JP2007001270A - 液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 駆動時の耐久性を向上すると共に圧電素子の配列密度を高密度に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】 液滴を噴射するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成された流路形成基板１０上に振動板を介して設けられた下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００を具備し、前記下電極６０が複数の圧電素子３００に亘って連続して設けられていると共に、少なくとも前記圧電素子３００の間の領域の前記下電極６０の端部近傍に他の領域よりも薄い薄肉部６１を設ける。
【選択図】 図３
【解決手段】 液滴を噴射するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成された流路形成基板１０上に振動板を介して設けられた下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００を具備し、前記下電極６０が複数の圧電素子３００に亘って連続して設けられていると共に、少なくとも前記圧電素子３００の間の領域の前記下電極６０の端部近傍に他の領域よりも薄い薄肉部６１を設ける。
【選択図】 図３
Description
本発明は、ノズル開口から液体を噴射す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液体としてインクを吐出す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、下電極を複数の圧電素子に亘って連続して設けて共通電極とし、上電極を各圧電素子の個別電極として、この下電極と上電極との間に選択的に電圧を印加することによって所望の圧電素子を駆動させるようになっている。このような各圧電素子からは、長手方向で圧電体層及び上電極を圧力発生室に相対向する領域の外側まで延設した構造となっている。
しかしながら、圧電体層及び上電極の引き出し側の端部で電界が集中してしまうため、上電極と下電極との間に放電が起こり、圧電体層が絶縁破壊されてしまうという問題がある。
このため、下電極に他の領域よりも狭い幅狭部を形成し、この幅狭部によって圧電体層の絶縁破壊を防止した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このように下電極に幅狭部を設けた構成では、下電極をパターニングする際に幅狭部をパターニングにより形成しなくてはならず、パターン形成が煩雑であると共に、幅狭部と圧電体層及び上電極との位置合わせが必要であり、圧電素子の配列密度が高密度になると位置合わせが困難であるという問題がある。
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。
本発明はこのような事情に鑑み、駆動時の耐久性を向上すると共に圧電素子の配列密度を高密度に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、液滴を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板上に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を具備し、前記下電極が複数の圧電素子に亘って連続して設けられていると共に、少なくとも前記圧電素子の間の領域の前記下電極の端部近傍が、他の領域よりも薄い薄肉部となっ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、下電極に薄肉部を設けることにより、複数の圧電素子の端部近傍の電界強度を低くすることができ、圧電素子の中央部に比べて圧電素子の歪み量を低減して、駆動時の耐久性を向上することができる。
かかる第１の態様では、下電極に薄肉部を設けることにより、複数の圧電素子の端部近傍の電界強度を低くすることができ、圧電素子の中央部に比べて圧電素子の歪み量を低減して、駆動時の耐久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、前記下電極の前記他の領域である前記圧電素子の領域及び前記圧電素子の間の中央部が同一厚さで形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、下電極のパターニングを容易に行うことができると共に、圧電体層の膜質を均一化することができ、圧電素子同士で圧電特性のむらがなく、その結果吐出むらのないヘッドを提供できる。
かかる第２の態様では、下電極のパターニングを容易に行うことができると共に、圧電体層の膜質を均一化することができ、圧電素子同士で圧電特性のむらがなく、その結果吐出むらのないヘッドを提供できる。
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記下電極の前記圧電素子の長手方向の幅が、複数の圧電素子に亘って同一幅で形成されていると共に、前記薄肉部の前記圧電素子に隣接する部分には、前記薄肉部と前記圧電素子の領域とを当該圧電素子の並設方向で不連続とする切り欠き部が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３の態様では、下電極に切り欠き部を設けることによって、さらに複数の圧電素子の端部近傍の電界強度を低くすることができ、圧電素子の中央部に比べて圧電素子の歪み量を低減して、駆動時の耐久性を向上することができる。
かかる第３の態様では、下電極に切り欠き部を設けることによって、さらに複数の圧電素子の端部近傍の電界強度を低くすることができ、圧電素子の中央部に比べて圧電素子の歪み量を低減して、駆動時の耐久性を向上することができる。
本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記圧電素子の長手方向の端部の前記下電極が、前記切り欠き部の間で前記圧電体層と同一幅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、圧電素子の下電極を圧電体層と同一幅で形成することによって、圧電素子の駆動特性を向上することができる。
かかる第４の態様では、圧電素子の下電極を圧電体層と同一幅で形成することによって、圧電素子の駆動特性を向上することができる。
