(57)【要約】【課題】圧電素子の破壊を抑制することができる液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドユニット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が設けられた流路形成基板１０と、該流路形成基板１０の一方面側に設けられた第１電極６０、該第１電極６０上に当該第１電極６０の端部の外側まで設けられた圧電体層７０、及び該圧電体層７０上に設けられた第２電極８０を有する圧電素子３００と、を具備し、前記圧電体層７０が、鉛を含まないペロブスカイト型酸化物からなり、前記第１電極６０の端部の外側の前記圧電体層７０と前記流路形成基板１０の前記一方面側との間には、当該第１電極６０の前記圧電体層７０側の表面と面一となる厚さで設けられて、酸化シリコンを主成分とする充填層７５が設けられている。【選択図】図３
2012011615.tif 000002
【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設けられた流路形成基板と、
該流路形成基板の一方面側に設けられた第１電極、該第１電極上に当該第１電極の端部
の外側まで設けられた圧電体層、及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有する圧電素
子と、を具備し、
前記圧電体層が、鉛を含まないペロブスカイト型酸化物からなり、
前記第１電極の端部の外側の前記圧電体層と前記流路形成基板の前記一方面側との間に
は、当該第１電極の前記圧電体層側の表面と面一となる厚さで設けられて、酸化シリコン
を主成分とする充填層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】
前記第１電極及び前記充填層と、前記圧電体層との間には、ランタンニッケル酸化物か
らなる配向制御層を有す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】
請求項１又は２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ヘッドユ
ニット。
【請求項４】
請求項３記載の液体噴射ヘッドユニットを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項５】
請求項１又は２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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドユニット及
び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、
インクジェット式記録ヘッドユニット及びインクジェット式記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドには、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の一
方面側に、第１電極、圧電体層及び第２電極からなる圧電素子を設け、圧電素子の駆動に
よって圧力発生室に圧力変化を生じさせて、ノズル開口からインク滴を吐出するインクジ
ェット式記録ヘッドがある。このようなインクジェット式記録ヘッドに用いられる圧電素
子は、流路形成基板上に設けられて所定形状にパターニングされた第１電極と、第１電極
上に第１電極の端面を覆うように設けられた圧電体層と、圧電体層上に設けられた第２電
極とを有する圧電素子を具備し、第１電極の端面を流路形成基板の面に対して１０〜５０
度の範囲で傾斜する傾斜面としたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３５２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、圧電体層を第１電極の端部の外側まで設けると、圧電体層の下地として
、流路形成基板と第１電極とが存在すると、下地の違いによって圧電体層の結晶性に相違
が生じ、変位量の相違から第１電極の端部近傍に変位の応力集中が発生して破壊されやす
い。また、下地に段差が設けられていることで、圧電体層の段差部分に対向する領域の結
晶性が悪化し、応力集中による破壊が発生してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子の破壊を抑制することができる液体噴射ヘッ
ド、液体噴射ヘッドユニット及び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】
【０００６】
上記課題を解決する本発明の態様は、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、該流路形成基板の一方面側に設けられた第１電極、該第１電極上に当該第
１電極の端部の外側まで設けられた圧電体層、及び該圧電体層上に設けられた第２電極を
有する圧電素子と、を具備し、前記圧電体層が、鉛を含まないペロブスカイト型酸化物か
らなり、前記第１電極の端部の外側の前記圧電体層と前記流路形成基板の前記一方面側と
の間には、当該第１電極の前記圧電体層側の表面と面一となる厚さで設けられて、酸化シ
リコンを主成分とする充填層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。
かかる態様では、酸化シリコンからなる充填層を設けることで、圧電体層の第１電極の
端部に相対向する領域の配向及び柱状結晶の形状に生じる乱れを抑制して、圧電体層の応
力集中による破壊を抑制することができると共に、圧電素子の変位特性を向上することが
できる。
【０００７】
ここで、前記第１電極及び前記充填層と、前記圧電体層との間には、ランタンニッケル
酸化物からなる配向制御層を有することが好ましい。これによれば、ランタンニッケル酸
化物からなる配向制御層上に、所望の配向を有する圧電体層を形成することができる。
【０００８】
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
液体噴射ヘッドユニットにある。
かかる態様では、液体噴射特性及び耐久性を向上した液体噴射ヘッドユニットを実現で
きる。
【０００９】
また、本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッド又は液体噴射ヘッドユニットを
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、液体噴射特性及び耐久性を向上した液体噴射装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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要部拡大断面図である。
