッドの性能が低下してしまうからである。

ここで、酸化アルミニウムからなる膜厚１００ｎｍの絶縁膜によって圧電素子を覆ったヘッド（試験品１）と、絶縁膜によって圧電素子を覆っていないヘッド（試験品２）とを用意し、これら各試験品１及び２の振動板の変位量を測定したところ、試験品１は約２９８ｎｍであり、試験品２は約３９８ｎｍであった。そして、この試験品２の振動板の変位量を基準値とし、試験品１の振動板の変位量の低下率を求めると、約２５％であった。

この結果から明らかなように、絶縁膜１００を形成する材料に酸化アルミニウムを用いた場合、振動板の変位量の低下を最小限に抑えることができる絶縁膜１００の膜厚は約１００ｎｍ以下である。したがって、絶縁膜１００の圧電体能動部３３０を覆った部分１００ｂの膜厚は、耐湿性と振動板の変位量の低下とを考慮すると、約３０〜１００ｎｍとするのが好ましい。

なお、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０がエポキシ系の樹脂からなる接着剤３５を介して接着されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。さらに、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の並設方向に沿って設けられており、上述したように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１１０を構成している。保護基板３０と流路形成基板１０との接合には、エポキシ系の樹脂を用いる他に、例えば、金属接合等による接合を行ってもよい。

さらに、この保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する接続孔３３が設けられ、この接続孔３３内に上述した下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａが露出されている。そして、これら下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａに、保護基板３０上に実装された駆動ＩＣ１２０に一端が接続された接続配線１３０の他端が電気的に接続されている。

保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
また、保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のリザーバ１１０に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１１０の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。

このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１１０からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ１２０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインクが吐出する。

（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す断面図である。図５に示すように、本実施形態の絶縁膜１００Ａは、リード電極９０を覆った部分１００ａが第１層１０１及び第２層１０２を積層することで形成され、圧電体能動部３３０を覆った部分１０１ｂが第１層１０１で形成されている以外、上述した実施形態１と同様である。このような構成とすることにより、絶縁膜１００Ａのリード電極９０を覆った部分１００ａの膜厚を、圧電体能動部３３０を覆った部分１００ｂの膜厚よりも比較的容易に厚くすることができる。

また、このような構成の場合には、少なくとも絶縁膜１００Ａの流路形成基板側の最下層、すなわち、第１層１０１を無機絶縁材料の中でも特に水分透過率が極めて低い酸化アルミニウムによって形成するのが好ましい。これにより、絶縁膜１００Ａのリード電極９０を覆った部分１００ａと圧電体能動部３３０を覆った部分１００ｂとが酸化アルミニウムからなる第１層１０１によって直接覆われるため、水分に起因する圧電体層７０の破壊を長期に亘ってより確実に防止することができる。なお、第２層１０２を形成する材料としては、酸化アルミニウムを用いてもよいが、その他の無機絶縁材料、例えば、酸化物や樹脂等を用いてもよい。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、圧電体非能動部３４０を圧力発生室１２の長手方向両端部側の周壁に対向する領域まで延設した圧電素子３００を例示して説明したが、これに限定されず、圧力発生室に対向する領域内に圧電素子を設けるようにしてもよい。この場合でも、絶縁膜の圧電体能動部の外側で且つリード電極を覆った部分の膜厚を、圧電体能動部を覆った部分の膜厚よりも厚くすることで、上述した実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。
また、上述した実施形態１では、圧電素子３００を保護基板３０の圧電素子保持部３１内に形成したが、これに限定されず、圧電素子保持部を設けなくてもよい。この場合でも、圧電素子及びリード電極の表面は、絶縁膜によって覆われているため、水分に起因する圧電体層の破壊を確実に防止することができる。

さらに、上述した実施形態２では、第１層１０１及び第２層１０２を積層することで絶縁膜１００Ａの膜厚が厚い部分１００ａを形成したが、これに限定されず、３層以上積層することで絶縁膜のリード電極を覆った部分を形成するようにしてもよい。この場合には、絶縁膜の圧電体能動部を覆った部分を少なくとも２層以上で形成してもよい。これにより、圧電素子及びリード電極が複数の層からなる絶縁膜によって覆われるため、絶縁膜を構成する各層のそれぞれにピンホールが形成されたとしても、絶縁膜の面方向で各層のピンホールが一致することはないため、水分に起因する圧電体層７０の破壊を長期に亘ってより確実に防止することができる。

また、上述した実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図６は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。図６に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。

また、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射するものにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの要部を示す断面図である。 実施形態２に係る記録ヘッドの要部を示す断面図である。 一実施形態に係る記録装置の概略図である。

符号の説明

１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ 圧電素子保持部、 ３２ リザーバ部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 １００ 絶縁膜、 １１０ リザーバ、 ３００ 圧電素子

Claims (12)

1. 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記圧電素子は、実質的な駆動部となる圧電体能動部を前記圧力発生室に対向する領域内に有すると共に、当該圧電体能動部から連続する少なくとも前記圧電体層及び前記上電極を有するが実質的に駆動されない圧電体非能動部を有し、且つ当該圧電素子の長手方向の一方の端部から引き出されるリード電極が設けられると共に少なくとも前記圧電素子及び前記リード電極を覆う絶縁材料からなる絶縁膜を具備し、該絶縁膜は、前記圧電体能動部の外側で且つ前記リード電極に対向する領域の膜厚が、前記圧電体能動部に対向する領域の膜厚よりも厚いことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１において、前記絶縁膜の前記リード電極に対向する領域の膜厚が当該絶縁膜の前記圧電体能動部に対向する領域の膜厚の１．２倍以上であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１又は２において、前記絶縁膜が無機絶縁材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項３において、前記無機絶縁材料が酸化アルミニウムからなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項４において、前記絶縁膜の前記圧電体能動部に対向する領域の膜厚が３０〜１００ｎｍであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
6. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記リード電極に対向する領域の前記絶縁膜は、複数の層が積層されてなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
7. 請求項６において、前記絶縁膜の前記流路形成基板側の最下層が酸化アルミニウムからなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
8. 請求項１〜７の何れかにおいて、前記リード電極がアルミニウム合金からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
9. 請求項１〜８の何れかにおいて、前記圧電体層及び前記リード電極が上面から底面へ向かって徐々に幅広となっており、前記圧電体層の幅方向両側の傾斜面の当該圧電体層の底面に対する傾斜角度が、前記リード電極の幅方向両側の傾斜面の当該リード電極の底面に対する傾斜角度よりも小さいことを特徴とする液体噴射ヘッド。
10. 請求項９において、前記圧電体層がドライエッチングプロセスで形成され、前記リード電極がウェットエッチングプロセスにより形成されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
11. 請求項１〜１０の何れかにおいて、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
12. 請求項１〜１１の何れかの液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
    

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