JP2006264283A - アクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】下電極と引き出し配線とを確実に絶縁すると共に引き出し配線の断線を防止して圧電素子を高密度に配設することができるアクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置を提供する。
【解決手段】基板１０の一方面に形成された振動板と、振動板上に形成された下電極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から引き出された引き出し配線９０と、少なくとも引き出し配線９０と圧電素子３００との間に設けられて下電極６０と引き出し配線９０とを絶縁する絶縁膜９１とを具備し、下電極６０の端面が圧電素子３００の引き出し配線９０が形成される一側面に露出していると共に、少なくとも下電極６０の端面と振動板とで画成される角部の絶縁膜９１上には、角部を埋める無機絶縁材料からなる層間絶縁層９２が形成され、且つ引き出し配線９０が上電極８０から層間絶縁層９２上を介して引き出されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、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振動板を変形させるアクチュエータ装置及びアクチュエータ装置を用いて液体を噴射させる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

電圧を印加することにより変位する圧電素子を具備するアクチュエータ装置は、例えば、液滴を噴射する液体噴射装置に搭載される液体噴射ヘッドの液体吐出手段として用いられる。このような液体噴射装置としては、例えば、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を具備するインクジェット式記録装置が知られている。

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アクチュエータ装置を搭載したものと、たわみ振動モードのアクチュエータ装置を搭載したものの２種類が実用化されている。そして、たわみ振動モードのアクチュエータ装置を使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電体膜を形成し、この圧電体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ることによっ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としては、下電極、圧電体層及び上電極で構成され、且つ圧電体層の一側面に下電極の端面が露出されたものがある（例えば、特許文献１参照）。このような構成では、上電極から引き出された引き出し配線と下電極とが短絡してしまうため、引き出し配線を絶縁性を有する絶縁膜を介して形成することで、引き出し配線と下電極とを絶縁している。

しかしながら、このような絶縁膜は、圧電素子の変形を阻害しないようにできるだけ薄い厚さで形成するのが好ましいものの、絶縁膜を薄く形成すると圧電素子の側面へのカバレッジが悪くなり、引き出し配線と下電極膜とが短絡してしまう虞があり信頼性が低いという問題がある。

また、引き出し配線を圧電素子の一側面上にスパッタリング等により形成すると、圧電素子の一側面上に形成された引き出し配線が幅狭になって断線し易くなってしまうという問題がある。特に、圧電素子を高密度に配設すると引き出し配線の幅も狭くしなくてはならず、引き出し配線が断線し易いことから、圧電素子を高密度に配設することができないという問題がある。

なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、他の装置に搭載されるアクチュエータ装置においても同様に存在する。

特開平１０−２１１７０１号公報（第１１頁、第２４〜２５図）

本発明はこのような事情に鑑み、下電極と引き出し配線とを確実に絶縁して信頼性を向上すると共に引き出し配線の断線を防止して圧電素子を高密度に配設することができるアクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド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、基板の一方面に形成された振動板と、該振動板上に形成された下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記上電極から引き出された引き出し配線と、少なくとも前記引き出し配線と前記圧電素子との間に設けられて前記下電極と前記引き出し配線とを絶縁する絶縁膜とを具備し、前記下電極の端面が前記圧電素子の前記引き出し配線が形成される一側面に露出していると共に、少なくとも前記下電極の端面と前記振動板とで画成される角部の前記絶縁膜上には、当該角部を埋める無機絶縁材料からなる層間絶縁層が形成され、且つ前記引き出し配線が前記上電極から前記層間絶縁層上を介して引き出されていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第１の態様では、層間絶縁層によって下電極と引き出し配線とを確実に絶縁して、両者の短絡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、前記層間絶縁層の表面が、前記上電極膜の面方向に対する前記圧電素子の一側面の角度よりも緩い角度となるように形成されていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第２の態様では、引き出し配線が斜面上で幅狭に形成されるのを防止して断線を防止することができると共に、引き出し配線の取り回しを容易に行うことができる。また、引き出し配線を断線させることなく幅狭に形成して圧電素子を高密度に配設することができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記層間絶縁層が、前記振動板上の前記引き出し配線が形成される領域に亘って連続して形成されていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第３の態様では、引き出し配線が斜面上で幅狭に形成されるのを防止して断線を防止することができると共に、引き出し配線の取り回しを容易に行うことができる。また、引き出し配線を断線させることなく幅狭に形成して圧電素子を高密度に配設することができる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記層間絶縁層がＳＯＧにより形成されたものであることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第４の態様では、層間絶縁層を所定の領域に所定形状で容易に形成することができる。

