JP3738804B2

JP3738804B2 - 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

Info

Publication number: JP3738804B2
Application number: JP20700998A
Authority: JP
Inventors: 明松沢
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: JP2000037868A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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。
【０００２】
【従来の技術】
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ユ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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、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提案されている。
【０００６】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。なお、この場合、圧電材料層は振動板の表面全体に設けたままで少なくとも上電極のみを各圧力発生室毎に設けることにより、各圧力発生室に対応する圧電アクチュエータを駆動することができる。
【０００７】
また、このようなたわみモードの圧電アクチュエータを使用した記録ヘッドでは、一般には、各圧力発生室に対応する圧電素子は絶縁体層で覆われ、この絶縁体層には各圧電アクチュエータを駆動するための電圧を供給するリード電極との接続部を形成するための窓（以下、コンタクトホールという）が各圧力発生室に対応して設けられており、各圧電素子とリード電極との接続部がコンタクトホール内に形成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コンタクトホール内に圧電素子とリード電極との接続部を形成すると、圧電アクチュエータの駆動により、コンタクトホールに大きな応力が発生し易く、クラック、破壊等が発生する虞があり、また耐久性が低いという問題がある。
【０００９】
一方、圧電体層及び上電極を一端部から周壁上まで引き出す構造もあるが圧電体層が周壁との境界を跨ぐ部分で破壊が生じやすい。
【００１０】
また、圧電素子の両電極間に電界を印加した場合、圧電体層の表面部分に電流が流れやすいため、圧電体層の表面で絶縁破壊を起こしやすいという問題があり、特に、圧電体層の端面が圧力発生室内に位置する場合に起こり易い。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑み、圧電体層の絶縁破壊を防止し、耐久性を向上した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を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室に対応する領域に、少なくとも下電極、圧電体層及び上電極を備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電体層が前記圧力発生室に対向する領域内に設けられ、且つ前記圧電体層に対向する前記上電極及び前記下電極の両者から外部へ引き出される電極の間に層間絶縁膜が設けられ、前記層間絶縁膜は、前記圧力発生室の周壁全体から前記圧力発生室に対向する領域の縁部に臨むように設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１３】
かかる第１の態様では、層間絶縁膜によって引き出される電極間を絶縁することができ、圧電素子と外部配線との接続を容易に行うことができる。そして、層間絶縁膜によって圧力発生室の縁部の振動板が補強され、圧電アクチュエータの駆動による破壊が防止される。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記層間絶縁膜は、前記圧力発生室の少なくとも一端部の周壁上から当該圧力発生室に対向する領域の少なくとも一端部を臨むように設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１５】
かかる第２の態様では、圧力発生室の一端部から上電極及び下電極を外部まで延設することができる。
【００１８】
本発明の第３の態様は、第１または２の態様において、前記引き出される電極の間の前記層間絶縁膜の端部は、前記圧力発生室に対向する領域内に設けられた前記圧電体層の下側又は上側まで延設されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１９】
かかる第３の態様では、引き出される電極の間を確実に絶縁することができる。
【００２０】
本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記圧力発生室に対向する領域内に設けられた前記圧電体層の周囲の縁部は、前記層間絶縁膜上に設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２１】
かかる第４の態様は、圧電素子に電界を印加する際、圧電体層の縁部に印加される電界が分散され、圧電体層の端部の絶縁耐圧が向上する。
【００２２】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記層間絶縁膜は、前記圧力発生室に対向する領域内に設けられた前記圧電体層を横切る部分を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２３】
かかる第５の態様では、上電極と下電極との間に電圧を印加する際、層間絶縁膜の横切る部分がない領域を介して圧電体層が変位する。
【００２４】
本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記層間絶縁膜が前記圧電体層を幅方向に横切る部分を複数有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２５】
かかる第６の態様では、層間絶縁膜の横切る部分が内領域を介して圧電体層が変位する。
【００２６】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記上電極及び前記下電極から引き出される電極は、前記圧電体層に対向する領域から外部まで連続的に設けられた前記上電極及び前記下電極であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２７】
かかる第７の態様では、引き出された電極と外部配線とを直接、且つ容易に接続することができる。
【００２８】
