(57)【要約】      （修正有）【課題】  圧電アクチュエータ部から上下電極を高低差なしに引き出し、配線基板の接続を不良なく行うことのできる構造を提案し、高集積化されたインクジェットヘッドに欠陥なく駆動回路からの信号を供給して高精細な画像を形成できるインクジェットヘッド、ならびにインクジェットヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】  振動板４上に圧電アクチュエータ部８を設け、圧力発生室２に対応する領域外の振動板４上に接合層１０の厚膜部１１が設けられ、圧電層６表面から接合層の厚膜部１１の一部にまたがって表面が平坦な平坦領域３１を有し、上電極７は平坦領域３１上を介して厚膜部１１上へ引き出され、圧電アクチュエータ部８から接合層厚膜部１１に至る領域の一部に、接合層１０の厚さが振動板４の面内方向に漸増する接合層傾斜部１２を設けられ、下電極５は、接合層傾斜部上１２を介して厚膜部１１上へ引き出される転写によるインクジェットヘッドの製造方法。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通する凹形の圧力発生室が配列された流路基板と、流路基板上に設けられた振動板と、振動板上に絶縁性の接合層を介して薄膜状の下電極、圧電層ならびに上電極を有し、各圧力発生室上の振動板上には該下電極、圧電層ならびに上電極が積層された圧電アクチュエータ部を設けたインクジェットヘッドであって、
（１） 圧力発生室に対応する領域外の振動板上に、接合層の厚膜部が設けられる
（２） 圧電アクチュエータ部の圧電層表面から接合層の厚膜部の少なくとも一部にまたがって表面が平坦な平坦領域を有する
（３） 上電極は、平坦領域上を介して厚膜部上へ引き出される
（４） 圧電アクチュエータ部から接合層厚膜部に至る領域の一部に、接合層の厚さが振動板の面内方向に漸増する接合層傾斜部を設ける
（５） 下電極は、接合層傾斜部上を介して厚膜部上へ引き出される
構造を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項２】
請求項1のインクジェットヘッドであって、平坦領域においては、接合層と圧電層の合算膜厚が一定であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項３】
請求項１のインクジェットヘッドであって、圧電層の一部に、圧電層膜厚が該振動板の面内方向に漸減する膜厚漸減部を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項４】
請求項３のインクジェットヘッドであって、膜厚漸減部が、圧電アクチュエータ部における膜厚に対して５倍乃至５００倍の長さであることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項５】
請求項1のインクジェットヘッドであって、接合層の厚膜部上に、駆動信号を供給する配線基板が接続される配線接続部が設けられ、下電極ならびに上電極が該配線接続部まで延長されることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項６】
請求項５のインクジェットヘッドであって、配線接続部において、振動板表面より上電極表面、ならびに下電極表面までの高さのばらつきが１００ｎｍ以下であることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項７】
請求項1のインクジェットヘッドであって、電層が、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とすることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項1のインクジェットヘッドであって、圧電層の膜厚が、圧電アクチュエータ部において５００ｎｍ乃至５０μｍであることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項９】
請求項1のインクジェットヘッドであって、上電極の膜厚が、圧電アクチュエータ部において２０ｎｍ乃至５００ｎｍであることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１０】
請求項1のインクジェットヘッドであって、下電極もしくは上電極が、前記被覆部より配線接続部に至る領域内に厚膜部を有することを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１１】
ノズル開口に連通する凹形の圧力発生室が配列された流路基板を製造する工程と、流路基板上に設けられた振動板を形成する工程と、振動板上に絶縁性の接合層を介して薄膜状の下電極、圧電層ならびに上電極を形成し、各圧力発生室上の振動板上には該下電極、圧電層ならびに上電極が積層された圧電アクチュエータ部を形成する工程とを有するインクジェットヘッドを製造する方法であって、
（１） 別基板上に上電極、膜厚漸減部を有する圧電層、ならびに下電極を形成する工程
（２） 流路基板上の振動板表面、もしくは、別基板上の上電極、圧電層ならびに下電極上に接合層材料を塗布する工程
（３） 流路基板上の振動板と、別基板上の上電極、膜厚漸減部を有する圧電層ならびに下電極を対向させて加圧し、接合層材料を変形させながら、接合を行なう工程
（４） 接合層材料を硬化する工程
（５） 別基板を除去する工程
により、接合層の厚膜部、圧電アクチュエータ部の圧電層表面から接合層の厚膜部の少なくとも一部にまたがって表面が平坦な平坦領域、並びに圧電アクチュエータ部から接合層厚膜部に至る領域の一部に接合層の厚さが振動板の面内方向に漸増する接合層傾斜部を形成することを特徴とする、インクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１のインクジェットヘッドの製造方法であって、膜厚漸減部が、圧電層形成工程の圧電層堆積時において、堆積物の量に所定の面内分布を持たせることにより形成されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１３】
請求項１２のインクジェットヘッドの製造方法であって、膜厚漸減部が、圧電層を気相からの薄膜堆積法により形成するとともに、薄膜堆積時に開口部を有するシャドーマスクにより堆積物の一部を制限しながら堆積する工程により、堆積物の量に所定の面内分布を持たせることにより形成されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１４】
請求項１３のインクジェットヘッドの製造方法であって、該シャドーマスクが基体に対して密着され、且つ該シャドーマスクが開口部の端部にテーパーを有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１５】
請求項１４のインクジェットヘッドの製造方法であって、該テーパーが、基体に対して９０°乃至１５０°の角度を以って立ち上がる構造とすることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１６】
請求項１３のインクジェットヘッドの製造方法であって、該シャドーマスクと基体との間に間隙を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１７】
請求項１６のインクジェットヘッドの製造方法であって、該間隙が、０．１ｍｍ乃至１ｍｍとすることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１８】
請求項１３のインクジェットヘッドの製造方法であって、該シャドーマスクの開口部と基体とを所定の速度で相対的に移動させることにより圧電層の膜厚漸減部を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１９】
請求項１３のインクジェットヘッドの製造方法であって、圧電層堆積に用いる気相からの薄膜堆積方法がスパッタ法であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２０】
