(57)【要約】【課題】圧力発生室の長手方向の位置による変位ばらつきを抑制した液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】液体噴射ヘッド（１）は、ノズル開口７１に連通する圧力発生室１２が設けられた基板（１０）と、複数の電極に挟まれた実質的な能動部４が圧力発生室１２に対応して設けられた圧電素子３と、を備えている。圧力発生室１２に対応する領域Ｒ１の能動部４は、当該圧力発生室１２の幅Ｗ１よりも狭い幅Ｗ２で形成されている。圧力発生室１２に対応する領域（Ｒ１）のうち能動部４の幅方向外側の領域（Ｒ２）に、当該領域（Ｒ２）における撓みを低減させる撓み低減膜８０が圧力発生室１２の長手方向Ｄ２に沿って形成されている。【選択図】図１
2013146882.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基板と、
複数の電極に挟まれた実質的な能動部が前記圧力発生室に対応して設けられた圧電素子と、を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記圧力発生室に対応する領域の前記能動部が当該圧力発生室の幅よりも狭い幅で形成され、
前記圧力発生室に対応する領域のうち前記能動部の幅方向外側の領域に、当該領域における撓みを低減させる撓み低減膜が前記圧力発生室の長手方向に沿って形成された、液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記圧電素子から引き出されたリード電極が前記基板上に設けられ、
前記撓み低減膜が前記リード電極と同じ材料を少なくとも有する、請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記圧電素子が圧電体層及び電極を有し、
前記撓み低減膜が前記圧電体層と同じ材料を少なくとも有する、請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記圧電素子は、圧電体層と、該圧電体層の前記圧力発生室側に設けられた第１電極と、前記圧電体層の他方側に設けられた第２電極とを有し、
前記撓み低減膜が前記第１電極と同じ材料を少なくとも有する、請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記基板上に絶縁膜が設けられ、
前記圧電素子は、圧電体層と、該圧電体層の前記絶縁膜側に設けられた第１電極と、前記圧電体層の他方側に設けられた第２電極とを有し、
前記圧電体層をエッチングする工程において前記絶縁膜よりもエッチング速度の遅い材料で前記撓み低減膜が形成された、請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記圧電素子は、圧電体層及び電極を有し、
前記圧力発生室に対応する領域の圧電体層が当該圧力発生室の幅よりも狭い幅で形成された狭幅部を有し、
前記圧力発生室の幅方向において前記撓み低減膜が前記圧力発生室に対応する領域内の前記狭幅部よりも外側の位置から前記圧力発生室に対応する領域外にかけて形成された、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッドを備えた、液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッド、及び、液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶を歪ませると帯電し、また電界中に置くことにより歪みを生じるという特徴を持つ圧電材料は、インクジェットプリンター等に用いられる液体噴射ヘッドに広く使用されている。現在、代表的な圧電材料として、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛、Ｐｂ（Ｚｒx，Ｔｉ1-x）Ｏ3）が用いられている。
【０００３】
液体噴射ヘッドとして、ノズル開口に連通する各圧力発生室が長手方向を並行させて形成された流路形成基板と、下電極、圧電体層及び上電極を有する共通上電極構造の圧電素子とを備えた液体噴射ヘッドが知られている（特許文献１参照）。この圧電素子は、圧力発生室の幅よりも狭い幅で各下電極が酸化ジルコニウム層上に形成され、圧力発生室の幅よりも狭い幅で各圧電体層が各下電極の上面及び端面に形成され、各圧電体層の上面及び端面に共通の上電極が形成されている。なお、圧力発生室の幅方向は、圧力発生室の並設方向、すなわち、圧力発生室の長手方向に対して直交する短手方向である。
【０００４】
圧電素子の実質的な能動部は、下電極と上電極とで圧電体層が挟まれた領域となる。上述した共通上電極構造の場合、能動部は圧力発生室の幅よりも狭い幅となり、圧力発生室に対応する領域内で能動部の幅方向外側が可撓性の非能動部となる。
【０００５】
圧電体層となる圧電材料は、酸化ジルコニウム層上に下電極のパターンが形成されている状態でスピンコート法等により成膜している。酸化ジルコニウム層上の下電極の上面及び端面を覆った圧電体層を形成するため、酸化ジルコニウム層をストッパー層として圧電材料をドライエッチングしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７２８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スピンコート法により圧電材料を成膜すると、ストライエーションと呼ばれる縞模様ができる。酸化ジルコニウム層をストッパー層として圧電材料をエッチングすると、能動部の幅方向外側の酸化ジルコニウム層に圧電材料のストライエーションが転写されてしまう。圧力発生室に対応する領域内において可撓性の非能動部の厚みが圧力発生室の長手方向の位置により大きくばらつくと、長手方向の位置により剛性が大きく異なり変位量が大きくばらついてしまう。長手方向の位置に応じた変位ばらつきが大きいと、局所的に応力が集中して圧電素子が破壊される可能性があり、液体噴射ヘッドの耐久性を低下させる可能性がある。なお、このような問題は、スピンコート法以外の方法で圧電材料を成膜する場合にも同様に存在する。
