JP6375942B2 - 液体吐出装置及び液体吐出装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、液体を吐出する液体吐出装置、及び、液体吐出装置の製造方法に関する。
特許文献１には、液体吐出装置としてのインクジェットヘッドが開示されている。このインクジェットヘッドは、所定方向に配列された複数の圧力室が形成された流路形成基板と、この流路形成基板の複数の圧力室を覆う振動膜に、複数の圧力室にそれぞれ対応して配置された複数の圧電素子とを有する。
各圧電素子は、圧電膜と、圧電膜の下側に配置された下電極膜と、圧電膜の上側に配置された上電極膜とを有する。圧電膜は、複数の圧力室にわたって形成されている。複数の圧力室の間の領域において圧電膜が部分的に除去されることにより、圧電膜には複数の開口部が形成されている。下電極膜は、各圧力室に個別に設けられた個別電極である。一方、上電極膜は、複数の圧力室にわたって配置されており、複数の圧電素子についての共通電極である。
個別電極である下電極膜には、圧電素子を駆動する駆動ＩＣと接続するための駆動配線（リード電極）が接続されている。この配線は、圧電膜の上側に配置され、圧電膜に形成されたスルーホールを介して、下電極膜と導通している。
前記特許文献１のインクジェットヘッドでは、個別電極である下電極膜に接続される駆動配線が、圧電膜の上側に配置されているが、駆動配線が、圧電膜の下側に配置された構成を採用することも可能である。つまり、駆動配線が、下電極膜から、そのまま流路形成基板の表面に沿って延びる構成である。
尚、特許文献１では、複数の圧電素子が１列に配列された形態しか開示されていない。しかし、複数の圧電素子が２列以上の複数列に配列される場合、各圧電素子の駆動配線の引き出し方向によっては、ある１つの列を構成する圧電素子の間に、別の列の圧電素子に接続された駆動配線が通過する、という構成を採用することもある。
上記の構成を採用した場合において、複数の圧力室にわたって形成された圧電膜の、複数の圧力室の間の部分をエッチングで除去して開口部を形成した場合に、開口部が形成された部分に駆動配線が配置されていると、圧電膜のエッチングの際に駆動配線が一緒にエッチングされてしまう虞がある。これにより、駆動配線の厚みが薄くなる、駆動配線の抵抗値増大を招くとともに、断線の虞も生じ、電気的な信頼性が低下する。
本発明の目的は、複数の圧力室の間に、別の圧力室に対応する駆動配線が配置されている構成において、圧電膜のエッチングによって駆動配線の一部が同時にエッチングされても、配線の抵抗値増大の抑制、及び、電気的信頼性を確保できる液体吐出装置を提供することである。
第１の発明の液体吐出装置は、第１方向に沿って配列され、且つ、前記第１方向と直交する第２方向に並ぶ第１圧力室列と第２圧力室列を構成する複数の圧力室と、前記複数の圧力室を覆う振動膜を有する流路基板と、前記複数の圧力室と重なるように前記振動膜に成膜された圧電膜と、前記圧電膜の前記振動膜側の面に前記複数の圧力室にそれぞれ対応して配置され、前記第１圧力室列に対応する第１電極列と、前記第２圧力室列に対応する第２電極列とを構成する、複数の個別電極と、前記圧電膜の前記振動膜と反対側の面に配置され、前記複数の個別電極と前記圧電膜を挟んで対向するように配置された共通電極と、前記振動膜と前記圧電膜との間に配置されて前記第１電極列に属する複数の前記個別電極から前記第２方向にそれぞれ延びる複数の第１駆動配線と、前記振動膜と前記圧電膜との間に配置されて前記第２電極列に属する複数の前記個別電極から前記第２方向にそれぞれ延び、且つ、前記第１電極列に属する前記個別電極の間を通過する複数の第２駆動配線と、前記第１圧力室列に属する前記圧力室の間の前記圧電膜がエッチングされることにより前記圧電膜から露出した前記第２駆動配線に積層され、且つ、前記圧電膜のエッチング後に成膜された、金属膜を有することを特徴とするものである。
本発明では、圧電膜において、複数の圧電素子の個別電極が、複数の圧力室の配列に従って第１方向に配列され、且つ、第２方向に並ぶ２つの電極列を構成している。複数の個別電極にそれぞれ接続される複数の駆動配線は、振動膜と圧電膜との間において第２方向に延びている。また、２つの電極列のうちの第２電極列に対応する第２駆動配線は、第１電極列に属する個別電極の間を通過するように配置されている。その上で、圧電膜の、第１圧力室列に属する圧力室の間の部分がエッチングで除去されることにより、このエッチングされた領域において、第２駆動配線が圧電膜から露出している。
ここで、本発明では、圧電膜から露出した第２駆動配線に、圧電膜のエッチング後に成膜された金属膜が積層されている。そのため、圧電膜のエッチングの際に、第２駆動配線が削られてその厚みが薄くなってしまっても、その後に金属膜が積層されることによって、第２駆動配線の電気的信頼性が高くなる。
第２の発明の液体吐出装置は、前記第１の発明において、前記金属膜の一部が、前記圧電膜の上にも配置されていることを特徴とするものである。
本発明では、圧電膜のエッチングの後に金属膜が成膜されることで、金属膜の一部が圧電膜の上に配置された構成である。このように、金属膜の一部が圧電膜に重ねられていることにより、金属膜が、第２駆動配線の、圧電膜から露出した部分の全域を確実に覆うことが可能となる。
第３の発明の液体吐出装置は、前記第１又は第２の発明において、前記金属膜は、前記共通電極と同じ材料により、前記共通電極と同じ厚みに形成されていることを特徴とするものである。
本発明では、金属膜は、共通電極と同じ材料で同じ厚みの膜であるため、金属膜と共通電極とを同じ成膜プロセスで形成することができる。
