JP2019162801A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過酷な条件下でも電気的な接続上の問題を回避す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】圧電体層７０と、前記圧電体層７０を挟む第１電極６０及び第２電極８０を備える圧電素子と、前記圧電素子の上部に設けられ、金又は白金からなる配線層１９２とその下地層１９１とがパターニングされた引き出し配線９１とを具備し、前記引き出し配線９１の前記下地層１９１の露出部を少なくとも覆う絶縁保護膜２１０を具備する。【選択図】図３

Description

本発明は、ノズルから液体を噴射す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す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。

液体噴射ヘッドの代表的な例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、ノズルに連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて第１電極と圧電体層と第２電極とを有する圧電アクチュエーターとを具備し、圧電アクチュエーターの変位によって圧力発生室に圧力変化を生じさせてノズルからインク滴を吐出するものがある。

このような圧電アクチュエーターは、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いという欠点があるため、従来、保護基板で覆うと共に、酸化アルミニウムなどの保護膜で覆う構成が採用されていた（例えば、特許文献１など参照）。

特開２００５−１１９１９９号公報

しかしながら、近年の高密度化に伴って圧電アクチュエーターから駆動回路や電装基板に引き出される配線が微細なためか、過酷な条件下で使用した場合に、電気的な接続上の問題が生じるという課題がある。特に、インクとして溶剤を含んだインクが用いられる場合、電気的な接続上の問題が発生する虞がある。

なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに限定されず、他の圧電デバイス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、過酷な条件下でも電気的な接続上の問題を回避す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目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、圧電体層と、前記圧電体層を挟む第１電極及び第２電極を備える圧電素子と、前記圧電素子の上部に設けられ、金又は白金からなる配線層とその下地層とがパターニングされた引き出し配線とを具備し、前記引き出し配線の前記下地層の露出部を少なくとも覆う絶縁保護層を具備する、ことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。

かかる態様では、引き出し配線の下地層の露出部を覆う絶縁保護層が設けられているので、耐インク性が向上し、マイグレーション耐性が向上するので、過酷な環境下であっても、腐食が発生せず、電気的な不具合の発生が防止され、信頼性が向上する。

また、前記下地層が、クロム、ニッケル、ニッケルクロム合金、アルミニウム及び銅から選択される材料からなることが好ましい。これによれば、圧電アクチュエーターを変位させた際の応力集中を抑制して破壊を抑制することができる。

また、前記配線層の前記下地層を露出する凹部が設けられ、前記絶縁保護層が前記凹部内にも設けられていることが好ましい。これによれば、絶縁保護層が凹部内にも設けられるので、配線層と絶縁保護層との密着性が向上する。

また、前記下地層の下側に第２絶縁保護層を具備することが好ましい。これによれば、第２絶縁保護層により圧電体層の耐湿保護が図られ、さらに信頼性が向上する。

また、前記絶縁保護層と前記第２絶縁保護層とが同一の材料からなることが好ましい。これによれば、両者の密着性が良好になり、耐湿性及び耐インク性に優れ、信頼性が向上したものとなる。

また、前記絶縁保護層は、前記第２絶縁保護層より厚いことが好ましい。これによれば、耐インク性、マイグレーション耐性がより確実に向上する。

また、液体を吐出するノズル開口に連通する圧力室が設けられた流路基板に前記圧電素子が設けられ、前記流路基板には、前記圧電素子を保持する空間である圧電素子保持部を有する保護基板が接合されており、前記流路基板の前記保護基板との接合領域のうち前記引き出し配線が設けられていない領域にダミー配線が設けられ、前記ダミー配線上に前記絶縁保護層が設けられていることが好ましい。これによれば、基板接合時の高さ合わせが容易になり、接合性も向上する。

また、前記絶縁保護層は、前記圧力室に対向する領域には設けられていないことが好ましい。これによれば、圧電素子の駆動への影響がなく、駆動バラツキを低減することができる。

また、前記液体は溶剤インク又は水系インクであることが好ましい。これによれば、絶縁保護層により溶剤インクや水系インクに対する耐性を向上することができる。

本発明の他の態様は、上述した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。
かかる態様では、引き出し配線の下地層の露出部を覆う絶縁保護層が設けられているので、耐インク性が向上し、マイグレーション耐性が向上するので、過酷な環境下であっても、腐食が発生せず、電気的な不具合の発生が防止され、信頼性が向上した液体噴射装置が実現できる。