【０００８】
以上を鑑み、本発明の目的の一つは、圧力発生室の長手方向の位置による変位ばらつきを抑制した液体噴射ヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的の一つを達成するため、本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた基板と、
複数の電極に挟まれた実質的な能動部が前記圧力発生室に対応して設けられた圧電素子と、を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記圧力発生室に対応する領域の前記能動部が当該圧力発生室の幅よりも狭い幅で形成され、
前記圧力発生室に対応する領域のうち前記能動部の幅方向外側の領域に、当該領域における撓みを低減させる撓み低減膜が前記圧力発生室の長手方向に沿って形成された態様を有する。
また、本発明は、上記液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置の態様を有する。
【００１０】
すなわち、圧力発生室の長手方向に沿って形成された撓み低減膜は、圧力発生室に対応する領域のうち能動部の幅方向外側の領域における撓みを低減させる。これにより、圧力発生室の長手方向の位置による変位ばらつきが抑制される。
【００１１】
ここで、上記圧電素子は、圧力発生室に対応して実質的な能動部が設けられていればよく、能動部同士が共通電極の非能動部分で繋がっていてもよい。
上記撓み低減膜は、圧力発生室に対応する領域のうち能動部の幅方向外側の領域にのみ形成されてもよいし、圧力発生室に対応する領域から幅方向外側の領域にかけて形成されてもよい。いずれの場合も、特許請求の範囲に含まれる。
【００１２】
ところで、前記圧電素子から引き出されたリード電極が前記基板上に設けられ、前記撓み低減膜が前記リード電極と同じ材料を少なくとも有すると、リード電極の形成時に撓み低減膜も形成することができ、コストを低減することができる。
【００１３】
前記圧電素子が圧電体層及び電極を有し、前記撓み低減膜が前記圧電体層と同じ材料を少なくとも有すると、圧電体層の形成時に撓み低減膜も形成することができ、コストを低減することができる。なお、撓み低減膜に厚みがあるので、撓み低減膜の幅を狭くすることにより能動部が撓み易くなって能動部の変位量の低下を抑制することができる。
【００１４】
前記撓み低減膜が圧電体層の圧力発生室側の第１電極と同じ材料を少なくとも有すると、第１電極の形成時に撓み低減膜も形成することができ、コストを低減することができる。
【００１５】
前記圧電体層をエッチングする工程において基板上の絶縁膜よりもエッチング速度の遅い材料で前記撓み低減膜が形成される態様は、圧力発生室の長手方向の位置による変位ばらつきをさらに抑制した液体噴射ヘッドを提供することができる。
【００１６】
前記圧力発生室に対応する領域の圧電体層が当該圧力発生室の幅よりも狭い幅で形成された狭幅部を有し、前記圧力発生室の幅方向において前記撓み低減膜が前記圧力発生室に対応する領域内の前記狭幅部よりも外側の位置から前記圧力発生室に対応する領域外にかけて形成される態様は、圧力発生室の長手方向の位置による変位ばらつきをさらに抑制した液体噴射ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は記録ヘッド１の構成の概略を例示する平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ１−Ａ１の位置で記録ヘッド１の１セグメントを破断した端面図。
【図２】記録ヘッド１の構成の概略を例示する便宜上の分解斜視図。
【図３】図１のＡ２−Ａ２の位置で記録ヘッド１の１セグメントを破断した端面図。
【図４】（ａ）は図１のＡ３−Ａ３の位置で記録ヘッド１の１セグメントを破断した端面図、（ｂ）は図１のＡ４−Ａ４の位置で記録ヘッド１の１セグメントを破断した端面図。
【図５】（ａ）は圧電体層３０の表面に形成されるストライエーション３１を模式的に例示する端面図、（ｂ）は絶縁膜１６ｂの表面に転写されるストライエーション１７を模式的に例示する端面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ５−Ａ５の位置で破断した端面図、（ｄ）は撓み低減膜８０を形成した幅方向外側の領域を破断した端面図。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は記録ヘッド１の製造工程を例示するための端面図。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は記録ヘッド１の製造工程を例示するための端面図。
【図８】記録装置２００の構成の概略を例示する図。
【図９】（ａ）は変形例に係る液体噴射ヘッドの構成の概略を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ６−Ａ６の位置で液体噴射ヘッドの１セグメントを破断した端面図。
【図１０】（ａ）は変形例に係る液体噴射ヘッドの構成の概略を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ７−Ａ７の位置で液体噴射ヘッドの１セグメントを破断した端面図。
