(57)【要約】【課題】液体吐出特性を長期間に亘って一定に維持することができ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を提供する。【解決手段】シリコン単結晶基板からなりノズル開口に連通する圧力発生室１２が形成される流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方面側に振動板を介して設けられて圧力発生室１２内に圧力変化を生じさせる圧電素子３００とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、圧力発生室１２が、流路形成基板１０の振動板側に設けられて圧電素子３００の幅よりも幅広の幅広部１３及びこの幅広部１３よりも幅狭の幅狭部１４と、振動板の圧力発生室１２側の面を構成する弾性膜５０に弾性膜５０を貫通することなく形成され幅広部１３と同一幅を有する凹部５０ａとで構成され、且つ圧力発生室１２の内面の少なくとも流路形成基板１０と弾性膜５０との境界部分に酸化タンタルからなり耐インク性を有する保護膜１００が設けられていることにより、液体吐出特性が長期に亘って一定に維持される。【選択図】      図３
2004216707.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶基板からなり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に振動板を介して設けられて前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧力発生室が、前記流路形成基板の前記振動板側に設けられて前記圧電素子の幅よりも幅広の幅広部及びこの幅広部よりも幅狭の幅狭部と、前記振動板の前記圧力発生室側の面を構成する弾性膜に当該弾性膜を貫通することなく形成され前記幅広部と同一幅を有する凹部とで構成され、且つ前記圧力発生室の内面の少なくとも前記流路形成基板と前記弾性膜との境界部分に酸化タンタルからなり耐インク性を有する保護膜が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２】
請求項１において、前記弾性膜が二酸化シリコンからなる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、前記圧力発生室が前記流路形成基板及び前記弾性膜を異方性エッチングすること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４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記保護膜が、前記圧力発生室の内面に、全面に亘って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５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記保護膜がイオンアシスト蒸着によって形成され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１〜４の何れかにおいて、前記保護膜が対向ターゲット式スパッタ法によって形成され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１〜４の何れかにおいて、前記保護膜がプラズマＣＶＤ法によって形成され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１〜７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。
【請求項９】
シリコン単結晶基板からなり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に振動板を介して設けられて前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備し、前記圧力発生室が前記振動板側に設けられる幅広部とこの幅広部よりも幅狭の幅狭部とを有する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記流路形成基板の前記振動板とは反対側の面に設けられた所定形状の保護膜をマスクパターンとして当該流路形成基板を異方性エッチングすることにより貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を形成する際に当該貫通孔に対向する領域に形成される前記保護膜のひさし部を異方性エッチングにより除去する工程と、前記ひさし部を除去する際に前記振動板の前記流路形成基板側の面を構成する弾性膜の一部に前記貫通孔よりも広い幅で形成される凹部を介して前記流路形成基板を前記振動板側の面からさらに異方性エッチングして前記圧力発生室を形成する工程と、前記圧力発生室の内面に酸化タンタルからなり耐インク性を有する保護膜を形成する工程とを有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】
【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その製造方法並びに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その製造方法並びに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】
このような従来のインクジェット式記録ヘッドは、一般的に、圧力発生室（インクキャビティ）がシリコン（Ｓｉ）からなる流路形成基板（シリコン基板）に形成され、圧力発生室の一方面を構成する振動板はシリコン酸化膜で形成されている。このため、アルカリ性のインクを用いると、インクによって流路形成基板あるいは振動板が除々に溶解されて各圧力発生室の幅が経時的に変化してしまう。そして、このことが、圧電素子の駆動によって圧力発生室内に付与される圧力を変化させる原因となり、インク吐出特性が除々に低下してしまうという問題がある。このため、圧力発生室内に親水性及び耐アルカリ性を備えた膜、例えば、ニッケル膜等を設け、インクによる流路形成基板等の溶解を防止したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、流路形成基板（圧力室基板）がシリコンからなり、振動板（絶縁膜）がシリコン酸化膜からなる構成では、圧力発生室（キャビティ）をエッチングによって形成する過程で、圧力発生室の底面部分の振動板に台形状の凹部が形成されることがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−２６４３８３号公報（第１図、［００２０］）