本発明の第５の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記層間絶縁層がＢＳＧ、ＰＳＧ及びＢＰＳＧから選択される少なくとも一種からなることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第５の態様では、層間絶縁層を所定の領域に所定形状で容易に形成することができる。

本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記層間絶縁層が、並設された前記圧電素子に亘って連続して設けられていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第６の態様では、層間絶縁層の細かなパターニングが不要となって製造工程を簡略化することができる。

本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記層間絶縁層が、前記圧力発生室に相対向する領域以外の領域に形成されていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第７の態様では、層間絶縁層によって圧電素子の変形が阻害されるのを防止することができる。

本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記圧電素子が実質的に駆動する圧電体能動部と、前記圧電体能動部の前記引き出し配線側に設けられて当該圧電体能動部と同一層で形成され且つ前記圧電体能動部とは不連続となるように形成された圧電体非能動部とで構成されていると共に、前記層間絶縁層が前記圧電体能動部と前記圧電体非能動部との間と、前記圧電体非能動部上とに形成されていることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第８の態様では、引き出し配線の断線を防止して取り回しを容易に行うことができると共に、引き出し配線が圧電体非能動部上に絶縁膜及び層間絶縁層を介して形成されるため、引き出し配線と圧電体非能動部との間などで静電容量による駆動周波数特性の劣化を防止することができる。これにより、圧電体能動部の高速駆動を実現することができる。

本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様のアクチュエータ装置をノズル開口から液体を噴射させる液体噴射手段として具備する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、信頼性を向上すると共に高速駆動を行うことができる液体噴射ヘッドを実現できる。

本発明の第１０の態様は、第９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１０の態様では、信頼性を向上して高速駆動を行うことができる液体噴射装置を実現できる。

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の概略構成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。

図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態ではシリコン単結晶基板からなり、その両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、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が並設され、その長手方向外側には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成され、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。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、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で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、又はステンレス鋼などからなる。ノズルプレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよい。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することができる。

一方、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）等からなり厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が積層形成されている。また、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．１〜０．５μｍの積層された下電極膜６０と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなり厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、金、白金又はイリジウム等からなり厚さが例えば、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３２０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１２毎に圧電体能動部３２０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アクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５が振動板として作用するが、本実施形態では、図１に示すように下電極膜６０が複数の圧電素子３００の幅方向に亘って形成されているため、下電極膜６０の一部も振動板として作用する。

このような圧電素子３００には、上電極膜８０から圧電素子３００のインク供給路１４とは反対側の端部から引き出される引き出し配線としてリード電極９０が形成されている。なお、リード電極９０としては、例えば、金（Ａｕ）及びアルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。また、リード電極９０の端部には、詳しくは後述する駆動回路１１０と接続されたボンディングワイヤ等の接続配線１２０が接続される。

また、圧電素子３００のリード電極９０が引き出される一側面は、絶縁体膜５５の面方向に直交する方向に対して傾斜している。本実施形態では、リード電極９０を圧電素子３００の長手方向の一端部側から引き出すようにし、圧電素子３００の長手方向の断面が台形状となるようにした。また、下電極膜６０の端面は、圧電素子３００の側面に露出している。すなわち、本実施形態では、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０の端面は、圧電素子３００の側面で面一となるように形成されている。