本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 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断面図である。 本発明の実施形態３に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態４に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の実施形態４に係る記録ヘッドの平面図である。 本発明の実施形態４に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。

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に係る液体噴射ヘッドの一例であ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、インクジェット式記録ヘッドの平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′線の断面図である。

図１〜図３に示すように、インクジェット式記録ヘッド１（以下、単に記録ヘッド１とも言う）を構成する本実施形態の基板である流路形成基板１０は、ステンレス鋼やＮｉなどの金属、ＺｒＯ_２あるいはＡｌ_２Ｏ_３を代表とするセラミック材料、ガラスセラミック材料、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ_３のような酸化物などを用いることができる。本実施形態では、流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなる。

この流路形成基板１０には、一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本実施形態の凹部である圧力発生室１２がインクを吐出する複数のノズル２１が並設される方向に沿って並設されている。本実施形態では、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、ノズル２１が開口する液体噴射面の面内において、第１の方向Ｘに直交する方向を第２の方向Ｙと称する。さらに、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの双方に交差する方向を本実施形態では、第３の方向Ｚと称する。なお、本実施形態では、各方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の関係を直交とするが、各構成の配置関係が必ずしも直交するものに限定されるものではない。

また、流路形成基板１０には、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられている。

インク供給路１４は、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、マニホールド１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向である第１の方向Ｘに絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の第１の方向Ｘの幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、積層方向である第３の方向Ｚから絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路１５は、インク供給路１４の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１４の幅方向（第１の方向Ｘ）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１５を圧力発生室１２と同じ断面積で形成した。

すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、圧力発生室１２の第１の方向Ｘの断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の第１の方向Ｘの断面積よりも大きい断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。

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とは反対側の端部近傍に連通するノズル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によって固着されている。ノズルプレート２０としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属、ポリイミド樹脂のような有機物、ガラスセラミックス、又はシリコン単結晶基板等を用いることができる。なお、ノズルプレート２０として流路形成基板１０と同じシリコン単結晶基板を用いることで、ノズルプレート２０と流路形成基板１０との線膨張係数を同等として、加熱や冷却されることによる反りや熱によるクラック、剥離等の発生を抑制することができる。

一方、流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対側には、振動板５０が形成されている。振動板５０としては、例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、窒化シリコン、ポリシリコン、酸化チタンから選択される少なくとも１種の材料を単層又は積層したものを用いることができる。

なお、振動板５０の少なくとも流路形成基板１０側は、流路形成基板１０をノズルプレート２０が接合される面側から異方性エッチングして圧力発生室１２等を形成する際に、エッチングストップ層として機能する材料を用いるのが好ましい。すなわち、振動板５０の少なくとも流路形成基板１０側は、流路形成基板１０とのエッチングの選択比が異なる材料を用いるのが好ましい。これにより、圧力発生室１２等を異方性エッチングによって高精度に形成することができる。

また、流路形成基板１０の振動板５０上には、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とを有する圧電アクチュエーター３００が設けられている。本実施形態では、圧電アクチュエーター３００が圧力発生室１２内のインクに圧力変化を生じさせる圧力発生手段となっている。ここで、圧電アクチュエーター３００は、圧電素子ともいい、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とを含む部分をいう。また、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加した際に、圧電体層７０に圧電歪みが生じる部分を活性部３２０という。本実施形態では、詳しくは後述するが、圧力発生室１２毎に活性部３２０が形成されている。本実施形態では、第１電極６０を複数の活性部３２０の共通電極とし、第２電極８０を活性部３２０の各々に独立する個別電極としている。また、活性部３２０は、第２電極８０によって第１の方向Ｘの端部及び第２の方向Ｙの端部が規定されている。

第１電極６０は、第２の方向Ｙにおいて、圧力発生室１２の端部よりも外側に達するまで設けられている。また、第１電極６０は、複数の活性部３２０に亘って連続して設けられている。具体的には、第１電極６０の第２の方向Ｙの両端部側が第１の方向Ｘに亘って連続して設けられており、第１電極６０の第２の方向Ｙの中央部は、活性部３２０の下のみ、すなわち、第１の方向Ｘで互いに隣り合う活性部３２０の間には設けられていない。すなわち、第１の方向Ｘで互いに隣り合う活性部３２０の間の第１電極６０は、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの中央部が詳しくは後述する溝部３３０によって除去されている。

