(57)【要約】【課題】振動板の劣化による液体噴射ヘッドの性能の低下を抑制すること。【解決手段】振動板５０と、振動板５０の第２振動膜５２に形成された圧電素子３００と、を含み、圧電素子３００は、第１電極６０と、第１電極６０を覆う圧電体層７０と、圧電体層７０を覆う第２電極８０とが順に積層された能動部３２０と、圧電体層７０及び第２電極８０の少なくとも一方が配置された非能動部３３０と、を有し、非能動部３３０は、第２振動膜５２を露出する開口部５３を有し、開口部５３は保護膜４００で覆われていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、
前記振動板の第１面に形成された圧電素子と、
を含み、
前記圧電素子は、
第１の導電層と、前記第１の導電層を覆う圧電体層と、前記圧電体層を覆う第２の導電層とが順に積層された能動部と、
前記圧電体層及び前記第２の導電層の少なくとも一方が配置された非能動部と、
を有し、
前記非能動部は、前記第１面を露出する開口部を有し、
前記開口部は、保護膜で覆われていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記保護膜は樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記振動板は、前記第１面を構成する第１部材と、前記第１部材の前記第１の導電層と反対側に配置された第２部材と、を有し、
前記開口部で露出された前記第１部材は、前記開口部で露出されていない前記第１部材よりも薄いことを特徴とする請求項１または２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記第２の導電層は、前記開口部を囲み前記圧電体層から張り出した第１部分と、前記圧電体層を覆う第２部分とを有し、
前記保護膜は、前記第１部分の少なくとも一部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記第２の導電層は、前記開口部を囲み前記圧電体層から張り出した第１部分と、前記圧電体層を覆う第２部分とを有し、
前記保護膜は、前記第１部分と前記第２部分の少なくとも一部とを覆うように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記保護膜のヤング率は、前記第２の導電層のヤング率よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記保護膜のヤング率は１０ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
前記保護膜は、引っ張り応力を有する膜であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
前記保護膜は、導電性を有していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の液体噴射ヘッドを有していることを特徴とする液体噴射装置。
【請求項１１】
振動板と、前記振動板の第１面に形成された圧電素子と、を含む液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記圧電素子は、第１の導電層と圧電体層と第２の導電層とが順に積層された能動部と、前記圧電体層及び前記第２の導電層の少なくとも一方が積層された非能動部と、を有し、
前記第１面に前記第１の導電層を形成する工程と、
前記圧電体層を形成する工程と、
前記第２の導電層を形成する工程と、
前記非能動部に前記第１面を露出する開口部を形成する工程と、
感光性樹脂材料によって前記開口部を覆う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。
【請求項１２】
前記開口部を形成する工程は、前記振動板をエッチングし前記振動板を薄くする工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記保護膜を形成する工程では、前記保護膜を前記能動部に跨って形成することを特徴とする請求項１１または１２に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドの製造方法、及び液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体噴射ヘッドを備えたインクジェットプリンターが知られている。液体噴射ヘッドは、圧力室が設けられた流路形成基板と、圧力室に連通された振動板と、振動板の上に形成された圧電素子とを有している。液体噴射ヘッドでは、振動板を振動させて圧力室の圧力を変化させることで、インク等の液滴を噴射（吐出）する。圧電素子は、第１電極と圧電体層と第２電極とが振動板の上に順に積層された部分（能動部）と、圧電体層と第２電極とが振動板の上に順に積層された部分（非能動部）とを有している。第１電極は島状に複数形成され、圧電体層及び第２電極は複数の第１電極に跨って形成されている。第１電極と第２電極との間に信号を印加することで能動部の圧電体層が伸長し、振動板が振動する。
