(57)【要約】【課題】圧電素子の破壊を長期間に亘って確実に防止することができ液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供する。さらには、圧電素子の駆動による振動板の変位量の低下を有効に防止することができる液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供する。【解決手段】液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室１２が形成される流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方面側に振動板を介して設けられる下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００とを具備し、少なくとも圧電素子３００を構成する各層のパターン領域が、無機絶縁材料からなる絶縁膜１００によって覆われているようにする。【選択図】図３
2010042683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備し、少なくとも前記圧電素子を構成する各層のパターン領域が、無機アモルファス材料からなる絶縁膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求の範囲１において、前記アモルファス材料が、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求の範囲２において、前記絶縁膜の膜厚が３０〜１５０［ｎｍ］であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求の範囲２又は３において、前記絶縁膜の膜密度が、３．０８〜３．２５［ｇ／ｃｍ3］であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求の範囲２〜４の何れかにおいて、前記絶縁膜のヤング率が１７０〜２００［ＧＰａ］であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求の範囲１〜５の何れかにおいて、前記絶縁膜の応力と前記上電極の応力との和が圧縮応力となっていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求の範囲６において、前記絶縁膜及び前記上電極のそれぞれの応力が圧縮応力となっていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求の範囲７において、前記上電極は、少なくともＰｔからなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項９】
請求の範囲６において、前記絶縁膜の応力が圧縮応力となっており、且つ前記上電極の応力が引張り応力となっていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
請求の範囲９において、前記上電極は、少なくともＩｒからなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１１】
請求の範囲９又は１０において、前記上電極及び前記絶縁膜の応力σがヤング率Ｙ、歪ε、膜厚ｍの積（ε×Ｙ×ｍ）で表され、前記上電極の応力σ1と前記絶縁膜の応力σ2との関係が｜σ1｜＜｜σ2｜の条件を満たしていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１２】
請求の範囲１〜１１の何れかにおいて、前記上電極から引き出される上電極用リード電極をさらに有し、少なくとも前記圧電素子を構成する各層及び前記上電極用リード電極のパターン領域が、前記下電極及び前記上電極用リード電極の接続配線との接続部に対向する領域を除いて、前記絶縁膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１３】
請求の範囲１２において、前記上電極用リード電極が、アルミニウムを主成分とする材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１４】
請求の範囲１２又は１３において、前記下電極から引き出される下電極用リード電極を具備して該下電極用リード電極を介して前記下電極が前記接続配線と接続され、前記下電極用リード電極を含む前記パターン領域が、前記上電極用リード電極及び前記下電極用リード電極の前記接続配線に対向する領域を除いて、前記絶縁膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１５】
請求の範囲１２〜１４の何れかにおいて、前記上電極と前記上電極用リード電極とが別材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１６】
請求の範囲１２〜１５の何れかにおいて、前記圧電素子を構成する前記圧電体層及び前記上電極が前記圧力発生室に対向する領域からその外側まで延設されて圧電体非能動部が形成され、前記上電極用リード電極の前記上電極側の端部が、前記圧電体非能動部上で且つ前記圧力発生室の外側に位置していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１７】
請求の範囲１２〜１６の何れかにおいて、前記接続配線が接続された状態で、前記接続部が有機絶縁材料からなる封止材によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１８】
請求の範囲１２〜１７の何れかにおいて、前記絶縁膜が、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを含み、前記圧電素子が前記上電極用リード電極との接続部を除いて前記第１の絶縁膜によって覆われ、且つ前記上電極用リード電極が前記第１の絶縁膜上に延設されると共に少なくとも前記圧電素子を構成する各層及び前記上電極用リード電極のパターン領域が、前記接続部に対向する領域を除いて前記第２の絶縁膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１９】
請求の範囲１２〜１８の何れかにおいて、前記接続配線が、前記上電極用リード電極から引き出される第２の上電極用リード電極を含み、該第２の上電極用リード電極が前記絶縁膜上に延設されて前記接続部で前記上電極用リード電極に接続されると共に当該第２の上電極用リード電極の先端部側に駆動配線が接続される端子部を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２０】
請求の範囲１２〜１９の何れかにおいて、前記圧電素子を構成する前記圧電体層及び前記上電極が前記圧力発生室に対向する領域からその外側まで延設されて圧電体非能動部が形成され、前記上電極に接続される前記上電極用リード電極の当該上電極側の端部が、前記圧電体非能動部上で且つ前記圧力発生室の外側に位置していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２１】
請求の範囲１２〜２０の何れかにおいて、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面には、当該圧電素子を保護する空間である圧電素子保持部を有する保護基板が接合され、前記上電極用リード電極の前記接続部が、前記圧電素子保持部の外側に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２２】
請求の範囲１〜２１の何れかにおいて、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面には、当該圧電素子を保護する空間である圧電素子保持部を有する保護基板が接着層を介して接合され、該保護基板が前記圧力発生室に供給される液体の流路を具備して前記圧電素子保持部の前記流路側の前記接着層が前記流路内に露出されており、前記圧電素子保持部の前記流路側以外の領域に当該圧電素子保持部内の水分を透過する透湿部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２３】
請求の範囲２２において、前記透湿部が、有機材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２４】
請求の範囲２２又は２３において、前記透湿部が前記保護基板の前記流路形成基板との接合面の一部に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２５】
請求の範囲２２又は２３において、前記透湿部が、前記保護基板の上面に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２６】
請求の範囲２４又は２５において、前記透湿部が、前記接着層を構成する接着剤よりも水分の透過性の高い接着剤からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２７】
請求の範囲２２〜２５の何れかにおいて、前記透湿部が、ポッティング材からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２８】
請求の範囲２２〜２７の何れかにおいて、前記透湿部が、前記圧電素子保持部の前記流路とは反対側の領域に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２９】
請求の範囲２２又は２３において、前記透湿部が、前記圧力発生室の列の両端部外側に対応する領域の前記保護基板に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３０】
請求の範囲１〜２９の何れか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３１】
液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程と、当該圧電素子の前記上電極から引き出される上電極用リード電極を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の全面に無機アモルファス材料からなる絶縁膜を形成する工程と、少なくとも前記下電極及び前記上電極用リード電極の接続配線との接続部を露出させ且つ該接続部を除く前記圧電素子を構成する各層及び前記上電極用リード電極のパターン領域の前記絶縁膜を残すように当該絶縁膜をパターニング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３２】
請求の範囲３１において、前記絶縁膜をパターニングする工程では、所定領域の前記絶縁膜をイオンミリングによって除去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３３】
請求の範囲３１又は３２において、前記絶縁膜をパターニングする工程の後に、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に当該圧電素子を保護する圧電素子保持部及び前記圧力発生室に供給される液体の流路を有する保護基板を接合する工程をさらに有し、且つ該保護基板を接合する工程では、前記圧電素子保持部周縁の前記流路側を除く領域の一部に空間部を残して前記保護基板に接着剤を塗布して当該保護基板と前記流路形成基板とを接合すると共に、前記空間部を前記接着剤よりも水分の透過率の高い材料で封止して前記圧電素子保持部内の水分を透過する透湿部を形成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、液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に、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、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位によりインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド及びその製造方法並びにインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。
