(57)【要約】      （修正有）【課題】水分に起因する圧電素子の破壊を確実に防止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】下電極６０が圧力発生室１２に対向する領域の長手方向外側で且つ圧電素子保持部３１内にパターニングされると共に圧電体層７０及び上電極８０が各圧力発生室１２に対向する領域内にパターニングされて圧電素子３００が形成され、上電極８０から圧電素子保持部３１の外側に設けられた端子部１２０まで引き出される引き出し配線１１０が、圧電素子３００の長手方向一方の端部と下電極６０の圧電素子保持部３１内にパターニングされた端部とを覆って設けられる絶縁膜１００上を渡って延設され、且つ絶縁膜１００が圧電素子保持部３１内にパターニングされて当該圧電素子保持部３１内に封止されているようにする。【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形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側の領域に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の他方面に接合され前記圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板とを具備する液体噴射ヘッドであって、
前記下電極が前記圧力発生室に対向する領域の長手方向外側で且つ前記圧電素子保持部内にパターニングされると共に前記圧電体層及び前記上電極が各圧力発生室に対向する領域内にパターニングされて前記圧電素子が形成され、前記上電極から前記圧電素子保持部の外側に設けられた端子部まで引き出される引き出し配線が、前記圧電素子の長手方向一方の端部と前記下電極の前記圧電素子保持部内にパターニングされた端部とを覆って設けられる絶縁膜上を渡って延設され、且つ当該絶縁膜が前記圧電素子保持部内にパターニングされて当該圧電素子保持部内に封止さ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、前記圧電素子保持部の外側の領域の前記引き出し配線の一部が、前記絶縁膜とは不連続で且つ前記圧電素子の並設方向に亘って設けられる第２の絶縁膜によって連続的に覆われ、且つ前記下電極から前記端子部まで延設されるバイパス配線の少なくとも一部が前記第２の絶縁膜上に延設さ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、前記引き出し配線は、一端が前記上電極に接続されるリード電極と、該リード電極と前記端子部との間を連結する連結配線とで構成され、前記第２の絶縁膜が前記連結配線上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４】
請求項３において、前記連結配線が、前記下電極と同一の膜からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項３又は４において、前記バイパス配線が、前記リード電極と同一の膜からな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によって加圧することにより、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】
そして、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、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知られている。
【０００４】
また、たわみ振動モードのアクチュエータに使用される圧電素子は、例えば、共通電極である下電極と、下電極上に形成されたＰＺＴ膜（圧電体層）と、ＰＺＴ膜上に形成された個別電極である上電極とで構成される。さらに、上電極上には層間絶縁膜が形成されて下電極と上電極との絶縁が図られ、この層間絶縁膜に開口されたコンタクトホールを介して上電極に電気的に接続される配線が設けられた構造となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、例えば、インクあるいは大気中の水分等の外部環境に起因する圧電素子の破壊を防止するために、圧力発生室が形成される流路形成基板の圧電素子側の一方面に、この圧電素子に対向する領域に圧電素子保持部を有する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封止した構造が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２１１７０１号公報（第９−１０頁、第１３−２０図）
【特許文献２】
特開２００２−１６０３６６号公報（第１−２図、第６頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような層間絶縁膜を介して配線が設けられた構造で、圧電素子を封止しようとすると、圧電素子を封止する空間（圧電素子保持部）を有する基板が層間絶縁膜上に接合されるため、大気中あるいはインク等の水分が層間絶縁膜を介して圧電素子を封止する空間内に侵入してしまい、圧電素子が破壊されてしまうという問題がある。なお、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の製造方法だけではなく、勿論、インク以外を吐出する他の液体噴射ヘッドの製造方法においても、同様に存在する。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、水分に起因する圧電素子の破壊を確実に防止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ことを課題とする。
【０００９】