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５の態様では、耐久性を向上した液体噴射装置を実現できる。
かかる第５の態様では、耐久性を向上した液体噴射装置を実現できる。
本発明の第６の態様は、流路形成基板上に振動板を介して下電極を成膜及びパターニングして、複数の圧電素子に亘って共通となる下電極を形成する工程と、前記下電極上に亘って圧電体層及び上電極を形成する工程と、前記流路形成基板の表面に直交する方向から所定角度傾斜した方向からイオンビームを照射することにより、前記上電極及び前記圧電体層を各圧力発生室毎にドライエッチングして前記下電極、前記圧電体層及び前記上電極からなる圧電素子を形成すると共に、前記圧電素子の間の領域の前記下電極の端部近傍を連続してドライエッチングすることにより、当該下電極の他の領域よりも薄い薄肉部を形成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、下電極に薄肉部を容易に形成することができると共に、薄肉部と圧電体層及び上電極との位置合わせが不要となり、圧電素子の配列密度を高密度にすることができる。
かかる第６の態様では、下電極に薄肉部を容易に形成することができると共に、薄肉部と圧電体層及び上電極との位置合わせが不要となり、圧電素子の配列密度を高密度にすることができる。
本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記薄肉部を形成する工程では、前記薄肉部の前記圧電素子に隣接する部分には、前記薄肉部と前記圧電素子の領域とを当該圧電素子の並設方向で不連続とする切り欠き部を設け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、下電極に切り欠き部を容易に形成することができると共に、切り欠き部と圧電体層及び上電極との位置合わせが不要となり、圧電素子の配列密度を高密度にすることができる。
かかる第７の態様では、下電極に切り欠き部を容易に形成することができると共に、切り欠き部と圧電体層及び上電極との位置合わせが不要となり、圧電素子の配列密度を高密度にすることができる。
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の分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの要部平面図であり、図３は、図２（ａ）のＡ−Ａ´断面図及びＢ−Ｂ´断面図である。
（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分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの要部平面図であり、図３は、図２（ａ）のＡ−Ａ´断面図及びＢ−Ｂ´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、圧力発生室１２を形成する際のマスクとして用いられた保護膜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が常温下で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（ＳＵＳ）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。
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、酸化ジルコニウム等からなり厚さが例えば、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、白金及びイリジウム等からなり厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜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、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を各圧力発生室１２に相対向する領域に亘って連続して形成することにより、複数の圧電素子３００の共通電極とし、圧電体層７０及び上電極膜８０を各圧力発生室１２に対応して設けることにより上電極膜８０を各圧電素子３００の個別電極とした。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。なお、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。
ここで、下電極膜６０は、圧電素子３００の長手方向の幅が、複数の圧電素子３００に亘って同一幅で形成され、この幅方向の端部は、圧力発生室１２に相対向する領域内に設けられている。また、圧電体層７０及び上電極膜８０は、長手方向が下電極膜６０の端部よりも外側に延設されており、圧電体層７０及び上電極膜８０の長手方向の一端側は、圧力発生室１２の外側まで延設されて、この延設された一端部に詳しくは後述する引き出し配線であるリード電極９０が設けられている。
また、少なくとも圧電素子３００の間の領域の下電極膜６０の端部近傍は、図２及び図３に示すように、他の領域よりも膜厚が薄い薄肉部６１となっている。本実施形態では、圧電素子３００の間の領域と共に、圧電素子３００の列の両外側の領域の下電極膜６０の端部近傍が、他の領域よりも膜厚が薄い薄肉部６１となっている。この薄肉部６１は、他の領域である圧電素子３００の間の中央部及び圧電素子３００の領域の厚さよりも薄く形成されており、下電極膜６０の他の領域である圧電素子３００の間の中央部及び圧電素子３００の領域は、同一厚さで形成されている。このような構成とすることにより、下電極のパターニングを容易に行うことができると共に、圧電体層の膜質を均一化することができ、圧電素子同士で圧電特性のむらがなく、その結果吐出むらのないヘッドを提供することができる。
このように、圧電素子３００の端部の横に位置する下電極膜６０の端部近傍を薄肉部６１とすることで、複数の圧電素子３００の端部近傍の実効的な電界強度を低くすることができ、圧電素子３００の中央部に比べて圧電素子３００の歪み量を低減し、駆動時の耐久性を向上することができる。なお、薄肉部６１は、下電極膜６０の圧電素子３００の長手方向の両端部に設けるようにしてもよく、また、一端側のみに設けるようにしてもよいが、少なくともリード電極９０が設けられる側の端部に設けるようにするのが好ましい。これは、特に圧電体層７０及び上電極膜８０のリード電極９０側の端部で電界が集中してしまい、下電極膜６０と上電極膜８０との間に放電が起こり、圧電体層７０が絶縁破壊されてしまうからである。すなわち、下電極膜６０の少なくともリード電極９０側に薄肉部６１を設けることによって、圧電体層８０の絶縁破壊を防止することができる。
