JP2010208138A5

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Publication number: JP2010208138A5
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Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2012-02-02

Description

液体噴射ヘッド及び液体噴射装置

本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。

例えばインクジェットプリンター等の液体噴射装置において、インク等の液滴を噴射するために、圧電素子を備えた液体噴射ヘッドを用いることが知られている。このような液体噴射ヘッドは、例えば、駆動信号等によって圧電素子を変位させることにより、圧電素子の下方に形成された振動板を変位させ、圧力室内の圧力を変化させることで、ノズル孔からインクなどの液滴を噴射させることができる。このような液体噴射ヘッドにおいて、例えば、湿気等の外的要因に対して弱い圧電素子の圧電体層を保護する目的として、圧電体層を上部電極で覆った構造を有したものがある（特許文献１）。このような液体噴射ヘッドにおいて、より高い圧力変化を圧力室内で発生させるために、振動板の変位量をより大きくすることが望まれている。

特開２００５−８８４４１号公報

本発明の目的の１つは、振動板の変位量をより大きくすることができる液体噴射ヘッドを提供することにある。

本発明の目的の１つは、上記液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置を提供することにある。

（１）本発明に係る液体噴射ヘッドは、
ノズル孔に連通した圧力室を複数有する圧力室板と、
前記圧力室板の上方に形成された振動板と、
前記振動板の上方に形成され、前記圧力室に対応して設けられた下部電極と、
前記下部電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成され、複数の前記圧力室に亘って設けられた上部電極と、を備え、
前記振動板の前記圧力室上方の領域において、前記振動板の少なくとも一部が露出している。

なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。

本発明によれば、振動板の変位量をより大きくすることができる液体噴射ヘッドを提供することができる。

（２）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧力室板は、前記圧力室の側壁を構成する壁部を有し、
前記振動板は、前記圧力室上方の領域の少なくとも一部および前記壁部上方の領域の少なくとも一部に亘って露出していてもよい。

（３）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧力室板は、前記圧力室の側壁を構成する壁部を有し、
前記壁部上方の領域は、前記振動板が露出していなくてもよい。

（４）本発明に係る液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧力室上方の領域外において、前記圧電体層は前記上部電極と離間した開口部を有し、
前記開口部を覆うように形成された第１の導電層と、前記導電層に電気的に接続された第２の導電層と、をさらに含んでいてもよい。

（５）本発明に係る液体噴射装置は、
上記記載のいずれかの液体噴射ヘッドを有する。

本発明によれば、振動板の変位量をより大きくすることができる液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置を提供することができる。

本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す平面図。図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線における要部を模式的に示す断面図。図２（Ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線における要部を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部の変形例を模式的に示す平面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの変形例を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。本実施形態に係る液体噴射装置を模式的に示す斜視図。

以下に、本発明を適用した実施形態の一例について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。本発明は、以下の実施形態およびその変形例を自由に組み合わせたものを含むものとする。

１．液体噴射ヘッド
以下、図面を参照して、本実施形態に係る液体噴射ヘッドについて説明する。

図１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の分解斜視図である。

図１に示すように、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００は、圧力室１１を有する圧力室板１０と、圧力室板１０の上方に形成された振動板３０と、振動板３０の上方に形成された圧電素子１００と、圧力室板１０の下方に形成されたノズル板２０と、圧電素子１００を封止する封止板９０と、を含む。

圧力室板１０は、図１に示すように、圧力室１１を有する。図１に示すように、圧力室板１０は、圧力室１１の側壁を構成する壁部１２を有する。また、圧力室板１０は、圧力室１１と供給路１３および連通路１４を介して連通したリザーバ１５を有していてもよい。リザーバ１５には、図示されない貫通孔が形成されてもよく、該貫通孔を通って外部からリザーバ１５内に液体が供給されてもよい。これによれば、リザーバ１５に液体を供給することによって、供給路１３および連通路１４を介して圧力室１１に液体を供給することができる。圧力室１１の形状は、特に限定されない。圧力室１１の形状は、例えば、平面視において平行四辺形であってもよく、矩形であってもよい。圧力室１１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。圧力室板１０の材質は、特に限定されない。圧力室板１０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。

ノズル板２０は、図１に示すように、圧力室１０の下方に形成される。ノズル板２０は、プレート状の部材であって、ノズル孔２１を有する。ノズル孔２１は、圧力室１１に連通するように形成される。ノズル孔２１の形状は、液体を吐出することができる限り、特に限定されない。ノズル孔２１を介することで、圧力室１１内の液体を、例えば、ノズル板２０の下方に向けて吐出することができる。また、ノズル孔２１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。ノズル板２０の材質は、特に限定されない。ノズル板２０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。

