(57)【要約】【課題】酸化ジルコニウム層の剥離等の破壊や圧力発生素子の破壊を低減することができる液体噴射ヘッド、液体噴射装置、アクチュエーター装置及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】  基板１０上方に形成された酸化シリコンを主成分とする第１の層５０と、第１の層５０上に気相成膜法により形成された酸化ジルコニウムを主成分とする第２の層５６と、第２の層５６上に塗布液を塗布し、焼成することにより形成された酸化ジルコニウムを主成分とする第３の層５７と、第３の層５６の上方に形成された圧力発生素子３００と、を具備する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上方に形成された酸化シリコンを主成分とする第１の層と、
前記第１の層上に気相成膜法により形成された酸化ジルコニウムを主成分とする第２の層と、
前記第２の層上に塗布液を塗布し、焼成することにより形成された酸化ジルコニウムを主成分とする第３の層と、
前記第３の層の上方に形成された圧力発生素子と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記第２の層は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、又はレーザーアブレーション法を用いて形成したものであることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記第３の層は、ゾル−ゲル法又はＭＯＤ法を用いて形成したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記第２の層は、ジルコニウム層を形成し、該ジルコニウム層を熱酸化することにより形成したものであることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項６】
基板上方に形成された酸化シリコンを主成分とする第１の層と、
前記第１の層上に気相成膜法により形成された酸化ジルコニウムを主成分とする第２の層と、
前記第２の層上に塗布液を塗布し、焼成することにより形成された酸化ジルコニウムを主成分とする第３の層と、
前記第３の層の上方に形成された圧力発生素子と、を具備することを特徴とするアクチュエーター装置。
【請求項７】
基板上方に酸化シリコンを主成分とする第１の層を形成する工程と、
前記第１の層上に気相成膜法により酸化ジルコニウムを主成分とする第２の層を形成する工程と、
前記第２の層上に塗布液を塗布し、焼成することにより酸化ジルコニウムを主成分とする第３の層を形成する工程と、
前記第３の層の上方に圧力発生素子を形成する工程と、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。
【請求項８】
基板上方に酸化シリコンを主成分とする第１の層を形成する工程と、
前記第１の層上に気相成膜法によりジルコニウムを主成分とするジルコニウム層を形成する工程と、
前記ジルコニウム層上に塗布液を塗布することにより第３の層の前駆体膜を形成する工程と、
前記ジルコニウム層及び前記第３の層前駆体膜を同時に熱酸化して、酸化ジルコニウムを主成分とする第２の層及び酸化ジルコニウムを主成分とする第３の層を形成する工程と、
前記第３の層の上方に圧力発生素子を形成する工程と、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を噴射する液体噴射ヘッド、液体噴射装置、アクチュエーター装置及び液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズル開口に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、例えば、下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子のたわみ変形を用いたものが実用化されている。
【０００３】
振動板としては、圧力発生室の一部を画成する酸化シリコン層と、酸化シリコン層上に設けられた酸化ジルコニウムからなる酸化ジルコニウム層とを具備するものがある。
【０００４】
酸化ジルコニウム層の製造方法として、酸化シリコン層上にジルコニウムをスパッタリング法により形成後、ジルコニウムを熱酸化させることにより形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ジルコニウム化合物を加水分解したゾルを塗布し、焼成してジルコニア薄膜を形成する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１６６７１９号公報
【特許文献２】特開平０６−２９７７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のように酸化ジルコニウム層をスパッタリング法で形成した場合、成膜工程において異物が付着する場合があり、異物付着部の剥離等により、凹欠陥ができることがある。このような酸化シリコン層上に圧電素子を形成すると、圧電体膜の結晶が不均一になったり、圧電体膜に隙間ができたりして駆動耐久時に破壊する虞があった。
【０００８】
一方、特許文献２のようにゾル−ゲル法で形成すると、酸化シリコン層との密着性が低く、剥離などの破壊が生じる虞があるという問題がある。
【０００９】
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドだけではなく、他の装置に搭載されるアクチュエーター装置においても同様に存在する。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、酸化ジルコニウム層の剥離等の破壊や圧力発生素子の破壊を低減することができる液体噴射ヘッド、液体噴射装置、アクチュエーター装置及び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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の態様は、基板上方に形成された酸化シリコンを主成分とする第１の層と、前記第１の層上に気相成膜法により形成された酸化ジルコニウムを主成分とする第２の層と、前記第２の層上に塗布液を塗布し、焼成することにより形成された酸化ジルコニウムを主成分とする第３の層と、前記第３の層の上方に形成された圧力発生素子と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１２】
かかる態様では、第２の層により第１の層との密着力を確保すると共に、第２の層の表面に異物が付着したり凹欠陥が生じたりしている場合でも、第３の層により覆うことで酸化ジルコニウムからなる層の表面を平滑にすることができる。このように、第２の層と第３の層とを積層した構成からなる酸化ジルコニウム層とすることで、酸化ジルコニウム層の剥離等の破壊を低減し、圧力発生素子の破壊も低減することができる。なお、ここで言う上方とは、直上も、間に他の部材が介在した状態も含むものである。