【図１１】（ａ）は変形例に係る液体噴射ヘッドの構成の概略を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ８−Ａ８の位置で液体噴射ヘッドの１セグメントを破断した端面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を説明する。むろん、以下に説明する実施形態は、本発明を例示するものに過ぎない。
【００１９】
（１）液体噴射ヘッドの構成：
図１（ａ），（ｂ）は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１の構成の概略を示す図、図２は記録ヘッド１を便宜上、分解した分解斜視図、図３は図１のＡ２−Ａ２の位置で記録ヘッド１の１セグメントを破断した垂直端面図、図４（ａ）は図１のＡ３−Ａ３の位置で記録ヘッド１の１セグメントを破断した垂直端面図、図４（ｂ）は図１のＡ４−Ａ４の位置で記録ヘッド１の１セグメントを破断した垂直端面図、である。Ｄ１は圧力発生室１２の幅方向、Ｄ２は幅方向Ｄ１と直交する圧力発生室１２の長手方向、を示している。分かり易く示すため、幅方向Ｄ１の拡大率は長手方向Ｄ２の拡大率よりも大きくされ、各層の積層方向（図３の上下方向）の拡大率は幅方向Ｄ１の拡大率よりも大きくされ、各図は整合していないことがある。図１（ａ）では、実質的な能動部４にハッチングを付し、撓み低減膜８０を実線で示している。
なお、本明細書で説明する位置関係は、発明を説明するための例示に過ぎず、発明を限定するものではない。従って、第１電極の上以外の位置、例えば、下、左、右、等に第２電極が配置されることも、本発明に含まれる。
【００２０】
記録ヘッド１に例示される液体噴射ヘッドは、ノズル開口７１に連通する圧力発生室１２が設けられた基板（流路形成基板１０）と、圧力発生室１２に対応して実質的な能動部４が設けられた圧電素子３と、を備えている。圧力発生室１２に対応する領域（圧力発生室対応領域Ｒ１）の能動部４は、当該圧力発生室１２の幅Ｗ１よりも狭い幅Ｗ２で形成されている。少なくとも、圧力発生室対応領域Ｒ１のうち能動部４の幅方向外側の領域（幅方向外側領域Ｒ２）に、当該領域Ｒ２における「感度」（撓み）を鈍らせる撓み低減膜８０が圧力発生室１２の長手方向Ｄ２に沿って形成されている。この例のような撓み低減膜を幅方向外側領域Ｒ２に対して新たに載せるか構成膜の一部として残すかすることにより、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の前駆体溶液の塗布によるストライエーション等に起因するセグメント内の変位ばらつきを抑制することができる。セグメント内の変位ばらつきの低減は、液体噴射ヘッドの信頼性の向上に繋がる。
図９に示す記録装置２００に例示される液体噴射装置は、上述のような液体噴射ヘッドを備える。
【００２１】
記録ヘッド１は、概略、ノズルプレート７０、振動板１６や圧電素子３等を設けた流路形成基板１０、コンプライアンス基板６０等を設けた保護基板５０、が順に積層された構造とされている。振動板１６は、分離されない材料の表面を変性する等して一体に形成されてもよいし、接合されて積層されてもよい。
【００２２】
流路形成基板１０は、膜厚が例えば５００〜８００μｍ程度と比較的厚く剛性の高いシリコン単結晶基板等から形成することができる。図３に示す流路形成基板１０は、シリコン基板１５の圧電素子３側に振動板１６が設けられ、シリコン基板１５のノズルプレート７０側にマスク膜１８が形成されている。シリコン基板１５及びマスク膜１８の部分の流路形成基板１０は、複数の隔壁１１によって区画された複数の長尺な液体流路（１２，１４）と、各インク供給口１４に繋がる共通の液体流路である連通部１３とが形成されている。長尺な圧力発生室１２のサイズは、特に限定されないが、例えば、長手方向Ｄ２の長さを５００〜２０００μｍ程度、短手方向である幅方向Ｄ１の幅Ｗ１を２０〜５０μｍ程度、とすることができる。インク供給口１４は、圧力発生室１２よりも細幅とされている。各液体流路（１２，１４）は、圧力発生室１２の並設方向である幅方向Ｄ１へ並べられている。
【００２３】
振動板１６は、シリコン基板１５上に形成された弾性膜１６ａと、この弾性膜１６ａ上に形成された絶縁膜１６ｂとを有している。弾性膜１６ａは例えば酸化シリコン（ＳｉＯx）で構成することができ、絶縁膜１６ｂは例えば酸化ジルコニウム（ＺｒＯx）で構成することができる。振動板１６の厚みは、弾性を示す限り特に限定されないが、例えば０．５〜２μｍ程度とすることができる。
圧電素子３は、圧電体層３０と、圧電体層３０の圧力発生室１２側に設けられた下電極（第１電極）２０と、圧電体層３０の他方側に設けられた上電極（第２電極）４０とを有している。また、圧電素子３には、接続配線６６を介して駆動回路６５に接続するために引き出されたリード電極４５等が設けられている。リード電極４５の構成金属には、Ａｕ（金）等を用いることができる。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように、下電極２０は、少なくとも圧力発生室対応領域Ｒ１において圧力発生室１２の幅Ｗ１よりも狭い幅Ｗ２で絶縁膜１６ｂ上に形成されている。下電極２０は、圧電体層３０の絶縁膜１６ｂ側、すなわち、圧力発生室１２側に設けられている。この下電極２０は、圧力発生室１２に対応して個別に設けられる個別電極を構成する。図１（ａ）及び図３に示すように、長手方向Ｄ２における各下電極２０の両端は、圧力発生室１２よりも外側とされている。
【００２５】