【特許文献２】
特開平１１−２２７１９０号公報（第５図、第５頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように振動板に凹部が形成された場合、振動板と流路形成基板との境界にはくぼみが形成されてしまう。そして、このくぼみの部分には耐インク性の保護膜を形成するのが難しいという問題がある。すなわち、圧力発生室の内面に耐インク性の保護膜を形成しても、くぼみの部分には保護膜が形成されないため、このくぼみの部分から振動板がインクに溶解されてしまう。したがって、インク吐出特性を長期に亘って一定に維持することができないという問題がある。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だけでなく、勿論、インク以外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。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、液体吐出特性を長期間に亘って一定に維持することができ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、シリコン単結晶基板からなり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に振動板を介して設けられて前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、前記圧力発生室が、前記流路形成基板の前記振動板側に設けられて前記圧電素子の幅よりも幅広の幅広部及びこの幅広部よりも幅狭の幅狭部と、前記振動板の前記圧力発生室側の面を構成する弾性膜に当該弾性膜を貫通することなく形成され前記幅広部と同一幅を有する凹部とで構成され、且つ前記圧力発生室の内面の少なくとも前記流路形成基板と前記弾性膜との境界部分に酸化タンタルからなり耐インク性を有する保護膜が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。
【００１０】
かかる第１の態様では、圧力発生室の内面に優れた耐エッチング性を有する保護膜を確実に形成することができる。したがって、流路形成基板及び振動板が液体に溶解されるのを確実に防止することができ、液体吐出特性を長期間一定に維持することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記弾性膜が二酸化シリコンからな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、弾性膜を二酸化シリコンで形成する場合に、上記構成が特に有効となる。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記圧力発生室が前記流路形成基板及び前記弾性膜を異方性エッチングすること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。
【００１４】
かかる第３の態様では、異方性エッチングによって圧力発生室等が形成される場合に、上記構造が特に有効となる。
【００１５】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記保護膜が、前記圧力発生室の内面に、全面に亘って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。
【００１６】
かかる第４の態様では、液体による流路形成基板及び振動板の溶解を確実に防止することができる。
【００１７】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記保護膜がイオンアシスト蒸着によって形成され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５の態様では、緻密な保護膜を比較的低温で形成することができ、保護膜を形成する際の熱により圧電素子が破壊されることもない。
【００１９】
本発明の第６の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記保護膜が対向ターゲット式スパッタ法によって形成され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６の態様では、緻密な保護膜を比較的低温で形成することができ、保護膜を形成する際の熱により圧電素子が破壊されることもない。
【００２１】
本発明の第７の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記保護膜がプラズマＣＶＤ法によって形成され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７の態様では、緻密な保護膜を比較的低温で形成することができ、保護膜を形成する際の熱により圧電素子が破壊されることもない。
【００２３】
本発明の第８の態様は、第１〜７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。
【００２４】
かかる第８の態様では、液体吐出特性が実質的に安定し且つ信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。
【００２５】
