JP5007823B2 - 液体噴射ヘッドの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、圧電素子の変位によってノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドの製造方法に関し、特に、液滴としてインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドの製造方法に関する。
液滴を噴射する液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、圧力発生室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備し、この圧電素子の変位によって圧力発生室内に圧力を付与することで、ノズルからインク滴を噴射するものがある。このようなインクジェット式記録ヘッドに採用されている圧電素子は、例えば、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いという問題がある。この問題を解決するために、例えば、圧電体層の外周面を上電極で覆うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
またこのようなインクジェット式記録ヘッドを構成する圧電素子は、例えば、特許文献１に記載されているように、下電極膜、圧電体層及び上電極膜を、それぞれ成膜及びパターニングすることによって形成されている。具体的には、まず弾性膜及び絶縁体膜が形成された流路形成基板上に下電極膜を成膜しこの下電極膜を所定形状にパターニングする。次いで下電極膜が形成された流路形成基板上に圧電体層を成膜しこの圧電体層を所定形状にパターニングする。その後、圧電体層が形成された流路形成基板１０上に上電極膜８０を成膜しこの上電極膜を圧電体層の表面を覆う大きさでパターニングする。これにより、下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子が形成される。
特開２００５−８８４４１号公報
このように下電極膜、圧電体層及び上電極膜を、それぞれ成膜及びパターニングすることによって圧電素子を形成すると、製造過程において圧電体層がダメージを受け、圧電素子の変位特性が低下してしまう虞がある。具体的には、圧電体層は、例えば、レジストからなる保護膜を介してエッチングすることによって所定形状にパターニングする。圧電体層をパターニングした後は、このレジストからなる保護膜を剥離する工程、さらには圧電体層の表面を洗浄する洗浄工程を実施する。この剥離工程で使用される剥離液、或いは洗浄工程で使用される洗浄液としては、酸性又はアルカリ性の溶液を使用する場合があり、このような溶液が圧電体層に付着することで、圧電体層がダメージを受け、圧電素子の変位特性等の各種特性が低下する虞がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子の特性低下を防止することができる液体噴射ヘッドの製造方法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は、液滴を吐出するノズルにそれぞれ連通する圧力発生室が複数並設された流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられる下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子とを具備し、前記圧力発生室に対向する領域の前記下電極膜が当該圧力発生室の幅よりも狭い幅で形成され、前記圧力発生室に対応する領域の前記下電極膜の上面及び端面が前記圧電体層によって覆われると共に、前記圧力発生室に対向する領域の前記圧電体層の上面及び端面が前記上電極膜によって覆われた液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板上に前記下電極膜を成膜すると共に当該下電極膜を所定形状にパターニングする工程と、前記流路形成基板上及び前記下電極膜上に前記圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に導電性を有する材料からなる中間膜を５μｍ以上５０μｍ以下の厚さで形成する工程と、前記中間膜上に保護膜を形成し、この保護膜をマスクとして前記中間膜と共に前記圧電体層をエッチングすることにより所定形状にパターニングする工程と、前記保護膜を剥離する工程と、前記流路形成基板及び前記中間膜上に前記上電極膜を成膜する工程と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる本発明では、中間膜と共に圧電体層をパターニングするようにしたので、保護膜を剥離する際、例えば、中間膜がバリア層としての役割を有するので、剥離液が圧電体層にほとんど付着することがない。したがって、剥離液によって圧電体層がダメージを受けることがなく、良好な変位特性の圧電素子を具備する液体噴射ヘッドを製造することができる。また、中間膜が導電性材料から形成されていて上電極と接することになるため、上電極としての導電性を補填することができる。
かかる本発明では、中間膜と共に圧電体層をパターニングするようにしたので、保護膜を剥離する際、例えば、中間膜がバリア層としての役割を有するので、剥離液が圧電体層にほとんど付着することがない。したがって、剥離液によって圧電体層がダメージを受けることがなく、良好な変位特性の圧電素子を具備する液体噴射ヘッドを製造することができる。また、中間膜が導電性材料から形成されていて上電極と接することになるため、上電極としての導電性を補填することができる。
また前記中間膜の材料として、イオン化傾向が前記上電極膜の材料と同一又はそれよりも小さい金属材料を用いるのが好ましい。特に、前記中間膜の材料として、イリジウム、白金及びパラジウムからなる群から選択される何れか一つを用いることが好ましい。これにより、中間膜が酸性の溶液に対する保護膜として確実に機能するため、圧電体層のダメージをより確実に防止することができる。
さらに前記上電極膜を、前記中間膜よりも厚く且つ３０μｍ以上の厚さで形成することが好ましい。これにより圧電体層への大気中の水分（湿気）の浸透をより確実に防止することができる。
