JP6394901B2 - 液体噴射ヘッド - Google Patents
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Description
本発明は液体噴射ヘッドに関し、特に圧電素子の高密度化を図る場合に適用して有用なものである。
電圧を印加することにより変位する圧電素子は、例えば、液滴を噴射する液体噴射ヘッド等に搭載される。このような液体噴射ヘッドとしては、例えば、ノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動膜で構成し、この振動膜を圧電素子により変形させて圧力発生室内に充填された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（以下、記録ヘッドともいう）が知られている。
この種の記録ヘッドにおいて、絶縁体膜上に配設された圧電素子の高密度化を図るには、前記振動膜の変位を稼ぐため、例えばジルコニア膜で形成される絶縁体膜を薄くする必要がある。
特許文献１には、絶縁体膜となるジルコニア膜の成膜条件を規定することで前記ジルコニア膜の表面粗さを制御し、これにより圧電体層の特性を向上させる技術が開示されている。
図８は、絶縁体膜の表面粗さ（ラフネス）Ｒａと圧電体層（ＰＺＴ）結晶の（１００）配向率との相関を示すグラフである。同図に示すように、表面粗さＲａの数値が大きくなる程、圧電体層の配向率も大きくなり良好な結晶となる。このことは、表面粗さＲａを大きくすれば圧電体層の結晶性を制御しながら絶縁体膜の薄膜化が可能となることを示唆している。すなわち、絶縁体膜の薄膜化を実現できれば、圧電素子の駆動に伴う変位を大きくとることができる。
しかしながら、特許文献１に示すように、絶縁体膜（ジルコニア膜）の成膜条件だけで表面粗さＲａを制御することは難しく、圧電体層の結晶性を向上させることは難しかった。すなわち、特許文献１等に示す従来技術においては、圧電素子の高密度化のために絶縁体膜の膜厚を薄くしたいが、薄くすると表面粗さＲａが大きくならず、圧電体層の配向率が低くなってしまう。そこで、絶縁体膜の膜厚を厚くせざるを得なかった。
本発明は、上記従来技術に鑑み、圧電体層の結晶性を制御しながら絶縁体膜の薄膜化を可能にする圧電素子を備えた液体噴射ヘッドを提供することを目的とする。
上記目的を達成する本発明の態様は、流路形成基板上に配設された圧電素子を有し、該圧電素子の駆動に伴う振動膜の変位により、圧力発生室内に充填された液体に圧力を作用させ、ノズル開口を介して前記液体を前記ノズル開口から吐出する液体噴射ヘッドであって、前記圧電素子は、前記振動膜上に形成される絶縁体膜と、該絶縁体膜上に形成される第１電極膜と、該第１電極膜上に形成される圧電体層と、該圧電体層上に形成される第２電極膜とを有し、さらに前記絶縁体膜は、前記振動膜上に成膜した下絶縁体膜と、該下絶縁体膜上に成膜した前記下絶縁体膜と同一材料で結晶構造が異なる上絶縁体膜とを有し、前記下絶縁体膜は、スパッタ法により成膜するとともに、前記上絶縁体膜は、液相法により成膜したものであり、前記上絶縁体膜の表面粗さＲａは、０．７ｎｍ以上であ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、絶縁体膜が、振動膜上に成膜した下絶縁体膜と、該下絶縁体膜上に成膜した上絶縁体膜とで形成されており、しかも上絶縁体膜は下絶縁体膜と同一材料で結晶構造が異なるものであるので、絶縁体膜の表面粗さＲａを大きくすることができる。この結果、第１電極膜を介して絶縁体膜上に形成される圧電体層の配向率を大きくすることができ、圧電体層の結晶性を制御しながら絶縁体膜の薄膜化が可能となる。かくして、圧電素子の駆動に伴う変位を大きくとることができる。
また、スパッタ法により形成された下絶縁体膜は柱状の粒子で形成されており、圧電体層からのＰｂの拡散を良好に抑制する一方、液相法により形成された上絶縁体膜は小さな粒子で形成されており、ヤング率が小さく圧電体層の結晶性を向上させることができるからである。
さらに、大きな表面粗さＲａを得られ、圧電体層の配向性を９０％以上にすることができるからである。
また、上絶縁体膜の膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で形成するのが望ましい。下絶縁体膜の膜厚は、２０ｎｍ〜５０ｎｍで、かつ絶縁体膜の膜厚は、１００ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲で形成するのが望ましい。これにより、絶縁体膜の膜厚を、従来の約４００ｎｍから約１２５ｎｍへと薄膜化が可能になるからである。
また、前記液相法により成膜した上絶縁体膜には１０％以下のイットリウムを添加するのが望ましい。上絶縁体膜の結晶の安定化を図ることができるからである。
また、他の態様は、流路形成基板上に配設された圧電素子を有し、該圧電素子の駆動に伴う振動膜の変位により、圧力発生室内に充填された液体に圧力を作用させ、ノズル開口を介して前記液体を前記ノズル開口から吐出する液体噴射ヘッドであって、前記圧電素子は、前記振動膜上に形成される絶縁体膜と、該絶縁体膜上に形成される第１電極膜と、該第１電極膜上に形成される圧電体層と、該圧電体層上に形成される第２電極膜とを有し、さらに前記絶縁体膜は、前記振動膜上に成膜した下絶縁体膜と、該下絶縁体膜上に成膜した前記下絶縁体膜と同一材料で結晶構造が異なる上絶縁体膜とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
本態様によれば、絶縁体膜が、振動膜上に成膜した下絶縁体膜と、該下絶縁体膜上に成膜した上絶縁体膜とで形成されており、しかも上絶縁体膜は下絶縁体膜と同一材料で結晶構造が異なるものであるので、絶縁体膜の表面粗さＲａを大きくすることができる。この結果、第１電極膜を介して絶縁体膜上に形成される圧電体層の配向率を大きくすることができ、圧電体層の結晶性を制御しながら絶縁体膜の薄膜化が可能となる。かくして、圧電素子の駆動に伴う変位を大きくとることができる。