【図４】圧電体層の結晶状態を示す要部拡大断面図である。
【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】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９】実施形態２に係る記録ヘッドの要部拡大断面図である。
【図１０】一実施形態に係る記録装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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
図であり、図３は、図２の要部拡大断面図である。
【００１２】
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、その一方の面には予め熱酸化によって二酸化シリコンからなる弾性膜
５０が形成されている。
【００１３】
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１
１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）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１
３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。
【００１４】
インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２
より小さい断面積を有する。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、圧力
発生室１２の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このイン
ク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の短手方向の断面積よりも大きい断面積
を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。
【００１５】
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。
【００１６】
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、弾性膜
５０が形成され、この弾性膜５０上には、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からな
る絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、第１電極６０と圧
電体層７０と第２電極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、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８
０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。
【００１７】
本実施形態では、第１電極６０を複数の圧電素子３００に亘って設けることで、第１電
極６０を複数の圧電素子３００の共通電極とし、圧電体層７０及び第２電極８０を各圧電
素子３００毎に設けることで第２電極８０を各圧電素子３００の個別電極としている。な
お、本実施形態では、第１電極６０を複数の圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８
０を各圧電素子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１２毎に圧電体能動部３２０が形成
されていることになる。
【００１８】
また、図２及び図３に示すように、本実施形態では、第１電極６０は、複数の圧電素子
３００に亘って設けられている。ここで、当該第１電極６０の圧力発生室１２の長手方向
に相当する方向を長手方向とし、圧力発生室１２の幅方向に相当する方向を第１電極６０
の短手方向（幅方向）とする。そして、第１電極６０の長手方向の端部を圧力発生室１２
に相対向する領域内に設けることで、圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動
部３２０の長手方向の端部（長さ）を規定している。また、圧電素子３００の短手方向で
ある第２電極８０の短手方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで
、圧電体能動部３２０の短手方向の端部（幅）を規定している。すなわち、圧電体能動部
３２０は、パターニングされた第１電極６０及び第２電極８０によって、圧力発生室１２
に相対向する領域にのみ設けられていることになる。さらに、圧電体層７０及び第２電極
８０は、圧電素子３００の長手方向で、第１電極６０の両端部の外側まで延設されて設け
られている。
【００１９】
また、第１電極６０の端部の外側の圧電体層７０と絶縁体膜５５との間には、酸化シリ
コンからなる充填層７５が設けられている。
【００２０】
充填層７５は、第１電極６０の圧電体層７０側の表面と面一となるように設けられてい
る。このような充填層７５としては、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いること
ができる。このような酸化シリコンからなる充填層７５は、化学蒸着法（ＣＶＤ）や、Ｓ
ｉＯ２を溶剤で溶かしたＳＯＧ溶剤をスピンコート法により塗布するＳＯＧ（Spin On Gl
ass)法などによって第１電極６０の端部の外側の圧電体層７０と絶縁体膜５５との間に容
易に且つ低コストで形成することができる。また、酸化シリコンからなる充填層７５は、
酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５や圧電体層７０との密着性が良く、剥離等が発生
し難い。
【００２１】
このように第１電極６０の端部の外側の絶縁体膜５５と圧電体層７０との間に酸化シリ
コンからなる充填層７５を第１電極６０の圧電体層７０の表面と面一となるように設ける
ことで、図４（ａ）に示すように、第１電極６０の端部に相対向する領域Ｐ及びその周辺
の圧電体層７０の結晶を垂直に形成することができる。これにより、圧電体層７０全体（
面方向）に亘って配向を均一化することができると共に全体に亘って柱上結晶の形状等に
