JP2006198996A

JP2006198996A - 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置

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Publication number: JP2006198996A
Application number: JP2005016095A
Authority: JP
Inventors: Katsuto Shimada; 勝人島田; Tomoaki Takahashi; 智明高橋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-24
Also published as: JP4614068B2

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液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供する。
【解決手段】液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が形成される流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方面側に振動板を介して設けられる下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００と、上電極８０から圧力発生室１２の周壁上に延設される第１のリード電極９０とを少なくとも有すると共に、圧電素子３００と第１のリード電極９０との間に無機絶縁材料からなる第１の絶縁膜１００が設けられ、少なくとも圧電素子３００及び第１のリード電極９０のパターン領域が第１のリード電極９０の他端部に設けられる端子部を除いて無機絶縁材料からなる第２の絶縁膜１１０によって覆われているようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に、インク滴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、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置に関する。

インク滴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滴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。そして、このような圧電素子は、例えば、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いという問題がある。このような問題を解決するために、圧電素子を絶縁体層で覆いコンタクトホールを介して電極を接続し、さらに、コンタクトホール周辺を保護膜で覆ったものがある（例えば、特許文献１参照）。また、圧力発生室が形成される流路形成基板に、圧電素子保持部を有する封止基板（リザーバ形成基板）を接合し、この圧電素子保持部内に圧電素子を密封するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、前者は、構造が複雑なうえ、絶縁体層は上電極にダメージを与えずコンタクトホールを形成可能なポリイミド等を用いているため、耐湿性が不十分であるという問題がある。また、後者のように圧電素子を密封しても、例えば、封止基板と流路形成基板との接着部分から圧電素子保持部内に水分が入り込むこと等により、圧電素子保持部内の湿気が徐々に上昇し、最終的にはこの湿気により圧電素子が破壊されてしまうという問題がある。なお、このような問題は、インク滴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、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。

特開平１１−２３５８１８号公報（第６図、第５頁右欄）特開２００３−１３６７３４号公報（第１図、第２図、第５頁）

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液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに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、液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ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、前記上電極から前記圧力発生室の周壁上に延設される第１のリード電極とを少なくとも有すると共に、前記圧電素子と前記第１のリード電極との間に無機絶縁材料からなる第１の絶縁膜が設けられて前記圧電素子が当該圧電素子と前記第１のリード電極の一端部との接続部を除いて前記第１の絶縁膜によって覆われ、且つ前記第１のリード電極の少なくとも前記圧電素子に対向する部分が他の部分よりも膜厚の薄い薄膜部となっていると共に、少なくとも前記圧電素子及び前記第１のリード電極のパターン領域が前記第１のリード電極の他端部に設けられる端子部を除いて無機絶縁材料からなる第２の絶縁膜によって覆わ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１の態様では、水分透過率の低い無機絶縁材料からなる第１及び第２の絶縁膜によって圧電体層が覆われるため、水分（湿気）に起因する圧電体層（圧電素子）の劣化（破壊）が防止される。そして、第１のリード電極の一部が薄膜部となっていることで、この第２の絶縁膜の被覆性が向上する。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記第１のリード電極が、密着性金属からなる密着層と、該密着層上に設けられる金属層とからなり、前記第１のリード電極の前記薄膜部が前記密着層によって構成されると共に、前記第１のリード電極の前記薄膜部以外の領域が、前記密着層と前記金属層とで構成さ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２の態様では、薄膜部を有する第１のリード電極を容易且つ良好に形成することができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記第１のリード電極の前記端子部から引き出されて前記第１の絶縁膜上に延設される第２のリード電極をさらに有す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、圧電素子を駆動するための電圧が、第１及び第２のリード電極を介して良好に供給される。

本発明の第４の態様は、第１〜３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４の態様では、耐久性を著しく向上した液体噴射装置を実現することができる。

本発明の第５の態様は、液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、密着性金属からなる密着層と該密着層上に設けられる金属層とからなり前記上電極から前記圧力発生室の周壁上に延設される第１のリード電極を形成する電極形成工程とを少なくとも具備し、且つ前記電極形成工程が、前記流路形成基板の全面に前記密着層と前記金属層とを順次積層する工程と、同一マスクを介して前記金属層及び前記密着層を順次エッチングすることにより前記密着層を所定形状にパターニングする工程と、少なくとも前記圧電素子に対向する領域の前記金属層をエッチングして、前記圧電素子に対向する領域に他の領域よりも膜厚の薄い薄膜部を形成する工程とを含む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５の態様では、第１のリード電極の薄膜部を良好に形成することができる。

