JP2006205427A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 液体吐出特性を良好に保持できると共に安定した液体吐出特性を得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】 複数の圧電素子に共通する共通電極である下電極６０が、引き出し電極の周囲に亘って連続的に形成されると共に、圧電素子に対向する領域の外側の下電極６０上に、下電極６０の材料とは熱膨張係数の異なる材料からなる第１のリード電極と同一層で形成される第１の積層電極１４０と、第２のリード電極と同一層で形成される第２の積層電極１５０とを有し、且つ第１の積層電極１４０は第１の絶縁膜１００を介して下電極６０上に設けられて下電極６０とは非接触であり、第２の積層電極１５０が第２の絶縁膜１１０を介して第１の積層電極１４０上に設けられると共に下電極６０及び第１の積層電極１４０とそれぞれ接触しているようにする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液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液滴を吐出させる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提案されている。これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を高密度に作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。

このように圧電素子を高密度に配列したインクジェット式記録ヘッドでは、各圧電素子の一方の電極（共通電極）が複数の圧電素子に共通して設けられているため、多数の圧電素子を同時に駆動して多数のインク滴を一度に吐出させると、電圧降下が発生して圧電素子の変位量が不安定となり、インク吐出特性が低下するという問題がある。そして、このような問題な問題を解決するために、圧電素子の共通電極である下電極膜上に、導電材料からなる積層電極層、接続配線層等を設けることで、下電極膜の抵抗値を実質的に低下させ、電圧降下の発生を防止したものがある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この特許文献１に記載の構造のように積層電極層が下電極膜上に直接形成されていると、積層電極層を形成する際に、下電極膜と積層電極層との間で電触等が発生する等の問題が生じる虞がある。

なお、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２００４−１４３１号公報（第１〜３図、第５〜６頁等）

本発明はこのような事情に鑑み、液体吐出特性を良好に保持できると共に安定した液体吐出特性を得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、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、前記圧電素子から引き出される第１のリード電極と該第１のリード電極から引き出される第２のリード電極とを含む引き出し電極とを有し、複数の圧電素子に共通する共通電極である前記下電極が、前記引き出し電極の周囲に亘って連続的に形成されると共に、前記圧電素子に対向する領域の外側の前記下電極上に、前記下電極の材料とは熱膨張係数の異なる材料からなる前記第１のリード電極と同一層で形成される第１の積層電極と、前記第２のリード電極と同一層で形成される第２の積層電極とを有し、且つ前記第１の積層電極は第１の絶縁膜を介して前記下電極上に設けられて当該下電極とは非接触であり、前記第２の積層電極が第２の絶縁膜を介して前記第１の積層電極上に設けられると共に前記下電極及び前記第１の積層電極とそれぞれ接触し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、第１及び第２の積層電極によって共通電極である下電極の抵抗値が実質的に低下するため、圧電素子を駆動する際の電圧降下が防止され、液体吐出特性が常に良好に保持される。また、熱膨張係数の異なる材料からなる第１の積層電極と下電極とが非接触であるため、製造過程において下電極の剥がれ等の発生を防止することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記第１の積層電極と前記第２の積層電極との接触部となる前記第２の絶縁膜に形成された貫通部を除いて、前記第１の積層電極が前記第１及び第２の絶縁膜によって覆われていることを特徴する液体噴射ヘッドにある。
かかる第２の態様では、第１の積層電極と下電極との接触が確実に防止されるため、下電極の剥離を確実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、前記下電極が、少なくとも白金を含む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、所望の特性を有する下電極を形成することができる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記第１のリード電極の主材料が、アルミニウム（Ａｌ）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４の態様では、第１の積層電極が熱膨張係数が比較的大きい材料で形成されている場合でも、下電極の剥離を確実に防止することができる。

本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記第１の絶縁膜が、前記圧電素子と前記第１のリード電極との接続部を除いて、前記圧電素子に対応する領域に連続的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、圧電素子が第１の絶縁膜によって覆われることで、水分に起因する圧電素子（圧電体層）の破壊を防止することができる。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記第２の絶縁膜が、前記第１のリード電極と前記第２のリード電極との接続部を除いて、前記圧電素子に対応する領域に連続的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６の態様では、圧電素子が第２の絶縁膜によって覆われることで、水分に起因する圧電素子（圧電体層）の破壊を防止することができる。

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及び第２の絶縁膜が、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７の態様では、第１又は第２の絶縁膜によって圧電素子をより確実に保護することができる。