圧電体層３０は、少なくとも圧力発生室対応領域Ｒ１において、本質的に、下電極２０の上面に形成されるとともに、下電極２０の端面を覆う絶縁膜１６ｂ上にも形成されている。圧力発生室対応領域Ｒ１の圧電体層３０は、圧力発生室１２の幅Ｗ１よりも狭い幅で形成された狭幅部３５を有している。これにより、記録ヘッド１のセグメントＳＧ１間が圧電体層の無い圧電体開口部３６とされている。この圧電体開口部３６の長手方向Ｄ２における端部は、長手方向能動端４ｂよりも内側とされている。圧力発生室の幅方向Ｄ１において、狭幅部３５の境界位置Ｌ２は、下電極２０の境界位置Ｌ１よりも外側とされ、圧力発生室１２の境界位置Ｌ４よりも内側とされている。圧電体層３０には、例えば、上述したＰＺＴといった強誘電体、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル、酸化マグネシウム、といった金属酸化物が添加されたもの、（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｆｅ，Ｔｉ）Ｏ3といった非鉛系ペロブスカイト型酸化物、この酸化物のＢサイトにマンガンといった金属が添加されたもの、等のペロブスカイト構造を有する材料を用いることができる。
圧電体層３０の厚みは、特に限定されないが、例えば０．２〜５μｍ程度とすることができる。
【００２６】
上電極４０は、少なくとも圧力発生室対応領域Ｒ１において、本質的に、圧電体層３０の上面及び端面に形成されるとともに、耐湿性を向上させるため圧電体開口部３６の絶縁膜１６ｂ上にも形成されている。上電極４０は、圧力発生室１２の絶縁膜１６ｂとは反対側、すなわち、圧力発生室１２とは反対側に設けられている。この上電極４０は、複数の下電極２０に対して共通に設けられる共通電極を構成する。従って、圧電素子３は、共通上電極構造とされている。十分な耐湿性が得られる場合、圧電体開口部３６の上電極４０を省略可能である。図１（ａ）、図３及び図４（ａ），（ｂ）に示すように、圧力発生室対応領域Ｒ１は、長手方向Ｄ２のインク供給口１４側が上電極４０の無い上電極開口部４１と重なり、他方側が上電極４０の無い上電極切欠部４２と重なっている。
【００２７】
電極（２０，４０）の構成金属には、Ｐｔ（白金）、Ａｕ、Ｉｒ（イリジウム）、Ｔｉ（チタン）、等の１種以上を用いることができる。構成金属は、酸化物といった化合物の状態でもよいし、化合していない状態でもよく、合金の状態でもよいし、単独の金属の状態でもよく、これらの金属を主成分としてモル比で少ない別の金属が含まれてもよい。電極（２０，４０）の厚みは、特に限定されないが、例えば１０〜５００ｎｍ程度とすることができる。
【００２８】
圧電素子３の実質的な能動部４は、下電極２０と上電極４０とで圧電体層３０が挟まれた領域となる。共通上電極構造である圧電素子３の能動部４の幅方向能動端４ａは、図１（ａ）に示すように、下電極２０の境界位置Ｌ１となる。能動部４の幅Ｗ２は、圧力発生室の幅Ｗ１よりも小さい範囲で特に限定されないが、例えば１５〜４０μｍ程度とすることができる。幅方向能動端４ａが圧力発生室１２の境界位置Ｌ４よりも内側にあるため、圧力発生室対応領域Ｒ１内において能動部４の幅方向外側領域Ｒ２は、可撓性の非能動部となる。この領域Ｒ２の幅は、特に限定されないが、例えば３〜１０μｍ程度とすることができる。能動部４の長手方向能動端４ｂは、上電極開口部４１と上電極切欠部４２があるため、図３に示すように、上電極４０の境界位置となる。長手方向能動端４ｂが圧力発生室１２の長手方向Ｄ２の境界位置よりも内側にあるため、圧力発生室対応領域Ｒ１内において長手方向能動端４ｂの外側の領域は、非能動部となる。
【００２９】
圧電体層３０となる圧電材料は、絶縁膜１６ｂ上に下電極のパターンが形成されている状態でスピンコート法等により成膜される。絶縁膜１６ｂ上の下電極２０の上面及び端面を覆った圧電体層３０を形成するため、絶縁膜１６ｂがストッパー層とされて圧電材料がドライエッチングされる。
【００３０】
図５（ａ）は、スピンコート法により成膜された圧電体層３０を模式的に示す端面図である。図５（ｂ）は、酸化ジルコニウム層のような絶縁膜１６ｂの表面に転写されるストライエーション１７を模式的に示す端面図である。図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＡ５−Ａ５の位置で破断した端面図である。図５（ｄ）は、撓み低減膜８０を形成した幅方向外側の領域を破断した端面図である。
【００３１】
スピンコート法により圧電材料を成膜すると、圧電体層３０の表面にストライエーション３１と呼ばれる縞模様が形成される。ＰＺＴ等の圧電材料をエッチングするとき、エッチング速度の関係は、（圧電材料のエッチング速度）＞（絶縁膜のエッチング速度）＞（下電極のエッチング速度）である。圧電素子が共通下電極構造であれば、エッチング速度の遅い下電極をエッチングのストッパー層として圧電材料をエッチングすることになるので、圧電材料のストライエーションは能動部の幅方向外側の下電極に転写され難い。むろん、この部分の下電極にストライエーションが転写される場合には、本技術を適用することにより長手方向の位置による変位ばらつきを抑制することができる。一方、絶縁膜１６ｂをストッパー層として圧電材料をエッチングすると、図５（ｂ）に示すように、能動部４の幅方向外側の絶縁膜１６ｂに圧電材料のストライエーションが容易に転写されてしまう。絶縁膜１６ｂにストライエーション１７が転写されると、長手方向Ｄ２に沿って破断した図５（ｃ）に示すように、圧力発生室対応領域Ｒ１内における能動部４の幅方向外側領域Ｒ２は、厚みが圧力発生室１２の長手方向Ｄ２の位置によりばらつく。ここで、幅方向外側領域Ｒ２において、厚みの最大値をＴmax、厚みの最小値をＴmin（Ｔmin＞０）とする。後述する撓み低減膜８０が無いと、幅方向外側領域Ｒ２の厚みのばらつき比Ｔmax／Ｔminが相対的に大きく、可撓性の非能動部の剛性が長手方向Ｄ２の位置により大きく異なり変位量が大きくばらつくと考えられる。長手方向Ｄ２の位置に応じた変位ばらつきが大きいと、局所的に応力が集中して圧電素子が破壊される可能性があり、液体噴射ヘッドの耐久性が低下する可能性がある。