第４の発明の液体吐出装置は、前記第１又は第２の発明において、前記共通電極は、前記圧電膜の前記振動膜と反対側の面において、前記個別電極と対向する領域から、前記個別電極と対向しない領域にわたって配置され、前記共通電極のうちの、前記個別電極と対向しない領域に、積層電極が配置され、前記金属膜は、前記積層電極と同じ材料により、前記積層電極と同じ厚みに形成されていることを特徴とするものである。
金属膜を、圧電素子を構成する他の電極膜と同じ成膜プロセスで形成するようにすれば、金属膜を形成するための特別なプロセスを増やす必要がない。但し、圧電膜から露出した第２駆動配線を覆う金属膜は、配線の抵抗値抑制、及び、信頼性確保という観点からは、膜厚が厚いことが好ましい。しかし、金属膜と共通電極とを同じ成膜プロセスで形成する場合、金属膜を厚くしようとすると、個別電極と圧電膜を挟んで対向する共通電極の厚みも厚くなるため、この共通電極の厚みによって圧電膜の変形が阻害されてしまう。
この点、本発明では、共通電極である共通電極の、個別電極とは対向しない領域には、共通電極よりも積層電極が配置されている。そして、上記の金属膜は、共通電極の上の積層電極と同じ材料で同じ厚みの膜であるため、金属膜と積層電極とを同じ成膜プロセスで形成できる。その場合、金属膜を厚く形成しようとすると、積層電極の厚みも大きくなる。しかし、積層電極は、個別電極とは対向していないため、積層電極の厚みが厚くても圧電膜の変形阻害は小さくなる。一方で、共通電極に、厚みの大きい積層電極が配置されることで、共通電極の実質的な電気抵抗が低下するという効果が得られる。
第５の発明の液体吐出装置は、前記第４の発明において、前記金属膜は、前記共通電極と同じ材料により、前記共通電極と同じ厚みに形成された第１膜と、前記積層電極と同じ材料により、前記積層電極と同じ厚みに形成された第２膜とを有することを特徴とするものである。
第２駆動配線に積層される金属膜が、共通電極と同じ材料で同じ厚みに形成された第１膜と、積層電極と同じ材料で同じ厚みに形成された第２膜が積層された構成であるため、金属膜による第２駆動配線の抵抗値抑制効果がさらに高まる。
第６の発明の液体吐出装置は、前記第１又は第２の発明において、前記共通電極と接続される共通配線を有し、前記金属膜は、前記共通配線と同じ材料により、前記共通配線と同じ厚みに形成された膜であることを特徴とするものである。
複数の圧電素子についての共通電極である共通電極に共通配線が接続されている。この構成において、金属膜は、上記共通配線と同じ材料で同じ厚みの膜であるため、金属膜と共通配線とを同じ成膜プロセスで形成することができる。
第７の発明の液体吐出装置は、前記第１〜第６の何れかの発明において、前記駆動配線は、白金で形成されていることを特徴とするものである。
駆動配線が白金で形成される場合は、できるだけ厚みを薄くしてコストを抑えたい。しかし、駆動配線の厚みが薄い場合、圧電膜のエッチングの際に第２駆動配線が同時にエッチングされたときに断線が生じる虞がある。従って、駆動配線が白金で形成される場合に、第２駆動配線に金属膜が積層される本発明が特に有効である。
第８の発明の液体吐出装置の製造方法は、前記第１の発明の液体吐出装置の製造方法であって、前記振動膜の上に、前記複数の圧力室に跨るように、前記圧電膜を成膜する圧電膜成膜工程と、前記圧電膜の前記振動膜側の面に配置される前記複数の個別電極を形成する個別電極形成工程と、前記圧電膜の前記振動膜と反対側の面に配置される前記共通電極を形成する共通電極形成工程と、前記複数の個別電極の前記第１電極列に対応する前記複数の第１駆動配線と、前記第２電極列に対応する前記複数の第２駆動配線と、を形成する配線形成工程と、前記第１方向において隣接する２つの圧力室の間の前記圧電膜をエッチングで除去する圧電膜エッチング工程と、前記圧電膜エッチング工程によって、前記圧電膜から露出した前記第２駆動配線の上に、前記金属膜を形成する、金属膜形成工程と、を備えていることを特徴とするものである。
本発明では、２つの圧力室の間の圧電膜を、エッチングで除去してから、このエッチングによって圧電膜から露出した第２駆動配線の上に金属膜を形成する。これにより、圧電膜のエッチングによって第２駆動配線が一緒にエッチングされて、その膜厚が薄くなってしまった場合でも、その後に金属膜を重ね合わせることにより、第２駆動配線の抵抗値増大を抑制することができる。
上記の第８の発明において、前記共通電極と前記金属膜とを同じ成膜プロセスで成膜してもよい（第９の発明）。また、共通電極に配置される積層電極と前記金属膜とを同じ成膜プロセスで成膜してもよい（第１０の発明）。あるいは、共通配線に接続される共通配線と、前記金属膜とを同じ成膜プロセスで成膜してもよい（第１１の発明）。
次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態に係るプリンタの概略的な平面図である。まず、図１を参照してインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。尚、図１に示す前後左右の各方向をプリンタの「前」「後」「左」「右」と定義する。また、紙面手前側を「上」、紙面向こう側を「下」とそれぞれ定義する。以下では、前後左右上下の各方向語を適宜使用して説明する。
（プリンタの概略構成）
図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、プラテン２と、キャリッジ３と、インクジェットヘッド４と、搬送機構５と、制御装置６等を備えている。
図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、プラテン２と、キャリッジ３と、インクジェットヘッド４と、搬送機構５と、制御装置６等を備えている。