なお、第１電極６０の第１の方向Ｘの幅は、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅を有する。すなわち、第３の方向Ｚから平面視した際に、第１電極６０は圧力発生室１２に重なるように設けられている。

このような第１電極６０としては、例えば、圧電体層７０を成膜する際に酸化せず、導電性を維持できる材料であることが必要で在り、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の貴金属、またはランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）などに代表される導電性酸化物が好適に用いられる。

圧電体層７０は、第２の方向Ｙの端部が第１電極６０の端部と第２電極８０の端部との間に設けられている。なお、第２電極８０の第２の方向Ｙの端部は、活性部３２０の端部を規定するものであり、第１電極６０の端部よりも内側に配置されている。

このような圧電体層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。

第２電極８０は、活性部３２０の第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの端部を規定するものである。このため、第２電極８０は、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙにおいて、第１電極６０の端部よりも内側に設けられている。ここで、第２の方向Ｙにおいて、第２電極８０の端部が第１電極６０の端部よりも内側に設けられているとは、第２の方向Ｙにおいて、第２電極８０の端部が、第１電極６０の端部と同じ位置に設けられているものを含まず、第２電極８０の端部が、第１電極６０の端部よりも第１電極６０の内側、すなわち、中心側に設けられていることをいう。なお、第１の方向Ｘについても同様である。

このような第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とを有する圧電アクチュエーター３００は、第１の方向Ｘで互いに隣り合う活性部３２０の間に開口する溝部３３０を有する。

溝部３３０は、第１の方向Ｘで互いに隣り合う活性部３２０の間に設けられて、圧電体層７０と第１電極６０とを第３の方向Ｚに貫通し、且つ振動板５０の第３の方向Ｚの厚さの一部に達する深さで設けられている。すなわち、溝部３３０は、振動板５０を貫通することなく形成され、溝部３３０の底面には、振動板５０の流路形成基板１０側の一部が形成されている。

このような溝部３３０は、第１の方向Ｘの端部が、圧力発生室１２の端部よりも内側となるように形成されている。すなわち、溝部３３０は、第３の方向Ｚから平面視した際に、第１の方向Ｘで互いに隣り合う圧力発生室１２の間の隔壁１１に重なる位置で、且つ隔壁１１よりも広い幅で形成されている。

このように圧電アクチュエーター３００に溝部３３０を設けることで、活性部３２０の直下の振動板５０の膜厚や材料を変更することなく、第１の方向Ｘにおいて振動板５０の活性部３２０の外側の圧力発生室１２に対向する領域、いわゆる腕部の膜厚を薄くすることができる。すなわち、第１の方向Ｘにおいて、活性部３２０の外側の腕部上に圧電体層７０を設けないようにすることで、腕部の剛性を低下させることができる。同様に、第１の方向Ｘにおいて活性部３２０の外側の腕部上に第１電極６０を設けないようにすることで、腕部の剛性を低下させることができる。また、腕部の振動板５０の積層方向である第３の方向Ｚの一部を除去することで、腕部の剛性を低下させることができる。特に、第１電極６０は、複数の活性部３２０に共通する共通電極であるが、剛性の高い金属又は金属酸化物からなる第１電極６０を腕部上に設けないようにすることで、腕部の剛性を低下させることができる。このように振動板５０の腕部の剛性を低下させることで、圧電アクチュエーター３００の変位特性を向上、すなわち、低い駆動電圧で大きな変位量を得ることができる。

また、圧電アクチュエーター３００は、第２絶縁保護膜である保護膜２００によって覆われている。保護膜２００は、耐湿性を有する絶縁材料からなる。保護膜２００としては、無機絶縁材料や有機絶縁材料などを用いることができる。保護膜２００として利用できる無機絶縁材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯ_Ｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_Ｘ）、酸化タンタル（ＴａＯ_Ｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_Ｘ）及び酸化チタン（ＴｉＯ_Ｘ）から選択される少なくとも一種が挙げられる。保護膜２００の無機絶縁材料としては、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム（ＡｌＯ_Ｘ）、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いるのが好ましい。

