(57)【要約】【課題】インクジェットヘッドの絶縁膜及び圧電素子にクラックが入った場合においても、圧力室内のインクがクラックに進入して圧電素子の電極間をショートさせることを防止すること。【解決手段】ヘッドユニット１６は、シリコン基板に形成された圧力室２６と、圧力室を覆う絶縁膜３０と、圧力室の少なくとも一部を画成するドープ層３２と、圧電素子４４とを有する。ドープ層の電気抵抗率は、シリコン基板及び絶縁膜３０の電気抵抗率よりも低い。絶縁膜３０には、内部に導体が配置された貫通孔５１が形成されており、これを通じてドープ層３２と圧電素子４４の共通電極４１とが導通している。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体吐出ヘッドであって、
第１ノズル、前記第１ノズルと連通する第１圧力室が画成された半導体基板と、
前記第１圧力室を覆うように前記半導体基板の上に配置された絶縁膜と、
前記半導体基板と前記絶縁膜とが重なる積層方向に関して、前記絶縁膜の前記第１圧力室と反対側に、前記第１圧力室に対応して配置された第１圧電素子であって、
前記第１圧力室と前記積層方向に重なる圧電層、及び、前記積層方向において、前記圧電層と前記絶縁膜の間に配置された第１電極、及び前記第１電極との間で前記圧電層を前記積層方向に挟むように配置された第２電極を有する第１圧電素子と、
前記半導体基板に形成された、イオンがドープされたドープ層であって、第１圧力室の少なくとも一部を画成し、且つ、前記絶縁膜及び前記半導体基板よりも電気抵抗率が低いドープ層とを備え、
前記絶縁膜には内部に導体が配置された貫通孔が形成され、前記第１電極と前記ドープ層とは、前記貫通孔に配置された前記導体を介して電気的に導通していることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記絶縁膜は酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜である請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記ドープ層は、前記第１圧力室の、前記積層方向の前記絶縁膜と対向する面の少なくとも一部を覆うように配置されている請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記貫通孔に配置された前記導体は、前記第１電極と直接接触することにより電気的に導通している、又は、前記第１電極から延在する配線と接触することにより電気的に導通している請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記半導体基板には、流路及び、前記流路を介して前記第１圧力室と連通する連通室が形成され、
前記連通室と前記第１圧力室とは第１の方向に離れて配置されており、
前記貫通孔は、前記絶縁膜の、前記第１の方向において前記連通室と前記第1圧力室との間であって、且つ、前記第１の方向と直交する第２の方向において前記流路と並ぶ位置に形成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記ドープ層は、前記第１圧力室の少なくとも一部を画成する第１部分と、前記第１部分と前記貫通孔の前記導体との間に配置された第２部分であって、前記第１部分よりも電気抵抗率の小さい第２部分を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記半導体基板には、前記積層方向と直交する配列方向において、前記第１圧力室に隣接する第２圧力室が画成されており、
前記絶縁膜は、前記第１圧力室と前記第２圧力室を覆うように配置され、
前記液体吐出ヘッドは、さらに、前記絶縁膜の前記第２圧力室と反対側に、前記第２圧力室に対応して配置された第２圧電素子を備え、
前記第２圧電素子は、前記第１圧電素子の前記第１電極と導通する第３電極を有し、
前記貫通孔は、前記保護膜の、前記第１圧力室と前記第２圧力室との間に配置されて、前記第１電極又は第３電極と電気的に導通している請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記貫通孔は、前記積層方向において、前記圧電層と重なる位置に形成されている請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
媒体を前記液体吐出ヘッドに向けて搬送する搬送機構と、
前記液体吐出ヘッドに、液体を供給するタンクとを備える液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクなどの液体を媒体に向けて吐出する液体吐出ヘッド及び当該液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出装置として、記録媒体に対して相対的に移動しつつ、記録媒体にインクを吐出して画像を形成するインクジェットプリンタのインクジェットヘッドが知られている。例えば、特許文献１にはノズルプレートと、流路形成基板と、複数の圧電素子等を備えるインクジェットヘッドが開示されている。ノズルプレートには複数のノズルが形成されている。流路形成基板は、シリコン単結晶基板からなり、ノズルプレートに接合されている。流路形成基板には、複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室と、複数の圧力室にインクを供給するマニホールドが形成されている。流路形成基板の上面は、シリコン単結晶基板を熱処理することによって形成された二酸化シリコンからなる絶縁膜が形成されている。複数の圧電素子は、流路形成基板の上面に形成された絶縁膜の上に、複数の圧力室にそれぞれ対応して配置されている。
【０００３】