プラテン２の上面には、被記録媒体である記録用紙１００が載置される。キャリッジ３は、プラテン２と対向する領域において２本のガイドレール１０，１１に沿って走査方向に往復移動可能に構成されている。キャリッジ３には無端ベルト１４が連結され、キャリッジ駆動モータ１５によって無端ベルト１４が駆動されることで、キャリッジ３は走査方向に移動する。
インクジェットヘッド４は、キャリッジ３に取り付けられており、キャリッジ３とともに走査方向に移動する。インクジェットヘッド４は、４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクカートリッジ１７が装着されるカートリッジホルダ７と、図示しないチューブによって接続されている。インクジェットヘッド４は、走査方向に並ぶ２つのヘッドユニット１６（１６ａ，１６ｂ）を備えている。各ヘッドユニット１６の下面（図１の紙面向こう側の面）には、プラテン２に載置された記録用紙１００に向けてそれぞれインクを吐出する、複数のノズル２４（図２〜図４参照）が形成されている。２つのヘッドユニット１６ａのうちの、一方のヘッドユニット１６ａは、ブラックとイエローの２色のインクを吐出するものであり、他方のヘッドユニット１６ｂは、シアンとマゼンタの２色のインクを吐出するものである。
搬送機構５は、搬送方向にプラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ１８，１９を有する。搬送機構５は、２つの搬送ローラ１８，１９によって、プラテン２に載置された記録用紙１００を搬送方向に搬送する。
制御装置６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、各種制御回路を含むＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を備える。 制御装置６は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＡＳＩＣにより、記録用紙１００への印刷等の各種処理を実行する。例えば、印刷処理においては、制御装置６は、ＰＣ等の外部装置から入力された印刷指令に基づいて、インクジェットヘッド４のヘッドユニット１６やキャリッジ駆動モータ１５等を制御して、記録用紙１００に画像等を印刷させる。具体的には、キャリッジ３とともにインクジェットヘッド４を走査方向に移動させながらインクを吐出させるインク吐出動作と、搬送ローラ１８，１９によって記録用紙１００を搬送方向に所定量搬送する搬送動作とを、交互に行わせる。
（インクジェットヘッドのヘッドユニットの詳細）
次に、インクジェットヘッド４のヘッドユニット１６の詳細構成について説明する。尚、２つのヘッドユニット１６ａ，１６ｂは同一の構造を有するため、以下では、ブラックとイエローのインクを吐出するヘッドユニット１６ａで代表して説明する。図２は、インクジェットヘッド４のヘッドユニット１６の上面図である。図３は、図２のＸ部拡大図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は、図３の圧電アクチュエータのＶ−Ｖ線断面図である。図２〜図５に示すように、ヘッドユニット１６は、ノズルプレート２０、第１流路基板２１、第２流路基板２２、圧電アクチュエータ２３等を備えている。尚、図２では、図面の簡素化のため、図４において第１流路基板２１の上方に位置する保護部材２８は、二点鎖線で外形のみ示されている。
次に、インクジェットヘッド４のヘッドユニット１６の詳細構成について説明する。尚、２つのヘッドユニット１６ａ，１６ｂは同一の構造を有するため、以下では、ブラックとイエローのインクを吐出するヘッドユニット１６ａで代表して説明する。図２は、インクジェットヘッド４のヘッドユニット１６の上面図である。図３は、図２のＸ部拡大図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は、図３の圧電アクチュエータのＶ−Ｖ線断面図である。図２〜図５に示すように、ヘッドユニット１６は、ノズルプレート２０、第１流路基板２１、第２流路基板２２、圧電アクチュエータ２３等を備えている。尚、図２では、図面の簡素化のため、図４において第１流路基板２１の上方に位置する保護部材２８は、二点鎖線で外形のみ示されている。
（ノズルプレート）
ノズルプレート２０は、例えば、シリコン等で形成されたプレートである。ノズルプレート２０には、複数のノズル２４が形成されている。図２に示すように、複数のノズル２４は、搬送方向に配列されて、走査方向に並ぶ４列のノズル列を構成している。右側の２列のノズル列は、ブラックインクを吐出するノズル列である。右側２列のノズル列の間で搬送方向におけるノズル２４の位置が、各ノズル列の配列ピッチＰの半分（Ｐ／２）だけずれている。左側の２列のノズル列は、イエローインクを吐出するノズル列である。左側２列のノズル列も、右側２列のノズル列と同様に、２列のノズル列の間で搬送方向におけるノズル２４の位置がＰ／２ずれている。
ノズルプレート２０は、例えば、シリコン等で形成されたプレートである。ノズルプレート２０には、複数のノズル２４が形成されている。図２に示すように、複数のノズル２４は、搬送方向に配列されて、走査方向に並ぶ４列のノズル列を構成している。右側の２列のノズル列は、ブラックインクを吐出するノズル列である。右側２列のノズル列の間で搬送方向におけるノズル２４の位置が、各ノズル列の配列ピッチＰの半分（Ｐ／２）だけずれている。左側の２列のノズル列は、イエローインクを吐出するノズル列である。左側２列のノズル列も、右側２列のノズル列と同様に、２列のノズル列の間で搬送方向におけるノズル２４の位置がＰ／２ずれている。
（流路部材）