本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記層間絶縁膜が、酸化膜、窒化膜及び有機膜からなる群から選択されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２９】
かかる第８の態様では、引き出される電極の間が確実に絶縁される。
【００３０】
本発明の第９の態様は、第８の態様において、前記層間絶縁膜が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉛及び炭素化合物からなる群から選択されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００３１】
かかる第９の態様では、層間絶縁膜が下電極に確実に固着される。
【００３２】
本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れかの態様において、前記層間絶縁膜の膜厚が、５〜２０００ｎｍの範囲にあることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００３３】
かかる第１０の態様では、振動板の変形を妨げることなく、リード電極と下電極とが確実に絶縁される。
【００３４】
本発明の第１１の態様は、第１〜１０の何れかの態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成され、前記下電極、前記圧電体層及び前記上電極の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００３５】
かかる第１１の態様では、高密度のノズル開口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ比較的容易に製造することができる。
【００３６】
本発明の第１２の態様は、第１〜１１の何れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００３７】
かかる第１２の態様では、ヘッドの信頼性を向上したインクジェット式記録装置を実現することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３９】
（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を示す分解斜視図であり、図２は、平面図及びその１つの圧力発生室の長手方向における断面構造を示す図である。
【００４０】
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る。流路形成基板１０としては、通常、１５０〜３００μｍ程度の厚さのものが用いられ、望ましくは１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは２２０μｍ程度の厚さのものが好適である。これは、隣接する圧力発生室間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００４１】
流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他方の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１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００４２】
一方、流路形成基板１０の開口面には、シリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより、ノズル開口１１、圧力発生室１２が形成されている。
【００４３】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われるものである。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００４４】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。なお、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。
【００４５】
一方、各圧力発生室１２の一端に連通する各ノズル開口１１は、圧力発生室１２より幅狭で且つ浅く形成されている。すなわち、ノズル開口１１は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【００４６】
ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口１１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口１１は数十μｍの溝幅で精度よく形成する必要がある。
【００４７】
また、各圧力発生室１２と後述する共通インク室３１とは、後述する封止板２０の各圧力発生室１２の一端部に対応する位置にそれぞれ形成されたインク供給連通口２１を介して連通されており、インクはこのインク供給連通口２１を介して共通インク室３１から供給され、各圧力発生室１２に分配される。
【００４８】
封止板２０は、前述の各圧力発生室１２に対応したインク供給連通口２１が穿設された、厚さが例えば、０．１〜１ｍｍ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からなる。なお、インク供給連通口２１は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、各圧力発生室１２のインク供給側端部の近傍を横断する一つのスリット孔２１Ａでも、あるいは複数のスリット孔２１Ｂであってもよい。封止板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、封止板２０は、他面で共通インク室３１の一壁面を構成する。
【００４９】
共通インク室形成基板３０は、共通インク室３１の周壁を形成するものであり、ノズル開口数、インク滴吐出周波数に応じた適正な厚みのステンレス板を打ち抜いて作製されたものである。本実施形態では、共通インク室形成基板３０の厚さは、０．２ｍｍとしている。
【００５０】
インク室側板４０は、ステンレス基板からなり、一方の面で共通インク室３１の一壁面を構成するものである。また、インク室側板４０には、他方の面の一部にハーフエッチングにより凹部４０ａを形成することにより薄肉壁４１が形成され、さらに、外部からのインク供給を受けるインク導入口４２が打抜き形成されている。なお、薄肉壁４１は、インク滴吐出の際に発生するノズル開口１１と反対側へ向かう圧力を吸収するためのもので、他の圧力発生室１２に、共通インク室３１を経由して不要な正又は負の圧力が加わるのを防止する。本実施形態では、インク導入口４２と外部のインク供給手段との接続時等に必要な剛性を考慮して、インク室側板４０を０．２ｍｍとし、その一部を厚さ０．０２ｍｍの薄肉壁４１としているが、ハーフエッチングによる薄肉壁４１の形成を省略するために、インク室側板４０の厚さを初めから０．０２ｍｍとしてもよい。