【００３２】
一方、図１（ａ），（ｂ）及び図５（ｄ）に示すように、記録ヘッド１は、少なくとも、圧力発生室対応領域Ｒ１のうち能動部４の幅方向外側領域Ｒ２に、当該領域Ｒ２における「感度」（撓み）を鈍らせる撓み低減膜８０が圧力発生室の長手方向Ｄ２に沿って形成されている。これにより、長手方向Ｄ２の位置による幅方向外側領域Ｒ２の剛性の違いが小さくなり、長手方向Ｄ２の位置に応じた変位量のばらつきが抑制される。話を単純化して、撓み低減膜８０の厚みをＴr（Ｔr＞０）、幅方向外側領域Ｒ２の厚みのばらつき比Ｒtを（Ｔmax＋Ｔr）／（Ｔmin＋Ｔr）と仮定する。このばらつき比Ｒtは撓み低減膜が無い場合のばらつき比Ｔmax／Ｔminよりも小さくなることから、変位低減膜の存在は変位ばらつきの抑制に寄与する。長手方向Ｄ２の位置による変位ばらつきが小さくなると、局所的に集中する応力が緩和され、液体噴射ヘッドの耐久性が向上する。
【００３３】
図１（ａ）に示す撓み低減膜８０Ａは、幅方向Ｄ１において、圧力発生室対応領域Ｒ１内の狭幅部３５よりも外側の位置Ｌ３から隔壁１１に対応する領域、すなわち、圧力発生室対応領域Ｒ１外にかけて上電極４０上に形成されている。撓み低減膜が隔壁に対応する領域にかかっていると、幅方向外側領域Ｒ２が補強され、液体噴射ヘッドの耐久性が向上する。長尺な撓み低減膜８０Ａの長手方向Ｄ２における端部は、圧電体開口部３６よりも外側とされている。これらの特徴を撓み低減膜が有していることにより、圧力発生室の長手方向Ｄ２の位置による変位ばらつきがより好ましく抑制される。また、撓み低減膜８０Ａの長手方向Ｄ２における端部は、圧力発生室１２の端部よりも内側、さらに、長手方向能動端４ｂよりも内側とされている。これにより、撓み低減膜の材料を極力少なくすることができる。
【００３４】
さらに、撓み低減膜８０Ａは、リード電極４５と同じ材料で形成されている。これにより、リード電極と撓み低減膜を同時に形成することができ、コストを低減することができる。
なお、撓み低減膜８０Ａの厚みは、例えば１０〜５００ｎｍ程度とすることができる。撓み低減膜８０Ａの幅方向Ｄ１における幅は、例えば３〜１５μｍ程度とすることができる。
【００３５】
撓み低減膜８０を積層した流路形成基板１０には、例えば接着剤５５によって保護基板５０が接合されている。この保護基板５０を厚み方向へ貫通したリザーバ部５１は、連通部１３とともに共通のインク室（液体室）となるリザーバ９を構成する。圧電素子３に対向する領域に形成された圧電素子保持部５２は、圧電素子３の運動を阻害しない程度の空間を有する。保護基板５０には、例えば、シリコン単結晶基板、ガラス、セラミックス材料、等を用いることができる。保護基板５０の厚みは、特に限定されないが、例えば３００〜５００μｍ程度とすることができる。
【００３６】
保護基板５０上には、コンプライアンス基板６０及び駆動回路６５が固定されている。
コンプライアンス基板６０に設けられた封止膜６１は、例えば厚み４〜８μｍ程度のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）といった剛性が低く可撓性を有する材料等が用いられ、リザーバ部５１の一方の面を封止する。また、コンプライアンス基板６０に設けられた固定板６２は、例えば厚み２０〜４０μｍ程度のステンレス鋼（ＳＵＳ）といった金属等の硬質の材料が用いられ、リザーバ９に対向する領域が開口部６３とされている。
【００３７】
駆動回路６５は、接続配線６６を介してリード電極４５と電気的に接続され、並設された圧電素子３を駆動する。駆動回路６５には、回路基板、半導体集積回路（ＩＣ）、等を用いることができる。接続配線６６には、ボンディングワイヤといった導電性ワイヤ等を用いることができる。
【００３８】
ノズルプレート７０には、各圧力発生室１２のインク供給口１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口７１が穿設されている。従って、圧力発生室１２は、液体を吐出するノズル開口７１に連通している。ノズルプレート７０は、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼、等を用いることができ、流路形成基板１０の開口面側に固着されている。ノズルプレート７０の厚みは、特に限定されないが、例えば０．０１〜１ｍｍ程度とすることができる。
【００３９】
（２）液体噴射ヘッドの製造方法の例：
次に、図６，７を参照して、記録ヘッドの製造方法を例示する。図６，７は、圧力発生室の長手方向Ｄ２に沿った垂直断面図である。まず、流路形成基板１０用のシリコンウェハを例えば１１００℃程度の拡散炉で熱酸化する等によって、図６（ａ）に示されるように、シリコン基板１５の表面に対して弾性膜１６ａを一体に形成する。弾性膜１６ａは、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）等で構成することができ、例えば厚み０．８〜１．２μｍ程度とすることができる。次いで、弾性膜１６ａ上に絶縁膜１６ｂを形成する。例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を弾性膜１６ａ上に形成した後にジルコニウム層を例えば５００〜１２００℃程度の拡散炉で熱酸化することにより、酸化ジルコニウム層を絶縁膜１６ｂとして形成することができる。絶縁膜１６ｂの厚みは、例えば０．３〜０．５μｍ程度とすることができる。
【００４０】