特許文献１のインクジェットヘッドのように、流路形成基板としてシリコン単結晶基板などの半導体基板を用いている場合には、半導体製造プロセスを応用してインクジェットヘッドを製造することができる。これにより、小型で、且つノズルの配置密度の高いインクジェットヘッドを安価に製造することができる。しかしながら、このようなインクジェットヘッドにおいて、圧電素子と圧力室内のインクとを区画する絶縁膜の厚さは非常に薄くなっており、インクジェットヘッドを製造するプロセスにおいて弾性膜にクラックが入ることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４６０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１のインクジェットヘッドでは、絶縁膜にクラックが入った場合において、後述のように圧力室内のインクがクラックに進入してインクと下部電極とがショートする可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、インクジェットヘッドの絶縁膜にクラックが入った場合においても、圧力室内のインクがクラックに進入して下部電極とインクとがショートすることを防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の態様に従えば、液体吐出ヘッドであって、
第１ノズル、前記第１ノズルと連通する第１圧力室が画成された半導体基板と、
前記第１圧力室を覆うように前記半導体基板の上に配置された絶縁膜と、
前記半導体基板と前記絶縁膜とが重なる積層方向に関して、前記絶縁膜の前記第１圧力室と反対側に、前記第１圧力室に対応して配置された第１圧電素子であって、
前記第１圧力室と前記積層方向に重なる圧電層、及び、前記積層方向において、前記圧電層と前記絶縁膜の間に配置された第１電極、及び前記第１電極との間で前記圧電層を前記積層方向に挟むように配置された第２電極を有する第１圧電素子と、
前記半導体基板に形成された、イオンがドープされたドープ層であって、第１圧力室の少なくとも一部を画成し、且つ、前記絶縁膜及び前記半導体基板よりも電気抵抗率が低いドープ層とを備え、
前記絶縁膜には内部に導体が配置された貫通孔が形成され、前記第１電極と前記ドープ層とは、前記貫通孔に配置された前記導体を介して電気的に導通していることを特徴とする液体吐出ヘッドが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、半導体基板及び絶縁層よりも電気抵抗率の低いドープ層が半導体基板に形成されている。このドープ層が圧力室の少なくとも一部を画成しているので、圧力室に充填された液体はドープ層に電気的に接触することができる。また、ドープ層は、貫通孔に配置された導体を介して、第１圧電素子の第１電極に導通している。そのため、第１電極と、圧力室に充填された液体とが、ドープ層及び貫通孔に配置された導体を介して電気的に導通している。これにより、第１電極を接地させるなどして、一定の電位に保つことにより容易に圧力室内の液体の電位を一定の電位に設定することができる。そのため、液体吐出ヘッドの絶縁膜にクラックが入った場合においても、圧力室内のインクがクラックに進入することが抑制され、インクと圧電素子とがショートすることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るインクジェットプリンタ１の概略を示す平面図である。
【図２】インクジェットヘッドの１つのヘッドユニット１６の概略上面図である。
【図３】図２に示したヘッドユニット１６のうち、圧電素子４４、配線４５、保護膜４６、駆動接点５３、グランド接点５４を取り除いた状態を示す概略上面図である。
【図４】図２のＡ部拡大図である。
【図５】図４から保護膜４６、配線４５、駆動接点５３、グランド接点５４を取り除いた状態を示す図である。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】図４のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】図９（ａ）は絶縁膜の成膜工程を示す図である。図９（ｂ）はドープ層の成膜工程を示す図である。図９（ｃ）はドープ層と共通電極の導通用の孔の形成工程を示す図である。図９（ｄ）は共通電極の成膜工程を示す図である。図９（ｅ）は圧電材料膜の成膜工程を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は個別電極用の導電膜の形成工程を示す図である。図１０（ｂ）個別電極の形成工程を示す図である。図１０（ｃ）は圧電材料膜のエッチング工程を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）は保護膜の成膜工程を示す図である。図１１（ｂ）は個別電極と配線の導通用の孔形成の工程を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は配線用の導電膜の成膜工程を示す図である。図１２（ｂ）は配線用の導電膜のエッチング工程（配線形成工程）を示す図である。図１２（ｃ）は保護膜の一部除去工程を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）は流路基板の研磨工程を示す図である。図１３（ｂ）は流路基板のエッチング工程（圧力室、流路、共通液室の形成工程）を示す図である。図１３（ｃ）はノズルプレートの接合工程を示す図である。
【図１４】２種類のイオン濃度を持つ領域を有するドープ層の概略説明図である。
【図１５】圧力室列２５に共通に設けられた圧電層を有するヘッドユニット１６Ａの図２相当図である。
【図１６】搬送方向における２つの圧力室２６の間に貫通孔２５１が設けられた場合を示す図７相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１の概略を示す平面図である。図１に示す前後左右の各方向をインクジェットプリンタ１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。
【００１１】
＜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、キャリッジ駆動機構４と、インクジェットヘッド５と、搬送機構６と、コントローラ７と、インク供給ユニット８とを主に備えている。
【００１２】