第１流路基板２１、第２流路基板２２は、それぞれシリコン単結晶の基板である。第１流路基板２１には、複数のノズル２４とそれぞれ連通する複数の圧力室２６が形成されている。各圧力室２６は、走査方向に長い矩形の平面形状を有する。複数の圧力室２６は、複数のノズル２４に応じて搬送方向に配列されて、走査方向に並ぶ４列の圧力室列２７（２７ａ〜２７ｄ）を構成している。右側２列の圧力室列２７ａ，２７ｂがブラックインクの圧力室列２７であり、左側２列の圧力室列２７ｃ，２７ｄがイエローインクの圧力室列２７である。また、第１流路基板２１は、その上面に形成されて複数の圧力室２６を覆う振動膜３０を有する。振動膜３０は、シリコン基板の表面が酸化、あるいは、窒化されることにより形成されて膜である。
第１流路基板２１、第２流路基板２２は、それぞれシリコン単結晶の基板である。第１流路基板２１には、複数のノズル２４とそれぞれ連通する複数の圧力室２６が形成されている。各圧力室２６は、走査方向に長い矩形の平面形状を有する。複数の圧力室２６は、複数のノズル２４に応じて搬送方向に配列されて、走査方向に並ぶ４列の圧力室列２７（２７ａ〜２７ｄ）を構成している。右側２列の圧力室列２７ａ，２７ｂがブラックインクの圧力室列２７であり、左側２列の圧力室列２７ｃ，２７ｄがイエローインクの圧力室列２７である。また、第１流路基板２１は、その上面に形成されて複数の圧力室２６を覆う振動膜３０を有する。振動膜３０は、シリコン基板の表面が酸化、あるいは、窒化されることにより形成されて膜である。
第２流路基板２２は、第１流路基板２１の下面に接合されている。また、この第２流路基板２２の下面に、上述したノズル２４が接合されている。第２流路基板２２の、右側２列の圧力室列２７ａ，２７ｂと上下に重なる部分、及び、左側２列の圧力室２６ｃ，２７ｄと上下に重なる部分に、２つのマニホールド２５がそれぞれ形成されている。各マニホールド２５は、圧力室２６の配列方向である搬送方向に沿って延びている。図４に示すように、各マニホールド２５と、これに対応する圧力室列２７に属する圧力室２６とは、連通孔４５によって連通している。また、図２に示すように、２つのマニホールド２５は、第１流路基板２１に形成された２つのインク供給孔２９にそれぞれ連通している。そして、２つのインク供給孔２９は、図示しないチューブ等によって、カートリッジホルダ７に装着された２つのインクカートリッジ１７（図１参照）とそれぞれ接続されている。インクカートリッジ１７から供給されたインクは、マニホールド２５に供給され、さらに、このマニホールド２５から、対応する複数の圧力室２６にそれぞれ供給される。また、第２流路基板２２には、第１流路基板２１に形成された圧力室２６と、ノズル２４に形成されたノズル２４とを連通孔４６も形成されている。
次述の圧電アクチュエータ２３によって、圧力室２６内のインクに吐出エネルギーが付与されると、圧力室２６に連通するノズル２４から、インクの液滴が吐出される。
（圧電アクチュエータ）
圧電アクチュエータ２３は、複数の圧力室２６内のインクに、それぞれノズル２４から吐出させるための吐出エネルギーを付与するものである。圧電アクチュエータ２３は、複数の圧力室２６にそれぞれ対応して、第１流路基板２１の振動膜３０の上面に配置された複数の圧電素子３９を有する。各圧電素子３９は、圧電部３７と、下部電極３１と、上部電極３３とを有する。尚、図４に示すように、第１流路基板２１の上面には、圧電アクチュエータ２３の複数の圧電素子３９を覆う保護部材２８が接合されている。
圧電アクチュエータ２３は、複数の圧力室２６内のインクに、それぞれノズル２４から吐出させるための吐出エネルギーを付与するものである。圧電アクチュエータ２３は、複数の圧力室２６にそれぞれ対応して、第１流路基板２１の振動膜３０の上面に配置された複数の圧電素子３９を有する。各圧電素子３９は、圧電部３７と、下部電極３１と、上部電極３３とを有する。尚、図４に示すように、第１流路基板２１の上面には、圧電アクチュエータ２３の複数の圧電素子３９を覆う保護部材２８が接合されている。
圧電素子３９の構成について詳細に説明する。第１流路基板２１の振動膜３０の上面の、複数の圧力室２６と対向する領域に、複数の圧電素子３９の下部電極３１がそれぞれ形成されている。即ち、下部電極３１は、各圧力室２６に対して個別に設けられた個別電極である。複数の下部電極３１は、複数の圧力室２６の配列に対応して搬送方向に配列され、４つの電極列４２（４２ａ〜４２ｄ）を構成している。下部電極３１の形状は特に限定されないが、例えば、図３には、圧力室２６よりも小さい矩形の平面形状を有するものが示されている。尚、下部電極３１は、白金（Ｐｔ）で形成されている。
振動膜３０の上面には、複数の下部電極３１を覆うように圧電膜３２が形成されている。圧電膜３２は、振動膜３０の上面において、複数の圧力室２６と重なるように、４つの圧力室列２７にわたって形成された、平面視で矩形状の膜である。尚、圧電膜３２のうちの、各圧力室２６に対向する部分が、１つの圧電素子３９の圧電部３７を構成している。つまり、圧電膜３２は、複数の圧電素子３９の圧電部３７が互いに繋がって形成された膜であるとも言える。圧電膜３２は、例えば、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料からなる。あるいは、圧電膜３２は、鉛が含有されていない非鉛系の圧電材料で形成されていてもよい。
尚、圧電膜３２の、各圧力室２６に属する複数の圧力室２６の間の部分（隣接する圧電部３７の間の部分）には、エッチングによって開口部３２ａが形成されている。この開口部３２ａによって、隣接する圧電素子３９の間で圧電部３７が分離されることで、各圧電部３７の変形が促進される。
圧電膜３２の上面には、そのほぼ全面に、上部電極３３が形成されている。即ち、上部電極３３は、複数の圧電素子３９の下部電極３１と、圧電膜３２を挟んで共通に対向する、複数の圧電素子３９についての共通電極である。別の言い方をすれば、上部電極３３のうちの、複数の下部電極３１とそれぞれ対向する複数の電極部分が、互いに導通して一体化されている。上部電極３３は、例えば、イリジウム（Ｉｒ）で形成されている。