【００５１】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約１μｍの圧電体膜７０と、厚さが例えば、約０．１μｍ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。また、本実施形態では、圧電素子３００を構成する圧電体膜７０は、圧力発生室１２内にパターニングされている。また、圧力発生室１２の長手方向一端部近傍の下電極膜６０上には、圧力発生室１２の一端部に臨むように、例えば、厚さ０．５μｍの層間絶縁体膜６５が形成され、圧電体膜７０上の上電極膜８０が層間絶縁膜６５上に周壁に対向する領域まで延設されている。
【００５２】
ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体膜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膜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膜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は圧電素子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、各圧力発生室毎に圧電体能動部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及び下電極膜６０が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしてもよい。
【００５３】
ここで、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０上に、圧電素子３００を形成するプロセスを図４〜図６を参照しながら説明する。なお、図４及び図６は、圧力発生室１２の幅方向の断面図であり、図５は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。
【００５４】
図４（ａ）に示すように、まず、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成する。
【００５５】
次に、図４（ｂ）に示すように、スパッタリングで下電極膜６０を形成する。下電極膜６０の材料としては、Ｐｔ等が好適である。これは、スパッタリングやゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体膜７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体膜７０としてＰＺＴを用いた場合には、ＰｂＯの拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由からＰｔが好適である。
【００５６】
次に、図４（ｃ）に示すように、層間絶縁膜６５を形成する。この層間絶縁体膜６５は、詳しくは後述するが、下電極膜６０と上電極膜８０との絶縁を図るためのものである。したがって、この材料としては、電気絶縁性を有する材料、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉛又は炭素化合物等が好ましく、本実施形態では、下電極膜６０上にジルコニウム層を形成後、約１１５０℃の拡散炉で熱酸化して二酸化ジルコニウムからなる層間絶縁膜６５を形成した。また、層間絶縁膜６５の膜厚は、特に限定されないが、圧電体能動部３２０の駆動による振動板の変形を妨げない程度、例えば、５〜２０００ｎｍの厚さであることが好ましい。
【００５７】
次に、図５（ａ）に示すように、層間絶縁膜６５を圧力発生室１２の長手方向一方の端部近傍に、周壁との境界を横切るようにパターニングする。
【００５８】
次に、図４（ｄ）に示すように、圧電体膜７０を成膜する。本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・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膜７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成した。圧電体膜７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体膜７０の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。
【００５９】
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法等によりＰＺＴの前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。
【００６０】
次に、図５（ｂ）に示すように、圧力発生室１２に対向する領域に圧電体膜７０をパターニングする。このとき、長手方向一端部が層間絶縁膜６５上に位置するようにパターニングする。
【００６１】
次に、図４（ｅ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、Ａｌ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、Ｐｔをスパッタリングにより成膜している。
【００６２】
次に、図６に示すように、下電極膜６０及び上電極膜８０をパターニングする。
【００６３】
まず、図６（ａ）に示すように、下電極膜６０及び上電極膜８０を一緒にエッチングして下電極膜６０の全体パターンをパターニングする。次いで、図６（ｂ）に示すように、上電極膜８０をエッチングして圧電体能動部３２０のパターニングを行う。その後、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板１０を上述のようにエッチングして圧力発生室１２を形成する。
【００６４】
また、以上説明した一連の膜形成及び異方性エッチングは、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。また、分割した流路形成基板１０を、封止板２０、共通インク室形成基板３０、及びインク室側板４０と順次接着して一体化し、インクジェット式記録ヘッドとする。また、このように構成したインクジェットヘッドは、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４２からインクを取り込み、共通インク室３１からノズル開口１１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、上電極膜８０と下電極膜６０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体膜７０をたわみ変形させることにより、圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口１１からインク滴が吐出する。
【００６５】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図及び断面図を図７に示す。
【００６６】
