JP2005254622A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヘッドの剛性を確保しつつ、信頼性を向上することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】 流路形成基板の圧電素子３００側の面の保護基板との接合領域には、圧電素子３００を構成する各層からなる積層膜４００がその圧電素子３００とは不連続で設けられると共に上電極がイリジウムからなる積層膜４００上には、積層膜４００側に設けられるチタンタングステン合金層９１とチタンタングステン合金層９１上に設けられるアルミニウム層９２とからなる金属配線層９０Ａが設けられ、且つ積層膜４００の上電極８０の金属配線層９０Ａが設けられた領域以外の表面積Ｓｉと、アルミニウム層９２の周長Ｌａ及び膜厚Ｔａとの関係が４．６×Ｌａ×Ｔａ＜Ｓｉの条件を満たすと共に、上電極８０の表面積Ｓｉと、チタンタングステン合金層９１の周長Ｌｔ及び膜厚Ｔｔとの関係が５０．２×Ｌｔ×Ｔｔ＜Ｓｉの条件を満たす。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、インクを吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを圧電素子によって加圧することにより、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及びインクジェット式記録装置並びにインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。

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。

後者のインクジェット式記録ヘッドとしては、ノズル開口に連通する圧力発生室とこの圧力発生室に連通する連通部とが形成される流路形成基板と、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膜、圧電体層、上電極膜からなる圧電素子と、圧電素子から引き出されるリード電極と、流路形成基板の圧電素子側の面に接合されて連通部と共にリザーバの一部を構成するリザーバ部を有するリザーバ形成基板とを具備するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、このインクジェット式記録ヘッドにおいては、流路形成基板の一方面側の連通部の内周縁部に対向する領域に、圧電素子を構成する各層からなる積層膜が、その圧電素子とは不連続で設けられている。

ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの構造において、例えば、積層膜の上電極膜の材料にイリジウムを用いると共に、リード電極の材料にアルミニウムを用い、積層膜上にリード電極を構成する層からなる金属配線層を設けた場合には、流路形成基板とリザーバ形成基板との接合強度が低下し、両基板が剥がれ易くなって、ヘッドの剛性が低下するという問題がある。

このように、流路形成基板とリザーバ形成基板との接合強度が低下する原因の１つとしては、上電極の上に金属配線層を形成すると共にこの金属配線層を所定のマスクパターンを介してエッチングして所定形状にパターニングする際に、金属配線層と上電極膜との間で電位差が生じて電池となり、金属配線層と上電極膜との間に電流が流れて電食が生じ、この電食によって上電極膜がダメージを受け、その結果、積層膜の上電極膜が圧電体層から剥離し易くなっていることが挙げられる。また、このように、上電極膜と金属配線層との間で生じた電食によって、電極カスが発生し、この電極カスによって配線がショートし、ヘッドの信頼性が低下する虞もある。なお、このような各問題は、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。