プラテン２の上面には、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、キャリッジ駆動機構４により、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に沿って左右方向（以下、走査方向ともいう）に往復移動するように構成されている。キャリッジ駆動機構４は、ベルト１２と、プラテン２の走査方向両側においてプラテン２を挟むように配置された２つのコロ１３と、キャリッジ駆動モータ１４とを備える。キャリッジ３にはベルト１２が連結されている。ベルト１２は、走査方向に離れて配置されている２つのコロ１３の間を、上から見て、走査方向に長い長円状の環になるように張り回されている。図１に示されるように、右側のコロ１３はキャリッジ駆動モータ１４の回転軸に連結されている。キャリッジ駆動モータ１４を回転させることにより、ベルト１２を２つのコロ１３の周りで周回させることができる。これに伴ってベルト１２に連結されたキャリッジ３を走査方向に往復移動させることができる。
【００１３】
インクジェットヘッド５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５は、走査方向に並ぶ４つのヘッドユニット１６を備えている。また、インク供給ユニット８は、４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクがそれぞれ貯留された４つのインクカートリッジ１７と、４つ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１８と、不図示のチューブとを備える。４つのヘッドユニット１６と４つのインクカートリッジ１７とは、不図示のチューブを通じてそれぞれ接続されている。これにより、４色のインクがインク供給ユニット８から４つのヘッドユニット１６へ供給される。
【００１４】
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、複数のノズル２４が形成されている（図３参照）。各ヘッドユニット１６のノズル２４は、インクカートリッジ１７から供給されたインクを、プラテン２に載置された記録用紙１００に向けて吐出する。
【００１５】
搬送機構６は、前後方向にプラテン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６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を前方（以下、搬送方向ともいう）に搬送する。
【００１６】
コントローラ７は、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、及び、制御回路を含むＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）等を備える。コントローラ７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、コントローラ７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５やキャリッジ駆動モータ１４等を制御して、記録用紙１００に画像を印刷させる。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５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。
【００１７】
次に、インクジェットヘッド５のヘッドユニット１６の構成について説明する。尚、インクジェットヘッド５の４つのヘッドユニット１６は、全て同じ構成であるため、そのうちの１つについて説明を行い、他のヘッドユニット１６については説明を省略する。
【００１８】
ヘッドユニット１６は、ノズル基板２０、流路基板２１、絶縁膜３０、圧電素子４４、配線４５、保護膜４６を主に備えている（図６参照）。以下の説明においては、ヘッドユニット１６のノズル基板２０、流路基板２１、絶縁膜３０と、流路基板２１の内部に形成されたインク流路について説明する。なお、図２はヘッドユニット１６の上面概略図である。図面の簡略化のため、図２においては、後述のノズル２４の図示を省略している。図３は図２に示したヘッドユニット１６のうち、圧電素子４４、配線４５及び保護膜４６を取り除いた状態を示す概略上面図である。図４は図２の枠線Ａの部分を拡大した図である。図５は図面の簡略化のため、図４から保護膜４６を取り除いた状態を示す図である。
【００１９】
＜ノズル基板２０＞
ノズル基板２０は、シリコン単結晶の基板である。なお、ステンレス鋼等の金属材料、あるいは、ポリイミド等の合成樹脂材料などで形成することもできる。図６、７に示されるように、ノズル基板２０には、複数のノズル２４が形成されている。また、図３に示されるように、複数のノズル２４は、配列ピッチＰで搬送方向に配列されたノズル列２５を構成しており、そのようなノズル列２５が２列形成されている。２つのノズル列２５は、走査方向に並んで配置されている。そして、２つのノズル列２５の間では、搬送方向におけるノズル２４の位置が、各ノズル列２５の配列ピッチＰの半分（Ｐ／２）だけずれている。
【００２０】
＜流路基板２１＞
流路基板２１は、シリコン単結晶の基板である。図３に示されるように、流路基板２１には、複数のノズルとそれぞれ連通する複数の圧力室２６と、共通液室２８と、複数の圧力室２６と共通液室２８とを連通する複数の流路２９とが形成されている。複数の圧力室２６は搬送方向に配列された圧力室列２７を構成しており、そのような圧力室列２７が２つ形成されている。これらの２つの圧力室列２７は走査方向に並んでいる。各圧力室２６は、上面視で、走査方向に長い略矩形状の形状を有している。走査方向における２つの圧力室列２７の間には、共通液室２８が設けられている。共通液室２８は、上面視で搬送方向に長い略矩形状の形状を有している。共通液室２８の、搬送方向における後端部は２つの圧力室列２７よりもさらに後方に位置している。同様に、共通液室２８の、搬送方向における前端部は２つの圧力室列２７よりもさらに前方に位置している。図３に示されるように、搬送方向（前後方向）における、共通液室２８の後端と、最も後方に位置する圧力室２６との間には、共通液室２８内にインクを供給するための供給口２８ａが設けられている。供給口２８ａには不図示のチューブを通じて、インクカートリッジ１７からのインクが供給される。