【００１３】
ここで、前記第２の層は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、又はレーザーアブレーション法を用いて形成したものであるのが好ましい。これによれば、第１の層と酸化ジルコニウム層との密着性が優れたものとなる。
【００１４】
前記第３の層は、ゾル−ゲル法又はＭＯＤ法を用いて形成したものであるのが好ましい。これによれば、酸化ジルコニウム層の表面がさらに平滑なものとなる。
【００１５】
また、前記第２の層は、ジルコニウム層を形成し、該ジルコニウム層を熱酸化することにより形成したものであるのが好ましい。第１の層と酸化ジルコニウム層との密着性がさらに優れたものとなる。
【００１６】
また、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。かかる態様では、耐久性及び信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。
【００１７】
本発明の他の態様は、基板上方に形成された酸化シリコンを主成分とする第１の層と、前記第１の層上に気相成膜法により形成された酸化ジルコニウムを主成分とする第２の層と、前記第２の層上に塗布液を塗布し、焼成することにより形成された酸化ジルコニウムを主成分とする第３の層と、前記第３の層の上方に形成された圧力発生素子と、を具備することを特徴とするアクチュエーター装置にある。
【００１８】
かかる態様では、第２の層により第１の層との密着力を確保すると共に、第２の層の表面に異物が付着したり凹欠陥が生じたりしている場合でも、第３の層により覆うことで酸化ジルコニウムからなる層の表面を平滑にすることができる。このように、第２の層と第３の層とを積層した構成からなる酸化ジルコニウム層とすることで、酸化ジルコニウム層の剥離等の破壊を低減し、圧力発生素子の破壊も低減することができる。
【００１９】
また、本発明の他の態様は、基板上方に酸化シリコンを主成分とする第１の層を形成する工程と、前記第１の層上に気相成膜法により酸化ジルコニウムを主成分とする第２の層を形成する工程と、前記第２の層上に塗布液を塗布し、焼成することにより酸化ジルコニウムを主成分とする第３の層を形成する工程と、前記第３の層の上方に圧力発生素子を形成する工程と、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。
【００２０】
かかる態様では、気相成膜法で第２の層を形成することにより第１の層との密着力を確保すると共に、第２の層の表面に異物が付着したり凹欠陥が生じたりした場合でも、塗布液を塗布して焼成することにより第３の層を形成して、第２の層の表面を第３の層で覆うことで、酸化ジルコニウムからなる層の表面を平滑にすることができる。これにより、酸化ジルコニウム層の剥離等の破壊を低減し、圧力発生素子の破壊も低減することができる。
【００２１】
本発明の他の態様は、基板上方に酸化シリコンを主成分とする第１の層を形成する工程と、前記第１の層上に気相成膜法によりジルコニウムを主成分とするジルコニウム層を形成する工程と、前記ジルコニウム層上に塗布液を塗布することにより第３の層前駆体膜を形成する工程と、前記ジルコニウム層及び前記第３の層前駆体膜を同時に熱酸化して、酸化ジルコニウムを主成分とする第２の層及び酸化ジルコニウムを主成分とする第３の層を形成する工程と、前記第３の層の上方に圧力発生素子を形成する工程と、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。
【００２２】
かかる態様では、気相成膜法で第２の層を形成することにより第１の層との密着力を確保すると共に、第２の層の表面に異物が付着したり凹欠陥が生じたりした場合でも、塗布液を塗布して焼成することにより第３の層を形成して、第２の層の表面を第３の層で覆うことで、酸化ジルコニウムからなる層の表面を平滑にすることができる。これにより、酸化ジルコニウム層の剥離等の破壊を低減し、圧力発生素子の破壊も低減することができる。さらに、製造工程数を削減することができ、結果として液体噴射ヘッドの生産性を向上させることができる。また、第２の層と第３の層との密着性に優れたものとなり、酸化ジルコニウム層の剥離等による破壊がより低減される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図７】実施形態２に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図８】一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
本実施形態の流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には酸化シリコンを主成分とする第１の層となる、酸化シリコン層として弾性膜５０が形成されている。
【００２６】
流路形成基板１０には、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及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のリザーバー部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバーの一部を構成する。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。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１４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。
【００２７】
なお、本実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられていることになる。
【００２８】
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、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、ステンレス鋼等からなる。
【００２９】