【０００３】
例えば、非能動部の第２電極に開口を設けた液体噴射ヘッドが提案されている（特許文献１）。非能動部に設けられた第２電極は、振動板の振動を抑制するので、非能動部の第２電極に開口を設けると振動板が振動しやすくなる。よって、特許文献１に記載の液体噴射ヘッドでは、振動板の変位量が大きくなり、液滴の吐出量を大きくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２０８１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１に記載の液体噴射ヘッドでは、振動板の変位量が大きくなりすぎると振動板にクラックが生じ、振動板が劣化し、液体噴射ヘッドの性能が低下するおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用に係る液体噴射ヘッドは、振動板と、前記振動板の第１面に形成された圧電素子と、を含み、前記圧電素子は、第１の導電層と、前記第１の導電層を覆う圧電体層と、前記圧電体層を覆う第２の導電層とが順に積層された能動部と、前記圧電体層及び前記第２の導電層の少なくとも一方が配置された非能動部と、を有し、前記非能動部は、前記第１面を露出する開口部を有し、前記開口部は、保護膜で覆われていることを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、開口部で露出された振動板は保護膜で覆われている（保護されている）ので、振動板が大きく変位（振動）した場合であっても振動板にクラックなどが生じにくくなる。すなわち、開口部で露出された振動板を保護膜で保護することで振動板が劣化しにくくなり、振動板の変位量効率を引き上げ、かつ信頼性の高い液体噴射ヘッドを提供することができる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に記載の液体噴射ヘッドは、前記保護膜は樹脂であることが好ましい。
【００１０】
樹脂は柔軟性を有しているので、振動板が変位してもクラックが生じにくく、保護膜の劣化が抑制される。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に記載の液体噴射ヘッドは、前記振動板は、前記第１面を構成する第１部材と、前記第１部材の前記第１の導電層と反対側に配置された第２部材と、を有し、前記開口部で露出された前記第１部材は、前記開口部で露出されていない前記第１部材よりも薄いことが好ましい。
【００１２】
開口部で露出された第１部材を薄くし、振動板に薄くした領域を設けると、振動板の変位を大きくすることができる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に記載の液体噴射ヘッドは、前記第２の導電層は、前記開口部を囲み前記圧電体層から張り出した第１部分と、前記圧電体層を覆う第２部分とを有し、前記保護膜は、前記第１部分の少なくとも一部を覆うように形成されていることが好ましい。
【００１４】
保護膜は、第２の導電層の第２部分を覆っていないので、第２の導電層の第２部分の変位が抑制されない。
【００１５】
［適用例５］上記適用例に記載の液体噴射ヘッドは、前記第２の導電層は、前記開口部を囲み前記圧電体層から張り出した第１部分と、前記圧電体層を覆う第２部分とを有し、前記保護膜は、前記第１部分と前記第２部分の少なくとも一部とを覆うように形成されていることが好ましい。
【００１６】
第２の導電層の第１部分及び第２の導電層の第２部分の少なくとも一部は、保護膜で覆われているので、第２の導電層の第１部分及び第２の導電層の第２部分の劣化を抑制することができる。
【００１７】
［適用例６］上記適用例に記載の液体噴射ヘッドは、前記保護膜のヤング率は、前記第２の導電層のヤング率よりも小さいことが好ましい。
【００１８】
保護膜のヤング率は第２の導電層のヤング率よりも小さいので、保護膜は第２の導電層よりも柔軟性に優れ、大きく変位しても劣化しにくくなる。
【００１９】
［適用例７］上記適用例に記載の液体噴射ヘッドは、前記保護膜のヤング率は１０ＧＰａ以下であることが好ましい。
【００２０】
保護膜のヤング率は１０ＧＰａ以下と小さいので、柔軟性に優れ、大きく変位しても劣化しにくくなる。
【００２１】
［適用例８］上記適用例に記載の液体噴射ヘッドは、前記保護膜は、引っ張り応力を有する膜であることが好ましい。
【００２２】
保護膜が引っ張り応力を有していると、保護膜が圧縮応力を有している場合と比べて、振動板の変位を抑制する力が強くなる。
【００２３】
［適用例９］上記適用例に記載の液体噴射ヘッドは、前記保護膜は、導電性を有していることが好ましい。