【００２１】
図３〜５に示されるように、共通液室２８と、各圧力室２６との間には、流路２９が形成されている。共通液室２８内の液体は、流路２９を介して各圧力室２６に供給される。
【００２２】
図７は図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図であり、圧力室２６の断面図を表している。図８は図４のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図であり、流路２９の断面図を表している。図７と図８を見ると、流路２９の幅（搬送方向の長さ）は、圧力室２６の幅よりも狭くなっていることがわかる。このように、流路２９の幅は圧力室２６の幅よりも狭くなっているので、流路２９の流路抵抗を大きくすることができる。後述のように圧電素子４４と絶縁膜３０とが協働して、圧力室２６内のインクに圧力を加えた際に、圧力室２６内のインクに発生する圧力波が共通液室２８に逃げることが抑制される。
【００２３】
例えば図６に示されるように、流路基板２１上面には、絶縁膜３０が形成されている。ここで、絶縁膜３０は流路基板２１の上面全体にわたって形成されており、複数の圧力室２６は絶縁膜３０により覆われている（図３参照）。本実施形態において、絶縁膜３０は、シリコンの流路基板２１の表面を酸化することによって形成された、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）の膜である。なお、絶縁膜３０は、シリコンの流路基板２１の表面を窒化することによって形成された、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）の膜であってもよい。なお、絶縁膜３０はシリコンの流路基板２１の表面を酸化又は窒化することによって形成されたものには限られない。絶縁膜３０は絶縁体の膜として形成されていればよく、スパッタリング等の公知の成膜技術によって絶縁体の膜を流路基板２１の上面に成膜することにより形成することもできる。また、絶縁膜３０は必ずしも単層の膜でなくてもよく、複数の層で形成された膜であってもよい。
【００２４】
さらに、流路基板２１の、絶縁膜３０の下側には、例えばナトリウムイオンなどの不純物イオンを流路基板２１にドープすることによって形成されたドープ層３２が形成されている。ドープ層３２は絶縁膜３０の下側に形成されている（図６参照）。また、ドープ層３２は絶縁膜３０の下側にあるため、図３においては表れていないが、ドープ層３２は流路基板２１の上面の全域にわたって形成されており、上面視では絶縁膜３０と同じ形を有している。圧力室２６の上面はドープ層３２により覆われており、さらにその上面を絶縁膜３０が覆っている（図６参照）。なお、後述のように、ドープ層３２はシリコンの流路基板２１に不純物イオンがドープされた結果、導電性が高くなった領域であり、ドープ層３２の抵抗率（比抵抗）は流路基板２１を構成するシリコンの抵抗率よりも低くなっている。
【００２５】
＜圧電素子４４＞
複数の圧電素子４４は、複数の圧力室２６にそれぞれ対応して設けられている。各圧電素子４４は絶縁膜３０と協働して、対応する圧力室２６の容積を変える。これにより、各圧電素子４４は絶縁膜３０と協働して、対応する圧力室２６内のインクに圧力を加えて、当該圧力室２６に連通するノズル２４からインクを吐出させるためのエネルギーをインクに付与している。例えば図６、図７に示されるように、複数の圧電素子４４は、上述した絶縁膜３０の上面の、各圧力室２６の上方にそれぞれ配置されている。圧電素子４４は、共通電極（下部電極）４１、圧電層４２、及び個別電極（上部電極）４３を有する。
【００２６】
以下、圧電素子４４の構成について説明する。複数の圧電素子４４は、絶縁膜３０及びドープ層３２を挟んで、複数の圧力室２６とそれぞれ対向するように配置されている。なお、図２に示されるように、複数の圧電素子４４は、圧力室２６の配列に応じて搬送方向に配列された圧電素子４４の列を２つ構成しており、これら２つの圧電素子４４の列は走査方向に並んでいる。
【００２７】
共通電極４１は、絶縁膜３０の上面において、絶縁膜３０全体を覆うように形成されている。図３においては、共通電極４１の図示は省略されているが、共通電極４１は、上面視で、絶縁膜３０とほぼ同じ形である。共通電極４１は、導電性の材料で形成されていればよく、共通電極４１の材質は特に限定されない。例えば、白金（Ｐｔ）とチタン（Ｔｉ）の２層構造のものを採用することができる。
【００２８】
この共通電極４１の上面の、複数の圧力室２６と上下方向に重なる部分には、それぞれ圧電層４２が配置されている。圧電層４２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で構成されている。あるいは、圧電層４２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。
【００２９】
上述のように、図４は図２の枠線Ａの部分を拡大した図であり、図５は図面の簡略化のため、図４から保護膜４６、駆動接点５３、グランド接点５４を取り除いた状態を示す図である。なお、図５においては、ノズル２４及び導通部５２の図示も省略している。図４及び図５に示されるように、各圧電層４２は、上面視で略矩形の形状をしている。
【００３０】
図５に示されるように、各圧電層４２の右端部４２Ｒは、走査方向（左右方向）において、対応する圧力室２６の右端部２６Ｒよりも右側に位置する。また、各圧電層４２の、左端部４２Ｌは走査方向において、対応する圧力室２６の左端部２６Ｌよりも左側に位置しており、上下方向において、共通液室２８と重なる領域まで延在している。言い換えると、各圧電層４２の左端部４２Ｌは走査方向において流路２９よりも左側に位置している。また、搬送方向（前後方向）において、圧電層４２の後端は対応する圧力室の後端よりも後方に位置し、圧電層４２の前端は対応する圧力室２６及びこれに連通する流路２９の前端よりも前方に位置する。このように、各圧電層４２の搬送方向の長さは、圧力室２６の搬送方向の長さよりも長い。また、各圧電層４２の走査方向の長さは、圧力室２６の走査方向の長さよりも長い。そして、各圧電層４２は、対応する圧力室２６及びそれに連通する流路２９を覆うように配置されている。