特開２００３−１５９８０１号公報（第７−８頁、第８図）

本発明は、このような事情に鑑み、ヘッドの剛性を確保しつつ、信頼性を向上することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに液体噴射ヘッドの製造方法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、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されると共に当該圧電素子を保護する圧電素子保持部が設けられる保護基板とを具備する液体噴射ヘッドであって、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面の前記保護基板との接合領域には、前記圧電素子を構成する各層からなる積層膜が当該圧電素子とは不連続で設けられると共に前記上電極がイリジウムからなる前記積層膜上にはアルミニウム層からなる金属配線層が設けられ、且つ前記積層膜の前記上電極の前記金属配線層が設けられた領域以外の表面積Ｓｉと、前記金属配線層を構成する前記アルミニウム層の周長Ｌａ及び膜厚Ｔａとの関係が４．６×Ｌａ×Ｔａ＜Ｓｉの条件を満たす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、上電極の面積Ｓｉと、アルミニウム層の周長Ｌａ及び膜厚Ｔａとの関係が所定の条件を満たすようにすることで、金属配線層と上電極との間に流れる電流を低減することができ、電食により積層膜の上電極が圧電体層から剥離するのを防止することができる。したがって、流路形成基板と保護基板ヘッドとの十分な接合強度が得られるため、ヘッドの剛性を確保することができ、ヘッドの信頼性を向上することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記上電極の表面積Ｓｉは、前記アルミニウム層の周長Ｌａと膜厚Ｔａとの積Ｌａ×Ｔａの５〜８倍の面積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、積層膜の上電極が圧電体層から剥離するのをより効果的に防止することができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記金属配線層は、前記積層膜上に前記アルミニウム層の下地層として当該アルミニウム層の外形と等しい外形で設けられたチタンタングステン合金層を有し、且つ前記上電極の表面積Ｓｉと、前記チタンタングステン合金層の周長Ｌｔ及び膜厚Ｔｔとの関係が５０．２×Ｌｔ×Ｔｔ＜Ｓｉの条件を満たす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、上電極の表面積Ｓｉと、チタンタングステン合金層の周長Ｌｔ及び膜厚Ｔｔとが所定の条件を満たすようにすることで、チタンタングステン合金と上電極との間に流れる電流を低減することができ、電食により積層膜の上電極が圧電体層から剥離するのを防止することができる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記圧電素子から引き出されるリード電極を具備し、且つ前記金属配線層は、前記リード電極を構成する層からなると共に当該リード電極と不連続で設けられてい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、積層膜上に設けられる金属配線層が、リード電極と同一層となる。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記積層膜と前記金属配線層とは、前記流路形成基板の少なくとも周縁部に設けられてい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、保護基板が流路形成基板の一方面に対して傾斜することなく確実に接合される。

本発明の第６の態様は、第１〜５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６の態様では、高い信頼性を有する液体噴射装置を比較的容易に且つ確実に提供することができる。

本発明の第７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、該圧電素子から引き出されるリード電極と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されると共に当該圧電素子を保護する圧電素子保持部が設けられる保護基板とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板の一方面に前記下電極、前記圧電体層を積層し且つ当該圧電体層上にイリジウムからなる上電極を積層して前記圧電素子を形成すると共に当該圧電素子を構成する各層からなる積層膜を該圧電素子とは不連続で形成する工程と、アルミニウム層からなる前記リード電極を形成すると共に前記積層膜の前記上電極の上に前記リード電極を構成する層からなる金属配線層を形成した後に前記リード電極及び前記金属配線層を所定のマスクパターンを介してウェットエッチングすることで前記積層膜の前記上電極の前記金属配線層が形成される領域以外の表面積Ｓｉと、前記金属配線層を構成する前記アルミニウム層の周長Ｌａ及び膜厚Ｔａとの関係が４．６×Ｌａ×Ｔａ＜Ｓｉの条件を満たすように前記金属配線層を所定形状にパターニングする工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に前記保護基板を接合する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第７の態様では、上電極の面積Ｓｉとアルミニウム層の周長Ｌａ及び膜厚Ｔａとが所定の条件を満たすようにアルミニウム層をウェットエッチングすることで、金属配線層と上電極との間に流れる電流を低減することができ、電食により積層膜の上電極が圧電体層から剥離するのを防止することができる。したがって、流路形成基板と保護基板ヘッドとの十分な接合強度が得られるため、ヘッドの剛性を確保することができ、ヘッドの信頼性を向上することができる。

本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記積層膜上にチタンタングステン合金からなるチタンタングステン合金層と前記アルミニウム層とを積層して形成すると共に当該アルミニウム層を所定のマスクパターンを介してウェットエッチングすると共に前記チタンタングステン合金層を前記所定のマスクパターン及び前記アルミニウム層を介してウェットエッチングすることにより、前記上電極の表面積Ｓｉと、前記チタンタングステン合金層の周長Ｌｔ及び膜厚Ｔｔとの関係が５０．２×Ｌｔ×Ｔｔ＜Ｓｉの条件を満たすように前記チタンタングステン合金層を所定形状にパターニングすることを特徴とする特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる第８の態様では、上電極の面積Ｓｉとチタンタングステン合金層の周長Ｌｔ及び膜厚Ｔｔとが所定の条件を満たすようにチタンタングステン合金層をウェットエッチングすることで、チタンタングステン合金層と上電極との間に流れる電流を低減することができ、電食により積層膜の上電極が圧電体層から剥離するのを防止することができる。