また、保護膜２００として利用できる有機絶縁材料としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、珪素系樹脂及びフッ素系樹脂から選択される少なくとも一種が挙げられる。

なお、本実施形態では、保護膜２００は、圧電アクチュエーター３００全体を覆っている。すなわち、保護膜２００は、圧電アクチュエーター３００の溝部３３０の内面に亘って設けられている。ちなみに、保護膜２００を溝部３３０内に設けることで、溝部３３０の内面に露出する第１電極６０と第２電極８０との間の電流のリークによる圧電体層７０の破壊を抑制することができる。すなわち、保護膜２００は、少なくとも第１電極６０と第２電極８０とが近接して設けられた圧電体層７０の表面を覆っていればよい。したがって、保護膜２００は、第２電極８０の上面の略中心領域である主要部に設けずに、第２電極８０の主要部を開口する開口部が設けられていてもよい。このように保護膜２００に開口部を設けることで保護膜２００による変位の阻害を抑制して、圧電アクチュエーター３００の変位を向上することができる。

また、圧電アクチュエーター３００を保護膜２００で覆うことにより、第１電極６０と第２電極８０との間の電流のリークによる圧電体層７０の破壊を抑制することができる。また、保護膜２００は、詳しくは後述する第１電極６０と第２電極８０から引き出された引き出し配線との絶縁を行う層間絶縁膜として機能させることができ、電極同士の短絡を抑制することができる。

保護膜２００上には、圧電アクチュエーター３００の第１電極６０及び第２電極８０から引き出された引き出し配線であるリード電極が設けられている。

本実施形態のリード電極は、個別リード電極９１とダミーリード電極９２と、図示しない共通リード電極とを有する。ここで、個別リード電極９１、ダミーリード電極９２、及び共通リード電極は、それぞれ、密着層となる下地層１９１と、下地層１９１上に設けられた配線層１９２とからなる。下地層１９１は、下層との密着性を向上させるためのものであり、その材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）等を用いることができる。もちろん、下地層１９１は、上述したものを単一材料として用いたものであってもよく、また、複数の材料が混合した複数材料であってもよく、さらに、異なる材料の複数層を積層したものであってもよい。本実施形態では、下地層１９１としてニッケルクロム（ＮｉＣｒ）を用いた。配線層１９２は、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）を用いることができる。本実施形態では、配線層１９２として金（Ａｕ）を用いた。

個別リード電極９１は、第２の方向Ｙにおいて、第２電極８０のノズル２１側の端部に接続されて第２の方向Ｙに沿って振動板５０上の保護膜２００上、すなわち、第１電極６０の端部の外側まで延設されている。このような個別リード電極９１は、保護膜２００に設けられた第１接続孔２０１を介して第２電極８０と電気的に接続されている。

ダミーリード電極９２は、第２の方向Ｙにおいて、第２電極８０のインク供給路１４側の端部で、連通部１３及びマニホールド部３１を挟んで両側に設けられたダミー圧電体層７３及びダミー第２電極８３上に設けられている。ダミー圧電体層７３及びダミー第２電極８３は、圧電体層７０及び第２電極８０とは溝によって隔離されており、保護膜２００は、第２電極８０上からダミー第２電極８３上まで連続的に設けられており、ダミーリード電極９２はダミー第２電極８３上に設けられた保護膜２００上に設けられている。なお、連通部１３及びマニホールド部３１を挟んで設けられたダミーリード電極９２は、詳細は後述するが、連通部１３をエッチングにより形成するまで流路形成基板１０上に直接設けられた封止部９３により連続して形成されていた。

なお、ダミーリード電極９２のダミー圧電体層７３及びダミー第２電極８３の上面に対向する位置には、配線層１９２を除去して下地層１９１を露出する凹部９２ａが設けられている。この凹部９２ａは、その上に設けられる後述する絶縁保護膜２１０との密着性を確保するためのものであり、さらには接着剤３５との接着強度を高める効果もある。

本実施形態では、このような個別リード電極９１、ダミーリード電極９２及び図示しない共通リード電極からなる引き出し配線の少なくとも下地層１９１の露出部を覆うように絶縁保護膜２１０が設けられている。ここで、下地層１９１の露出部とは、下地層１９１及び配線層１９２をパターニングしたことにより露出するパターニング端面である。このようなパターニング端面は、非常に微小な領域であるが、湿気やインクなどにより腐食が生じ、これが電気的な不具合に繋がる虞があることを知見し、このような知見に基づき、下地層１９１のパターニング端面を少なくとも覆うように絶縁保護膜２１０を設けるものである。