図２〜図４に示すように、上部電極３３の上面には、上部電極３３よりも厚い補助電極３４が積層されている。この補助電極３４は、上部電極３３の外周部、及び、４つの圧力室列２７ａ〜２７ｄの間の部分に配置されている。また、補助電極３４は、各圧力室２６とは対向しておらず、また、下部電極３１とも対向していない。補助電極３４は、金（Ａｕ）で形成されている。このように、上部電極３３の上に、厚みの大きい補助電極３４が設けられることで、複数の圧電部３７の上面に跨って配置されている上部電極３３の厚みを薄くして各圧電部３７に対する変形阻害を抑えつつも、共通電極全体の電気抵抗を小さくすることができる。尚、補助電極３４は、圧力室２６の一部と対向してもよいが、その場合でも、少なくとも下部電極３１とは対向しないように配置される。
尚、圧電膜３２の、下部電極３１と上部電極３３とに挟まれた圧電部３７は、それぞれ、厚み方向において上向き、即ち、下部電極３１から上部電極３３に向かう方向に分極されている。
図２〜図４に示すように、振動膜３０の上面には、複数の圧電素子３９の下部電極３１にそれぞれ接続された複数の駆動配線３５が配置されている。複数の駆動配線３５は、複数の下部電極３１と同じプロセスで成膜、パターニングされるものであり、下部電極３１と同じく白金で形成されている。尚、駆動配線３５の幅は、下部電極３１の搬送方向における幅よりも小さい。
本実施形態では、図２、図３に示すように、複数の下部電極３１にそれぞれ接続された複数の駆動配線３５の全てが、対応する下部電極３１から右方へ延びている。そのため、左側に位置する３つの電極列４２（４２ｂ〜４２ｄ）に属する下部電極３１から引き出された駆動配線３５は、それよりも右側に位置する他の電極列４２に属する下部電極３１の間を通過して右方へ延びている。例えば、図３に示すように、最も右側に位置する電極列４２ａに属する下部電極３１の間の領域には、それよりも左側に位置する３つの電極列４２ｂ〜４２ｄにそれぞれ対応する３本の駆動配線３５ｂ〜３５ｄが配置されている。
複数の駆動配線３５の右端部には、それぞれ駆動接点部４０が設けられている。尚、図３、図４に示すように、各駆動配線３５の、圧電膜３２から露出した、駆動接点部４０を含む右端部は、金からなる金属膜４３で覆われている。また、図２、図３に示すように、圧電膜３２の上面に配置されている、上部電極３３と導通する補助電極３４からも２本の共通配線３６がそれぞれ右方へ引き出されている。これらの共通配線３６は、金（Ａｕ）で形成されている。共通配線３６の右端部にはグランド接点部４１が設けられている。そして、複数の駆動配線３５にそれぞれ設けられた複数の駆動接点部４０と、２本の共通配線３６にそれぞれ設けられた２つのグランド接点部４１は、第１流路基板２１の右端部の上面において、搬送方向に並べて配置されている。
ここで、上述したように、圧電膜３２の、各圧力室列２７に属する複数の圧力室２６の間の部分（隣接する圧電素子３９の圧電部３７の間の部分）に、エッチングで開口部３２ａが形成されている。また、図２、図３に示すように、右側３つの圧力室列２７ａ〜２７ｃ（電極列４２ａ〜４２ｃ）においては、圧電膜３２に形成された開口部３２ａにより、搬送方向に隣接する下部電極３１の間を通過する、別の電極列４２からの駆動配線３５が圧電膜３２から露出している。
このような構成において、エッチング（特に、ドライエッチング）で圧電膜３２に開口部３２ａを形成したときに、開口部３２ａの形成位置にある駆動配線３５が、同時にエッチングされてしまい、駆動配線３５の膜厚が薄くなってしまう虞がある。特に、本実施形態では、配線３５は、下部電極３１とともに高価な白金で形成されているため、コストダウンの観点から、下部電極３１及び駆動配線３５の膜厚は極力薄くしたい。しかし、駆動配線３５の膜厚が薄いと、圧電膜３２のエッチングによって駆動配線３５がエッチングされたときに、断線が生じる虞もある。
そこで、本実施形態では、開口部３２ａにおいて圧電膜３２から露出した駆動配線３５に、圧電膜３２のエッチング後に成膜された金属膜３８が積層されることで、圧電膜３２のエッチング後に駆動配線３５が補強されている。図３に示すように、平面視で、金属膜３８は、露出した駆動配線３５から圧電膜３２まで跨って配置されており、金属膜３８の左右両端部が圧電膜３２に重なっている。これにより、開口部３２ａにおいて露出した駆動配線３５の全体が、金属膜３８によって覆われている。
金属膜３８の膜構成、及び、その膜形成材料については特に限定されないが、例えば、金属膜３８は、以下の構成にすることができる。図５に示すように、金属膜３８は、下層の第１膜３８ａと、この第１膜３８ａの上に積層された上層の第２膜３８ｂとを有する。後で詳しく説明するが、第１膜３８ａは、上部電極３３と同じ成膜プロセスによって、同じ材料（イリジウム）で形成された、上部電極３３と同じ厚みの膜である。また、第２膜３８ｂは、補助電極３４、及び、この補助電極３４に接続された共通配線３６と同じ成膜プロセスによって、同じ材料（金）で形成された、補助電極３４、及び、この補助電極３４と同じ厚みの膜である。
図２〜図４に示すように、第１流路基板２１の右端部の上面には、ＣＯＦ５０が接合されている。そして、第１流路基板２１の右端部に配置された複数の駆動接点部４０と、ＣＯＦ５０に形成された複数の配線５５とが、それぞれ電気的に接続されている。また、第１流路基板２１の右端部に配置された２つのグランド接点部４１は、ＣＯＦ５０に形成されたグランド配線（図示省略）と接続されている。尚、図示は省略するが、ＣＯＦ５０は、プリンタ１の制御装置６（図１参照）にも接続されている。