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の平面図及び断面図である。また、図３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の要部拡大平面図である。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って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、隔壁１１によって画成された複数の圧力発生室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、後述するリザーバ形成基板３０のリザーバ部３２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１００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等を形成する際のマスクとして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、後述するプロセスで積層形成されて、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が振動板としての役割を果たす。

ここで、圧電体層７０を形成する材料としては、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。

また、このような圧電素子３００の長手方向の一端部近傍の上電極膜８０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。このリード電極９０は、チタンタングステン合金からなり流路形成基板１０側に形成されるチタンタングステン合金層９１と、アルミニウムからなりチタンタングステン合金層９１上に形成されるアルミニウム層９２とからなる。なお、チタンタングステン合金層９１は、アルミニウム層９２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とアルミニウム層９２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。

さらに、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面の後述する保護基板３０との接合領域には、圧電素子３００を構成する各層からなる積層膜４００が、その圧電素子３００とは不連続で設けられている。すなわち、積層膜４００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０で構成され、圧電素子３００とは独立して設けられている。そして、このような積層膜４００は、本実施形態では、流路形成基板１０の周縁部及び連通部１３の開口周縁部に設けられている。

また、このような積層膜４００の上には、本実施形態では、リード電極９０を構成する各層と同一の層構造である金属配線層９０Ａが、そのリード電極９０とは不連続で設けられている。すなわち、この金属配線層９０Ａは、積層膜４００（上電極膜８０）の上面に形成されるチタンタングステン合金層９１と、このチタンタングステン合金層９１上に形成されるアルミニウム層９２とからなる。そして、アルミニウム層９２は、本実施形態では、チタンタングステン合金層９１の外形と略等しい外形で、且つこのチタンタングステン合金層９１に相対向する領域内に設けられている。また、この金属配線層９０Ａの上面は、後述する保護基板３０との接合面となる。

このような積層膜４００の上電極膜８０の金属配線層９０Ａを構成するアルミニウム層９２が設けられた領域以外の表面積Ｓｉ（図３の斜線部分）と、アルミニウム層９２の周長Ｌａ及び膜厚Ｔａとの関係が、４．６×Ｌａ×Ｔａ＜Ｓｉの条件を満たしている。特に、このような上電極膜８０の表面積Ｓｉは、アルミニウム層９２の周長Ｌａと、アルミニウム層９２の膜厚Ｔａとの積Ｌａ×Ｔａの約５倍〜８倍の面積となるようにするのが好ましい。また、本実施形態では、上述した上電極膜８０の表面積Ｓｉと、チタンタングステン合金層９１の周長Ｌｔ及び膜厚Ｔｔとの関係が、５０．２×Ｌｔ×Ｔｔ＜Ｓｉの条件を満たしている。

ここで、「アルミニウム層９２の周長」とは、上電極膜９０に電気的に接続された部分を含むアルミニウム層９２の全体の輪郭の長さのことであり、例えば、本実施形態では、アルミニウム層９２の外周と、アルミニウム層９２のリザーバ部３２を囲む部分の内周と、アルミニウム層９２の圧電素子３００を囲む部分の内周の合計の長さである。なお、アルミニウム層９２の膜厚は、例えば、約０．３〜２．０μｍの範囲内であり、本実施形態では、約１．１μｍとした。一方、チタンタングステン合金９１の膜厚は、例えば、約０．０５〜０．５μｍの範囲内であり、本実施形態では、約０．１μｍとした。