本発明の第９の態様は、シリコン単結晶基板からなり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に振動板を介して設けられて前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備し、前記圧力発生室が前記振動板側に設けられる幅広部とこの幅広部よりも幅狭の幅狭部とを有する液体噴射ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板の前記振動板とは反対側の面に設けられた所定形状の保護膜をマスクパターンとして当該流路形成基板を異方性エッチングすることにより貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔を形成する際に当該貫通孔に対向する領域に形成される前記保護膜のひさし部を異方性エッチングにより除去する工程と、前記ひさし部を除去する際に前記振動板の前記流路形成基板側の面を構成する弾性膜の一部に前記貫通孔よりも広い幅で形成される凹部を介して前記流路形成基板を前記振動板側の面からさらに異方性エッチングして前記圧力発生室を形成する工程と、前記圧力発生室の内面に酸化タンタルからなり耐インク性を有する保護膜を形成する工程とを有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。
【００２６】
かかる第９の態様では、圧力発生室の内面に保護膜を比較的容易且つ確実に形成することができる。
【００２７】
【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、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の概略を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びＡ−Ａ’断面図であり、図３は図２のＢ−Ｂ’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、その一方面側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が設けられている。流路形成基板１０は、その一方面側から異方性エッチングすることにより形成され、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ている。
【００２８】
ここで、各圧力発生室１２は、流路形成基板１０に形成された幅広部１３及び幅狭部１４と、弾性膜５０に形成された凹部５０ａとで構成されている。幅広部１３は、流路形成基板１０の弾性膜５０側に設けられ、後述する圧電素子３００の幅よりも広い幅を有する。また、この幅広部１３の深さは、特に限定されないが、隔壁１１の剛性を確保できる範囲で比較的深く形成することが好ましい。一方、幅狭部１４は、幅広部１３よりも若干狭い幅で形成されている。なお、この幅狭部１４の幅は、圧電素子３００の幅より狭くてもよいし、勿論、広くてもよい。また、凹部５０ａは、弾性膜５０の各圧力発生室１２に対向する領域に、弾性膜５０を貫通することなく形成されている。また、凹部５０ａは、幅広部１３と同一の幅を有し、実質的に幅広部１３の一部を構成している。
【００２９】
なお、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側には、後述する封止基板３０のリザーバ部３２と連通される連通部１５が形成されている。そして、この連通部１５は、各圧力発生室１２の長手方向一端部でそれぞれインク供給路１６を介して連通されている。なお、インク供給路１６は、圧力発生室１２より幅が狭く形成されており、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する。
【００３０】
このような圧力発生室１２等が形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。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。
【００３１】
また、流路形成基板１０の開口面側には、圧力発生室１２を形成する際にマスクとして用いられるマスク膜５１を介して、各圧力発生室１２のインク供給路１６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圧力発生室１２等が封止されている。
なお、このノズルプレート２０は、本実施形態では、ステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成されている。
【００３２】
ここで、圧力発生室１２の内壁表面には、酸化タンタルからなり耐インク性を有する保護膜１００が設けられている。例えば、本実施形態では、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる保護膜１００が、流路形成基板１０のインクに接触する全ての表面、具体的には、幅広部１３及び幅狭部１４を形成する隔壁１１の表面及び弾性膜５０の凹部５０ａの表面に連続して設けられている。そして、圧力発生室１２は、上述したように流路形成基板１０に形成された幅広部１３及び幅狭部１４と、弾性膜５０に形成された凹部５０ａとで構成され、幅広部１３の幅と凹部５０ａの幅とが同一となっている。このため、流路形成基板１０と弾性膜５０との境界部分にも保護膜１００が連続的に形成されている。
【００３３】
なお、本実施形態では、各圧力発生室１２に連通するインク供給路１６及び連通部１５のインク流路の内壁表面にも保護膜１００が設けられている。このような保護膜１００の厚さは、特に限定されないが、本実施形態では、各圧力発生室１２の大きさ及び振動板の変位量等を考慮して５０ｎｍ程度とした。
【００３４】
このような酸化タンタルからなる保護膜１００は、インクに対して非常に優れた耐エッチング性（耐インク性）を有し、特に、アルカリ性のインクに対する耐エッチング性を有する。具体的には、ｐＨ８．５以上のインクによるエッチングレートが２５℃、０．０５ｎｍ／ｄａｙ以下である。このように、酸化タンタルからなる保護膜１００は、比較的アルカリ性が強いインクに対して非常に優れた耐エッチング性を有しているため、インクジェット式記録ヘッド用のインクに対しては特に有効である。例えば、本実施形態の五酸化タンタルからなる保護膜１００は、ｐＨ９・１のインクによるエッチングレートが２５℃で、０．０３ｎｍ／ｄａｙであった。