【０００３】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある。また、このような圧電素子は、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、圧力発生室が形成される流路形成基板に、圧電素子保持部を有する封止基板（リザーバ形成基板）を接合し、この圧電素子保持部内に圧電素子を密封するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、このように圧電素子を密封しても、例えば、封止基板と流路形成基板との接着部分から圧電素子保持部内に水分が入り込むこと等により、圧電素子保持部内の湿気が徐々に上昇し、最終的にはこの湿気により圧電素子が破壊されてしまうという問題がある。
【０００７】
また、外部環境に起因して圧電素子が破壊され易いという問題を解決するために、圧電素子を構成する上電極の上面の少なくとも周縁及び圧電体層の側面を覆うように、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、有機材料、好ましくは感光性ポリイミドからなる薄い絶縁体層を設け、この絶縁体層上に、導電パターン（リード電極）が形成されたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
このような構成とすることで、圧電素子への水分の浸透は、ある程度は防止することはできるかもしれないが、例えば、導電パターンが露出されているため、導電パターンと上電極との接続部である窓から水分が透過してしまう虞があり、圧電素子の水分に起因する破壊を完全に防止できないという問題がある。
【０００９】
さらに、外部環境に起因して圧電素子が破壊され易いという問題を解決するために、圧電素子全体を圧電体層のヤング率より小さい有機材料、例えば、ポリイミド等からなる保護膜で覆ったものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。この構造によれば、圧電素子の破壊を防止することはできるが、上記材料からなる保護膜の応力は、通常、引張り応力となるため、このような保護膜で圧電素子を覆った構造においては、圧電素子（圧電体層）に対して圧縮方向の力が作用し、圧電素子の駆動による振動板の変位量が低下してしまうという問題がある。また、有機材料からなる保護膜はかなりの厚みを有しないと水分透過を防ぐことができないが、厚みを有するということは圧電素子の駆動を阻害する大きな原因となる虞がある。
【００１０】
なお、このような何れの問題も、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１３６７３４号公報（第１図、第２図、第５頁）
【特許文献２】特開平１０−２２６０７１号公報（第２図、段落［００１５］）
【特許文献３】特開２００３−１１０１６０号公報（特許請求の範囲、第５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑み、圧電素子の破壊を長期間に亘って確実に防止することができ液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供することを課題とする。さらには、圧電素子の駆動による振動板の変位量の低下を有効に防止することができる液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備し、少なくとも前記圧電素子を構成する各層のパターン領域が、無機絶縁材料からなる絶縁膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１４】
かかる第１の態様では、水分透過率の低い無機絶縁材料からなる絶縁膜によって圧電体層が覆われるため、圧電素子の駆動に多大な支障をきたすことなく、水分（湿気）等の外部環境に起因する圧電体層（圧電素子）の劣化（破壊）が長期に亘って確実に防止される。
【００１５】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記絶縁膜がアモルファス材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１６】
かかる第２の態様では、水分透過率が低い絶縁膜を形成でき、絶縁膜を比較的薄く形成しても水分等の外部環境に起因する圧電素子の破壊を確実に防止できる。
【００１７】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記アモルファス材料が、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１８】
かかる第３の態様では、無機絶縁材料の中でも特に水分透過率の極めて低いＡｌ2Ｏ3からなる絶縁膜によって圧電素子が覆われるため、圧電素子の駆動に多大な支障をきたすことなく、水分等の外部環境に起因する圧電素子の破壊が確実に防止される。
【００１９】
本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記絶縁膜の膜厚が３０〜１５０［ｎｍ］であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２０】
かかる第４の態様では、圧電素子の変位を確保しつつ、水分等の外部環境に起因する圧電素子の破壊を確実に防止することができる。
【００２１】
本発明の第５の態様は、第３又は４の態様において、前記絶縁膜の膜密度が、３．０８〜３．２５［ｇ／ｃｍ3］であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２２】
かかる第５の態様では、絶縁膜の密着性を向上して水分等の外部環境に起因する圧電素子の破壊を確実に防止することができ、且つ圧電素子の変位も確保することができる。
【００２３】
本発明の第６の態様は、第３〜５の何れかの態様において、前記絶縁膜のヤング率が１７０〜２００［ＧＰａ］であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２４】
かかる第６の態様では、水分等の外部環境に起因する圧電素子の破壊を防止でき、且つ圧電素子の変位も確保できる。
【００２５】
本発明の第７の態様は、第３〜６の何れかの態様において、前記第上電極用リード電極が、アルミニウムを主成分とする材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２６】
かかる第７の態様では、リード電極と絶縁膜との密着性が向上し、圧電体層への水分透過率を更に低下させることができ、例えば、リード電極の断線、あるいは駆動配線との接続不良等の発生を防止できる。
【００２７】
本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記絶縁膜の応力と前記上電極の応力との和が圧縮応力となっていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２８】
かかる第８の態様では、圧電素子が絶縁膜によって覆われているため、水分（湿気）等の外部環境に起因する圧電体層（圧電素子）の劣化（破壊）が長期に渡って確実に防止される。また、絶縁膜及び上電極の応力の和が圧縮応力であるため、振動板の撓み量が低減され、振動板の変位量の低下が有効に防止される。
【００２９】
本発明の第９の態様は、第８の態様において、前記絶縁膜及び前記上電極のそれぞれの応力が圧縮応力となっていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００３０】
かかる第９の態様では、絶縁膜及び上電極の応力の和を比較的容易に圧縮応力とすることができる。
【００３１】
本発明の第１０の態様は、第９の態様において、前記上電極は、少なくともＩｒからなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００３２】
かかる第１０の態様では、上電極の材料に少なくともＩｒを用いることにより、上電極の応力が圧縮応力となる。
【００３３】
本発明の第１１の態様は、第８の態様において、前記絶縁膜の応力が圧縮応力となっており、且つ前記上電極の応力が引張り応力となっていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００３４】
かかる第１１の態様では、絶縁膜及び上電極の応力の和が圧縮応力であるため、振動板の撓み量が低減され、振動板の変位量の低下が有効に防止される。
【００３５】
本発明の第１２の態様は、第１１の態様において、前記上電極は、少なくともＰｔからなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００３６】
かかる第１２の態様では、上電極の材料に少なくともＰｔを用いることにより、上電極の応力が引張り応力となる。
【００３７】
本発明の第１３の態様は、第１１又は１２の態様において、前記上電極及び前記絶縁膜の応力σがヤング率Ｙ、歪ε、膜厚ｍの積（ε×Ｙ×ｍ）で表され、前記上電極の応力σ1と前記絶縁膜の応力σ2との関係が｜σ1｜＜｜σ2｜の条件を満たしていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００３８】
かかる第１３の態様では、絶縁膜及び上電極の応力の和が圧縮応力であるため、振動板の撓み量が低減され、振動板の変位量の低下が有効に防止される。
【００３９】
本発明の第１４の態様は、第１〜１３の何れかの態様において、前記上電極から引き出される上電極用リード電極をさらに有し、少なくとも前記圧電素子を構成する各層及び前記上電極用リード電極のパターン領域が、前記下電極及び前記上電極用リード電極の接続配線との接続部に対向する領域を除いて、前記絶縁膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００４０】
かかる第１４の態様では、水分透過率の低い無機絶縁材料からなる絶縁膜によって圧電素子と共に上電極リード電極のパターン領域が覆われるため、水分（湿気）に起因する圧電体層（圧電素子）の劣化（破壊）がより長期に渡って防止することができる。
【００４１】
本発明の第１５の態様は、第１４の態様において、前記下電極から引き出される下電極用リード電極を具備して該下電極用リード電極を介して前記下電極が前記接続配線と接続され、前記下電極用リード電極を含む前記パターン領域が、前記上電極用リード電極及び前記下電極用リード電極の前記接続配線に対向する領域を除いて、前記絶縁膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００４２】
かかる第１５の態様では、下電極用リード電極が無機絶縁材料からなる絶縁膜で覆われるため、圧電素子への水分透過がより確実に防止される。
【００４３】
本発明の第１６の態様は、第１４又は１５の態様において、前記上電極と前記上電極用リード電極とが別材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００４４】
かかる第１６の態様では、上電極と上電極用リード電極とが別プロセスで形成されるため、上電極の膜厚を容易に薄くすることができる。また、上電極の膜厚を薄くすることで、圧電体層の変位量が増加する。
【００４５】
本発明の第１７の態様は、第１〜１６の何れの態様において、前記圧電素子を構成する前記圧電体層及び前記上電極が前記圧力発生室に対向する領域からその外側まで延設されて圧電体非能動部が形成され、前記上電極用リード電極の前記上電極側の端部が、前記圧電体非能動部上で且つ前記圧力発生室の外側に位置していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００４６】
かかる第１７の態様では、圧電素子を駆動した際、圧力発生室の端部に対向する領域に不連続な応力が発生することにより、圧電素子にクラック等が発生するのを防止できる。
【００４７】
本発明の第１８の態様は、第１〜１７の何れかの態様において、前記接続配線が接続された状態で、前記接続部が有機絶縁材料からなる封止材によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００４８】
