JP2007276384A - インクジェットヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】湿気に起因する圧電体素子の特性低下が防止され、しかもインクの吐出性についても良好な吐出性が確保された、インクジェットヘッドを提供する。
【解決手段】ノズルプレート７と、ノズルプレート７上に設けられた第１圧力室９及びその側方に設けられた第２圧力室９と、第１圧力室９及び第２圧力室９上に設けられた振動板６と、振動板６上に設けられた下部電極１２と、下部電極１２上であって第１圧力室９の上方に設けられた第１圧電体膜１３及び第１上部電極と、下部電極上であって前記第２圧力室の上方に設けられた第２圧電体膜１３及び第２上部電極１４と、少なくとも第１圧電体膜１３、第１上部電極１４、第２圧電体膜１３及び第２上部電極１４の側面を覆うように設けられた絶縁性保護膜１５と、を備えたインクジェットヘッド１である。絶縁性保護膜１５は、第１圧電体膜１３と第２圧電体膜１３との間に開口部１６を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、インクを吐出するインクジェットヘッドに関する。

従来、インクジェット式プリンターなどに用いられるインクジェットヘッドとして、ヒーターを用いてインク溶媒を突沸させることによりインクを吐出させるサーマル方式（バブル方式）とピエゾ素子（圧電体素子）を用いたピエゾ方式（圧電方式）のものが知られている。ピエゾ方式のインクジェットヘッドは、インクを貯留する圧力室と、該圧力室に設けられて前記インクを吐出するためのノズルと、前記圧力室を構成する振動板と、該振動板上に設けられたアクチュエーターとしてのピエゾ素子（圧電体素子）とを備えたもので、ピエゾ素子における圧電体膜の変位によって振動板を変位させ、これにより圧力室内の内圧を変化させることで、圧力室内のインクを押し出し、吐出させる機構となっている。

ところで、ピエゾ方式のインクジェットヘッドにおいては、前記の圧力室と圧電体素子とが１：１に対応させられ、それぞれの圧力室毎にその吐出が独立して制御されるようになっており、このような圧力室と圧電体素子との組が多数備えられたことにより、ヘッドが構成されている。したがって、このインクジェットヘッドには圧電体素子が多数備えられているが、このように圧電体素子が多数形成されていると、個々の素子の側面の面積が大きくなる。そして、これが大気に露出すると、特に圧電体素子中の圧電体膜が大気中の湿気によって劣化し、圧電体素子の特性が低下してしまうといった問題があった。
そこで、このような問題を解決するため、従来、圧電体素子の上面及び側面を覆って絶縁体層を形成した構造のインクジェットヘッドが提供されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２２６０７１号公報

しかしながら、前記のインクジェットヘッドでは、圧電体膜の湿気による劣化、そしてこれに起因する圧電体素子の特性低下については防止できるものの、圧電体素子によるインクの吐出制御に関しては、特にインクの吐出性を損なうといった不都合が生じている。すなわち、インクジェットヘッドによるインクの吐出機構は、前述したように、圧電体素子における圧電体膜の変位によって振動板を変位させ、これにより圧力室内の内圧を変化させることでインクを吐出させる機構となっている。したがって、より良好な吐出性を確保するためには、圧電体膜の変位が規制されることなく起こる必要がある。しかし、前記のインクジェットヘッドでは、圧電体素子とその周辺が全て前記絶縁体層によって覆われているため、この絶縁体層によって圧電体膜の変位が規制され、結果的にインクの吐出性が損なわれてしまっているのである。

さらに、このインクジェットヘッドでは、圧電体素子間も前記絶縁体層によって覆われているため、例えば隣り合う圧電体素子どうしが異なる動作をする際、一方の圧電体素子の動作に伴う振動板の変位が、前記絶縁層を介して他方の圧電体素子の動作に伴う振動板の変位によって影響されてしまい、結果的に個々の圧電体素子によるインクの吐出性が損なわれてしまうことがあった。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、湿気に起因する圧電体素子の特性低下が防止され、しかもインクの吐出性についても良好な吐出性が確保された、インクジェットヘッドを提供することにある。

本発明のインクジェットヘッドは、ノズルプレートと、前記ノズルプレート上に設けられた第１圧力室と、前記ノズルプレート上であって前記第１圧力室の側方に設けられた第２圧力室と、前記第１圧力室及び前記第２圧力室上に設けられた振動板と、前記振動板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上であって前記第１圧力室の上方に設けられた第１圧電体膜及び第１上部電極と、前記下部電極上であって前記第２圧力室の上方に設けられた第２圧電体膜及び第２上部電極と、少なくとも前記第１圧電体膜、前記第１上部電極、前記第２圧電体膜及び前記第２上部電極の側面を覆うように設けられた絶縁性保護膜と、を備え、前記絶縁性保護膜は、前記第１圧電体膜と前記第２圧電体膜との間に開口部を有することを特徴とする。