振動板３０は、図１に示すように、圧力室板１０の上方に形成される。したがって、振動板３０は、圧力室１１および壁部１２の上方に形成される。振動板３０は、プレート状の部材であって、圧力室板１０と対向した第１の面３１と、第１の面３１と反対の面である第２の面３２とを有する。振動板３０の構造及び材料は、特に限定されない。例えば、振動板３０は、図１に示すように、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。このとき、振動板３０は、例えば、酸化ジルコニウムや酸化シリコンなどの絶縁膜、ニッケルなどの金属膜、ポリイミドなどの高分子材料膜、からなる複数の膜の積層体であってもよい。振動板３０は、振動部を構成する。言い換えれば、後述される圧電素子１００が変位することによって振動（変位）することができる。これにより、下方に形成された圧力室１１の体積を変化させることができる。

本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の圧電素子１００は、図１に示すように、振動板３０の第２の面３２の上において形成される。本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の圧電アクチュエーター１１０は、圧電素子１００と振動板３０によって構成される。以下、図２〜図３を参照して、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の圧電素子１００の詳細について説明する。

図２（Ａ）は、液体噴射ヘッド３００に係る要部である圧力室板１０、振動板３０、および圧電素子１００のみを便宜的に示した平面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す要部のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図である。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）に示す要部のＩＩＣ−ＩＩＣ線断面図である。図２（Ｄ）は、液体噴射ヘッド３００に係る要部の変形例を模式的に示す平面図である。図３は、液体噴射ヘッド３００に係る要部の変形例を模式的に示す断面図である。

以下に圧電素子１００の構造についての詳細を説明する。

図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、圧電素子１００は、大略すれば、振動板３０上に第１の方向２００に延びるように形成された第１の導電層４０と、第１の導電層４０を覆うように形成された圧電体層５０と、圧電体層５０の少なくとも一部を覆うように形成された第２の導電層６０とを含む。

図２（Ａ）に示すように、振動板３０は、第２の面３２（図２（Ｂ）参照）において第１領域３３（図２（Ａ）の太字破線部分）を有する。第１領域３３は、第２の面３２の圧力室１１とオーバーラップする領域である。図２（Ａ）に示すように、第１領域３３は圧力室１１毎に形成されている。第１領域３３は、圧力室１１の平面視の形状と同じ形状を有する。

第１の導電層４０は、図２（Ａ）に示すように、第１領域３３において、第１の方向２００に延びるように形成される。図２（Ａ）に示すように、第１の方向２００は、第２の面３２における１方向であって、第１領域３３の長手方向である。また、第１の方向２００に直交した方向を第２の方向２１０とする。図２（Ａ）に示すように、第１の導電層４０は、第１領域３３内に第１の方向２００における一方の端部である端部４１を有する。また、図２（Ｂ）に示すように、第１の導電層４０は、第１領域３３内に第２の方向２１０における両端部を有する。第１の導電層４０は、図２（Ａ）に示すように、第１領域３３内に形成された第１導電部４２と、第１領域３３の一方の短辺である第１の辺３３ａを境界として、第１領域３３内から第１領域３３外へ連続して延びた第２導電部４３と、から形成される。したがって、端部４１は、第１導電部４２の第１の方向における端部である。第１の導電層４０は、導電性を有した層からなり、圧電素子１００において下部電極を構成する。第１の導電層４０の構造及び材料は、特に限定されない。例えば、第１の導電層４０は、単層で形成されていてもよい。あるいは、第１の導電層４０は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。第１の導電層４０は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）などのいずれかを含む金属層であってもよい。

圧電体層５０は、図２（Ａ）に示すように、第１領域３３において、第１の導電層４０を覆うように形成される。圧電体層５０は、図２（Ｂ）に示すように、第１領域３３内において、第２の方向２１０における両端部を有する。つまりは、圧電体層５０は、第２の方向２１０において、第１の導電層４０の幅より大きく、かつ、第１領域３３の幅より狭い幅を有する。圧電体層５０は、図２（Ａ）に示すように、第１領域３３外においても、第１の方向２００に沿うように連続して延び、第１の導電層４０の第２導電部４３を覆うように形成される。図２（Ａ）に示すように、圧電体層５０は、第１の辺３３ａと、第１領域３３の他方の短辺である第２の辺３３ｂから第１領域３３外に連続して延びるように形成されていてもよい。圧電体層５０の形状は特に限定されないが、図２（Ｂ）に示すように、第１の導電層４０の上方に上面５１を有し、上面５１と連続したテーパー状の側面５２を有していてもよい。圧電体層５０は、圧電特性を有した多結晶体からなり、圧電素子１００において印加されることにより振動することができる。圧電体層５０の構造及び材料は、圧電特性を有していればよく、特に限定されない。圧電体層５０は、公知の圧電材料から形成されればよく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３）、チタン酸ビスマスナトリウム（（Ｂｉ、Ｎａ）ＴｉＯ₃）などを用いてもよい。

また、圧電体層５０は、図２（Ａ）および図２（Ｃ）に示すように、第１の導電層４０の第２導電部４３上において、第２導電部４３の一部が露出するような開口部５４を有する。開口部５４の位置は、第２導電部４３上であって、後述される第２の導電層６０に離間していればよく、特に限定されない。開口部５４の形状は、第２導電部である第１の導電層４０が露出させることができればよく、特に限定されない。