また前記上電極膜の材料として、イリジウム、白金及びパラジウムからなる群から選択される何れか一つを用いるのが好ましい。これにより、良好な変位特性を有する圧電素子をより確実に形成することができる。
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に係る製造方法によって製造された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、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る製造方法によって製造された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、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）であるシリコン単結晶基板からなり、その一方面には酸化膜からなる弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画され一方側の面が弾性膜５０で構成される複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。
流路形成基板１０には、圧力発生室１２の長手方向一端部側に、隔壁１１によって区画され各圧力発生室１２に連通するインク供給路１３と連通路１４とが設けられている。連通路１４の外側には、各連通路１４と連通する連通部１５が設けられている。この連通部１５は、後述する保護基板３０のリザーバ部３２と連通して、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する。
ここで、インク供給路１３は、圧力発生室１２よりも狭い断面積となるように形成されており、連通部１５から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。例えば、インク供給路１３は、リザーバ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、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を形成したが、流路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、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、各連通路１４は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１５側に延設してインク供給路１３と連通部１５との間の空間を区画することで形成されている。
なお、流路形成基板１０の材料として、本実施形態ではシリコン単結晶基板を用いているが、勿論これに限定されず、例えば、ガラスセラミックス、ステンレス鋼等を用いてもよい。
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１３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。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼などからなる。
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、弾性膜５０とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、下電極膜６０と圧電体層７０と上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を有する部分だけでなく、少なくとも圧電体層７０を有する部分を含む。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、他方の電極を圧電体層７０と共に圧力発生室１２毎にパターニングして個別電極とする。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アクチュエータ装置と称する。
ここで、本実施形態に係る圧電素子３００の構造について詳しく説明する。図３に示すように、圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、各圧力発生室１２に対向する領域毎に、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で設けられて各圧電素子３００の個別電極を構成している。また下電極膜６０は、各圧力発生室１２の長手方向一端部側から周壁上まで延設されている。そして下電極膜６０には、圧力発生室１２の外側の領域で、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０がそれぞれ接続され、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。一方、圧力発生室１２の長手方向他端部側の下電極膜６０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域内に位置している。
圧電体層７０は、下電極膜６０の幅よりも広い幅で且つ圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で設けられている。圧力発生室１２の長手方向においては、圧電体層７０の両端部は、圧力発生室１２の端部の外側まで延設されている。すなわち圧電体層７０は、圧力発生室１２に対向する領域の下電極膜６０の上面及び端面を完全に覆うように設けられている。なお、圧力発生室１２の長手方向一端部側の圧電体層７０の端部は、圧力発生室１２の端部近傍に位置しておりその外側の領域には下電極膜６０がさらに延設されている。
上電極膜８０は、複数の圧力発生室１２に対向する領域に連続的に形成され、また圧力発生室１２の長手方向他端部側から周壁上まで延設されている。すなわち、上電極膜８０は、圧力発生室１２に対向する領域の圧電体層７０の上面及び端面のほぼ全域を覆って設けられている。これにより、圧電体層７０への大気中の水分（湿気）の浸透が実質的に防止される。したがって、水分（湿気）に起因する圧電素子３００（圧電体層７０）の破壊を防止することができ、圧電素子３００の耐久性を著しく向上することができる。