このインクジェットヘッドによれば、前記圧電体素子に、その圧電体膜及び上部電極の側面を覆って絶縁性保護膜が設けられているので、特に圧電体素子中の圧電体膜の側面が絶縁性保護膜によって覆われるため、例えばこの圧電体膜が大気中の湿気によって劣化することが防止される。したがって、湿気に起因する圧電体素子の特性低下が防止されることにより、インクの吐出性についても良好な吐出性が確保される。
また、前記絶縁性保護膜には、隣り合う圧電体素子間、すなわち圧電体素子の側方に開口部が形成されているので、これによって絶縁性保護膜による圧電体膜の変位の規制が緩和され、インクの吐出性について良好な吐出性が確保される。
さらに、前記絶縁性保護膜には、前記開口部が圧電体素子間に形成されているので、例えば圧電体素子どうしが異なる動作をした際、一方の圧電体素子の動作に伴う振動板の変位が、前記絶縁性保護膜を介して他方の圧電体素子側に影響してしまうことが抑制される。すなわち、前記絶縁性保護膜は前記開口部によってその連続性が低められていることにより、前記一方の側の圧電体素子による変位が絶縁性保護膜を介して他方の側に伝わることがほとんどなく、したがって、前記変位が他方の圧電体素子側に影響してしまうことが抑制される。これにより、圧電体素子の独立性が確保され、個々の圧電体素子によるインクの吐出性が良好になる。

また、前記インクジェットヘッドにおいては、前記第１圧電体膜は、平面視した状態で前記第１圧力室の内側に配設されてなり、前記第１圧電体膜及び前記第１上部電極の側面を覆う前記絶縁性保護膜と、前記開口部との境界が、前記第１圧力室の直上に位置していることを特徴とする。
このようにすれば、絶縁性保護膜はその開口部が十分に広くなって隣り合う圧電体素子間での前記絶縁性保護膜の連続性が十分に低くなることにより、前記一方の側の圧電体素子による変位が絶縁性保護膜を介して他方の側に伝わることが確実に防止される。

また、前記インクジェットヘッドにおいては、前記絶縁性保護膜は、前記第１上部電極上に開口領域を有することを特徴とする。
このようにすれば、絶縁性保護膜による圧電体膜の変位の規制が緩和され、インクの吐出性について良好な吐出性が確保される。

また、前記インクジェットヘッドにおいては、前記絶縁性保護膜の前記開口部又は前記開口領域に樹脂層が設けられていることを特徴とする。
このようにすれば、前記樹脂層によって開口部や開口領域からの例えば湿気（水分）の浸入が防止され、したがって浸入した湿気が浸透・拡散して圧電体膜に到達し、これを劣化させてしまうといった不都合が防止される。よって、湿気に起因する圧電体素子の特性低下が防止され、これによりインクの吐出性についても良好な吐出性が確保される。すなわち、前記の開口部や開口領域から浸入した湿気（水分）は直接的には圧電体膜に接触せず、したがってこれをすぐに劣化させることはないものの、長期的に見れば、浸入した湿気が拡散して圧電体膜に到達し、これを劣化させてしまう。しかし、前記したように樹脂層が設けられているので、このような不都合が防止され、インクの吐出性についてもその長期信頼性が確保されるのである。
また、前記樹脂層は、樹脂からなることで例えば無機膜などに比べ柔軟性が高いことから、この樹脂層によって圧電体膜の変位が強く規制されることがなく、したがって前記したようにインクの良好な吐出性が確保される。

なお、前記樹脂層は、熱可塑性樹脂からなるのが好ましい。
このようにすれば、前記樹脂層を形成する樹脂を溶媒に溶解することで液状材料を形成し、この液状材料を前記開口部及び前記開口領域に配した後、溶媒を蒸発・除去することで樹脂層を形成できる。したがって、高温での熱処理を必要とすることなく比較的低温での熱処理により、樹脂層を形成することができることから、既に形成されている他の構成要素に対しての熱的ダメージを最小限に抑えることができる。

また、前記熱可塑性樹脂は、ポリイミドまたはポリフッ化ビニリデンであるのが好ましい。
ポリイミドやポリフッ化ビニリデンは耐湿性が高く比較的柔軟性も高いため、圧電体膜の変位を強く規制することなく、開口部や開口領域からの湿気（水分）の浸入を良好に防止することができる。

また、前記インクジェットヘッドにおいては、前記樹脂層が、該樹脂層を形成する液状材料が前記開口部及び前記開口領域に液滴吐出法で配されたことにより、形成されているのが好ましい。
このようにすれば、樹脂層の製造工程が容易になり、マスクなどが不要なため生産コストも安価になる。また、液滴吐出法によって絶縁性保護膜に囲まれた開口部内や開口領域内に液状材料を配するので、絶縁性保護膜が隔壁として機能することにより、開口部内や開口領域内に配した液状材料が外に流れ出ることがなく、したがって液状材料を浸み込ませるための受容層の形成などといった前処理が不要になり、直接樹脂層を形成することができるため生産性がより向上する。

以下、本発明を詳しく説明する。
図１は本発明のインクジェットヘッドの第１実施形態を示す組立斜視図、図２はこのインクジェットヘッドの要部を平面視した模式図、図３は図２におけるＡ−Ａ線矢視断面図、図４は図２におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。

これらの図において符号１はインクジェットヘッドである。このインクジェットヘッド１は、インクジェット式プリンターなどに用いられるもので、図１に示すようにヘッドケース２にヘッド本体３を収容し、さらにヘッド本体３にフレキシブル基板４を接続して構成されたものである。ヘッド本体３は、流路形成基板５と、振動板６と、ノズルプレート７とを備えて構成されたものである。