また、本実施形態の下電極膜６０の薄肉部６１の圧電素子３００に隣接する領域には、図２に示すように、圧電素子３００の並設方向で薄肉部６１と圧電素子３００の領域の下電極膜６０とを不連続とする切り欠き部６２が設けられている。この切り欠き部６２は、薄肉部６１の両側に圧電素子３００と薄肉部６１との境界に沿って設けられており、下電極膜６０の端部に開口するように設けられている。また、下電極膜６０に切り欠き部６２を設けることによって、圧電素子３００の長手方向の端部の下電極膜６０が圧電体層７０と同一幅で形成されている。
このような切り欠き部６２によって、圧電素子３００の領域の下電極膜６０と、圧電素子３００の間の下電極膜６０とが、その端部で不連続となり、複数の圧電素子３００の端部近傍の実効的な電界強度を低くすることができ、圧電素子３００の中央部に比べて圧電素子３００の歪み量を低減し、駆動時の耐久性をさらに向上することができる。
また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。
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、絶縁体膜５５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。この圧電素子保持部３２は、複数の圧電素子３００を一体的に覆う大きさで形成されており、各圧電素子３００は、この圧電素子保持部３２内に配置されている。これにより、各圧電素子３００は外部環境の影響を殆ど受けない状態に保護されている。なお、圧電素子保持部３２は、必ずしも密封されている必要はない。
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が設けられている。そして、各圧電素子３００の上電極膜８０から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
また、保護基板３０上には、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と貫通孔３３内に露出したリード電極９０の端部近傍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１１１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。
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を参照して詳細に説明する。なお、図４〜図６は、インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
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。
次に、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）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を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。下電極膜６０は、複数の圧電素子３００に亘って同一幅となるように、且つ下電極膜６０の圧電素子３００の長手方向の端部が、圧力発生室１２に相対向する領域となるよう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。
圧電素子３００を構成する圧電体層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、ビスマス又はイットリ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。また、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、例えば、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を形成した。
次に、図４（ｅ）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に対向する領域にドライエッチングによりパターニングして圧電素子３００を形成する。
本実施形態では、流路形成基板１０を回転させながら、回転軸とは傾斜した方向からイオンビームを上電極膜８０及び圧電体層７０に照射してドライエッチングした。このとき、連続して圧電素子３００の間の領域の下電極膜６０の端部近傍を連続してドライエッチングすることにより、圧電素子３００の間の領域の下電極膜６０の端部近傍に、他の領域よりも薄い薄肉部６１を形成する。すなわち、流路形成基板１０を回転させながら、流路形成基板１０の表面に直交する方向に対して、例えば、３０〜４０°傾斜させた方向からイオンビームを照射すると、圧電体層７０及び上電極膜６０に覆われた圧電素子３００の領域の下電極膜６０及び圧電素子３００の間の領域の中央部の下電極膜６０は、ドライエッチングされず、圧電素子３００の間の領域の下電極膜６０の端部近傍の表面がドライエッチングされる。これにより、圧電素子３００の間の領域の下電極膜６０の端部に薄肉部６１が形成される。
このように、上電極膜８０及び圧電体層７０をドライエッチングした際に、連続して下電極膜６０をドライエッチングすることで、薄肉部６１を容易に形成することができると共に、薄肉部６１と圧電体層７０及び上電極膜８０との位置合わせが不要となり、圧電素子３００の配列密度を高密度にすることができる。
また、本実施形態では、下電極膜６０の端部近傍を連続してドライエッチングすることにより、図２（ｂ）に示すように、薄肉部６１の圧電素子３００に隣接する部分に、薄肉部６１と圧電素子３００の領域とを圧電素子３００の並設方向で不連続とする切り欠き部６２を形成するようにした。この切り欠き部６２は、ドライエッチングにより薄肉部６１を形成した際に、連続してドライエッチングすることで形成される。これにより、切り欠き部６２は、圧電素子３００の端部の側面に沿って形成され、圧電素子３００の端部の下電極膜６０の幅を圧電体層７０の幅と同一幅で形成することができる。
