(57)【要約】【課題】振動板の張力に起因するクロストークを防止して均一な特性で液体を噴射することのできる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室１２が画成される流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方面に振動板を介して設けられ且つ少なくとも下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０を有する圧電素子３００とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、振動板が、圧縮応力を有する少なくとも一層の圧縮膜５０と引張り応力を有する少なくとも一層の引張り膜５５，６０とを有し、圧縮膜５０の張力と引張り膜５５，６０の張力との差が、圧縮膜５０又は引張り膜５５，６０の張力の何れか大きい方の２割以内として、振動板の張力に起因するクロストークを防止する。【選択図】　　　　図３
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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圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面に振動板を介して設けられ且つ少なくとも下電極、圧電体層及び上電極を有する圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、
前記振動板が、圧縮応力を有する少なくとも一層の圧縮膜と引張り応力を有する少なくとも一層の引張り膜とを有し、前記圧縮膜の張力と前記引張り膜の張力との差が、前記圧縮膜又は前記引張り膜の張力の何れか大きい方の２割以内であ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、前記圧縮膜が、二酸化シリコンからなる膜を含むことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記引張り膜が、二酸化ジルコニウムからなる膜を含むことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記下電極が、複数の圧力発生室に対向する領域を覆って設けられ、前記振動板の一部を構成し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４において、前記下電極が、前記引張り膜の一部を構成し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１〜５の何れかにおいて、前記圧力発生室の内面に、当該圧力発生室の内面を保護する保護膜が設けられ、該保護膜が前記振動板の一部を構成していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項６において、前記保護膜が、前記圧縮膜の一部を構成していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項６において、前記保護膜が、前記引張り膜の一部を構成し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１〜８の何れかにおいて、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被噴射液を吐出する液体噴射ヘッド及び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に供給されたインクを圧電素子又は発熱素子を介して加圧することによって、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及びインクジェット式記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、圧電素子が軸方向に伸長、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素子を使用したものの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、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、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提案されている。
【０００６】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにノズル開口を高密度に配列したインクジェット式記録ヘッドでは、各圧力発生室を区画する隔壁の剛性が低下してしまうため、隔壁が振動板の張力の影響を受けやすく、この振動板の張力に起因するクロストークが発生してしまうという問題がある。
【０００８】
すなわち、駆動する圧電素子の数によって、各圧力発生室に対向する領域の振動板の変位量が変化してしまい、インク吐出特性が安定しないという問題がある。
【０００９】
また、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、勿論、インク以外の液体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。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、振動板の張力に起因するクロストークを防止して均一な特性で液体を噴射させることができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面に振動板を介して設けられ且つ少なくとも下電極、圧電体層及び上電極を有する圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、前記振動板が、圧縮応力を有する少なくとも一層の圧縮膜と引張り応力を有する少なくとも一層の引張り膜とを有し、前記圧縮膜の張力と前記引張り膜の張力との差が、前記圧縮膜又は前記引張り膜の張力の何れか大きい方の２割以内であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１２】
かかる第１の態様では、振動板を構成する各層の張力の合力が比較的小さく抑えられ、振動板の張力に起因するクロストークを防止できるため、駆動する圧電素子の数に拘わらず、常に均一なインク吐出特性が得られる。