また、ヘッド本体３には、その振動板６側に、図２に示すように多数の圧電体素子（ピエゾ素子）８が並列した状態に形成されている。これら圧電体素子８は、後述する圧力室の平面形状に対応して、その平面形状が細長い矩形状に形成されている。また、圧電体素子８は、図３、図４に示すように、前記流路形成基板５に形成された圧力室９と１：１に対応して、それぞれ圧力室９の直上に配設されている。

圧力室９は、インクを貯留する部位であり、シリコン基板からなる流路形成基板５を上下に貫通して形成された空間である。そして、前記したようにその底面（下面）側がノズルプレート７に覆われ、後述するようにその上面側が振動板６に覆われたことにより、ノズル孔、インク供給口以外は閉じられた状態に形成されている。このような構成によって圧力室９は、後述するようにインク供給口からインクが供給され、ノズル孔からインクを吐出するようになっている。

このような圧力室９は、図１に示したように、二列に整列した状態で多数配設されており、図３、図４に示したようにその底面側がノズルプレート７によって覆われ、閉じられている。ノズルプレート７に形成された多数のノズル１０は、それぞれ圧力室９内に連通する位置に配置され、かつ二列に整列した状態で配置されている。
なお、図１では、簡略化して圧力室９を１４個×２列で示したが、実際には、前述したように多数の圧電体素子８に対応して、圧力室９も多数個形成されている。また、本実施例では２列で示しているが、必ずしも２列である必要はない。一列内で必要なノズル数、チップサイズ、必要な総ノズル数等を考慮し、都度適当な列数にすればよい。一般に列数を減らし、チップサイズを小型化すれば圧電体素子８や圧力室９の歩留まりは向上するが、ヘッドにチップを組み込む工程での煩雑さは増える。

このような圧力室９は、図１、図４に示すように、圧力室９の配列方向に沿って形成された連通部１１により連通している。そして、連通部１１にはこれに連通してリザーバ（図示せず）が設けられ、このリザーバにはインク供給口（図示せず）が形成されている。このような構成のもとに圧力室９には、インクジェットヘッド１とは別に設けられたインクタンク（図示せず）より、チューブ（図示せず）を介して前記インク導入口にインクが供給され、さらにリザーバ、連通部１１を経てインクが供給されるようになっている。

また、この圧力室９は、図３、図４に示すように、前記ノズルプレート７と反対の側の面に振動板６が接合したことにより、その上部側が閉じられている。振動板６は、圧電体素子８の駆動によって変位（撓曲）し、圧力室９の内圧を変化させるものである。ここで、振動板６は、図３に示すように隣り合う圧力室９、９間において連続した状態に形成されている。しかし、後述するようにこの振動板６を振動させる（撓ませる）ための圧電体素子８は、基本的に個々が独立して動作するようになっていることにより、振動板６は、動作した圧電体素子８の直下に位置する部分のみが振動する（撓む）ようになっている。

このような振動板６は、酸化珪素（ＳｉＯ_２等のＳｉＯｘ）からなる第１膜６ａと、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２等のＺｒＯｘ）からなる第２膜６ｂとの積層膜からなっている。すなわち、圧力室９側に第１膜６ａが配設され、その上に第２膜６ｂが配設されたことにより、これら積層膜によって振動板６が構成されている。また、この振動板６は、厚さが例えば１〜２μｍ程度に形成されている。

振動板６の上には、前記圧電体素子８が形成されている。圧電体素子８は、前述したように圧力室９に１：１に対応して配設されたもので、二列に整列した圧力室９のそれぞれの直上に配置され、したがってこれら圧電体素子８も二列に整列したものとなっている。この圧電体素子８は、下部電極１２と圧電体膜１３と上部電極１４とから構成されている。

下部電極１２は、本例では前記振動板６上の全面に形成されたもので、厚さが例えば０．２μｍ程度の白金等によって形成されている。この下部電極１２は、振動板６上の全面に形成されたことにより、圧電体素子８の駆動によって振動板６とともに変位するようになっている。すなわち、この下部電極１２は、圧電体素子８の構成要素であるとともに、振動板６と同じ機能をも発揮するようになっている。なお、本例において下部電極１２は、図２に示したように複数の圧電体素子８の共通電極となっている。

圧電体膜１３は、図３、図４に示すように、厚さが例えば１μｍ程度のＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）等によって形成されたものであり、上部電極１４は、厚さが例えば０．１μｍ程度の白金等によって形成されたものである。これら圧電体膜１３と上部電極１４とは、下部電極１２と異なり、圧電体素子８毎に独立して島状に形成されている。このような構成のもとに圧電体素子８は、それぞれ独立して駆動するようになっている。

ここで、このように圧電体素子８を独立して駆動させる圧電体膜１３と上部電極１４とは、該圧電体素子８に対応する圧力室９に対して、図３に示すように少なくともその長辺側が、平面視した状態で前記圧力室９の内側に配設されている。また、圧電体膜１３、上部電極１４の短辺側についても、図４に示すように平面視した状態で前記圧力室９の内側に配設されているのが望ましい。このような構成によって圧力室９は、平面視した状態でその直上部の一部が、圧電体膜１３に覆われないようになっている。