上述したように、本実施形態では、上電極膜８０の表面積Ｓｉと、アルミニウム層９２の周長Ｌａ及び膜厚Ｔａとの関係を４．６×Ｌａ×Ｔａ＜Ｓｉとすると共に、上電極膜８０の表面積Ｓｉと、チタンタングステン合金層９１の周長Ｌｔ及び膜厚Ｔｔとの関係を５０．２×Ｌｔ×Ｔｔ＜Ｓｉとするようにしたので、チタンタングステン合金層９１とアルミニウム層９２と上電極膜８０との間に流れる電流を低減することができ、チタンタングステン合金層９１とアルミニウム層９２と上電極膜８０との間で生じる電食を低減することができる。

（試験例）
ここで、アルミニウム膜の周長Ｌａと膜厚Ｔａの積Ｌａ×Ｔａ［μｍ^２］と、上電極膜の表面積Ｓｉ［μｍ^２］との関係が、４．６×Ｌａ×Ｔａ＜Ｓｉの条件を満たすと共に、チタンタングステン合金層の周長Ｌｔと膜厚Ｔｔの積Ｌｔ×Ｔｔ［μｍ^２］と、上電極膜の表面積Ｓｉ［μｍ^２］との関係が、５０．２×Ｌｔ×Ｔｔ＜Ｓｉの条件を満たす実施例１〜８を用意した。また、比較のため、４．６×Ｌａ×Ｔａ＜Ｓｉ及び５０．２×Ｌｔ×Ｔｔ＜Ｓｉの条件を満たさない比較例１〜４とを用意した。そして、これら実施例１〜８及び比較例１〜４について、電食による上電極膜のダメージの有無について比較する試験を行った。その結果を下記表１及び表２に示す。なお、上電極膜の面積Ｓｉ、アルミニウム層の周長Ｌａ、及びチタンタングステン合金の周長Ｌｔについては、ＣＡＤを用いて求めた。

上記表１及び表２に示す試験結果から、４．６×Ｌａ×Ｔａ＜Ｓｉの条件と、５０．２×Ｌｔ×Ｔｔ＜Ｓｉの条件とを満たすように、積層膜上にチタンタングステン合金層とアルミニウム層とを形成することで、上電極膜とチタンタングステン合金層とアルミニウム層との間に流れる電流を低減することができ、電食による上電極膜のダメージを低減することができることが分った。

また、流路形成基板１０上の圧電素子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が接着剤層３５を介して接合されている。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。

また、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１００を構成している。

さらに、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貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３に対向する領域には、各圧電素子３００からリード電極９０の先端部が引き出されている。そして、これら各リード電極９０の先端部には、図示しないが、保護基板３０上に実装される駆動ＩＣに一端部が接続される接続配線の他端部が接続されるようになっている。

なお、このような保護基板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。

このように、流路形成基板３０の一方面上、具体的には、金属配線層９０Ａの上面に保護基板３０を接合した構造においては、上述したように積層膜４００の上電極膜８０が電食によって圧電体層７０から剥離することがなく、流路形成基板１０と保護基板３０との接合強度を十分に確保でき、ヘッドの剛性を向上することができる。

さらに、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３１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１００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１００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１００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、図示しない駆動ＩＣ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、圧電素子３００及び振動板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。

ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図４〜図６を参照して説明する。なお、図４〜図６は、圧力発生室の長手方向の断面図である。まず、図４（ａ）に示すように、シリコン単結晶基板である流路形成基板１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、流路形成基板１０の表面に弾性膜５０及びマスク膜５１を構成する二酸化シリコン膜５２を形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、ジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５を形成する。次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。また、本実施形態では、流路形成基板１０の周縁部及び連通部１３が形成される領域に対向する部分の周縁部に、下電極膜６０を残すようにした。次に、図４（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０とを流路形成基板１０の全面に形成する。

次いで、図５（ａ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。また、本実施形態では、流路形成基板１０の周縁部、及び後述する連通部１３が形成される領域に対向する部分の周縁部に形成された下電極膜６０の上に、圧電素子３００を構成する各層を残すことで、積層膜４００を形成するようにした。なお、この積層膜４００は、圧電素子３００とは不連続となるようにパターニングされている。