次いで、スパッタ法等によって振動板１６上に下電極２０を形成する（下電極形成工程）。図６（ａ）に示す例では、下電極２０を形成した後にパターニングしている。なお、上述した酸化ジルコニウム層の代わりに、又は、酸化ジルコニウム層に加えて、窒化チタンアルミ（ＴｉＡｌＮ）膜、Ｉｒ膜、酸化イリジウム（ＩｒＯ）膜、等の層を密着層又は拡散防止層として振動板１６上に形成したうえで、当該層上に下電極２０を形成してもよい。
【００４１】
次いで、液相法等によって下電極２０の上面及び端面の大部分に圧電体層３０を形成する（圧電体層形成工程）。図６（ｂ）に示す例では、下電極２０を設けた基板上に圧電体層３０を形成した後にパターニングしている。スピンコート法等の液相法の場合、例えば、上述したＰＺＴを構成する金属の有機物を分散媒に分散した前駆体溶液を用い、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程、及び、焼成工程を経て結晶化させることにより、圧電体層３０が形成される。前記塗布工程では、下電極２０を形成した絶縁膜１６ｂの上側に前記前駆体溶液を例えばスピンコート法により塗布する。前記乾燥工程では、塗布膜を、例えば、１７０〜１８０℃程度に加熱し８〜３０分程度保持して乾燥する。前記脱脂工程では、乾燥後の膜を、例えば、３００〜４００℃程度に加熱し１０〜３０分程度保持して脱脂する。脱脂とは、前駆体溶液に含まれる有機成分を、例えばＮＯ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等として離脱させることである。乾燥用及び脱脂用の加熱装置には、ホットプレート、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置、等を用いることができる。前記焼成工程では、脱脂後の膜を、例えば、５５０〜８００℃程度に加熱し５〜３０分間程度焼成してペロブスカイト型酸化物を形成させ、圧電体層３０を形成する。焼成時の加熱方法は、ＲＴＰ装置等によるＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）法等とすることができる。
なお、圧電体層３０を厚くするため、塗布工程と乾燥工程と脱脂工程と焼成工程の組合せを複数回行ってもよい。
【００４２】
次いで、スパッタ法等によって圧電体層３０の上面及び端面の大部分に上電極４０を形成する（上電極形成工程）。図６（ｃ）に示す例では、圧電体層３０を設けた基板上に上電極４０を形成した後にパターニングして圧電素子３を形成している。これにより、圧電体層３０及び電極（２０，４０）を有する圧電素子３が形成され、この圧電素子３及び振動板１６を備えた圧電アクチュエーター２が形成される。
【００４３】
次いで、スパッタ法等によって基板上にリード電極４５及び撓み低減膜８０Ａを同時に形成する（配線工程）。図７（ａ）に示す例では、圧電素子３を設けた基板の全面に亘って金等の金属層を形成した後にレジスト等からなるマスクパターンを介してパターニングすることにより、リード電極４５及び撓み低減膜８０Ａが同時に設けられる。なお、撓み低減膜８０Ａの位置は図１（ａ），（ｂ）等に示す通りであり、図７（ａ）には図示されていない。各下電極２０には、コンタクトホール３２から圧電体層３０上のリード電極４５が接続されている。一方、撓み低減膜８０Ａは、共通電極の上電極４０に積層され、下電極２０に繋がっていない。
【００４４】
なお、電極（２０，４０）やリード電極４５や撓み低減膜８０Ａは、ＤＣ（直流）マグネトロンスパッタリング法といったスパッタ法等によって形成することができる。各層の厚みは、スパッタ装置の印加電圧やスパッタ処理時間を変えることにより調整することができる。
【００４５】
次いで、図７（ｂ）に示されるように、圧電素子保持部５２等を予め形成した保護基板５０を基板上に例えば接着剤５５によって接合する。次いで、図７（ｂ）の破線で示すように、弾性膜１６ａを形成したシリコン基板１５を例えば６０〜８０μｍ程度にする。例えば、当該シリコン基板１５において圧電素子３とは反対側をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより所定の厚みにする。次いで、図７（ｃ）に示すように、当該シリコン基板１５において圧力発生室１２側となる面にマスク膜１８を形成し、所定形状にパターニングする。マスク膜１８には、窒化シリコン（ＳｉＮ）等を用いることができる。次いで、ＫＯＨ水溶液等のアルカリ溶液を用いてシリコン基板１５を異方性エッチング（ウェットエッチング）する。これにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２及びインク供給口１４と、連通部１３とが形成される。
なお、圧力発生室１２は、圧電素子３の形成前に形成されてもよい。
【００４６】
次いで、流路形成基板１０及び保護基板５０の周縁部の不要部分を例えばダイシングにより切断して除去する。次いで、図３に示されるように、ノズル開口７１を予め形成したノズルプレート７０をシリコン基板１５の圧力発生室１２側の面に接合する。流路形成基板１０の開口面側に対するノズルプレート７０の固着には、接着剤、熱溶着フィルム、等を用いることができる。
【００４７】
次いで、封止膜６１と固定板６２を積層したコンプライアンス基板６０を保護基板５０上に接合し、所定のチップサイズに分割する。また、保護基板５０上には、駆動回路６５が固定される。
以上により、記録ヘッド１が製造される。
【００４８】
本記録ヘッド１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、リザーバ９からノズル開口７１に至るまで内部をインクで満たす。駆動回路６５からの記録信号に従い、圧力発生室１２毎に下電極２０と上電極４０との間に電圧を印加すると、圧電体層３０、下電極２０及び振動板１６の変形によりノズル開口７１からインク滴が吐出する。