ＣＯＦ５０にはドライバＩＣ５１が実装されている。ドライバＩＣ５１は、制御装置６から送られてきた制御信号に基づいて、各圧電素子３９を駆動するための駆動信号を生成して出力する。ドライバＩＣ５１から出力された駆動信号は、ＣＯＦ５０の配線５５を介して駆動接点部４０に入力され、さらに、駆動配線３５を介して各下部電極３１に供給される。駆動信号が供給された下部電極３１の電位は、所定の駆動電位とグランド電位との間で変化する。また、グランド接点部４１がＣＯＦ５０のグランド配線と接続されることにより、グランド接点部４１と接続されている上部電極３３の電位は、常にグランド電位に維持される。
ドライバＩＣ５１から駆動信号が供給されたときの、各圧電素子３９の動作について説明する。駆動信号が供給されていない状態では、下部電極３１の電位はグランド電位となっており、上部電極３３と同電位である。この状態から、ある下部電極３１に駆動信号が供給されて、下部電極３１に駆動電位が印加されると、その下部電極３１と上部電極３３との電位差により、圧電部３７に、その厚み方向に平行な電界が作用する。ここで、圧電部３７の分極方向と電界の方向とが一致するために、圧電部３７はその分極方向である厚み方向に伸びて面方向に収縮する。この圧電部３７の収縮変形に伴って、振動膜３０が圧力室２６側に凸となるように撓む。これにより、圧力室２６の容積が減少して圧力室２６内に圧力波が発生することで、圧力室２６に連通するノズル２４からインクの液滴が吐出される。
次に、上述したインクジェットヘッド４のヘッドユニット１６の、特に、圧電アクチュエータ２３の製造工程について説明する。第１流路基板２１の振動膜３０の上に、様々な膜を順に、成膜及びパターニングしていくことにより、複数の圧電素子３９を含む圧電アクチュエータ２３を製造する。
図６は、（ａ）振動膜成膜、（ｂ）下部電極及び配線の形成、（ｃ）圧電膜成膜、（ｄ）圧電膜エッチング、の各工程を示す。
まず、図６（ａ）に示すように、第１流路基板２１の表面に、熱酸化等によって二酸化シリコン等の振動膜３０を成膜する。次に、図６（ｂ）に示すように、振動膜３０の上に、下部電極３１と、下部電極３１に接続される駆動配線３５とを白金で形成する。即ち、振動膜３０の上面に、スパッタリング等で白金の膜を成膜した後に、この白金の膜をエッチングでパターニングすることにより下部電極３１と駆動配線３５を形成する。
次に、振動膜３０の上面に圧電膜３２を形成する。まず、図６（ｃ）に示すように、複数の下部電極３１、及び、複数の駆動配線３５を覆うように、振動膜３０の上面の全域に圧電膜３２を、ゾルゲル法、スパッタリング法などで成膜する。次に、図６（ｄ）に示すように、圧電膜３２をドライエッチングでパターニングする。このとき、圧電膜３２の、各圧力室列２７を構成する複数の圧力室２６の間の部分もドライエッチングで除去して、圧電膜３２に開口部３２ａを形成する。尚、このドライエッチングによる開口部３２ａの形成の際に、圧電膜３２の、開口部３２ａが形成される部分の下に配置された駆動配線３５が、圧電膜３２と一緒に削られて、駆動配線３５の膜厚が薄くなることがある。
図７は、（ａ）上部電極用の導電膜成膜、（ｂ）導電膜エッチング（上部電極、及び、金属膜の第１膜の形成）の、各工程を示す。図７（ａ）に示すように、圧電膜３２の上面、及び、圧電膜３２の開口部３２ａから露出した駆動配線３５を覆うように、スパッタリング等の方法で、イリジウム等からなる導電膜５７を成膜する。次に、図７（ｂ）に示すように、導電膜５７にエッチングを行ってパターニングすることにより、圧電膜３２の上面に上部電極３３を形成するとともに、露出した駆動配線３５を個々に覆う第１膜３８ａを、上部電極３３から分離して形成する。
図８は、（ａ）フォトレジストによるマスク形成、（ｂ）金メッキによる、補助電極３４及び金属膜３８の第２膜３８ｂの形成、（ｃ）フォトレジスト剥離、の各工程を示す。次に、補助電極３４、及び、金属膜３８の第２膜を金メッキで形成する。
まず、図８（ａ）に示すように、振動膜３０及び圧電膜３２の上面において、上部電極３３の一部領域、及び、開口部３２ａにおいて圧電膜３２から露出した駆動配線３５が形成された領域を除いて、フォトレジストのマスク５８を設置する。次に、図８（ｂ）に示すように、マスク５８で覆われていない領域に、金メッキによって金の膜を成膜する。これにより、圧電膜３２の上面に補助電極３４を形成するとともに、この補助電極３４に接続される共通配線３６を形成し、さらに、圧電膜３２から露出した駆動配線３５の上に、金属膜３８の第２膜３８ｂを形成する。その後、図８（ｃ）に示すように、フォトレジストのマスク５８を剥離する。
このように、圧電膜３２のエッチングの後に、開口部３２ａから露出した駆動配線３５の上に、金属膜３８の第１膜３８ａと第２膜３８ｂが順に積層される。これにより、圧電膜３２のエッチングによって駆動配線３５の一部が同時にエッチングされても、駆動配線３５が金属膜３８によって補強される。
以上のようにして、振動膜３０の上に複数の圧電素子３９を形成したら、複数の圧電素子３９を覆うように、第１流路基板２１に保護部材２８（図４参照）を接合する。また、第１流路基板２１に複数の圧力室２６をエッチングで形成する。さらに、第１流路基板２１に、第２流路基板２２、及び、ノズル２４を接合し、ヘッドユニット１６の製造を完了する。
以上説明したように、本実施形態では、圧電膜３２にエッチングで形成された開口部３２ａにおいて、圧電膜３２から露出した駆動配線３５に、圧電膜３２のエッチングの後に成膜した金属膜３８が積層されている。これにより、圧電膜３２にエッチングで開口部３２ａを形成する際に、開口部３２ａが形成される領域において駆動配線３５が削られてその厚みが薄くなってしまっても、その後に金属膜３８が積層されることによって、駆動配線３５の電気的信頼性が高くなる。
また、図３に示すように、圧電膜３２のエッチングの後に金属膜３８が成膜されることで、金属膜３８の一部が圧電膜３２の上に配置されている。このように、金属膜３８の一部が圧電膜３２に重ねられるようにすることで、金属膜３８によって、駆動配線３５の、圧電膜３２から露出した部分の全域を確実に覆うことが可能となる。