次に、リード電極９０及び金属配線層９０Ａを形成する。具体的には、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板１０の全面に亘って、チタンタングステン合金（ＴｉＷ）からなるチタンタングステン合金層９１を形成し、このチタンタングステン合金層９１上の全面に、アルミニウムからなるアルミニウム層９２を形成する。その後、例えば、レジスト等からなる所定のマスクパターン（図示なし）を介してアルミニウム層９２をウェットエッチングして所定形状にパターニングした後に、その所定のマスクパターン及びアルミニウム層９２を介してチタンタングステン合金層９１をウェットエッチングして所定形状にパターニングする。これにより、各圧電素子３００から引き出されるリード電極９０と、積層膜４００上に金属配線層９０Ａとが形成される。また、本実施形態では、チタンタングステン合金層９１を約０．１μｍの膜厚となるように形成し、アルミニウム層９２を約１．１μｍの膜厚となるように形成した。

ここで、このように金属配線層９０Ａを形成する工程においては、アルミニウム層９２の上に所定のマスクパターンを設けてウェットエッチングを行うため、このマスクパターンの形状によって、アルミニウム層９２の周長Ｌａと、チタンタングステン合金層９１の周長Ｌｔとが決まることになる。本実施形態では、このマスクパターンの形状によって、上電極膜８０の表面積Ｓｉと、アルミニウム層９２の周長Ｌａ及び膜厚Ｔａとの関係が、４．６×Ｌａ×Ｔａ＜Ｓｉの条件を満たすように調整し、上電極膜８０の表面積Ｓｉと、チタンタングステン合金層９１の周長Ｌｔ及び膜厚Ｔｔとの関係が、５０．２×Ｌｔ×Ｔｔ＜Ｓｉの条件を満たすように調整した。これにより、チタンタングステン合金層９１及びアルミニウム層９２を所定のエッチング液を用いてウェットエッチングする際に、チタンタングステン合金層９１とアルミニウム層９２と上電極膜８０との間に流れる電流を低減することができ、電食によって上電極膜８０が受けるダメージを低減することができる。

次いで、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面に保護基板３０を接着剤層３５によって接合する。このように流路形成基板１０と保護基板３０とを接合したとしても、積層膜４００の上電極膜８０が圧電体層７０から剥離することがないため、両基板の接合強度を十分に確保でき、ヘッドの剛性を向上するこができる。また、本実施形態では、流路形成基板１０の周縁部に積層膜４００及び金属配線層９０Ａを同じ厚さで設けられているため、この金属配線層９０Ａの上面に保護基板３０を当接させた後に保護基板３０の表面を均等に押圧することができる。これにより、保護基板３０が流路形成基板１０の一方面側に傾斜することなく確実に接着される。

なお、その後は、図６（ａ）に示すように、流路形成基板１０の他方面側に所定形状にパターニングしたマスク膜５１を形成すると共に、そのマスク膜５１を介して流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより圧力発生室１２等を形成する。
次いで、図６（ｂ）に示すように、リザーバ部３２と連通部１３とを隔てる積層膜４００及び金属配線層９０Ａを貫通することで、リザーバ部３２と連通部１３とを連通させることにより、リザーバ部３２と連通部１３とからなるリザーバ１００を形成する。

なお、その後は、上述した一連の膜形成及び異方性エッチングによって一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割した後、流路形成基板１０にマスク膜５１を介してノズルプレート２０を接合し、保護基板３０上に駆動ＩＣ（図示なし）を実装すると共にコンプライアンス基板４０を接合することにより、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとなる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態１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、積層膜４００上にチタンタングステン合金層とアルミニウム層とを設けるようにしたが、これに限定されず、アルミニウム層だけを設けるようにしてもよい。また、上述した実施形態１では、積層膜４００の上電極膜８０の上面に金属配線層９０Ａを設けるようにしたが、これに限定されず、積層膜の上電極膜の上面から絶縁体膜の面上にアルミニウム層からなる金属配線層を延設するようにしてもよい。この場合でも、アルミニウム層の周長とは、上電極膜と電気的に接続された部分を含むアルミニウム層の全体の輪郭の長さのことである。