【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、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と、該流路形成基板の一方面側の領域に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、前記流路形成基板の他方面に接合され前記圧電素子を封止する圧電素子保持部を有する封止基板とを具備する液体噴射ヘッドであって、前記下電極が前記圧力発生室に対向する領域の長手方向外側で且つ前記圧電素子保持部内にパターニングされると共に前記圧電体層及び前記上電極が各圧力発生室に対向する領域内にパターニングされて前記圧電素子が形成され、前記上電極から前記圧電素子保持部の外側に設けられた端子部まで引き出される引き出し配線が、前記圧電素子の長手方向一方の端部と前記下電極の前記圧電素子保持部内にパターニングされた端部とを覆って設けられる絶縁膜上を渡って延設され、且つ当該絶縁膜が前記圧電素子保持部内にパターニングされて当該圧電素子保持内に封止されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１０】
かかる第１の態様では、流路形成基板と封止基板とが絶縁膜を介することなく接合されるため、インクあるいは大気中の水分がこの絶縁膜を介して圧電素子保持部内に侵入することがない。したがって、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る。
【００１１】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記圧電素子保持部の外側の領域の前記引き出し配線の一部が、前記絶縁膜とは不連続で且つ前記圧電素子の並設方向に亘って設けられる第２の絶縁膜によって連続的に覆われ、且つ前記下電極から前記端子部まで延設されるバイパス配線の少なくとも一部が前記第２の絶縁膜上に延設されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１２】
かかる第２の態様では、バイパス配線によって下電極の抵抗値が実質的に低下するため、圧電素子を駆動する際の電圧降下が防止され、インク吐出特性が常に良好に保持される。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記引き出し配線は、一端が前記上電極に接続されるリード電極と、該リード電極と前記端子部との間を連結する連結配線とで構成され、前記第２の絶縁膜が前記連結配線上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。
【００１４】
かかる第３の態様では、引き出し配線を構成する連結配線上に第２の絶縁膜を設けることで、引き出し配線やバイパス配線等の製造が容易となる。
【００１５】
本発明の第４の態様は、第３の態様において、前記連結配線が、前記下電極と同一の膜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４の態様では、下電極と連結配線とを同一工程で形成することができ、製造工程が簡略化される。
【００１７】
本発明の第５の態様は、第３又は４の態様において、前記バイパス配線が、前記リード電極と同一の膜からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１８】
かかる第５の態様では、バイパス配線とリード電極とを同一工程で形成することができ、製造工程が簡略化される。
【００１９】
本発明の第６の態様は、第１〜５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。
【００２０】
かかる第６の態様では、吐出特性を向上し信頼性を高めた液体噴射装置を実現することができる。
【００２１】
【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。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、図１の概略平面図及びそのＡ−Ａ’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、その両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１〜２μｍの弾性膜５０、及び後述する圧力発生室を形成する際にマスクとして用いられるマスク膜５１が設けられている。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が幅方向に並設され、その長手方向外側には、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ９０の一部を構成する連通部１３が形成され、この連通部１３は各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。
【００２２】
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。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の断面積は、圧力発生室１２のそれより小さく形成されており、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。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、圧力発生室１２と同様に流路形成基板１０を貫通して設けられ、且つ圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。
【００２３】
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。
【００２４】
また、流路形成基板１０の開口面側のマスク膜５１上には、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、０．０３〜０．３ｍｍ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、流路形成基板１０である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。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。