かかる第１８の態様では、露出部からの水分の浸透が防止されるため、圧電体層の破壊がさらに確実に防止される。
【００４９】
本発明の第１９の態様は、第１４〜１８の何れかの態様において、前記絶縁膜が、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを含み、前記圧電素子が前記上電極用リード電極との接続部を除いて前記第１の絶縁膜によって覆われ、且つ前記上電極用リード電極が前記第１の絶縁膜上に延設されると共に少なくとも前記圧電素子を構成する各層及び前記上電極用リード電極のパターン領域が、前記接続部に対向する領域を除いて前記第２の絶縁膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００５０】
かかる第１９の態様では、第１及び第２の絶縁膜によって圧電体層への水分の浸透が確実に防止され、水分（湿気）に起因する圧電体層（圧電素子）の劣化（破壊）が長期に亘って防止される。
【００５１】
本発明の第２０の態様は、第１４〜１９の何れかの態様において、前記接続配線が、前記上電極用リード電極から引き出される第２の上電極用リード電極を含み、該第２の上電極用リード電極が前記絶縁膜上に延設されて前記接続部で前記上電極用リード電極に接続されると共に当該第２の上電極用リード電極の先端部側に駆動配線が接続される端子部を有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００５２】
かかる第２０の態様では、水分透過率の低い無機絶縁材料からなる絶縁膜によって圧電体層が覆われ、且つ絶縁膜が端子部の下側まで連続的に設けられているため、絶縁膜の下側に水分（湿気）が侵入しても、水分が圧電体層と接触するのをより確実に防止することができる。したがって、水分に起因する圧電体層（圧電素子）の劣化（破壊）を長期に亘って確実に防止することができる。
【００５３】
本発明の第２１の態様は、第１４〜２０の何れかの態様において、前記圧電素子を構成する前記圧電体層及び前記上電極が前記圧力発生室に対向する領域からその外側まで延設されて圧電体非能動部が形成され、前記上電極に接続される前記上電極用リード電極の当該上電極側の端部が、前記圧電体非能動部上で且つ前記圧力発生室の外側に位置していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００５４】
かかる第２１の態様では、圧電素子を駆動した際、圧力発生室の端部に対向する領域の圧電素子に不連続な応力が発生することによって、圧電素子にクラック等が発生するのを防止できる。
【００５５】
本発明の第２２の態様は、第１４〜２１の何れかの態様において、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面には、当該圧電素子を保護する空間である圧電素子保持部を有する保護基板が接合され、前記上電極用リード電極の前記接続部が、前記圧電素子保持部の外側に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００５６】
かかる第２２の態様では、圧電素子保持部の外側に接続部を設けて保護基板を絶縁膜上に接着することで、保護基板の接着強度が向上する。
【００５７】
本発明の第２３の態様は、第１〜２２の何れかの態様において、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面には、当該圧電素子を保護する空間である圧電素子保持部を有する保護基板が接合され、該保護基板が前記圧力発生室に供給される液体の流路を具備して前記圧電素子保持部の前記流路側の前記接着層が前記流路内に露出されており、前記圧電素子保持部の前記流路側以外の領域に当該圧電素子保持部内の水分を透過する透湿部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００５８】
かかる第２３の態様では、流路から接着層を介して圧電素子保持部内に侵入した水分（湿気）が透湿部を介して外部に排出されるため、圧電素子保持部内は少なくとも外気と同程度の湿度に維持される。そして、圧電素子は絶縁膜によって覆われているため、圧電素子保持部内が外気と同程度の湿度に維持されていれば、水分（湿気）に起因する圧電素子の破壊は防止される。
【００５９】
本発明の第２４の態様は、第２３の態様において、前記透湿部が、有機材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００６０】
かかる第２４の態様では、水分の透過性の高い材料である有機材料で透湿部を形成することで、圧電素子保持部内の水分が良好に排出される。
【００６１】
本発明の第２５の態様は、第２３又は２４の態様において、前記透湿部が前記保護基板の前記流路形成基板との接合面の一部に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００６２】
かかる第２５の態様では、透湿部を比較的容易に形成することができる。
【００６３】
本発明の第２６の態様は、第２３又は２４の態様において、前記透湿部が、前記保護基板の上面に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００６４】
かかる第２６の態様では、透湿部を比較的容易に形成することができる。
【００６５】
本発明の第２７の態様は、第２５又は２６の態様において、前記透湿部が、前記接着層を構成する接着剤よりも水分の透過性の高い接着剤からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００６６】
かかる第２７の態様では、流路形成基板と保護基板とが接着層と共に透湿部によって接着され、接合強度が向上する。
【００６７】
本発明の第２８の態様は、第２３〜２６の何れかの態様において、前記透湿部が、ポッティング材からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００６８】
かかる第２８の態様では、透湿部を容易に形成することができ、且つ水分の透過性の高い透湿部が形成される。
【００６９】
本発明の第２９の態様は、第２３〜２８の何れかの態様において、前記透湿部が、前記圧電素子保持部の前記流路とは反対側の領域に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００７０】
かかる第２９の態様では、流路内の水分が透湿部を介して侵入することがなく、圧電素子保持部内の水分が透湿部を介して良好に排出される。
【００７１】
本発明の第３０の態様は、第２３又は２４の態様において、前記透湿部が、前記圧力発生室の列の両端部外側に対応する領域の前記保護基板に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００７２】
かかる第３０の態様では、水分に起因する圧電素子の破壊を長期に亘って防止することができる。
【００７３】
本発明の第３１の態様は、第１〜３０の何れかの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。
【００７４】
かかる第３１の態様では、耐久性及び信頼性を向上した液体噴射装置が実現される。
【００７５】
本発明の第３２の態様は、液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程と、当該圧電素子の前記上電極から引き出される上電極用リード電極を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の全面に無機絶縁材料からなる絶縁膜を形成する工程と、少なくとも前記下電極及び前記上電極用リード電極の接続配線との接続部を露出させ且つ該接続部を除く前記圧電素子を構成する各層及び前記上電極用リード電極のパターン領域の前記絶縁膜を残すように当該絶縁膜をパターニング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。
【００７６】
かかる第３２の態様では、圧電素子及び上電極用リード電極のパターン領域に、接続部を除いて絶縁膜を良好に形成できる。
【００７７】
本発明の第３３の態様は、第３２の態様において、前記絶縁膜をパターニングする工程では、所定領域の前記絶縁膜をイオンミリングによって除去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。
【００７８】
かかる第３３の態様では、絶縁膜を寸法精度よく、良好に除去することができる。
【００７９】
本発明の第３４の態様は、第３２又は３３の態様において、前記絶縁膜をパターニングする工程の後に、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に当該圧電素子を保護する圧電素子保持部及び前記圧力発生室に供給される液体の流路を有する保護基板を接合する工程をさらに有し、且つ該保護基板を接合する工程では、前記圧電素子保持部周縁の前記流路側を除く領域の一部に空間部を残して前記保護基板に接着剤を塗布して当該保護基板と前記流路形成基板とを接合すると共に、前記空間部を前記接着剤よりも水分の透過率の高い材料で封止して前記圧電素子保持部内の水分を透過する透湿部を形成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。
【００８０】
かかる第３４の態様では、製造工程を煩雑化することなく、透湿部を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの概略斜視図である。
【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要部を示す平面図及び断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの変形例を示す平面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程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工程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概略斜視図である。
【図８】実施形態２に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図９】実施形態２に係る記録ヘッドの要部を示す平面図である。
【図１０】実施形態２に係る記録ヘッドの要部を示す平面図である。
【図１１】実施形態２に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図１２】実施形態３に係る記録ヘッドの概略斜視図である。
【図１３】実施形態３に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図１４】実施形態３に係る記録ヘッドの要部を示す平面図である。
【図１５】実施形態３に係る記録ヘッドの変形例を示す平面図である。
【図１６】実施形態３に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図１７】実施形態３に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図１８】実施形態４に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図１９】実施形態５に係る記録ヘッドの概略斜視図である。
【図２０】実施形態５に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図２１】実施形態５に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図２２】実施形態６に係る記録ヘッドの側面図である。
【図２３】一実施形態に係る記録装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００８３】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及び断面図である。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、厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。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リザーバ部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。