なお、このような圧電素子３００は、詳しくは後述するが、流路形成基板１０上に下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を順次積層形成し、これらを連続的にイオンミリング等のドライエッチングすることにより形成することができる。

また、リード電極９０は、絶縁性を有する絶縁膜９１と、絶縁性を有する層間絶縁層９２とを介して設けられている。

絶縁膜９１は、少なくともリード電極９０と圧電素子３００との間に設けられ、下電極膜６０の端面とリード電極９０とが短絡しないように両者を絶縁している。本実施形態では、絶縁膜９１をリード電極９０が形成される領域に形成するようにした。このような絶縁膜９１としては、例えば、絶縁性を有する無機材料、例えば、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_Ｘ）、酸化タンタル（ＴａＯ_Ｘ）、窒化シリコン（Ｓｉ_ＸＮ_Ｘ）等が挙げられるが、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、このような絶縁膜９１は、例えば、スパッタリングにより緻密に成膜されている。なお、絶縁膜９１には、上電極膜８０上で厚さ方向に貫通したコンタクトホール９１ａが設けられており、リード電極９０は、絶縁膜９１のコンタクトホール９１ａを介して上電極膜８０と電気的に接続されている。

層間絶縁層９２は、少なくともリード電極９０が形成される下電極膜６０の端面と、絶縁体膜５５とで画成される角部２００の絶縁膜９１上に、角部２００を埋めて形成されている。本実施形態では、層間絶縁層９２は、圧電素子３００のリード電極９０が形成される一側面と絶縁体膜５５とで画成される角部２００を埋めて形成されている。また、本実施形態の層間絶縁層９２は、圧力発生室１２に相対向する領域以外の領域で、且つ絶縁体膜５５上のリード電極９０が形成される領域に亘って連続して形成されている。さらに、層間絶縁層９２は、並設された圧電素子３００に亘って連続して形成されている。このように層間絶縁層９２を圧力発生室１２に相対向する領域以外に設けることによって、圧電素子３００、弾性膜５０及び絶縁体膜５５の変形を阻害するのを防止することができる。

また、層間絶縁層９２の表面は、上電極膜８０の面方向に対する圧電素子３００の一側面の角度よりも緩い角度となるように形成されている。本実施形態では、層間絶縁層９２は、絶縁体膜５５上のリード電極９０が形成される領域に亘って形成することで、その表面が上電極膜８０の面方向と同一方向となるようにした。すなわち、層間絶縁層９２は、その表面が上電極膜８０の上面と面一となっているのが好ましい。これは、リード電極９０を上電極膜８０上から層間絶縁層９２上に形成した際に、リード電極９０が傾斜面上に幅狭に形成されて断線するのを防止すると共にリード電極９０の引き回しを容易に行うためである。

このような層間絶縁層９２は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）溶媒で溶かしたを溶液をスピンコートにより塗布し、加熱することにより酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を形成するＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）や、ＣＶＤ法によりリンやホウ酸を添加した酸化ケイ素ガラス（ＢＳＧ、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ）で形成することができる。このように形成された層間絶縁層９２は、製造方法及びその組成が絶縁膜９１と異なるため、絶縁膜９１に比べて緻密ではないが、絶縁膜９１に比べて厚く形成することができる。

このように、リード電極９０と絶縁膜９１との間に層間絶縁層９２を形成することによって、下電極膜６０の端面とリード電極９０とを確実に絶縁して両者の短絡を確実に防止することができる。また、絶縁膜９１を薄く形成することで、絶縁膜９１による圧電素子３００の一側面のカバレッジが悪くなったとしても、下電極膜６０の端面とリード電極９０とを確実に絶縁して両者の短絡を防止することができ、信頼性を向上することができる。