本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記無機絶縁材料が、酸化アルミニウム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８の態様では、第１又は第２の絶縁膜によって圧電素子をさらに確実に保護することができる。

本発明の第９の態様は、第１〜８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９の態様では、耐久性及び信頼性を向上した液体噴射装置を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’断面図であり、図３は、図２のＢ−Ｂ’断面図（複数の圧電素子３００の並設方向であって、流路形成基板１０の端部近傍に形成された電極層の構成）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。また、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍から流路形成基板１０の端部近傍まで延設される上電極用引き出し電極９０が接続されている。

ここで、このような圧電素子３００について詳細に説明する。圧電素子３００の共通電極である下電極膜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、圧力発生室１２の並設方向では複数の圧力発生室１２に対応する領域に亘って連続的に設けられている。そして、下電極膜６０は、圧力発生室１２の並設方向で流路形成基板１０の端部近傍まで延設され、本実施形態では、各圧電素子３００から引き出される複数の上電極用引き出し電極９０の周囲を囲むように連続的に設けられている。

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、このような圧電素子３００を構成する各層のパターン領域には、無機絶縁材料からなる第１の絶縁膜１００が形成され、圧電素子３００を構成する各層はこの第１の絶縁膜１００によって覆われている。また、上電極用引き出し電極９０は、本実施形態では、上電極膜８０に接続される第１のリード電極９１と、第１のリード電極９１に接続される第２のリード電極９４とを含む。そして、第１のリード電極９１は、この第１の絶縁膜１００に延設されると共に第１の絶縁膜１００に形成されたコンタクトホール１０１を介して上電極膜８０に接続されている。また、この第１のリード電極９１及び圧電素子３００を構成する各層は、無機絶縁材料からなる第２の絶縁膜１１０によってさらに覆われている。上電極用引き出し電極９０を構成する第２のリード電極９４は、この第２の絶縁膜１１０上に延設され、第２の絶縁膜１１０に形成されたコンタクトホール１１１を介して第１のリード電極９１に接続されている。そして、第２のリード電極９４の第１のリード電極９１と接続する側とは反対側の先端部近傍は、後述する保護基板３０上に実装された駆動ＩＣ１３０から引き出された接続配線１３５が接続されるようになっている。

ここで、第１のリード電極９１は、本実施形態では、厚さが０．１〜０．５μｍ程度の密着層９２と、厚さが０．５〜３μｍ程度の金属層９３とで構成されている。密着層９２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９３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９１を構成する密着層９２がチタンタングステン（ＴｉＷ）からなり、金属層９３がアルミニウム（Ａｌ）からなる。

第２のリード電極９４は、第１のリード電極９１と同様に、密着層９５と金属層９６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９４を構成する密着層９５はニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなり、金属層９６は金（Ａｕ）からなる。 また、第１及び第２の絶縁膜１００，１１０の材料としては、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（ＡｌＯ_ｘ）、酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ）等が挙げられるが、特に、無機アモルファス材料である、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等を用いるのが好ましい。

また、並設された圧力発生室１２の外側の領域の下電極膜６０上には、第１のリード電極９１と同一層（密着層９２及び金属層９３）からなる第１の積層電極１４０が、上述した第１の絶縁膜１００を介して設けられている。さらに、この第１の積層電極１４０上には、第２のリード電極９４と同一層（密着層９５及び金属層９６）からなる第２の積層電極１５０が、上述した第２の絶縁膜１１０を介して設けられ、これら下電極膜６０、第１の積層電極１４０及び第２の積層電極１５０が電気的に接続されている。

具体的には、複数の圧電素子３００の並設方向であって、流路形成基板１０の端部近傍に形成された電極層の構成（図２のＢ−Ｂ’断面図）は、図３に示すように、第１の積層電極１４０は、下電極膜６０上に第１の絶縁膜１００を介して設けられ、下電極膜６０とは非接触となっている。第１の積層電極１４０上に第２の絶縁膜１１０を介して設けられる第２の積層電極１５０は、第２の絶縁膜１１０に形成された貫通部１１２を介して第１の積層電極１４０と接触している。また、第２の積層電極１５０は、第１及び第２の絶縁膜１００，１１０に連続して設けられる貫通部１０２，１１３を介して下電極膜６０に接触している。なお、本実施形態では、貫通部１０２，１１３は、第１の積層電極１４０を厚さ方向に貫通する貫通孔１４１内に設けられているが、これに限定されず、例えば、図４に示すように、貫通部１０２，１１３は、第１の積層電極１４０の周縁部に設けられていてもよい。