これら圧電体素子８上には、これらを覆って絶縁性保護膜１５が形成されている。絶縁性保護膜１５は、耐湿性の高い絶縁材料からなるもので、例えばＡｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２からなるものである。本実施形態では、Ａｌ_２Ｏ_３によって形成されている。この絶縁性保護膜１５は、圧電体素子８の上面と側面、すなわち上部電極１４の上面と、圧電体膜１３及び上部電極１２の側面とを覆って形成されたもので、特に圧電体素子８中の圧電体膜１３の側面を覆ってこれを封止したものである。なお、下部電極１２は、前述したように前記振動板６上の全面に形成されていることにより、絶縁性保護膜１５によってその上面の一部は覆われるものの、その側面を覆われてはいない。しかし、圧電体素子８は、これを島状に独立させる圧電体膜１３と上部電極１２とが絶縁性保護膜１５によってその側面が覆われることにより、圧電体素子８は、実質的にその側面が絶縁性保護膜１５によって覆われているものとする。

この絶縁性保護膜１５には、図３に示すように隣り合う圧電体素子８、８間において、該絶縁性保護膜１５の下地である下部電極１２を露出させる開口部１６が形成されている。ここで、下部電極１２も圧電体素子８の構成要素ではあるものの、本実施形態では、独立した駆動をなさせるための圧電体膜１３と上部電極１４とを、実質的な圧電体素子としている。したがって、前記開口部１６は、各圧電体素子８、８を実施的に構成する圧電体膜１３と上部電極１４との積層体間に、形成されたものとなっている。

この開口部１６は、図２に示すように、二列に整列した方向での隣り合う圧電体素子８、８（圧電体膜１３、１３）間、すなわち圧電体素子８、８（圧電体膜１３、１３）の長辺間を開口しており、これによってこれら圧電体素子８、８（圧電体膜１３、１３）間での絶縁性保護膜１５の連続性を低めている。なお、この開口部１６については、圧電体素子８、８（圧電体膜１３、１３）間にて溝状に形成し、これら圧電体素子８、８（圧電体膜１３、１３）間で絶縁性保護膜１５を不連続にさせるように形成してもよい。

また、この開口部１６は、図３に示すように、前記圧電体膜１３の長辺側における開口縁１６ａ、すなわち該開口部１６と前記絶縁性保護膜１５との境界が、前記圧力室９の直上に位置するように形成されている。つまり、前述したように圧力室９は、平面視した状態でその直上部の一部が圧電体膜１３に覆われないようになっているが、前記開口縁１６ａ（境界）は、この圧電体膜１３に覆われない部分に位置させられているのである。そして、このような構成によって圧力室９は、その直上部の一部が前記開口部１６内に位置させられている。

また、絶縁性保護膜１５には、図４に示すように前記開口部１６とは別に、前記上部電極１４に通じるコンタクトホール１７が形成されている。
そして、この絶縁性保護膜１５上には、前記コンタクトホール１７を介して、前記上部電極１４に電気的に接続する配線１８が形成されている。

また、このように圧電体素子８、絶縁性保護膜１５、配線１８等が形成された領域上には、封止板１９が貼設されており、これによって本実施形態のヘッド本体３が構成されている。この封止板１９は、圧電体素子部を保護する機能と、駆動制御用ＩＣチップを配置することによる配線基板としての機能と、ＣＭＰをする際のウェハー支持基板の役割を果たすことができるようになっている。なお、本実施形態では、封止板１９に直接制御用ＩＣを設けることなく、図１に示したように前記配線１８から封止板１９を経由してフレキシブル基板４を外付けし、このフレキシブル基板４に圧電体素子８の駆動を制御する半導体装置（ＩＣ）を設けるようにしている。

このような構成からなるインクジェットヘッド１にあっては、圧電体素子８に通電すると、圧電体膜１３が圧電効果によってひずみ、変位することで外側に撓曲する。すると、下部電極１２と振動板６とが圧電体膜１３と一体になって同時に変位し、外側（封止板１９側）へ撓曲することで、圧力室９内の容積を増大させ、内圧を低くする。
このようにして圧力室９内の容積が増大し、内圧が低下すると、連通部１１を介して接続するリザーバ（図示せず）内にインクが充填されている場合には、増大した容積分に相当するインクが、リザーバから連通部１１を介して圧力室９内に流入する。

そして、このような状態から圧電体素子８へそれまでと逆の電位を通電すると、圧力室９側に振動板６が撓むことにより圧力室９内の体積が減少し、内圧が高まる。これによってインクは、ノズル１０から液滴となって吐出される。
また、前記リザーバには、前述したようにインクジェットヘッド１とは別に設けられたインクタンク（図示せず）より、チューブ（図示せず）を介してインクが供給されるようになっている。

次に、このような構成からなるインクジェットヘッド１の製造方法に基づき、本発明のインクジェットヘッドの製造方法の一実施形態について説明する。
本実施形態では、まず、図５（ａ）に示すようにシリコン基板２０を用意する。そして、このシリコン基板２０を熱酸化処理することにより、その表層部に酸化珪素（ＳｉＯ_２）からなる第１膜６ａを形成する。続いて、この第１膜６ａ上にスパッタ法でジルコニウム（Ｚｒ）を成膜する。次いで、これを熱酸化処理することにより、ジルコニウム膜から酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）膜を形成し、これによって図５（ｂ）に示すように、酸化珪素膜（第１膜６ａ）と酸化ジルコニア膜（第２膜６ｂ）との積層膜からなる振動板６を形成する。なお、酸化ジルコニア膜は、振動板６の膜圧、剛性の調整と、この上部に形成する白金電極膜（下部電極１２）の配向制御と、さらに上層のＰＺＴ（圧電体膜１３）からの鉛の拡散が酸化珪素膜（第１膜６ａ）まで広がらないように止める拡散バリア層の役割を果たしている。振動板６の膜厚、剛性の調整の機能については、酸化珪素膜（第１膜６ａ）だけでも可能であり、電極成膜プロセスによる白金膜（下部電極１２）の配向制御や、下部電極１２による鉛拡散の防止が可能であれば、必ずしも酸化ジルコニア膜は必要ではない。