また圧力発生室１２の長手方向他端部側の上電極膜８０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域内に位置しており、圧電素子３００の実質的な駆動部が圧力発生室１２に対向する領域内に設けられている。すなわち、圧力発生室１２内に位置する下電極膜６０の端部と上電極膜８０の端部との間の部分の圧電素子３００が実質的な駆動部となっている。このため、圧電素子３００を駆動しても、圧力発生室１２の長手方向両端部近傍の振動板（弾性膜５０、絶縁体膜５５）には大きな変形が生じることはなく、この部分の振動板に割れが発生するのを防止することができる。なおこのような構成では、圧力発生室１２に対向する領域内でも圧電体層７０の表面が若干露出されることになるが、実質的な駆動部ではなく、その面積は極めて狭く、また後述するように上電極膜８０の周縁部と下電極膜６０の間の距離が大きいため、水分に起因する圧電体層７０の破壊を防止することができる。
また、このような上電極膜８０と圧電体層７０との間には中間膜８５が設けられている。この中間膜８５は、導電性を有する材料からなり、実質的に上電極膜８０の一部として機能する。すなわち中間膜８５が導電性材料から形成されていて上電極膜８０と接することになるため、上電極膜８０としての導電性を補填することができる。また、詳しくは後述するが、この中間膜８５は、圧電体層７０と同時にパターニングされ、製造過程で圧電体層７０がダメージを受けるのを防止するための役割を果たしている。このため中間膜８５は、圧電体層７０の上面のみに形成されている。
ここで、圧電素子３００を構成する圧電体層７０の各部の厚さは、次のような関係を満たしていることが好ましい。具体的には、下電極膜６０の上面上に形成された圧電体層７０の厚さ、つまり下電極膜６０の上面と圧電体層７０の上面との距離Ｄ１と、傾斜する下電極膜６０の端面上に形成された圧電体層７０の厚さ、つまり下電極膜６０の端面と圧電体層７０の端面との距離Ｄ２とが、Ｄ２≧Ｄ１の関係を満たしていることが好ましい（図３参照）。すなわち、下電極膜６０の端面上の圧電体層７０の厚さＤ２が、圧電素子３００の駆動に寄与する部分である下電極膜６０の上面上に形成されている圧電体層７０の厚さＤ１以上の厚さとなっていることが好ましい。
これにより、圧電体層７０の端面上の上電極膜８０（中間膜８５）と下電極膜６０との間隔が十分に確保され、これら上電極膜８０と下電極膜６０との間で絶縁破壊が生じてしまうのを防止することができる。したがって、圧電素子３００の破壊を防止することができ、耐久性を向上したインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。
また図４に示すように、上電極膜８０の周縁部及び圧力発生室１２に対向する領域で露出された圧電体層７０の表面を覆って、例えば、酸化アルミニウム等の耐湿性を有する材料からなる保護膜１５０を設けるようにしてもよい。これにより、圧電体層７０の水分に起因する破壊をより確実に防止することができる。
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。また、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１５に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の並設方向に沿って設けられており、上述したように流路形成基板１０の連通部１５と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。
さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、上電極膜８０及びリード電極９０の端部がこの貫通孔３３内に露出されている。そして、図示しないが、これら下電極膜６０及びリード電極９０は、貫通孔３３内に延設される接続配線によって圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ等に接続される。
なお、保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、本実施形態では、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。
この保護基板３０上には、さらに、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。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、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。固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のリザーバ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、リザーバ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、リザーバ１００からノズル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からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの圧電素子３００に電圧を印加し、圧電素子３００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。
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図５〜図８を参照して説明する。なお、図５〜図８は、インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