【００１３】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記圧縮膜が、二酸化シリコンからなる膜を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１４】
かかる第２の態様では、所定の材料を用いることにより、圧縮応力を有する圧縮膜を確実に形成できる。
【００１５】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記引張り膜が、二酸化ジルコニウムからなる膜を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１６】
かかる第３の態様では、所定の材料を用いることにより、引張り応力を有する引張り膜を確実に形成できる。
【００１７】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記下電極が、複数の圧力発生室に対向する領域を覆って設けられ、前記振動板の一部を構成していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１８】
かかる第４の態様では、振動板の張力を比較的容易に調整できる。
【００１９】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記下電極が、前記引張り膜の一部を構成していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２０】
かかる第５の態様では、引張り膜を比較的容易に形成でき、且つ振動板の張力を比較的容易に調整できる。
【００２１】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記圧力発生室の内面に、当該圧力発生室の内面を保護する保護膜が設けられ、該保護膜が前記振動板の一部を構成していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２２】
かかる第６の態様では、インクによる流路形成基板等の腐食を防止できると共に、振動板を構成する層が増加するため、振動板の張力をより調整しやすくなる。
【００２３】
本発明の第７の態様は、第６の態様において、前記保護膜が、前記圧縮膜の一部を構成していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２４】
かかる第７の態様では、圧縮膜を比較的容易に形成でき、且つ振動板の張力を比較的容易に調整できる。
【００２５】
本発明の第８の態様は、第６の態様において、前記保護膜が、前記引張り膜の一部を構成していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２６】
かかる第８の態様では、保護膜の厚さを調整することにより、振動板の張力を比較的容易に調整できる。
【００２７】
本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２８】
かかる第９の態様では、高密度のノズル開口を有する液体噴射ヘッドを大量に且つ比較的容易に製造することができる。
【００２９】
本発明の第１０の態様は、第１〜９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。
【００３０】
かかる第１０の態様では、印刷品質を向上した液体噴射装置を実現することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
（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はその平面図及び断面図である。
【００３３】
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弾性膜５０が形成されている。
【００３４】
この流路形成基板１０には、その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が形成されている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板３０に設けられるリザーバ部３１と連通孔５１を介して連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成する連通部１３が形成されている。また、この連通部１３は、インク供給路１４を介して各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれ連通されている。
【００３５】
ここで、異方性エッチングは、シリコン単結晶基板のエッチングレートの違いを利用して行われる。例えば、本実施形態では、シリコン単結晶基板をＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬すると、徐々に侵食されて（１１０）面に垂直な第１の（１１１）面と、この第１の（１１１）面と約７０度の角度をなし且つ上記（１１０）面と約３５度の角度をなす第２の（１１１）面とが出現し、（１１０）面のエッチングレートと比較して（１１１）面のエッチングレートが約１／１８０であるという性質を利用して行われる。かかる異方性エッチングにより、二つの第１の（１１１）面と斜めの二つの第２の（１１１）面とで形成される平行四辺形状の深さ加工を基本として精密加工を行うことができ、圧力発生室１２を高密度に配列することができる。
【００３６】
本実施形態では、各圧力発生室１２の長辺を第１の（１１１）面で、短辺を第２の（１１１）面で形成している。この圧力発生室１２は、流路形成基板１０をほぼ貫通して弾性膜５０に達するまでエッチングすることにより形成されている。ここで、弾性膜５０は、シリコン単結晶基板をエッチングするアルカリ溶液に侵される量がきわめて小さい。また各圧力発生室１２の一端に連通する各インク供給路１４は、圧力発生室１２より浅く形成されており、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。すなわち、インク供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【００３７】
このような流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配列密度に合わせて最適な厚さを選択すればよく、圧力発生室１２の配列密度が、例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度であれば、流路形成基板１０の厚さは、２２０μｍ程度であればよいが、例えば、２００ｄｐｉ以上と比較的高密度に配列する場合には、流路形成基板１０の厚さは１００μｍ以下と比較的薄くするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００３８】