【００２５】
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。
【００２６】
ここで、圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０は、圧力発生室１２の長手方向において、圧力発生室１２に対向する領域の外側で且つその端部近傍でパターニングされている。すなわち、下電極膜６０は、圧力発生室１２の長さよりも若干広い幅で、圧力発生室１２の並設方向に沿って延設されている。一方、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０及び圧電体層７０は、圧力発生室１２に対向する領域内にパターニングされている。したがって、本実施形態では、圧力発生室１２に対向する領域内のみに圧電素子３００が形成されていることになる。
【００２７】
なお、このように下電極膜６０が圧力発生室１２の外側でパターニングされた構造では、圧力発生室１２に対向する領域の弾性膜５０及び絶縁体膜５５が下電極膜６０によって覆われるため、本実施形態では、弾性膜５０及び絶縁体膜５５と共に、下電極膜６０が振動板として作用する。したがって、振動板の剛性が向上し、圧電素子３００の駆動による変位によって振動板が破壊されるのを防止することができる。
【００２８】
また、各圧電素子３００の長手方向一端部には、各圧電素子３００を構成する上電極膜８０及び圧電体層７０の端面並びに下電極膜６０の端面を連続的に覆う絶縁膜１００が設けられている。この絶縁膜１００は、後述する圧電素子保持部内にパターニングされ、且つ本実施形態では、複数の圧電素子３００に対応する領域に亘って連続的に設けられている。そして、この絶縁膜１００上には、各圧電素子３００の上電極膜８０と、流路形成基板１０の端部近傍に設けられる端子部１２０とを接続する引き出し配線１１０が延設されている。すなわち、絶縁膜１００は、引き出し配線１１０を延設することによって下電極膜６０と上電極膜８０とが短絡するのを防止するためのものである。また、絶縁膜１００が、複数の圧電素子３００に亘って連続的に設けられていることにより、圧電素子３００の端部近傍の振動板の剛性を向上させることができる。
【００２９】
なお、端子部１２０とは、駆動ＩＣ等に繋がる駆動配線（図示なし）が接続される部分であり、本実施形態では、引き出し配線１１０の端部近傍が端子部１２０となっている。また、引き出し配線１１０は、本実施形態では、上電極膜８０から圧力発生室１２の外側まで延設される第１のリード電極１１１と、端子部１２０を構成する第２のリード電極１１２と、これら第１のリード電極１１１と第２のリード電極１１２（端子部１２０）とを連結する連結配線１１３とで形成されている。ここで、連結配線１１３は、本実施形態では、下電極膜６０と同一の膜からなり、第１及び第２のリード電極１１１，１１２は、比較的導電性の高い材料、例えば、金（Ａｕ）からなる。
【００３０】
また、引き出し配線１１０の一部は第２の絶縁膜１３０によって覆われ、第２の絶縁膜１３０上には、下電極膜６０と端子部１２０とを接続するバイパス配線１４０が設けられている。例えば、本実施形態では、各引き出し配線１１０を構成する連結配線１１３の両端部近傍の第１及び第２のリード電極１１１，１１２が接続される領域を除く部分が、第２の絶縁膜１３０によって連続的に覆われている。なお、第２の絶縁膜１３０は、絶縁膜１００と同一の層からなるが、絶縁膜１００とは不連続となっており、後述する圧電素子保持部の外側の領域のみに形成される。
【００３１】
また、バイパス配線１４０は、第２の絶縁膜１３０上に、この第２の絶縁膜１３０の幅よりも若干狭い幅で形成され、その端部近傍は圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０の端子部１２０となっている。さらに、バイパス配線１４０は、引き出し配線１１０に沿って隔壁１１に対向する領域まで延設される接続部１４１を有し、この接続部１４１で下電極膜６０と接続されている。この接続部１４１は、少なくとも１カ所に設けられていればよいが、複数箇所に設けられていることが好ましい。例えば、本実施形態では、３本の圧電素子３００毎に接続部１４１を設けるようにした（図１参照）。なお、接続部１４１の間隔は、特に限定されず、例えば、各圧電素子３００の間にそれぞれ接続部１４１を設けるようにしてもよい。また、このようなバイパス配線１４０は、下電極膜６０よりも導電性の高い材料で形成することが好ましく、本実施形態では、第１及び第２のリード電極１１１，１１２と同一の膜で形成するようにした。
【００３２】
このように、圧電素子３００の個別電極である上電極膜８０から引き出される引き出し配線１１０上に第２の絶縁膜１３０を介して圧電素子３００の共通電極である下電極６０に接続されるバイパス配線１４０を設けることにより、振動板の変位特性を低下させることなく、下電極膜６０の抵抗値を実質的に低下させることができる。したがって、多数の圧電素子３００を同時に駆動しても電圧降下が発生することがなく、常に良好で且つ安定したインク吐出特性を得ることができる。また、特に、バイパス配線１４０を下電極膜６０の材料よりも導電性の高い材料を用いることにより、下電極膜６０の抵抗値を比較的容易に低下させることができ、且つヘッドの小型化を図ることもできる。
【００３３】
また、流路形成基板１０上には、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３１を有する封止基板３０が接合され、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３１内に封止されている。ここで、絶縁膜１００と第２の絶縁膜１３０とは、同一の層からなるが、両者は不連続となるように設けられており、封止基板３０は、絶縁膜１００と第２の絶縁膜１３０との間の領域で流路形成基板１０と接合され、絶縁膜１００が圧電素子保持部３１内に封止されている。なお、絶縁膜１００の流路形成基板１０との接合箇所は、上述した絶縁膜１００と第２の絶縁膜１３０との間の領域に限定されず、絶縁膜１００と端子部１２０の間の領域内であればよい。
【００３４】