また、層間絶縁層９２の表面を、上電極膜８０の面方向に対する圧電素子３００の一側面の角度よりも緩い角度、本実施形態では、層間絶縁層９２の表面が、上電極膜８０の上面とほぼ面一となるようにしたため、層間絶縁層９２上に形成されるリード電極９０が傾斜面上に幅狭に形成されるのを防止して、断線するのを防止することができる。また、リード電極９０の断線を防止することができるため、リード電極９０を幅狭に形成することができ、圧電素子３００を高密度に配設することができる。

なお、リード電極９０の最下層に絶縁膜９１及び層間絶縁層９２との密着性を向上する密着層を設けるようにしてもよい。このような密着層としては、例えば、リード電極９０がアルミニウム（Ａｌ）の場合には、チタンタングステン（ＴｉＷ）を用いることができる。また、リード電極９０が金（Ａｕ）の場合には、チタンタングステン（ＴｉＷ）やニッケルクロム（ＮｉＣｒ）などを用いることができる。

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上、すなわち、下電極膜６０、弾性膜５０及びリード電極９０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有する保護基板３０が接着剤３４を介して接合されている。このリザーバ部３１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の幅方向に亘って形成されており、上述の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。

また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。保護基板３０は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。

このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、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、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１１０が固定されている。この駆動回路１１０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１１０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２０を介して電気的に接続されている。

また、このような保護基板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。ここで、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。

また、このリザーバ１００の長手方向略中央部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４４が形成されている。さらに、保護基板３０には、インク導入口４４とリザーバ１００の側壁とを連通するインク導入路３５が設けられている。

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と接続したインク導入口４４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、駆動回路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、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３〜図５を参照して説明する。なお、図３〜図５は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０及び保護膜５１となる二酸化シリコン膜５２を形成する。そして、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３（ｂ）に示すように流路形成基板１０の全面に亘ってイリジウム又は白金等の下電極膜６０と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０と、イリジウム（Ｉｒ）からなる上電極膜８０とを順次積層形成する。

ここで、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成している。なお、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。

次いで、図３（ｃ）に示すように、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を連続的にドライエッチングすることにより、各圧力発生室１２に対向する領域に圧電素子３００を形成する。なお、圧電素子３００を形成する際のドライエッチングとしては、イオンミリングが挙げられる。

本実施形態では、後の工程で絶縁膜９１等を形成する際に、圧電素子３００の側面のカバレッジが向上するように、圧電素子３００のリード電極９０が形成される一側面が絶縁体膜５５の面方向に直交する方向に対して傾斜して形成されている。本実施形態では、リード電極９０が圧電素子３００の長手方向の一端部側に設けられるため、圧電素子３００の長手方向の断面が台形状となるように形成した。なお、このような圧電素子３００の傾斜する側面は、イオンビームの照射角度を調整することで所望の角度に形成することができる。

また、このように下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を順次積層して形成し、これらを連続的にドライエッチングすることにより圧電素子３００を形成することによって、下電極膜６０上に圧電体層７０を良好な結晶特性で形成することができる。すなわち、下電極膜６０をパターニングした後に圧電体層７０を形成すると、下電極膜６０のエッチングされた表面上に形成された圧電体層７０は、結晶特性が悪く形成されてしまうからである。

次いで、図３（ｄ）に示すように、流路形成基板１０の全面に亘って、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）等からなる絶縁膜９１を形成後、所定形状にパターニングする。また、このとき、同時に絶縁膜９１にコンタクトホール９１ａを形成する。

次いで、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０の全面に亘って層間絶縁層９２を形成する。本実施形態では、層間絶縁層９２をＳＯＧにより形成した。具体的には、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を溶媒に溶かした溶液を流路形成基板１０上にスピンコートにより塗布し、溶液を加熱することによって層間絶縁層９２を流路形成基板１０の全面に亘って圧電素子３００等を覆うように形成し、且つ層間絶縁層９２の表面が平坦化されるようにした。なお、スピンコートにより塗布する溶液の量を調整することにより、圧電素子３００の側面と絶縁体膜５５との角部２００などに溶液を溜めて、圧電素子３００の側面と絶縁体膜５５との角部２００に選択的に層間絶縁層９２を形成することもできる。