膜厚漸減部が、圧電層形成工程の圧電層の堆積後に堆積物の一部をエッチングする工程により形成されることを特徴とする請求項１１のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２１】
請求項２０のインクジェットヘッドの製造方法であって、エッチング工程がエッチング液による化学エッチングによって行われ、エッチング液と堆積物との接液境界を所定の速度で移動させることにより圧電層の膜厚漸減部を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項２２】
請求項２０のインクジェットヘッドの製造方法であって、該エッチング工程において堆積物の一部を開口を有するマスク層によって保護し、該エッチングマスクの開口端をエッチングにより後退させながら堆積物をエッチングすることにより圧電層の膜厚漸減部を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク滴をノズルより吐出することにより印刷を行うインクジェットヘッドに関するもので、とりわけ、圧電変位素子を用いてインク室を容積変化せしめてインクを吐出する圧電式インクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電変位素子を用いてインク室を容積変化せしめてインク滴を吐出し、これを被記録媒体上に付着させて画像形成を行うインクジェット記録方法は、高速記録が可能であり、また記録品位も高く、低騒音であるという利点を有している。さらに、この方法はカラー画像記録が容易であって、普通紙等にも記録でき、さらに装置を小型化し易いといった多くの優れた利点を有している。
【０００３】
インクジェット記録方法を用いる記録装置には、一般に、インクを飛翔インク滴として吐出させるためのノズル開口と、ノズル開口に連通する圧力発生室が配列された流路基板と、流路基板上に設けられた振動板と、圧力発生室の各々に対向する領域内の振動板上に設けられた圧電アクチュエータ部を有し圧力発生室の容積を変化せしめる圧電変位素子とを備えるインクジェットヘッドが用いられる。このようなインクジェットヘッドにおいては、近年の画像形成の高精細化、大面積化及び高速化の要求に伴い、流路基板にノズル開口、圧力発生室、圧電変位素子を高密度かつ多数配列した高集積化が行われている。このようなインクジェットヘッドに用いられる圧電変位素子としては、圧力発生室に対応した領域の振動板メンブレン上に、下電極、圧電層、上電極を積層した圧電アクチュエータ部を設け、撓みモード変位を利用したものが提案されている。このような撓みモード圧電変位素子を、薄膜技術、及びフォトリソグラフィーを利用して作製することにより、さらなる高集積化が行われているとともに、素子の小型化による高速駆動が可能となる素子構造が提案されている。
【０００４】
このようなインクジェットヘッドにおいては、駆動のための電圧信号を生成する駆動回路から圧電アクチュエータ部への駆動信号印加のための配線の接続を行う必要がある。このような配線の接続では、メンブレン上の圧電アクチュエータ部に直接接続すると応力集中などによりクラック、破壊が生じるため、圧電アクチュエータ部より圧力発生室に対応した領域外に設けられた配線接続部へ上電極及び下電極を引き出し、さらにこの配線接続部に駆動信号を発生・制御する駆動回路からの信号配線が接続される。
【０００５】
圧電アクチュエータ部からの電極の引出しについては、特開2000-037868号公報に開示されているような、上電極及び下電極の両者から外部へ引き出される電極の間に層間絶縁膜を設けることにより電極間を絶縁して引き出す方法が提案されている。また、特開平11-170505号公報には、圧力発生室に対向する領域の略中央部に、圧電体能動部へ電圧を印加するためのリード電極と圧電体能動部との接続部となるコンタクト部が設けられ、このコンタクト部より電極を引き出す方法が提案されている。
【０００６】
さらにこのようにして引き出された配線接続部に、駆動信号を発生・制御する駆動回路からの信号配線が接続される。この接続には、例えば特開2000-285992号公報に開示されているような、駆動回路からの信号配線が設けられたフレキシブル基板よりなるコネクタ（本明細書中では配線基板と表記される）と、インクジェットヘッド側の端子電極（本明細書中では配線接続部と表記される）と位置合わせをして重ね合わせ、接着することで接続を行う方法が提案されている。
【特許文献１】特開2000-037868号公報
【特許文献２】特開平11-170505号公報
【特許文献３】特開2000-285992号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高速、高密度、高精細、高集積化
しかしながら、前記従来例のインクジェットヘッドにおいては以下に示すような問題点があった。
【０００８】
駆動回路から圧電アクチュエータ部までの駆動信号印加のための配線の接続経路における、配線基板と配線接続部の接続においては、両者の接合面すなわち端子同士に高低差があった場合、接続に不良を生じる場合がある。特に高集積化され、面内にごく近接して配された端子においては端子同士の高低差は僅かでも配線基板に局所的に大きな歪が誘起されるため、特に不良が発生しやすい。さらにこのような接続の不良に伴い、駆動信号の印加に不良が生じるため、画像形成における印刷ドット抜けが発生し画像品位の低下が問題となる。
【０００９】
このため、圧電アクチュエータ部からの上電極と下電極の引き出し部分から配線接続部までの間に、圧電アクチュエータ部で上下電極間に存在する圧電層厚さ分の高低差を解消する必要がある。しかし、上記従来例の圧電アクチュエータ部からの電極の引出しでは、圧電層、もしくは層間絶縁層の端部の段差が存在するため、上電極の断線が生じる場合があった。また、圧電アクチュエータ部から配線接続部までの間での引き出しにおいて、上記従来例の特開2000-037868号公報に開示されているインクジェットヘッドでは圧電アクチュエータ部以外の箇所で上電極と下電極が層間絶縁膜を介して対向するため不要な配線容量が発生し、特に多数の微小インク滴の吐出を繰り返す高精細画像形成における高速の駆動において駆動回路からの信号の供給に悪影響を与える場合があった。
【００１０】
本発明は前記従来例の問題点に鑑みてなされたもので、圧電アクチュエータ部から上下電極を高低差なしに引き出し、配線基板の接続を不良なく、行うことのできる構造を提案し、高集積化されたインクジェットヘッドに欠陥なく駆動回路からの信号を供給して高精細な画像を形成できるインクジェットヘッド、ならびにインクジェット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】
本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通する凹形の圧力発生室が配列された流路基板と、流路基板上に設けられた振動板と、振動板上に絶縁性の接合層を介して薄膜状の下電極、圧電層ならびに上電極を有し、各圧力発生室上の振動板上には該下電極、圧電層ならびに上電極が積層された圧電アクチュエータ部を設けたインクジェットヘッドであって、
（１） 圧力発生室に対応する領域外の振動板上に、接合層の厚膜部が設けられる
（２） 圧電アクチュエータ部の圧電層表面から接合層の厚膜部の少なくとも一部にまたがって表面が平坦な平坦領域を有する
（３） 上電極は、平坦領域上を介して厚膜部上へ引き出される
（４） 圧電アクチュエータ部から接合層厚膜部に至る領域の一部に、接合層の厚さが振動板の面内方向に漸増する接合層傾斜部を設ける。
【００１２】
（５） 下電極は、接合層傾斜部上を介して厚膜部上へ引き出される
構造を有することを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１３】
かかる第１の態様によれば、圧電アクチュエータ部から上下電極を高低差なしに引き出すことのできる構造により、高集積化されたインクジェットヘッドに欠陥なく駆動回路からの信号を供給して高精細な画像を形成できるインクジェットヘッドを提供できる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、平坦領域においては、接合層と圧電層の合算膜厚が一定であることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１５】