第２の導電層６０は、図２（Ａ）に示すように、第１領域３３において、圧電体層５０の少なくとも一部を覆うように形成される。本実施形態に係る第２の導電層６０の形状は、後述される第３領域３５の少なくとも一部において振動板３０が露出した露出領域３７を含むようにパターニングされるが、詳細は後述される。第２の導電層６０は、図２（Ａ）に示すように、複数の圧電体層５０の一部をそれぞれ覆うように連続して形成されてもよい。図２（Ｂ）に示すように、第２の導電層６０は、第１領域３３において、圧電体層５０の第１の導電層４０とオーバーラップした部分の一部を覆うように形成される。このとき、第１領域３３内の圧電体層５０の一部が第１の導電層４０と第２の導電層６０とに挟まれる。圧電体層５０の第１の導電層４０と第２の導電層６０とに挟まれた領域を駆動領域５５とする。図２（Ａ）および図２（Ｃ）に示すように、第２の導電層６０は、第１領域３３の第１の辺３３ａにオーバーラップしないように形成されてもよい。言い換えれば、第２の導電層６０は、第２の導電層６０の一端部６１が第１領域３３とオーバーラップするように形成されてもよい。

上述のように、本実施に係る第２の導電層６０は、後述される露出領域３７が第３領域３５の少なくとも一部に形成されるようにパターニングされる。以下に詳細を説明する。

図２（Ａ）に示すように、第１領域３３内において、圧電体層５０と第２の導電層６０とがオーバーラップした領域を第２領域３４（図２（Ａ）の灰色領域）とする。また、第１領域３３内において、第２の方向２１０に沿って第２領域３４と連続した領域を第３領域３５（図２（Ｂ）の斜線領域）とする。また、第１領域３３の互いに隣り合う領域であって、圧力室板１０の壁部１２とオーバーラップした領域を第４領域３６とする。ここで、上述のように、第２の導電層６０は、図２（Ａ）に示すように、第３領域３５の少なくとも一部において、振動板３０の第２の面３２が露出するようにパターニングされる。言い換えれば、圧電素子１００は、第３領域３５の少なくとも一部において、振動板３０が露出した露出領域３７を有することができる。露出領域３７の配置および形状は特に限定されない。例えば、図２（Ａ）に示すように、第３領域３５における露出領域３７と、第４領域３６上の第２の導電層６０をパターニングして除去し、その結果、第２の導電層６０が矩形をなす開口部６３有するように形成されていてもよい。

また、図２（Ｄ）に示すように、第４領域３６において第２の導電層６０が残るように形成され、第４領域３６を挟むように、露出領域３７を構成する開口部６５が形成されていてもよい。また、第２の導電層６０の端部６１が、切り欠け部６４を構成するようにパターニングされて、第３領域３５に露出領域３７が形成されていてもよい。また、図示はしないが、例えば、第３領域３５の全面が露出領域３７であってもよい。

第２の導電層６０の構造及び材料は、特に限定されない。例えば、第２の導電層６０は、単層で形成されていてもよい。あるいは、第２の導電層６０は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。第２の導電層６０は、導電性を有した層からなり、圧電素子１００において上部電極を構成する。第２の導電層６０は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）などを含む金属層であってもよい。図示はされないが、第２の導電層６０は、配線を介して、または連続して、例えば、接地回路等と接続されていてもよい。第２の導電層６０は、駆動領域５５を構成する部分の圧電体層５０の上面５１とテーパー状の側面５２を完全に覆うことができる。これによれば、駆動領域５５の圧電体層５０を大気中の水分（湿気）等からの影響から保護することができるため、圧電素子１００の信頼性を向上させることができる。

第３の導電層６７は、図２（Ａ）および図２（Ｃ）に示すように、少なくとも開口部５４を覆うように形成されてもよい。また、第３の導電層６７は、少なくとも開口部５４における第２導電部４３（第１の導電層４０）を覆うように形成されていてもよい（図示せず）。第３の導電層６７の構造及び材料は、特に限定されない。第３の導電層６７は、導電性を有した層であればよく、第２の導電層６０と同じであってもよい。第３の導電層６７を形成することによって、製造工程において開口部５４における第１の導電層４０の第２導電部４３の表面を保護することができる。その詳細は製造方法において後述される。また、第３の導電層６７は本実施形態に圧電素子１００の必須な構成ではないため、開口部５４において第１の導電層４０の上に第３の導電層６７が形成されていなくてもよい（図示せず）。

