(57)【要約】【課題】引き出し配線を構成する層同士の密着力を向上させ、しいては、接続配線と引き出し配線との接続強度を向上して、信頼性を向上した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】流路形成基板１０と、流路形成基板１０上に設けられた下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００と、圧電素子３００の一端部から引き出されて、密着層と配線層とから構成された引き出し配線９０と、引き出し配線９０の圧電素子３００に接続された一端部とは反対側の他端部側に電気的に接続された接続配線１２１とを具備し、引き出し配線９０の接続配線１２１が接続された領域には、圧電素子３００の少なくとも圧電体層７０と同一層からなるが圧電素子３００とは不連続の接続層３０１が設けられており、接続配線１２１が接続層３０１上に設けられた引き出し配線９０に電気的に接続されている。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記圧電素子の一端部から引き出されて、密着層とその上に形成された配線層とから構成された引き出し配線と、該引き出し配線の前記圧電素子に接続された一端部とは反対側の他端部側に電気的に接続された接続配線とを具備し、
前記引き出し配線の前記接続配線が接続された領域には、前記圧電素子の少なくとも前記圧電体層と同一層からなるが当該圧電素子とは不連続の接続層が設けられており、
前記接続配線が前記接続層上に設けられた前記引き出し配線に電気的に接続されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記流路形成基板の前記圧電素子側の面には、前記圧電素子を保持する圧電素子保持部が設けられた保護基板が接合されていると共に、前記引き出し配線が、前記圧電素子保持部から当該圧電素子保持部の外側まで引き出されてい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３】
前記保護基板上には、駆動回路が設けられていると共に、前記接続配線が前記駆動回路と前記引き出し配線とを電気的に接続していることを特徴とする請求項２記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記圧電素子には、少なくとも前記圧電体層の表面を覆う保護膜が設けられていると共に、前記接続層と前記引き出し配線との間には、前記保護膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記下電極が複数の前記圧電素子に亘って設けられて共通電極となっていると共に、前記上電極が各圧電素子毎に設けられて個別電極となっており、前記下電極の前記引き出し配線側には、当該下電極と同一層で且つ不連続となるダミー電極が設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５の何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７】
液体を噴射するノズル開口に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の前面に亘って下電極、圧電素子及び上電極を順次積層及びパターニングして、前記下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成すると共に当該圧電素子の少なくとも前記圧電体層と同一層からなるが当該圧電素子とは不連続な接続層を形成する工程と、
前記圧電素子の一端部から引き出されて前記接続層上まで延設されて、密着層とその上に形成された配線層とから構成された引き出し配線を形成する工程と、
前記接続層上の前記引き出し配線に接続配線を電気的に接続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及びその製造方法並びに液体噴射装置に関し、特に液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドとしては、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圧電素子の撓み振動モードのアクチュエータ装置を使用したものが知られている。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドとしては、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の圧力発生室に相対向する領域に振動板となる絶縁膜を介して下電極膜、圧電体層及び上電極膜を積層形成した圧電素子とで構成されている。
【０００４】
下電極膜は、複数の圧力発生室に相対向する領域に亘って設けられて複数の圧電素子の共通電極となっている。また、圧電体層及び上電極膜は、各圧力発生室毎に切り分けられて、上電極膜が各圧電素子の個別電極となっており、上電極膜に選択的に電圧を印加することで、圧電素子を個別に駆動できるようになっている。
【０００５】
このような圧電素子の上電極膜に選択的に電圧を印加するためには、上電極膜の一端部から引き出された引き出し配線と駆動回路とを接続配線を介して電気的に接続し、駆動回路からの駆動信号を接続配線及び引き出し配線を介して圧電素子に印加するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０６９４４５号公報（第５及び９頁、第２及び７図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、圧電素子は、流路形成基板の全面に亘って成膜した後、圧力発生室に相対向する領域にパターニングして形成されるため、圧電素子の一端部から引き出された引き出し配線の端部にボンディングワイヤ等の接続配線をワイヤボンディングで接続しようとした際に、圧電素子をパターニングした際の残留物が存在すると、残留物上に形成される密着層が良好に形成されず、その密着層上に形成される配線層も所定の状態で形成されない。そのため、引き出し配線と接続配線とで接続不良が発生してしまう。また、圧電素子をパターニングした際の残留物が存在する問題を解消するために完全に残留物を除去すると、圧電素子の下地となる基板表面の平滑性を密着層が受け継ぎ、密着層上の配線層も逆に密着不良を起こす。また、単に、配線層の表面のみの粗さを向上させても、接続配線と引き出し配線との密着力は向上しない。したがって、密着層と配線層との密着力を向上させる必要が出てくるという問題がある。