【００８４】
また、流路形成基板１０の開口面側には、圧力発生室１２を形成する際のマスクとして用いられた絶縁膜５１を介して、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を介して固着されている。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。
【００８５】
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、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２μｍの下電極膜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、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜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、下電極膜６０は圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜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支障はない。何れの場合においても、各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圧電アクチュエータと称する。
【００８６】
例えば、本実施形態では、図２及び図３に示すように、下電極膜６０は、圧力発生室１２の長手方向では圧力発生室１２に対向する領域内に形成され、複数の圧力発生室１２に対応する領域に連続的に設けられている。また、下電極膜６０は、圧力発生室１２の列の外側、及び列設された圧電素子３００の間から連通部１３近傍まで延設され、それらの先端部は、後述する駆動配線１３０が接続される接続部６０ａとなっている。圧電体層７０及び上電極膜８０は、基本的には圧力発生室１２に対向する領域内に設けられているが、圧力発生室１２の長手方向では、下電極膜６０の端部よりも外側まで延設されており、下電極膜６０の端面は圧電体層７０によって覆われている。そして、圧力発生室１２の長手方向端部近傍には、圧電体層を有するが実質的に駆動されない圧電体非能動部３３０が形成されている。また、上電極膜８０の一端部近傍には上電極用リード電極９０が接続されている。この上電極用リード電極９０は、本実施形態では、圧力発生室１２の外側の圧電体非能動部３３０上から連通部１３近傍まで延設されており、その先端部は、下電極膜６０と同様に、駆動配線１３０が接続される接続部９０ａとなっている。
【００８７】
そして、本発明では、少なくとも圧電素子３００を構成する各層のパターン領域が、無機絶縁材料からなる絶縁膜１００によって覆われている。本実施形態では、圧電素子３００を構成する各層及び上電極用リード電極９０のパターン領域が、下電極膜６０の接続部６０ａ及び上電極用リード電極９０の接続部９０ａに対向する領域を除いて、絶縁膜１００によって覆われている。すなわち、パターン領域の下電極膜６０、圧電体層７０、上電極膜８０及び上電極用リード電極９０の表面（上面及び端面）が、無機絶縁材料からなる絶縁膜１００によって覆われている。
【００８８】
このような無機絶縁材料からなる絶縁膜１００は、薄膜でも水分の透過性が極めて低いため、少なくとも下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０の表面、本実施形態では、さらに上電極用リード電極９０の表面をこの絶縁膜１００にで覆うことにより、圧電体層７０の水分（湿気）に起因する破壊を防止することができる。また、接続部６０ａ，９０ａを除いて、圧電素子３００を構成する各層及び上電極用リード電極９０の表面を覆うようにすることで、これらの層と絶縁膜１００との間から水分が侵入した場合でも、圧電体層７０まで水分が達するのを防ぐことができ、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。
【００８９】
絶縁膜１００の材料としては、無機絶縁材料であれば、特に限定されず、例えば、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）、酸化タンタル（ＴａＯx）等が挙げられるが、特に、無機アモルファス材料である、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を用いるのが好ましい。
【００９０】
また、酸化アルミニウムからなる絶縁膜１００を形成した場合、絶縁膜１００の厚さは３０〜１５０［ｎｍ］程度であることが好ましく、好適には１００［ｎｍ］程度である。このように絶縁膜１００の材料として、酸化アルミニウムを用いた場合、絶縁膜１００が１００［ｎｍ］程度の薄膜で形成されていても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができる。なお、絶縁膜の材料として、例えば、樹脂等の有機絶縁材料を用いる場合、上記無機絶縁材料からなる絶縁膜と同程度の薄さでは、水分透過を十分に防ぐことができない。また、水分透過を防ぐために絶縁膜の膜厚を厚くすると、圧電素子の変位を妨げるという事態を招く虞がある。
【００９１】
また、酸化アルミニウムからなる絶縁膜１００の膜密度は３．０８〜３．２５［ｇ／ｃｍ3］であることが好ましい。さらに、絶縁膜１００のヤング率は１７０〜２００［ＧＰａ］であることが好ましい。このような特性を有する絶縁膜１００で圧電素子３００等を覆うようにすることで、圧電素子３００の変位を妨げることなく、高湿度環境下での水分透過をより確実に防止することができる。なお、絶縁膜１００は、例えば、ＣＶＤ法等によって形成される。そして、絶縁膜１００を形成する際に、例えば、温度、ガス流量等の各種条件を適宜調整することで、所望の特性、例えば、膜密度、ヤング率等を有する絶縁膜１００を比較的容易に形成することができる。
【００９２】
また、このような絶縁膜１００の応力と上電極膜８０の応力との和、すなわち、上電極膜８０とこの上電極膜８０の面上に形成される絶縁膜１００との応力の和は、圧縮応力となっていることが好ましい。なお、絶縁膜１００及び上電極膜８０の応力とは、膜の内部応力（膜応力）のことであり、上電極膜８０及び絶縁膜１００の応力σは、ヤング率Ｙ、歪ε、膜厚ｍの積（ε×Ｙ×ｍ）で表される。
【００９３】
ここで、圧力発生室１２に対向する領域に位置する圧電素子３００は、後述する製造プロセスにおいて、圧力発生室１２を形成する前後で内部応力が変化する。具体的には、圧電素子３００を形成した後に、圧電素子３００の下方に圧力発生室１２を形成すると、その際、圧電体層７０の引張り方向の内部応力が緩和されて、振動板が圧力発生室側に撓む方向（圧縮方向）に力が作用する。しかしながら、無機絶縁材料からなる絶縁膜１００によって圧電素子３００を覆うと共に、絶縁膜１００の応力と上電極膜８０の応力との和が圧縮応力となるようにすることにより、圧力発生室１２を形成した後は、絶縁膜１００及び上電極膜８０の応力（圧縮応力）が解放されて、圧電素子３００（圧電体層７０）には引張り方向の力が作用することになる。これにより、水分等の外部環境に起因する圧電体層７０の破壊を確実に防止しつつ、圧電素子３００の駆動による振動板の変位量の低下を有効に防止することができる。
【００９４】
また、このような絶縁膜１００の応力と上電極膜８０の応力とは、例えば、絶縁膜１００及び上電極膜８０のそれぞれの応力が圧縮応力となっていてもよい。また、絶縁膜１００の応力が圧縮応力となっており且つ上電極膜８０の応力が引張り応力となっていてもよく、この場合には、上電極膜８０の応力σ1と絶縁膜１００の応力σ2との関係が｜σ1｜＜｜σ2｜の条件を満たす。
【００９５】
なお、本実施形態では、連通部１３近傍まで延設された下電極膜６０の先端部が駆動配線１３０との接続部６０ａとなっているが、例えば、図４に示すように、下電極膜６０に電気的に接続される下電極用リード電極９５を、列設された圧電素子３００の外側、及び圧電素子３００同士の間から連通部１３近傍まで延設し、この下電極用リード電極９５の先端部を駆動配線１３０との接続部９５ａとしてもよい。そして、この場合には、上電極用リード電極９０の接続部９０ａ及び下電極用リード電極９５の接続部９５ａに対向する領域を除くパターン領域を無機絶縁材料からなる絶縁膜１００で覆うようにする。
【００９６】
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。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１１０を構成している。
【００９７】
また、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、この貫通孔３３内に上述した下電極膜６０の接続部６０ａ及び上電極用リード電極９０の接続部９０ａが露出されている。そして、これら下電極膜６０の接続部６０ａ及び上電極用リード電極９０の接続部９０ａに、保護基板３０上に実装された駆動ＩＣ１２０と圧電素子３００とを電気的に接続するための接続配線を構成する駆動配線１３０が接続されている。例えば、本実施形態では、この駆動配線１３０は、ボンディングワイヤからなり、貫通孔３３内に延設されて下電極膜６０の接続部６０ａ及び上電極用リード電極９０の接続部９０ａと駆動ＩＣ１２０とを電気的に接続している。なお、駆動配線１３０が延設された貫通孔３３には、有機絶縁材料、例えば、本実施形態では、ポッティング材である封止材１４０が充填されており、下電極膜６０の接続部６０ａ及び上電極用リード電極９０の接続部９０ａと駆動配線１３０とは、この封止材１４０によって完全に覆われている。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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、駆動ＩＣ１２０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下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜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からインク滴が吐出する。
【０１０１】
ここで、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及び図６を参照して説明する。なお、図５及び図６は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、図５（ａ）に示すように、シリコン単結晶基板である流路形成基板１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、流路形成基板１０の表面に弾性膜５０及びマスク膜５１を構成する二酸化シリコン膜５２を形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、ジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）からなる絶縁体膜５５を形成する。次いで、図５（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。
【０１０２】
次に、図５（ｄ）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上電極膜８０とを流路形成基板１０の全面に形成する。次いで、図６（ａ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜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。
【０１０３】