【００３１】
図４、５に示されるように、各圧電層４２の上面の、複数の圧力室２６にそれぞれ対応した位置には、複数の個別電極４３が形成されている。個別電極４３は、圧力室２６よりも一回り小さい、矩形の平面形状を有する。個別電極４３は、例えば、白金（Ｐｔ）やイリジウム（Ｉｒ）などで形成されている。
【００３２】
図５に示されるように、搬送方向において、個別電極４３の後端は対応する圧力室の後端よりも前方に位置し、個別電極４３の前端は対応する圧力室２６の前端よりも後方に位置する。また、走査方向において、個別電極４３の左端４３Ｌは圧力室２６の左端２６Ｌよりも右側に位置しており、個別電極４３の右端４３Ｒは圧力室２６の右端２６Ｒよりも右側に位置している。このように、圧力室２６の左端２６Ｌ及び流路２９は、走査方向において、圧電層４２の左端４２Ｌと個別電極４３の左端４３Ｌとの間にある。圧力室２６の右端２６Ｒは、走査方向において、圧電層４２の右端４２Ｒと個別電極４３の右端４３Ｒとの間にある。
【００３３】
なお、前述のドープ層３２と共通電極４１との間には、絶縁膜３０が配置されている。図４、５に示されるように、上面視で、搬送方向において２つの流路２９の間であって、且つ、走査方向において圧力室２６と共通液室２８とに挟まれた位置には、それぞれ、貫通孔５１が形成されている。図６に示されるように、貫通孔５１は絶縁膜３０を貫通する貫通孔であり、各貫通孔５１の上方には、圧電層４２の１つが配置されている。そして、各貫通孔５１の内部には導電性材料が充填されている。これにより、ドープ層３２と共通電極４１とが各貫通孔５１の内部の導電性材料を通して導通している。後述のように、共通電極４１はグランド電位に保持されているので、ドープ層３２の電位もグランド電位に保持されている。
【００３４】
さらに、例えば図６〜８に示されるように、保護膜４６が、複数の圧電素子４４及び絶縁膜３０を覆うように形成されている。なお、図２、４に示すように、保護膜４６は、流路基板２１の上面のほぼ全域にわたって形成されている。保護膜４６は、空気中に含まれる水分が、圧電層４２へ侵入することを防止している。保護膜４６は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などの耐水性を有する材料で形成されている。あるいは、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成されてもよい。
【００３５】
なお、保護膜４６による圧電層４２の変形阻害を小さくするために、保護膜４６の、その厚み方向から見て圧電層４２の上面に形成された個別電極４３と重なる部分に、矩形状の開口部４６ａが形成されている（図４，６参照）。図４に示されるように、開口部４６ａは、個別電極４３よりも一回り小さくなるように形成されている。これにより、個別電極４３の外周部分を除くほぼ全ての部分が保護膜４６から露出している。尚、開口部４６ａの内側においては、圧電層４２は保護膜４６によって覆われていない。しかしながら、当該部分において圧電層４２は個別電極４３によって覆われているため、外部からの圧電層４２への水分の侵入が抑制される。
【００３６】
保護膜４６は絶縁体の膜としての機能も兼ねている。保護膜４６の、各個別電極４３の右側の端部を覆う部分には、保護膜４６を貫通するように配置された導通部５２が設けられている（図４，６参照）。そして、図４〜６に示されるように、各圧電素子４４に設けられた導通部５２からは、それぞれ、右側に向かって延在する配線４５が延びている。図２においては、導通部５２の図示は省略されているが、２列の圧力室列２７のうち、右側の圧力室列２７に対応して列状に配置されている圧電素子４４から右側に向かって配線４５が延びていることが図示されている。これらの配線４５を配線４５ａと称する。また、２列の圧力室列２７のうち、左側の圧力室列２７に対応して列状に配置されている各圧電素子４４からも、それぞれ、右側に向かって延在する配線４５が延びている。これらの配線４５を配線４５ｂと称する。配線４５ｂは右側の圧力室列２７に対応して列状に配置されている圧電素子４４の間を通って、図２の右側に延在している。そして、流路基板２１の右端部においては、保護膜４６の上に、複数の駆動接点５３が搬送方向に並べて配置されている。個別電極４３（導通部５２）から右方へ引き出された配線４５（配線４５ａ、４５ｂ）はそれぞれ、駆動接点５３と接続されている。各配線４５の一端部（左端部）は、導通部５２の１つに接続され、他端部（右端部）は駆動接点５３の１つに接続されている。各配線４５は、導通部５２を介して個別電極４３と導通している。また、流路基板２１の右端部には、複数の駆動接点５３の搬送方向両側に、２つのグランド接点５４も配置されている。グランド接点５４は、保護膜４６を貫通する導通部（図示省略）を介して、保護膜４６の下側に配置されている共通電極４１と接続されている。配線４５ａ、４５ｂ、導通部５２、駆動接点５３、グランド接点５４は、プラチナ（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等で形成されている。
【００３７】
図２に示すように、流路基板２１の右端部の上面には、配線部材であるＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｆｉｌｍ）５０が接合されている。そして、ＣＯＦ５０に形成された複数の配線（不図示）が、複数の駆動接点５３及び複数のグランド接点５４と、それぞれ電気的に接続されている。ＣＯＦ５０の、駆動接点５３と反対側の端部は、プリンタ１のコントローラ７（図１参照）に接続されている。また、ＣＯＦ５０にはドライバＩＣ５０Ａが実装されている。
【００３８】
