JP4513322B2

JP4513322B2 - 液体噴射ヘッド及びこれを備えた液体噴射装置

Info

Publication number: JP4513322B2
Application number: JP2003432970A
Authority: JP
Inventors: 健八十島; 哲司高橋; 佳直宮田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005186527A

Description

本発明は、液体噴射ヘッド及びこれを備えた液体噴射装置に関する。

従来から液体噴射ヘッドの一例として、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、この振動板を圧電体素子により変形させて圧力発生室内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がある。このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室の列を少なくとも２列備えた流路形成基板と、この流路形成基板の圧電体素子側に接合され且つ圧電体素子を駆動させる駆動回路が実装される接合基板とを有し、駆動回路と各圧電体素子とが接合基板に設けられた貫通孔を介して電気的に接続されている構造が知られている。（例えば、特許文献１参照）。

また、流路形成基板の圧電体素子側に接合され、当該圧電体素子を駆動させる駆動回路が実装される接合基板を有すると共に、この接合基板の圧力発生室の列間に対応する部分に当該接合基板を厚さ方向に貫通する貫通孔が設けられ、各圧電体素子のそれぞれから引き出される引き出し配線が前記貫通孔に対応する部分まで延設されると共に、当該引き出し配線と前記駆動回路とが前記貫通孔を介して延設される導電性ワイヤによって電気的に接続されたインクジェット式記録ヘッドも紹介されている。このインクジェット式記録ヘッドでは、流路形成基板の両脇にリザーバが形成されている。（例えば、特許文献２参照）。
特開２０００−２９６６１６号公報特開２００３−２４６０６５号公報

しかしながら、特開２０００−２９６６１６号公報に記載されたインクジェット式記録ヘッドは、１つの駆動回路で２列の圧電体素子を駆動させる構造であるため、製造コストは比較的低く抑えられるが、駆動回路の両側にそれぞれ貫通孔を形成しているため、流路形成基板及び接合基板を比較的大きくする必要があり、ヘッドの小型化が困難である。

そこで、特開２００３−２４６０６５号公報では、前記貫通孔を形成する領域を小さくすることができるようにして、圧力発生室を高密度に配列することができると共に、ヘッドの小型化を達成することができるインクジェット式記録ヘッドを開示している。しかしながら、このインクジェット式記録ヘッドは、インク供給路とリザーバとの間に流路形成基板のみで構成される空間が存在するため、各圧力発生室からリザーバ側に流出するインクは、その空間内で圧力発生室の並設方向のみに流れることになる。このため、隣接する圧力発生室から流出したインクの流れが干渉して、いわゆるクロストークが発生し、安定したインク吐出特性を得ることが困難になる虞がある。そして、このような現象は、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、インク以外の液体を噴射（吐出）する液体噴射ヘッドについても同様に存在する。

本発明は、このような事情に鑑み、クロストークの発生を防止できると共に、保護基板の接合部分に対応する領域で、振動板にクラックが生じることを防止でき、安定した液体吐出特性を得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。

この目的を達成するため、本発明は、ノズル開口に連通する複数の圧力発生室が並設された流路形成基板と、当該流路形成基板に振動板を介して設けられた下部電極、圧電体層及び上部電極からなる圧電体素子と、前記流路形成基板の前記圧電体素子側の面に接合される保護基板と、を具備し、当該保護基板が、圧電体素子の運動を阻害しない程度の空間を有して当該圧電体素子を保持する圧電体素子保持部と、各圧力発生室の共通の液体室であるリザーバの一部を構成するリザーバ部と、を有し、前記リザーバが、前記リザーバ部と前記流路形成基板に設けられた連通部と、を有して構成されてなる液体噴射ヘッドであって、
前記保護基板の前記圧電体素子保持部と前記リザーバ部との間の領域が前記流路形成基
板との接合部分であり、当該接合部分の前記リザーバ側の端部近傍まで前記圧力発生室の
幅方向両側の隔壁を延設し、前記圧力発生室に連通して当該圧力発生室の幅より小さい幅
を有する液体供給路と、当該液体供給路と前記連通部とを連通すると共に、前記液体供給
路の幅より広い幅を有する連通路とを前記隔壁により前記圧力発生室毎に区画して設け、
前記振動板の、前記保護基板の前記接合部分に対応する領域上に、下部電極形成用膜を
介して第１の積層体と、第２の積層体を互いに離間して設け、前記保護基板の前記接合部分を、前記第１の積層体及び第２の積層体に接着剤を介して接合してなる液体噴射ヘッドを提供するものである。