なお、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７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７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。

なお、上述した実施形態１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、この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液体噴射ヘッド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拡大平面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程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、 ３５ 接着剤層、 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、 ９０ リード電極、 ９０Ａ 金属配線層、 ９１ チタンタングステン合金層、 ９２ アルミニウム層、 １００ リザーバ、 ３００ 圧電素子、 ４００ 積層膜

Claims (8)

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、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されると共に当該圧電素子を保護する圧電素子保持部が設けられる保護基板とを具備する液体噴射ヘッドであって、
   前記流路形成基板の前記圧電素子側の面の前記保護基板との接合領域には、前記圧電素子を構成する各層からなる積層膜が当該圧電素子とは不連続で設けられると共に前記上電極がイリジウムからなる前記積層膜上にはアルミニウム層からなる金属配線層が設けられ、且つ前記積層膜の前記上電極の前記金属配線層が設けられた領域以外の表面積Ｓｉと、前記金属配線層を構成する前記アルミニウム層の周長Ｌａ及び膜厚Ｔａとの関係が４．６×Ｌａ×Ｔａ＜Ｓｉの条件を満たすことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１において、前記上電極の表面積Ｓｉは、前記アルミニウム層の周長Ｌａと膜厚Ｔａとの積Ｌａ×Ｔａの５〜８倍の面積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、前記金属配線層は、前記積層膜上に前記アルミニウム層の下地層として当該アルミニウム層の外形と等しい外形で設けられたチタンタングステン合金層を有し、且つ前記上電極の表面積Ｓｉと、前記チタンタングステン合金層の周長Ｌｔ及び膜厚Ｔｔとの関係が５０．２×Ｌｔ×Ｔｔ＜Ｓｉの条件を満たすことを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記圧電素子から引き出されるリード電極を具備し、且つ前記金属配線層は、前記リード電極を構成する層からなると共に当該リード電極と不連続で設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項１〜４の何れかにおいて、前記積層膜と前記金属配線層とは、前記流路形成基板の少なくとも周縁部に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
6. 請求項１〜５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。
7. 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、該圧電素子から引き出されるリード電極と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に接合されると共に当該圧電素子を保護する圧電素子保持部が設けられる保護基板とを具備する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
   前記流路形成基板の一方面に前記下電極、前記圧電体層を積層し且つ当該圧電体層上にイリジウムからなる上電極を積層して前記圧電素子を形成すると共に当該圧電素子を構成する各層からなる積層膜を該圧電素子とは不連続で形成する工程と、アルミニウム層からなる前記リード電極を形成すると共に前記積層膜の前記上電極の上に前記リード電極を構成する層からなる金属配線層を形成した後に前記リード電極及び前記金属配線層を所定のマスクパターンを介してウェットエッチングすることで前記積層膜の前記上電極の前記金属配線層が形成される領域以外の表面積Ｓｉと、前記金属配線層を構成する前記アルミニウム層の周長Ｌａ及び膜厚Ｔａとの関係が４．６×Ｌａ×Ｔａ＜Ｓｉの条件を満たすように前記金属配線層を所定形状にパターニングする工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に前記保護基板を接合する工程とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
8. 請求項７において、前記積層膜上にチタンタングステン合金からなるチタンタングステン合金層と前記アルミニウム層とを積層して形成すると共に当該アルミニウム層を所定のマスクパターンを介してウェットエッチングすると共に前記チタンタングステン合金層を前記所定のマスクパターン及び前記アルミニウム層を介してウェットエッチングすることにより、前記上電極の表面積Ｓｉと、前記チタンタングステン合金層の周長Ｌｔ及び膜厚Ｔｔとの関係が５０．２×Ｌｔ×Ｔｔ＜Ｓｉの条件を満たすように前記チタンタングステン合金層を所定形状にパターニングすることを特徴とする特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
   

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