【００２４】
保護膜が導電性を有していると、非能動部における第２の導電層で構成される配線を低抵抗化することができる。
【００２５】
［適用例１０］本適用例に記載の液体噴射装置は、上記適用例に記載の液体噴射ヘッドを有していることを特徴とする。
【００２６】
上記適用例に記載の液体噴射ヘッドは高い信頼性を有しているので、当該液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置も高い信頼性を有す。
【００２７】
［適用例１１］本適用例に記載の液体噴射ヘッドの製造方法は、振動板と前記振動板の第１面に形成された圧電素子とを含む液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記圧電素子は、第１の導電層と圧電体層と第２の導電層とが順に積層された能動部と、前記圧電体層及び前記第２の導電層の少なくとも一方が積層された非能動部と、を有し、前記第１面に前記第１の導電層を形成する工程と、前記圧電体層を形成する工程と、第２の導電層を形成する工程と、前記非能動部に前記第１面を露出する開口部を形成する工程と、感光性樹脂材料によって前記開口部を覆う保護膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００２８】
本適用例の製造方法によれば、開口部で露出された振動板は保護膜で覆われている（保護されている）ので、振動板が大きく変位（振動）した場合であっても振動板にクラックなどが生じにくくなる。すなわち、開口部で露出された振動板を保護膜で保護することで振動板が劣化しにくくなり、振動板の変位量効率を引き上げ、かつ信頼性の高い液体噴射ヘッドを提供することができる。
【００２９】
さらに、感光性樹脂材料を使用したフォトリソプロセスで保護膜を形成するので、例えば保護膜を形成（成膜）する工程や保護膜をエッチング（パターニング）する工程が簡略化され、保護膜を形成する工程を短縮化し、液体噴射ヘッドの生産性を高めることができる。
【００３０】
［適用例１２］上記適用例に記載の液体噴射ヘッドの製造方法において、前記開口部を形成する工程は、前記振動板をエッチングし前記振動板を薄くする工程を含むことが好ましい。
【００３１】
振動板をエッチングし振動板が薄くなった領域を設けると、振動板の変位を大きくすることができる。
【００３２】
［適用例１３］上記適用例に記載の液体噴射ヘッドの製造方法において、前記保護膜を形成する工程では、前記保護膜を前記能動部に跨って形成することが好ましい。
【００３３】
保護膜を能動部に跨って形成すると、能動部の振動板が保護され、能動部の振動板にクラックなどの劣化が生じにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施形態１に係る液体噴射ヘッドの分解斜視図。
【図２】流路形成基板と振動基板とが配置された部分の断面図。
【図３】実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を示す工程フロー。
【図４】図３に示す工程フローの主要な工程を経た後の状態を示す断面図。
【図５】図３に示す工程フローの主要な工程を経た後の状態を示す断面図。
【図６】図３に示す工程フローの主要な工程を経た後の状態を示す断面図。
【図７】実施形態２に係る圧電素子の概略断面図。
【図８】実施形態３に係る圧電素子の概略断面図。
【図９】実施形態４に係る液体噴射装置の構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の各図においては、各層や各部位を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部位の縮尺を実際とは異ならせしめてある。
【００３６】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る液体噴射ヘッドの分解斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿った部分、つまり流路形成基板と振動基板とが配置された部分の断面図である。
【００３７】
図１に示すように、液体噴射ヘッド１０００では、ノズルプレート２０と、流路形成基板１０と、振動基板３５０と、保護基板３０とが順に積層されている。
【００３８】
ノズルプレート２０は、複数のノズル開口２１を有し、接着剤や熱溶着フィルム等によって流路形成基板１０に接合されている。
以降の説明では、ノズル開口２１が配置された方向をＸ方向とし、Ｘ方向と交差する方向をＹ方向とする。さらに、ノズルプレート２０から保護基板３０に向かう方向、すなわち液体噴射ヘッドの厚さ方向をＺ方向とする。
【００３９】