なお、圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料の他に、例えば、強誘電性圧電性材料にニオブ、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が、例えば、ＰｂＴｉＯ3（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ3（ＰＺ）、Ｐｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ1/3Ｔａ1/2）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ1/3Ｎｂ1/2）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ3−ＰｂＴｉＯ3（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ3−ＰｂＴｉＯ3（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。
【０１０４】
次に、上電極用リード電極９０を形成する。具体的には、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板１０の全面に亘って、例えば、チタンタングステン（ＴｉＷ）からなる密着層９１を形成し、この密着層９１上の全面に、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９２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９２を各圧電素子３００毎にパターニングし、さらに密着層９１をエッチングによりパターニングすることで上電極用リード電極９０が形成される。なお、密着層９１は、その端面が金属層９２の端面と同じ若しくはそれよりも外側に位置するようにエッチングするのが好ましい。
【０１０５】
次に、図６（ｃ）に示すように、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる絶縁膜１００を形成すると共に所定形状にパターニングする。すなわち、絶縁膜１００を流路形成基板１０の全面に形成し、その後、下電極膜６０の接続部６０ａ及び上電極用リード電極９０の接続部９０ａに対向する領域の絶縁膜１００を除去する。なお、本実施形態では、接続部６０ａ，９０ａに対向する領域と共に、圧電素子３００を構成する各層及び上電極用リード電極９０のパターン領域以外も除去するようにしている。勿論、絶縁膜１００は、接続部６０ａ，９０ａに対向する領域のみが除去されていてもよい。何れにしても、絶縁膜１００は、下電極膜６０の接続部６０ａ及び上電極用リード電極９０の接続部９０ａを除いて、圧電素子３００を構成する各層及び上電極用リード電極９０のパターン領域を覆うように形成されていればよい。また、絶縁膜１００の除去方法は、特に限定されないが、例えば、イオンミリング等のドライエッチングを用いることが好ましい。これにより、絶縁膜１００を寸法精度良く、良好に除去することができる。
【０１０６】
次いで、図６（ｄ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側に保護基板３０を接着剤３５によって接合し、所定形状にパターニングしたマスク膜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等を形成する。そして、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を、例えば、機械的に除去して連通部１３とリザーバ部３２とを連通させる。
【０１０７】
なお、実際には、上述した一連の膜形成及び異方性エッチングによって一枚のウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、第１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割する。その後は、流路形成基板１０にマスク膜５１を介してノズルプレート２０を接合し、保護基板３０上に駆動ＩＣ１２０を実装すると共にコンプライアンス基板４０を接合する。さらに、ワイヤボンディングすることによって、駆動ＩＣ１２０と下電極膜６０及び上電極用リード電極９０の接続部６０ａ，９０ａとの間に駆動配線１３０を形成し、この接続部６０ａ，９０ａと駆動配線１３０とを封止材１４０で覆うことにより本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとなる。
【０１０８】
（試験例１）
ここで、下記実施例１〜３及び比較例１〜３のインクジェット式記録ヘッドを作製し、圧電素子へのＤＣ通電試験を行った。この試験条件及び試験結果を、下記表１に示す。
【実施例１】
【０１０９】
下電極膜及び上電極用リード電極の接続部を除いて、圧電素子を構成する各層及び上電極用リード電極のパターン領域を覆うように、無機絶縁材料である酸化アルミニウムからなる絶縁膜を厚さ約５０ｎｍで形成したものを実施例１のインクジェット式記録ヘッドとした。
【実施例２】
【０１１０】
絶縁膜の厚さを約１００ｎｍとした以外は、実施例１と同様の構成としたものを実施例２のインクジェット式記録ヘッドとした。
【実施例３】
【０１１１】
絶縁膜の材料として、酸化アルミニウムの代わりに酸化タンタルを用い、その厚さを約２００ｎｍとした以外は、実施例１と同様の構成としたものを実施例３のインクジェット式記録ヘッドとした。
【０１１２】
（比較例１）
絶縁膜の材料として、シリコーンオイル（ダイキン工業社製）を用い、この絶縁膜を下電極膜及び上電極用リード電極の接続部を除いて、圧電素子及び上電極用リード電極の表面が完全に覆われるように塗布した以外は、実施例１と同様の構成としたものを比較例１のインクジェット式記録ヘッドとした。
【０１１３】
（比較例２）
絶縁膜の材料として、ウレタン系防湿剤（日立化成工業社製）を用いた以外は、比較例１と同様の構成としたものを比較例２のインクジェット式記録ヘッドとした。
【０１１４】
（比較例３）
絶縁膜を形成していない以外は、実施例１と同様の構成としたものを比較例３のインクジェット式記録ヘッドとした。
【０１１５】
【表１】
2010042683.tif 000003
【０１１６】
上記表１に示すように、実施例１〜３の無機絶縁材料からなる絶縁膜を有するインクジェット式記録ヘッドでは、湿度４０％Ｒｈの環境下で１５０時間以上経過しても、破壊されたセグメント（圧電素子）はなく、歩留まりは１００％であった。特に、実施例２の酸化アルミニウムを用いた場合は、湿度８５％Ｒｈという極めて厳しい条件であるにもかかわらず、２５０時間経過しても破壊されるセグメント（圧電素子）はなかった。これに対し、無機絶縁材料以外の材料からなる絶縁膜を有する若しくは絶縁膜が形成されていない比較例１〜３のインクジェット式記録ヘッドでは、湿度４０％Ｒｈの環境下で、４時間が経過した時点で既に一部のセグメントが破壊されてしまっており、上記無機絶縁材料からなる絶縁膜に比べ、水分を透過しやすいことが実験から分かった。
【０１１７】
よって、無機絶縁材料以外の材料からなる絶縁膜を用いるとなると、上記無機絶縁材料からなる絶縁膜程度の薄膜状態では、水分透過を十分に防ぐことができない。また、水分透過を防ぐために十分な膜厚を要するとなると圧電素子３００の駆動を妨げるという事態を招く虞があるので、圧電素子３００の駆動を十分に確保するためには、圧電素子３００を比較的大きくすることが求められてインクジェット式記録ヘッドが大型化してしまう。
【０１１８】
この結果からも明らかなように、本発明の構成によれば、ヘッドの大型化を招来せずに、湿度（水分）に起因する圧電素子の破壊を確実に防止することができ、ヘッドの耐久性を著しく向上することができる。
【０１１９】
（試験例２）
以下に示す実施例４〜６及び比較例４のインクジェット式記録ヘッドを作製し、振動板の変位量を比較する試験を行った。また、下記表２には、実施例４〜６及び比較例４のインクジェット式記録ヘッドの上電極膜及び絶縁膜の材料、膜厚、膜応力を示す。また、下記表３には、上電極膜及び絶縁膜を形成する材料の物性データ（ヤング率、応力）を示す。なお、表２及び表３では、圧縮応力の値をマイナス（−）、引張り応力の値をプラス（＋）として示した。
【実施例４】
【０１２０】
下記表２に示すように、イリジウムからなる厚さ約５０ｎｍの上電極膜を形成し、その上電極膜を有する圧電素子を覆うように、酸化アルミニウムからなる絶縁膜を厚さ約１００ｎｍで形成したものを実施例４のインクジェット式記録ヘッドとした。
【０１２１】
ここで、下記表２及び表３に示すように、イリジウムからなる膜は圧縮応力となり、酸化アルミニウムからなる膜は圧縮応力となる。このため、実施例４のインクジェット式記録ヘッドでは、上電極膜の応力及び絶縁膜の応力は圧縮応力となっており、両者の和も圧縮応力となっている。
【実施例５】
【０１２２】
上電極膜の材料に白金を用いた以外は、実施例４と同様の構成としたものを実施例５のインクジェット式記録ヘッドとした。
【０１２３】
ここで、下記表２及び表３に示すように、白金からなる膜は引張り応力となり、酸化アルミニウムからなる膜は圧縮応力となる。このため、実施例５のインクジェット式記録ヘッドでは、絶縁膜の応力が圧縮応力となり、上電極膜の応力の引張り応力となるが、上電極膜の応力σ1と絶縁膜の応力σ2との関係が｜σ1｜＜｜σ2｜を満たしているため、上電極膜の応力と絶縁膜の応力との和は圧縮応力となっている。
【実施例６】
【０１２４】
上電極膜を厚さ約１００ｎｍで形成した以外は、実施例５と同様の構成としたものを実施例６のインクジェット式記録ヘッドとした。
【０１２５】
ここで、実施例６のインクジェット式記録ヘッドでは、実施例５と同様に、絶縁膜の応力が圧縮応力となり、上電極膜の応力が引張り応力となるが、上電極膜の応力と絶縁膜の応力との和は圧縮応力となっている。
【０１２６】
（比較例４）
絶縁膜を形成しない以外は、実施例６と同様の構成としたものを比較例４のインクジェット式記録ヘッドとした。
【０１２７】
ここで、下記表２及び表３に示すように、白金からなる膜は引張り応力となる。このため、比較例４のインクジェット式記録ヘッドでは、上電極膜の応力が引張り応力となり、絶縁膜の応力をニュートラルと考えると、上電極膜の応力と絶縁膜の応力との和が引張り応力となっている。
【０１２８】
【表２】
2010042683.tif 000004
【０１２９】
【表３】
2010042683.tif 000005
【０１３０】
上記表２の結果から分かるように、絶縁膜の応力と上電極膜の応力との和が圧縮応力となっている実施例４〜６の各インクジェット式記録ヘッドは、絶縁膜の応力と上電極膜の応力との和が引張り応力となっている比較例４のインクジェット式記録ヘッドと比べて、圧電素子の駆動による振動板の変位量は大きかった。この結果から明らかなように、絶縁膜の応力と上電極膜の応力との和を圧縮応力とすることにより、圧電素子の駆動による振動板の変位量の低下を防止することができる。
【０１３１】
また、実施例４のインクジェット式記録ヘッドは、実施例５のインクジェット式記録ヘッドと比べて、絶縁膜の応力と上電極膜の応力との和の圧縮応力が大きくなっているが、実施例５のインクジェット式記録ヘッドは、実施例４のインクジェット式記録ヘッドと比べて、圧電素子（振動板）の変位量は大きかった。これは、実施例５の上電極膜は、上記表２及び表３に示すように白金からなり、実施例４のイリジウムからなる上電極膜よりもヤング率（硬度）が小さいためと考えられる。このように、絶縁膜の応力と上電極膜の応力との和が圧縮応力となっていれば、振動板の撓み量を低減でき、圧電素子の駆動による振動板の変位量を増加させることができる。この結果からも明らかなように、絶縁膜の応力と上電極膜の応力との和を圧縮応力とすることにより、圧電素子の駆動による振動板の変位量の低下をより確実に防止することができる。
【０１３２】
（実施形態２）
図７は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの概略斜視図であり、図８は、その平面図及び断面図である。また、図９は、インクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図であり、図１０は、図９の要部断面図である。なお、以下、同一部材には同一符号を付して説明し、重複する説明は省略する。