【０００８】
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、引き出し配線を構成する密着層の表面に所定の粗さを持たせ、その上に形成される配線層と当該密着層との密着力を向上させ、しいては、接続配線と引き出し配線との接続強度を向上して、信頼性を向上した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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板の前記圧力発生室に相対向する領域に設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記圧電素子の一端部から引き出されて、密着層とその上に形成された配線層とから構成された引き出し配線と、該引き出し配線の前記圧電素子に接続された一端部とは反対側の他端部側に電気的に接続された接続配線とを具備し、前記引き出し配線の前記接続配線が接続された領域には、前記圧電素子の少なくとも前記圧電体層と同一層からなるが当該圧電素子とは不連続の接続層が設けられており、前記接続配線が前記接続層上に設けられた前記引き出し配線に電気的に接続されてい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、引き出し配線の接続配線が接続される領域に少なくとも圧電体層と同一層を有する接続層を形成したため、圧電体層の残留物等により接続配線の不良形成を招来することがない。また、接続層上の密着層は表面が所定の粗さを有しているので、密着層に対して配線層がアンカー効果を発揮し、密着層と配線層との密着力が向上して、しいては、引き出し配線と接続配線との接続時の不良を低減することができる。
【００１１】
ここで、前記流路形成基板の前記圧電素子側の面には、前記圧電素子を保持する圧電素子保持部が設けられた保護基板が接合されていると共に、前記引き出し配線が、前記圧電素子保持部から当該圧電素子保持部の外側まで引き出されていることが好ましい。これによれば、圧電素子を圧電素子保持部内に収まるようにパターニングが必要であると共に、パターニングされた圧電素子から引き出された引き出し配線と接続配線とを確実に接続することができる。
【００１２】
また、前記保護基板上には、駆動回路が設けられていると共に、前記接続配線が前記駆動回路と前記引き出し配線とを電気的に接続していることが好ましい。これによれば、ヘッドの小型化を図ることができる。
【００１３】
また、前記圧電素子には、少なくとも前記圧電体層の表面を覆う保護膜が設けられていると共に、前記接続層と前記引き出し配線との間には、前記保護膜が設けられていることが好ましい。これによれば、圧電素子の湿気等の外部環境に起因する破壊を防止することができると共に、接続層として上電極と同一層を設けたとしても、保護膜によって引き出し配線と上電極とが短絡するのを防止することができる。
【００１４】
また、前記下電極が複数の前記圧電素子に亘って設けられて共通電極となっていると共に、前記上電極が各圧電素子毎に設けられて個別電極となっており、前記下電極の前記引き出し配線側には、当該下電極と同一層で且つ不連続となるダミー電極が設けられていることが好ましい。これによれば、ダミー電極を設けることによって、圧電体層を焼成により形成する際に、圧電体層の下地の違いによる焼成温度のばらつきを減少させて、面内で結晶性が均一化された圧電体層を得ることができると共に、ダミー電極に電圧が印加されても、ダミー電極上に圧電体層及び上電極が設けられていないため、この部分が駆動することがない。
【００１５】
さらに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、信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。
【００１６】
また本発明の他の態様は、液体を噴射するノズル開口に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の前面に亘って下電極、圧電素子及び上電極を順次積層及びパターニングして、前記下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成すると共に当該圧電素子の少なくとも前記圧電体層と同一層からなるが当該圧電素子とは不連続な接続層を形成する工程と、前記圧電素子の一端部から引き出されて前記接続層上まで延設されて、密着層とその上に形成された配線層とから構成された引き出し配線を形成する工程と、前記接続層上の前記引き出し配線に接続配線を電気的に接続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。
かかる態様では、引き出し配線の接続配線が接続される領域に少なくとも圧電体層と同一層を有する接続層を形成したため、圧電体層の残留物等により接続配線と引き出し配線との接続不良が発生するのを確実に防止して信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