また、本実施形態では、並設された圧電素子３００同士の間の領域には、例えば、１０個の圧電素子３００に対して１本程度の割合で、圧電素子３００の並設方向と垂直する方向（図２（ｂ）の第１の積層電極１４０、第２の積層電極１５０が図示されている部分）に形成された第１の積層電極１４０から連続する下電極用引き出し配線９７が設けられている。すなわち、下電極用引き出し配線９７は、第１のリード電極９１を構成する密着層９２及び金属層９３で構成されている。そして、第１の絶縁膜１００に設けられたコンタクトホール１０３を介して、圧力発生室１２に対応する領域の下電極膜６０に接続され、上電極用引き出し配線９０の引き出し方向に沿って延設されている。なお、下電極用引き出し配線９７を構成する密着層９２は、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属層９３と下電極膜６０とが反応して相互拡散するのを防止するために設けられている。

このような本実施形態の構成では、圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０に第１及び第２の積層電極１４０，１５０が電気的に接続されているため、下電極膜６０の抵抗値が実質的に低下する。これにより、多数の圧電素子３００を同時に駆動しても電圧降下の発生を防止することができる。特に、本実施形態では、複数の下電極用引き出し配線９７が、第１の積層電極１４０から連続して形成されているため、電圧降下の発生をより確実に防止することができる。したがって、常に良好で且つ安定したインク吐出特性を得ることができる。

また、詳しくは後述するが、このような構成とすることで、製造過程において発生する下電極膜６０の剥離を防止することができるという効果もある。

さらに、本実施形態では、無機絶縁材料からなる第１及び第２の絶縁膜１００，１１０が、圧電素子３００に対応する領域を覆って形成されているため、圧電素子３００が、実質的に大気と接触することがない。したがって、大気中の水分（湿気）に起因する圧電素子３００（圧電体層７０）の破壊を防止することもできる。

なお、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。

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。さらに、圧電素子保持部のリザーバ部３２とは反対側の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通して第２のリード電極９４が露出される露出孔３３が形成されている。そして、保護基板３０上に実装されている駆動ＩＣ１３０から引き出された接続配線１３５は、この露出孔３３内で第２のリード電極９４及び第２の積層電極１５０（下電極膜６０）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５〜図１０を参照して説明する。なお、図５，６，８，１０は、図２のＡ−Ａ’断面に相当する断面図であり、図７，９は、図２のＢ−Ｂ’断面に相当する断面図である。

まず、図５（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１６０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１６０（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５（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５（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５（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１６０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、酸化アルミニウムからなる第１の絶縁膜１００を形成する。具体的には、図６（ａ）及び図７（ａ）に示すように、まず流路形成基板用ウェハ１６０の全面に第１の絶縁膜１００を形成し、その後、例えば、レジスト等からなるマスク（図示なし）を介して第１の絶縁膜１００をエッチングすることにより、コンタクトホール１０１，１０３を形成する。

なお、本実施形態では、圧電素子３００を構成する各層のパターン領域以外の第１の絶縁膜１００を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のパターニング方法は、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９１を形成すると共に、第１の積層電極１４０及び下電極用引き出し電極９７を形成する。具体的には、まず、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１６０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９２を形成し、この密着層９２上の全面に、例えば、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属層９３を形成する。その後、図６（ｃ）及び図７（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９３及び密着層９２を順次エッチング（ウェットエッチング）することにより、第１のリード電極９１及び下電極用引き出し電極９７を形成する。また同時に、第１の積層電極１４０を所定形状にパターニングすると共に貫通孔１４１を形成する。

次に、酸化アルミニウムからなる第２の絶縁膜１１０を形成する。具体的には、図８（ａ）及び図９（ａ）に示すように、まず第２の絶縁膜１１０を流路形成基板用ウェハ１６０の全面に形成し、その後、例えば、レジスト等からなるマスク（図示なし）を介して第２の絶縁膜１１０をエッチングすることにより、コンタクトホール１１１を形成する。また、第１の積層電極１４０に対向する領域に貫通部１１２を形成すると共に、貫通孔１４１に対応する領域の第２の絶縁膜１１０及び第１の絶縁膜１００をエッチングして、貫通部１０２，１１３を形成する。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。

ここで、このような酸化アルミニウムからなる第２の絶縁膜１１０を形成する場合、流路形成基板用ウェハ１６０は、約３５０℃程度の温度に加熱する必要がある。そして、このとき下電極膜６０と第１の積層電極１４０とが直接接触していると、これら各層の熱膨張係数の違いにより、下電極膜６０が剥離してしまう虞がある。