この構成を備えた液体噴射ヘッドは、各液体供給路とリザーバとの間のそれぞれに連通路を個別に設けることで、クロストークの発生が防止され、安定した液体吐出特性が得られる。さらに、保護基板の接合部分が取付けられる第１の積層体と第２の積層体との間の領域に、下部電極形成用膜が形成されており、この領域では振動板が露出していない構成となっている。このため、下部電極形成用膜がパターニング等によってこの領域内で切断されている場合に比べ、第１の積層体及び第２の積層体により形成される段差を小さく（低く）することができる。したがって、この領域における空気の巻き込みや、温度変化による膨張の発生を抑制することができる。

また、振動板は、前記保護基板の接合部分と対応する領域において露出されている部分が無いため、仮に、保護基板を接合するための接着剤等が流路形成基板側に垂れたとしても、振動板が接着剤に侵されることを防止することができる。したがって、振動板にクラックが生じることを防止することができ、例えば、振動板に形成されたクラックからインクが侵入する等の不具合が生じることもない。

前記保護基板は、前記接合部分の前記隔壁と対応する位置に、当該保護基板を前記流路形成基板に接合するための接着剤を待避させるための溝が形成された構成とすることができる。

この構成により、仮に、保護基板を接合するための接着剤等が流路形成基板側に垂れたとしても、振動板が接着剤に侵されることを一層防止することができる。

前記第１の積層体は、リード電極形成用膜を備えて構成することができる。また、前記第２の積層体は、圧電体層形成用膜、上部電極形成用膜及びリード電極形成用膜を備えて構成することができる。

そしてまた、前記隔壁の前記リザーバ側の端部は、前記接合部分に対応する領域内に位置するよう構成することができる。このように構成することで、前記利点に加え、隔壁の端部を連通部内に突出させることができるため、リザーバを形成する際の障害となるのを確実に防止できる。

また、本発明は、前述した構成の液体噴射ヘッドと、当該液体噴射ヘッドを駆動する駆動装置と、を備えた液体噴射装置を提供するものである。

この構成を備えた液体噴射装置は、各液体供給路とリザーバとの間のそれぞれに連通路を個別に設けることで、クロストークの発生を防止できると共に、保護基板の接合部分に対応する領域で、振動板にクラックが生じることを防止できる。したがって、安定した液体吐出特性を得ることができ、且つ信頼性を向上することができる。

次に、本発明の好適な実施の形態にかかる液体噴射ヘッド、並びに液体噴射装置について図面を参照して説明する。

なお、本実施の形態では、液体噴射ヘッドとして、インク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、液体噴射装置として、インクジェット式記録ヘッドを備えたプリンタを例にとって説明する。また、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。

図１は、本実施の形態にかかるプリンタを示す斜視図、図２は、図１に示すプリンタに使用されるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図、図３は、図２に示すインクジェット式記録ヘッドの概略平面図、図４は、図３に示すIV−IV線に沿った断面図である。

図１に示すように、本実施の形態にかかるプリンタ１は、複数のインクジェット式記録ヘッド２（図２参照）を有するヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを備え、このヘッドユニット１Ａ及び１Ｂには、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ている。これらのカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられたヘッドユニット２は、キャリッジ３に搭載されており、このキャリッジ３は、プリンタ本体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。なお、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。

また、プリンタ本体４には、キャリッジ３を駆動するための駆動モータ６が設けられており、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車及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、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。

さらに、プリンタ本体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。そして、ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂから、所望のインク組成物が、所望のタイミングで記録シートＳに吐出されることで、文字や画像等が印刷される。