流路形成基板１０には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、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。なお、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。
【００２０】
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、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。
【００２１】
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１．１μｍ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３２０という。本実施形態では、詳しくは後述するが、下電極膜６０を圧電素子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。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装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
【００２２】
下電極膜６０としては、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを積層したものを用いるようにしてもよく、また、これらを合金化させたものを用いるようにしてもよい。また、下電極膜６０として、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）の何れか一方の単層として用いるようにしてもよく、さらに、これらの材料以外の金属又は金属酸化物等を用いるようにしてもよい。
【００２３】
圧電体層７０は、下電極膜６０上に形成されるペロブスカイト構造の結晶膜である。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。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１〜２μｍ前後の厚さで形成した。
【００２４】
このような圧電素子３００は、圧力発生室１２毎に独立して形成されている。具体的には、圧電素子３００の下電極膜６０は、複数の圧力発生室１２に亘って連続して設けられて複数の圧電素子３００の共通電極となっている。また、下電極膜６０は、圧力発生室１２の長手方向の両端部側でパターニングされている。さらに、圧電体層７０及び上電極膜８０は、各圧力発生室１２毎に独立して形成されており、上電極膜８０が圧電素子３００の個別電極となっている。すなわち、圧電素子３００は、上電極膜８０の短手方向の端部で実質的な駆動部となる圧電体能動部３２０の短手方向の幅を規定し、上電極膜８０の長手方向の端部で圧電体能動部３２０の長手方向の長さを規定している。
【００２５】
なお、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０は、圧力発生室１２に相対向する領域の圧力発生室１２の長手方向の端部より外側まで設けるようにしてもよく、また、圧力発生室１２の長手方向端部より内側に設けるようにしてもよい。これは、圧電素子３００の変位特性への影響や、圧力発生室１２の長手方向端部での振動板及び圧電素子３００の剛性などに応じて適宜選択すればよい。
【００２６】
また、本実施形態では、圧電素子３００の長手方向両側に下電極膜６０と同一層からなるが、下電極膜６０とは不連続なダミー電極６１が設けられている。ダミー電極６１は、詳しくは後述するが、圧電体層７０を焼成して形成する際に、圧電体層７０の下地の違いによる焼成温度のばらつきを防止するためのものである。
【００２７】
また、圧電素子３００は、耐湿性を有する絶縁材料からなる保護膜２００によって覆われている。本実施形態では、保護膜２００を圧電体層７０の側面と上電極膜８０の側面及び上面の周縁部を覆い、且つ複数の圧電素子３００に亘って連続して設けるようにした。すなわち、上電極膜８０の上面の略中心領域である主要部は、保護膜２００が設けられておらず、上電極膜８０の上面の主要部を開口する開口部２０１が設けられている。開口部２０１は、保護膜２００を厚さ方向に貫通して圧電素子３００の長手方向に沿って矩形状に開口するものであり、例えば、流路形成基板１０上の全面に亘って保護膜２００を形成した後、選択的にパターニングすることで形成することができる。
【００２８】
このように圧電素子３００を保護膜２００で覆うことにより、大気中の水分等に起因する圧電素子３００の破壊を防止することができる。ここで、このような保護膜２００の材料としては、耐湿性を有する材料であればよいが、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）等の無機絶縁材料、または、ポリイミド（ＰＩ）等の有機絶縁材料を用いることができる。
【００２９】
また、保護膜２００に開口部２０１を設けることにより、圧電素子３００（圧電体能動部３２０）の変位を阻害することなく、インク吐出特性を良好に保持することができる。
【００３０】
なお、保護膜２００は、圧電素子３００の少なくとも圧電体層７０の表面を覆うように設ければよく、各圧電素子３００毎に保護膜２００を設け、複数の圧電素子３００に亘って不連続となるようにしてもよい。
【００３１】
この保護膜２００上には、圧電素子３００から引き出された引き出し配線であるリード電極９０が設けられている。リード電極９０は、保護膜２００に設けられた開口部２０１を介して一端部が圧電素子３００のインク供給路１４側の端部近傍に接続されていると共に、他端部が流路形成基板１０のインク供給路１４側まで延設され、延設された先端部は、後述する圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０と接続配線１２１を介して接続されている。