また、金属膜３８は、この金属膜３８を形成するための特別なプロセスが増えることがないように、他の電極膜と同じ成膜プロセスで形成することが好ましい。
この点、本実施形態では、金属膜３８は、上部電極３３と同じ材料で同じ厚みに形成された第１膜３８ａと、補助電極３４及び共通配線３６と同じ材料で同じ厚みに形成された第２膜３８ｂとを有する。そのため、上部電極３３と同じ成膜プロセスで第１膜３８ａを形成し、補助電極３４及び共通配線３６と同じ成膜プロセスで第２膜３８ｂを形成することができるため、金属膜３８を形成するための特別なプロセスが不要である。
尚、駆動配線３５を補強するという観点からは、金属膜３８の厚みは厚いことが望ましい。しかし、金属膜３８の厚みを大きくしようとすると、この金属膜３８と同じ成膜プロセスで形成される電極膜の厚みも大きくなる。そのために、下部電極３１と対向する上部電極３３の厚みが大きくなってしまうと、この上部電極３３の厚みによって圧電部３７の変形阻害が大きくなる。
これについて、本実施形態では、金属膜３８は、上部電極３３と同じ成膜プロセスで成膜される第１膜３８ａに加えて、補助電極３４と同じ成膜プロセスで成膜される第２膜３８ｂを有する。まず、金属膜３８が２種類の膜を有するために、駆動配線３５の補強効果がさらに高まる。これに加えて、金属膜３８の第２膜３８ｂと同じ成膜プロセスで形成される補助電極３４は、下部電極３１とは対向しない領域に配置されている。そのため、金属膜３８の第２膜３８ｂの厚みを大きくするために、補助電極３４の厚みが大きくなっても、それによる圧電膜３２の変形阻害は小さい。また、厚みの薄い上部電極３３の上に、厚みの大きい補助電極３４が配置されることで、共通電極の実質的な電気抵抗が低下するという効果も得られる。
以上説明した実施形態において、インクジェットヘッド４が、本発明の「液体吐出装置」に相当する。第１流路基板２１が、本発明の「流路基板」に相当する。下部電極３１が、本発明の「個別電極」に相当し、上部電極３３が、本発明の「共通電極」に相当する。補助電極が、本発明の「積層電極」に相当する。
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
１］駆動配線３５に重ねられる金属膜３８の材質は、イリジウムや金には限られない。また、材料によって、膜の形成方法は適宜変更してよい。例えば、補助電極３４がアルミニウム系の材料（Ａｌ−Ｃｕ系合金など）で形成される場合は、図９のような工程で金属膜３８を形成することができる。図９は、変更形態の圧電アクチュエータの製造工程（特に、金属膜の形成工程）を示す図であり、（ａ）は上部電極形成、（ｂ）はアルミニウム系の導電膜の成膜、（ｃ）は、導電膜のエッチング、（ｄ）は保護膜の成膜、の各工程を示す。
図９（ａ）の上部電極３３及び金属膜３８の第１膜３８ａの形成は、前記実施形態と同じく、スパッタリング等による導電膜の成膜と、エッチングによる導電膜のパターニングによって行う。上部電極３３を形成したら、次に、圧電膜３２（上部電極３３）の上面から、圧電膜３２の開口部３２ａが形成された領域にかけて、アルミニウム系の材料による導電膜６０を形成する。次に、この導電膜６０をエッチングによってパターニングすることで、補助電極３４と、金属膜３８の第２膜３８ｂとを形成する。尚、アルミニウム系の材料は、前記実施形態で使用している金と比較して、マイグレーションを起こしやすい材料である。そのため、マイグレーションを防止するために、図９（ｄ）に示すように、アルミニウム系の材料で形成された補助電極３４、及び、金属膜３８の第２膜３８ｂを覆うように、絶縁材料からなる保護膜６１を形成することが好ましい。保護膜６１の材料としては、窒化シリコン、二酸化シリコン、アルミナなどを好適に用いることができる。
２］前記実施形態では、圧電膜３２から露出した駆動配線３５に積層される金属膜３８が、下部電極３１と同じ材料で同じ厚みに形成された第１膜３８ａと、補助電極３４と同じ材料で同じ厚みに形成された第２膜３８ｂとを有するものとなっている。これに対して、図１０（ａ）に示すように、金属膜６８が、上部電極３３と同じ成膜プロセスによって、上部電極３３と同じ材料で同じ厚みに形成された膜のみを有するものであってよい。上部電極３３に補助電極３４が設けられてない場合などに、上記の構成を採用しうる。あるいは、図１０（ｂ）に示すように、金属膜７８が、補助電極３４と同じ成膜プロセスによって、補助電極３４と同じ材料で同じ厚みに形成された膜のみを有するものであってよい。
あるいは、他の電極膜の成膜プロセスとは別のプロセスで、圧電膜３２から露出した配線３５の上に金属膜が形成されてもよい。その場合は、下部電極３１や補助電極３４等の他の電極膜の材質とは関係なく、金属膜の材質を自由に選定できる。
３］前記実施形態では、複数の圧力室２６が４列の圧力室列２７を構成し、これら複数の圧力室２６に対応して複数の圧電素子３９も４列に配列された構成となっているが、圧電素子の列数は４列には限られない。例えば、圧電素子の配列数が２列であって、一方の圧電素子に対応する駆動配線が、他方の圧電素子列の圧電素子の間に配置される形態についても、本発明を適用可能である。
４］前記実施形態では、図２に示すように、４列に配列された全ての圧力室２６にわたって圧電膜３２が形成されているが、圧電膜が複数に分離されている場合にも本発明を適用することは可能である。例えば、４列の圧力室列２７にそれぞれ対応して、互いに分離した４つの圧電膜が設けられてもよい。さらには、複数の圧電膜が、複数の圧力室２６にそれぞれ対応して個別に設けられてもよい。即ち、複数の圧電素子の圧電部が、互いに分離した構成であってもよい。