第４の導電層７０は、図２（Ａ）および図２（Ｃ）に示すように、第３の導電層６７に電気的に接続されるように形成される。つまりは、第４の導電層７０は、第２導電部４３を介して第１導電部４２と電気的に接続されている。また、第３の導電層６７が形成されていない場合は、第４の導電層７０は、開口部５４内の第２導電部４３と電気的に接続されればよいため、第４の導電層７０は、第３の導電層６７を介さず、少なくとも開口部５４を覆うように形成されてもよい。第４の導電層７０の形状は、少なくとも開口部５４内に形成される限り、特に限定されない。第４の導電層７０の構造及び材料は、特に限定されない。例えば、第４の導電層７０は、単層で形成されていてもよい。あるいは、第４の導電層７０は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。第４の導電層７０は、導電性を有した層からなり、圧電素子１００において下部電極へのリード線を構成する。第４の導電層７０は、例えば、金（Ａｕ）、ニッケル−クロム合金（Ｎｉ−Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などを含む金属層であってもよい。図示はされないが、第４の導電層７０は、外部駆動回路と接続されていてもよい。これによって、第１の導電層４０が、第４の導電層７０を介して、例えば外部駆動回路と電気的に接続されることができる。

図３は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の圧電素子１００の変形例を示す図である。以下に図面を参照して本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の圧電素子１００の変形例を説明する。

圧電素子１００の変形例は、図３に示すように、圧電体層５０において、第２の導電層６０が上方に形成されていない部分の少なくとも一部を覆うように形成された、電気的絶縁膜からなる第１の保護膜８０が形成されていてもよい。また、第１の保護膜８０は、圧電体層５０から第２の導電層６０の一部を覆うように形成されていてもよい。言い換えれば、第１の保護膜６０は、第２の導電層６０の端部６１を覆い、端部５５ａを含む駆動領域５５の一部とオーバーラップするように形成されていてもよい。また、図３に示すように、第２の導電層６０の上において、端部５５ｂを含む駆動領域５５の一部とオーバーラップするように、第１の方向２００において、第１の保護膜８０と離間して形成された第２の保護膜８１が形成されていてもよい。第１の保護膜８０および第２の保護膜８１の材料は、特に限定されない。第１の保護膜８０および第２の保護膜８１は、例えば、電気的絶縁膜であって、少なくとも水分バリア性を有していればよい。第１の保護膜８０および第２の保護膜８１は、例えば、酸化アルミニウムなどの無機絶縁膜、ポリイミドなどの高分子材料膜である有機絶縁膜から形成されていてもよい。

第１の保護膜８０および第２の保護膜８１は、第３の導電層７０が形成される前に形成されてもよい。第１の保護膜８０を第３の導電層７０を形成する前に形成することにより、第３の導電層７０をエッチングによって形成する際、圧電体層５０において、第２の導電層６０が上方に形成されていない部分がエッチャント等により化学的なプロセスダメージを受けることを回避することができる。詳細は製造工程において後述される。

また、第１の保護膜８０によって、圧電体層５０において、第２の導電層６０が上方に形成されていない部分の少なくとも一部を覆っているため、圧電体層５０に対する物理的ダメージ、および大気中の水分によるダメージなどを低減することができる。

また、図３に示すように、第１の保護膜８０は、第２の導電層６０の端部６１とオーバーラップしてもよい。これによれば、第１の保護膜８０によって、第２の導電層６０の端部６１を抑えることができるため、第２の導電層６０の剥離を防止することができる。

また、第１の保護膜８０および第２の保護膜８１を、上述のようにそれぞれ駆動領域５５の端部５５ａと端部５５ｂにオーバーラップするように配置して形成することにより、第１の保護膜８０および第２の保護膜８１が、駆動領域５５の両端部上において、振動を抑制する重りとして作用することができる。言い換えれば、第１の保護膜８０および第２の保護膜８１を用いて、端部５５ａおよび５５ｂとオーバーラップする領域の圧電アクチュエーター１１０の剛性を調整することができる。したがって、第１の保護膜８０および第２の保護膜８１によって圧電アクチュエーター１１０の剛性を調整し、過度の振動（変位）を抑制することができる。過度の振動（変位）を抑制した結果、圧電アクチュエーター１１０の部材にクラック等の物理的ダメージが発生しにくくすることができる。したがって、第１の保護膜８０および第２の保護膜８１を形成することで、圧電アクチュエーターの剛性を調整することができ、かつ、圧電素子１００の信頼性を向上させることができる。

本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００は、図１に示すように、圧電素子１００を封止することができる封止板９０を有していてもよい。封止板９０は、圧電素子１００を所定の空間領域に封止することができる封止領域９１を有している。封止領域９１は、圧電素子１００の振動運動を阻害しない程度の空間領域であればよい。封止板９０の構造及び材料は、特に限定されない。例えば、封止板９０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。また、液体噴射ヘッド３００は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料からなり、上述された構成を収納することができる筐体を有していてもよい（図示せず）。

以上のいずれかの構成により、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の構成とすることができる。

本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００は、例えば、以下の特徴を有する。

本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００によれば、第３領域３５の少なくとも一部において露出領域３７を有していることにより、第３領域３５の全面において、例えば、第２の導電層６０および圧電体層５０の少なくとも一方が形成されている場合と比較して、振動板３０の変位量を増やすことができる。

上述のように、圧電素子１００は、圧電体層５０が変位することによって、振動板３０を振動させ、圧力室１１に圧力を発生させることができる。このとき、振動板３０において実質的に圧力を発生させるために振動することができる領域は、圧力室１１とオーバーラップした領域である第１領域３３である。圧力室１１内により大きな圧力を発生させるためには、第１領域３３において振動板３０が実質的に変位することのできる量（変位量）を確保することが重要となる。