【００３２】
リード電極９０は、密着層９１と、密着層９１上に設けられた配線層９２とで構成されている。ここで、配線層９２の主材料としては、比較的導電性の高い材料であれば特に限定されず、例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）が挙げられ、本実施形態では金（Ａｕ）を用いている。また、密着層９１の材料としては、配線層９２の密着性を確保できる材料であればよく、具体的には、チタン（Ｔｉ）、チタンタングステン化合物（ＴｉＷ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）又はニッケルクロム化合物（ＮｉＣｒ）等が挙げられ、本実施形態ではニッケルクロム（ＮｉＣｒ）を用いている。
【００３３】
なお、本実施形態では、リード電極９０を密着層９１及び配線層９２で構成したが、特にこれに限定されず、リード電極９０を３層以上で構成するようにしてもよい。
【００３４】
そして、リード電極９０の接続配線１２１が接続される領域には、圧電素子３００の少なくとも圧電体層７０と同一層からなるが圧電素子３００とは不連続な接続層３０１が設けられている。本実施形態では、接続層３０１として、圧電素子３００の圧電体層７０と同一層で構成した。このため、この不連続な接続層３０１は、圧電体層７０の柱状結晶の構造体を有し、その表面は結晶体が無数に存在し、結晶体と結晶体との間の結晶粒界が凹形状になり、一方、結晶体の表面は所定の高さを持った凸形状を有することになる。つまり、圧電体層７０の表面は所定の粗さを有していることになり、この粗さは、圧電素子３００が形成される絶縁体膜５５の表面よりも大きい。なお、本実施形態では、ダミー電極６１が設けられているため、接続層３０１は、ダミー電極６１と圧電体層７０とで構成されている。また、接続層３０１の圧電体層７０とリード電極９０との間には、保護膜２００が設けられている。このため、接続層３０１として、圧電素子３００の上電極膜８０と同一層からなり且つ圧電素子３００の上電極膜８０とは独立した層を設けるようにしても、上電極膜８０とリード電極９０とが短絡することはない。
【００３５】
また、接続層３０１は、圧電素子３００の並設方向に亘って連続して設けられている。なお、接続層３０１を各圧電素子３００毎（各リード電極９０毎）に設けるようにしてもよい。
【００３６】
このように接続層３０１を設けることで、リード電極９０は、圧電素子３００の一端部から流路形成基板１０上（絶縁体膜５５上）を介して接続層３０１の上面まで延設されている。そして、接続層３０１上のリード電極９０に接続配線１２１が電気的に接続されている。
【００３７】
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、下電極膜６０、弾性膜５０及びリード電極９０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部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、リザーバ部３１のみをリザーバとしてもよい。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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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（接続層３０１）は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
【００４１】
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。なお、接続配線１２１は、上述のように接続層３０１上のリード電極９０に電気的に接続されている。また、接続配線１２１とリード電極９０との接続は、例えば、ワイヤボンディング等が挙げられる。
【００４２】
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（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３１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。
【００４３】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッド２では、図示しない外部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、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。
【００４４】
このように、本実施形態では、リード電極９０の接続配線１２１が電気的に接続される領域に、圧電素子３００の少なくとも圧電体層７０と同一層の接続層３０１を設けるようにしたため、リード電極９０と接続配線１２１との接続強度を向上することができる。すなわち、例えば、接続層３０１を形成しない場合、圧電素子３００をパターニングした際に、リード電極９０と接続配線１２１とが接続される領域に圧電素子３００の一部が残留すると、リード電極９０の表面に大きな凹凸が生じ、リード電極９０と接続配線１２１とを接続できないといった接続不良が生じ、また接続できたとしても接続強度が低下してしまう。また、完全に残留物を除去できたとしても、絶縁体膜５５の表面は平滑性があるため、リード電極９０を構成する密着層９１とその密着層９１上に形成される配線層９２との間で密着力不足を招来する。しかし、本実施形態では、接続層３０１を形成することで、圧電素子３００と同一層の接続層３０１の表面は、上述した圧電体層７０上の表面状態と同様であるため、その上に直接的、又は間接的に形成された膜は、その接続層３０１の表面状態を引き継ぐことになる。その結果、リード電極９０を構成する密着層９１の表面に所定の粗さが生じ、その上に形成されてリード電極９０を構成する配線層９２に対するアンカー効果を発揮し、密着層９１と配線層９２との密着力が向上する。これにより、リード電極９０と接続配線１２１との接続不良及び接続強度の低下を防止して、信頼性を向上することができる。