次いで、図４（ｂ）に示すように、層間絶縁層９２の不要部分をウェットエッチングにより除去する。本実施形態では、上電極膜８０上及び圧力発生室１２に相対向する領域の層間絶縁層９２を除去するようにした。これにより、圧電素子３００のリード電極９０が形成される領域に、並設された圧電素子３００に亘って層間絶縁層９２を形成することができる。なお、層間絶縁層９２は、絶縁膜９１に対して、製造方法及びその組成などの違いによりパターン形成時のエッチング選択比が大きく取れるため、不要部分の除去パターニングを容易に行うことができる。また、層間絶縁層９２の不要部分は、エッチバック法により除去してもよい。

次いで、図４（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の全面に亘って、アルミニウム（Ａｌ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。これにより、リード電極９０を上電極膜８０上から層間絶縁層９２上までほぼ傾斜面を介さずに直線的に形成することができる。

このようにリード電極９０と絶縁膜９１との間に層間絶縁層９２を形成することによって、下電極膜６０とリード電極９０とを確実に絶縁して両者の短絡を確実に防止することができる。また、絶縁膜９１を薄く形成することで、絶縁膜９１による圧電素子３００の一側面のカバレッジが悪くなったとしても、下電極膜６０の端面とリード電極９０とを確実に絶縁して両者の短絡を防止することができ、信頼性を向上することができる。

また、層間絶縁層９２の表面を、上電極膜８０の面方向に対する圧電素子３００の一側面の角度よりも緩い角度、本実施形態では、層間絶縁層９２の表面が、上電極膜８０の上面とほぼ面一となるようにしたため、層間絶縁層９２上に形成されるリード電極９０が傾斜面上に幅狭に形成されるのを防止して、断線するのを防止することができる。また、リード電極９０の断線を防止することができるため、リード電極９０を幅狭に形成することができ、圧電素子３００を高密度に配設することができる。

なお、層間絶縁層９２の形成方法は、ＳＯＧに限定されず、例えば、リンやホウ酸を添加した酸化ケイ素ガラス（ＢＳＧ、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ）などをＣＶＤ法により形成するようにしてもよい。

次に、図５（ａ）に示すように、パターニングされた複数の圧電素子３００を保持する保護基板３０を、流路形成基板１０上に例えば接着剤３４によって接合する。なお、保護基板３０には、リザーバ部３１、圧電素子保持部３２等が予め形成されている。また、保護基板３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するシリコン単結晶基板からなり、保護基板３０を接合することで流路形成基板１０の剛性は著しく向上することになる。

次に、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００が形成された面とは反対側の二酸化シリコン膜５２を所定形状にパターニングすることで保護膜５１を形成し、保護膜５１をマスクとして流路形成基板１０をＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、流路形成基板１０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。

その後は、流路形成基板１０の保護基板３０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３０にコンプライアンス基板４０を接合することで、図１に示すようなインクジェット式記録ヘッドが形成される。

なお、実際には、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毎に分割することでインクジェット式記録ヘッドが形成される。

（実施形態２）
図６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断面図である。図６に示すように、本実施形態の流路形成基板１０上には、圧電素子３００の実質的に駆動する圧電体能動部３２０と、この圧電体能動部３２０のリード電極９０側に圧電体能動部３２０と同一層で形成され、且つ圧電体能動部３２０と不連続となるように形成された圧電体非能動部３３０とが形成されている。そして、本実施形態の層間絶縁層９２Ａは、圧電体能動部３２０と圧電体非能動部３３０との間と、圧電体非能動部３３０上とに設けられている。また、層間絶縁層９２は、並設された圧電体能動部３２０に亘って連続して形成されている。このような層間絶縁層９２Ａは、上述した実施形態１と同様にＳＯＧや、ＣＶＤ法などにより形成することができる。