本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２は、図２〜図４に示すように、ノズル開口２１に連通する複数の圧力発生室１２が並設された流路形成基板１０と、流路形成基板１０に振動板５０を介して設けられた下部電極６０、圧電体層７０及び上部電極８０からなる圧電体素子３００と、流路形成基板１０の圧電体素子側の面に接合される保護基板３０と、を具備している。

流路形成基板１０は、本実施の形態では、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には、予め熱酸化により形成した二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）から構成された第１の絶縁膜５０Ａが形成され、他方の面には、圧力発生室１２を形成する際にマスクとして用いられるマスクパターン５１が形成されている。

流路形成基板１０には、前記マスクパターン５１をマスクとして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が幅方向に並設され、且つその長手方向一端部側には、圧力発生室１２と共に、インク供給路１４と、連通路１００と、各圧力発生室１２の共通インク室となるリザーバ１１０の一部を構成する連通部１３と、が形成されている。なお、隔壁１１は、連通部１３の端部近傍まで延設されて壁部１１Ａが形成され、この壁部１１Ａにより、インク供給路１４と連通部１３との間の空間が区画されることにより各連通路１００が形成されている。

なお、連通路１００を形成する壁部１１Ａのリザーバ１１０側の端部は、流路形成基板１０と保護基板３０とが接合される接合部分に対向する領域内に位置していることが好ましい。壁部１１Ａの端部が連通部１３内に突出していると、後述する製造プロセスにおいて、連通部１３と、後に詳述するリザーバ部３２とを隔てる振動板５０を破ってリザーバ１１０を形成する際の障害となる虞があるからである。

インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し、且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施の形態では、インク供給路１４は、リザーバ１１０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。

連通路１００は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１３側に延設し、これによりインク供給路１４と連通路１３との間の空間を区画することで形成されている。この連通路１００は、各インク供給路１４と連通部１３との間に各圧力発生室１２毎にそれぞれ独立して設けられ、インク供給路１４と共に各圧力発生室１２とリザーバ１１０との間の個別の流路を構成している。この連通路１００の幅は、インク供給路１４よりも幅広に形成されている。

ここで、前述した異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施の形態では、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、徐々に浸食されて（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前記（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。かかる異方性エッチングにより、２つの第１の（１１１）面と斜めの２つの（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。

なお、本実施の形態では、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をほぼ貫通して第１の絶縁膜５０Ａ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。第１の絶縁膜５０Ａ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浸される量が極めて小さい。

このような流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２の配列密度に合わせて最適な厚さを選択すればよく、圧力発生室１２の配列密度が、例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度であれば、流路形成基板１０の厚さは、２２０μｍ程度であればよいが、例えば、２００ｄｐｉ以上と比較的高密度に配列する場合には、流路形成基板１０の厚さは１００μｍ以下、特に７０μｍと比較的薄くするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。

流路形成基板１０の開口面側には、ノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接合されている。このようなノズルプレート２０は、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又は不錆鋼などからなる。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、流路形成基板１０を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。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２１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２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。

一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側には、厚さが例えば、約１．０μｍの第１の絶縁膜５０Ａの上に、厚さが例えば、０．４μｍの酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）膜から構成された第２の絶縁膜５０Ｂが形成されており、この第１の絶縁膜５０Ａ及び第２の絶縁膜５０Ｂにより、振動板５０が構成されている。

この振動板５０のうち、圧力発生室１２が形成されている領域上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下部電極６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上部電極８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電体素子３００を構成している。この圧電体素子３００の個別電極である各上部電極８０の一端部には、例えば、金（Ａｕ）、アルミ（Ａｌ）等からなり一端が後述する貫通孔３３に対応する領域にまで延設されたリード電極９０が接続されている。

ここで、圧電体素子３００とは、下部電極６０、圧電体層７０、及び上部電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電体素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極と圧電体層７０を、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。

なお、本実施の形態では、下部電極６０を圧電体素子３００の共通電極とし、上部電極８０を圧電体素子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、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、圧電体素子３００と、この圧電体素子３００の駆動により変位が生じる振動板５０とを合わせて圧電アクチュエータと称する。