しかしながら、振動板３０の第１領域３３上に振動板３０以外の層（例えば、第２の導電層６０）が形成されると変位が抑制されることになる。言い換えれば、第３領域３５の少なくとも一部において、振動板３０が露出した露出領域３７が形成されることによって、振動板３０の変位が抑制される作用（変位抑制作用）を低減することができる。また、露出領域３７をより大きくすれば、変位抑制作用をより低減することができる。つまりは、第３領域３５の少なくとも一部において露出領域３７を有することによって、振動板３０の変位量を増やすことができる。

以上によって、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００によれば、振動板３０の変位量をより大きくすることができる液体噴射ヘッドを提供することができる。

２．液体噴射ヘッドの製造方法
以下、図面を参照して、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法について説明する。

図４〜図１１は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の製造方法を模式的に示す断面図である。

本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、図４〜図１１に示すように、圧力室１１を有する圧力室板１０を形成する工程と、圧力室板１０の上方に形成される振動板３０であって、圧力室板１０と対向した第１の面３１と、第１の面３１と反対側の第２の面３２を有し、第２の面３２において、圧力室１１とオーバーラップする第１領域３３を有した振動板３０を形成する工程と、第１領域３３において、第１の方向２００に延びるように第１の導電層４０を形成する工程と、第１の導電層４０を覆うように圧電体層５０を形成する工程と、圧電体層５０の少なくとも一部を覆うように第２の導電層６０を形成する工程と、を有し、第１領域３３内において、圧電体層５０と第２の導電層６０とがオーバーラップした領域を第２領域３４とし、第１領域３３内において、第１の方向２００と直交する第２の方向２１０に沿って第２領域３４と連続した領域を第３領域３５としたとき、第３領域３５の少なくとも一部において、振動板３０が露出するように露出領域３７を形成する工程を更に含む。

本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、圧力室板１０、ノズル板２０を形成するために用いられる材質が単結晶シリコン等を用いる場合と、ステンレス等を用いる場合とによって異なる。以下において、単結晶シリコンを用いた場合の液体噴射ヘッドの製造方法を一例として記載する。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、特に以下の製造方法に限定されず、ニッケルやステンレス鋼、ステンレス等を材料として用いる場合は、公知の電鋳法等の工程を含んでいてもよい。また、各工程の先後は、以下に記載の製造方法に限定されるものではない。

まず、図４（Ａ）に示すように、準備された単結晶シリコンからなる基板１の上に、振動板３０を形成する。図４（Ａ）に示すように、後述される製造工程において、基板１の圧力室１１が形成される領域を領域１１ａとする。振動板３０は、公知の成膜技術によって形成される。図４（Ａ）に示すように、例えば、振動板３０は、弾性板を構成する弾性層３０ａをスパッタリング法等によって形成した後、絶縁層３０ｂを弾性層３０ａ上にスパッタリング法等によって形成してもよい。例えば、弾性層３０ａは酸化ジルコニウムを用い、絶縁層３０ｂは酸化シリコンを用いてもよい。ここで、第２の面３２において、領域１１ａとオーバーラップした領域を第１領域３３とする。

振動板３０を形成した後に、図４（Ｂ）に示すように、振動板３０の第２の面３２上に第１の導電層４０を形成する。ここで、第１の導電層４０は、領域１１ａにオーバーラップするように所望の形状にパターニングされる。これにより、第１の導電層４０の第１の方向２００における一方の端部４１が第１領域３３内に形成される。また、第１領域３３内の第１導電部４２と第１領域３３外に延びる第２導電部４３とが形成される。なお、第１の導電層４０の詳細な構成は、前述されているため、省略する。第１の導電層４０は、公知の成膜技術によって形成されてもよい。例えば、白金、イリジウム等をスパッタリング法等によって積層することによって導電層（図示せず）を形成し、導電層を所定の形状にエッチングすることによって第１の導電層４０を形成してもよい。

ここで、図４（Ｃ）に示すように、第１の導電層４０を形成するための導電層がエッチングによってパターニングされる前に、該導電層の上にエッチング保護膜５０ａを形成してもよい。エッチング保護膜５０ａは、後述される圧電体層５０と同じ圧電材料から形成された圧電体層であってもよい。エッチング保護膜５０ａは、少なくとも、所望の形状にパターニングされる第１の導電層４０が形成される領域に形成されてもよい。これによれば、第１の導電層４０をパターニングするエッチング工程において、使用されるエッチャントによる化学的なダメージから第１の導電層４０の表面を保護することができる。