本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記電極形成工程の前に、前記上電極と前記第１のリード電極の一端部との接続部を除く少なくとも前記圧電素子を構成する各層のパターン領域を覆って無機絶縁材料からなる第１の絶縁膜を形成する工程をさらに有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６の態様では、圧電素子が第１の絶縁膜によって保護され、水分（湿気）に起因する圧電素子（圧電体層）の劣化（破壊）が防止される。

本発明の第７の態様は、第５又は６の態様において、前記第１のリード電極の他端部に設けられる端子部を除く少なくとも前記圧電素子を構成する各層及び前記第１のリード電極のパターン領域に、無機絶縁材料からなる第２の絶縁膜を形成する工程をさらに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、圧電素子が第２の絶縁膜によって保護され、水分（湿気）に起因する圧電素子（圧電体層）の劣化（破壊）が防止される。

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。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、図示するように、その一方の面には、二酸化シリコンからなり厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。この流路形成基板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を形成する際のエッチング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ステンレス鋼などからなる。

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は圧電素子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。

ここで、圧電素子３００の構造について詳細に説明する。圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、例えば、本実施形態では、図２に示すように、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の列の外側で流路形成基板１０の端部近傍まで延設され、それらの先端部は、後述する保護基板３０上に実装された駆動ＩＣ１３０から延設される接続配線１３５が接続される端子６０ａとなっている。圧電体層７０及び上電極膜８０は、基本的には圧力発生室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の端面は圧電体層７０によって覆われている。

また、各圧電素子３００の上電極膜８０には、無機絶縁材料からなる第１の絶縁膜１００を介して第１のリード電極９０が接続されている。すなわち、第１のリード電極９０は第１の絶縁膜１００上に延設され、その一端が第１の絶縁膜１００に設けられたコンタクトホール１０１を介して各圧電素子３００の上電極膜８０に接続されている。また、第１のリード電極９０の他端側の先端部は、後述する第２のリード電極９５が接続される端子部となっている。

また、第１のリード電極９０は、少なくとも圧電素子３００に対向する部分に、他の部分よりも膜厚の薄い薄膜部９０ａを有する。例えば、本実施形態では、この第１のリード電極９０は、厚さが０．１〜０．５μｍ程度の密着層９１と、厚さが０．５〜３μｍ程度の金属層９２とで構成され、薄膜部９０ａは、上記密着層９１のみで構成されている。

密着層９１の材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）等が挙げられる。また、金属層９２の材料としては、例えば、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられる。なお、本実施形態では、第１のリード電極９０を構成する密着層９１がチタンタングステン（ＴｉＷ）からなり、金属層９２がアルミニウム（Ａｌ）からなる。また、密着層９１は、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属層９２と下電極膜６０が接触することで反応して相互拡散するのを防止する役割を果たす。詳細は後述するが、薄膜部９０ａを密着層９１のみで形成すれば、金属層９２が圧電素子３００に対向する部分まで形成されていることの不都合を招来することなく、また、密着層９１が本来備えている密着性によって、第１のリード電極９０と圧電素子３００とを確実に接続できる。

第１の絶縁膜１００は、少なくとも圧電素子３００を構成する各層を覆って設けられ、各圧電素子３００の上電極膜８０に対向する領域に、上電極膜８０と第１のリード電極９０の一端部との接続部となるコンタクトホール１０１を有する。例えば、本実施形態では、第１の絶縁膜１００は、圧電素子３００及び第１のリード電極９０並びに後述する第２のリード電極９５のパターン領域に亘って設けられている。そして、圧電素子３００を構成する圧電体層７０及び上電極膜８０は、コンタクトホール１０１を除いて第１の絶縁膜１００で覆われており、下電極膜６０は端子６０ａに対向する領域を除いて第１の絶縁膜１００で覆われている。

さらに、本実施形態では、このような圧電素子３００を構成する各層及び第１のリード電極９０並びに後述する第２のリード電極９５のパターン領域が、下電極膜６０の端子６０ａ及び第１のリード電極９０の他端部の端子部に対向する領域を除いて、無機絶縁材料からなる第２の絶縁膜１１０によって覆われている。すなわち、上記パターン領域の下電極膜６０、圧電体層７０、上電極膜８０及び第１のリード電極９０の表面（上面及び端面）が、無機絶縁材料からなる第２の絶縁膜１１０によって覆われており、第１のリード電極９０の他端部に対応する位置には、第１のリード電極９０の第２のリード電極９５が接続される端子部となるコンタクトホール１１１が形成されている。