流路形成基板１０は、隔壁部１１と、圧力発生室１２と、を有している。圧力発生室１２のＺ方向に向かって、振動基板３５０の構成要素である振動板５０が形成されている。振動板５０は、流路形成基板１０の上方側に配置された第１振動膜５１と、圧電素子３００の側に配置された第２振動膜５２と、を備えている。第１電極６０と、圧電体層７０と、第１振動膜５１と第２振動膜５２の少なくとも一部で囲まれた部分が圧力発生室１２となる。
第１振動膜５１は「第２部材」の一例であり、第２振動膜５２は「第１部材」の一例である。
【００４０】
圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２等の液体流路面は、流路形成基板１０と振動板５０（第２振動膜５２）とで構成されている。
【００４１】
流路形成基板１０のＺ方向に向かって振動基板３５０が形成されている。振動基板３５０は、振動板５０と、圧電素子３００と、を有している。
【００４２】
振動板５０は、第１振動膜５１と、第２振動膜５２とで構成されている。第１振動膜５１は、例えば、厚さが０．５μｍの弾性を持つ膜である。第２振動膜５２は、厚さが０．２μｍの弾性絶縁性を持つ膜である。第２振動膜５２の第１振動膜５１と反対側の面（Ｚ（＋）方向側の面）には、圧電素子３００が形成されている。
なお、圧電素子３００が形成された第２振動膜５２の面は、「第１面」の一例である。
【００４３】
圧電素子３００は、第２振動膜５２のＺ方向に、厚さが概略０．２μｍの第１電極６０と、厚さが概略１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが概略０．０５μｍの第２電極８０とが順に積層されている。第１電極６０は、Ｙ方向に延びた形状を有しており、Ｘ方向に沿って複数配置されている。圧電体層７０は、第１電極６０の上方面の少なくとも一部を覆う形で形成されており、第１電極６０と同じく、Ｙ方向に延びた形状を有し、Ｘ方向に沿って複数配置されている。第２電極８０は、圧電体層７０を覆う形で形成されている。
【００４４】
以下、振動基板３５０の圧電素子３００について、さらに詳細に説明する。
図２に示すように、圧電素子３００において、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とが重なった部分が能動部３２０（Ｐ１）となり、第１電極６０が形成されていない部分（圧電体層及び第２電極の少なくとも一方が配置された部分）が非能動部３３０（Ｐ２）となる。圧電素子３００を構成する第１電極６０は圧力発生室１２毎に切り分けられ、圧電素子３００毎に独立する個別電極を構成する。第１電極６０は、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。第１電極６０のＸ方向の端部は、圧力発生室１２に対向する領域の内側に位置している。第１電極６０のＹ方向の端部は、それぞれ圧力発生室１２の外側まで延設されている。第１電極６０の材料は、金属材料であれば特に限定されないが、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等が好適に用いられる。
【００４５】
図示を省略するが、圧電体層７０のＹ方向の端部は、第１電極６０の端部よりも内側に位置しており、第１電極６０のＸ方向の端部は圧電体層７０によって覆われている。圧力発生室１２のＸ方向の端部における圧電体層７０の端部は、第１電極６０の端部よりも外側（圧力発生室１２側）に位置している。
【００４６】
圧電体層７０のＹ方向の外側まで延設された第１電極６０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。図示は省略するが、このリード電極９０は、駆動回路等に繋がる接続配線が接続される端子部を構成する。
【００４７】
圧電体層７０は、各圧力発生室１２に対して独立して形成される。振動板５０の圧力発生室１２のＸ方向端部に対向する部分（いわゆる振動板５０の腕部）の剛性が抑えられるため、圧電素子３００を良好に変位させることができる。
【００４８】
圧電体層７０は、第１電極６０のＺ方向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ペロブスカイト構造の結晶膜（ペロブスカイト型結晶）から形成される。圧電体層７０の材料は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料や、酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等を用いることができる。本実施形態では、圧電体層７０として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた。
【００４９】
第２電極８０は、圧電体層７０上に対して連続的に設けられ、複数の圧電素子３００に共通する共通電極として構成される。Ｘ方向において、第２電極８０の端部は圧電体層７０の端部よりも外側に位置している。つまり、圧電体層７０の端部は第２電極８０によって覆われている。第２電極８０の材料は、金属材料であれば特に限定されないが、例えば、イリジウム（Ｉｒ）等が好適に用いられる。