図７に示すように、本実施形態では、圧電体膜７０及び上電極膜８０からなる圧電体能動部３２０は、基本的に圧力発生室１２に対向する領域内に形成されている。また上電極膜８０は、その長手方向一端部から周壁に対向する領域まで延設され、図示しないが、その端部近傍で外部配線と接続されている。この延設された上電極膜８０と下電極膜６０との間には、電気絶縁性を有する層間絶縁膜６５が形成されており、本実施形態では、圧力発生室１２の長手方向一端部側の周壁上から圧力発生室１２の長手方向一端部を覆うように設けられている。また、その圧力発生室１２側の端部６５ａは、下電極膜６０と圧電体膜７０との間まで延設されている。すなわち、圧電体膜７０の長手方向一端部７０ａは層間絶縁膜６５上に位置している。
【００６７】
このように、上電極膜８０を層間絶縁膜６５上の周壁に対向する領域まで延設することにより、上電極膜８０と外部配線との接続は、従来のように、絶縁体層に形成したコンタクトホールを介して行う必要がない。また、圧電体膜７０を周壁上まで連続して引き出す必要もない。したがって、コンタクトホール構造を採ることなく、圧電体能動部３２０を圧力発生室１２の周壁から離間して設けることができ、コンタクトホールの接続部又は圧電体能動部３２０の端部等でクラック等の発生がなく耐久性を向上することができる。また、圧電体能動部３２０に電界を印加する際、層間絶縁膜６５上に設けられている部分の圧電体膜７０にかかる電界強度は弱いため、その領域の圧電体膜７０の絶縁破壊の発生を防止することができ、耐久性を向上することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、圧電体膜７０が圧力発生室１２に対向する領域内のみに形成されているため、圧電体能動部３２０の駆動による、圧力発生室１２の長手方向端部近傍での圧電体膜７０のクラックの発生、破壊等を防止することができる。さらに、圧力発生室１２の長手方向一端部では、層間絶縁膜６５によって振動板が補強されるため、圧電体能動部３２０の駆動による振動板の破壊を防止することができる。
【００６９】
（実施形態２）
図８は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの要部平面図及び断面図である。
【００７０】
本実施形態は、図８に示すように、層間絶縁膜６５Ａが圧力発生室１２の周囲全体から圧力発生室１２に対向する領域の縁部に臨むように設けられ、上電極膜８０の引き出し側の端部のみが、圧電体膜７０の下側まで延設されている。また、圧力発生室１２に対向する領域には、層間絶縁膜６５Ａが形成されてない窓部６６が画成されている以外は実施形態１と同様である。
【００７１】
このような構成によっても、実施形態１と同様に、上電極膜８０と外部配線との接続を容易に行うことができ、また、圧電体膜７０及び振動板の耐久性を向上することができる。また、本実施形態では、層間絶縁膜６５Ａが圧力発生室１２に対向する領域の周縁部に臨むように設けられているので、圧力発生室１２の端部に対向する領域の振動板が補強される。したがって、圧電体能動部３２０の駆動による振動板の破壊を圧力発生室１２の全周に亘って確実に防止することができる。
【００７２】
（実施形態３）
図９は、実施形態３に係るインクジェット式記録ヘッドの要部平面図及び断面図である。
【００７３】
本実施形態は、図９に示すように、圧力発生室１２に対向する領域の層間絶縁膜６５Ｂの縁部が、全周に亘って圧電体膜７０の下側まで延設されている。すなわち、圧電体膜７０の周囲の縁部が、層間絶縁膜６５Ｂ上に設けられている。そして、圧電体膜７０に対向する領域に、層間絶縁膜６５Ｂが形成されていない窓部６６が画成されている以外は、実施形態２と同様である。
【００７４】
このような構成によっても、実施形態２と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、圧電体膜７０の周縁が層間絶縁膜６５Ｂ上に設けられている。したがって、圧電体能動部３２０に電圧を印加したとき、圧電体膜７０の周縁にかかる電界強度は、層間絶縁膜６５Ｂがない領域より弱く、圧電体膜７０の周縁での絶縁破壊を防止することができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、各圧電素子３００に対向する領域に、それぞれ一つの窓部６６を設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、図１０に示すように、各圧電素子３００に対向する領域に、複数の窓部６６Ａを設けるようにしてもよい。このような構成によっても、上述と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
（実施形態４）
図１１は、実施形態４にかかるインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。
【００７７】
本実施形態は、図１１に示すように、層間絶縁膜６５の圧力発生室１２側の端部を圧電体膜７０の上側に延設するようにした以外、実施形態１と同様である。
【００７８】
このような構成においても、実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００７９】
（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。
【００８０】
例えば、上述の実施形態では、上電極膜８０を周壁上まで延設して外部配線との接続を行っているが、これに限定されず、例えば、図１２示すように、上電極膜８０を圧電体膜７０上のみに設け、例えば、Ｃｒ−Ａｕ等の導電体からなるリード電極９０等の別部材を上電極膜８０の長手方向一端部近傍から層間絶縁膜６５上に形成するようにしてもよい。このような構成によっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、このような実施形態では、圧電体膜７０及び上電極膜８０を同時にパターニングすることができ、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００８１】
また、例えば、上述した封止板２０の他、共通インク室形成板３０をガラスセラミックス製としてもよく、さらには、薄肉膜４１を別部材としてガラスセラミックス製としてもよく、材料、構造等の変更は自由である。
【００８２】
また、上述した実施形態では、ノズル開口を流路形成基板１０の端面に形成しているが、面に垂直な方向に突出するノズル開口を形成してもよい。
【００８３】
このように構成した実施形態の分解斜視図を図１３、その流路の断面を図１４にぞれぞれ示す。この実施形態では、ノズル開口１１が圧電素子とは反対のノズル基板１２０に穿設され、これらノズル開口１１と圧力発生室１２とを連通するノズル連通口２２が、封止板２０，共通インク室形成板３０及び薄肉板４１Ａ及びインク室側板４０Ａを貫通するように配されている。
【００８４】
なお、本実施形態は、その他、薄肉板４１Ａとインク室側板４０Ａとを別部材とし、インク室側板４０に開口４０ｂを形成した以外は、基本的に上述した実施形態と同様であり、同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００８５】