【００４５】
また、本実施形態では、圧電素子３００と接続層３０１との間の圧電体層７０及び上電極膜８０を除去するようにした。これは、例えば、圧電素子３００に隣接して設けられたダミー電極６１上に圧電体層７０及び上電極膜８０が存在すると、この電極に電圧が印加されて駆動してしまう虞があるからである。また、例えば、圧電素子３００の圧電体層７０及び上電極膜８０を接続層３０１まで連続して延設すると、パターニングされた下電極膜６０の端部に電界集中が発生し、下電極膜６０の端部に相対向する領域の圧電体層７０が破壊されてしまう虞がある。このため、圧電素子３００と接続層３０１との間の圧電体層７０及び上電極膜８０を除去することにより、この部分の駆動を確実に防止することができると共に、下電極膜６０の端部に電界集中が発生して圧電体層７０が破壊されるのを確実に防止することができる。
【００４６】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッド２の製造方法について、図３〜図７を参照して説明する。なお、図３〜図７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製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。まず、図３（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の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる二酸化シリコン膜５１を形成する。
【００４７】
次いで、図３（ｂ）に示すように、弾性膜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、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、スパッタリング法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、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（ＺｒＯ2）からなる絶縁体膜５５を形成する。
【００４８】
次に、図３（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の絶縁体膜５５上の全面に亘って白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とからなる下電極膜６０を形成する。
【００４９】
次に、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。ここで、本実施形態では、有機金属化合物を溶媒に溶解・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を形成している。なお、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッタリング法等を用いてもよい。
【００５０】
圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図４（ａ）に示すように、下電極膜６０上にＰＺＴ前駆体膜である圧電体前駆体膜７１を成膜する。すなわち、下電極膜６０が形成された流路形成基板用ウェハ１１０上に有機金属化合物を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜７１を１７０〜１８０℃で８〜３０分間保持することで乾燥することができる。
【００５１】
次に、乾燥した圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜７１を３００〜４００℃程度の温度に加熱して約１０〜３０分保持することで脱脂した。なお、ここでいう脱脂とは、圧電体前駆体膜７１に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等として離脱させることである。
【００５２】
次に、図４（ｂ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。この焼成工程では、圧電体前駆体膜７１を６５０〜８００℃に加熱するのが好ましく、本実施形態では、上記温度領域で５〜３０分間加熱を行って圧電体前駆体膜７１を焼成して圧電体膜７２を形成した。また、焼成工程では、昇温レートを１５℃／ｓｅｃ以下とするのが好ましい。これにより優れた特性の圧電体膜７２を得ることができる。
【００５３】
なお、このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成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（ｃ）に示すように、下電極膜６０上に１層目の圧電体膜７２を形成した段階で、下電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２を同時にパターニングする。なお、下電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２のパターニングは、例えば、イオンミリング等のドライエッチングにより行うことができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、特に図示していないが、下電極膜６０上にチタン等の結晶種を形成してから、１層目の圧電体膜７２を形成している。