かかる第２の態様によれば、第１の態様において、接合層を用いた転写法によって平坦領域を容易に形成することができる。
【００１６】
本発明の第３の態様は、圧電層の一部に、圧電層膜厚が該振動板の面内方向に漸減する膜厚漸減部を有することを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１７】
かかる第３の態様によれば、第１の態様において、圧電層の膜厚漸減部形状を接合層に転写することにより、接合層傾斜部を容易に形成することができる。
【００１８】
本発明の第４の態様は、第１の態様において、振動板上に、駆動信号を供給する配線基板が接続される配線接続部が設けられ、下電極ならびに上電極が該配線接続部まで延長されることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００１９】
かかる第４の態様によれば、圧電アクチュエータ部から引き出された上下電極に対して、配線基板の接続を簡便に行なうことができる。
【００２０】
本発明の第５の態様は、第１の態様において、配線接続部において、振動板表面より上電極表面ならびに下電極表面までの高さのばらつきが１００ｎｍ以下であることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００２１】
かかる第５の態様によれば、配線接続部への配線基板の接続の不良をより低減できる。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第１の態様において、圧電層が、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とすることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００２３】
かかる第６の態様によれば、圧電層に、高い圧電特性とともに高い絶縁性を有する材料であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とすることにより、電極相互の絶縁を十分確保できる。
【００２４】
本発明の第７の態様は、第１の態様において、圧電層の膜厚が、圧電アクチュエータ部において５００ｎｍ乃至５０μｍであることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００２５】
かかる第７の態様によれば、圧電アクチュエータ部において上下電極間の絶縁耐圧を十分に確保しながらインクの吐出のために十分な発生力を得ることができる。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第１の態様において、上電極の膜厚が、圧電アクチュエータ部において２０ｎｍ乃至５００ｎｍであることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００２７】
かかる第８の態様によれば、上電極の膜厚を上記範囲とすることで、個別化により細線化しても上電極に対しても十分に駆動電圧の印加が可能であると共に、圧電アクチュエータ部の変位に対してほとんど影響を与えず大きな変位量を得ることができる。
【００２８】
本発明の第９の態様は、第１の態様において、膜厚漸減部が、圧電アクチュエータ部における膜厚に対して５倍乃至５００倍の長さであることを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００２９】
かかる第９の態様によれば、膜厚漸減部を上記範囲の形状とすることで、この形状を転写した接合層傾斜部をなだらかに形成できるため、下電極の断線をより低減できる。
【００３０】
本発明の第１０の態様は、第１の態様において、下電極もしくは上電極が、前記被覆部より配線接続部に至る領域内に厚膜部を有することを特徴とするインクジェットヘッドである。
【００３１】
かかる第１０の態様によれば、圧電変位に寄与しない上記範囲内に電極の厚膜部を設けるため、圧電変位量に影響を与えることなく電極の断線をより低減できる。
【００３２】
本発明の第１１の態様は、ノズル開口に連通する凹形の圧力発生室が配列された流路基板を製造する工程と、流路基板上に設けられた振動板を形成する工程と、振動板上に絶縁性の接合層を介して薄膜状の下電極、圧電層ならびに上電極を形成し、各圧力発生室上の振動板上には該下電極、圧電層ならびに上電極が積層された圧電アクチュエータ部を形成する工程とを有するインクジェットヘッドを製造する方法であって、
（１） 基板上に上電極、膜厚漸減部を有する圧電層、ならびに下電極を形成する工程
（２） 流路基板上の振動板表面、もしくは、別基板上の上電極、圧電層ならびに下電極上に接合層材料を塗布する工程
（３） 路基板上の振動板と、別基板上の上電極、膜厚漸減部を有する圧電層ならびに下電極を対向させて加圧し、接合層材料を変形させながら、接合を行なう工程
（４） 接合層材料を硬化する工程
（５） 別基板を除去する工程
により、接合層の厚膜部、圧電アクチュエータ部の圧電層表面から接合層の厚膜部の少なくとも一部にまたがって表面が平坦な平坦領域、並びに圧電アクチュエータ部から接合層厚膜部に至る領域の一部に接合層の厚さが振動板の面内方向に漸増する接合層傾斜部を形成することを特徴とする、インクジェットヘッドの製造方法である。
【００３３】
かかる第１１の態様によれば、圧電アクチュエータ部から上下電極を高低差なしに引き出し配線基板の接続を不良なく、行うことのできる構造により、高集積化されたインクジェットヘッドに欠陥なく駆動回路からの信号を供給して高精細な画像を形成できるインクジェットヘッドの製造方法を提供できる。
【００３４】
本発明の第１２の態様は、第１１の態様において、膜厚漸減部が、圧電層形成工程の圧電層堆積時において堆積物の量に所定の面内分布を持たせることにより形成されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
【００３５】
かかる第１２の態様によれば、なだらかな形状で急峻な凹凸のない圧電層の膜厚漸減部を簡易な方法で形成可能であり、膜厚漸減部形状を転写した接合層傾斜部を容易に形成できる。
【００３６】
本発明の第１３の態様は、第１２の態様において、膜厚漸減部が、圧電層を気相からの薄膜堆積法により形成するとともに、薄膜堆積時に開口部を有するシャドーマスクにより堆積物の一部を制限しながら堆積する工程により、堆積物の量に所定の面内分布を持たせることにより形成されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
【００３７】
かかる第１３の態様によれば、シャドーマスクの端部形状あるいは基体との間隔などを適宜制御することで、膜厚漸減部の形状を広い範囲で制御性よく形成できる。
【００３８】
本発明の第１４の態様は、第１３の態様において、該シャドーマスクが基体に対して密着され、且つ該シャドーマスクが開口部の端部にテーパーを有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
【００３９】
かかる第１４の態様によれば、シャドーマスクの開口部以外に圧電層が堆積することを完全になくすように制御することができるため、配線接続部などに不要な堆積物が付着しない様にすることができる。このため、配線基板の接続が良好に行える。
【００４０】
本発明の第１５の態様は、第１４の態様において、該テーパーが、基体に対して９０°乃至１５０°の角度を以って立ち上がる構造とすることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
【００４１】
かかる第１５の態様によれば、テーパー形状を上記範囲の鉛直からオーバーハング状とすることで、特にシャドーマスクの開口端部近傍において急峻な膜厚分布の形成が抑制できる。
【００４２】
本発明の第１６の態様は、第１３の態様において、該シャドーマスクと基体との間に間隙を有することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
【００４３】