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、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、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０とが、積層形成されて、圧電素子３００（本実施形態の圧力発生素子）を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極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。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極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。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ー装置と称する。
【００３０】
絶縁体膜５５は、酸化ジルコニウムを主成分とする第２の層５６と、第２の層５６上に形成された酸化ジルコニウムを主成分とする第３の層５７とからなる。このように、絶縁体膜５５を、第２の層５６と第３の層５７とを積層した構成からなる酸化ジルコニウム層とすることで、絶縁体膜５５の剥離等の破壊を低減し、圧力発生素子の破壊も低減することができる。
【００３１】
具体的には、第２の層５６は、気相成膜法により形成されたものである。このように、第２の層５６を気相成膜法により形成することで、酸化シリコンからなる弾性膜５０と密着性の高い絶縁体膜５５を形成することができる。すなわち、第２の層５６は、絶縁体膜５５の密着層として機能する。気相成膜法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法等が挙げられるが、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法が好ましい。本実施形態の第２の層５６は、スパッタリング法によりジルコニウム膜を形成し、これを熱酸化することにより形成したものである。これにより、さらに弾性膜５０との密着性に優れた絶縁体膜５５を形成することができる。なお、第２の層５６は、酸化ジルコニウムを直接スパッタリングすることにより形成することもできる。
【００３２】
第３の層５７は、第２の層５６上に塗布液を塗布し、焼成することにより形成されたものである。第３の層５７は、具体的には、ゾル−ゲル法又はＭＯＤ法を用いて形成するのが好ましく、本実施形態ではゾル−ゲル法を用いて形成した。第２の層５６をスパッタリング法等の気相成膜法で形成すると、第２の層５６に異物が付着する場合があり、異物付着部の剥離等により凹欠陥ができることがあるが、第２の層５６上に塗布液を塗布し、焼成することにより第３の層５７を形成することで、表面状態が良好な絶縁体膜５５を形成することができる。言い換えれば、第２の層５６の表面に異物が付着していたり、凹欠陥が存在したりしていても、第３の層５７がこれらを覆ったり塞ぐことにより、表面が平滑な絶縁体膜５５とすることができる。
【００３３】
ちなみに、第２の層５６の上に、さらに、気相成膜法により酸化ジルコニウム層を設けて、絶縁体膜５５とすることもできるが、同様に異物の付着及び凹欠陥の問題が生じてしまう。また、スパッタリング法、ＣＶＤ法、又はレーザーアブレーション法等の気相成膜法よりも、塗布液を塗布して焼成する方法、例えば、ゾル−ゲル法又はＭＯＤ法の方が結晶粒の小さい酸化ジルコニウム層を形成することができ、効果的に凹欠陥を塞ぐことができる。また、気相成膜法により形成した酸化ジルコニウム層は、塗布液を塗布して焼成する方法、例えば、ゾル−ゲル法又はＭＯＤ法により形成した酸化ジルコニウム層よりも、平坦度が低くなってしまう。本実施形態では、上述したように、第２の層５６に異物が付着したり、凹欠陥が生じたりしても、第２の層５６上にゾル−ゲル法により第３の層５７を形成することで、第２の層５６の凹欠陥や異物を第３の層５７で覆うことにより、絶縁体膜５５の表面を平滑にすることができる。また、第２の層５６の形成時に異物が付着したり、凹欠陥が生じたりしていない場合であっても、第３の層５７は第２の層５６と比較して結晶粒が小さく強度が高いため、第３の層５７を設けることにより絶縁体膜５５の強度が向上する。
【００３４】
また、第３の層５７のみで構成すると、酸化シリコンとの密着性が低くなってしまう。本実施形態では、酸化物（酸化シリコン）である弾性膜５０上に、スパッタリング法により形成した第２の層５６を具備することで、弾性膜５０と絶縁体膜５５との密着性を向上することができ、圧電素子３００の駆動時に層間剥離が生じるのを低減することができ、耐久性及び信頼性を向上することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、厚さが０．２μｍの第２の層５６と、厚さが０．２μｍの第３の層５７とを形成した。すなわち、絶縁体膜５５は、約０．４μｍの厚さを有する。第２の層５６と、第３の層５７の厚さの割合は、特に限定されず、いずれが厚くてもよい。また、第３の層５７は、第２の層５６に付着した異物を覆うことができる程度の厚さであればよい。
【００３６】
また、第２の層５６と第３の層５７は、酸化ジルコニウムを主成分とするものであればよく、酸化ジルコニウムと、ジルコニウムと、酸素とが混合状態であってもよく、その他の元素を含有していてもよい。
【００３７】
また、第２の層５６と第３の層５７とは、材料が同じであったとしても、その製造方法が異なるため、結晶が分断された構造となっている。すなわち、第２の層５６と第３の層層５７との間で結晶が連続していない不連続な状態となっており、第２の層５６と第３の層５７の間には界面が存在する。言い換えれば、第２の層５６と第３の層５７とは、その組成比、結晶構造、結晶粒の大きさ等が異なる。例えば、第３の層５７は、第２の層５６と比較して、粒径が小さくなる。このような組成比や結晶構造や結晶粒の大きさの違いは、分析することで容易に検出することができる。なお、第２の層５６と第３の層５７は、結晶が分断された状態となっているが、材料が同じであるため、密着性が高い。
【００３８】
圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でも一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト構造を有する金属酸化物からなる。圧電体層７０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適である。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）等を用いることができる。本実施形態は、特定の圧電材料のみに限定しないと作用効果を発揮しないというものではないことを付言する。
【００３９】
圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成する。例えば、本実施形態では、圧電体層７０を１〜５μｍ前後の厚さで形成した。
【００４０】
また、圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。