【０１３３】
本実施形態は、第１の絶縁膜１０１と第２の絶縁膜１０２とを含む絶縁膜１００Ａによって、少なくとも圧電素子３００を構成する各層を覆うようにした例である。すなわち、図７〜図１０に示すように、下電極膜６０は、圧力発生室１２の長手方向では圧力発生室１２に対向する領域内に形成され、複数の圧力発生室１２に対応する領域に連続的に設けられている。圧電体層７０及び上電極膜８０は、基本的には圧力発生室１２に対向する領域内に設けられているが、圧力発生室１２の長手方向では、下電極膜６０の端部よりも外側まで延設されており、下電極膜６０の端面は圧電体層７０によって覆われている。なお、圧力発生室１２の長手方向端部近傍には、圧電体層を有するが実質的に駆動されない圧電体非能動部３３０が形成されている（図８（ａ）参照）。
【０１３４】
そして、本実施形態では、このような圧電素子３００を構成する各層の表面が、上電極用リード電極９０Ａとの接続部９０ａ及び下電極用リード電極９５Ａの接続部９５ａを除いて、耐湿性を有する材料からなる絶縁膜１００Ａによって覆われている。具体的には、図９及び図１０に示すように、第１の絶縁膜１０１は、圧電素子３００を構成する各層のパターン領域に設けられ、上電極膜８０の長手方向端部近傍に対向する領域に、上電極用リード電極９０Ａと上電極膜８０とを接続するための接続孔１０１ａが形成され、並設された圧電素子３００の外側には、下電極用リード電極９５Ａと下電極膜６０とを接続するための接続孔１０１ｂが設けられている。すなわち、少なくとも圧電素子３００を構成する各層のパターン領域は、この接続孔１０１ａ，１０１ｂを除いて、第１の絶縁膜１０１によって完全に覆われている。
【０１３５】
そして、この第１の絶縁膜１０１上には、接続孔１０１ａ，１０１ｂを介して各圧電素子３００の上電極膜８０に接続される上電極用リード電極９０Ａと、下電極膜６０に接続される下電極用リード電極９５Ａとが設けられている。上電極用リード電極９０Ａは、各上電極膜８０の長手方向一端部近傍、本実施形態では、圧電体非能動部３３０に相当する部分から流路形成基板１０の端部近傍まで延設されている。また、下電極用リード電極９５Ａは、圧電素子３００の列の外側の下電極膜６０の端部近傍から流路形成基板１０の端部近傍まで延設されている。そして、これら上電極用リード電極９０Ａ及び下電極用リード電極９５Ａの先端部は、駆動配線１３０が接続される接続部９０ａ，９５ａとなっている。
【０１３６】
さらに、上電極用リード電極９０Ａ及び下電極用リード電極９５Ａ並びに第１の絶縁膜１０１上には、第２の絶縁膜１０２が設けられている。すなわち、上電極用リード電極９０Ａ、下電極用リード電極９５Ａ及び圧電素子３００を構成する各層のパターン領域は、上電極用リード電極９０Ａの接続部９０ａ及び下電極用リード電極９５Ａの接続部９５ａに対向する領域を除いて、この第２の絶縁膜１０２によって覆われている。
【０１３７】
このような構成では、第１及び第２の絶縁膜１０１，１０２によって、圧電体層７０の水分（湿気）に起因する破壊をさらに確実に防止することができる。また、第２の絶縁膜１０２によって、上電極用リード電極９０Ａの接続部９０ａ及び下電極用リード電極９５Ａの接続部９５ａを除いて、圧電素子３００を構成する各層及び上電極用リード電極９０Ａ並びに下電極用リード電極９５Ａの表面を覆うようにすることで、第２の絶縁膜１０２の端部側から水分が侵入した場合でも、圧電体層７０まで水分が達するのを防ぐことができ、圧電体層７０の水分に起因する破壊を確実に防止することができる。
【０１３８】
また、第１の絶縁膜１０１上に上電極用リード電極９０Ａ及び下電極用リード電極９５Ａが形成されているため、これら上電極用リード電極９０Ａ及び下電極用リード電極９５Ａを形成する際に、ウェットエッチングを用いても電食が発生することがない。このため、例えば、電食によるエッチング速度の異常等が発生することがなく、上電極用リード電極９０Ａ及び下電極用リード電極９５Ａを高精度に形成することができる。また、例えば、上電極膜８０の剥離等、上電極用リード電極９０Ａ及び下電極用リード電極９５Ａのエッチング時に発生する圧電素子３００の破壊を防止することができ、歩留まりが著しく向上する。
【０１３９】
ここで、このような絶縁膜１００Ａを構成する第１及び第２の保護膜１０１，１０２の材料としては、上述したように、例えば、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）を用いるのが好ましい。また、例えば、第１の絶縁膜１０１を酸化シリコンで形成し、第２の絶縁膜１０２を酸化アルミニウムで形成する等、第１及び第２の絶縁膜１０１，１０２の材料は、それぞれ異なっていてもよいが、第１又は第２の絶縁膜１０１，１０２の何れか一方が酸化アルミニウムで形成されているのが好ましい。また、少なくとも第２の絶縁膜１０１が、酸化アルミニウムで形成されているのが好ましく、特に、第１及び第２の絶縁膜１０１，１０２のそれぞれが、酸化アルミニウムで形成されているのが望ましい。このように第１及び第２の絶縁膜１０１，１０２の何れか一方あるいは両方の材料として酸化アルミニウムを用いることで、これら第１及び第２の絶縁膜１０１，１０２の膜厚が比較的薄く形成されていても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができる。例えば、第１及び第２の絶縁膜１０１，１０２のそれぞれが酸化アルミニウムで形成されている場合には、それぞれの膜厚が５０ｎｍ程度であっても、水分の透過を十分に防ぐことができる。
【０１４０】
また、このように第１及び第２の絶縁膜１０１，１０２の何れか一方又は両方の材料として、酸化アルミニウムを用いる場合には、上電極用リード電極９０Ａ及び下電極用リード電極９５Ａが、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする材料で形成されていることが好ましい。例えば、本実施形態では、第１及び第２の絶縁膜１０１，１０２のそれぞれが、酸化アルミニウムからなり、上電極用リード電極９０Ａ及び下電極用リード電極９５Ａは、アルミニウム（Ａｌ）９９．５ｗｔ％、銅（Ｃｕ）０．５ｗｔ％の合金からなる。
【０１４１】
これにより、上電極用リード電極９０Ａ及び下電極用リード電極９５Ａと第１の絶縁膜１０１又は第２の絶縁膜１０２との密着性が向上する。また、第１及び第２の絶縁膜１０１，１０２が酸化アルミニウムからなる場合には、上電極用リード電極９０Ａ及び下電極用リード電極９５Ａと第１及び第２の絶縁膜１０１，１０２との密着性と共に、第１の絶縁膜１０１と第２の絶縁膜１０２との密着性も向上する。したがって、水分の透過をさらに確実に防止することができ、圧電素子３００の水分に起因する破壊を長期に亘って確実に防止することができる。さらに、第１及び第２の絶縁膜１０１，１０２の膜厚を比較的薄くしても水分の透過を確実に防止することができて圧電素子３００の駆動を妨げることがないため、インク吐出特性を良好に維持することができる。
【０１４２】
なお、流路形成基板１０上の圧電素子３００側の面には、実施形態１と同様に保護基板及びコンプライアンス基板が接合されているが、本実施形態の保護基板３０Ａには、貫通部が形成されていない点で実施形態１の保護基板とは相違する。そして、上述したように、上電極用リード電極９０Ａ及び下電極用リード電極９５Ａは、流路形成基板１０の端部近傍まで、すなわち、圧電素子保持部３１の外側まで延設され、これら上電極用リード電極９０Ａの接続部９０ａ及び下電極用リード電極９５Ａの接続部９５ａに、保護基板３０上に実装された駆動ＩＣ１２０から延設される駆動配線１３０の一端が接続されている。
【０１４３】
以下、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図１１は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、実施形態１において説明したように、流路形成基板１０上に、弾性膜５０及び絶縁体膜５５形成し、この絶縁体膜５５上に下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０からなる圧電素子３００を形成する（図５（ａ）〜図６（ａ）参照）。
【０１４４】
次いで、図１１（ａ）に示すように、酸化アルミニウムからなる第１の絶縁膜１０１を形成すると共に所定形状にパターニングする。すなわち、第１の絶縁膜１０１を流路形成基板１０の全面に形成し、所定のマスクを介してエッチングすることにより、各上電極膜８０に対向する領域、及び並設された圧電素子３００の外側の下電極膜６０に対向する領域にそれぞれ接続孔１０１ａ，１０１ｂを形成する。
【０１４５】
次に、図１１（ｂ）に示すように、上電極用リード電極９０Ａを形成する。すなわち、流路形成基板１０の全面に亘って、例えば、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする材料からなる金属層９２Ａを形成し、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９２Ａを各圧電素子３００毎にパターニングすることで上電極用リード電極９０Ａが形成される。また、図示しないが、このとき下電極用リード電極９５Ａも同時に形成する。
【０１４６】
なお、金属層９２Ａの材料として、アルミニウムを主成分とする材料を用いることで、第１又は第２の絶縁膜１０１，１０２との密着性が向上し、圧電体層への水分透過率が更に低下するので好ましい。また、勿論、金属層として、例えば、金（Ａｕ）等を用いるようにしてもよいが、その場合、には、金属層の下側に、例えば、チタンタングステン（ＴｉＷ）からなる密着層を設けておくことが望ましい。勿論、金属層がアルミニウムの場合でも、チタンタングステンからなる密着層を設けても良いことは言うまでもない。
【０１４７】
次に、図１１（ｃ）に示すように、例えば、酸化アルミニウムからなる第２の絶縁膜１０２を形成すると共に所定形状にパターニングする。すなわち、第２の絶縁膜１０２を流路形成基板１０の全面に形成し、その後、上電極用リード電極９０Ａの接続部９０ａ及び下電極用リード電極９５Ａの接続部９５ａに対向する領域の第２の絶縁膜１０２を除去する。なお、本実施形態では、第２の絶縁膜１０２も第１の絶縁膜１０１とほぼ同じ領域、すなわち、圧電素子３００を構成する各層、上電極用リード電極９０Ａ及び下電極用リード電極９５Ａのパターン領域のみに設けるようにした。勿論、第２の絶縁膜１０２は、上電極用リード電極９０Ａの接続部９０ａ及び下電極用リード電極９５Ａの接続部９５ａに対向する領域以外の全ての領域に設けられていてもよい。何れにしても、第２の絶縁膜１０２は、上電極用リード電極９０Ａの接続部９０ａ及び下電極用リード電極９５Ａの接続部９５ａを除いて、圧電素子３００を構成する各層、上電極用リード電極９０Ａ及び下電極用リード９５Ａのパターン領域を覆うように形成されていればよい。
【０１４８】
次いで、第１１（ｄ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側に保護基板３０を接着剤３５によって接合した後、所定形状にパターニングしたマスク膜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等を形成する。
【０１４９】
（実施形態３）
図１２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斜視図であり、図１３は、その平面図及び断面図である。また、図１４は、インクジェット式記録ヘッドの要部を示す平面図である。
【０１５０】
本実施形態では、接続配線の一部を構成する第２の上電極用リード電極９６をさらに設けるようにした例である。図１２〜図１４に示すように、下電極膜６０は、圧力発生室１２の長手方向では圧力発生室１２に対向する領域内に形成され、複数の圧力発生室１２に対応する領域に連続的に設けられている。また、下電極膜６０は、圧力発生室１２の列の外側で流路形成基板１０の端部近傍まで延設され、それらの先端部は、後述する駆動ＩＣ１２０から延設された接続配線１３０が接続される接続部６０ａとなっている。圧電体層７０及び上電極膜８０は、基本的には圧力発生室１２に対向する領域内に設けられているが、圧力発生室１２の長手方向では、下電極膜６０の端部よりも外側まで延設されており、下電極膜６０の端面は圧電体層７０によって覆われている。そして、圧力発生室１２の長手方向端部近傍には、圧電体層７０を有するが実質的に駆動されない圧電体非能動部３３０が形成されている。また、各圧電素子３００を構成する上電極膜８０の一端部近傍には、例えば、アルミニウムを主成分とする材料からなる上電極用リード電極９０Ａがそれぞれ接続されている。これらの上電極用リード電極９０Ａは、本実施形態では、圧力発生室１２の外側の圧電体非能動部３３０上から絶縁体膜５５上に延設されている。