かかる第１６の態様によれば、シャドーマスクと基体との間の間隙に堆積物が入り込むため不要な堆積物が配線接続部などに付着する可能性があるものの、なだらかな形状の膜厚分布を容易に制御できる。さらにシャドーマスクと基体上の電極などが直接接触しないため、接触に伴う電極の損傷を防止できる。
【００４４】
本発明の第１７の態様は、第１６の態様において、該間隙が、０．１ｍｍ乃至１ｍｍとすることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
【００４５】
かかる第１７の態様によれば、シャドーマスクと基体との間の間隙を上記範囲とすることで、膜厚漸減部の長さを好適な範囲に形成できる。
【００４６】
本発明の第１８の態様は、第１３の態様において、該シャドーマスクの開口部と基体とを所定の速度で相対的に移動させることにより圧電層の膜厚漸減部を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
【００４７】
かかる第１８の態様によれば、圧電層の堆積を行う装置に上記相対的な移動を行う機構を設ける必要があるものの、膜厚分布の制御性がより向上できる。
【００４８】
本発明の第１９の態様は、第１３の態様乃至第１８の態様において、圧電層堆積に用いる気相からの薄膜堆積方法がスパッタ法であることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
【００４９】
かかる第１９の態様によれば、スパッタ法ではターゲットよりスパッタされた堆積物粒子が、平均自由工程の凡そ１倍乃至数倍の輸送過程を経て散乱されながら基板上に堆積されるため、堆積される堆積物粒子の入射角度に適当な分散が生じ、シャドーマスクによる遮蔽において急峻な膜厚分布が生じることを抑制できる。
【００５０】
本発明の第２０の態様は、第１１の態様において、膜厚漸減部が、圧電層形成工程の圧電層の堆積後に堆積物の一部をエッチングする工程により形成されることを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
【００５１】
かかる第２０の態様によれば、第１２の態様乃至第１８の態様と比較してエッチング工程が必要となり工程数が増大するものの、薄膜堆積法に任意の方法を用いることができる。すなわち、ゾル-ゲル法、水熱合成法、スプレー法などの方法を用いることが可能となる。さらに、流路基板とは別に形成した圧電層を接合する方法も採用可能となる。このことより、インクジェットヘッドの構造、構成の設計の自由度が格段に高くなる。
【００５２】
本発明の第２１の態様は、第２０の態様において、エッチング工程がエッチング液による化学エッチングによって行われ、エッチング液と堆積物との接液境界を所定の速度で移動させることにより圧電層の膜厚漸減部を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
【００５３】
かかる第２１の態様によれば、特にエッチングマスクを用いることなく形状を制御したエッチングが可能であり、きわめて簡便にエッチング工程を行うことができる。
【００５４】
本発明の第２２の態様は、第２０の態様において、エッチング工程において堆積物の一部を開口を有するマスク層によって保護し、エッチング液による化学エッチングによって該エッチングマスクの開口端をエッチングにより後退させながら堆積物をエッチングすることにより圧電層の膜厚漸減部を形成することを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法である。
【００５５】
かかる第２２の態様によれば、例えばエッチングマスクに開口端に適宜テーパー状の形状を設けたり、マスク材と堆積物のエッチングレート比を、ドライエッチングのエッチングガスや基板温度、エッチング種の入射方向などの条件、あるいは、化学エッチングにおけるエッチング液や温度条件等を適当に選んでやることで高精度の膜厚漸減部の加工が可能である。
【発明の効果】
【００５６】
以上本発明によれば、圧電アクチュエータ部から上下電極を高低差なしに引き出し配線基板の接続を不良なく、行うことのできる構造により、高集積化されたインクジェットヘッドに欠陥なく駆動回路からの信号を供給して高精細な画像を形成できるインクジェットヘッド、ならびにインクジェットヘッドの製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５７】
以下実施例を用いて、本発明をより詳細に説明する。
【実施例１】
【００５８】
本実施例では、本発明のインクジェットヘッドの例を示す。
【００５９】
以下、図を用いて本実施例を説明する。図１は本実施例のインクジェットヘッドの構成を示す図で、図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のA-A'線の断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ-Ｂ'線の断面図である。
【００６０】
図１において、１は流路基板、２は圧力発生室、３は共通液室、４は振動板、５は下電極、６は圧電層、７は上電極、８は圧電アクチュエータ部、９は配線接続部、１０は接合層、１１は接合層の厚膜部、１２は接合層傾斜部、１３は圧電層の膜厚漸減部、１４はノズルプレート、１５はノズル開口、１６は配線基板、１７は配線基板側の端子、３１は平坦領域である。
【００６１】
図１に示したように、流路基板１には、ノズル開口に連通する凹型の圧力発生室２が複数個配列され、さらに圧力発生室２と連通する共通液室３などよりなるインク流路を設けた。流路基板１としてはシリコン単結晶基板をドライエッチングなどにより加工して圧力発生室等を形成したものを用いた。また、流路基板には、所望の形状に加工可能で、強度、剛性、インク耐性を有するものであれば、他に樹脂やステンレスなどの金属材料、ガラスなどを用いることもできる。本実施例では流路基板１としては厚さ３８０μｍの面方位（１００）シリコン単結晶基板を用い、圧力発生室２は、幅７０μm、長さ３０００μm、深さ１５０μｍとし、幅２０μｍの隔壁を介して、圧力発生室の幅方向に列状に複数個配列した。尚、本実施例においては一列のみを配列したものを示したが、このように配列した圧力発生室の列を例えば圧力発生室の長手方向に並べて複数列配したり、さらには所謂千鳥状に配することも本発明の構造においては可能である。
【００６２】
流路基板１上には振動板４を設けた。振動板４は本実施例においては、流路基板１上において、少なくとも圧力発生室２に対向する領域ならびに上電極ならびに下電極が設けられる領域全体に連続して設ける。振動板４としては、所望の厚さ、耐熱性、弾性定数、強度、インク耐性を有するとともに、本発明において上電極間ならびに下電極の間において駆動信号のリークが発生しない程度の絶縁性を有する材料から選択される。好ましいものとしては、ガラス材料、酸化シリコン、窒化シリコン、ジルコニアなどの酸化物材料が挙げられる。このような材料を、膜堆積法や直接接合、接着などの方法により流路基板に接合する。尚、振動板４は流路基板１に圧力発生室などを設けた後に接合してもよいし、振動板４を流路基板に接合した後に圧力発生室などを形成してもかまわない。ただし、以上の振動板材料及び接合方法は後工程における加熱やエッチング処理などのプロセスに耐性を有する組み合わせから選択されることは言うまでもない。本実施例では、後述する圧電層形成における加熱工程に対する耐熱性を有するガラス板を用い、陽極接合で流路基板１に直接接合して、平均厚さ３μｍまで研磨薄片化したものを用いた。
【００６３】
この振動板４上に、下電極５、圧電層６、上電極７を配した。図１に示したように、本実施例では圧力発生室の各々に対向する領域内の振動板４上に設けられ振動板４側より順に下電極５、圧電層６、上電極７が積層された部位である圧電アクチュエータ部８を設ける。本発明では、下電極５、圧電層６、上電極７、圧電アクチュエータ部８は、接合層１０を介して振動板４上に設けられる。
【００６４】
さらに、本発明では、圧力発生室２に対応する領域外の振動板４上に、接合層の厚膜部１１が設けられる。本発明では、圧電アクチュエータ部８より下電極５ならびに上電極７が接合層の厚膜部１１まで引き出される構造となる。