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また、スパッタ法により形成された下絶縁体膜は柱状の粒子で形成されており、圧電体層からのＰｂの拡散を良好に抑制する一方、液相法により形成された上絶縁体膜は小さな粒子で形成されており、ヤング率が小さく圧電体層の結晶性を向上させることができるからである。
さらに、大きな表面粗さＲａを得られ、圧電体層の配向性を９０％以上にすることができるからである。
また、上絶縁体膜の膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で形成するのが望ましい。下絶縁体膜の膜厚は、２０ｎｍ〜５０ｎｍで、かつ絶縁体膜の膜厚は、１００ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲で形成するのが望ましい。これにより、絶縁体膜の膜厚を、従来の約４００ｎｍから約１２５ｎｍへと薄膜化が可能になるからである。
また、前記液相法により成膜した上絶縁体膜には１０％以下のイットリウムを添加するのが望ましい。上絶縁体膜の結晶の安定化を図ることができるからである。
また、他の態様は、流路形成基板上に配設された圧電素子を有し、該圧電素子の駆動に伴う振動膜の変位により、圧力発生室内に充填された液体に圧力を作用させ、ノズル開口を介して前記液体を前記ノズル開口から吐出する液体噴射ヘッドであって、前記圧電素子は、前記振動膜上に形成される絶縁体膜と、該絶縁体膜上に形成される第１電極膜と、該第１電極膜上に形成される圧電体層と、該圧電体層上に形成される第２電極膜とを有し、さらに前記絶縁体膜は、前記振動膜上に成膜した下絶縁体膜と、該下絶縁体膜上に成膜した前記下絶縁体膜と同一材料で結晶構造が異なる上絶縁体膜とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
本態様によれば、絶縁体膜が、振動膜上に成膜した下絶縁体膜と、該下絶縁体膜上に成膜した上絶縁体膜とで形成されており、しかも上絶縁体膜は下絶縁体膜と同一材料で結晶構造が異なるものであるので、絶縁体膜の表面粗さＲａを大きくすることができる。この結果、第１電極膜を介して絶縁体膜上に形成される圧電体層の配向率を大きくすることができ、圧電体層の結晶性を制御しながら絶縁体膜の薄膜化が可能となる。かくして、圧電素子の駆動に伴う変位を大きくとることができる。
ここで、前記下絶縁体膜は、スパッタ法により成膜するとともに、前記上絶縁体膜は、液相法により成膜するのが望ましい。スパッタ法により形成された下絶縁体膜は柱状の粒子で形成されており、圧電体層からのＰｂの拡散を良好に抑制する一方、液相法により形成された上絶縁体膜は小さな粒子で形成されており、ヤング率が小さく圧電体層の結晶性を向上させることができるからである。
また、上絶縁体膜の膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で形成するのが望ましい。下絶縁体膜の膜厚は、２０ｎｍ〜５０ｎｍで、かつ絶縁体膜の膜厚は、１００ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲で形成するのが望ましい。これにより、絶縁体膜の膜厚を、従来の約４００ｎｍから約１２５ｎｍへと薄膜化が可能になるからである。
さらに、前記上絶縁体膜の表面粗さＲａは、０．７ｎｍ以上であることが望ましい。大きな表面粗さをＲａが得られ、圧電体層の配向性を９０％以上にすることができるからである。また、前記液相法により成膜した上絶縁体膜には１０％以下のイットリウムを添加するのが望ましい。上絶縁体膜の結晶の安定化を図ることができるからである。
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図、図２は、図１の平面図及び断面図である。これら図１及び図２に示すように、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からなる振動膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより形成され、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護基板のマニホールド部と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールドの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３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。
図１は、本発明の実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図、図２は、図１の平面図及び断面図である。これら図１及び図２に示すように、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からなる振動膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより形成され、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護基板のマニホールド部と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールドの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３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。