絶縁保護膜２１０は、保護膜２００と同様な無機絶縁材料を用いることができる。絶縁保護膜２１０として利用できる無機絶縁材料としては、酸化シリコン（ＳｉＯ_Ｘ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_Ｘ）、酸化タンタル（ＴａＯ_Ｘ）、ケイ酸タンタル（ＴａＳｉＯ_Ｘ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_Ｘ）、ケイ酸ハフニウム（ＨｆＳｉＯ_Ｘ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ_Ｘ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ_Ｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯ_Ｘ）及び酸化チタン（ＴｉＯ_Ｘ）から選択される少なくとも一種が挙げられ、絶縁保護膜２１０としては、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム（ＡｌＯ_Ｘ）、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いるのが好ましい。保護能力が高いだけでなく、高熱伝導性率である為に、圧力発生室１２毎の熱分布を均一化する性能が高い為である。

ここで、絶縁保護膜２１０の成膜方法は、特に限定されず、ＣＶＤ（化学気相成長法）、ＡＬＤ（原子層堆積法）などを用いて成膜すればよいが、配線層１９２である金の拡散を防止するために、低温ＣＶＤで成膜するのが好ましい。低温ＣＶＤは、例えば、１３０℃〜１４０℃で絶縁保護膜２１０を成膜することにより、配線層１９２の熱拡散を防止することができる。またＡＬＤで成膜するのも好ましい。低温でピンホールが少ない緻密な膜を形成できる。なお、保護膜２００に関しては、配線層１９２上に設けるものではないので、３００℃以上の高温ＣＶＤで成膜してもよい。

さらに、圧電アクチュエーター３００が形成された流路形成基板１０上には、連通部１３に対向する領域にマニホールド部３１が設けられた保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このマニホールド部３１は、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の共通の液体室となるマニホールド１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、マニホールド部３１のみをマニホールドとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、振動板５０）にマニホールドと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。

また、保護基板３０には、圧電アクチュエーター３００に対向する領域に、圧電アクチュエーター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。なお、圧電素子保持部３２は、圧電アクチュエーター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。

また、保護基板３０上には、圧電アクチュエーター３００を駆動するための駆動回路１２０が実装されている。この駆動回路１２０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１２０と個別リード電極９１及び共通リード電極とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。なお、駆動回路１２０と個別リード電極９１及び共通リード電極との接続は、特に限定されず、ＣＯＦを用いてもよいことは言うまでもない。

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、酸化物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と同じシリコン単結晶基板を用いた。

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。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によってマニホールド部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のマニホールド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、マニホールド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。

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、マニホールド１００からノズル２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、振動板５０、第１電極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２１からインク滴が吐出する。

ここで、本実施形態の記録ヘッド１の製造方法、特に絶縁保護膜２１０の製造方法について図４〜図１０を参照して説明する。

図４に示すように、流路形成基板１０の一方面に亘って、振動板５０として、酸化シリコン膜５１と、酸化ジルコニウム膜５２とを積層し、その上に第１電極６０を設けてパターニングする。

酸化シリコン膜５１の製造方法としては、例えば、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０を熱酸化することで酸化シリコン膜５１を形成することができる。もちろん、酸化シリコン膜５１は、スパッタリング法等によって形成してもよい。

次に、図５に示すように、圧電体層７０及び第２電極８０を形成し、パターニングする。圧電体層７０は、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法などの液相法や、スパッタリング法、レーザーアブレーション法等などのＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法（気相法）などで形成することができる。

その後、図６に示すように、保護膜２００を形成することで、第１電極６０と第２電極８０との電気的な絶縁を確実に行う。そして、保護膜２００をパターニングし、第１接続孔２０１と上述した封止部となる部分の保護膜２００を除去する。さらに、図７に示すように、封止部となる部分の第１電極６０、酸化ジルコニウム膜５２及び酸化シリコン膜５１を除去する。

次に、図８に示すように、下地層１９１及び配線層１９２を成膜すると共にパターニングすることで、個別リード電極９１、ダミーリード電極９２及び封止部９３を形成する。

次に、図９に示すように、絶縁保護膜２１０を全体に成膜した後、個別リード電極９１の外部配線との接続部９４、活性部３２０の領域、及び封止部９３の領域の絶縁保護膜２１０を除去する。