ドライバＩＣ５０Ａは、コントローラ７から送られてきた制御信号に基づいて、圧電素子４４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ＩＣ５０Ａから出力された駆動信号は、ＣＯＦ５０の配線を介して駆動接点５３に入力され、さらに、配線４５を介して個別電極４３に供給される。駆動信号が供給された個別電極４３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、ＣＯＦ５０には、グランド配線も形成されており、このグランド配線は、グランド接点５４と電気的に接続される。これにより、グランド接点５４と接続されている共通電極（下部電極）４１の電位は、常にグランド電位に維持される。
【００３９】
ドライバＩＣ５０Ａから駆動信号が供給されたときの、圧電素子４４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、個別電極４３の電位はグランド電位であり、共通電極４１と同電位である。この状態から、個別電極４３に駆動信号が供給されて駆動電位が印加されると、その個別電極４３と共通電極４１との間に電位差が発生する。この電位差により、圧電層４２の、個別電極４３と共通電極４１とに挟まれた部分に、圧電層４２の厚み方向に平行な電界が作用する。このとき、圧電逆効果によって、圧電層４２は厚み方向に伸びて面方向に収縮する。さらに、この圧電膜の収縮変形に伴って、絶縁膜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内に圧力波が発生し、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。
【００４０】
なお、絶縁膜３０は非常に薄いため、インクジェットヘッド５の製造過程において、クラックが入る可能性がある。絶縁膜３０クラックが入っている場合において、圧力室２６内のインクが正又は負に帯電していると、帯電したインクが接地されている共通電極４１に引き寄せられてクラック内に侵入する恐れがある。なぜならば、圧力室２６内のインクが正又は負に帯電していると、インクの電位が安定せず、共通電極４１との間に電位差が発生することがあるからである。このような場合、帯電したインクが絶縁膜３０のクラック内に侵入してインクと圧電素子４４の共通電極４１とがショートすることがある。その場合には、インクとショートした圧電素子４４に対応するノズルから正常にインクを吐出することができなくなる。また、場合によっては、インクとショートした圧電素子４４が破壊されることもあり得る。
【００４１】
これに対して、本実施形態においては、上述のように、圧力室２６の上面はドープ層３２によって画成されており、且つ、ドープ層３２は共通電極４１と導通してグランド電位に保持されている。圧力室２６内のインクは圧力室２６の上面を画成するドープ層３２と接触しているため、常にグランド電位に保たれる。これにより、インクの帯電を抑えることができ、インクの電位を共通電極４１の電位と同じに保つことができる。これにより、圧力室２６内のインクが共通電極４１に引き寄せられてクラック内に侵入することを防止することができる。なお、共通電極４１の電位は一定の電位に保たれていればよく、必ずしもグランド電位でなくてもよい。
【００４２】
次に、上述したインクジェットヘッド５のヘッドユニット１６の製造工程について、特に、図９（ａ）〜図１３（ｃ）を参照して説明する。
【００４３】
まず、図９（ａ）に示すように、シリコン基板である流路基板２１の表面に、二酸化シリコンの絶縁膜３０を成膜する。二酸化シリコンの絶縁膜３０の成膜方法としては、公知の成膜方法を用いることができる。例えば、熱酸化処理を好適に採用できる。なお、絶縁膜３０は必ずしも二酸化シリコンである必要は無い。任意の成膜方法によって、二酸化シリコン以外の材質で絶縁膜３０を形成することができる。また、多層の膜として絶縁膜３０を形成してもよい。
【００４４】
次に、図９（ｂ）に示すように、不図示のイオン注入装置を用いてナトリウムイオンなどのイオンを流路基板２１の表面（絶縁膜３０が形成された面）から注入して、絶縁膜３０の下側にドープ層３２を形成する。ここで、一般的なイオン注入装置は、目的のイオンを発生させるイオン源と、イオンを電界によって加速する加速器と、目的のイオンだけを取り出す質量分離器と、注入対象となるターゲットを保持するホルダとを備えており、これらが真空チャンバーの内部に配置されている。流路基板２１は、真空チャンバー内のホルダに保持され、加速器により加速されたイオンが流路基板２１内に注入される。加速器の加速電圧を調整することにより、流路基板２１内においてイオンが注入される深さを調整することができる。本実施形態においては、絶縁膜３０のすぐ下側の、絶縁膜３０と接する領域にドープ層３２が形成されるように加速器の加速電圧を調整している。また、一様のイオン濃度でドープ層３２が形成されるように、単位面積当たりに注入されるイオンの量を調整している。なお、必ずしもイオン注入装置を用いてドープ層３２を形成する必要は無く、任意の公知の方法を用いて、不純物イオンをドープしてドープ層３２を形成してもよい。
【００４５】
なお、上述の絶縁膜３０を成膜する工程と、ドープ層３２を形成する工程とは、上記の順序で行わなくてもよく、先にドープ層３２を形成した後、絶縁膜３０を成膜してもよい。例えば、イオン注入装置を用いてドープ層３２を形成し、その後で、ドープ層３２の上面に熱酸化処理により二酸化シリコンの絶縁膜３０を成膜することもできる。また、イオン注入装置を用いる方法以外の他の公知の方法でドープ層３２を形成し、その後で、ドープ層３２の上面に公知の成膜方法を用いて二酸化シリコン又は他の材質の絶縁膜３０を成膜することもできる。
【００４６】
次に、図９（ｃ）に示すように、エッチングにより絶縁膜３０に貫通孔５１を形成する。この貫通孔５１はドープ層３２と、次工程で絶縁膜３０の上に形成される共通電極４１とを導通させるための孔である。なお、貫通孔５１は、後の工程で圧電層４２が形成された場合に、圧電層４２と重なる位置に形成される。
【００４７】
次に、図９（ｄ）に示すように、絶縁膜３０の上面全域にわたって、共通電極４１をスパッタリング等により成膜する。このとき、共通電極４１を形成する導電材料の一部が貫通孔５１に充填されることによって、貫通孔５１の内側に、共通電極４１とドープ層３２とを導通させる導通部が形成される。次に、図９（ｅ）に示すように、ゾルゲル法やスパッタリング等で、共通電極４１の上面全域にＰＺＴなどの圧電材料からなる圧電材料膜４２Ａを成膜する。