次に、図５（Ａ）に示すように、第１の導電層４０を覆うように圧電体層５０ｂを形成する。圧電体層５０ｂをパターニングすることによって、圧電体層５０が形成される。詳細は後述される。圧電体層５０ｂは、公知の成膜技術によって形成されてもよい。圧電体層５０ｂは、例えば、公知の圧電材料である前駆体を第２の面３２の上に塗布して加熱処理されて形成されてもよい。用いられる前駆体としては、加熱処理によって焼成した後、分極処理され、圧電特性を発生させるものであれば特に限定されず、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛等の前駆体を用いてもよい。なお、エッチング保護膜５０ａが形成されている場合、エッチング保護膜５０ａは圧電体層５０ｂ（圧電体層５０）と同じ圧電材料から形成されているため、焼成後、エッチング保護膜５０ａは圧電体層５０ｂと一体化することができる。

ここで、例えば圧電対層５０ｂ（圧電体層５０）をチタン酸ジルコン酸鉛によって形成する場合、図５（Ｂ）に示すように、チタンからなる中間チタン層５０ｃを第２の面３２の上の全面に形成した後に、圧電材料である前駆体を塗布してもよい。これによれば、前駆体を加熱処理によって、圧電体層５０ｂを形成する際、該前駆体を結晶成長させる界面を中間チタン層５０ｃで統一することができる。言い換えれば、振動板３０上で結晶成長する圧電体層５０ｂを無くすことができる。これによって、圧電体層５０ｂの結晶成長の制御性を高めることができ、圧電体層５０ｂが、より配向性の高い圧電体結晶となることができる。なお、中間チタン層５０ｃは加熱処理時に圧電体層５０ｂの結晶内に取り込まれることができる。

次に、図６（Ａ）に示すように、圧電体層５０ｂがエッチングによって所望の形状にパターニングされる前に、圧電体層５０ｂを覆うように導電性を有するマスク層６０ａを形成してもよい。マスク層６０ａは、後述される導電層６０ｂと同じ材料から形成された金属層である。図６（Ｂ）に示すように、マスク層６０ａを形成後、圧電体層５０ｂがエッチングによりパターニングされ、圧電体層５０が所望の形成にパターニングされる。ここで、マスク層６０ａを形成することによって、マスク層６０ａがエッチング工程においてハードマスクとして作用するため、図６（Ｂ）に示すように圧電体層５０にテーパー状の側面５２を容易に形成することができる。なお、圧電体層５０の詳細な構成は、前述されているため、省略する。

図６（Ｃ）に示すように、圧電体層５０をエッチングする際、第１の導電層４０の第２導電部４３上において、第１の導電層４０を露出させる開口部５４が同時に形成される。開口部５４は、第２導電部４３の上であって、第２の導電層６０に離間するように形成される。

図７に示すように、圧電体層５０および開口部５４を覆うように導電層６０ｂが形成される。よって、導電層６０ｂは、第２の導電層６０と同じ材料によって形成される。導電層６０ｂは、公知の成膜技術によって形成されてもよい。例えば、白金、イリジウム等をスパッタリング法等によって積層することによって導電層６０ｂを形成してもよい。マスク層６０ａが形成されていた場合、マスク層６０ａは、導電層６０ｂと同じ材料を用いているため、マスク層６０ａは、導電層６０ｂと一体化することができる。

次に、図８（Ａ）に示すように、導電層６０ｂを所定の形状にエッチングすることによって第２の導電層６０を所望の形状にパターニングする。第２の導電層６０をパターニングする工程において、図８（Ｂ）に示すように、第１領域３３内において、第３領域３５の少なくとも一部に、振動板３０の第２の面３２が露出した露出領域３７が形成される。上述のように、露出領域３７は、第３領域３５の少なくとも一部において形成される限りにおいて、第２の導電層６０のパターニングされる形状は、特に限定されない。例えば、第４領域３６に隣り合う露出領域３７が第４領域３６を介して連続し開口部６３を形成してもよい（図２（Ｄ）参照）。また、例えば、露出領域３７を含むように切り欠け状にパターニングし、切り欠け部６４を形成してもよい（図２（Ｄ）参照）。また、例えば、露出領域３７のみを露出させる開口部６５を形成してもよい（図２（Ｄ）参照）。

また、第２の導電層６０をパターニングする工程において、第２の導電層６０は、複数の圧電体層５０の少なくとも一部をそれぞれ覆うように、連続して形成される（図２（Ａ）参照）。これによれば、第２の導電層６０が接地回路に接続されている場合、第２の導電層６０を圧電素子１００の共通の上部電極として利用することができる。

また、第２の導電層６０をパターニングする工程において、図８（Ａ）に示すように、導電層６０ｂが少なくとも開口部５４を覆うようにパターニングされてもよい。つまりは、開口部５４の上方に形成された導電層６０ｂを除去しないことで、第３の導電層６７を形成してもよい。これによれば、第２の導電層６０をパターニングする工程において、例えばレジストを塗布した後、露光処理と現像処理を行ってレジスト膜を形成し、レジスト膜をマスクとしてエッチングを行う場合、有機アルカリ現像液、有機剥離液、洗浄液等が用いられる。したがって、開口部５４の上方に形成された導電層６０ｂを除去しないことで（言い換えれば、図８（Ａ）に示すように、第３の導電層６７を形成することで）、開口部５４内の第１の導電層４０の表面が、オーバーエッチングされる可能性を無くすことができる。また、エッチングの後に、開口部５４内の第１の導電層４０の露出部分が、有機剥離液、洗浄液等に晒されて化学的ダメージを受けることを防ぐことができる。なお、本実施形態の係る製造方法において、第３の導電層６７は必須の構成ではなく、開口部５４における導電層６０ｂを除去し、第３の導電層６７を形成しなくてもよい。