また、第１のリード電極９０には、第２の絶縁膜１１０に設けられたコンタクトホール１１１を介して第２のリード電極９５の一端部がそれぞれ接続され、この第２のリード電極９５は、第２の絶縁膜１１０上を流路形成基板１０の端部近傍まで延設されている。そして、第２のリード電極９５の先端部（他端部）近傍は、下電極膜６０の端子６０ａと同様に、接続配線１３５が接続される端子９５ａとなっている。なお、第２のリード電極９５は、第１のリード電極９０と同様に、密着層９６と金属層９７とで構成されている。例えば、本実施形態では、第２のリード電極９５を構成する密着層９６はニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなり、金属層９７は金（Ａｕ）からなる。

以上説明したように、本実施形態では、第１及び第２の絶縁膜１００，１１０が、圧電素子３００を構成する各層及び第１，第２のリード電極９０，９５のパターン領域に設けられている。すなわち、圧電素子３００を構成する下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０の表面（上面及び端面）が、無機絶縁材料からなる第１及び第２の絶縁膜１００，１１０によって覆われている。

そして、無機絶縁材料からなる第１及び第２の絶縁膜１００，１１０は、水分の透過性が極めて低いため、これら第１及び第２の絶縁膜１００，１１０によって少なくとも圧電素子３００の表面を被覆することにより、圧電素子３００の破壊、具体的には、圧電体層７０の水分（湿気）に起因する破壊を防止することができる。また、第１及び第２の絶縁膜１００，１１０が、圧電素子３００を構成する各層及び第１，第２のリード電極９０，９５のパターン領域に亘って設けられているため、第１及び第２の絶縁膜１００，１１０の端部から水分が侵入した場合でも、圧電体層７０まで水分が達するのを防ぐことができる。

なお、これら第１及び第２の絶縁膜１００，１１０の材料は、無機絶縁材料であればよく、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）、酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_ｘ）等が挙げられるが、特に、無機アモルファス材料、例えば酸化アルミニウム（ＡｌＯ_ｘ）、特に、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いるのが好ましい。無機アモルファス材料を用いる場合、第１の絶縁膜１００と第２の絶縁膜１１０との厚さの合計が１００ｎｍ程度であっても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができる。なお、第１及び第２の絶縁膜１００，１１０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、上記無機絶縁材料を用いたの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。

また、本発明では、第１のリード電極９０の少なくとも圧電素子３００に対向する部分が薄膜部９０ａとなっているため、少なくとも圧電素子３００に対向する領域は、第２の絶縁膜１１０によって良好に被覆される。すなわち、第１のリード電極９０の圧電素子３００に対応する一端部の端面の膜厚が厚いと、第２の絶縁膜１１０は、第１のリード電極９０の一端部（端面）に対応する領域には形成され難く、この部分で第２の絶縁膜１１０の剥離が発生しやすい。しかしながら、第１のリード電極９０の圧電素子３００に対応する領域の膜厚を薄くすることで、第１のリード電極９０の端部に対応する領域にも第２の絶縁膜１１０が良好に形成される。したがって、第２の絶縁膜１１０の剥離の発生を防止することができ、圧電体層７０の水分に起因する破壊をより確実に防止することができる。

なお、第１のリード電極９０の薄膜部９０ａは、少なくとも圧電素子３００に対向する領域に設けられていればよく、その長さは特に限定されないが、例えば、図３に示すように、上電極膜８０の端部から薄膜部９０ａの基端部（密着層９１の端部）までの距離Ｌが、少なくとも圧電素子３００の厚さの２倍以上であることが好ましく、より好ましくは１０〜２００μｍ程度である。金属層９２が形成されている領域では、その端部（端面）に対応する部分に第２の絶縁膜１１０が形成され難く、薄膜部９０ａに対応する領域と比較すると第２の絶縁膜１１０の剥離等が発生し易い。このため、距離Ｌが短いと、第２の絶縁膜１１０の剥離が発生した場合に、剥離した部分から侵入した水分によって圧電体層７０が破壊される虞がある。また、距離Ｌが長過ぎると、すなわち、薄膜部９０ａの長さが長すぎると、リード電極９０の抵抗値が高くなり過ぎて圧電素子３００に良好に電圧を印加できなくなる虞がある。

また、このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０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、例えば、接着剤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。なお、圧電素子保持部３１は、密封されていてもよいが、勿論、密封されていなくてもよい。

ここで、第１のリード電極９０の端子部、すなわち、コンタクトホール１１１は、圧電素子保持部３１の外に配置されていることが望ましい。すなわち、保護基板３０を第２の絶縁膜１１０上に接着することで、保護基板３０と流路形成基板１０との接着強度を向上することができるからである。