【００４８】
さらに、圧電材料膜４２Ａの上面に個別電極４３を形成する。まず、図１０（ａ）に示すように、スパッタリング等で、圧電材料膜４２Ａの上面に導電膜４３Ａを成膜する。その後、図１０（ｂ）に示すように、導電膜４３Ａにエッチングを施すことにより、圧電材料膜４２Ａの上面に、複数の個別電極４３をそれぞれ形成する。
【００４９】
図１０（ｃ）に示すように、圧電材料膜４２Ａのエッチングを行って圧電層４２を形成する。これにより、絶縁膜３０の上に、複数の圧電素子４４が形成される。
【００５０】
次に、図１１（ａ）に示すように、複数の圧電素子４４及び共通電極４１Ｂを覆うように、二酸化シリコンの保護膜４６をスパッタリング等で成膜する。尚、保護膜４６は、窒化シリコン、又は他の絶縁性の材料からなる膜として成膜することもできる。また、保護膜４６を多層の絶縁性の膜として形成することもできる。
【００５１】
保護膜４６を成膜した後、図１１（ｂ）に示すように、保護膜４６の、個別電極４３の端部を覆う部分に、エッチングで孔５６を形成する。この孔５６は、個別電極４３と、次工程で保護膜４６の上に形成される配線４５とを導通するための孔である。
【００５２】
次に、保護膜４６の上に、複数の配線４５を形成する。まず、図１２（ａ）に示すように、保護膜４６の上面に、スパッタリング等で導電膜１４５を成膜する。このとき、導電材料の一部が孔５６に充填されることによって、孔５６内に、個別電極４３と導電膜１４５とを導通させる導通部５２が形成される。次に、図１２（ｂ）に示すように、この導電膜１４５にエッチングを施して不要な部分を除去し、複数の配線４５をそれぞれ形成する。
【００５３】
次に、図１２（ｃ）に示すように、保護膜４６にエッチングを行って、保護膜４６の、複数の圧電素子４４の個別電極４３を覆っている部分を除去する。これにより、保護膜４６に開口部４６ａを形成して、その下にある個別電極４３を露出させる。
【００５４】
なお、配線４５が金などの安定した材料で形成されている場合には特に必要ないが、アルミニウムで形成されている場合は、腐食防止等の目的で、配線４５を覆う配線保護膜が設けられることが好ましい。この場合には、導電膜４５Ａにエッチングを施して不要な部分を削除して複数の配線４５を形成した後、複数の配線４５を覆う配線保護膜をスパッタリング等で成膜することができる。例えば、二酸化シリコンや窒化シリコンからなる配線保護膜を成膜することができる。また、この場合には、保護膜４６にエッチングを行って、保護膜４６の、複数の圧電素子４４の個別電極４３を覆っている部分を除去する際に、同時に、配線保護膜の、複数の圧電素子４４の個別電極４３を覆っている部分もエッチングにより除去することができる。
【００５５】
次に、図１３（ａ）に示すように、インク流路が形成される流路基板２１を、下面側（絶縁膜３０と反対側）から研磨によって除去し、流路基板２１の厚みを、所定の厚みまで薄くする。流路基板２１の元となるシリコンウェハーの厚みは、５００μｍ〜７００μｍ程度であるが、この研磨工程で、流路基板２１の厚みを１００μｍ程度まで薄くする。
【００５６】
上記の研磨後、図１３（ｂ）に示すように、流路基板２１の、絶縁膜３０と反対側の下面側からエッチングを行って、複数の圧力室２６、共通液室２８及び流路２９を形成する。尚、この流路基板２１のエッチングは、ウェットエッチングでもドライエッチングでもよい。なお、圧力室２６を形成する際には、ドープ層３２が露出する深さまで流路基板２１に対してエッチングを行う。また、図１３（ｃ）に示すように、所定位置に、複数のノズル２４が形成されたノズルプレート２０を、流路基板２１の下面に接着剤で接合する。
【００５７】
以上説明した実施形態において、流路基板２１が本教示の「半導体基板」に相当し、絶縁膜３０が、本教示の「絶縁膜」に相当する。圧電素子４４が、本教示の「第１圧電素子」と「第２圧電素子」に相当する。ドープ層３２が本教示の「ドープ層」に相当する。貫通孔５１が、本教示の「内部に導体が配置された貫通孔」に相当する。
【００５８】
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。なお、以下に示す変更形態はあくまでも例示であり、本発明はこれらに限られるものではない。また、以下の変更形態を適宜組み合わせることもできる。
【００５９】
前記実施形態においては、ドープ層３２を形成する際に、一様のイオン濃度でドープ層３２が形成されるように、単位面積当たりに注入されるイオンの量を調整していた。しかしながら、必ずしもドープ層３２においてイオンの濃度が一様である必要は無い。例えば、図１４に示されるように、圧電素子４４の個別電極４３と重なる、重複領域６１と、当該重複領域６１を取り囲む外周領域６２とで、ドープ層３２に注入されるイオン濃度を変えることができる。具体的には、ドープ層３２の重複領域６１に注入されるイオン濃度よりも、外周領域６２に注入されるイオン濃度を高くするとともに、外周領域６２において共通電極４１と導通させることができる。イオンが高濃度で注入された領域（外周領域６２）を圧電素子４４の外側に設けることによって、インクジェットヘッド５の外部からの静電気ノイズ（ＥＳＤノイズ）を、イオンが高濃度で注入された外周領域６２を介して共通電極４１に逃がすことができる。これにより、インクジェットヘッド５の外部からのＥＳＤノイズによる誤印字や圧電素子４４の破壊を避けることができる。
【００６０】
前記実施形態では、複数の圧力室２６にそれぞれ対応して、複数の圧電素子４４が設けられていた。圧電層４２及び個別電極４３はそれぞれの圧電素子４４に個別に設けられていた。これに対して、共通電極４１は全て複数の圧電素子４４に共通に設けられていた。本発明はそのような形態に限られない。圧電層４２が複数の圧力室２６に跨がるように設けられていてもよい。例えば、図１５に示されるように、２つの圧力室列２７に対応して、搬送方向に長い圧電層１４２が２つ形成されていてもよい。それぞれの圧電層１４２は、圧力室列２７の１つを構成する全ての圧力室２６を覆うように、搬送方向に延在している。なお、圧電層１４２の走査方向の左端１４２Ｌと右端１４２Ｒとは、上述の実施形態における圧電層４２の左端４２Ｌと右端４２Ｒとそれぞれ同じ位置にある。そのため、左端１４２Ｌと右端１４２Ｒとの位置に関する説明はここでは省略する。