乱れが発生するのを抑制して、圧電素子３００の圧電特性を向上して、圧電素子３００の
変位特性を向上することができる。ちなみに、図４（ｂ）に示すように、充填層７５を設
けていない場合、圧電体層７０の第１電極６０の端面に相対向する領域Ｐ′では、柱状結
晶が斜めに湾曲するように成長し、配向及び柱状結晶の形状に乱れが生じる。そして、こ
の領域Ｐ′によって圧電体層７０全体の圧電特性が低下すると共に、領域Ｐ′に応力が集
中し、亀裂等の破壊が発生する虞がある。本実施形態では、充填層７５を設けることで、
圧電体層７０の結晶性を均一化することができるため、領域Ｐへの応力集中を抑制して、
亀裂等の破壊が発生するのを抑制することができる。
【００２２】
また、本実施形態では、酸化シリコンからなる充填層７５を設けることによって、第１
電極６０の端面が絶縁材料で覆われることになり、第１電極６０の端面に印加される電界
を減少させて、電界集中を防止することができる。これにより、圧電素子３００全体の変
位を小さくすることなく、第１電極６０の端部近傍での変位を小さくして、第１電極６０
の端部への応力集中を分散させることができ、圧電素子３００及び振動板にクラックなど
の破壊が発生するのを防止することができると共に、圧電素子３００の各層の剥離を防止
することができる。なお、このような圧電体層７０のクラック等の破壊は、例えば、第１
電極の端面を下地である絶縁体膜５５の表面に対して垂直に形成することで顕著に発生す
る。本実施形態では、上述のように、充填層７５を設けることで、第１電極６０端部近傍
で、結晶が流路形成基板１０に対して垂直に形成された圧電体層７０を設けたため、結晶
性が悪い領域が存在することなく、圧電体層７０の破壊を防止することができると共に、
圧電特性を向上して圧電特性を均一化することができる。
【００２３】
さらに、第１電極６０の端部の外側の絶縁体膜５５と圧電体層７０との間に比較的、ヤ
ング率が低い材料（約７０ＧＰａ）である酸化シリコンからなる充填層７５を設けること
で、充填層７５が圧電素子３００の変位を阻害するのを抑制することができる。ちなみに
、充填層７５として、酸化ジルコニウムなどを用いた場合、酸化ジルコニウムのヤング率
は約２５０ＧＰａであることから、酸化ジルコニウムからなる充填層が圧電素子３００の
変形を阻害して、インク吐出特性が低下してしまう虞がある。
【００２４】
また、充填層７５として用いる酸化シリコンは、化学蒸着法やＳＯＧ法などによって表
面に段差が存在する基板上に成膜し易く、ヤング率が低いことで平坦化し易い。このこと
から、詳しくは後述するが、流路形成基板１０の表面（絶縁体膜５５上）に第１電極６０
をパターニングすることで段差が形成されていても、この段差が存在する表面に容易に成
膜することができると共に、他の材料よりも第１電極６０の圧電体層７０側の表面と面一
となる平坦な面を得ることができる。そして、このように第１電極６０と充填層７５とで
より平坦な下地を形成した上に圧電体層７０を形成するため、第１電極６０と充填層７５
上とに亘って結晶性が均一な圧電体層７０を形成することができる。このように結晶性が
均一な圧電体層７０は、変位特性が向上すると共に、第１電極６０の端面上の圧電体層７
０への応力集中等による破壊を抑制することができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、充填層７５は、第１電極６０の端部の外側の圧電体層７０と絶
縁体膜５５との間のみに設けることで、充填層７５が圧電素子３００の変位を阻害するの
を抑制することができる。もちろん、充填層７５を圧電体層７０と絶縁体膜５５との間の
外側まで延設してもよく、例えば、充填層７５を流路形成基板１０（絶縁体膜５５）の第
１電極６０以外の領域に亘って連続して設けるようにしてもよい。
【００２６】
また、第１電極６０上及び充填層７５の上には、圧電体層７０の配向を制御するランタ
ンニッケル酸化物（ＬＮＯ）等からなる配向制御層を設けるようにしてもよい。なお、配
向制御層として、ランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）を用いる場合には、例えば、（１０
０）に優先配向させればよい。
【００２７】
さらに、本実施形態では、圧電体層７０及び第２電極８０が、図３に示すように、第２
電極８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面は傾斜面となっている。
【００２８】
ここで、圧電素子３００を所定の基板上（流路形成基板１０上）に設け、当該圧電素子
３００を駆動させた装置をアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性
膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極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、第１電極６０のみが
振動板として作用するようにしてもよい。
【００２９】
なお、圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を示す強誘電性
セラミックス材料からなる鉛を含まないペロブスカイト型酸化物の結晶膜である。圧電体
層７０の材料としては、例えば、ビスマス（Ｂｉ）系の圧電材料や、ＫＮＮ系の圧電材料
、バリウム（Ｂａ）系の圧電材料などを用いることができる。このような圧電材料として
は、例えば、ＢｉＦｅＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＢｉＫＴｉＯ３、ＢｉＮａＴｉＯ３、ＫＮｂ
Ｏ３、ＮａＮｂＯ３、ＢｉＦｅＭｎＯ３、ＢｉＬａＦｅＭｎＯ３、ＢｉＣｅＬａＦｅＭｎ
Ｏ３、ＢｉＦｅＣｏＯ３、ＢｉＦｅＭｎＯ３−ＢａＴｉＯ３、ＢｉＦｅＣｏＯ３−ＢａＴ
ｉＯ３、ＢｉＦｅＭｎＯ３−ＢｉＫＴｉＯ３、ＢｉＮａＴｉＯ３−ＢａＴｉＯ３、ＢｉＮ
ａＴｉＯ３−ＢｉＫＴｉＯ３−ＢａＴｉＯ３、ＫＮａＮｂＯ３、ＫＮａＮｂＯ３−ＢｉＦ
ｅＯ３、ＫＮｂＯ３−ＮａＮｂＯ３やＫＮｂＯ３−ＮａＮｂＯ３−ＬｉＮｂＯ３、ＢａＴ
ｉＯ３やＢａＴｉＯ３−（Ｂｉ０．５，Ｎａ０．５）ＴｉＯ３などが挙げられる。
【００３０】
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７
０を１〜２μｍ前後の厚さで形成した。
【００３１】
このような圧電体層７０は、鉛を含有していないため、酸化シリコンからなる充填層７
５上に形成しても、鉛ガラスが形成されることがない。ちなみに、圧電体層として、鉛を
含有する材料、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合、充填層として酸