【００５６】
ここで、例えば、下電極膜６０をパターニングしてから１層目の圧電体膜７２を形成する場合、フォト工程・イオンミリング・アッシングして下電極膜６０をパターニングするために結晶種が変質してしまい、変質した結晶種上に圧電体膜７２を形成しても当該圧電体膜７２の結晶性が良好なものではなくなり、２層目以降の圧電体膜７２も１層目の圧電体膜７２の結晶状態に影響して結晶成長するため、良好な結晶性を有する圧電体層７０を形成することができない。
【００５７】
それに比べ、１層目の圧電体膜７２を形成した後に下電極膜６０と同時にパターニングすれば、１層目の圧電体膜７２は結晶種に比べて２層目以降の圧電体膜７２を良好に結晶成長させる種（シード）としても性質が強く、たとえパターニングで表層に極薄い変質層が形成されていても２層目以降の圧電体膜７２の結晶成長に大きな影響を与えない。
【００５８】
また、本実施形態では、下電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２をパターニングする際に、圧電素子３００が形成される領域に隣接するように下電極膜６０を残してダミー電極６１を形成する。このダミー電極６１は、２層目以降の圧電体膜７２を焼成により形成する際に、下地の違いによる焼成温度の面内ばらつきを防止して、結晶性が面内で均一化された圧電体膜７２を形成するためのものである。
【００５９】
次に、図４（ｄ）に示すように、１層目の圧電体膜７２と下電極膜６０とをパターニングした後は、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を複数回繰り返すことにより複数層の圧電体膜７２からなる圧電体層７０を形成する。
【００６０】
次に、図５（ａ）に示すように、圧電体層７０上に亘って、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる上電極膜８０を形成する。
【００６１】
次に、図５（ｂ）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。圧電体層７０及び上電極膜８０のパターニングとしては、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。
【００６２】
このとき、圧電体層７０及び上電極膜８０を、リード電極９０（図２参照）の一端部側（接続配線１２１が接続される領域）に残すことで接続層３０１を形成する。すなわち、圧電素子３００と接続層３０１とは、圧電体層７０及び上電極膜８０をパターニングする際に同時に形成することができる。なお、本実施形態では、圧電体層７０及び上電極膜８０をリード電極９０（図２参照）の接続配線１２１が接続される領域に形成した後、上電極膜８０のみを選択的に除去することで、圧電体層７０のみで接続層３０１を構成している。なお、接続層３０１として、圧電体層７０と上電極膜８０とで構成すれば、上電極膜８０を選択的に除去する工程が不要となる。また、接続層３０１となる領域にダミー電極６１が形成されていなくてもよい。
【００６３】
また、本実施形態では、接続層３０１を複数の圧電素子３００の並設方向に亘って連続して設けるようにした。
【００６４】
次に、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って保護膜２００を形成すると共に、パターニングして開口部２０１を形成する。保護膜２００としては、本実施形態では、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を用いた。
【００６５】
次に、引き出し配線であるリード電極９０を形成する。具体的には、図６（ａ）に示すように、具体的には、まず流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）からなる密着層９１を形成し、この密着層９１上に、例えば、金（Ａｕ）からなる配線層９２を形成する。そして、この配線層９２上に、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を形成し、このマスクパターンを介して配線層９２及び密着層９１を圧電素子３００毎にパターニングすることによってリード電極９０を形成する。これにより、リード電極９０の一端部が、開口部２０１を介して上電極膜８０に電気的に接続され、他端部が接続層３０１上に形成される。
【００６６】
次に、図６（ｂ）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を接着剤３５を介して接合する。
【００６７】
次に、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに薄くする。
【００６８】
次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０にマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜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。
【００６９】
そして、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を接合する。そして、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。
【００７０】
その後は、図２に示すように、保護基板３０上に駆動回路１２０を実装すると共に、駆動回路１２０の端子（図示なし）とリード電極９０とを接続配線１２１を介して接続する。このとき、接続配線１２１は、リード電極９０の接続層３０１上に形成された端部に電気的に接続する。このため、接続配線１２１は、接続層３０１上に平面状に設けられたリード電極９０の端部に接続することができ、リード電極９０と接続配線１２１との接続強度を向上することができる。