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開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、後述するマスク膜を介して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、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍ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、シリコン単結晶基板又は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の開口面側とは反対側には、上述したように、厚さが例えば約０．５μｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる振動膜５０が形成され、この振動膜５０上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５５が形成されている。本実施形態における絶縁体膜５５は、振動膜５０上に成膜した下絶縁体膜と、該下絶縁体膜上に成膜した前記下絶縁体膜と同一材料で結晶構造が異なる上絶縁体膜とからなる２層構造の膜である。かかる絶縁体膜５５は、絶縁体膜５５と同一材料（本形態ではジルコニウム）を液相法によりオーバーコートすることにより形成している。この場合、液相法によりオーバーコートした絶縁体膜５５の表面粗さＲａは、０．７ｎｍ以上で３ｎｍ未満とするのが好ましい。表面粗さＲａを０．７ｎｍ以上とすることにより、図８に示すように、圧電体層７０の配向率を９０％以上とすることができるからである。また、このように、液相法により成膜した絶縁体膜５５には１０％以下のイットリウムを添加するのが望ましい。絶縁体膜５５の結晶を安定させるためである。
上述の如く本実施形態における絶縁体膜５５は、絶縁体膜５５と同一材料であるジルコニウム膜を液相法によりオーバーコートして形成される。この結果、図３に模式的に示すように、本実施形態における絶縁体膜５５は、振動膜５０（例えば、図１参照）上に成膜された下絶縁体膜５５Ａと下絶縁体膜５５Ａ上に成膜された上絶縁体膜５５Ｂの２層構造となっている。そして、本実施形態においては、下絶縁体膜５５Ａはスパッタ法により成膜され、また上絶縁体膜５５Ｂは液相法により成膜される。
この結果、スパッタ法により成膜された下絶縁体膜５５Ａは柱状の粒子が密に集合した結晶構造となり圧電体層７０からのＰｂの拡散を良好に抑制することができる。一方、液相法により成膜された上絶縁体膜５５Ｂは小径の粒子が疎に集合した結晶構造となりヤング率が小さい柔軟な膜とすることができる。ここで、下絶縁体膜５５Ａの膜厚ｔ１＞上絶縁体膜５５Ｂの膜厚ｔ２の関係が成立するように成膜してある。
ここで、絶縁体膜５５の膜厚は、１００ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲に収まるように成膜してある。さらに詳言すると、上絶縁体膜５５Ｂの膜厚が、基準値を７０ｎｍとして５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲に収まるように成膜するとともに、下絶縁体膜５５Ａの膜厚を２０〜５０ｎｍとしつつ、下絶縁体膜５５Ａと上絶縁体膜５５Ｂの合計膜厚が、基準値を１２５ｎｍとして１００ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲に収まるように成膜する。このことにより、従来、約４００ｎｍとなっていた絶縁体膜５５の膜厚を、約１２５ｎｍまで薄膜化することができる。
なお、本実施形態においては、スパッタ法による膜を下絶縁体膜５５Ａ、液相法による膜を上絶縁体膜５５Ｂとしたが、この関係により、上述の如くスパッタ法による成膜に伴うメリットと、液相法による成膜に伴うメリットとを同時に享有できる。ただ、下絶縁体膜５５Ａ及び上絶縁体膜５５Ｂの上下関係は、本実施形態に限定する必要はない。上下関係が逆でも構わない。要するに、絶縁体膜５５が、下絶縁体膜と、該下絶縁体膜上に成膜した下絶縁体膜と同一材料で、結晶構造が異なる上絶縁体膜とからなる２層構造となっていれば良い。
絶縁体膜５５上には、下電極膜である第１電極膜６０と、圧電体層７０と、上電極膜である第２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。ここで、圧電素子３００は、第１電極膜６０、圧電体層７０及び第２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層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。本実施形態では、第１電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２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構わない。何れの場合においても、各圧力発生室１２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、本形態では、振動膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極膜６０が振動板としての役割を果たす。
また、このような各圧電素子３００の第２電極膜８０には、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。