また、振動板５０のうち、インク供給路１４が形成されている領域上には、厚さが例えば、約０．２μｍであり、後に詳述する第２の積層体形成領域の途中まで延出形成された下部電極形成用膜６０Ａが形成され、この下部電極形成用膜６０Ａ上のインク供給路１４が形成されている領域上には、リード電極形成用膜９０Ａからなる第１の積層体９２が形成されている。このリード電極形成用膜９０Ａは、後に詳述する保護基板３０が接合される接合部分となる。

また、振動板５０のうち、連通路１００が形成されている領域上には、インク供給路１４が形成されている領域から延出形成されている下部電極形成用膜６０Ａと所定の間隔をおいて、下部電極形成用膜６０Ａ（厚さが例えば、約０．２μｍ）が形成されている。そして、前記延出形成されている下部電極形成用膜６０Ａと、これと所定の間隔をおいて形成された下部電極形成用膜６０Ａ上であって、連通路１００が形成されている領域上には、圧電体層形成用膜７０Ａ（厚さが例えば、約１．０μｍ）と、上部電極形成用膜８０Ａ（厚さが例えば、約０．０５μｍ）と、リード電極形成用膜９０Ａとからなる第２の積層体９３が形成されている。すなわち、下部電極形成用膜６０Ａは、第２の積層体９３が形成されている領域で分離された構成となっている。そして、第１の積層体９２と第２の積層体９３との間には、下部電極形成用膜６０Ａが形成されており、振動板５０が露出していない構成となっている。なお、リード電極形成用膜９０Ａは、後に詳述する保護基板３０の接合部分が接合される。

このような圧電体素子３００が形成された流路形成基板１０上には、保護基板３０が接合されている。この保護基板３０は、各々の圧電体素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で圧電体素子３００を保持する圧電体素子保持部３１と、連通部１３に連通し、リザーバ１１０の一部を構成するリザーバ部３２と、保護基板３０を流路形成基板１０に接合するための接着剤１２０が待避可能な逃げ溝１３０と、を備えている。尚、圧電体素子保持部３１によって形成される空間は、圧電体素子３００が外部環境からの影響を直接受けることがなければ密封される必要は無い。

リザーバ部３２は、本実施の形態では、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、第１の絶縁膜５０Ａ及び第２の絶縁膜５０Ｂからなる振動板５０に設けられた貫通部を介して流路形成基板１０の連通部１３と連通され、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１１０をそれぞれ構成している。なお、このよう保護基板３０の厚さは、例えば、２００〜４００μｍである。そして、このようなリザーバ１１０と各圧力発生室１２とは、インク供給路１４及び連通路１００を介してそれぞれ連通している。

逃げ溝１３０は、圧電体素子保持部３１とリザーバ部３２との間に位置して、流路形成基板１０との接合部分であって、壁部１１Ａと対向する位置に形成されている。

また、保護基板３０のリザーバ部３２とは反対側の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通した貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電体素子３００から引き出されたリード電極９０は、その端部近傍が貫通孔３３内で露出されている。このような保護基板３０としては、例えば、ガラス、セラミック材料、金属等を用いることができるが、本実施の形態では、流路形成基板１０との熱膨張率と略同一の材料を用いることがより好ましいため、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。

なお、保護基板３０のリザーバ部３２に対応する領域には、封止膜４１及び固定板４２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３２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１１０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１１０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。

この保護基板３０が、流路形成基板１０に接合される際は、圧電体素子保持部３１とリザーバ部３２との間に位置する領域が、流路形成基板１０のインク供給路１４が形成されている領域上に下部電極形成用膜６０Ａを介して形成された第１の積層体９２（リード電極形成用膜９０Ａからなる層）と、連通路１００が形成されている領域上に下部電極形成用膜６０Ａを介して形成された第２の積層体９３（圧電体層形成用膜７０Ａ、上部電極形成用膜８０Ａ及びリード電極形成用膜９０Ａからなる層）上に接着剤１２０を介して接合される。