【００４１】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、絶縁体膜５５及びリード電極９０上には、リザーバー１００の少なくとも一部を構成するリザーバー部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。このリザーバー部３１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の幅方向に亘って形成されており、上述の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リザーバー１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバー部３１のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバーと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００４２】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００４３】
このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、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。
【００４４】
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
【００４５】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００４６】
また、このような保護基板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。ここで、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によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のリザーバー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、リザーバー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。
【００４７】
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、図示しない外部のインク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー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、駆動回路１２０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６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極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からインク滴が吐出する。
【００４８】
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３〜図６を参照して説明する。なお、図３〜図６は、本発明の実施形態に係る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製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００４９】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハーであり流路形成基板１０が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５０を構成する酸化膜５１を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハー１１０を熱酸化することにより、二酸化シリコンからなる酸化膜５１を形成した。
【００５０】
次に、弾性膜５０（酸化膜５１）上に、スパッタリング法により、酸化ジルコニウムからなる第２の層５６を形成する。具体的には、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０上に例えば、スパッタ法等によりジルコニウムを主成分とするジルコニウム層１５６を形成後、図３（ｃ）に示すように、このジルコニウム層１５６を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウムを主成分とする第２の層５６を形成する。
【００５１】
なお、次の層を形成する前に、図示しないがその表面をスクラブ洗浄するのが好ましい。第２の層５６を形成した後には、第２の層５６の表面に異物が付着することがあるためである。この洗浄工程において、比較的大きな異物、例えば、第３の層５７を形成しても塞ぐことができない大きさの異物を除去する。異物が除去された部分は凹欠陥となる一方、比較的小さな異物は除去されずに第２の層５６に付着した状態となる。
【００５２】
次に、第２の層５６上に、ゾル−ゲル法により酸化ジルコニウムからなる第３の層５７を形成する。具体的には、図３（ｄ）に示すように、第２の層５６上に有機ジルコニウム化合物を含むゾル（溶液）を塗布して乾燥させることによりゲル化させて、第３の層前駆体膜１５７を形成した。ゾルの塗布方法は、特に限定されないが、本実施形態では、流路形成基板用ウェハー１１０を回転しながら、流路形成基板用ウェハー１１０の中心付近にゾルを滴下する、いわゆるスピンコート法により行った。次に、図３（ｅ）に示すように、第３の層前駆体膜１５７を所定温度に加熱して一定時間保持することにより、第３の層５７を形成する。これにより、第２の層５６及び第３の層５７からなる絶縁体膜５５が形成される。
【００５３】
なお、このような加熱工程で用いられる加熱装置としては、例えば、ホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置などを用いることができる。
【００５４】
次に、図４（ａ）に示すように、絶縁体膜５５上の全面に第１電極６０を形成すると共に、所定形状にパターニングする。この第１電極６０の材料は、特に限定されないが、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望ましい。このため、第１電極６０の材料としては白金、イリジウム等が好適に用いられる。また、第１電極６０は、例えば、スパッタリング法やＰＶＤ法（物理蒸着法）などにより形成することができる。
【００５５】