次いで、前記振動板６上にスパッタ法等の気相法によって白金を成膜し、図５（ｃ）に示すように下部電極１２を形成する。白金電極膜の製法としては、前記スパッタ法に限らず、蒸着法などの気相プロセスやめっき法のような液相プロセスでも可能である。なお、この下部電極１２を成膜するに先立ち、振動板６の酸化ジルコニア膜（第２膜６ｂ）との間に接着層（図示せず）を形成する。接着層としては、一般にはＴｉＯｘが用いられるが、ＺｒＯｘ等を用いることもできる。

また、本実施形態では下部電極１２として白金を用いているが、Ｉｒなどの金属や導電性酸化物電極、例えばＳｒＲｕＯ_３やＬａＮｉＯ_３などを用いることもできる。下部電極１２には電極としての機能の他に、上部に形成する圧電体膜１３の配向制御の機能も必要である。特に、（１００）配向させたペロブスカイト構造の酸化物電極は、ＰＺＴ（圧電体膜１３）の配向制御にもっとも都合がよい。

次いで、下部電極１２上に、図５（ｄ）に示すようにゾルゲル法等の液相法によってＰＺＴからなる圧電体層１３ａを形成する。ここで、ゾルゲル法による圧電体層１３ａの形成方法としては、まず、ＰＺＴを構成する金属元素、すなわちＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉを含有する化合物、例えばアルコキシド等の有機化合物を溶媒（分散媒）に溶解（分散）し、得られた溶液（分散液）を公知の塗布法で前記下部電極１２上に配し、その後、焼成することによって圧電体層１３ａを得る、といった手法が採用される。なお、ゾルゲル法以外の手法として、例えばスパッタ法やＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法等の気相法や水熱合成法のような液相プロセスにより、圧電体層１３ａを形成するようにしてもよい。

次いで、圧電体層１３ａ上にスパッタ法等の気相法によって白金を成膜し、図６（ａ）に示すように上部電極層１４ａを形成する。なお、上部電極層１４ａの成膜方法についても、下部電極１２と同様に、めっき等の液相法も採用可能であり、また必ずしも白金である必要はない。
このようにして下部電極１２上に圧電体層１３ａ及び上部電極層１４ａを形成したら、公知のレジスト技術、露光・現像技術によってレジストパターン（図示せず）を形成する。そして、このレジストパターンをマスクにして反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを行い、上部電極層１４ａ及び圧電体層１３ａをパターニングすることにより、図６（ｂ）に示すように上部電極１４及び圧電体膜１３を形成する。これにより、圧電体素子８が得られる。

次いで、図６（ｃ）に示すように前記シリコン基板２０上に、スパッタ法等によって圧電体素子８を覆って絶縁性保護膜１５を形成する。なお、この絶縁性保護膜１５は、前述したように主に圧電体膜１３を外部環境(特に湿度)から保護するものであり、駆動時の圧電体素子８の撓みを妨げないよう、機能を果たせる範囲内で可能な限り薄く形成するのが好ましい。

次いで、前記絶縁性保護膜１５を覆ってレジスト層（図示せず）を形成し、さらにこのレジスト層を、露光・現像することによってパターニングする。そして、このレジストパターンをマスクにして前記絶縁性保護膜１５をエッチングすることにより、図６（ｄ）に示すように隣り合う圧電体素子８、８間に下部電極１２を露出させる開口部１６と、上部電極１４に通じるコンタクトホール１７（図４参照）とを形成する。

ここで、一般に半導体チップの層間絶縁膜に形成したコンタクトホールの場合、アスペクト比が大きいため、タングステンプラグ等を形成する必要がある。ところが、本実施形態では前記層間絶縁膜にあたる絶縁性保護膜１５の膜厚が１００ｎｍ程度と薄く、またコンタクト径も数ミクロン以上となることから、コンタクトホール１７のアスペクト比が極めて小さい。このため、プラグを形成する必要なく、このコンタクトホール１７を形成した後、後述するように直接配線１９を形成することが可能になる。

次いで、絶縁性保護膜１５上にＡｌ、Ａｕ等の配線材料を成膜して配線層（図示せず）を形成する。続いて、公知のレジスト技術、露光・現像技術、エッチング技術によって配線層をパターニングすることにより、図４に示したように前記上部電極１４に電気的に接続する配線１８を形成する。
次いで、必要に応じて前記配線１８を覆う層間絶縁膜等（図示せず）を形成し、さらにシリコン基板２０上の全面に、図３、図４に示したように封止板１９を接着等によって貼設する。

次いで、シリコン基板２０の底面側、すなわち圧電体素子８を形成した側と反対の側を、必要に応じて化学機械研磨法（ＣＭＰ法）で研磨し、所望の厚さにする。
続いて、このシリコン基板２０の底面側に公知の手法によってレジストパターン（図示せず）を形成し、さらにこのレジストパターンをマスクにしてシリコン基板２０をエッチングし、圧力室９や連通部１１等を加工・形成するとともに、これらを形成することでシリコン基板２０を流路形成基板５とする。このような圧力室９の形成のための加工法（エッチング法）としては、シリコン基板２０としてＳｉ（１１０）基板を用い、これをＫＯＨにより異方性エッチングするといった手法が好適に採用される。