【００６１】
圧電層１４２は１つの圧力室列２７を構成する圧力室２６に共通に設けられていることになるが、１つの圧力室２６に対して、これに対向する個別電極４３及び共通電極４１と、圧電層４２の個別電極４３と共通電極４１とに挟まれた部分によって、１つの圧電素子４４が構成されている。なお、圧電層１４２は、圧力室列２７に対応して２つに分かれていなくてもよく、２つの圧力室列２７の全ての圧力室２６を覆うように１つの圧電層が設けられていてもよい。
【００６２】
前記実施形態では、複数の圧力室２６が２つの圧力室列２７を構成し、この圧力室２６の配列に応じて、複数の圧電素子４４の配列も２列となっていた。しかしながら、圧力室２６や圧電素子４４の列の数は、２列には限られず、１列であってもよく、３列以上であってもよい。また、図７、８に示されるように、共通液室２８と圧力室２６とを繋ぐ流路２９は、圧力室２６よりも搬送方向における幅が狭くなるように形成されている。なお、流路２９の深さ（流路基板２１の厚さ方向の長さ）は圧力室２６の深さと同じであった。しかしながら、本教示はこのような形態には限られない。例えば、流路２９の深さが圧力室２６の深さよりも小さくなるようにしてもよい。この場合には、さらに、流路２９の流路抵抗を大きくすることができ、圧力室２６内のインクに発生する圧力波が共通液室２８に逃げることが抑制される。なお、上述のように、流路基板２１をエッチングすることによって、流路２９及び圧力室２６が形成される。このとき、エッチングの深さを調整することにより、流路２９の深さを圧力室２６の深さよりも浅くすることができる。
【００６３】
上記実施形態においては、ドープ層３２が各圧力室２６の上面全体を画成するように圧力室２６の上を覆っていた。しかしながら、本教示はこのような構成には限られない。ドープ層３２が圧力室２６の一部を画成するように、ドープ層３２を圧力室２６の少なくとも一部に露出させることができる。上記実施形態では、エッチングにより複数の圧力室２６、共通液室２８及び流路２９を形成する際（図１３（ｂ）参照）、ドープ層３２が露出する深さまで流路基板２１に対してエッチングを行っていた。しかしながら、ドープ層３２が露出する深さよりもさらに深くエッチングを行い、ドープ層３２を取り除くと共に、絶縁膜３０を露出させてもよい。この場合においても、圧力室２６の側面において、ドープ層３２を筋状に露出させることができる。そのため、圧力室２６内にインクが充填された場合において、インクとドープ層３２とを互いに接触させることができる。
【００６４】
前記実施形態において、ドープ層３２と共通電極４１とを導通させるための孔である貫通孔５１に配置された導電性材料は、共通電極４１と直接接触することにより共通電極４１と電気的に導通していた。しかしながら、必ずしも貫通孔５１に配置された導電性材料と共通電極４１とが直接接触していなくてもよい。例えば、貫通孔５１に配置された導電性材料と共通電極４１とが配線を介して電気的に接触していてもよい。
【００６５】
また、前記実施形態において、ドープ層３２と共通電極４１とを導通させるための孔である貫通孔５１は、上下方向において圧電層４２と重なる位置であって、且つ、搬送方向において２つの流路２９の間の位置に形成されていた。しかしながら、貫通孔５１を形成する位置は上記位置に限られず、絶縁膜３０の任意の位置に形成することができる。例えば、図１６に示された貫通孔２５１のように、搬送方向における２つの圧力室２６の間に形成されてもよい。このように貫通孔５１を上下方向において圧電層４２と重なる位置や、搬送方向において２つの流路２９に挟まれた位置や、搬送方向における２つの圧力室２６の間に配置することにより、貫通孔５１、２５１を設けるための特別の領域を確保する必要がなくなる。そのため、ヘッドユニット１６のサイズが大型化することを抑制することができる。
【００６６】
なお、前記実施形態において、貫通孔５１は圧力室２６の数に対応して複数個設けられていた。しかしながら、貫通孔５１の数は上記実施形態に限定されず、任意の数にすることができる。
【００６７】
前記実施形態において、流路基板２１の表面に絶縁膜３０を成膜した後でイオン注入装置を用いてドープ層３２を形成する際に、流路基板２１の、絶縁膜３０が形成された表面側からイオンを注入していた。イオンを加速する加速器の加速電圧を調整することにより、イオンをどのくらいの深さに注入するかを調整することができる。そのため、必ずしも流路基板２１の、絶縁膜３０が形成された表面側からイオンを注入する必要は無く、流路基板２１の、絶縁膜３０が形成された表面と反対側の表面からイオンを注入してもよい。
【００６８】
以上説明した実施形態は、本教示を、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５に適用したものである。上記実施形態において、インクジェットヘッド５はいわゆるシリアル式のインクジェットヘッドであったが、本教示はこれに限られず、いわゆるライン式のインクジェットヘッドにも適用しうる。また、本教示はインクを吐出するインクジェットヘッドには限られない。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教示は適用されうる。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、本教示を適用することは可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１６  ヘッドユニット
２１  流路基板
２６  圧力室
３０  絶縁膜
３２  ドープ層
４１  共通電極
４２  圧電層
４３  個別電極
４５  配線
５１  貫通孔
【図１】
2018171723.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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