【００３５】
このように圧力発生室１２の内面に保護膜１００を設けることにより、流路形成基板１０及び弾性膜５０がインクに溶解されることを防止することができる。
したがって、圧力発生室１２の形状が安定し、インク吐出特性を長期間に亘って一定に維持することができる。さらに、流路形成基板１０等がインクに溶解されるのを防止することができるため、インクに溶解された流路形成基板１０等の溶解物がインク中に析出する量が低減され、ノズル詰まりの発生を防止することができる。
【００３６】
なお、このような保護膜１００の材料としては、使用するインクのｐＨ値によっては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、ニッケル（Ｎｉ）及びクロム（Ｃｒ）等を用いることもできるが、酸化タンタルを用いることにより、ｐＨ値の高いインクを使用する場合でも、極めて優れた耐エッチング性を発揮する。
【００３７】
また、本実施形態では、流路形成基板１０の圧力発生室１２等が開口する側の表面にも保護膜１００が形成され、この保護膜１００を介して流路形成基板１０とノズルプレート２０とが接合されているため、両者の接着強度が向上するという効果も得られる。勿論、ノズルプレート２０との接合面にはインクは実質的に接触しないため、保護膜１００は設けられていなくてもよい。
【００３８】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、０．４μｍの絶縁体膜５５が形成され、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。なお、本実施形態では、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。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。
【００３９】
また、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０がそれぞれ接続されている。このリード電極９０は、各圧電素子３００の長手方向端部近傍から引き出され、インク供給路１６に対応する領域の弾性膜５０上までそれぞれ延設されている。
【００４０】
この流路形成基板１０の圧電素子３００側には、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内に密封されている。さらに、封止基板３０には、連通部１５に対向する領域に封止基板３０を貫通するリザーバ部３２が設けられ、このリザーバ部３２は、上述のように流路形成基板１０の連通部１５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１１０を構成している。このような封止基板３０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、セラミック材料等で形成されて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。
【００４１】
なお、封止基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間、すなわちインク供給路１６に対応する領域には、この封止基板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は、この貫通孔３３まで延設されており、ワイヤボンディング等により図示しない駆動ＩＣと接続される。
【００４２】
また、このような封止基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２からなるコンプライアンス基板４０が接合されている。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１１０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１１０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１１０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、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室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】
以上説明した本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、圧力発生室１２が、流路形成基板に形成された幅広部１３及び幅狭部１４と、弾性膜５０に設けられ幅広部１３と略同一幅の凹部５０ａとで構成され、圧力発生室１２の内面が保護膜１００によって確実に覆われている。したがって、アルカリ性のインクを用いた場合でも、インク吐出特性を長期に亘って一定に維持することができる。
また、圧力発生室１２が、幅広部１３、幅狭部１４及び凹部５０ａによって構成されているため、隔壁１１の剛性を確保しつつ圧電素子３００の駆動による振動板の変位量を向上することができる。したがって、インクの吐出量を増加させることができ、インク吐出特性を向上することができる。また、比較的低電圧で圧電素子３００を駆動しても良好なインク吐出特性を得ることができる。
【００４５】
以下、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法、特に、流路形成基板１０上に圧電素子３００を形成するプロセス及び流路形成基板１０に圧力発生室１２等を形成するプロセスについて、図４〜図６を参照して説明する。なお、図４〜図６は、圧力発生室１２の幅方向の断面図である。
【００４６】
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弾性膜５０及びマスク膜５１となる二酸化シリコン膜５２を全面に形成する。次いで、図４（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。