【００７１】
すなわち、例えば、接続層３０１を形成しない場合、圧電素子３００をパターニングした際に、リード電極９０と接続配線１２１とが接続される領域に圧電素子３００の一部が残留すると、リード電極９０の表面に大きな凹凸が生じるため、リード電極９０と接続配線１２１とを接続できないといった接続不良が生じ、また接続できたとしても接続強度が低下してしまう。本実施形態では、接続層３０１を形成することで、リード電極９０を構成する複数層間の密着力不足を解消し、しいては、リード電極９０と接続配線１２１との接続不良及び接続強度の低下を防止して、信頼性を向上することができる。
【００７２】
また、本実施形態では、圧電素子３００と接続層３０１との間の圧電体層７０及び上電極膜８０を除去するようにした。これは、例えば、圧電素子３００に隣接して設けられたダミー電極６１上に圧電体層７０及び上電極膜８０が存在すると、この電極に電圧が印加されて駆動してしまう虞がある。また、例えば、圧電素子３００の圧電体層７０及び上電極膜８０を接続層３０１まで連続して延設すると、パターニングされた下電極膜６０の端部に電界集中が発生し、下電極膜６０の端部に相対向する領域の圧電体層７０が破壊されてしまう虞がある。このため、圧電素子３００と接続層３０１との間の圧電体層７０及び上電極膜８０を除去することにより、この部分の駆動を確実に防止することができると共に、下電極膜６０の端部に電界集中が発生して圧電体層７０が破壊されてしまうのを確実に防止することができる。
【００７３】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明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。例えば、上述した実施形態１では、圧電体前駆体膜７１を塗布、乾燥及び脱脂した後、焼成して圧電体膜７２を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧電体前駆体膜７１を塗布、乾燥及び脱脂する工程を複数回、例えば、２回繰り返し行った後、焼成することで圧電体膜７２を形成するようにしてもよい。
【００７４】
また、上述した実施形態１では、ダミー電極６１を設けるようにしたが、勿論、ダミー電極６１を設けなくてもよい。
【００７５】
さらに、上述した実施形態１では、接続層３０１として圧電体層７０を設けるようにしたが、接続層３０１として圧電体層７０と上電極膜８０とで構成するようにしても、接続層３０１の上電極膜８０上には、絶縁性を有する保護膜２００を介してリード電極９０が設けられるため、複数の圧電素子３００のリード電極９０同士が接続層３０１の上電極膜８０を介して短絡することはない。ちなみに、上記実施形態１のように接続層３０１として上電極膜８０を設けないようにすることで、複数のリード電極９０同士が短絡する可能性を低減させて、信頼性を向上することができる。
【００７６】
さらに、上述した実施形態１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。
【００７７】
また、上述した実施形態１では、圧電素子保持部３２を有する保護基板３０を設けるようにしたが、圧電素子３００は保護膜２００によって覆われて外部環境に起因する破壊が防止されているため、保護基板３０を厚さ方向に貫通する圧電素子保持部としてもよく、また保護基板３０を設けなくてもよい。
【００７８】
さらに、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、本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００７９】
図８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。
【００８０】
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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００８１】
なお、上述した実施形態１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Ｉ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。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【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１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。
【符号の説明】
【００８３】
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、  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、  ３１  リザーバ部、  ３２  圧電素子保持部、  ４０  コンプライアンス基板、  ６０  下電極膜、  ６１  ダミー電極、  ７０  圧電体層、  ７１  圧電体前駆体膜、  ７２  圧電体膜、  ８０  上電極膜、  ９０  リード電極（引き出し配線）、  ９１  密着層、  ９２  配線層、  １００  リザーバ、  １２０  駆動回路、  １２１  接続配線、  ２００  保護膜、  ３００  圧電素子、  ３０１  接続層
【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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