【０１５１】
また、上電極用リード電極９０Ａには、無機絶縁材料からなる絶縁膜１００を介して第２の上電極用リード電極９６がそれぞれ接続されている。この第２の上電極用リード電極９６は、流路形成基板１０の端部近傍まで延設され、その先端部近傍は、下電極膜６０の接続部６０ａと同様に、駆動配線１３０が接続される端子部９６ａとなっている。
【０１５２】
ここで、絶縁膜１００は、圧電素子３００を構成する各層、上電極用リード電極９０Ａ及び第２の上電極用リード電極９６のパターン領域に設けられている。そして、少なくとも圧電素子３００及び上電極用リード電極９０Ａは、上電極用リード電極９０の接続部９０ａを除いてこの絶縁膜１００によって覆われている。例えば、本実施形態では、絶縁膜１００が、圧電素子３００の列の外側の下電極膜６０上まで連続的に設けられており、圧電素子３００及び上電極用リード電極９０Ａと共に下電極膜６０も、接続部６０ａを除いて絶縁膜１００によって覆われている。
【０１５３】
また上述したように、絶縁膜１００は第２の上電極用リード電極９６のパターン領域まで連続的に設けられている。すなわち、絶縁膜１００は、流路形成基板１０の端部近傍まで連続的に設けられており、第２の上電極用リード電極９６の端子部９６ａもこの絶縁膜１００上に位置している。
【０１５４】
以上説明したように、絶縁膜１００によって圧電素子３００及び上電極用リード電極９０Ａの表面を覆うと共に、絶縁膜１００上に設けられた第２の上電極用リード電極９６に駆動配線１３０が接続される端子部９６ａを設けるようにすることで、圧電体層７０の水分（湿気）に起因する破壊を確実に防止することができる。すなわち、圧電素子３００及び上電極用リード電極９０Ａは、接続部９０ａを除いて第２の上電極用リード電極９６のパターン領域まで連続する絶縁膜１００によって覆われている。また上電極用リード電極９０Ａの接続部９０ａは、第２の上電極用リード電極９６によって塞がれている。したがって、水分は、絶縁膜１００の端部からしか侵入することはなく、仮に侵入した場合でも、圧電体層７０まで水分が達するのを実質的に防止することができ、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。
【０１５５】
さらに、第２の上電極用リード電極９６の駆動配線１３０が接続される端子部９６ａの下側にも絶縁膜１００が設けられていることで、第２の上電極用リード電極９６の密着性が高まるという効果もある。これにより、例えば、ワイヤボンディング等により駆動配線１３０を第２の上電極用リード電極９６に接続する際等に、第２の上電極用リード電極９６の剥がれ等の不良が発生するのを防止することもできる。
【０１５６】
なお、本実施形態では、連通部１３近傍まで延設された下電極膜６０の先端部が接続配線１３０との接続部６０ａとなっているが、例えば、図１５に示すように、下電極膜６０に電気的に接続される下電極用リード電極９５Ａを、列設された圧電素子３００の外側で圧電素子３００の長手方向外側の領域まで延設すると共に、第２の下電極用リード電極９９を流路形成基板１０の端部近傍まで延設し、その先端部を駆動配線１３０が接続される端子部９９ａとしてもよい。そして、この場合には、上電極用リード電極９０Ａ及び下電極用リード電極９５Ａの接続部９０ａ，９５ａを除いて、圧電素子３００を構成する各層、上電極用リード電極９０Ａ、下電極用リード電極９５Ａ及び第２の上電極用リード電極９６、第２の下電極用リード電極９９のパターン領域を絶縁膜１００で覆うようにする。
【０１５７】
以下、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図１６及び図１７は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。また、上述したように、インクジェット式記録ヘッドは、一枚のシリコンウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、第１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０毎に分割され、本実施形態では、実際にシリコンウェハからなる流路形成基板用ウェハ１５０を用いた製造方法として説明する。
【０１５８】
まず、図１６（ａ）に示すように、厚さが約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハからなる流路形成基板用ウェハ１５０（流路形成基板１０）上に、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を形成し、絶縁体膜５５上に下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０からなる圧電素子３００を形成する。なお、これら弾性膜５０、絶縁体膜５５及び圧電素子３００の製造方法は、実施形態１と同様である（図５（ａ）〜図５（ｄ）参照）。
【０１５９】
次に、図１６（ｂ）に示すように、上電極用リード電極９０Ａを形成する。具体的には、流路形成基板用ウェハ１５０上に、所定の金属材料、例えば、本実施形態では、アルミニウム（Ａｌ）からなる金属層９２Ａを全面に形成する。そして、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９２Ａを圧電素子３００毎にパターニングすることにより上電極用リード電極９０Ａが形成される。
【０１６０】
次に、図１６（ｃ）に示すように、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる絶縁膜１００を形成すると共に所定形状にパターニングする。すなわち、絶縁膜１００を流路形成基板用ウェハ１５０の全面に形成し、その後、下電極膜６０の接続部６０ａに対向する領域の絶縁膜１００を除去すると共に、上電極用リード電極９０Ａの接続部９０ａに対向する領域の絶縁膜１００を除去して開口１００ａを形成する。なお、本実施形態では、接続部６０ａ及び接続部９０ａに対向する領域と共に、圧電素子３００を構成する各層及び上電極用リード電極９０Ａ、並びに後述する工程で形成される第２の上電極用リード電極９６のパターン領域以外も除去するようにしている。勿論、絶縁膜１００は、接続部６０ａ及び端子部９０ａに対向する領域のみが除去されていてもよい。
【０１６１】
次に、第２の上電極用リード電極９６を形成する。例えば、本実施形態では、図１６（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１５０の全面に亘って、例えば、チタンタングステン（ＴｉＷ）からなる密着層９７を形成し、この密着層９７上の全面に、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９８を形成する。その後、マスクパターン（図示なし）を介して金属層９８を各圧電素子３００毎にパターニングし、さらに密着層９７をエッチングによりパターニングすることによって第２の上電極用リード電極９６が形成される。
【０１６２】
次いで、図１７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１５０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１６０を接合する。なお、この保護基板用ウェハ１６０は、例えば、６２５μｍ程度の厚さを有するため、流路形成基板用ウェハ１５０の剛性は、保護基板用ウェハ１６０を接合することによって著しく向上することになる。
【０１６３】
次いで、図１７（ｂ）に示すように、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１５０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ酸と硝酸の混合水溶液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１５０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１５０をエッチング加工した。
【０１６４】
次いで、図１７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１５０上に、例えば、窒化シリコンからなるマスク膜５２Ａ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５２Ａを介して流路形成基板用ウェハ１５０を異方性エッチングすることにより、流路形成基板用ウェハ１５０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。
【０１６５】
なお、その後は、流路形成基板用ウェハ１５０及び保護基板用ウェハ１６０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１５０の保護基板用ウェハ１６０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１６０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１５０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なる。
【０１６６】
（実施形態４）
図１８は、実施形態４に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。本実施形態は、実施形態３の構造において、実施形態２と同様、圧電素子３００が第１の絶縁膜１０１と第２の絶縁膜１０１とからなる絶縁膜１００Ａによって覆われるようにした例である。すなわち、本実施形態では、図１８に示すように、上電極用リード電極９０Ａは、第１の絶縁膜１０１上に延設され、第１の絶縁膜１０１の接続孔１０１ａを介して上電極膜８０と接続されている。また、上電極用リード電極９０Ａ及び圧電素子３００を構成する各層のパターン領域は、上電極用リード電極９０Ａの接続部９０ａに対向する領域を除いて、第２の絶縁膜１０２によって覆われている。そして、この第１の絶縁膜１０１上にさらに第２の絶縁膜１０２が形成されて、圧電素子３００がこれら第１の絶縁膜１０１及び第２の絶縁膜１０２によって覆われるようにした。また、第２の上電極用リード電極９６は、この第２の絶縁膜１０２上に形成され、第２の絶縁膜１０１の開口部１０２ａを介して第１の上電極用リード電極９０Ａと接続されている。
【０１６７】
このような構成では、圧電素子３００が、第１の絶縁膜１０１及び第２の絶縁膜１０２の２層によって覆われ、圧電体層７０の水分（湿気）との接触が防止されているため、圧電体層７０の水分（湿気）に起因する破壊をさらに確実に防止することができる。
【０１６８】
（実施形態５）
図１９は、実施形態５に係るインクジェット式記録ヘッドを示す分解斜視図であり、図２０は、その平面図及び断面図である。
【０１６９】
本実施形態は、保護基板の流路形成基板との接合面側の一部に、圧電素子保持部内の水分を透過可能な材料からなる透湿部を設けた例である。そして、上電極用リード電極を流路形成基板の端部近傍まで延設して保護基板の外側で上電極用リード電極と駆動配線とを接続するようにし、保護基板には貫通部が設けられていない以外は、実施形態１と同様の構成である。
【０１７０】
詳細には、図１９及び図２０に示すように、保護基板３０の流路形成基板１０との接合面側の一部、具体的には、圧電素子保持部３１周縁のリザーバ１１０側以外の領域の一部に、圧電素子保持部３１内の水分を透過可能な材料からなる透湿部１７０が設けられている。例えば、この透湿部１７０は、接着層３５を構成する接着剤よりも水分の透過性の高い接着剤からなる接着層３６によって構成され、図２０に示すように、本実施形態では、圧電素子保持部３１のリザーバ１１０とは反対側の領域に設けられている。なお、この透湿部１７０（接着層３６）は、保護基板３０と流路形成基板１０とを接合する役割も果たしている。