この時、第１の積層体９２と第２の積層体９３との間の領域には、下部電極形成用膜６０Ａが形成されているため、この下部電極形成用膜６０Ａがパターニング等によってこの領域内で切断されている場合に比べ、（すなわち、振動板５０が露出している場合に比べ、）第１の積層体９２及び第２の積層体９３により形成される段差を小さく（低く）することができる。したがって、この領域における空気の巻き込みや、温度変化による膨張の発生を抑制することができる。また、この領域には、下部電極形成用膜６０Ａが形成されており、振動板５０が露出されていないため、仮に接着剤１２０が流路形成基板１０側に垂れたとしても、振動板５０が接着剤１２０に侵されることを防止することができ、振動板５０にクラックが生じることを防止することができる。この結果、例えば、振動板５０に形成されたクラックからインクが侵入する等の不具合が生じることもない。

また、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２では、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部にある保護基板３０との接合部分に対向する領域（各インク供給路１４とリザーバ１１０との間）に、壁部１１Ａによって圧力発生室１２毎に独立して連通路１００を所定幅で設けるようにしたので、インク吐出の際、隣接するインク供給路１４からリザーバ１１０側へ流出するインク同士が干渉することがなく、クロストークの発生を防止できる。したがって、隣接するノズル開口２１からインク滴を吐出させるか否かに関係なく、安定したインク吐出特性を得ることができる。また、クロストークを発生させることなくインク供給路１４を短くすることができ、メニスカスの減衰特性を実質的に高めてヘッドの高速駆動を実現することも可能となる。

さらに、圧電体素子保持部３１とリザーバ１１０との間の流路形成基板１０と保護基板３０との接合領域の長さＬ（図３参照）は、所定の長さであれば、圧電体素子保持部３１とリザーバ部３２との距離を確保でき、リザーバ１１０内のインクに含まれる水分が圧電体素子保持部３１内へ侵入するのを防止でき、水分によって圧電体素子３００が破壊されるのを確実に防止することができる。また、流路形成基板１０と保護基板３０との接合面積が大きくなるので、両基板の剛性を十分に確保でき、ヘッドの耐久性を向上できるという効果もある。

以上説明した本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２は、図示しないインク供給手段からインクを取り込み、リザーバ１１０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、図示しない駆動ＩＣからの駆動信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下部電極６０と上部電極８０との間に駆動電圧を印加し、振動板５０、及び圧電体素子３００を変位させることにより、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。

次に、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２の製造方法について説明する。

図５及び図６は、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。

まず、図５（ａ）に示すように、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、各面に二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる第１の絶縁膜５０Ａを形成する。次に、図５（ｂ）に示すように、この第１の絶縁膜５０Ａ上に、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）からなる第２の絶縁膜５０Ｂを形成する。このようにして、流路形成基板１０上に、第１の絶縁膜５０Ａ及び第２の絶縁膜５０Ｂからなる振動板５０を形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとからなる下部電極形成用膜６０Ａを第２の絶縁膜５０Ｂの全面に形成する。次いで、図５（ｄ）に示すように、下部電極形成用膜６０Ａを所定形状にパターニングする。具体的には、このパターニングにより、後に圧電体素子３００となる領域上に下部電極６０を形成すると共に、後にインク供給路１４及び連通路１００が形成される領域上に下部電極形成用膜６０Ａを残存させ、且つ後に連通路１００が形成される領域の所定位置で、下部電極形成用膜６０Ａを分離する（切断する）。次に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層形成膜７０Ａと、イリジウムからなる上部電極形成用膜８０Ａとを順次積層し、これらを同時にパターニングして、下部電極６０、圧電体層７０及び上部電極８０からなる圧電体素子３００を形成すると共に、後に連通路１００が形成される領域上に、圧電体層形成膜７０Ａ及び上部電極形成用膜８０Ａを残存させる。なお、前記下部電極形成用膜６０Ａが分離された部分は、この残存した圧電体層形成膜７０Ａ及び上部電極形成用膜８０Ａの下に位置している。