【００６５】
まず上電極の引き出し構造について説明する。図１（ｂ）に、図１（ａ）における上電極の引き出し部Ａ−A'線の断面図を示す。図１（ｂ）に示すように、圧力発生室２に対応する領域外の振動板上に、接合層の厚膜部１１が設けられるとともに、圧電アクチュエータ部の圧電層表面から接合層の厚膜部１１の少なくとも一部にまたがって表面が平坦な平坦領域３１を有し、上電極７は平坦領域３１上を介して厚膜部１１上へ引き出される。この平坦領域３１においては、接合層と圧電層の合算膜厚が一定であることが好ましく、このようにすることで、接合層を用いた転写法によって平坦領域を容易に形成することができる。上電極７は、このような平坦領域上を、圧電アクチュエータ部の圧電層表面から、厚膜部へ引き出される。
【００６６】
次に下電極の引き出し構造について説明する。図１（ｃ）に、図１（ａ）における下電極の引き出し部B-B'線の断面図を示す。図１（ｃ）示すように、下電極５の下には圧電アクチュエータ部８から、圧電アクチュエータ部から接合層の厚膜部１１までの区間において、圧力発生室に対向する領域外に向かって接合層の厚さが傾斜的に漸増する接合層傾斜部１２が設けられる。下電極５は接合層の膜厚が漸増する接合層傾斜部１２上を介して接合層の厚膜部上へ引き出される。このような接合層傾斜部１２は、例えば図１（ｂ）中に示したような、圧電層の一部に、圧電層膜厚が該振動板の面内方向に漸減する膜厚漸減部の形状を接合層に転写することにより、接合層傾斜部を容易に形成することができる。尚、本実施例では下電極５上の圧電層などは除去した例を示したが、残されていても構わない。
【００６７】
以上のような上電極、ならびに下電極の接合層の厚膜部への引き出し構造により、圧電アクチュエータ部から上下電極を高低差なしに引き出すことができる。また、このような構造によれば、引き出し区間内に段差をなくすことが可能となり、電極の断線を防止できる。
【００６８】
また、このような圧電層の膜厚漸減部１３ならびに接合層傾斜部１２は、少なくとも圧電アクチュエータ部外に設けられ、圧電層の膜厚漸減部１３ならびに接合層傾斜部１２においては、上電極７と下電極５は対向しない構造とすることが好ましい。このようにすることで、不要な配線容量が発生することを防止し、さらには絶縁破壊による素子不良を防止することができる。
【００６９】
下電極５は、本実施例では列状に配された圧力発生室５を配列方向に複数個またぐとともに、配列された各圧電アクチュエータ部に対する共通電極となる。下電極５の材料としては、駆動電圧の印加に必要な導電性を有し、後工程における加熱やエッチング処理などのプロセスに耐性を有するものから適宜選択される。本実施例では、Ti、Auを堆積した積層膜を用いた。他には、Pt、Ag、Al、Cu、Cr、Irなどの金属や導電性酸化物などが好ましい。下電極５の膜厚は、圧電変位素子として動作する範囲で適宜決定されるが、好ましくは圧電アクチュエータ部において２０ｎｍ乃至５００ｎｍとする。このようにすることで、十分に駆動電圧の印加が可能であると共に、圧電アクチュエータ部の変位に対してほとんど影響を与えず大きな変位量を得ることができる。本実施例においては、Tiを１０ｎｍ、Auを１００ｎｍの厚さとした。
【００７０】
圧電層６は、各圧電アクチュエータ部に対応する領域と、各圧電アクチュエータ部の下電極端部を被覆し、さらに膜厚漸減部１３に堆積した。圧電層６の材料は、高い圧電特性とともに高い絶縁性を有する材料から適宜選択される。本実施例においては、チタン酸ジルコン酸鉛を用いた。チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とすることにより、電極相互の絶縁を十分確保できる。ただし、上記条件を満たす材料であればこれに限らず用いることができる事は言うまでもない。圧電層６の厚さは、圧電アクチュエータ部において５００ｎｍ乃至５０μｍであることが好ましい。このようにすることで上下電極間の絶縁耐圧を十分に確保しながらインクの吐出のために十分な発生力を得ることができる。本実施例では、圧電層の厚さは、圧電アクチュエータ部８で全面で２．５μｍとし、膜厚漸減部１３において膜厚が連続的に漸減するようにした。膜厚漸減部１３の図１（ａ）のA-A'線における断面形状の主要な部分に対応する膜厚分布を図２に示す。図２のグラフにおいて、横軸は圧電アクチュエータ部の端部からの面内A-A'方向の距離であり、圧電アクチュエータ部側を＋の数字で示している。また図２のグラフにおいて、縦軸はそれぞれの点における圧電層の膜厚を示している。また、図２には本発明のインクジェットヘッドの圧電アクチュエータ部８、膜厚漸減部１３、さらに接合層の厚膜部までを、その概略の領域を矢印を用いて併記した。図２で示したように、本実施例では、膜厚漸減部１３は圧電アクチュエータ部８から被覆部を経て連続的に漸減し、約１ｍｍの反対側に端部においてより緩やかな漸減形状を以って急激な段差なしに膜厚が０となるようにした。圧電層６の平面形状は、図１（ａ）に示したように各圧電アクチュエータ部個別に分割し、圧力発生室２に対向する領域では圧力発生室の幅方向に６０μｍの幅の概短冊形状とした。
【００７１】
上電極７は、各圧電アクチュエータ部に対応する領域に設けられると共に、接合層の厚膜部の表面の圧電アクチュエータ部の圧電層表面から連続した平面上を、圧電アクチュエータ部の圧電層表面から厚膜部へ引き出される。上電極７の材料としては駆動電圧の印加に必要な導電性を有するものから適宜選択される。本実施例では、Ti、Ptを堆積した積層膜を用いた。他には、Au、Ag、Al、Cu、Cr、Irなどの金属や導電性酸化物などが好ましい。上電極７の膜厚は、圧電変位素子として動作する範囲で適宜決定されるが、好ましくは圧電アクチュエータ部において２０ｎｍ乃至５００ｎｍとする。上電極の膜厚を上記範囲とすることで、個別化により細線化しても上電極に対しても十分に駆動電圧の印加が可能であると共に、圧電アクチュエータ部の変位に対してほとんど影響を与えず大きな変位量を得ることができる。また、上電極７の平面形状は、図１（ａ）に示したように各圧電アクチュエータ部個別に分割し、圧力発生室２に対向する領域では圧力発生室の幅方向に５０μｍの幅の概短冊形状とした。
【００７２】
本実施例の接合層４は、振動板４上における下電極５、圧電層６ならびに上電極７が設けられる領域と、接合層傾斜部１２、ならびに接合層の厚膜部１１の領域に形成する。接合層の材料としては、少なくとも電極間で駆動信号のリークが問題にならない程度の絶縁性を有するものから適宜選択される。また、圧電アクチュエータ部を十分な強度で接合すると共に、接合層の厚膜部１２や接合層傾斜部１１といった立体的な構造を形成するため、例えば熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などの材料が好ましく用いられる。本実施例では熱硬化性を有するエポキシ系接着剤を用いた。
【００７３】
また、本実施例の下電極５ならびに上電極7は、被覆部１３より配線接続部９に至る領域内に電極厚膜部１８を設けることも好ましい。図３に、このような厚膜部を設けたインクジェットヘッドの断面図の例を示す。このようにすることで、圧電変位に寄与しない上記領域内に電極の厚膜部を設けるため、圧電変位量に影響を与えることなく電極の断線をより低減できる。
【００７４】
さらに本発明では、接合層の厚膜部１１上に、駆動信号を供給する配線基板が接続される配線接続部が設けられ、下電極ならびに上電極が該配線接続部まで延長されることが好ましい。図４に、配線接続部への配線基板の接続の様子を示す。配線接続部９には駆動信号を供給する端子１７を有する配線基板１６が接続される。配線接続部９においては、配線基板１６の端子１７と同一ピッチで上電極ならびに下電極が配されるようにする。配線接続部においては、上電極５ならびに下電極７と端子１７は、例えば導電性ペーストを用いた接着や、圧着などの手段により接続される。このような構造とすることにより、圧電アクチュエータ部から引き出された上下電極に対して、配線基板の接続を簡便に行なうことができる。
【００７５】
またこの際、配線接続部において、振動板表面より上電極、ならびに下電極表面までの高さのばらつきが１００ｎｍ以下とすることが好ましい。このようにすることで、配線接続部への配線基板の接続の不良をより低減できる。