その後、流路形成基板５（シリコン基板２０）の底面側に、従来と同様にしてノズルプレート７を接着等で貼設し、図３に示したヘッド本体３を得る。そして、図１に示したように形成したヘッド本体３にフレキシブル基板４を接続し、さらにヘッドケース２に収容することにより、本実施形態のインクジェットヘッド１を得る。
このようにして得られたインクジェットヘッド１は、インクジェット式のプリンターや、工業用のインクジェット装置などに用いられる。

このような構成のインクジェットヘッド１にあっては、耐湿性の絶縁性保護膜１５によって特に圧電体素子８中の圧電体膜１３の側面が覆われているため、この圧電体膜１３が大気中の湿気によって劣化し、これに起因して圧電体素子８の特性が低下してしまうことが防止される。したがって、インクの吐出性についても良好な吐出性が確保される。
また、前記絶縁性保護膜１５には、隣り合う圧電体素子８、８間、すなわち圧電体素子８の側方に下地を露出させる開口部１６が形成されているので、これによって絶縁性保護膜１５による圧電体膜１３の変位の規制が緩和され、インクの吐出性について良好な吐出性が確保される。

さらに、前記開口部１６が、隣り合う圧電体素子８、８間において下部電極１２を露出させて形成されているので、例えば隣り合う圧電体素子８、８どうしが異なる動作をした際、一方の圧電体素子８の動作に伴う振動板６の変位が、前記絶縁性保護膜１５を介して他方の圧電体素子８側に影響してしまうことが抑制される。すなわち、前記絶縁性保護膜１５は前記開口部１６によってその連続性が低められていることにより、前記一方の側の圧電体素子８による変位が絶縁性保護膜１５を介して他方の側に伝わることがほとんどなく、したがって、前記変位が他方の圧電体素子８側に影響してしまうことが抑制される。これにより、圧電体素子８の独立性が確保され、個々の圧電体素子によるインクの吐出性が良好になる。

（実験例）
次に、前記構成からなるインクジェットヘッド１の、絶縁性保護膜１５の開口部１６における開口縁１６ａ（境界）の位置と、振動板６の撓み量（変位量）について実験した結果を説明する。
図７は実験結果を説明するための図であって、図７上部はインクジェットヘッド１の側断面要部を模式的に示す図、図７下部は実験結果を示すグラフである。また、図７上部における各符号は、図３に示した符号と同一であり、９は圧力室、６ａは振動板６の第１膜、６ｂは第２膜、１２は下部電極、１３は圧電体膜、１４は上部電極、１５は絶縁性保護膜を示している。また、絶縁性保護膜１５における開口部１６は示していないものの、その開口縁１６ａ（境界）の位置が、開口部の開口幅の半分となる抜き幅となり、図７下部における横軸に対応している。なお、図７下部における横軸の原点は、隣り合う圧電体素子８、８（圧電体膜１３、１３）間の中心点を示している。

また、図７下部における縦軸は、絶縁性保護膜１５に開口部１６が形成されていないとき（図７中において横軸が原点にあるとき）の振動板６の変位量（撓み量）を１００とした場合の、振動板６の変位量（撓み量）の増加率（％）を示している。さらに、この図７下部におけるカーブＰは、前記開口部１６の開口縁１６ａが図７上部に対応して変化したときの、振動板６の変位量（撓み量）の変化を示している。

図７下部におけるカーブＱは、前記開口部１６の開口縁１６ａが図７上部に対応して変化したときの、振動板６の共振周波数の変化を示している。
なお、このカーブＱに対応する図７下部の縦軸は、絶縁性保護膜１５に開口部１６が形成されていないとき（図７中において横軸が原点にあるとき）の振動板６の共振周波数を１００とした場合の、振動板６の共振周波数の増加率（％）を示している。

図７に示したように、圧電体素子８、８間における開口部１６の幅が広くなり、その開口縁１６ａ（境界）が圧電体素子８の圧電体膜１３に近づくに連れ、振動板６の変位量の増加率が高まることが分かった。特に、このような変位量の増加は、開口端１６ａが圧力室９の直上に位置する範囲で顕著となった。したがって、絶縁性保護膜１５による圧電体膜１３の変位の規制を緩和し、インクの吐出性を向上するためには、前記開口部１６の開口縁１６ａが圧力室９の直上に位置しているのが、好ましいことが分かった。

ヘッドのコンプライアンス（剛性）は系の共振周波数に影響し、これがヘッド駆動波形を制約する。すなわち共振周波数以上の周波数を持つ波形を駆動波形として用いることはできない。したがって系の剛性が変わることはインクの吐出特性に影響する。本構造ではコンプライアンスについて開口部１６の幅（開口縁１６の位置）にほとんど影響を受けないことが分かった。したがって、絶縁性保護膜１５に開口部１６を形成しても、開口部１６を形成しないときと同様の共振周波数を実現することができ、圧電体素子８による吐出制御を行うことができることが確認された。