次に、図４（ｂ）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と、例えば、イリジウムからなる第２電極８０とを流路形成基板用ウェハー１１０の全面に形成する。なお、圧電体層７０の形成方法は、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。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、スパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。
【００５６】
次に、図４（ｃ）に示すように、第２電極８０及び圧電体層７０を同時にエッチングすることにより各圧力発生室１２に対応する領域に圧電素子３００を形成する。ここで、第２電極８０及び圧電体層７０のエッチングは、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。
【００５７】
次に、図４（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハー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。
【００５８】
次に、図５（ａ）に示すように、保護基板用ウェハー１３０を、流路形成基板用ウェハー１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハー１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハー１３０には、リザーバー部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。保護基板用ウェハー１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハー１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００５９】
次いで、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。
【００６０】
次いで、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０上にマスク５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図６に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク５２を介して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、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。
【００６１】
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０表面のマスク５２を除去し、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー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ー１１０の保護基板用ウェハー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、保護基板用ウェハー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ー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。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドＩの製造方法では、弾性膜５０上にスパッタ法によりジルコニウム膜を形成し、これを熱酸化することにより酸化ジルコニウムを主成分とする第２の層５６を形成することで、弾性膜５０と絶縁体膜５５との密着性を向上することができ、圧電素子３００の駆動時に層間剥離が生じるのを低減することができ、耐久性及び信頼性を向上することができる。
【００６３】
また、第２の層５６上にゾル−ゲル法により形成された酸化ジルコニウムを主成分とする第３の層５７を形成することで、第２の層５６の表面に異物や凹欠陥が生じた場合でも覆うことができ、絶縁体膜５５の表面状態を良好にすることができる。表面の平滑な絶縁体膜５５上に圧電素子３００を形成することにより、圧電素子３００の圧電体層７０等に隙間ができたり、結晶の配向が不均一となったり、不連続性が生じたりする虞がなく、圧電素子３００の破壊を低減することができる。
【００６４】
（実施形態２）
図７は、本発明の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製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には、同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００６５】
上述した実施形態１の図３（ａ）に示す工程と同様に、流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５０を形成する。
【００６６】
次に、図７（ａ）に示すように、弾性膜５０上にスパッタリング法によりジルコニウムを主成分とするジルコニウム層１５６を形成する。
【００６７】
次に、図７（ｂ）に示すように、ジルコニウム層１５６上に、ゾル−ゲル法により第３の層前駆体膜１５７を形成する。具体的には、上述した実施形態１の図３（ｄ）に示す工程と同様に、第２の層５６上に有機ジルコニウム化合物を含むゾル（溶液）を塗布して乾燥させることによりゲル化させて、第３の層前駆体膜１５７を形成した。
【００６８】
次に、図７（ｃ）に示すように、ジルコニウム層１５６及び第３の層前駆体膜１５７を熱酸化することにより、酸化ジルコニウムを主成分とする第２の層５６及び酸化ジルコニウムを主成分とする第３の層５７を同時に形成する。ジルコニウム層１５６は、第３の層前駆体膜１５７によってその表面が覆われているものの、加熱することにより第３の層前駆体膜１５７を酸素が透過して、熱酸化することができる。
【００６９】
その後の工程、すなわち、圧電素子３００を形成する工程、保護基板用ウェハー１３０を接合する工程、圧力発生室１２等を形成する工程等については上述した実施形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。
【００７０】