このように、層間絶縁層９２Ａを圧電体非能動部３３０上に形成することで、リード電極９０が圧電体非能動部３３０上に絶縁膜９１及び層間絶縁層９２Ａを介して形成されるため、リード電極９０と圧電体非能動部３３０との間などで静電容量による駆動周波数特性の劣化を防止することができる。これにより、圧電体能動部３２０の高速駆動を実現することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録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。例えば、上述した実施形態１及び２では、圧電素子３００のリード電極９０側に層間絶縁層９２を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、層間絶縁層９２は、少なくとも下電極膜６０のリード電極９０側に露出する端面と、絶縁体膜５５とで画成される角部を埋めるように形成されていればよい。

また、上述した実施形態１では、絶縁膜９１をリード電極９０の設けられる領域に形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、絶縁膜９１によって圧電素子３００を覆うようにしてもよい。これにより、圧電素子３００の耐湿を向上して外部環境（水分）に起因する破壊を防止することができると共に、圧電素子３００の腐食を防止することができる。

さらに、これら各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では、アクチュエータ装置を用いた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挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド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。

本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 一実施形態に係る記録装置の一例を示す概略図である。

符号の説明

１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバ部、 ３２ 圧電素子保持部、 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、９０ リード電極、 ９１ 絶縁膜、 ９２、９２Ａ 層間絶縁層、 １００ リザーバ、 １１０ 駆動回路、 １２０ 接続配線、 ３００ 圧電素子、 ３２０ 圧電体能動部、 ３３０ 圧電体非能動部

Claims (10)

1. 基板の一方面に形成された振動板と、該振動板上に形成された下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記上電極から引き出された引き出し配線と、少なくとも前記引き出し配線と前記圧電素子との間に設けられて前記下電極と前記引き出し配線とを絶縁する絶縁膜とを具備し、
   前記下電極の端面が前記圧電素子の前記引き出し配線が形成される一側面に露出していると共に、少なくとも前記下電極の端面と前記振動板とで画成される角部の前記絶縁膜上には、当該角部を埋める無機絶縁材料からなる層間絶縁層が形成され、且つ前記引き出し配線が前記上電極から前記層間絶縁層上を介して引き出されていることを特徴とするアクチュエータ装置。
2. 請求項１において、前記層間絶縁層の表面が、前記上電極膜の面方向に対する前記圧電素子の一側面の角度よりも緩い角度となるように形成されていることを特徴とするアクチュエータ装置。
3. 請求項１又は２において、前記層間絶縁層が、前記振動板上の前記引き出し配線が形成される領域に亘って連続して形成されていることを特徴とするアクチュエータ装置。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記層間絶縁層がＳＯＧにより形成されたものであることを特徴とするアクチュエータ装置。
5. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記層間絶縁層がＢＳＧ、ＰＳＧ及びＢＰＳＧから選択される少なくとも一種からなることを特徴とするアクチュエータ装置。
6. 請求項１〜５の何れかにおいて、前記層間絶縁層が、並設された前記圧電素子に亘って連続して設けられていることを特徴とするアクチュエータ装置。
7. 請求項１〜６の何れかにおいて、前記層間絶縁層が、前記圧力発生室に相対向する領域以外の領域に形成されていることを特徴とするアクチュエータ装置。
8. 請求項１〜７の何れかにおいて、前記圧電素子が実質的に駆動する圧電体能動部と、前記圧電体能動部の前記引き出し配線側に設けられて当該圧電体能動部と同一層で形成され且つ前記圧電体能動部とは不連続となるように形成された圧電体非能動部とで構成されていると共に、前記層間絶縁層が前記圧電体能動部と前記圧電体非能動部との間と、前記圧電体非能動部上とに形成されていることを特徴とするアクチュエータ装置。
9. 請求項１〜８の何れかのアクチュエータ装置をノズル開口から液体を噴射させる液体噴射手段として具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
10. 請求項９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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