【００７６】
さらに、流路基板１にはノズルプレート１４を接合した。ノズルプレート１４としては、インク滴の吐出特性に応じた厚さの板を用い、これに打ち抜き加工やエッチングによりノズル開口１５を形成している。本実施例ではノズルプレート１４として、厚さ５０μmのステンレス板に、開口径が３０μmφの円形のノズル開口１５を設けたものを用いた。本実施例ではノズルプレート１４によりインク流路中の共通液室を蓋う構成とした。尚、不図示であるが、共通液室には外部よりインクを供給する供給路が接続され、適宜インクを供給する構成とした。
【００７７】
以上、下電極を共通電極、上電極を個別電極とした例で説明したが、本発明においては、上電極を共通電極、下電極を個別電極としても構わない。
【００７８】
以上述べてきたように、本実施例によれば、圧電アクチュエータ部から上下電極を高低差なしに引き出すことのできる構造により、高集積化されたインクジェットヘッドに欠陥なく駆動回路からの信号を供給して高精細な画像を形成できるインクジェットヘッドを提供できる。
【実施例２】
【００７９】
本実施例では、本発明のインクジェットヘッドの製造方法の例を示す。
【００８０】
以下、図を用いて本実施例を説明する。図５は本実施例のインクジェットヘッドの製造方法の工程を示す断面図である。図５においては、各工程における、本発明のインクジェットヘッドの構成を示す図である図１（ａ）のＡ−Ａ‘線断面と、Ｂ−Ｂ’線断面を併記した。また、説明の補助のため図６を用いる。
【００８１】
図５において、１は流路基板、２は圧力発生室、３は共通液室、４は振動板、５は下電極、６は圧電層、７は上電極、８は圧電アクチュエータ部、９は配線接続部、１０は接合層、１１は接合層の厚膜部、１２は接合層傾斜部、１３は圧電層の膜厚漸減部、１４はノズルプレート、１５はノズル開口、１９は別基板、２０はシャドーマスク、２１はシャドーマスク開口部、２２はテーパー部、２３は接合層材料、３１は平坦領域である。
【００８２】
まず、図５（ａ）に示したように、ノズル開口に連通する凹型の圧力発生室２が複数個配列された流路基板を形成した。本実施例では、流路基板１としては厚さ３８０μｍの面方位（１００）シリコン単結晶基板を用い、シリコンの熱酸化膜をエッチングマスクとして用い、エッチング装置としてICP（Inductively Coupled Plasma）-RIE装置を用い、エッチングガスはSF6を用いて基板両面よりエッチングを行い、後にエッチングマスクを除去した。尚、本工程のエッチング方法としては、例えば水酸化カリウム水溶液、エチレンジアミンピロカテコール、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイトなどの異方性エッチング液を用いたウェットエッチングや、RIE（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）装置やイオンミリング装置などのドライエッチング装置を用いてドライエッチングなどを使用する事も出来る。圧力発生室２は、幅７０μm、長さ３０００μm、深さ１５０μｍとして、幅２０μｍの隔壁を介して複数個並列に形成した。また、同様のエッチングを流路基板１の裏面より施し、圧力発生室間を連通するとともにインクの供給経路となる共通液室３を形成した。尚、本実施例では１枚の基板を両面から加工した例を示すが、複数枚の基板に流路の部位を形成した後、位置合せをして接合しても構わない。
【００８３】
続いて、図５（ｂ）に示したように、流路基板１に、振動板４を形成した。振動板４としては、ガラス板を陽極接合で流路基板１に接合して、平均厚さ３μｍまで研磨薄片化した。本実施例では振動板４としては絶縁性であり、耐熱性を有するガラス板を用い、陽極接合で流路基板１に直接接合して平均厚さ３μｍまで研磨薄片化した。尚、本発明の振動板の形成工程は、前記方法になんら限定されるものではない。膜堆積法や直接接合、接着などの方法により流路基板に接合する。尚、振動板４は流路基板１に圧力発生室などを設けた後に接合してもよいし、振動板４を流路基板に接合した後に圧力発生室などを形成してもかまわない。ただし、以上の振動板材料及び接合方法は後工程における加熱やエッチング処理などのプロセスに耐性を有する組み合わせから選択されることは言うまでもない。他の好ましい例としては、流路基板１としてシリコン単結晶基板を用い、表面に酸化シリコン皮膜を熱酸化やスパッタ法などの膜堆積法で形成後、流路基板１をエッチングなどにより圧力発生室などを形成してもかまわない。
【００８４】
さらに図５（ｃ）乃至図５（ｅ）に示したように、流路基板とは別の別基板１９を用意し、上電極７、膜厚漸減部を有する圧電層６、ならびに下電極５を形成別基板１９上に形成した。尚、この際の、図５（ｃ）乃至図５（ｅ）の工程で別基板１９上に形成した上電極７、圧電層６、下電極５の平面形状を図６に示す。
別基板１９の材料としては、後工程において圧電層形成等の加熱工程などに耐久性を有すると共に、溶解もしくは剥離などの方法で除去可能なものから選択される。本実施例では別基板１９には厚さ0.5mmのＭｇＯ単結晶基板を用いた。MgO材料は、例えば燐酸水溶液などの酸で容易に溶解できるため、本発明に好ましく用いられる。他には酸化膜付のシリコンウエハや、SiO2、ZrO2などの酸化物基板、ガラス材料などを用いることもできる。また、後工程における除去が容易なように、剥離層や溶解時の保護層などをあらかじめ設けておいても構わない。また、本発明に用いる別基板１９は、高い表面平滑性を有することが好ましい。このようにすることで、別基板１９上に形成する上電極７の断線をより低減できる。本実施例で用いたＭｇＯ単結晶基板は、上電極ならびに下電極が形成される範囲で、レーザー干渉計による評価での平坦度がうねりのPeak-Valleyで１００ｎｍ以下、ＡＦＭによる評価での表面粗さＲａが１ｎｍ以下の高い平坦性を有するものを使用した。
【００８５】
図５（ｃ）に示したように、別基板１９上に上電極７を形成した。上電極７の材料としては、駆動電圧の印加に必要な導電性を有し、後工程における加熱やエッチング処理などのプロセスに耐性を有するものから適宜選択される。本実施例では、スパッタ法を用いてTiを１０ｎｍ、Ｐｔを１００ｎｍの厚さに成膜した。図６に示したように、上電極７は少なくとも別基板１９上の、後工程において圧電層が堆積される領域と、引き出し部となる領域に成膜される。さらに、本実施例では、下電極７は配線接続部９まで延長される形状とした。
【００８６】
続いて、図５（ｄ）に示したようにして、圧電層６を形成した。本実施例においては、本工程における圧電層堆積時において堆積物の量に所定の面内分布を持たせることにより、圧電層の膜厚漸減部１３を上電極７上に形成した。膜厚漸減部１３の形状となる膜厚分布を形成する方法としては、圧電層を気相からの薄膜堆積法により形成するとともに、薄膜堆積時に開口部を有するシャドーマスクにより堆積物の一部を制限しながら堆積する工程により、堆積物の量に所定の面内分布を持たせることにより形成されることガ好ましく、シャドーマスクの端部形状あるいは基体との間隔などを適宜制御することで、膜厚漸減部の形状を広い範囲で制御性よく形成できる。一例として、本実施例においては、該シャドーマスクが基体に対して密着され、且つ該シャドーマスクが開口部の端部にテーパーを有するようにした。図７に、本実施例で用いたシャドーマスクと基体の配置を示す。シャドーマスク２０端部のテーパー部２２の形状は、所望の形状の膜厚漸減部を形成できるように角度、高さを任意に決定できるが、本実施例においては、基板面に対して垂直に０．５ｍｍまでの高さで立ち上がる形状のものを用いた。薄膜堆積法としては、気相からの薄膜堆積法、すなわちスパッタ法、イオンビームスパッタ法、真空蒸着法、クラスターイオンビーム法、ＭＯ−ＣＶＤ法などから適宜選択される。気相からの薄膜堆積においては、堆積物粒子の入射に方向性を有するため、シャドーマスク端部近傍において一定範囲の入射角度の堆積物粒子が遮蔽を受けるため、マスク端部に近づくほど遮蔽される堆積物粒子の比率が高まり膜厚分布が生じる。薄膜堆積法として特に好ましいものとしてはスパッタ法が挙げられる。