【０１７１】
このような透湿部１７０を設けることにより、圧電素子保持部３１内に侵入した水分（湿気）は、この透湿部１７０を介して外部に排出される。したがって、圧電素子保持部３１内が比較的低湿度に維持されるため、水分に起因する圧電素子３００の破壊を防止することができる。具体的には、圧電素子保持部３１内に隣接してリザーバ１１０が設けられているため、リザーバ１１０に貯留されているインクの水分が、圧電素子保持部３１のリザーバ１１０側の領域の接着層３５を介して圧電素子保持部３１内に侵入してしまう。このため、圧電素子保持部３１内の湿度が徐々に上昇し、圧電素子保持部３１内の湿度は、８５％程度まで上昇してしまう場合がある。接着層３５を構成する接着剤として水分の浸透性の低いものを用いたとしても、このようなインクの水分の圧電素子保持部３１内への侵入を完全に防ぐのは難しい。
【０１７２】
しかしながら、透湿部１７０を設けることにより、圧電素子保持部３１のリザーバ１１０側の領域の接着層３５を介して圧電素子保持部３１内に水分が侵入した場合でも、圧電素子保持部３１内が外部よりも高湿度になっていれば、圧電素子保持部３１内の水分は透湿部１７０を介して外部に排出される。したがって、圧電素子保持部３１内の湿度は常に外気の湿度以下に抑えられる。
【０１７３】
そして、圧電素子保持部３１内に封止されている圧電素子３００を構成する各層及び上電極用リード電極９０の表面は、無機絶縁材料からなる絶縁膜１００によって覆われているため、圧電素子保持部３１内の湿度が外気の湿度程度に抑えられていれば、圧電素子が圧電素子保持部３１内の水分（湿気）によって破壊されることはない。よって、圧電素子３００の耐久性を著しく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。
【０１７４】
以下、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図２１は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、実施形態１で説明したように、流路形成基板１０上に、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を形成し、この絶縁体膜５５上に下電極６０、圧電体層７０及び上電極膜８０からなる圧電素子３００を形成する（図５（ａ）〜図６（ａ）参照）。
【０１７５】
次に、図２１（ａ）に示すように、密着層９１及び金属層９２を順次積層し、これら密着層９１及び金属層９２をパターニングすることにより上電極用リード電極９０を形成する。次いで、図２１（ｂ）に示すように、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる絶縁膜１００を形成する。
【０１７６】
次に、図２１（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側に保護基板３０を、接着層３５を介して接合すると共に、透湿部１７０を形成する。すなわち、保護基板３０の圧電素子保持部３１周縁のリザーバ部３２とは反対側の領域を除いて接着層３５を形成すると共に、リザーバ部３２とは反対側の領域に、接着層３５よりも水分の透過性の高い接着層３６を形成する。そして、これら接着層３５，３６を介して保護基板３０と流路形成基板１０とを接合する。これにより、圧電素子保持部３１のリザーバ１１０とは反対側の領域には、同時に、接着層３６からなる透湿部１７０が形成される。
【０１７７】
そして、図２１（ｄ）に示すように、所定形状にパターニングしたマスク膜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等を形成する。
【０１７８】
（実施形態６）
図２２は、実施形態６に係るインクジェット式記録ヘッドの側面図である。本実施形態は、圧力発生室１２の列の両端部外側に対応する領域の保護基板３０に透湿部１７０Ａを設けるようにした例である。すなわち、本実施形態では、第２２図に示すように、圧力発生室１２の列の両端部外側に対応する領域の保護基板３０には、保護基板３０の一部をハーフエッチングにより除去した凹部３４が形成されている。そして、この凹部３４をポッティング材で封止することによって透湿部１７０Ａが形成されている。
【０１７９】
このような構成としても、実施形態５と同様に、圧電素子保持部３１内の水分が透湿部１７０Ａを介して外部に排出され、圧電素子保持部３１内の湿度は、外部の湿度と同程度に維持される。したがって、水分に起因する圧電素子３００の破壊を長期に渡って防止することができる。
【０１８０】
（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１〜４では、圧電素子が保護基板の圧電素子保持部内に形成されているが、これに限定されず、勿論、圧電素子は露出されていてもよい。この場合でも、圧電素子及び上電極用リード電極等の表面は、無機絶縁材料からなる絶縁膜によって覆われているため、水分（湿気）に起因する圧電体層の破壊は、確実に防止される。また、例えば、実施形態５又は６では、透湿部１７０を保護基板３０の流路形成基板１０との接合面に設けるようにしたが、これに限定されず、例えば、保護基板３０の上面等に圧電素子保持部３１に連通する連通孔を設け、この連通孔を、水分の透過性の高い接着剤等の有機材料で封止することによって透湿部を形成するようにしてもよい。
【０１８１】
また、上述した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２３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２３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。
【０１８２】
また、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へッド、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が挙げられる。
【符号の説明】
【０１８３】
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、３１ 圧電素子保持部、３２ リザーバ部、３３ 貫通孔、３５ 接着剤、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 圧電体層、８０ 上電極膜、９０，９０Ａ 上電極用リード電極、９０ａ 接続部、１００ 絶縁膜、１１０ リザーバ、１２０ 駆動ＩＣ、１３０ 接続配線、１４０ 封止材、３００ 圧電素子、３３０ 圧電体非能動部。
【図１】
2010042683.tif 000006
【図２】
2010042683.tif 000007
【図３】
2010042683.tif 000008
【図４】
2010042683.tif 000009
【図５】
2010042683.tif 000010
【図６】
2010042683.tif 000011
【図７】
2010042683.tif 000012
【図８】
2010042683.tif 000013
【図９】
2010042683.tif 000014
【図１０】
2010042683.tif 000015
【図１１】
2010042683.tif 000016
【図１２】
2010042683.tif 000017
【図１３】
2010042683.tif 000018
【図１４】
2010042683.tif 000019
【図１５】
2010042683.tif 000020
【図１６】
2010042683.tif 000021
【図１７】
2010042683.tif 000022
【図１８】
2010042683.tif 000023
【図１９】
2010042683.tif 000024
【図２０】
2010042683.tif 000025
【図２１】
2010042683.tif 000026
【図２２】
2010042683.tif 000027
【図２３】
2010042683.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月15日(2009.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備し、
前記振動板は前記下電極と接しており、
少なくとも前記圧電体層及び前記上電極のパターン領域が、無機アモルファス材料からなる絶縁膜によって覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面には、当該圧電素子を保護する空間である圧電素子保持部を有する保護基板が接合され、該保護基板が前記圧力発生室に供給される液体の流路を具備して前記圧電素子保持部の前記流路側の前記接着層が前記流路内に露出されており、前記圧電素子保持部の前記流路側以外の領域に当該圧電素子保持部内の水分を透過する透湿部が設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項２において、前記透湿部が、有機材料からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項２又は３において、前記透湿部が前記保護基板の前記流路形成基板との接合面の一部に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項２又は３において、前記透湿部が、前記保護基板の上面に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項４又は５において、前記透湿部が、前記接着層を構成する接着剤よりも水分の透過性の高い接着剤からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項２〜５の何れかにおいて、前記透湿部が、ポッティング材からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項２〜７の何れかにおいて、前記透湿部が、前記圧電素子保持部の前記流路とは反対側の領域に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項９】
請求項２又は３において、前記透湿部が、前記圧力発生室の列の両端部外側に対応する領域の前記保護基板に設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか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１１】
液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の一方面側に振動板を介して下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程と、当該圧電素子の前記上電極から引き出される上電極用リード電極を形成する工程と、前記流路形成基板の前記圧電素子側の全面に無機アモルファス材料からなる絶縁膜を形成する工程と、少なくとも前記下電極及び前記上電極用リード電極の接続配線との接続部を露出させ且つ該接続部を除く前記圧電素子を構成する各層及び前記上電極用リード電極のパターン領域の前記絶縁膜を残すように当該絶縁膜をパターニングする工程とを具備し、
前記圧電素子を形成する工程において、前記下電極は前記振動板と接触するように形成されることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１において、前記絶縁膜をパターニングする工程の後に、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面に当該圧電素子を保護する圧電素子保持部及び前記圧力発生室に供給される液体の流路を有する保護基板を接合する工程をさらに有し、且つ該保護基板を接合する工程では、前記圧電素子保持部周縁の前記流路側を除く領域の一部に空間部を残して前記保護基板に接着剤を塗布して当該保護基板と前記流路形成基板とを接合すると共に、前記空間部を前記接着剤よりも水分の透過率の高い材料で封止して前記圧電素子保持部内の水分を透過する透湿部を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。