その後、連通部１３及び圧力発生室１２などを湿式エッチングなどにより除去し、保護基板３０を接合した後、封止部９３の下地層１９１及び配線層１９２を除去して連通部１３とマニホールド部３１とを連通することにより記録ヘッド１となる（図３参照）。これらの工程は、常法のとおりなので、説明は省略する。

以上説明した実施形態１では、絶縁保護膜２１０が活性部３２０及び個別リード電極９１の外部配線との接続部以外に絶縁保護膜２１０が設けられ、下地層１９１のパターニング端部が完全に絶縁保護膜２１０で覆われているので、耐湿性、耐インク性が著しく向上したものとなる。

（実施形態２）
図１０は、本発明の実施形態２に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図示するように、本実施形態では、絶縁保護膜２１０が、個別リード電極９１の長手方向の端部及び幅方向の端部の下地層１９１のパターニング端部が露出した領域、及びダミーリード電極９２の下地層１９１が露出した凹部９２ａ及びパターニング端部を覆うように最低限の領域に絶縁保護膜２１０を設けたものである。

これにより、特に耐湿性、耐インク性を確保したい領域を絶縁保護膜２１０で保護し、耐久性を向上させることができる。

（実施形態３）
図１１は、本発明の実施形態３に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図示するように、本実施形態では、個別リード電極９１の外部配線との接続部９４以外は、絶縁保護膜２１０を活性部３２０を含めてほぼ全面に設けた例である。

これにより、下地層１９１が露出した部分は、全て絶縁保護膜２１０で保護することができ、耐湿性、耐インク性を確実に著しく向上させることができる。

（実施形態４）
以上説明した実施形態では、第１電極６０を共通電極とし、圧電体層７０の露出部を保護膜２００で覆って圧電体層７０の耐湿性を向上させたが、第２電極８０を共通電極とすることもできる。また、第２電極を共通電極とする場合、第２電極８０を圧電体層７０を覆うように設けて第２電極８０を耐湿保護膜とすることができるが、このような液体噴射ヘッドにおいても絶縁保護膜２１０を同様に設けることにより、同様な効果を奏することができる。すなわち、この場合、圧電体層７０を保護する第２絶縁保護膜である保護膜２００は存在しないが、個別電極となる第１電極６０から引き出されるリード電極と第２電極８０との電気的な導通を防止するため層間絶縁層を設ける必要がある場合もある。

図１２〜図１４は、このような液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの一例の分解斜視図、平面図及び要部Ｂ−Ｂ′線断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図示するように、本実施形態では、共通電極である第２電極８０が圧電体層７０を覆っている。なお、第２電極８０の一方の端部は、除去部８５により電気的に切断され、除去部８５の外側の第２電極８０は、圧電体層７０毎にパターニングされて端部外側で個別電極となる第１電極６０と接続され、また、この第２電極８０上には、下地層１９１と配線層１９２とからなる個別リード電極９１が設けられており、圧電体層７０の活性部３２０の両端には、ダミーリード電極９２が設けられている。そして、個別リード電極９１及びダミーリード電極９２の下地層１９１の露出部を覆うように、絶縁保護膜２１０が設けられている。なお、絶縁保護膜２１０は、実施形態１で説明したとおりであり、重複する説明は省略するが、絶縁保護膜２１０を設けることで、下地層１９１の耐湿性、耐インク性を向上させることができる。なお、本実施形態では、除去部８５を覆うように絶縁保護膜２１０を設けることにより、除去部８５で露出した圧電体層７０の耐湿性を向上させている。また、ダミーリード電極９２を覆うように絶縁保護膜２１０を設けたが、電位的な配線として働いていないので、この絶縁保護膜２１０は省略してもよい。

これにより、下地層１９１が露出した部分は、全て絶縁保護膜２１０で保護することができ、耐湿性、耐インク性を確実に著しく向上させることができる。

（他の実施形態）
これら各実施形態の記録ヘッド１は、インクジェット式記録装置に搭載される。図１５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１５に示すインクジェット式記録装置Ｉにおいて、記録ヘッド１は、貯留手段を構成するインクカートリッジ２が着脱可能に設けられ、この記録ヘッド１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。