次に、本発明のインクジェットヘッドの第２実施形態を、図２に対応する図８（ａ）と図３に対応する図８（ｂ）とを参照して説明する。
図８（ａ）、（ｂ）は本発明のインクジェットヘッドの第２実施形態を示す図であり、図８（ａ）、（ｂ）中符号３０はインクジェットヘッドである。このインクジェットヘッド３０が図２、図３に示したインクジェットヘッド１と異なるところは、絶縁性保護膜１５に、圧電体素子８の上面を露出させる開口領域３１が形成されている点と、この開口領域３１内、及び前記開口部１６内に、耐湿性の樹脂層３２が形成されている点にある。

本実施形態のインクジェットヘッド３０において、その絶縁性保護膜１５には、圧電体素子８の上面、すなわち上部電極１４の上面上に、絶縁性保護膜１５に囲まれてなる開口領域３１が形成されている。この開口領域３１は、上部電極１４の上面において、その外周部のみを覆う絶縁性保護膜１５に囲まれて形成されたもので、その内部に圧電体素子８の上部電極１４の上面を露出させるように形成されたものである。

また、この開口領域３１内には、露出する上部電極１４の上面を覆って耐湿性の樹脂層３２が形成されており、さらに前記開口部１６内にも、露出する下部電極１２を覆って樹脂層３２が形成されている。これら樹脂層３２は、本実施形態では熱可塑性の樹脂によって形成されたもので、具体的にはポリイミド（ＰＩ）やポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、さらには他のフッ素系樹脂などによって形成されたものである。なお、この樹脂層３２における耐湿性とは、湿気（水分）に対して変質し難い性質であるとともに、湿気（水分）を透過（透湿）させ難い性質であることを意味している。

このような構成のインクジェット３０を形成するに際し、前記開口領域３１を形成するには、前記第１実施形態において、図６（ｄ）に示したように絶縁性保護膜１５をエッチングして開口部１６とコンタクトホール１７とを形成する際、開口領域３１も同じ工程で形成するようにする。すなわち、前記絶縁性保護膜１５を覆ってレジスト層（図示せず）を形成し、さらにこのレジスト層を露光・現像することでパターニングし、レジストパターンを形成する際、前記開口領域３１にも対応した形状にレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクにして前記絶縁性保護膜１５をエッチングすることにより、図８（ｂ）に示したように開口部１６とコンタクトホール１７と開口領域３１とを同工程で形成するのである。

そして、前記開口部１６内及び開口領域３１内に樹脂層３２を形成するには、まず、これら開口部１６内及び開口領域３１内に、図９（ａ）に示すように前記樹脂層３２の形成材料である液状材料３２ａを、インクジェット法（液滴吐出法）で配する。ここで、液状材料３２ａは前記樹脂層３２を構成する樹脂、例えばポリイミドやポリフッ化ビニリデンを適宜な溶媒で溶解してなるものである。このとき、開口部１６内及び開口領域３１内に液状材料３２ａをインクジェット法で配するようにしているので、これら開口部１６内及び開口領域３１を囲む絶縁性保護膜１５が隔壁として機能することにより、開口部１６内及び開口領域３１内に配した液状材料３２ａが外に流れ出ることが防止されている。したがって、液状材料３２ａを浸み込ませるために受容層を形成するなどといった前処理を行う必要がなく、直接開口部１６内及び開口領域３１内に液状材料３２ａを配し、樹脂層３２を形成することができるようになっている。

そして、このように液状材料３２ａを配した後、これを例えば１００℃程度の低温で加熱し乾燥することにより、図９（ｂ）に示すように開口部１６内及び開口領域３１内にそれぞれ樹脂層３２を形成する。このとき、樹脂層３２を構成する樹脂として、前記したように熱可塑性樹脂を用いているので、この樹脂を溶媒に溶解してなる液状材料３２ａをインクジェット法で配した後、前記したように１００℃程度の低温で加熱・乾燥して溶媒を蒸発・除去することにより、樹脂層３２を形成することができる。

このような構成のインクジェットヘッド３０にあっては、前記インクジェットヘッド１と同様に、絶縁性保護膜１５によって圧電体膜１３が大気中の湿気により劣化することが防止されていることから、インクの吐出性についても良好な吐出性が確保される。
また、前記絶縁性保護膜１５に開口部１６が形成されているので、これによって絶縁性保護膜１５による圧電体膜１３の変位の規制が緩和され、インクの吐出性について良好な吐出性が確保される。
さらに、隣り合う圧電体素子８、８間に前記開口部１６が形成されているので、例えば隣り合う圧電体素子８、８どうしが異なる動作をした際、一方の圧電体素子８の動作に伴う振動板６の変位が、前記絶縁性保護膜１５を介して他方の圧電体素子８側に影響してしまうことが抑制される。よって、圧電体素子８の独立性が確保され、個々の圧電体素子によるインクの吐出性が良好になる。

また、前記絶縁性保護膜１５に開口領域３１が形成されているので、これによっても絶縁性保護膜１５による圧電体膜１３の変位の規制が十分に緩和され、したがって、良好なインク吐出性が確実に得られる。
また、開口部１５、開口領域３１に形成された樹脂層３２は、樹脂からなることで例えば無機膜などに比べ柔軟性が高いことから、この樹脂層３２によって圧電体膜１３の変位が強く規制されることもなく、したがって、前述したように良好なインク吐出性が確実に得られる。

さらに、開口部１６内及び開口領域３１内に耐湿性の樹脂層３２が形成されているので、この樹脂層３２によって開口部１６や開口領域３１から下地側への湿気（水分）の浸入が防止され、湿気に起因する圧電体素子８の特性低下が長期的にも防止される。したがって、圧電体素子８の特性低下が防止されることにより、インクの吐出性についてもその長期信頼性が確保される。