このような構成では、圧電素子保持部３１内への水分の侵入を抑えて、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、封止基板３０と流路形成基板１０との接合領域に絶縁膜１００が存在すると、この絶縁膜１００を介して圧電素子保持３１内に水分が侵入し易い。しかしながら、本発明では、絶縁膜１００が封止基板３０で形成された圧電素子保持部３１内に封止され、封止基板３０と流路形成基板１０との接合領域に絶縁膜１００が存在することがないため、圧電素子保持部３１内への水分の侵入が著しく少なくなる。したがって、絶縁膜１００の配置によってもたらされた水分に起因する圧電素子３００の破壊を確実に防止し、信頼性を向上したインクジェット式記録装置を実現することができる。
【００３５】
なお、封止基板３０には、リザーバ９０の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、封止基板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、弾性膜５０に設けられた連通孔を介して流路形成基板１０の連通部１３と連通され、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ９０を構成している。このような封止基板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。
【００３６】
さらに、このような封止基板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９０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９０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。
【００３７】
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９０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からの駆動信号に従い、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との間に駆動電圧を印加し、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。
【００３８】
図３〜図５は圧力発生室１２の長手方向の断面図であり、以下、これら図３〜図５を参照して、本実施形態の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。まず、図３（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を全面に形成する。次いで、図３（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３（ｃ）に示すように、例えば、白金とイリジウムとからなる下電極形成膜６５を絶縁体膜５５上に形成後、下電極形成膜６５をパターニングすることにより、圧力発生室１２の列に対向する領域に所定幅で下電極膜６０を形成すると共に、各圧力発生室１２の長手方向外側に引き出し配線１１０を構成する連結配線１１３を形成する。このように、下電極膜６０と同一膜（下電極形成膜６５）で連結配線１１３を形成すれば、製造工程を煩雑化することなく連結配線１１３を容易に形成することができる。
【００３９】
次いで、図３（ｄ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体形成膜７５と、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる上電極形成膜８５とを順次積層し、これら圧電体形成膜７５及び上電極形成膜８５を各圧力発生室１２に対向する領域内にパターニングして下電極膜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。
【００４０】
ここで、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。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。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を数回繰り返して製造された圧電体層の厚さは、０．２〜５μｍである。
【００４１】
そして、本実施形態では、下電極形成膜６５を圧力発生室１２に対向する領域の外側でパターニングすることで下電極膜６０とし、圧電体形成膜７５及び上電極形成膜８５を各圧力発生室１２に対向する領域内にパターニングすることで、圧電体層７０及び上電極膜８０としている。したがって、圧電体層７０は、平坦な下電極膜６０上に形成された圧電体形成膜７５のみで構成されており、その結晶はほぼ均一に配向しているため、良好な変位特性が得られると共に機械的強度も向上する。
【００４２】
なお、圧電体層が平坦な面に形成されていない場合、例えば、パターニングされた下電極膜の端部よりも外側まで圧電体層が形成されている場合、下電極膜の端部の段差部分では、圧電体層の結晶の配向が他の部分とは異なるものとなり、圧電体層全体の結晶の配向が不均一となってしまう。このため、このような段差部分では、圧電体層の変位特性が低下するのは勿論、機械的強度も低下してしまう。したがって、このような部分が圧力発生室に対向する領域内に存在すると、圧電素子の駆動によって圧電体層が破壊され易くなってしまう。
【００４３】
次に、図４（ａ）に示すように、絶縁性の材料、例えば、二酸化シリコンからなる絶縁膜形成層１０５を流路形成基板１０の全面に形成後、パターニングすることにより、絶縁膜１００及び第２の絶縁膜１３０を形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、引き出し配線１１０を構成する第１及び第２のリード電極１１１，１１２、バイパス配線１４０を同時に形成する。すなわち、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属膜１１５を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に、この金属膜１１５をパターニングすることにより、各圧電素子３００毎に第１及び第２のリード電極１１１，１１２を形成すると共に、第２の絶縁膜１３０に対向する領域に延設されるバイパス配線１４０を形成する。このように、第１及び第２のリード電極１１１，１１２と同一膜（金属膜１１５）でバイパス配線１４０を形成することにより、製造工程を煩雑化することなくバイパス配線１４０を容易に形成することができる。