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１２０を構成している。

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１２０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１２０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１２０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、保護基板３０上に実装された駆動ＩＣ１３０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からインク滴が吐出する。

以下、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７を参照して説明する。なお、図４〜図７は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１４０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５２を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１４０（流路形成基板１０）として、膜厚が約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。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。

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（Ｉｒ）等からなる上電極膜８０とを流路形成基板用ウェハ１４０の全面に形成した後、これら圧電体層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。

なお、圧電体層７０の材料としては、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に、ニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等を用いてもよい。その組成は、圧電素子の特性、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_２／３）Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ_１／３Ｎｂ_２／３）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、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ(Metal-Organic Decomposition)法等を用いてもよい。

次に、図５（ａ）に示すように、酸化アルミニウムからなる第１の絶縁膜１００を形成する。すなわち、流路形成基板用ウェハ１４０の全面に第１の絶縁膜１００を形成し、その後、上電極膜８０と第１のリード電極９０との接続部となるコンタクトホール１０１及び下電極膜６０の端子６０ａとなる部分の第１の絶縁膜１００を除去する。なお、本実施形態では、圧電素子３００を構成する各層及び第１，第２のリード電極９０，９５のパターン領域以外も除去するようにしている。勿論、第１の絶縁膜１００は、上記パターン領域以外にも設けられていてもよい。また、第１の絶縁膜１００の除去方法は、特に限定されないが、例えば、イオンミリング等のドライエッチングを用いることが好ましい。これにより、第１の絶縁膜１００を選択的に良好に除去することができる。

次に、第１のリード電極９０を形成する。具体的には、まず、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１４０の全面に亘って、例えば、チタンタングステン（ＴｉＷ）からなる密着層９１を形成し、さらに、この密着層９１上の全面に、例えば、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属層９２を形成する。その後、図５（ｃ）に示すように、例えば、レジスト等からなるマスク（図示なし）を介して金属層９２及び密着層９１をエッチングすることにより、密着層９１を所定形状にパターニングする。次に、レジスト等からなるマスクを再度パターニングした後、図５（ｄ）に示すように、圧電素子３００に対向する領域の金属層９２をエッチングにより除去して薄膜部９０ａを形成する。このような手順で第１のリード電極９０を形成することで、第１のリード電極９０を比較的容易且つ良好に形成することができる。

次に、図６（ａ）に示すように、例えば、酸化アルミニウムからなる第２の絶縁膜１１０を形成する。すなわち、第２の絶縁膜１１０を流路形成基板用ウェハ１４０の全面に形成し、その後、第１のリード電極９０の端子部に対向する領域にコンタクトホール１１１を形成すると共に、下電極膜６０の端子６０ａに対向する領域の第２の絶縁膜１１０を除去する。なお、本実施形態では、第１の絶縁膜１００と同様に、圧電素子３００を構成する各層及び第１，第２のリード電極９０，９５のパターン領域以外の第２の絶縁膜１１０を除去するようにしている。

そして、このように第２の絶縁膜１１０を形成する際には、上電極膜８０の剥離が生じ易いが、本発明では、第１のリード電極９０の少なくとも圧電素子３００に対向する部分が薄膜部９０ａとなっているため、第２の絶縁膜１１０を形成する際に発生する上電極膜８０の剥離を防止することができる。特に、金属層９２の材料としてアルミニウム（Ａｌ）を用いている場合には効果的である。

具体的には、第１のリード電極９０の金属層９２の材料であるアルミニウム（Ａｌ）は熱膨張係数が大きい。例えば、上電極膜８０であるイリジウム（Ｉｒ）の絶対温度５００（Ｋ）での熱膨張係数は、７．２（１０^−６／Ｋ）であるのに対し、アルミニウム（Ａｌ）の線膨張係数は２６．４（１０^−６／Ｋ）と極めて大きい。

このような特性を有する材料からなる金属層９２が圧電素子３００上に設けられた状態で酸化アルミニウムからなる第２の絶縁膜１１０を形成すると、金属層９２はそのときの熱（３５０℃程度）によって膨張し、金属層９２には伸びようとする力が生じる。そして、密着力の比較的弱い上電極膜８０は、この金属層９２に生じる力によって剥離されてしまう虞がある。しかしながら、上述したように第１のリード電極９０に、薄膜部９０ａを設けておくことで、このような上電極膜８０の剥離の発生を防止することができる。