スパッタ法ではターゲットよりスパッタされた堆積物粒子が、平均自由工程の凡そ１倍乃至数倍の輸送過程を経て散乱されながら基板上に堆積されるため、堆積される堆積物粒子の入射角度に適当な分散が生じ、シャドーマスクによる遮蔽において急峻な膜厚分布が生じることを抑制できる。本実施例ではスパッタ法の一種である高周波マグネトロンスパッタ法を用い、Ａｒガス圧力３．０Pa、ターゲット面積に対する高周波出力を１．５W/ｃｍ２、ターゲット―基板間の対向距離８０ｍｍの条件で、基板加熱は行わず成膜後、酸化雰囲気中で６５０℃の加熱処理を行い、PZTを結晶化させた。ただし、本発明においては、薄膜堆積中に基板加熱を行うことでＰＺＴ結晶化させても構わない。本実施例では、以上述べた方法により、圧電層の厚さを、圧電アクチュエータ部８ならびに被覆部１３においては全面で２．５μｍとし、被覆部１３より連続した膜厚漸減部１３において膜厚が連続的に漸減するようにした。このような膜厚分布の例を図２に示す。以上のような方法によれば、シャドーマスクの開口部以外に圧電層が堆積することを完全になくすように制御することができるため、配線接続部などに不要な堆積物が付着しない様にすることができる。このため、配線基板の接続が良好に行える。また、本実施例の方法に用いるシャドーマスク開口端部のテーパー形状は、基体に対して９０°乃至１５０°の角度を以って立ち上がる構造とすることが好ましい。テーパー形状を上記範囲の鉛直からオーバーハング状と��ることで、特にシャドーマスクの開口端部近傍において急峻な膜厚分布の形成が抑制できる。
【００８７】
続いて、図５（ｅ）に示したように、下電極５を形成した。下電極５は、イオンビームスパッタ法によって、Tiを１０ｎｍ、Auを１００ｎｍの厚さに堆積した。なお、本実施例では下電極の堆積前に酸素プラズマを用いた処理により圧電層６、上電極７の表面をクリーニングした。また、図６に示したように、下電極５はシャドーマスクにより堆積領域を制限し、列状に配された圧力発生室５を配列方向に複数個またぐとともに、配列された各圧電アクチュエータ部に対する共通電極となる形状とし、さらに配線接続部９まで延長される形状とした。
【００８８】
続いて、図５（ｆ）に示したように、流路基板１の振動板４上に接合層材料２３を塗布した。本実施例ではエポキシ系の熱硬化性樹脂を希釈して濃度調節し、振動板４のほぼ全面に約５μｍの厚さに塗布した。尚、本工程においては別基板上の上電極、膜厚漸減部を有する圧電層ならびに下電極上に接合層材料を塗布しても構わない。
【００８９】
続いて、図５（ｇ）に示したように、図中で別基板を反転し、流路基板上の振動板と、別基板上の上電極、膜厚漸減部を有する圧電層ならびに下電極を対向させて位置あわせし、加圧した。圧力は  ２ｋｇ／ｃｍ２として３分間加圧した。このようにすることにより、接合層材料２３は変形し、圧電アクチュエータ部８から厚膜部１１間において、圧電層の膜厚漸減部１３の形状が転写された接合層傾斜部１２の形状が形成される。さらに、厚さが圧電アクチュエータ部８において約０．５μｍ、厚膜部１１において約３．１μｍ、その間の接合層傾斜部では圧電層の膜厚漸減に対応して接合層厚さが漸増する構成を有し、この領域において圧電層と接合層の合算膜厚はほぼ一定である形状を形成する。また、余剰の接合層材料は両基板の間より外に流出したので、ナイフエッジ等により除去した。さらに、加圧した圧力を解放後、１５０℃・５時間の加熱を行ない、接合層材料である熱硬化性樹脂を硬化した。
【００９０】
続いて、図５（ｈ）に示したように、別基板１９を除去した。本実施例では別基板１９として用いたＭｇＯ単結晶を、燐酸を用いて溶解除去した。本工程により、接合層の厚膜部、圧電アクチュエータ部の圧電層表面から接合層の厚膜部の少なくとも一部にまたがって表面が平坦な平坦領域３１、並びに圧電アクチュエータ部から接合層厚膜部に至る領域の一部に接合層の厚さが振動板の面内方向に漸増する接合層傾斜部１２を形成される。平坦領域３１表面は、前記別基板１９の表面性が転写されるため、高い平坦性を有し、電極断線を引き起こすような段差は形成されなかった。
【００９１】
続いて、図５（ｉ）に示したように、上電極７をパターニングした。上電極７の平面形状は、図１（ａ）に示したように各圧電アクチュエータ部個別に分割し、圧力発生室２に対向する領域では圧力発生室の幅方向に５０μｍの幅の概短冊形状とした。
【００９２】
続いて、図５（ｊ）に示したように、圧電層６をパターニングした。本実施例においては、圧電層６はフッ酸及び硝酸の混合水溶液によるウエットエッチングにより加工した。ただし、本工程の圧電層６の加工は一般的に用いられる方法を任意に用いて構わない。圧電層６の平面形状は、各圧電アクチュエータ部個別に分割し、圧力発生室の幅方向に６０μｍの幅の概短冊形状とした。
【００９３】
最後に、図５（ｋ）に示したように、ノズルプレート１４を接合した。ノズルプレート１４としては、インク滴の吐出特性に応じた厚さの板を用い、これに打ち抜き加工やエッチングによりノズル開口１５を形成している。本実施例ではノズルプレート１４として、厚さ５０μmのステンレス板に、開口径が３０μmφの円形のノズル開口１５を設けたものを用いた。
【００９４】
以上述べた製造方法により、インクジェットヘッドを製造した。
【００９５】
本実施例のインクジェットヘッドの製造方法によれば、圧電アクチュエータ部から上下電極を高低差なしに引き出し配線基板の接続を不良なく、行うことのできる構造により、高集積化されたインクジェットヘッドに欠陥なく駆動回路からの信号を供給して高精細な画像を形成できるインクジェットヘッドの製造方法を提供できる。
【実施例３】
【００９６】
本実施例では、本発明のインクジェットヘッドの製造方法の別の例を示す。本実施例は、実施例２の圧電層の形成工程において、膜厚漸減部形状を他の手法で形成した例である。
【００９７】
本実施例においては、別基板上に上電極を形成した基体上に、圧電層堆積時において堆積物の量に所定の面内分布を持たせることにより形成した。膜厚漸減部を形成する方法としては、圧電層を気相からの薄膜堆積法により形成するとともに、薄膜堆積時に開口部を有するシャドーマスクにより堆積物の一部を制限しながら堆積する工程により、堆積物の量に所定の面内分布を持たせることにより形成した。一例として、本実施例においては、該シャドーマスクと基体との間に間隙を有するようにした。
【００９８】
図８に、本実施例で用いたシャドーマスクと基体の配置を示す。シャドーマスクは、所望の形状の膜厚漸減部を形成できるように任意に決定できるが、本実施例においては、厚さ０．２ｍｍで、端部が概垂直のものを用い、基体表面との間に所定の間隙を有するように相対的に固定した。該間隙は、任意に設定できるが、本発明のインクジェットヘッドの製造方法においては０．１ｍｍ乃至１ｍｍが好適な範囲である。本実施例では０．２ｍｍとした。薄膜堆積法、成膜条件は実施例２と同様にした。本実施例では、シャドーマスク開口より、該間隙に一定範囲の入射角度の堆積物粒子が侵入し膜厚分布が生じる。このようにした場合の膜厚分布は実施例２とほほ同様に形成できた。
【００９９】
これ以外の製造工程は実施例２と同様とした。
【０１００】
以上本実施例によれば、実施例２と同様のインクジェットヘッドを製造できるとともに、シャドーマスクと基体との間の間隙に堆積物が入り込むため不要な堆積物が配線接続部などに付着する可能性があるものの、なだらかな形状の膜厚分布を容易に制御できる。さらにシャドーマスクと基体上の上電極などが直接接触しないため、接触に伴う下電極の損傷を防止できる。
【実施例４】
【０１０１】
本実施例では、本発明のインクジェットヘッドの製造方法の別の例を示す。本実施例は、実施例２の圧電層の形成工程において、膜厚漸減部形状を他の手法で形成した例である。
【０１０２】
本実施例においては、別基板上に上電極を形成した基体上に、圧電層堆積時において堆積物の量に所定の面内分布を持たせることにより形成した。膜厚漸減部を形成する方法としては、圧電層を気相からの薄膜堆積法により形成するとともに、薄膜堆積時に開口部を有するシャドーマスクにより堆積物の一部を制限しながら堆積する工程により、堆積物の量に所定の面内分布を持たせることにより形成した。一例として、本実施例においては、シャドーマスクの開口部と基体とを所定の速度で相対的に移動させることにより圧電層の膜厚漸減部を形成した。
【０１０３】