化シリコンを用いることはできず、酸化ジルコニウム等のヤング率の高い材料を使用せざ
るを得ない。
【００３２】
さらに、圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の
端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等から
なるリード電極９０が接続されている。
【００３３】
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、第１電極６０
、絶縁体膜５５及びリード電極９０上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成
するマニホールド部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
のマニホールド部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マニホールド１００を構成している
。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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の端部近傍は、貫通孔
３３内に露出するように設けられている。
【００３７】
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１２
０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
ディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続され
ている。
【００３８】
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によってマニホールド部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のマニホールド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、マニホールド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。
【００３９】
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
手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾
性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極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。
【００４０】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図５〜図８を参照
して説明する。なお、図５〜図８は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘ
ッドの製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００４１】
まず、図５（ａ）に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー１１
０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。
【００４２】
次いで、図５（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。
【００４３】
次いで、図５（ｃ）に示すように、例えば、白金及びイリジウムからなる第１電極６０
を絶縁体膜５５の全面に亘って形成すると共に所定形状にパターニングする。第１電極６
０は、例えば、スパッタリング法などにより形成することができる。また、第１電極６０
をパターニングする際には、後の工程で形成する充填層７５の付き回りを向上するために
、絶縁体膜５５の表面に垂直な方向に対して傾斜して設けるのが好ましい。
【００４４】
次に、図５（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の第１電極６０が設け
られた一方面の全面に亘って酸化シリコンからなる充填層７５を形成する。充填層７５の
形成方法は、例えば、化学蒸着法（ＣＶＤ）やＳＯＧ法等によって絶縁体膜５５上から第
１電極６０上に亘って連続して所定の厚さで形成することができる。また、充填層７５を
化学蒸着法又はＳＯＧ法によって形成すると共に、第１電極６０の端面を傾斜させること
によって、充填層７５の第１電極６０の端面への付き回りを向上して、第１電極６０と充
填層７５との剥離や空隙の発生を抑制することができる。
【００４５】
また、充填層７５は、第１電極６０の厚さよりも厚く形成しておく必要がある。これは
、充填層７５を第１電極６０の厚さよりも薄く形成すると、充填層７５の表面を第１電極
６０の表面と面一にできないからである。
【００４６】
次に、図６（ａ）に示すように、充填層７５の表面側を除去することにより、第１電極
６０の表面と面一とする。これにより、充填層７５と第１電極６０との表面は平坦化され
る。充填層７５の表面側を、例えば、化学的機械研磨（ＣＭＰ）することによって平坦化
することができる。また、充填層７５を化学的機械研磨する際に、第１電極６０の表面に
達するまで行うことで、充填層７５と第１電極６０とを面一とすることができる。なお、
充填層７５を第１電極６０と面一に平坦化する方法は、化学的機械研磨に限定されず、例
えば、ドライエッチングによるエッチバックにより薄くするようにしてもよい。ちなみに
、ドライエッチングによるエッチバックによって充填層７５を平坦化する際には、充填層
７５の表面（第１電極６０とは反対側）にレジスト等を適宜設けるようにすればよい。
【００４７】
次に、図６（ｂ）に示すように、第１電極６０と充填層７５との平坦化した表面に、例
えば、鉄マンガン酸ビスマスランタン（ＢＬＦＭ）からなる圧電体層７０と、例えば、イ
リジウムからなる第２電極８０とを形成する。なお、圧電体層７０の形成方法は、本実施
形態では、金属有機物を溶媒に溶解・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を形成した。なお、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されず
、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、スパッタリング法又はレーザー
アブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。
【００４８】
このとき、圧電体層７０は、第１電極６０と充填層７５との平坦化された表面に亘って
形成されるため、圧電体層７０を基板（流路形成基板用ウェハー１１０）の表面に対して
その結晶粒子を均一に成長させて形成することができる。これにより、圧電体層７０全体
の結晶性を均一化して、第１電極６０の端部での応力集中などによる破壊を抑制すること
ができる。また、本実施形態では、ヤング率の低い酸化シリコンからなる充填層７５を設
けているため、第１電極６０と充填層７５とは、他の材料に比べて平坦化される精度が高
い。したがって、高精度に平坦化された第１電極６０と充填層７５との表面に亘って形成
された圧電体層７０の結晶性を均一化することができる。
【００４９】
次に、図６（ｃ）に示すように、第２電極８０、圧電体層７０及び充填層７５を同時に
エッチングすることにより各圧力発生室１２に対応する領域に圧電素子３００を形成する
。ここで、第２電極８０、圧電体層７０及び充填層７５のエッチングは、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。
【００５０】
すなわち、本実施形態では、第２電極８０及び圧電体層７０と同時に充填層７５をパタ
ーニングして、圧電体層７０の側面と充填層７５の側面とが面一となるようにした。この
ように充填層７５をパターニングすることで、圧電体層７０の外側の圧力発生室１２に相
対向する領域に充填層７５が残留することがなく、余分な充填層７５によって振動板の変
位特性が劣化するのを防止している。すなわち、充填層７５が圧電体層７０の外側まで設
けられていると、充填層７５が振動板を拘束し、変位特性が低下してしまう虞がある。
【００５１】
また、本実施形態では、圧電素子３００を第２電極８０側の幅が狭くなるようにパター
ニングして、その側面を傾斜面とした。
【００５２】
次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図６（ｄ）に示すように、流路形成基
板用ウェハー１１０の一方面の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極
９０を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電
素子３００毎にパターニングすることで形成される。このとき、上述のように圧電素子３
００の側面は傾斜面で形成されているため、リード電極９０の付き回りを向上して、均一
な厚さのリード電極９０を形成することができる。これにより、リード電極９０の抵抗の
ばらつきや、断線等を防止することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、リード電極９０は、充填層７５の側面上にも設けられているが
、酸化シリコンからなる充填層７５は絶縁材料からなるため、第１電極６０とリード電極
９０（第２電極８０）とが充填層７５によって短絡することがない。すなわち、第１電極
６０を圧電体層７０の側面まで延設することも考えられるが、第１電極６０を圧電体層７
０の側面まで延設すると、第１電極６０とリード電極９０とが短絡してしまう。また、こ
のとき、第１電極６０とリード電極９０との間に絶縁膜を設ければ、第１電極６０とリー
ド電極９０との短絡を防止できるものの、絶縁膜が圧電素子３００の変位を阻害しないよ
うにするために、薄く形成する必要があり、薄い絶縁膜では、第１電極６０とリード電極
９０とを確実に絶縁することができず、信頼性が低下してしまう。本実施形態では、絶縁
材料からなる充填層７５を設けることで、上記問題が発生することがなく、信頼性を向上
することができる。
【００５４】
次に、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に
、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハー１３０を接着剤
３５を介して接合する。なお、この保護基板用ウェハー１３０は、例えば、４００μｍ程
度の厚さを有するため、保護基板用ウェハー１３０を接合することによって流路形成基板
用ウェハー１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００５５】
次に、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くす
る。
【００５６】
次いで、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０のエッチング加工し
た面に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなるマスク膜５２を新たに形成し、所定
形状にパターニングする。
【００５７】
そして、図８に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５２を介してＫ
ＯＨ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。
【００５８】
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー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
形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハー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、保護基板用ウェハー１３０にコンプ
ライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハー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等に分割することによって、本実施形態のインクジェ
ット式記録ヘッドＩとする。
【００５９】
（実施形態２）
図９は、本発明の実施形態２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
ヘッドの要部断面図である。なお、上述した実施形態１と同様の部材には同一の符号を付
して重複する説明は省略する。
【００６０】
図９に示すように、本実施形態の圧電素子は、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２
電極８０と、を具備し、第１電極６０の端部の外側の圧電体層７０と基板（絶縁体膜５５