【００４７】
次いで、図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上にスパッタリングで下電極膜６０を形成し、所定形状にパターニングする。このような下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等が好適である。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、イリジウム等が好適である。なお、本実施形態では、下電極膜６０の材料として、白金及びイリジウムを用いている。
【００４８】
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。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で製造された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍである。
【００４９】
次に、図４（ｅ）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。次に、図５（ａ）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。次いで、図５（ｂ）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）等からなる金属層９１を流路形成基板１０の全面に亘って１．２μｍ程度の厚さで形成すると共に、この金属層９１を各圧電素子３００毎にパターニングすることによりリード電極９０とする。以上が膜形成プロセスである。
【００５０】
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１５及びインク供給路１６を形成する。具体的には、まず、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側に、圧電素子保持部３１、リザーバ部３２及び接続孔３３等が予め形成された封止基板３０を接合する。
【００５１】
次に、流路形成基板１０等をエッチングすることにより圧力発生室１２を形成する。詳しくは、まず、図５（ｄ）に示すように、流路形成基板１０の表面上に形成されている二酸化シリコン膜５２をパターニングして所定形状のマスク膜５１を形成する。そして、このマスク膜５１を介して流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより貫通孔１２０を形成する。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る。そして、貫通孔１２０は、マスク膜５１を介して流路形成基板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。なお、弾性膜５０及びマスク膜５１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、流路形成基板１０は、厚さ方向に比べてエッチングレートは遅いものの、面方向にもエッチングされる。このため、流路形成基板１０を異方性エッチングして貫通孔１２０を形成すると、貫通孔１２０に対向する領域には、マスク膜５１が張り出したひさし部５１ａが形成される。
【００５２】
次いで、図６（ａ）に示すように、このマスク膜５１のひさし部５１ａをエッチングにより除去する。例えば、本実施形態では、フッ酸等のエッチング液によるウェットエッチングによってこのひさし部５１ａを除去した。このとき、貫通孔１２０を介して弾性膜５０の表面にもエッチング液が接触するため、弾性膜５０も同時にエッチングされて凹部５０ａが形成される。ここで、フッ酸等のエッチング液では、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０はエッチングされない。このため、凹部５０ａは貫通孔１２０よりも広い幅で形成されて、流路形成基板１０の弾性膜５０との境界部分には、くぼみ部５０ｂが形成される。
【００５３】
次に、再び、ＫＯＨ等のアルカリ溶液によって流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより、幅広部１３及び幅狭部１４を有する圧力発生室１２とする。すなわち、図６（ｂ）に示すように、マスク膜５１を介して流路形成基板１０を再び異方性エッチングすると、流路形成基板１０は、弾性膜５０の凹部５０ａ（くぼみ部５０ｂ）によって露出された表面１０ａ（（１１０）面）から流路形成基板１０の厚さ方向に浸食されて幅広部１３が形成される。すなわち、幅広部１３、幅狭部１４及び凹部５０ａからなる圧力発生室１２が形成される。
【００５４】
その後、図６（ｃ）に示すように、シリコン単結晶基板の圧力発生室１２、連通部１５及びインク供給路１６の内壁表面上に、所定の温度条件下、例えば、１００℃以下の温度条件下で保護膜１００を形成する。例えば、本実施形態では、イオンアシスト蒸着によって五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）からなる保護膜１００を形成した。なお、流路形成基板１０の各圧力発生室１２等が開口する側の面、すなわち、マスク膜５１の表面にも保護膜１００が形成される。
【００５５】
ここで、本発明では、圧力発生室１２が、幅広部１３、幅狭部１４及び凹部５０ａからなり、幅広部１３の幅と凹部５０ａの幅とが略同一となっているため、流路形成基板１０と弾性膜５０との境界部分にも保護膜１００を確実に形成することができる。すなわち、圧力発生室１２を形成する際にできるくぼみ部５０ｂ（図６（ｂ）参照）が実質的に除去され、流路形成基板１０と弾性膜５０との境界部分が平面的に連続しているため、圧力発生室１２の内面に保護膜１００を全面に亘って比較的容易且つ確実に形成することができる。したがって、アルカリ性のインクを用いた場合でも、流路形成基板１０及び振動板（弾性膜５０）が溶解されるのを保護膜１００によって確実に防止でき、インク吐出特性を長期間に亘って一定に維持することができる。
【００５６】