まず、図５（ａ）に示すように、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなるシリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成し、この弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを絶縁体膜５５上にスパッタリング法等によって積層することにより下電極膜６０を形成し、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。
次に、図５（ｃ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０を、下電極膜６０が形成された流路形成基板用ウェハ１１０の全面に成膜する。圧電素子３００を構成する圧電体層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。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよい。また、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、例えば、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層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。勿論、圧電体層７０の形成方法は、ゾル−ゲル法に限定されるものではなく、例えば、ＭＯＤ法やスパッタリング法等を用いてもよい。
次いで、図５（ｄ）に示すように、圧電体層７０上の全面に導電性を有する材料からなる中間膜８５を成膜する。
そして、この中間膜８５と共に圧電体層７０を所定形状にパターニングする。具体的には、まず図６（ａ）に示すように、中間膜８５上にレジストを塗布してこのレジストを露光及び現像することにより所定パターンのレジスト膜２００を形成する。すなわち、例えば、ネガレジストをスピンコート法等により中間膜８５上にレジストを塗布し、その後、所定のマスクを用いて露光・現像・ベークを行うことによりレジスト膜２００を形成する。勿論、ネガレジストの代わりにポジレジストを用いてもよい。なお本実施形態では、レジスト膜２００の端面が所定角度で傾斜するように形成している。
次いで、図６（ｂ）に示すように、この保護膜であるレジスト膜２００をマスクとして中間膜８５と共に圧電体層７０をイオンミリングすることによって所定形状にパターニングする。このとき、これら中間膜８５及び圧電体層７０は、レジスト膜２００の傾斜した端面に沿ってパターニングされる。なお、このとき下電極膜６０の一部が露出され、下電極膜６０の露出された部分は、中間膜８５及び圧電体層７０と共に若干エッチングされ、下電極膜６０の他の部分よりも多少薄くなる。
次に、図６（ｃ）に示すように、中間膜８５上のレジスト膜２００を剥離させる。レジスト膜２００の剥離方法は、特に限定されないが、例えば、有機剥離液等によって剥離させればよい。その後、さらに中間膜８５の表面を所定の洗浄液等によって洗浄することでレジスト膜２００を完全に除去する。
このような手順で圧電体層７０をパターニングすることで、各圧電素子３００を構成する圧電体層７０を良好に形成することができる。本発明では、レジスト膜２００を、圧電体層７０上にレジスト膜２００を直接形成することなく圧電体層７０上に中間膜８５を介して形成し、このレジスト膜２００をマスクとして圧電体層７０をパターニングしている。このため、有機剥離液、洗浄液等によってレジスト膜２００を剥離、洗浄させる際、例えば、中間膜がバリア層としての役割を有するので、圧電体層７０に有機剥離液がほとんど付着することはない。したがって、例えば、有機剥離液、洗浄液等による圧電体層７０のダメージを防止することができる。有機剥離液が、酸性、或いはアルカリ性の溶液である場合、圧電体層７０は有機剥離液、洗浄液が付着することで、圧電体層７０には、例えば、鉛欠損、酸素欠損等のダメージが生じる虞があるが、圧電体層７０上に中間膜８５が形成されていることで、上記のような圧電体層７０のダメージを防止することができる。
ここで中間膜８５の材料は、導電性を有する材料であれば特に限定されないが、イオン化傾向が上電極膜８０の材料と同一又はそれよりも小さい金属材料、例えば、イリジウム、白金、パラジウム等を用いることが好ましく、特に、水素よりもイオン化傾向の小さい金属材料、例えば、イリジウム、白金等を用いることが好ましい。これにより、酸性の溶液を用いてレジスト膜２００を剥離、洗浄する場合でも、この溶液によって中間膜８５が除去されることなく中間膜８５によって圧電体層７０が確実に保護される。
なおこの中間膜８５は実質的に上電極膜８０としての機能を兼ねるため、その材料としては導電性が比較的高いものを用いることが望ましい。また中間膜８５の厚さは、圧電体層７０を確実に保護できる程度に薄く形成されていることが好ましく、例えば、５μｍ以上５０μｍ以下の厚さで形成されていることが望ましい。これにより、圧電体層７０上に中間膜８５が形成されていても、圧電素子３００を良好に変位させることができる。
中間膜８５上のレジスト膜２００を除去した後は、図７（ａ）に示すように、上電極膜８０を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成し、この上電極膜８０を所定形状にパターニングすることによって圧電素子３００が形成される。
上電極膜８０の材料としては、導電性が比較的高い材料であれば、特に限定されないが、例えば、イリジウム、白金、パラジウム等の金属材料を用いることが好ましい。また、上電極膜８０の厚さは、圧電素子３００の変位を妨げない程度の厚さで形成する必要がある。ただし、この上電極膜８０は、水分に起因する圧電体層７０の破壊を防止するための耐湿保護膜を兼ねているため、比較的厚く形成されていることが望ましい。具体的には、上電極膜８０は、３０μｍ以上の厚さで形成されていることが望ましい。
次に、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。次に、図７（ｃ）に示すように、複数の保護基板３０が一体的に形成される保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５によって接着する。なお保護基板用ウェハ１３０には、圧電素子保持部３１、リザーバ部３２及び貫通孔３３が予め形成されている。