図９に、本実施例で用いたシャドーマスクと基体の配置を示す。シャドーマスクは、所望の形状の膜厚漸減部を形成できるように任意に決定できるが、本実施例においては、厚さ０．２ｍｍで、端部が概垂直のものを用い、基体表面との間に不要な接触が起きない範囲でごく近接した状態としたうえで、不図示のマイクロマニピュレーターを用いて相対的に移動させた。この際の移動の範囲、ならびに移動の速度やその時間的変化を適当に制御することにより、膜厚漸減部の形状は制御性よく任意に形成できる。本実施例では、薄膜堆積法、成膜条件は実施例２と同様にしたうえで、移動速度を制御し、実施例２とほほ同様の膜厚分布を形成した。
【０１０４】
これ以外の製造工程は実施例２と同様とした。
【０１０５】
以上本実施例によれば、実施例２と同様のインクジェットヘッドを製造できるとともに、圧電層の堆積を行う装置に上記相対的な移動を行う機構を設ける必要があるものの、膜厚分布の制御性がより向上できる。
【実施例５】
【０１０６】
本実施例では、本発明のインクジェットヘッドの製造方法の別の例を示す。本実施例においては、膜厚漸減部を、圧電層の薄膜堆積後に堆積物の一部をエッチングする工程により形成した。本実施例では、一例として、エッチング工程がエッチング液による化学エッチングによって行われ、エッチング液と堆積物との接液境界を所定の速度で移動させることにより圧電層の膜厚漸減部を形成した。
【０１０７】
図１０に、本実施例で用いたエッチング工程の配置を示す。図１０において、２４は基体、２５は堆積物（圧電層）、２６はエッチング液、２７はエッチング液と堆積物との接液境界である。堆積物は、圧電層となる膜であり、実施例２と同様の薄膜堆積法を用い、基体のほぼ全面に形成したものである。なお、本実施例においては、薄膜堆積法としては任意の手法を用いることができる。本実施例では、気相からの薄膜堆積法すなわちスパッタ法、イオンビームスパッタ法、真空蒸着法、クラスターイオンビーム法、ＭＯ−ＣＶＤ法など加えて、ゾル-ゲル法、水熱合成法、スプレー法などの方法を用いることが可能となる。さらに、流路基板とは別に形成した圧電層を接合する方法も採用可能となる。
【０１０８】
本実施例においては、堆積物２５の堆積された基体２４をエッチング液２６に浸漬するにあたり、例えば基体２４を図１０内上方へ移動させて接液境界２７を移動させる。エッチング液を適当に選択するとともに、この際の移動の範囲、ならびに移動の速度や速度の時間的変化を適当に制御することにより、膜厚漸減部の形状は制御性よく任意に形成できる。本実施例では、エッチング液としてフッ酸と硝酸の混合水溶液を用い、移動速度を制御し、実施例２とほほ同様の膜厚分布を形成した。
【０１０９】
これ以外の製造工程は実施例２と同様とした。
【０１１０】
以上本実施例によれば、実施例２と同様のインクジェットヘッドを製造できるとともに、エッチング工程が必要となり工程数が増大するものの、薄膜堆積法に任意の方法を用いることができる。すなわち、ゾル-ゲル法、水熱合成法、スプレー法などの方法を用いることが可能となる。このことより、インクジェットヘッドの構造、構成の設計の自由度が格段に高くなる。
【０１１１】
さらに本実施例によれば、エッチング工程がエッチング液による化学エッチングによって行われ、エッチング液と堆積物との接液境界を所定の速度で移動させることにより圧電層の膜厚漸減部を形成することにより、特にエッチングマスクを用いることなく形状を制御したエッチングが可能であり、きわめて簡便にエッチング工程を行うことができる。
【実施例６】
【０１１２】
本実施例では、本発明のインクジェットヘッドの製造方法の別の例を示す。本実施例においては、膜厚漸減部を、圧電層の薄膜堆積後に堆積物の一部をエッチングする工程により形成した。本実施例では、一例として、エッチング工程において堆積物の一部を開口を有するマスク層によって保護し、該エッチングマスクの開口端をエッチングにより後退させながら堆積物をエッチングすることにより圧電層の膜厚漸減部を形成した。
【０１１３】
図１１に、本実施例で用いたエッチング工程の概略を示す。図１１において、２４は基体、２５は堆積物（圧電層）、２８はエッチングマスク、２９はエッチングマスク開口、３０はエッチングマスク開口端である。堆積物は、圧電層となる膜であり、実施例５と同様のものを用いた。
【０１１４】
まず、図１１（ａ）に示すように、堆積物２５の表面にエッチングマスク開口２９を有するエッチングマスクを２８形成した。エッチングマスク２８の材料としては、堆積物２５のエッチング工程において適当なエッチングレート比でエッチングされるものから選択される。本実施例においては一例としてフォトレジストを用いた。本実施例では、フォトレジストを塗布後、フォトマスクによる露光と現像を行い、エッチングマスク開口２９を形成した。この際、露光、現像条件を適当に選択するとともに、必要に応じて加熱処理（リフロー）を行うことでフォトレジストを変形せしめ、図１３に示したようなテーパー状のエッチングマスク開口端３０を形成した。
【０１１５】
さらに図１１（ｂ）に示すように、該エッチングマスクの開口端をエッチングにより後退させながら堆積物をエッチングした。エッチングは、一例としてエッチングガスによるドライエッチングで行った。この工程においては、堆積物のエッチングが進行すると同時にエッチングマスクもエッチングされるため、テーパー状のエッチングマスク開口端３０においては開口端の後退が進行する。このため、堆積物（圧電層）２５がマスキングされる領域が後退されながらエッチングが進行し、膜厚漸減部の形状が形成される。
【０１１６】
最後に図１１（ｃ）に示すように、エッチングマスク２８を除去し、本実施例のエッチング工程により膜厚漸減部１３形状を形成した。
【０１１７】
これ以外の製造工程は実施例２と同様とした。
【０１１８】
以上本実施例によれば、例えばエッチングマスクに開口端に適宜テーパー状の形状を設けたり、マスク材と堆積物のエッチングレート比を化学エッチング液や温度条件等を適当に選んでやることで高精度の膜厚漸減部の加工が可能である。
【０１１９】
また、例えばエッチングマスクに開口端に適宜テーパー状の形状を設けたり、マスク材と堆積物のエッチングレート比をエッチングガスや基板温度、エッチング種の入射方向などの条件を適当に選んでやることで高精度の膜厚漸減部の加工が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】実施例１のインクジェットヘッドの構成を示す図
【図２】膜厚漸減部の断面形状の例
【図３】実施例１の配線に厚膜部を設けたインクジェットヘッドの断面図の例
【図４】実施例１の配線接続部への配線基板の接続の様子
【図５】実施例２のインクジェットヘッドの製造方法の工程を示す断面図
【図６】実施例２のインクジェットヘッドの製造工程における電極と圧電層の配置を示す図
【図７】実施例２のインクジェットヘッドの製造方法のシャドーマスクと基体の配置
【図８】実施例３のインクジェットヘッドの製造方法のシャドーマスクと基体の配置
【図９】実施例４のインクジェットヘッドの製造方法のシャドーマスクと基体の配置
【図１０】実施例５のインクジェットヘッドの製造方法のエッチング工程の配置
【図１１】実施例６のインクジェットヘッドの製造方法のエッチング工程の配置
【符号の説明】
【０１２１】
１  流路基板
２  圧力発生室
３  共通液室
４  振動板
５  下電極
６  圧電層
７  上電極
８  圧電アクチュエータ部
９  配線接続部
１０  接合層
１１  接合層の厚膜部
１２  接合層傾斜部
１３  圧電層の膜厚漸減部
１４  ノズルプレート
１５  ノズル開口
１６  配線基板
１７  配線基板側の端子
１８  電極厚膜部
１９  別基板
２０  シャドーマスク
２１  シャドーマスク開口部
２２  テーパー部
２３  接合層材料
２４  基体
２５  堆積物（圧電層）
２６  エッチング液
２７  エッチング液と堆積物との接液境界
２８  エッチングマスク
２９  エッチングマスク開口
３０  エッチングマスク開口端
３１  平坦領域
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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