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とは反対側で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、０．０５〜１ｍｍ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、又は不錆鋼などからなる。ノズルプレート２０は、一方の面で流路形成基板１０の一面を全面的に覆い、シリコン単結晶基板を衝撃や外力から保護する補強板の役目も果たす。また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよい。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することができる。
【００３９】
ここで、インク滴吐出圧力をインクに与える圧力発生室１２の大きさと、インク滴を吐出するノズル開口２１の大きさとは、吐出するインク滴の量、吐出スピード、吐出周波数に応じて最適化される。例えば、１インチ当たり３６０個のインク滴を記録する場合、ノズル開口２１は数十μｍの直径で精度よく形成する必要がある。
【００４０】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の面には、上述したように、厚さが例えば、０．５μｍの弾性膜５０が設けられ、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁膜５５が設けられている。さらに、この絶縁膜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０．５〜５μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍ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。
【００４１】
なお、圧電素子３００の上電極膜８０の長手方向一端部近傍には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続され、このリード電極９０は、流路形成基板１０の端部近傍まで引き出されている。そして、図示しないが、このリード電極９０の端部近傍は、圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ等とワイヤボンディングによって接続される。
【００４２】
ここで、圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板は、本発明では、圧縮応力を有する圧縮膜と、引張り応力を有する引張り膜とを有し、この圧縮膜の張力と、引張り膜の張力との差が、圧縮膜又は引張り膜の張力の何れか大きい方の２割以下となっている。なお、ここでいう張力とは、各膜の内部応力と膜厚とを掛けた値である。
【００４３】
例えば、本実施形態では、図３に示すように、圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、複数の圧力発生室１２に対向する領域に亘って連続的に設けられているため、弾性膜５０、絶縁膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用し、このうち、弾性膜５０が圧縮応力を有し、絶縁膜５５及び下電極膜６０が引張り応力を有している。なお、圧力発生室１２が形成された領域の振動板は、その張力が開放されるため、図３に示すように、弾性膜５０の圧縮応力は、振動板を圧力発生室１２の外側に引っ張る方向の力となり、絶縁膜５５及び下電極膜６０の引張り応力は、振動板を圧縮する方向の力となる。
【００４４】
そして、本実施形態では、圧縮膜である弾性膜５０は、例えば、二酸化シリコンからなり厚さが約０．５μｍであるため、その張力は約１１０Ｎ／ｍとなる。一方、引張り膜である絶縁膜５５は、例えば、二酸化ジルコニウムからなり厚さが約０．４μｍであり、下電極膜６０は、例えば、白金からなり厚さが約０．２μｍであるためその張力の和は約１００Ｎ／ｍとなる。したがって、弾性膜５０の張力と絶縁膜５５及び下電極膜６０の張力の和との差は、約１０Ｎ／ｍであり、圧縮膜又は引張り膜の張力の何れか大きい方、本実施形態では、弾性膜５０の張力の２割以下となっている。なお、この弾性膜５０の張力と、絶縁膜５５及び下電極膜６０の張力の和との差はできるだけ小さいことが好ましく、望ましくは零である。
【００４５】
このように、本実施形態では、振動板を構成する圧縮膜（弾性膜５０）の張力と、引張り膜（絶縁膜５５及び下電極膜６０）の張力との差が比較的小さいため、圧電素子３００を駆動していない状態での振動板の撓み量（初期撓み量）が極めて小さく抑えられる。なお、弾性膜５０の張力と絶縁膜５５及び下電極膜６０の張力の和との差が零であれば、振動板の初期撓みは実質的になくなることになる。
【００４６】
これにより、１つの圧電素子３００を駆動した場合と、複数の圧電素子３００を同時に駆動した場合とで、振動板の変位量が変化するのを防止できる。すなわち、振動板の張力によって隔壁１１が変形することがないため、複数の圧電素子３００を同時に駆動しても隔壁１１に変化が生じることがなく、振動板の張力に起因するクロストークの発生を抑えることができる。したがって、駆動する圧電素子３００の数に拘わらず、振動板の変位量は一定となり、常に均一なインク吐出特性を得ることができる。
【００４７】
なお、弾性膜５０、絶縁膜５５及び下電極膜６０の張力は、それぞれの膜厚によって調整することができ、各膜厚は、振動板全体の張力バランスを考慮して決定されればよい。
【００４８】
また、このような振動板の応力状態、すなわち、振動板全体の圧縮応力又は引張り応力の程度は、例えば、振動板の断面を電子顕微鏡等で観察することによって判定することができる。また、圧電素子３００を除去して振動板の撓み状態を観察することによっても判定することができる。
【００４９】
なお、このような振動板上、すなわち流路形成基板１０の圧電素子３００側には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が接合されている。このリザーバ部３１は、本実施形態では、リザーバ形成基板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、振動板を貫通して設けられた貫通孔５１を介して流路形成基板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。