また、液状材料３２ａがインクジェット法（液滴吐出法）で配されることによって樹脂層３２が形成されているので、その製造工程が容易になり、マスクなどが不要なため生産コストも安価になる。また、インクジェット法によって絶縁性保護膜１５に囲まれた開口部１６や開口領域３１内に前記液状材料３２ａが配されるので、絶縁性保護膜１５が隔壁として機能することにより、開口部１６や開口領域３１内に配した液状材料が外に流れ出ることがなく、したがって液状材料を浸み込ませるための受容層の形成などといった前処理が不要になり、直接樹脂層３２を形成することができるため、生産性がより向上する。

また、樹脂層３２を構成する樹脂として、前記したように熱可塑性樹脂を用いているので、この樹脂を溶媒に溶解してなる液状材料３２ａをインクジェット法で配した後、前記したように１００℃程度の低温で加熱・乾燥して溶媒を蒸発・除去することにより、樹脂層３２が形成される。したがって、既に形成されている他の構成要素に対しての熱的ダメージが最小限に抑えられる。

なお、このような構成からなるインクジェットヘッド３０と、開口部１６、開口領域３１を形成しただけで、これらの内部に樹脂層３２を形成しない構造のインクジェットヘッド（図示せず）とについて、それぞれ、前記実験例と同様の実験を行った。その結果、いずれのインクジェットヘッドも、インクジェットヘッド１と同様の傾向が得られ、特に、開口部１６の開口端１６ａ（境界）が圧力室９の直上に位置する範囲で、振動板６の変位量の増加が顕著となった。したがって、このような構造のインクジェットヘッドにあっても、絶縁性保護膜１５による圧電体膜１３の変位の規制を緩和し、インクの吐出性を向上するためには、前記開口部１６の開口縁１６ａが圧力室９の直上に位置しているのが、好ましいことが分かった。

また、特に開口部１６、開口領域３１を形成しただけで、これらの内部に樹脂層３２を形成しない構造のインクジェットヘッドでは、前記インクジェットヘッド１に比較して、変位量（撓み量）の増加傾向がより顕著になり、増加率も高くなった。したがって、開口部１６だけでなく開口領域３１も形成することにより、絶縁性保護膜１５による圧電体膜１３の変位の規制をより緩和することができ、これによってインクの吐出性をより向上させ得ることが分かった。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、前記第２実施形態において、開口部１６及び開口領域３１の両方に樹脂層３２を形成しなくてもよく、また、これらのいずれか一方のみに樹脂層３２を形成するようにしてもよい。

本発明のインクジェットヘッドの第１実施形態の分解斜視図である。 図１に示したインクジェットヘッドの要部を平面視した模式図である。 図２におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は図１に示したインクジェットヘッドの製造工程図である。 （ａ）〜（ｄ）は図１に示したインクジェットヘッドの製造工程図である。 実験例の模式図と実験結果を示すグラフとを合わせた説明図である。 本発明のインクジェットヘッドの第２実施形態の要部側断面図である。 （ａ）、（ｂ）は図８に示したインクジェットヘッドの製造工程図である。

符号の説明

１、３０…インクジェットヘッド、６…振動板、７…ノズルプレート、８…圧電体素子、９…圧力室（第１圧力室、第２圧力室）、１０…ノズル、１２…下部電極、１３…圧電体膜（第１圧電体膜、第２圧電体膜）、１４…上部電極（第１上部電極、第２上部電極）、１５…絶縁性保護膜、１６…開口部、１６ａ…開口端（境界）、２０…シリコン基板、３１…開口領域、３２…樹脂層、３２ａ…液状材料

Claims (6)

1. ノズルプレートと、
   前記ノズルプレート上に設けられた第１圧力室と、
   前記ノズルプレート上であって前記第１圧力室の側方に設けられた第２圧力室と、
   前記第１圧力室及び前記第２圧力室上に設けられた振動板と、
   前記振動板上に設けられた下部電極と、
   前記下部電極上であって前記第１圧力室の上方に設けられた第１圧電体膜及び第１上部電極と、
   前記下部電極上であって前記第２圧力室の上方に設けられた第２圧電体膜及び第２上部電極と、
   少なくとも前記第１圧電体膜、前記第１上部電極、前記第２圧電体膜及び前記第２上部電極の側面を覆うように設けられた絶縁性保護膜と、を備え、
   前記絶縁性保護膜は、前記第１圧電体膜と前記第２圧電体膜との間に開口部を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
2. 前記第１圧電体膜は、平面視した状態で前記第１圧力室の内側に配設されてなり、
   前記第１圧電体膜及び前記第１上部電極の側面を覆う前記絶縁性保護膜と、前記開口部との境界が、前記第１圧力室の直上に位置していることを特徴とする請求項１記載のインクジェットヘッド。
3. 前記絶縁性保護膜は、前記第１上部電極上に開口領域を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記絶縁性保護膜の前記開口部又は前記開口領域に樹脂層が設けられていることを特徴とする請求項３記載のインクジェットヘッド。
5. 前記樹脂層は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項４記載のインクジェットヘッド。
6. 前記熱可塑性樹脂は、ポリイミドまたはポリフッ化ビニリデンであることを特徴とする請求項５記載のインクジェットヘッド。
   

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