また、本実施形態に係る製造方法の変形例として、図９に示すように、圧電体層５０において、第２の導電層６０が上方に形成されていない部分の少なくとも一部を覆うように第１の保護膜８０を形成してもよい。第１の保護膜８０は、例えば塗布法等によりポリイミド樹脂膜を成膜して、所望の形状にパターニングされてもよい。また、複数の圧電体層５０において、第２の導電層６０が上方に形成されていない部分を、第１の保護膜８０によって連続して覆うように形成してもよい。また、図９に示すように、第１の保護膜８０は、駆動領域５５の端部５５ａとオーバーラップするように形成されてもよい。また、駆動領域５５の端部５５ｂにオーバーラップするように、第２の保護膜８１を第２の導電層６０の上に形成してもよい。なお、本実施形態の係る製造方法において、第１の保護膜８０および第２の保護膜８１は必須の構成ではなく、第１の保護膜８０および第２の保護膜８１は形成されなくともよい。

次に、図１０（Ａ）に示すように、少なくとも開口部５４を覆うように、第４の導電層７０を形成する。第３の導電層６７が形成されている場合は、第４の導電層７０は、第３の導電層６７と電気的に接続されるように形成されればよい。第４の導電層７０は、公知の成膜技術によって形成されてもよい。例えば、金、ニッケル・クロム合金等をスパッタリング法等によって積層することによって導電層（図示せず）を形成し、導電層を所定の形状にエッチングすることによって第４の導電層７０を形成してもよい。第４の導電層７０は、図示されない外部駆動回路に接続されていてもよい。

また、図１０（Ｂ）に示すように、第１の保護膜８０が形成されている場合、第４の導電層７０をエッチングによって形成する工程において、圧電体層５０の第２の導電層６０が上方に形成されていない部分をエッチャント等による化学ダメージから保護することができる。より具体的には、第４の導電層７０の為の導電層がスパッタリング法等によって形成された後、該導電層をエッチングして所望の形状の第４の導電層７０が得られる。ここで、第１の保護膜８０が、圧電体層５０の第２の導電層６０が上方に形成されていない部分の少なくとも一部に形成されていることによって、例えば、駆動領域５５に隣接した圧電体層５０がエッチャント等によって化学的ダメージを受けることが無いため、圧電素子１００の信頼性を向上させることができる。

以上のいずれかの方法により、圧電素子１００および圧電アクチュエーター１１０を製造することができる。

次に、図１１（Ａ）に示すように、封止領域９１が形成された封止板９０を圧電素子１００の上方より搭載する。ここで、圧電素子１００は、封止領域９１内に封止されることができる。封止板９０は、例えば、接着剤によって圧電素子１００を封止してもよい。

次に、図１１（Ｂ）に示すように、基板１を所定の厚みに薄くし、圧力室１１などを区画する。例えば、所定の厚みを有した基板１に対し、所望の形状にパターニングされるようにマスク（図示せず）を振動板３０が形成された面と反対の面に形成し、エッチング処理することによって、圧力室１１、壁部１２、供給路１３、連通路１４およびリザーバ１５を区画する（図示せず）。以上によって、図１１（Ｂ）に示すように、振動板３０の下方に圧力室１１を有した圧力室板１０を形成することができる。圧力室板１１を形成した後、図１１（Ｃ）に示すように、ノズル孔２１を有したノズル板２０を、例えば接着剤等により所定の位置に接合する。これによって、ノズル孔２１は、圧力室１１と連通する。

以上の方法により、液体噴射ヘッド３００を製造することができる。なお、前述の通り、液体噴射ヘッド３００の製造方法は、上述の製造方法に限定されずに、圧力室板１０およびノズル板２０を、電鋳法等を用いて一体形成してもよい。

本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。

本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の製造方法によれば、第３領域３５の少なくとも一部において、振動板３０が露出した露出領域３７を形成することができるため、振動板３０の変位量をより大きくすることができる液体噴射ヘッド３００を提供することができる。

３．液体噴射装置
次に、本実施形態に係る液体噴射装置について説明する。本実施形態に係る液体噴射装置は、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。ここでは、本実施形態に係る液体噴射装置１０００がインクジェットプリンターである場合について説明する。図１２は、本実施形態に係る液体噴射装置１０００を模式的に示す斜視図である。

液体噴射装置１０００は、ヘッドユニット１０３０と、駆動部１０１０と、制御部１０６０と、を含む。また、液体噴射装置１０００は、装置本体１０２０と、給紙部１０５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ１０２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口１０２２と、装置本体１０２０の上面に配置された操作パネル１０７０と、を含むことができる。