【００５０】
このリザーバ形成基板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。
【００５１】
また、リザーバ形成基板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確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３２が設けられ、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３２内に密封されている。
【００５２】
さらに、このようなリザーバ形成基板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。
【００５３】
なお、図示しないが、リザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０には、リザーバ１００と外部とを連通するインク導入口が形成されており、このインク導入口からリザーバ１００内にインクが供給される。
【００５４】
そして、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、図示しない外部インク供給手段からインク導入口を介してインクを取り込み、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、図示しない駆動ＩＣ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。
【００５５】
以下、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造工程、特に、振動板及び圧電素子３００等を構成する各層を形成するプロセスを、図４及び図５を参照しながら説明する。
【００５６】
まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板のウェハを約１１００℃の拡散炉で熱酸化して二酸化シリコンからなり圧縮応力を有する弾性膜５０を形成する。
【００５７】
次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０上に絶縁膜５５を形成する。この絶縁膜５５の材質としては、所定の強度を有し、且つ引張り応力を有する膜となる材料、例えば、二酸化ジルコニウムが好適に用いられる。
【００５８】
本実施形態の絶縁膜５５では、弾性膜５０上にジルコニウム層をスパッタリングで形成後、約９００℃の拡散炉で熱酸化処理することにより、引張り応力を有する二酸化ジルコニウムからなる絶縁膜５５を形成した。
【００５９】
次に、図４（ｃ）に示すように、スパッタリング法で下電極膜６０を絶縁膜５５の全面に形成後、下電極膜６０をパターニングして全体パターンを形成する。下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）が好適である。これは、スパッタリング法やゾル−ゲル法で成膜する後述の圧電体層７０は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、下電極膜６０の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。
【００６０】
次に、図４（ｄ）に示すように、圧電体層７０を成膜する。この圧電体層７０は、結晶が配向していることが好ましい。例えば、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・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−ゲル法を用いて形成することにより、結晶が配向している圧電体層７０とした。圧電体層７０の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体層７０の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法で形成してもよい。
【００６１】
さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長させる方法を用いてもよい。
【００６２】
何れにしても、このように成膜された圧電体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向しており、且つ本実施形態では、圧電体層７０は、結晶が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させた状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍである。
【００６３】
次に、図５（ａ）に示すように、上電極膜８０を成膜する。上電極膜８０は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金、イリジウム等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、イリジウムをスパッタリングにより成膜している。
【００６４】
次に、図５（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。
【００６５】
次に、図５（ｃ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００６６】
以上が膜形成プロセスである。このようにして膜形成を行った後、前述したアルカリ溶液によるシリコン単結晶基板の異方性エッチングを行い、図５（ｄ）に示すように、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。
【００６７】
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、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毎に分割する。そして、分割した流路形成基板１０に、リザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０を順次接着して一体化することによってインクジェット式記録ヘッドとする。
【００６８】
（実施形態２）