次に、図６（ａ）に示すように、例えば、金（Ａｕ）、又はアルミ（Ａｌ）からなるリード電極形成用膜９０Ａを流路形成基板１０の全面に亘って形成する。次いで、このリード電極形成用膜９０Ａを、各圧電体素子３００毎にパターニングしてリード電極９０を形成すると共に、後にインク供給路１４となる領域上及び図５（ｄ）に示す工程で残存された上部電極形成用膜８０Ａ上にリード電極形成用膜９０Ａを残存させる。このようにして、下部電極形成用膜６０Ａ上のインク供給路１４が形成される領域上に、リード電極形成用膜９０Ａからなる第１の積層体９２が形成した。また、下部電極形成用膜６０Ａ上の連通路１００が形成される領域上に、圧電体層形成膜７０Ａ、上部電極形成用膜８０Ａ及びリード電極形成用膜９０Ａからなる第２の積層体９３を、第１の積層体９２と所定の間隔をおいて形成した。ここで、第１の積層体９２と第２の積層体９３との間の領域上には、下部電極形成用膜６０Ａが存在している。以上が膜形成プロセスである。

次に、図６（ｂ）に示すように、予め圧電体素子保持部３１及びリザーバ部３２等が形成された保護基板３０を接合する。この時、保護基板３０の圧電体素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域が、接着剤１２０を介して第１の積層体９２及び第２の積層体９３に接合される。なお、このような保護基板３０は、後述するプロセスにて、流路形成基板１０を異方性エッチングして圧力発生室１２等を形成する際に、各圧電体素子３００をアルカリ溶液から保護する役割も果たす。

その後は、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板（流路形成基板１０）の異方性エッチングを行い、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４、連通路１００を形成する。具体的には、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の保護基板３０との接合面とは反対側の面にマスクパターン５１を形成した後、このマスクパターン５１を介して流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１００を形成する。なお、このように異方性エッチングを行う際には、保護基板３０の表面を保護フィルム等で封止した状態で行う。また、このとき、リザーバ部３２と連通部１３との境界にある振動板５０をレーザー等で破ってリザーバ１１０を形成する。このように、本実施の形態では、インク供給路１４等を流路形成基板１０の厚さ方向に貫通して設けることができるため、マスクパターン５１を高精度にパターニングすれば、インク供給路１４や連通路１００等を高精度に形成できる。したがって、安定したインク吐出特性が得られる。

次いで、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。なお、その後、保護基板３０上にコンプライアンス基板４０を接合すると共に、保護基板３０上に駆動ＩＣを実装し、各リード電極９０と駆動ＩＣとをボンディングワイヤからなる駆動配線によって接続することで、各圧電体素子３００と駆動ＩＣとを電気的に接続する。このようにして保護基板３０に駆動ＩＣを実装した後は、流路形成基板１０、保護基板３０等の各基板をチップサイズに分割することにより、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２とする。

なお、本実施の形態では、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、これに限らず、インク供給路は、流路の幅を両側から絞ることで形成してもよい。なお、この場合には、インク供給路は、例えば、流路形成基板を厚さ方向に異方性エッチング（ハーフエッチング）することにより形成される。また、上述の実施形態では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造され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、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。

また、本実施の形態では、第２の積層体９３の下に、下部電極形成用膜６０Ａの切れ目（分離箇所）を形成した場合について説明したが、これに限らず、下部電極形成用膜６０Ａの切れ目（分離箇所）は、第１の積層体９２の下であってもよい。また、図７に示すように、第１の積層体９２と第２の積層体９３との間の領域部分に、下部電極形成用膜６０Ａの切れ目（分離箇所）を形成し、この切れ目を絶縁膜５２で覆う等して、この領域で振動板５０が露出しないようにしてもよい。

そしてまた、本実施の形態では、第１の積層体９２を、リード電極形成用膜９０Ａから構成した場合について説明したが、これに限らず、リード電極形成用膜９０Ａに加え、圧電体層形成用膜７０Ａのいずれか一方、あるいは両方を備える等、他の構成であってもよい。

そしてまた、本実施の形態では、圧電体層７０（圧電体層形成用膜７０Ａ）をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成した場合について説明したが、これに限らず、圧電体層７０（圧電体層形成用膜７０Ａ）は、圧電性セラミックスの結晶であり、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料の他、これに酸化ニオブ、酸化ニッケルまたは酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したものから構成してもよい。また、圧電体膜４３の組成は、圧電体素子の特性、用途等を考慮して適宜選択する。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ₃）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ₃）等が好適に用いられる。また、チタン酸鉛やジルコニウム酸鉛にニオブ（Ｎｂ）を適宜添加することにより、菱面体晶系の（１００）面に優先配向させることができ圧電特性に優れた膜を得ることができる。