【００４９】
本記録ヘッド１は、圧力発生室対応領域Ｒ１のうち幅方向外側領域Ｒ２に撓み低減膜８０が圧力発生室の長手方向Ｄ２に沿って形成されているので、ストライエーション１７等によって幅方向外側領域Ｒ２に生じる長手方向Ｄ２の位置による剛性の違いが小さくなる。これにより、長手方向Ｄ２の位置による変位ばらつきが抑制され、局所的に集中する応力が緩和されて、液体噴射ヘッドの耐久性が向上する。
【００５０】
（３）液体噴射装置：
図８は、上述した記録ヘッド１を有するインクジェット式の記録装置（液体噴射装置）２００の外観を示している。記録ヘッド１を記録ヘッドユニット２１１，２１２に組み込むと、耐久性を向上させた記録装置２００を製造することができる。図８に示す記録装置２００は、記録ヘッドユニット２１１，２１２のそれぞれに、記録ヘッド１が設けられ、外部インク供給手段であるインクカートリッジ２２１，２２２が着脱可能に設けられている。記録ヘッドユニット２１１，２１２を搭載したキャリッジ２０３は、装置本体２０４に取り付けられたキャリッジ軸２０５に沿って往復移動可能に設けられている。駆動モーター２０６の駆動力が図示しない複数の歯車及びタイミングベルト２０７を介してキャリッジ２０３に伝達されると、キャリッジ２０３がキャリッジ軸２０５に沿って移動する。図示しない給紙ローラー等により給紙される記録シート２９０は、プラテン２０８上に搬送され、インクカートリッジ２２１，２２２から供給され記録ヘッド１から吐出するインクにより印刷がなされる。
【００５１】
（４）変形例：
本発明は、種々の変形例が考えられる。
例えば、撓み低減膜は、圧力発生室対応領域Ｒ１のうち幅方向外側領域Ｒ２のみに形成されてもよい。圧力発生室の長手方向に沿った撓み低減膜は、直線状のみならず、曲線状、折れ線状、等でもよい。撓み低減膜の形成箇所は、上電極上のみならず、圧電体層上、下電極上、絶縁膜上といった振動板上、等でもよい。撓み低減膜は、リード電極と同じ材料の層に加えて異なる材料の層を有していてもよい。この場合も、リード電極の形成時に撓み低減膜も形成することができ、コストを低減することができる。撓み低減膜を形成する工程は、リード電極を形成する工程とは別でもよい。また、撓み低減膜は、下電極と同じ材料、圧電体層と同じ材料、上電極と同じ材料、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）といった非導電材料、これらの組合せ、等、リード電極とは異なる材料で形成されてもよい。共通上電極構造において撓み低減膜を上電極と同じ材料で形成する場合、上電極形成工程とは別に、上電極と同じ材料の撓み低減膜を厚くする工程を設けるとよい。
【００５２】
図９（ａ），（ｂ）は、上述した撓み低減膜８０Ａよりも幅を狭く、かつ、厚くした撓み低減膜８０Ｂを有する液体噴射ヘッドの構成の概略を示している。むろん、長尺な撓み低減膜８０Ｂは、圧力発生室対応領域Ｒ１のうち能動部４の幅方向外側領域Ｒ２において圧力発生室の長手方向Ｄ２に沿って形成されている。本撓み低減膜８０Ｂは、幅方向Ｄ１において、圧力発生室対応領域Ｒ１内の狭幅部３５の境界位置Ｌ２よりも外側、かつ、圧力発生室１２の境界位置Ｌ４よりも内側の上電極４０上に形成されている。なお、撓み低減膜８０Ｂの長手方向Ｄ２における端部は、能動部４の長手方向能動端４ｂよりも外側、かつ、圧力発生室１２の端部よりも内側とされている。また、幅方向Ｄ１において、上電極との接触範囲は、撓み低減膜８０Ａの場合と比べて狭くなっている。従って、上述した撓み低減膜８０Ａの場合と比べて、能動部４が撓み易くなって能動部４の変位量の低下が抑制されるうえ、圧力発生室の長手方向Ｄ２の位置による変位ばらつきがさらに抑制される。
【００５３】
ここで、上述した撓み低減膜８０Ａの厚みをＴr1（Ｔr1＞０）、撓み低減膜８０Ａを用いた幅方向外側領域Ｒ２の厚みのばらつき比Ｒt1を（Ｔmax＋Ｔr1）／（Ｔmin＋Ｔr1）、撓み低減膜８０Ｂの厚みをＴr2（Ｔr2＞Ｔr1）、撓み低減膜８０Ｂを用いた幅方向外側領域Ｒ２の厚みのばらつき比Ｒt2を（Ｔmax＋Ｔr2）／（Ｔmin＋Ｔr2）と仮定する。撓み低減膜８０Ｂの場合のばらつき比Ｒt2が撓み低減膜８０Ａの場合のばらつき比Ｒt1よりも小さくなることから、撓み低減膜８０Ｂは変位ばらつきのさらなる抑制に寄与する。
【００５４】
なお、撓み低減膜８０Ｂを形成する材料には、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒ、Ｔｉ、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯx）といった導電性金属酸化物、圧電材料、酸化アルミニウムといった非導電材料、これらの組合せ、等、様々な材料を用いることができる。撓み低減膜８０Ｂの厚みは、例えば１００〜５０００ｎｍ程度とすることができる。撓み低減膜８０Ｂの幅方向Ｄ１における幅は、例えば１〜５μｍ程度とすることができる。
【００５５】
図１０（ａ），（ｂ）は、厚みのある圧電体層３０と同じ材料を有する撓み低減膜８０Ｃを形成した液体噴射ヘッドの構成の概略を示している。むろん、長尺な撓み低減膜８０Ｃは、圧力発生室対応領域Ｒ１のうち幅方向外側領域Ｒ２において長手方向Ｄ２に沿って形成されている。本撓み低減膜８０Ｃは、幅方向外側領域Ｒ２に下電極２０を覆っていない圧電体層３０を残し、この圧電体層３０の上面及び端面に上電極４０を形成したものである。撓み低減膜８０Ｃは、幅方向Ｄ１において、圧力発生室対応領域Ｒ１内の狭幅部３５の境界位置Ｌ２よりも外側の絶縁膜１６ｂ上に形成されている。なお、撓み低減膜８０Ｃの長手方向Ｄ２における端部は、圧電体開口部３６よりも内側とされている。また、幅方向Ｄ１において、下電極との接触範囲は、撓み低減膜８０Ａと上電極との接触範囲よりも狭くなっている。撓み低減膜８０Ｃに厚みのある圧電体層３０と同程度の厚みがあるので、上述した撓み低減膜８０Ａの場合と比べて、能動部４が撓み易くなって能動部４の変位量の低下が抑制されるうえ、長手方向Ｄ２の位置による変位ばらつきがさらに抑制される。