次いで、図８（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに薄くする。次に、図８（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる保護膜５２を新たに形成し、所定のマスクを介して保護膜５２を所定形状にパターニングする。そして、図８（ｃ）に示すように、この保護膜５２をマスクとして流路形成基板用ウェハ１１０を、例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、流路形成基板用ウェハ１１０に、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５を形成する。
その後は、図示しないが流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去し、流路形成基板用ウェハ１１０にノズルプレート２０を接合すると共に保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合した後、これら流路形成基板用ウェハ１１０を、図１に示すような一つのチップサイズに分割することによってインクジェット式記録ヘッドが製造される。
以上、本発明に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法の一例について説明したが、本発明は、圧電体層の上面及び端面が上電極膜によって覆われた構造のインクジェット式記録ヘッドであれば適用することができるものである。
以降、本発明を適用可能なインクジェット式記録ヘッドの構造を、各実施形態として説明する。
（実施形態２）
図９は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドを構成する圧電素子の断面図である。図９に示すように、本実施形態では、圧電体層７０を、並設された複数の圧力発生室１２に対向する領域に亘って連続して形成するようにした例である。すなわち、並設された各圧電素子３００間にも、圧電素子３００を構成する圧電体層７０よりも薄い厚さの圧電体層７１を残すようにした以外は、実施形態１で説明したインクジェット式記録ヘッドの構成と同様である。この圧電体層７１の厚さは特に限定されず、圧電素子３００の変位量を考慮して適宜決定されればよい。
図９は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドを構成する圧電素子の断面図である。図９に示すように、本実施形態では、圧電体層７０を、並設された複数の圧力発生室１２に対向する領域に亘って連続して形成するようにした例である。すなわち、並設された各圧電素子３００間にも、圧電素子３００を構成する圧電体層７０よりも薄い厚さの圧電体層７１を残すようにした以外は、実施形態１で説明したインクジェット式記録ヘッドの構成と同様である。この圧電体層７１の厚さは特に限定されず、圧電素子３００の変位量を考慮して適宜決定されればよい。
このように圧電体層７０を連続的に設けることで、圧電素子３００の駆動に伴う振動板、すなわち弾性膜５０及び絶縁体膜５５の破壊を防止することができる。圧力発生室１２の幅方向両端部近傍の振動板は、圧電素子３００の駆動に伴って大きく変形するため割れが生じやすいが、圧電体層７０を連続的に設けておくことで振動板の剛性が実質的に向上し、このような振動板の割れの発生を防止することができる。
また、上述したように上電極膜８０の周縁部及び圧電体層７０の露出された表面は保護膜１５０で覆われていることが好ましい（図４参照）。
（実施形態３）
図１０は、実施形態３に係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１１は、図１０の平面図及びそのＣ−Ｃ′断面図である。また図１２は、実施形態３に係る圧電素子の構成を示す断面図である。なお図１〜図３に示した部材と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
図１０は、実施形態３に係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１１は、図１０の平面図及びそのＣ−Ｃ′断面図である。また図１２は、実施形態３に係る圧電素子の構成を示す断面図である。なお図１〜図３に示した部材と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施形態は、圧電素子３００を構成する下電極膜６０が、圧電素子３００の共通電極膜を構成し、上電極膜８０が個別電極を構成している以外は、実施形態１で説明したインクジェット式記録ヘッドの構成と同様である。
図示するように、本実施形態では、下電極膜６０が各圧力発生室１２に対向する領域毎に圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で、各圧力発生室１２の長手方向一端部側から周壁上まで延設され、周壁上で連結されて各圧電素子３００に共通する共通電極を構成している。圧力発生室１２の長手方向他端部側の下電極膜６０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域内に位置している。
圧電体層７０は、圧力発生室１２の長手方向に両端部の外側まで延設されており、圧力発生室１２に対向する領域の下電極膜６０の上面及び端面が圧電体層７０によって完全に覆われている。また圧力発生室１２の長手方向一端部側では、圧電体層７０の外側まで下電極膜６０がさらに延設されている。
上電極膜８０は、圧電体層７０の幅よりも広い幅で、各圧力発生室１２に対向する領域にそれぞれ独立して設けられている。すなわち上電極膜８０は圧力発生室１２間の隔壁１１上で切り分けられて圧電素子３００の個別電極を構成している。また上電極膜８０は、圧力発生室１２の長手方向他端部側から周壁上まで延設されている。これにより圧力発生室１２に対向する領域の圧電体層７０の上面及び端面は上電極膜８０によってほぼ完全に覆われている。