図６は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。
【００６９】
本実施形態では、図６に示すように、圧力発生室１２形成後、弾性膜５０で形成される下面側も含めて圧力発生室１２の内面に保護膜１１０を形成し、弾性膜５０、絶縁膜５５及び下電極膜６０に加えてこの保護膜１１０で振動板を構成するようにした以外は、実施形態１と同様である。
【００７０】
この保護膜１１０は、圧力発生室１２のインクによる腐食の防止や、気泡の発生を抑えるためのものであり、例えば、本実施形態では、弾性膜５０と同様に二酸化シリコンで形成されている。したがって、この保護膜１１０は、弾性膜５０と同様に圧縮応力を有する。そして、本実施形態では、弾性膜５０及び保護膜１１０の膜厚を調整することにより、これら弾性膜５０及び保護膜１１０の張力の和と、絶縁膜５５及び下電極膜６０の張力の和との差が、弾性膜５０及び保護膜１１０の張力の和の２割以下となるようにした。
【００７１】
なお、この保護膜１１０の形成方法としては、圧電素子３００等に悪影響を及ぼさない程度の比較的低温で形成できる方法であればよく、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエチル　オルトシリケート）を用いたＣＶＤ法を用いることができる。
【００７２】
このような構成においても、勿論、実施形態１と同様に、振動板の張力に起因するクロストークを防止することができ、駆動する圧電素子３００の数に拘わらず、常に均一なインク吐出特性を得ることができる。
【００７３】
なお、本実施形態では、保護膜１１０が圧縮応力を有するようにしたが、勿論、引張り応力を有するようにしてもよい。この場合には、引張り膜である絶縁膜５５及び下電極膜６０の膜厚を調整すればよい。何れにしても、圧縮膜の張力と、引張り膜の張力との差が、圧縮膜又は引張り膜の張力の何れか大きい方の２割以下となるように、それぞれの膜厚を適宜決定すればよい。
【００７４】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録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。
【００７５】
例えば、上述した実施形態では、下電極膜６０が振動板の一部を構成するようにしたが、これに限定されず、下電極膜６０は、圧電素子３００毎にパターニングされていてもよい。この場合、弾性膜５０及び絶縁膜５５、或いは弾性膜５０、絶縁膜５５及び保護膜１１０が振動板として作用することになる。
【００７６】
また、上述した実施形態では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用することにより製造できる薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例示にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、基板を積層して圧力発生室を形成するもの、あるいはグリーンシートを貼付もしくはスクリーン印刷等により圧電体層を形成するもの等、各種の構造のインクジェット式記録ヘッドに本発明を採用することができる。
【００７７】
このように、本発明は、その趣旨に反しない限り、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに応用することができる。
【００７８】
また、これら各実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図７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。
【００７９】
図７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上を搬送されるようになっている。
【００８１】
また、上述の実施形態では、液体噴射ヘッドとして、印刷媒体に所定の画像や文字を印刷するインクジェット式記録ヘッドを一例として説明したが、勿論、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、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噴射ヘッド、バイオチップの製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等、他の液体噴射ヘッドにも適用することができる。そして、色材噴射ヘッドではＲＧＢ（Ｒｅｄ，　Ｇｒｅｅｎ，　Ｂｌｕｅ）の色材を溶かした液体、電極材噴射ヘッドでは電極材を溶かした液体、生体有機物噴射ヘッドでは有機物を溶かした液体を、上記のインクに替えてそれぞれ用いる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、振動板が圧縮応力を有する圧縮膜と、引張り応力を有する引張り膜とを有し、圧縮膜の張力と引張り膜の張力との差が、圧縮膜又は引張り膜の張力の何れか大きい方の２割以下であるようにしたので、多数の圧電素子を同時に駆動しても振動板の張力に起因するクロストークの発生を防止できる。したがって、駆動する圧電素子の数に拘わらず、圧電素子の駆動による振動板の変位量がほぼ一定となり、常に均一な特性で液体を吐出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】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図であり、図１の平面図及び断面図である。
【図３】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構成する振動板の応力状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態１の薄膜製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドを構成する振動板の応力状態を示す断面図である。
【図７】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】
１０　流路形成基板
１１　隔壁
１２　圧力発生室
５０　弾性膜
５５　絶縁膜
６０　下電極膜
７０　圧電体層
８０　上電極膜
９０　リード電極
１００　リザーバ
１１０　保護膜
３００　圧電素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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