そして、駆動モーター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１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には搬送手段としての搬送ローラー８が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートＳが搬送ローラー８により搬送されるようになっている。なお、記録シートＳを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。

なお、上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、記録ヘッド１がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、記録ヘッド１が固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

また、上述した例では、インクジェット式記録装置Ｉは、液体貯留手段であるインクカートリッジ２がキャリッジ３に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、例えば、インクタンク等の液体貯留手段を装置本体４に固定して、貯留手段と記録ヘッド１とをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。また、液体貯留手段がインクジェット式記録装置に搭載されていなくてもよい。

なお、上述した実施形態１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、液晶ディスプレイ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ディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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。

また、本発明は、液体噴射ヘッドに用いられる圧電デバイスに限定されず、凹部が形成された基板と基板の一方面に振動板を介して設けられた圧電アクチュエーターとを有する他の圧電デバイスにも用いることができる。他の圧電デバイスとしては、例えば、超音波発信器等の超音波デバイス、超音波モーター、温度−電気変換器、圧力−電気変換器、強誘電体トランジスター、圧電トランス、赤外線等の有害光線の遮断フィルター、量子ドット形成によるフォトニック結晶効果を使用した光学フィルター、薄膜の光干渉を利用した光学フィルター等のフィルター、赤外線センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー、焦電センサー、及びジャイロセンサー（角速度センサー）等の各種センサー、強誘電体メモリーなどが挙げられる。

Ｉ…インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、１…インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、２…インクカートリッジ（貯留手段）、３…キャリッジ、４…装置本体、５…キャリッジ軸、６…駆動モーター、７…タイミングベルト、８…搬送ローラー、１０…流路形成基板（基板）、１１…隔壁、１２…圧力発生室（凹部）、１３…連通部、１４…インク供給路、１５…連通路、２０…ノズルプレート、２１…ノズル、３０…保護基板、３１…マニホールド部、３２…圧電素子保持部、３５…接着剤、４０…コンプライアンス基板、４１…封止膜、４２…固定板、４３…開口部、５０…振動板、５１…酸化シリコン膜、５２…酸化ジルコニウム膜、６０…第１電極、７０…圧電体層、８０…第２電極、９１…個別リード電極（引き出し配線）、９２…ダミーリード電極、９３…封止部、１００…マニホールド、１２０…駆動回路、１２１…接続配線、２００…保護膜、２０１…第１接続孔、２１０…絶縁保護膜、３００…圧電アクチュエーター、３２０…活性部、３３０…溝部、Ｓ…記録シート、Ｘ…第１の方向、Ｙ…第２の方向、Ｚ…第３の方向

Claims (10)

1. 圧電体層と、前記圧電体層を挟む第１電極及び第２電極を備える圧電素子と、
   前記圧電素子の上部に設けられ、金又は白金からなる配線層とその下地層とがパターニングされた引き出し配線とを具備し、
   前記引き出し配線の前記下地層の露出部を少なくとも覆う絶縁保護層を具備する、
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記下地層が、クロム、ニッケル、ニッケルクロム合金、アルミニウム及び銅から選択される材料からなる
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１又は請求項２記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記配線層の前記下地層を露出する凹部が設けられ、前記絶縁保護層が前記凹部内にも設けられている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記下地層の下側に第２絶縁保護層を具備する
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項４に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記絶縁保護層と前記第２絶縁保護層とが同一の材料からなる
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
6. 請求項４又は請求項５に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記絶縁保護層は、前記第２絶縁保護層より厚い
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
7. 請求項１から請求項６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   液体を吐出するノズル開口に連通する圧力室が設けられた流路基板に前記圧電素子が設けられ、前記流路基板には、前記圧電素子を保持する空間である圧電素子保持部を有する保護基板が接合されており、前記流路基板の前記保護基板との接合領域のうち前記引き出し配線が設けられていない領域にダミー配線が設けられ、前記ダミー配線上に前記絶縁保護層が設けられている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
8. 請求項７に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記絶縁保護層は、前記圧力室に対向する領域には設けられていない
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
9. 請求項７又は請求項８に記載の液体噴射ヘッドにおいて、
   前記液体は、溶剤インク又は水系インクである
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
10. 請求項１から９の何れか一項に記載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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