このように、圧電素子３００を形成する際のドライエッチングによって切り欠き部６２を容易に形成することができると共に、切り欠き部６２と圧電体層７０及び上電極膜８０との位置合わせが不要となり、圧電素子３００の配列密度を高密度にすることができる。
次に、図５（ａ）に示すように、流路形成基板１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電素子３００毎にパターニングすることで形成する。
次に、図５（ｂ）に示すように、リザーバ部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成された保護基板３０を流路形成基板１０上に接着剤３４を介して接合する。
次に、図５（ｃ）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。
（他の実施形態）
以上、本発明の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では、下電極膜６０の圧電素子３００の長手方向の幅を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けるようにしたが、特にこれに限定されず、下電極膜６０の幅が圧力発生室１２の外側まで延設されていてもよい。このような場合であっても、下電極膜６０に薄肉部６１を形成することによって、複数の圧電素子３００の端部近傍の実効的な電界強度を低くすることができ、圧電素子３００の中央部に比べて圧電素子３００の歪み量を低減し、駆動時の耐久性を向上することができる。
以上、本発明の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では、下電極膜６０の圧電素子３００の長手方向の幅を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けるようにしたが、特にこれに限定されず、下電極膜６０の幅が圧力発生室１２の外側まで延設されていてもよい。このような場合であっても、下電極膜６０に薄肉部６１を形成することによって、複数の圧電素子３００の端部近傍の実効的な電界強度を低くすることができ、圧電素子３００の中央部に比べて圧電素子３００の歪み量を低減し、駆動時の耐久性を向上することができる。
また、例えば、上述した実施形態では、保護基板３０に圧電素子保持部３２を設け、この圧電素子保持部３２内に圧電素子３００を形成するようにしたが、これに限定されず、保護基板３０に圧電素子保持部３２を設けなくてもよい。この場合には、圧電素子３００の表面をアルミナなどの無機材料からなる保護膜によって覆い、水分（湿気）に起因する圧電体層７０の破壊を防止するようにすればよい。勿論、保護膜により覆われた圧電素子３００を圧電素子保持部３２内に設けるようにしてもよい。
また、このような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。
なお、上述した実施形態では、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。
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 リザーバ部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ６０ 下電極膜、 ６１ 薄肉部、 ６２ 切り欠き部、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 １００ リザーバ、 １１０ 駆動回路、 １１１ 接続配線、 ３００ 圧電素子
Claims (7)
- 液滴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た流路形成基板上に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を具備し、
前記下電極が複数の圧電素子に亘って連続して設けられていると共に、少なくとも前記圧電素子の間の領域の前記下電極の端部近傍が、他の領域よりも薄い薄肉部となっ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、前記下電極の前記他の領域である前記圧電素子の領域及び前記圧電素子の間の中央部が同一厚さで形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、前記下電極の前記圧電素子の長手方向の幅が、複数の圧電素子に亘って同一幅で形成されていると共に、前記薄肉部の前記圧電素子に隣接する部分には、前記薄肉部と前記圧電素子の領域とを当該圧電素子の並設方向で不連続とする切り欠き部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
- 請求項３において、前記圧電素子の長手方向の端部の前記下電極が、前記切り欠き部の間で前記圧電体層と同一幅で設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
- 請求項１〜４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。
- 流路形成基板上に振動板を介して下電極を成膜及びパターニングして、複数の圧電素子に亘って共通となる下電極を形成する工程と、前記下電極上に亘って圧電体層及び上電極を形成する工程と、前記流路形成基板の表面に直交する方向から所定角度傾斜した方向からイオンビームを照射することにより、前記上電極及び前記圧電体層を各圧力発生室毎にドライエッチングして前記下電極、前記圧電体層及び前記上電極からなる圧電素子を形成すると共に、前記圧電素子の間の領域の前記下電極の端部近傍を連続してドライエッチングすることにより、当該下電極の他の領域よりも薄い薄肉部を形成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６において、前記薄肉部を形成する工程では、前記薄肉部の前記圧電素子に隣接する部分には、前記薄肉部と前記圧電素子の領域とを当該圧電素子の並設方向で不連続とする切り欠き部を設けることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
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