例えば、下電極膜６０の材料である白金（Ｐｔ）の絶対温度５００（Ｋ）での熱膨張係数は９．６（１０^−６／Ｋ）であり、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、第１の積層電極１４０の主材料であるアルミニウム（Ａｌ）の線膨張係数は２６．４（１０^−６／Ｋ）と極めて大きい。このため、下電極膜６０に第１の積層電極１４０が接触した状態で、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、第１の積層電極１４０はそのときの熱によって膨張し、第１の積層電極１４０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下電極膜６０は、この第１の積層電極１４０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、本発明では、上述したように下電極膜６０と第１の積層電極１４０との間に第１の絶縁膜１００が設けられ、両者が直接接触することがないため、このような下電極膜６０の剥離を防止することができる。

次に、第２のリード電極９４及び第２の積層電極１５０を形成する。例えば、本実施形態では、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１６０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９５を形成し、この密着層９５上の全面に、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９６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９６及び密着層９５を順次エッチングすることにより、第２のリード電極９４を形成すると共に、第２の絶縁膜１１０上に第２の積層電極１５０を形成する。

次いで、図８（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１６０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１７０を接合する。なお、この保護基板用ウェハ１７０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１００の剛性は、保護基板用ウェハ１７０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１０（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１６０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１６０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１６０を加工した。次いで、図１０（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１６０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１６０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１６０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１０（ｃ））。

なお、その後は、流路形成基板用ウェハ１６０及び保護基板用ウェハ１７０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１６０の保護基板用ウェハ１７０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１７０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１６０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、上述の実施形態では、第２の絶縁膜１１０をパターニングする際に、第２の絶縁膜１１０の貫通部１１２と、第１の絶縁膜１００の貫通部１０２とを同時に形成するようにしたが、これに限定されず、勿論、第１の絶縁膜１００の貫通部１０２は、第１の絶縁膜１００をパターニングしてコンタクトホール１０１を形成する際に同時に形成するようにしてもよい。

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１１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１１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変形例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。 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。 本発明の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、 ４０ コンプライアンス基板、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ 上電極用引き出し電極、 ９１ 第１のリード電極、 ９２，９５ 密着層、 ９３，９６ 金属層、 ９４ 第２のリード電極、 ９７ 下電極用引き出し電極 、 １００ 第１の絶縁膜、 １０２，１１２，１１３ 貫通部、 １１０ 第２の絶縁膜、 １２０ リザーバ、 １４０ 第１の積層電極、 １５０ 第２の積層電極、 ３００ 圧電素子

Claims (9)

1. 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、前記圧電素子から引き出される第１のリード電極と該第１のリード電極から引き出される第２のリード電極とを含む引き出し電極とを有し、
   複数の圧電素子に共通する共通電極である前記下電極が、前記引き出し電極の周囲に亘って連続的に形成されると共に、前記圧電素子に対向する領域の外側の前記下電極上に、前記下電極の材料とは熱膨張係数の異なる材料からなる前記第１のリード電極と同一層で形成される第１の積層電極と、前記第２のリード電極と同一層で形成される第２の積層電極とを有し、
   且つ前記第１の積層電極は第１の絶縁膜を介して前記下電極上に設けられて当該下電極とは非接触であり、前記第２の積層電極が第２の絶縁膜を介して前記第１の積層電極上に設けられると共に前記下電極及び前記第１の積層電極とそれぞれ接触していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１において、前記第１の積層電極と前記第２の積層電極との接触部となる前記第２の絶縁膜に形成された貫通部を除いて、前記第１の積層電極が前記第１及び第２の絶縁膜によって覆われていることを特徴する液体噴射ヘッド。
3. 請求項１又は２において、前記下電極が、少なくとも白金を含む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１〜３の何れかにおいて、前記第１のリード電極の主材料が、アルミニウム（Ａｌ）であ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、前記第１の絶縁膜が、前記圧電素子と前記第１のリード電極との接続部を除いて、前記圧電素子に対応する領域に連続的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の何れかにおいて、前記第２の絶縁膜が、前記第１のリード電極と前記第２のリード電極との接続部を除いて、前記圧電素子に対応する領域に連続的に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
7. 請求項５又は６において、前記第１及び第２の絶縁膜が、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。
8. 請求項７において、前記無機絶縁材料が、酸化アルミニウムであ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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