ヘッドユニット１０３０は、例えば、上述した液体噴射ヘッド３００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット１０３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ１０３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ１０３１を搭載した運搬部（キャリッジ）１０３２と、を備える。

駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０を往復動させることができる。駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０の駆動源となるキャリッジモータ１０４１と、キャリッジモータ１０４１の回転を受けて、ヘッドユニット１０３０を往復動させる往復動機構１０４２と、を有する。

往復動機構１０４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸１０４４と、キャリッジガイド軸１０４４と平行に延在するタイミングベルト１０４３と、を備える。キャリッジガイド軸１０４４は、キャリッジ１０３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ１０３２を支持している。さらに、キャリッジ１０３２は、タイミングベルト１０４３の一部に固定されている。キャリッジモータ１０４１の作動により、タイミングベルト１０４３を走行させると、キャリッジガイド軸１０４４に導かれて、ヘッドユニット１０３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。

制御部１０６０は、ヘッドユニット１０３０、駆動部１０１０および給紙部１０５０を制御することができる。

給紙部１０５０は、記録用紙Ｐをトレイ１０２１からヘッドユニット１０３０側へ送り込むことができる。給紙部１０５０は、その駆動源となる給紙モータ１０５１と、給紙モータ１０５１の作動により回転する給紙ローラ１０５２と、を備える。給紙ローラ１０５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラ１０５２ａおよび駆動ローラ１０５２ｂを備える。駆動ローラ１０５２ｂは、給紙モータ１０５１に連結されている。制御部１０６０によって供紙部１０５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット１０３０の下方を通過するように送られる。

ヘッドユニット１０３０、駆動部１０１０、制御部１０６０および給紙部１０５０は、装置本体１０２０の内部に設けられている。

液体噴射装置１０００では、本発明に係る液体噴射ヘッド３００を有することができる。本発明に係る液体噴射ヘッド３００は、上述のように、振動板３０の変位量を大きくすることができる。そのため、振動板３０の変位量が大きい液体噴射装置１０００を得ることができる。

なお、上述した例では、液体噴射装置１０００がインクジェットプリンターである場合について説明したが、本発明のプリンタは、工業的な液体噴射装置として用いられることもできる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したもの、または、メタルフレーク等を含むものなどを用いることができる。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

１基板、１０圧力室板、１１圧力室、１１ａ領域、１２壁部、１３供給路、１４連通路、１５リザーバ、２０ノズル板、２１ノズル孔、３０振動板、
３１第１の面、３２第２の面、３３第１領域、３３ａ第１の辺、
３３ｂ第２の辺、３４第２領域、３５第３領域、３６第４領域、
３７露出領域、４０第１の導電層、４１端部、４２第１導電部、
４３第２導電部、５０圧電体層、５０ａ保護層、５０ｂ圧電体層、
５０ｃ中間チタン層、５１上面、５２側面、５４開口部、５５駆動領域、
５５ａ端部、５５ｂ端部、５６第３の面、５７第４の面、６０第２の導電層、
６０ａ導電層、６０ｂ導電層、６１端部、６３開口部、
６４切り欠け部、６５開口部、６７第３の導電層、７０第４の導電層、
８０第１の保護膜、８１第２の保護膜、９０封止板、９１封止領域、
１００圧電素子、１１０圧電アクチュエーター、
２００第１の方向、２１０第２の方向、３００液体噴射ヘッド、
１０００液体噴射装置、１０１０駆動部、１０２０装置本体、
１０２１トレイ、１０２２排出口、１０３０ヘッドユニット、
１０３１インクカートリッジ、１０３２キャリッジ、
１０４１キャリッジモータ、１０４２往復動機構、１０４３タイミングベルト、
１０４４キャリッジガイド軸、１０５０給紙部、１０５１給紙モータ、
１０５２給紙ローラ、１０６０制御部、１０７０操作パネル

Claims

ノズル孔に連通した圧力室を複数有する圧力室板と、
前記圧力室板の上方に形成された振動板と、
前記振動板の上方に形成され、前記圧力室に対応して設けられた下部電極と、
前記下部電極の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成され、複数の前記圧力室に亘って設けられた上部電極と、を備え、
前記振動板の前記圧力室上方の領域において、前記振動板の少なくとも一部が露出している、液体噴射ヘッド。
請求項１において、
前記圧力室板は、前記圧力室の側壁を構成する壁部を有し、
前記振動板は、前記圧力室上方の領域の少なくとも一部および前記壁部上方の領域の少なくとも一部に亘って露出している、液体噴射ヘッド。
請求項１において、
前記圧力室板は、前記圧力室の側壁を構成する壁部を有し、
前記壁部上方の領域は、前記振動板が露出していない、液体噴射ヘッド。
請求項１から請求項３のいずれか１項において、
前記圧力室上方の領域外において、前記圧電体層は前記上部電極と離間した開口部を有し、
前記開口部を覆うように形成された第１の導電層と、前記導電層に電気的に接続された第２の導電層と、をさらに含む、液体噴射ヘッド。
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドを有する、液体噴射装置。