ここで、この実施形態においても、上述した実施形態と同様に、下電極膜上に層間絶縁膜を設け、その上に上電極膜を延設して外部配線と接続することにより、圧電体膜及び振動板の耐久性を向上することができる。
【００８６】
また、勿論、共通インク室を流路形成基板内に形成したタイプのインクジェット式記録ヘッドにも同様に応用できる。
【００８７】
また、以上説明した各実施形態は、成膜及びリソグラフィプロセスを応用することにより製造できる薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体膜を形成するもの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本発明を採用することができる。
【００８８】
このように、本発明は、その趣旨に反しない限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応用することができる。
【００８９】
また、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。
【００９０】
図１５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。
【００９１】
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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、圧力発生室に対向する領域の圧電体膜に対向する上電極膜及び下電極膜から外部へ引き出される電極の間に、層間絶縁膜を設けるようにしたので、圧電素子と外部配線との接続を容易に行うことができ、接続部でのクラックの発生等を防止することができる。
【００９３】
また、層間絶縁膜の端部を圧電体膜の下側又は上側まで延設するようにしたので、延設される上電極膜等と下電極膜とを確実に絶縁することができる。さらに、層間絶縁膜上に設けられた圧電体膜にかかる電界強度が弱くなるため、圧電体膜の絶縁破壊を防止することができ、圧電体膜の耐久性を向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１にかかるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１にかかるインクジェット式記録ヘッドの要部平面図及び断面図である。
【図３】封止板の変形例を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態１にかかるインクジェット式記録ヘッドの要部平面図及び断面図である。
【図８】本発明の実施形態２にかかるインクジェット式記録ヘッドの要部平面図及び断面図である。
【図９】本発明の実施形態３にかかるインクジェット式記録ヘッドの要部平面図及び断面図である。
【図１０】本発明の実施形態３にかかるインクジェット式記録ヘッドの変形例を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施形態４にかかるインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図１４】本発明の他の実施形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態にかかるインクジェット式記録装置の概略図である。
【符号の説明】
１０流路形成基板
１２圧力発生室
１７ノズル開口
５０弾性膜
６０下電極膜
６５，６５Ａ，６５Ｂ層間絶縁膜
６６，６６Ａ窓部
７０圧電体膜
８０上電極膜
３００圧電素子
３２０圧電体能動部

Claims

ノズル開口に連通する圧力発生室に対応する領域に、少なくとも下電極、圧電体層及び上電極を備えたインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記圧電体層が前記圧力発生室に対向する領域内に設けられ、且つ前記圧電体層に対向する前記上電極及び前記下電極の両者から外部へ引き出される電極の間に層間絶縁膜が設けられ、
前記層間絶縁膜は、前記圧力発生室の周壁全体から前記圧力発生室に対向する領域の縁部に臨むように設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項１において、前記層間絶縁膜は、前記圧力発生室の少なくとも一端部の周壁上から当該圧力発生室に対向する領域の少なくとも一端部を臨むように設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項１または２において、前記引き出される電極の間の前記層間絶縁膜の端部は、前記圧力発生室に対向する領域内に設けられた前記圧電体層の下側又は上側まで延設されていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項３において、前記圧力発生室に対向する領域内に設けられた前記圧電体層の周囲の縁部は、前記層間絶縁膜上に設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項４において、前記層間絶縁膜は、前記圧力発生室に対向する領域内に設けられた前記圧電体層を横切る部分を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項５において、前記層間絶縁膜が前記圧電体層を幅方向に横切る部分を複数有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項１〜６の何れかにおいて、前記上電極及び前記下電極から引き出される電極は、前記圧電体層に対向する領域から外部まで連続的に設けられた前記上電極及び前記下電極であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項１〜７の何れかにおいて、前記層間絶縁膜が、酸化膜、窒化膜及び有機膜からなる群から選択されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項８において、前記層間絶縁膜が、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉛及び炭素化合物からなる群から選択されることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項１〜９の何れかにおいて、前記層間絶縁膜の膜厚が、５〜２０００ｎｍの範囲にあることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項１〜１０の何れかにおいて、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成され、前記下電極、前記圧電体層及び前記上電極の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
請求項１〜１１の何れかのインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置。