【００４４】
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（流路形成基板１０）の異方性エッチングを行い、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を形成する。具体的には、まず、図４（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側に、予め圧電素子保持部３１、リザーバ部３２等が形成された封止基板３０を接合する。次に、図５（ａ）に示すように、流路形成基板１０の封止基板３０との接合面とは反対側の面に形成されている二酸化シリコン膜５２を所定形状にパターニングしてマスク膜５１とし、このマスク膜５１を介して、前述したアルカリ溶液による異方性エッチングを行うことにより、流路形成基板１０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。なお、このように異方性エッチングを行う際には、封止基板３０の表面を封止した状態で行う。
【００４５】
また、その後は、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板１０の封止基板３０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、封止基板３０にコンプライアンス基板４０を接合して各チップサイズに分割することにより、図１に示すような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【００４６】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、バイパス配線１４０を第１及び第２のリード電極１１１，１１２と同一の膜で形成するようにしたが、勿論、バイパス配線１４０は、第１及び第２のリード電極１１１，１１２とは、別途形成するようにしてもよい。なお、バイパス配線１４０は、何れにしても下電極膜６０よりも導電性の高い材料を用いることが望ましい。バイパス配線１４０の膜厚をあまり厚くすることなく下電極膜６０の抵抗値を実質的に低下させることができるからである。また、バイパス配線１４０を第１及び第２のリード電極１１１，１１２とは別途形成する場合、上電極膜８０から端子部１２０まで連続する引き出し配線を形成後、第２の絶縁膜１３０及びバイパス配線１４０を設けるようにしてもよい。さらに、上述の実施形態では、連結配線１１３を下電極膜６０と同一の材料で形成するようにしたが、連結配線１１３は、下電極膜６０とは別途設けるようにしてもよい。
【００４７】
また、本実施形態では、圧電素子３００の引き出し配線１１０とは反対側の端部は露出されているが、例えば、第１及び第２のリード電極１１１、１１２と同一の膜からなる保護膜を設け、圧電素子３００の駆動による端部近傍の破壊を防止するようにしてもよい。
【００４８】
なお、このような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６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６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上に搬送されるようになっている。
【００４９】
また、液体噴射ヘッドとしてインクを吐出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、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置全般を対象としたものである。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（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を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【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工程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工程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工程を示す断面図である。
【図６】一実施形態に係る記録装置の概略図である。
【符号の説明】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  １３  連通部、  １４  インク供給路、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  封止基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  リザーバ部、  ４０  コンプライアンス基板、５０  弾性膜、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  ９０  リザーバ、１１０  引き出し配線、  １１１  第１のリード電極、  １１２  第２のリード電極、  １１３  連結配線、  １２０  端子部、  １３０  第２の絶縁膜、  １４０  バイパス配線、  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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