また、流路形成基板１０上の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００に対向する領域に圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤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。さらに、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１３に対応する領域にマニホールド部３２が設けられている。このマニホールド部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１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００を構成している。
保護基板３０の圧電素子保持部３１とマニホールド部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、この貫通孔３３内に第１電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出され、これら第１電極膜６０及びリード電極９０には、図示しないが、一端が駆動ＩＣに接続された接続配線の他端が接続される。
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。
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。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電極膜６０と第２電極膜８０との間に電圧を印加し、振動膜５０、絶縁体膜５５、第１電極膜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開口２１からインクが吐出する。
以上、本実施形態に係る記録ヘッドによれば、絶縁体膜５５が、振動膜５０上に成膜した下絶縁体膜５５Ａと、該下絶縁体膜５５Ａ上に成膜した上絶縁体膜５５Ｂとで形成されており、しかも上絶縁体膜５５Ｂは下絶縁体膜５５Ａと同一材料で結晶構造が異なるものであるので、絶縁体膜５５の表面粗さＲａを大きくすることができる。この結果、第１電極膜６０を介して絶縁体膜５５上に形成される圧電体層７０の配向率を大きくすることができ、圧電体層７０の結晶性を制御しながら絶縁体膜５５の薄膜化が可能となる。かくして、圧電素子の駆動に伴う変位を大きくとることができる。
次に、上述の如きインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドともいう）の製造方法について、図４〜図７を参照して説明する。なお、図４〜図７は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に振動膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板１０として、膜厚が約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
次いで、図４（ｂ）に示すように、振動膜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。具体的には、振動膜５０（二酸化シリコン膜５１上に、ジルコニウム（Ｚｒ）層を形成する。次に、ジルコニウム層を熱酸化して酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成し、絶縁体膜５５を形成する。本実施形態における絶縁体膜５５は、前述の如く振動膜５０上に成膜した下絶縁体膜５５Ａと、該下絶縁体膜５５Ａ上に成膜した下絶縁体膜５５Ａと同一材料で結晶構造が異なる上絶縁体膜５５Ｂとで形成した２層構造の膜として成膜してある。
次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、少なくとも白金とイリジウムとからなる第１電極膜６０を絶縁体膜５５の全面にスパッタ法等により形成後、第１電極膜６０を所定形状にパターニングする。なお、この第１電極膜６０の表面粗さＲａは、絶縁体膜５５の表面粗さＲａに依存する。本実施形態では、絶縁体膜５５を２層構造として表面粗さＲａを大きくしてあるので、第１電極膜６０に成膜される圧電体層７０の配向性を良好に維持することができる。
次に、図４（ｄ）に示すように、第１電極膜６０及び絶縁体膜５５上に、チタン（Ｔｉ）をスパッタ法、例えば、ＤＣスパッタ法で２回以上、本実施形態では２回塗布することにより所定の厚さで連続する種チタン層６５を形成する。この種チタン層６５の膜厚は、１ｎｍ〜８ｎｍの範囲内となるように形成するのが好ましい。種チタン層６５をこのような厚さで形成することにより、後述する工程で形成される圧電体層７０の結晶性を向上させることができるからである。
次に、このように形成した種チタン層６５上に、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成する。本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・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ＰＺＴからなる圧電体層７０を形成する。
かかる圧電体層７０を形成した後は、図５（ａ）に示すように、例えば、イリジウムからなる第２電極膜８０を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び第２電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９１を形成する。その後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して金属層９１を圧電素子３００毎にパターニングすることでリード電極９０が形成される。
次に、図６（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハ１３０を接合する。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上する。