このような実施形態２の製造方法では、弾性膜５０上にスパッタ法によりジルコニウム層１５６を形成した後、ジルコニウム層１５６上にゾル−ゲル法により第３の層前駆体膜１５７を形成し、ジルコニウム層１５６及び第３の層前駆体膜１５７を同時に熱酸化して、第２の層５６及び第３の層５７を形成することで、製造工程数を削減することができ、結果として液体噴射ヘッドの生産性を向上させることができる。また、第２の層と第３の層との密着性に優れたものとなり、酸化ジルコニウム層の剥離等による破壊がより低減される。また、上述した方法により弾性膜５０上に第２の層５６を形成することで、実施形態１の製造方法と同様に、弾性膜５０と絶縁体膜５５との密着性を向上することができ、圧電素子３００の駆動時に層間剥離が生じるのを低減することができ、耐久性及び信頼性を向上することができる。また、第２の層５６上にゾル−ゲル法により形成された酸化ジルコニウムを主成分とする第３の層５７を形成することで、第２の層５６の表面に異物や凹欠陥が生じた場合でも覆うことができ、絶縁体膜５５の表面状態を良好にすることができる。表面状態の良好な絶縁体膜５５上に圧電素子３００を形成することにより、圧電素子３００の圧電体層７０等に隙間ができたり、結晶の配向が不均一となったり、不連続性が生じたりする虞がなく、圧電素子３００の破壊を低減することができる。
【００７１】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１及び２では、第２の層５６は、ジルコニウム層を形成した後に、これを熱酸化することにより形成したが、酸化ジルコニウム層を直接スパッタリング等により形成してもよい。
【００７２】
また、実施形態１及び２では、第２の層５６をスパッタリング法により形成し、第３の層５７をゾル−ゲル法により形成したがこれに限定されるものではない。第２の層５６は、例えば、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法等の他の気相成膜法により形成してもよい。また、第３の層５７は、例えば、ＭＯＤ（Metal−Organic  Decomposition）法により形成してもよい。なお、ＭＯＤ法では、ジルコニウムアセチルアセトナート等の有機ジルコニウム化合物をアルコールに溶解し、これに加水分解抑制剤等を加えて得たコロイド溶液を塗布した後、これを乾燥して焼成することで第３の層を形成することができる。
【００７３】
また、上述した実施形態１及び２では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生素子として、薄膜型の圧電素子３００を有するアクチュエーター装置を用いて説明したが、特にこれに限定されず、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アクチュエーター装置や、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型のアクチュエーター装置などを使用することができる。また、圧力発生素子として、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。
【００７４】
また、上述した実施形態１及び２では、第３の層５７上に圧力発生素子として圧電素子３００を設けるようにしたが、圧力発生素子は、第３の層５７の上方に形成されていればよいため、圧力発生素子は、第３の層５７の直上であっても、他の部材が間に介在した状態で積層されていてもよい。
【００７５】
また、例えば、上述した実施形態１及び２では、流路形成基板１０としてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
【００７６】
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８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。
【００７７】
図８に示すように、本実施形態の液体噴射装置であるインクジェット式記録装置１は、例えば、ブラック（Ｂ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）等の複数の異なる色のインクが貯留される貯留室を有するインクカートリッジ（液体貯留手段）２が装着されたインクジェット式記録ヘッドＩ（以下、記録ヘッド）を具備する。記録ヘッドＩはキャリッジ３に搭載されており、記録ヘッドＩが搭載されたキャリッジ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。そして、駆動モーター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、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、図示しない給紙装置等により給紙された紙等の被記録媒体Ｓがプラテン８上を搬送されるようになっている。
【００７８】
また、上述した実施形態１及び２では、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挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド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液体噴射ヘッド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、プリンター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ー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。
【００７９】
さらに、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエーター装置に限られず、他の装置に搭載されるアクチュエーター装置にも適用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
Ｉ  インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、  １０  流路形成基板（基板）、  １２  圧力発生室、  １３  連通部、  １４  インク供給路、  １５  連通路、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板（結晶基板）、  ３１  リザーバー部、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜（酸化シリコン層）、  ５５  絶縁体膜、  ５６  第２の層、  ５７  第３の層、  ６０  第１電極、  ７０  圧電体層、  ８０  第２電極、  ９０  リード電極、  １００  リザーバー、  １２０  駆動回路、  ３００  圧電素子（圧力発生素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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