また、本実施形態では、イオンアシスト蒸着法により保護膜１００を形成するようにしたので、保護膜１００を比較的低温で形成することができる。したがって、保護膜１００を形成する際の熱によって、圧電素子３００等に悪影響を及ぼすことがない。また、保護膜１００の材料として、五酸化タンタルを用いるようにしたので、非常に優れた耐エッチング性を有する保護膜１００を形成できる。
【００５７】
なお、このように保護膜１００を形成した後は、連通部１５に対向する領域の弾性膜５０等を除去して連通部１５とリザーバ部３２とを連通させる。そして、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を接合して本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。また、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。
【００５８】
また、本実施形態では、イオンアシスト蒸着法により保護膜１００を形成するようにしたが、保護膜１００を形成する方法はこれに限定されず、例えば、対向ターゲット式スパッタ法を用いてもよい。この対向ターゲット式スパッタ法を用いても、イオンアシスト蒸着と同様に１００℃以下の温度条件で緻密な保護膜を良好に形成することができる。また、成膜レートが非常に速いため、製造効率が向上し製造コストの低減を図ることもできる。
【００５９】
さらに、イオンアシスト蒸着法の代わりに、プラズマＣＶＤ（化学的気相成長）法によって保護膜１００を形成するようにしてもよい。この方法によっても、１５０℃以下の温度条件で緻密な保護膜を形成することができる。特に、プラズマＣＶＤ法によって保護膜１００を形成する場合、所定の条件を選択することで、図７に示すように、圧力発生室１２の側面と底面とで形成される角部１２ａや、圧力発生室１２の開口周縁の角部１２ｂ等にも保護膜１００を良好に形成することができる。
【００６０】
なお、これらイオンアシスト蒸着法、対向ターゲット式スパッタ法、プラズマＣＶＤ法等の他に、例えば、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）スパッタ法等の他の物理的気相成長法（ＰＶＤ）等によっても、比較的低温で緻密な保護膜を形成することができる。
【００６１】
（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及びその製造方法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、上述した実施形態では、各圧力発生室１２、連通部１５及びインク供給路１６の内壁表面に耐インク性の保護膜１００を設けるようにしたが、これに限定されず、少なくとも各圧力発生室の内壁表面に保護膜が設けられていればよい。このような構成としても、インク吐出特性を長期間一定に維持することができる。また、上述した実施形態では、ステンレス鋼からなるノズルプレート２０を例示したが、シリコンからなるノズルプレートであってもよい。なお、この場合には、ノズルプレートがインクに溶解されてしまうため、ノズルプレートの各圧力発生室内の少なくとも表面に保護膜を設けることが望ましい。
【００６２】
また、上述の実施形態では、たわみ振動型のインクジェット式記録ヘッドについて説明したが、勿論これに限定されず、例えば、縦振動型のインクジェット式記録ヘッド等、種々の構造のインクジェット式記録ヘッドに適用することができる。さらに、上述の実施形態では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
【００６３】
また、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８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。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。
【００６４】
なお、上述した実施形態においては、本発明の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を説明したが、液体噴射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。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク以外のアルカリ性の液体を噴射するもの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（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が挙げられる。このように、アルカリ性の液体を噴射する液体噴射ヘッドに本発明を適用すれば、上述した実施形態と同じ優れた効果を得ることができる。
【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】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７】実施形態１に係る記録ヘッドの他の例を示す断面図である。
【図８】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  幅広部、１４  幅狭部、１５  連通部、  １６  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、  ５０ａ  凹部、  ５０ｂ  くぼみ部、  ５１  マスク膜、  ５１ａ  ひさし部、  ５５  絶縁体膜、  ６０下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  １００  保護膜、  １１０  リザーバ、  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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【図８】
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