次に、第２のリード電極９５を形成する。例えば、本実施形態では、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１４０の全面に亘って、例えば、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなる密着層９６を形成し、この密着層９６上の全面に、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９７を形成する。その後、マスクパターン（図示なし）を介して金属層９７を各圧電素子３００毎にパターニングし、さらに密着層９６をエッチングによりパターニングすることによって第２のリード電極９５が形成される。

次いで、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１４０の圧電素子３００側に、シリコンウェハであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハ１５０を接合する。なお、この保護基板用ウェハ１５０は、例えば、６２５μｍ程度の厚さを有するため、流路形成基板用ウェハ１４０の剛性は、保護基板用ウェハ１５０を接合することによって著しく向上することになる。

次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１４０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１４０を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、約７０μｍ厚になるように流路形成基板用ウェハ１４０を加工した。次いで、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１４０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５１を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜５１を介して流路形成基板用ウェハ１４０を異方性エッチングすることにより、流路形成基板用ウェハ１４０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する（図７（ｃ））。

なお、その後は、流路形成基板用ウェハ１４０及び保護基板用ウェハ１５０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１４０の保護基板用ウェハ１５０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１５０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハ１４０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、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、本発明の一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、上述した実施形態では、第１のリード電極が、密着層と金属層との２層で構成されたものを例示したが、これに限定されず、例えば、３層以上で構成されていてもよい。何れにしても第１のリード電極が複数層で構成される場合には、薄膜部の層数が１層以上であり、薄膜部以外の領域に、薄膜部の層数よりも多い層数で構成される領域が存在すればよい。また、第１のリード電極は、勿論、１層で構成されていてもよく、この場合には、第１のリード電極の一部をハーフエッチングすることにより薄膜部を形成すればよい。

また、上述した実施形態では、上電極膜から周壁上に引き出される第１のリード電極について説明したが、例えば、下電極膜から下電極用リード電極が引き出される構造の場合には、勿論、この下電極用リード電極にも本発明を採用することができる。

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８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８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。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、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圧電体膜、８０上電極膜、９０第１のリード電極、９５第２のリード電極、１００第１の絶縁膜、１１０第２の絶縁膜、１２０リザーバ、１３０駆動ＩＣ、１３５接続配線、３００圧電素子

Claims

液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ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、前記上電極から前記圧力発生室の周壁上に延設される第１のリード電極とを少なくとも有すると共に、前記圧電素子と前記第１のリード電極との間に無機絶縁材料からなる第１の絶縁膜が設けられて前記圧電素子が当該圧電素子と前記第１のリード電極の一端部との接続部を除いて前記第１の絶縁膜によって覆われ、且つ前記第１のリード電極の少なくとも前記圧電素子に対向する部分が他の部分よりも膜厚の薄い薄膜部となっていると共に、少なくとも前記圧電素子及び前記第１のリード電極のパターン領域が前記第１のリード電極の他端部に設けられる端子部を除いて無機絶縁材料からなる第２の絶縁膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１において、前記第１のリード電極が、密着性金属からなる密着層と、該密着層上に設けられる金属層とからなり、前記第１のリード電極の前記薄膜部が前記密着層によって構成されると共に、前記第１のリード電極の前記薄膜部以外の領域が、前記密着層と前記金属層とで構成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１又は２において、前記第１のリード電極の前記端子部から引き出されて前記第１の絶縁膜上に延設される第２のリード電極をさらに有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１〜３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。
液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、密着性金属からなる密着層と該密着層上に設けられる金属層とからなり前記上電極から前記圧力発生室の周壁上に延設される第１のリード電極を形成する電極形成工程とを少なくとも具備し、
且つ前記電極形成工程が、前記流路形成基板の全面に前記密着層と前記金属層とを順次積層する工程と、同一マスクを介して前記金属層及び前記密着層を順次エッチングすることにより前記密着層を所定形状にパターニングする工程と、少なくとも前記圧電素子に対向する領域の前記金属層をエッチングして、前記圧電素子に対向する領域に他の領域よりも膜厚の薄い薄膜部を形成する工程とを含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項５において、前記電極形成工程の前に、前記上電極と前記第１のリード電極の一端部との接続部を除く少なくとも前記圧電素子を構成する各層のパターン領域を覆って無機絶縁材料からなる第１の絶縁膜を形成する工程をさらに有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項５又は６において、前記第１のリード電極の他端部に設けられる端子部を除く少なくとも前記圧電素子を構成する各層及び前記第１のリード電極のパターン領域に、無機絶縁材料からなる第２の絶縁膜を形成する工程をさらに具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。