次いで、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸によって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を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、約７０μｍ厚になるように流路形成基板用ウェハ１１０をエッチング加工する。
次いで、図６（ｃ）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）からなるマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜５２を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることにより、図７に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。
その後は、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する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０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、流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、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、液体噴射装置に用いるヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを例示したが、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、このような液体噴射ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）に液体吐出手段として搭載されるアクチュエーター装置だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエーター装置に適用することができる。例えば、アクチュエーター装置は、上述したヘッドの他に、センサー等にも適用することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、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、液体噴射装置に用いるヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを例示したが、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、このような液体噴射ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）に液体吐出手段として搭載されるアクチュエーター装置だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエーター装置に適用することができる。例えば、アクチュエーター装置は、上述したヘッドの他に、センサー等にも適用することができる。
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 振動膜、 ５５ 絶縁体膜、 ５５Ａ 下絶縁体膜、 ５５Ｂ 上絶縁体膜、 ６０ 第１電極膜、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極膜、 ３００ 圧電素子
Claims (4)
- 流路形成基板上に配設された圧電素子を有し、該圧電素子の駆動に伴う振動膜の変位により、圧力発生室内に充填された液体に圧力を作用させ、ノズル開口を介して前記液体を前記ノズル開口から吐出する液体噴射ヘッドであって、
前記圧電素子は、前記振動膜上に形成される絶縁体膜と、該絶縁体膜上に形成される第１電極膜と、該第１電極膜上に形成される圧電体層と、該圧電体層上に形成される第２電極膜とを有し、
さらに前記絶縁体膜は、前記振動膜上に成膜した下絶縁体膜と、該下絶縁体膜上に成膜した前記下絶縁体膜と同一材料で結晶構造が異なる上絶縁体膜とを有し、
前記下絶縁体膜は、スパッタ法により成膜するとともに、前記上絶縁体膜は、液相法により成膜したものであり、
前記上絶縁体膜の表面粗さＲａは、０．７ｎｍ以上であることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項１に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記上絶縁体膜の膜厚は、５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で形成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項１に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記下絶縁体膜の膜厚は、２０ｎｍ〜５０ｎｍで、かつ前記絶縁体膜の膜厚は、１００ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲で形成したことを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記液相法により成膜した上絶縁体膜には１０％以下のイットリウムを添加したことを特徴とする液体噴射ヘッド。
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