そしてまた、本実施の形態では、液体噴射ヘッドとして、インク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、液体噴射装置として、インクジェット式記録ヘッドを備えたプリンタを例にとって説明したが、これに限らず、広く液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置全般を対象としたものである。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を挙げることができる。

本発明の実施の形態にかかるプリンタを示す斜視図である。図１に示すプリンタに使用され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に示すインクジェット式記録ヘッドの概略平面図である。図３に示すIV−IV線に沿った断面図である。本発明の実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。本発明の実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。本発明の他の実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの図４に対応する図である。

符号の説明

１・・・プリンタ、２・・・インクジェット式記録ヘッド、１０・・・流路形成基板、１１・・・隔壁、１１Ａ・・・壁部、１２・・・圧力発生室、１３・・・連通部、１４・・・インク供給路、３０・・・保護基板、３１・・・圧電体素子保持部、３２・・・リザーバ部、３３・・・貫通孔、５０・・・振動板、６０・・・下部電極、６０Ａ・・・下部電極形成用膜、７０・・・圧電体層、７０Ａ・・・圧電体層形成用膜、８０・・・上部電極、８０Ａ・・・上部電極形成用膜、９０・・・リード電極、９１Ａ・・・リード電極形成用膜、９２・・・第１の積層体、９３・・・第２の積層体、１００・・・連通路、１１０・・・リザーバ、１２０・・・接着剤、１３０・・・逃げ溝、３００・・・圧電体素子

Claims

ノズル開口に連通する複数の圧力発生室が並設された流路形成基板と、当該流路形成基
板に振動板を介して設けられた下部電極、圧電体層及び上部電極からなる圧電体素子と、
前記流路形成基板の前記圧電体素子側の面に接合される保護基板と、を具備し、当該保護
基板が、圧電体素子の運動を阻害しない程度の空間を有して当該圧電体素子を保持する圧
電体素子保持部と、各圧力発生室の共通の液体室であるリザーバの一部を構成するリザー
バ部と、を有し、前記リザーバが、前記リザーバ部と前記流路形成基板に設けられた連通
部と、を有して構成されてなる液体噴射ヘッドであって、
前記保護基板の前記圧電体素子保持部と前記リザーバ部との間の領域が前記流路形成基
板との接合部分であり、当該接合部分の前記リザーバ側の端部近傍まで前記圧力発生室の
幅方向両側の隔壁を延設し、前記圧力発生室に連通して当該圧力発生室の幅より小さい幅
を有する液体供給路と、当該液体供給路と前記連通部とを連通すると共に、前記液体供給
路の幅より広い幅を有する連通路とを前記隔壁により前記圧力発生室毎に区画して設け、
前記振動板の、前記保護基板の前記接合部分に対応する領域上に、下部電極形成用膜を
介して第１の積層体と、第２の積層体を互いに離間して設け、
前記第１の積層体と第２の積層体との間の領域上に、前記下部電極形成用膜を延在させ
ると共に、当該下部電極形成用膜を前記第１の積層体形成領域または第２の積層体形成領
域のいずれか一方の領域で分離し、
前記保護基板の前記接合部分を、前記第１の積層体及び第２の積層体に接着剤を介して接合してなる液体噴射ヘッド。
前記保護基板は、前記接合部分の前記隔壁と対応する位置に、当該保護基板を前記流路
形成基板に接合するための前記接着剤を待避させるための溝が形成されてなる請求項１記載の液体噴射ヘッド。
前記第１の積層体が、リード電極形成用膜を備えてなる請求項１ないし請求項２のいず
れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
前記第２の積層体が、圧電体層形成用膜、上部電極形成用膜及びリード電極形成用膜を
備えてなる請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
前記隔壁の前記リザーバ側の端部は、前記接合部分に対応する領域内に位置している請
求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドと、当該液体噴射ヘッ
ドを駆動する駆動装置と、を備えた液体噴射装置。