なお本実施形態では、上電極膜８０が各圧力発生室１２の長手方向他端部側で圧電体層７０の端部よりも外側まで延設されている。そして、この上電極膜８０の端部近傍にリード電極９１が接続されており、このリード電極９１を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。
また本実施形態の構成においても、下電極膜６０の上面と圧電体層７０の上面との距離Ｄ１と、下電極膜６０の端面と圧電体層７０の端面との距離Ｄ２とが、Ｄ２≧Ｄ１の関係を満たしている（図１２参照）。すなわち、下電極膜６０の端面上の圧電体層７０の厚さＤ２が、圧電素子３００の駆動に寄与する部分である下電極膜６０の上面上に形成されている圧電体層７０の厚さＤ１以上の厚さとなっている。
そして、このような構成においても、勿論、水分等に起因する圧電素子３００の破壊を防止することができる。つまり、圧電素子の電極構造に拘わらず、圧電体層の破壊を確実に防止することができ、耐久性を向上したインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。
さらに本実施形態の構成においても、図１３に示すように、並設された各圧電素子３００間に圧電体層７０よりも薄い厚さの圧電体層７１を残し、並設された複数の圧力発生室１２に対向する領域に亘って圧電体層７０を連続して形成するようにしてもよい。
またこのような構成においても、上述したように上電極膜８０の端部及び圧電体層７０の露出された表面は保護膜１５０で覆われていることが好ましく、本実施形態の構成においては、図１４に示すように、圧力発生室１２間の隔壁１１上で露出されている圧電体層７１の表面も、この保護膜１５０によって覆うようにすることが好ましい。隔壁１１上、つまり圧力発生室１２の外側の圧電体層７１は、圧電素子３００の変位には直接的に寄与する部分ではないため、隔壁１１上で露出された圧電体層７１の表面は必ずしも保護膜１５０で覆う必要はないが、隔壁１１上で露出された圧電体層７１の表面を保護膜１５０で覆っておくことで、圧電素子３００を構成する圧電体層７０の破壊をより確実に防止して、圧電素子３００を常に良好に変位させることができる。
なお、上述した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。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。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上を搬送されるようになっている。
以上、本発明について詳細に説明したが、勿論、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、本発明の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説明したが、液体噴射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。本発明は、広く液体噴射ヘッドの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もの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（電界放出ディスプレー）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が挙げられる。
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル、 ３０ 保護基板、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体膜、 ８０ 上電極膜、 ８５ 中間膜、 １００ リザーバ、 １５０ 保護膜、 ２００ レジスト膜、 ３００ 圧電素子
Claims (5)
- 液滴を吐出するノズルにそれぞれ連通する圧力発生室が複数並設された流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に設けられる下電極膜、圧電体層及び上電極膜からなる圧電素子とを具備し、前記圧力発生室に対向する領域の前記下電極膜が当該圧力発生室の幅よりも狭い幅で形成され、前記圧力発生室に対応する領域の前記下電極膜の上面及び端面が前記圧電体層によって覆われると共に、前記圧力発生室に対向する領域の前記圧電体層の上面及び端面が前記上電極膜によって覆われた液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板上に前記下電極膜を成膜すると共に当該下電極膜を所定形状にパターニングする工程と、
前記流路形成基板上及び前記下電極膜上に前記圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に導電性を有する材料からなる中間膜を５μｍ以上５０μｍ以下の厚さで形成する工程と、
前記中間膜上に保護膜を形成し、この保護膜をマスクとして前記中間膜と共に前記圧電体層をエッチングすることにより所定形状にパターニングする工程と、
前記保護膜を剥離する工程と、
前記流路形成基板及び前記中間膜上に前記上電極膜を成膜する工程と、
を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 前記中間膜の材料として、イオン化傾向が前記上電極膜の材料と同一又はそれよりも小さい金属材料を用いたことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記中間膜の材料として、イリジウム、白金及びパラジウムからなる群から選択される何れか一つを用いたことを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記上電極膜を、前記中間膜よりも厚く且つ３０μｍ以上の厚さで形成することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記上電極膜の材料として、イリジウム、白金及びパラジウムからなる群から選択される何れか一つを用いたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
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