【００５６】
本撓み低減膜８０Ｃは、圧電体層３０と同じ材料を有しているので、圧電体層の形成時に撓み低減膜も形成することができ、コストを低減することができる。なお、撓み低減膜８０Ｃの厚みは、例えば１００〜５０００ｎｍ程度とすることができる。撓み低減膜８０Ｃの幅方向Ｄ１における幅は、例えば１〜５μｍ程度とすることができる。撓み低減膜は、圧電体層と上電極以外の層が積層されてもよいし、上電極が積層されず圧電体層のみで構成されてもよい。
【００５７】
図１１（ａ），（ｂ）は、圧電体層３０の前に形成される下電極２０と同じ材料を有する撓み低減膜８０Ｄを形成した液体噴射ヘッドの構成の概略を示している。むろん、長尺な撓み低減膜８０Ｄは、圧力発生室対応領域Ｒ１のうち幅方向外側領域Ｒ２において長手方向Ｄ２に沿って形成されている。本撓み低減膜８０Ｄは、幅方向Ｄ１において、圧力発生室対応領域Ｒ１内の狭幅部３５の境界位置Ｌ２から圧力発生室対応領域Ｒ１外にかけて絶縁膜１６ｂ上に形成されている。本液体噴射ヘッドも、撓み低減膜８０Ｄにより長手方向Ｄ２の位置による変位ばらつきが抑制される。
【００５８】
本撓み低減膜８０Ｄは、下電極２０と同じ材料を有しているので、下電極の形成時に撓み低減膜も形成することができ、コストを低減することができる。なお、撓み低減膜８０Ｄの厚みは、例えば１０〜５００ｎｍ程度とすることができる。撓み低減膜８０Ｄの幅方向Ｄ１における幅は、例えば３〜１５μｍ程度とすることができる。撓み低減膜は、下電極と上電極以外の層が積層されてもよいし、上電極が積層されず下電極のみで構成されてもよい。
【００５９】
圧電体層３０の前に形成される下電極２０は、圧電体層３０をエッチングする工程において絶縁膜１６ｂよりもエッチング速度の遅い材料である。従って、撓み低減膜８０Ｄは、圧電体層のエッチング工程におけるストッパー層を構成し、当該工程で転写されるストライエーションを低減させ、圧力発生室の長手方向の位置による変位ばらつきがさらに抑制される。
また、上記ストッパー層を構成する観点から、圧電体層のエッチング工程において絶縁膜よりもエッチング速度の遅い撓み低減膜に下電極とは異なる材料を用いてもよい。このような材料には、ニッケル酸ランタンといった導電性金属酸化物、Ｐｔ、Ａｕ、Ｉｒといった貴金属、等がある。この場合、下電極形成工程とは別に撓み低減膜を形成する工程を設けるとよい。
【００６０】
（５）応用、その他：
上述した実施形態では流路形成基板にリザーバの一部を形成しているが、流路形成基板とは別の部材にリザーバを形成することも可能である。
上述した実施形態では圧電素子の上側を圧電素子保持部で覆っているが、圧電素子の上側を大気に開放することも可能である。
【００６１】
流体噴射ヘッドから吐出される液体は、液体噴射ヘッドから吐出可能な材料であればよく、染料等が溶媒に溶解した溶液、顔料や金属粒子といった固形粒子が分散媒に分散したゾル、等の流体が含まれる。このような流体には、インク、液晶、等が含まれる。液体噴射ヘッドは、プリンターといった画像記録装置の他、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造装置、有機ＥＬディスプレー等の電極の製造装置、バイオチップ製造装置、等に搭載可能である。
【００６２】
以上説明したように、本発明によると、種々の態様により、圧力発生室の長手方向の位置による変位ばらつきを抑制した液体噴射ヘッド等の技術を提供することができる。
また、上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。
【符号の説明】
【００６３】
１…記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、２…圧電アクチュエーター、３…圧電素子、４…能動部、４ａ…幅方向能動端、４ｂ…長手方向能動端、９…リザーバ、１０…流路形成基板、１１…隔壁、１２…圧力発生室、１５…シリコン基板、１６…振動板、１７…ストライエーション、２０…下電極（第１電極）、３０…圧電体層、３１…ストライエーション、３５…狭幅部、３６…圧電体開口部、４０…上電極（第２電極）、４１…上電極開口部、４２…上電極切欠部、４５…リード電極、５０…保護基板、６０…コンプライアンス基板、６５…駆動回路、７０…ノズルプレート、７１…ノズル開口、８０，８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ，８０Ｄ…撓み低減膜、２００…記録装置（液体噴射装置）、Ｄ１…圧力発生室の幅方向、Ｄ２…圧力発生室の長手方向、Ｌ１…下電極の境界位置、Ｌ２…狭幅部の境界位置、Ｌ３…外側の位置、Ｌ４…圧力発生室の境界位置、Ｒ１…圧力発生室対応領域、Ｒ２…幅方向外側領域、ＳＧ１…セグメント。
【図１】
2013146882.tif 000003
【図２】
2013146882.tif 000004
【図３】
2013146882.tif 000005
【図４】
2013146882.tif 000006
【図５】
2013146882.tif 000007
【図６】
2013146882.tif 000008
【図７】
2013146882.tif 000009
【図８】
2013146882.tif 000010
【図９】
2013146882.tif 000011
【図１０】
2013146882.tif 000012
【図１１】
2013146882.tif 000013