以上説明した実施形態及びその変更形態は、本発明を、記録用紙にインクを吐出して画像等を印刷するインクジェットヘッドの圧電アクチュエータに適用したものであるが、画像等の印刷以外の様々な用途で使用される液体吐出装置においても本発明は適用されうる。例えば、基板に導電性の液体を吐出して、基板表面に導電パターンを形成する液体吐出装置にも、本発明を適用することは可能である。
４ インクジェットヘッド
１６ ヘッドユニット
２１ 第１流路基板
２４ ノズル
２６ 圧力室
２７ａ〜２７ｄ 圧力室列
３０ 振動膜
３１ 下部電極
３２ 圧電膜
３２ａ 開口部
３３ 上部電極
３４ 補助電極
３５ 駆動配線
３６ 共通配線
３８ 金属膜
３８ａ 第１膜
３８ｂ 第２膜
４２ａ〜４２ｄ 電極列
６８ 金属膜
７８ 金属膜
１６ ヘッドユニット
２１ 第１流路基板
２４ ノズル
２６ 圧力室
２７ａ〜２７ｄ 圧力室列
３０ 振動膜
３１ 下部電極
３２ 圧電膜
３２ａ 開口部
３３ 上部電極
３４ 補助電極
３５ 駆動配線
３６ 共通配線
３８ 金属膜
３８ａ 第１膜
３８ｂ 第２膜
４２ａ〜４２ｄ 電極列
６８ 金属膜
７８ 金属膜
Claims (11)
- 第１方向に沿って配列され、且つ、前記第１方向と直交する第２方向に並ぶ第１圧力室列と第２圧力室列を構成する複数の圧力室と、前記複数の圧力室を覆う振動膜を有する流路基板と、
前記複数の圧力室と重なるように前記振動膜に成膜された圧電膜と、
前記圧電膜の前記振動膜側の面に前記複数の圧力室にそれぞれ対応して配置され、前記第１圧力室列に対応する第１電極列と、前記第２圧力室列に対応する第２電極列とを構成する、複数の個別電極と、
前記圧電膜の前記振動膜と反対側の面に配置され、前記複数の個別電極と前記圧電膜を挟んで対向するように配置された共通電極と、
前記振動膜と前記圧電膜との間に配置されて前記第１電極列に属する複数の前記個別電極から前記第２方向にそれぞれ延びる複数の第１駆動配線と、前記振動膜と前記圧電膜との間に配置されて前記第２電極列に属する複数の前記個別電極から前記第２方向にそれぞれ延び、且つ、前記第１電極列に属する前記個別電極の間を通過する複数の第２駆動配線と、
前記第１圧力室列に属する前記圧力室の間の前記圧電膜がエッチングされることにより前記圧電膜から露出した前記第２駆動配線に積層され、且つ、前記圧電膜のエッチング後に成膜された金属膜と、を有することを特徴とする液体吐出装置。 - 前記金属膜の一部が、前記圧電膜の上にも配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
- 前記金属膜は、前記共通電極と同じ材料により、前記共通電極と同じ厚みに形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
- 前記共通電極は、前記圧電膜の前記振動膜と反対側の面において、前記個別電極と対向する領域から、前記個別電極と対向しない領域にわたって配置され、
前記共通電極のうちの、前記個別電極と対向しない領域に、積層電極が配置され、
前記金属膜は、前記積層電極と同じ材料により、前記積層電極と同じ厚みに形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。 - 前記金属膜は、前記共通電極と同じ材料により、前記共通電極と同じ厚みに形成された第１膜と、前記積層電極と同じ材料により、前記積層電極と同じ厚みに形成された第２膜とを有することを特徴とする請求項４に記載の液体吐出装置。
- 前記共通電極と接続される共通配線を有し、
前記金属膜は、前記共通配線と同じ材料により、前記共通配線と同じ厚みに形成された膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。 - 前記駆動配線は、白金で形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の液体吐出装置。
- 請求項１の液体吐出装置の製造方法であって、
前記振動膜の上に、前記複数の圧力室に跨るように、前記圧電膜を成膜する圧電膜成膜工程と、
前記圧電膜の前記振動膜側の面に配置される前記複数の個別電極を形成する個別電極形成工程と、
前記圧電膜の前記振動膜と反対側の面に配置される前記共通電極を形成する共通電極形成工程と、
前記複数の個別電極の前記第１電極列に対応する前記複数の第１駆動配線と、前記第２電極列に対応する前記複数の第２駆動配線と、を形成する配線形成工程と、
前記第１方向において隣接する２つの圧力室の間の前記圧電膜をエッチングで除去する圧電膜エッチング工程と、
前記圧電膜エッチング工程によって、前記圧電膜から露出した前記第２駆動配線の上に、前記金属膜を形成する、金属膜形成工程と、
を備えていることを特徴とする液体吐出装置の製造方法。 - 前記共通電極形成工程において、前記共通電極と前記金属膜とを同じ成膜プロセスで成膜することを特徴とする請求項８に記載の液体吐出装置の製造方法。
- 前記共通電極形成工程において、前記共通電極を、前記圧電膜の前記振動膜と反対側の面において、前記個別電極と対向する領域から、前記個別電極と対向しない領域にわたって形成し、
前記共通電極のうちの、前記個別電極と対向しない領域に積層電極を形成する積層電極形成工程を、さらに備え、
前記積層電極形成工程において、前記積層電極と前記金属膜とを同じ成膜プロセスで成膜することを特徴とする請求項８に記載の液体吐出装置の製造方法。 - 前記共通電極と接続される共通配線を形成する共通配線形成工程をさらに備え、
前記共通配線形成工程において、前記共通配線と前記金属膜とを同じ成膜プロセスで成膜することを特徴とする請求項８に記載の液体吐出装置の製造方法。
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