）との間に充填層７５が設けられている。また、第１電極６０及び充填層７５と、圧電体
層７０との間には、配向制御層７６が設けられている。配向制御層７６は、配向制御層７
６上に形成する圧電体層７０の配向を制御するためのものである。具体的には、配向制御
層７６としては、例えば、ランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）を用いることができる。な
お、配向制御層７６に用いるランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）は、ペロブスカイト構造
を有し、結晶の配向面が疑キュービック表示で（１００）面に優先配向しているものが好
ましい。なお、本発明で「結晶が（１００）面に優先配向している」とは、全ての結晶が
（１００）面に配向している場合と、ほとんどの結晶（例えば、９０％以上）が（１００
）面に優先配向している場合と、を含むものである。本実施形態の配向制御層は、Ｘ線回
折試験を行った結果、（１００）面の配向率は９７％以上であった。
【００６１】
このような配向制御層上に、ゾル−ゲル法やＭＯＤ法等によって圧電体層を所望の結晶
配向で形成することができる。本実施形態では、配向制御層として、（１００）面に優先
配向したランタンニッケル酸化物を用いたため、鉄マンガン酸ビスマスランタン（ＢＬＦ
Ｍ）などの鉛を含まないペロブスカイト型酸化物からなる圧電体層を（１００）面に優先
配向させることができる。
【００６２】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明の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。例えば、上述した実施形態１及び２で
は、第１電極６０として、白金及びイリジウムを例示したが、特にこれに限定されるもの
ではない。
【００６３】
また、上述した実施形態１及び２では、流路形成基板１０として、結晶面方位が（１１
０）面の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、結晶面方位
が（１００）面のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよく、また、ＳＯＩ基板、ガ
ラス等の材料を用いるようにしてもよい。
【００６４】
なお、このようなインクジェット式記録ヘッドＩ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液体噴射ヘッドユニット（以下、単にヘッドユニットとも言う）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１０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１０に示すように、インクジェット式記録装
置ＩＩは、インクジェット式記録ヘッドを有するヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを具備する
。ヘッドユニット１Ａ、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。
【００６５】
そして、駆動モーター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、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ー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。
【００６６】
なお、上述した例では、インクジェット式記録ヘッドＩを具備するヘッドユニット１Ａ
及び１Ｂをインクジェット式記録装置ＩＩに設けるようにしたが、インクジェット式記録
装置ＩＩに搭載するヘッドユニット１を２以上としてもよい。また、インクジェット式記
録装置ＩＩに直接インクジェット式記録ヘッドＩを搭載するようにしてもよい。
【００６７】
さらに、上述したインクジェット式記録装置ＩＩでは、インクジェット式記録ヘッドＩ
（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを
例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩが固定され
て、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録
装置にも本発明を適用することができる。
【００６８】
なお、上述した各実施形態では、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の製造方法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、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種
の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッ
ド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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。
【符号の説明】
【００６９】
Ｉ  インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、  II  インクジェット式記録装
置、  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  保護基板、  ３１  マニホ
ールド部、  ３２  圧電素子保持部、  ４０  コンプライアンス基板、  ６０  第１電極
、  ７０  圧電体層、  ７２  圧電体膜、  ７５  充填層、  ７６  配向制御層、  ８０
第２電極、  ９０  リード電極、  １００  マニホールド、  １２０  駆動回路、  １
２１  接続配線、  ３００  圧電素子
【図１】
2012011615.tif 000003
【図２】
2012011615.tif 000004
【図３】
2012011615.tif 000005
【図４】
2012011615.tif 000006
【図５】
2012011615.tif 000007
【図６】
2012011615.tif 000008
【図７】
2012011615.tif 000009
【図８】
2012011615.tif 000010
【図９】
2012011615.tif 000011
【図１０】
2012011615.tif 000012