【００５０】
圧電素子３００は、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加することで変位が生じる。両電極の間に電圧を印加することで、第１電極６０と第２電極８０とで挟まれている圧電体層７０に圧電歪みが生じる。両電極に電圧を印加した際に、能動部３２０（Ｐ１）では圧電体層７０に圧電歪みが生じ、非能動部３３０（Ｐ２）では圧電体層７０に圧電歪みが生じにくい。
【００５１】
本実施形態では、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０の全てが圧力発生室１２の外側まで連続的に設けられている。能動部３２０が圧力発生室１２の外側まで連続的に設けられている。
【００５２】
非能動部３３０に配置されている第２電極８０の第２部分８１には、第２振動膜５２を露出させる開口部５３が設けられている。換言すれば、圧電素子３００が形成された第２振動膜５２の面を露出させる開口部５３が設けられている。
開口部５３の位置は、第２電極８０の第２部分８１内（振動板５０の腕部）であればよく、特に限定されない。開口部５３の形状は、第２振動膜５２の少なくとも一部の上面を露出させることができれば、特に限定されない。
【００５３】
開口部５３と圧電体層７０との間で、圧電体層７０から第２電極８０が張り出した部分が、第２電極８０の第２部分８１となる。以降、第２電極８０の第２部分８１を、第２電極張り出し部８１と称す。開口部５３で露出された第２振動膜５２は、開口部５３が設けられていない部分の第２振動膜５２より薄くなっている。
なお、第２電極８０の第２部分８１（第２電極張り出し部８１）は、本発明における「第１部分」の一例である。また、圧電体層７０を覆う部分の第２電極８０は、「第２部分」の一例である。
【００５４】
保護膜４００は、有機材料で構成される樹脂である。保護膜４００は、例えばエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、珪素系樹脂及びフッ素系樹脂から選択される少なくとも一つを含む。なお、保護膜４００は、例えば、フォトリソグラフィー法、スピンコート法、スプレー法などの溶液塗布法である液相成膜により形成することができる。
【００５５】
詳しくは、保護膜４００は、感光性ポリイミド（ヤング率：約１０ＧＰａ）を用いて、フォトリソグラフィー法によって形成された樹脂である。保護膜４００は、開口部５３、及び第２電極張り出し部８１の少なくとも一部を保護するように（覆うように）形成されている。換言すれば、圧電素子３００が形成された第２振動膜５２の面を露出させる開口部５３は、保護膜４００で覆われている。
【００５６】
保護膜４００は、第２電極張り出し部８１と開口部５３とに跨って形成され、保護膜４００の膜厚は、約０．４μｍである。保護膜４００を、開口部５３及び第２電極張り出し部８１の少なくとも一部を保護するように形成することによって、例えば振動板５０の変位量が大きくなりすぎ振動板５０にクラックが生じ、振動板５０が劣化するという不具合を抑制することができる。すなわち、保護膜４００を設けることによって、振動板５０にクラック等が生じにくくなる。
【００５７】
さらに、保護膜４００は、例えば導電性を有する樹脂（導電性有機材料）であってもよい。導電性を有する樹脂としては、例えばポリチオフェン系樹脂、ポリアセチレン系樹脂、ポリアニリン系樹脂、ポリピロール系樹脂から選択される少なくとも一つを含む導電性樹脂（導電性高分子）が挙げられる。導電性を有する樹脂で構成される保護膜４００は、例えば、インクジェット法などの溶液塗布法である液相成膜により形成することができる。
保護膜４００が導電性を有することで、第２電極８０の抵抗を下げることができる。
【００５８】
さらに、保護膜４００は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯx）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯx）、酸化タンタル（ＴａＯx）、酸化アルミニウム（ＡｌＯx）及び酸化チタン（ＴｉＯx）の少なくとも一つを含む無機膜（無機材料）であってもよい。保護膜４００を無機膜で構成する場合は、保護膜４００の構成材料は、例えば無機アモルファス材料である酸化アルミニウム（ＡｌＯx）やアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を用いることが好ましい。無機膜からなる保護膜４００は、例えば、ＭＯＤ法、ゾル−ゲル法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の気相成膜により形成することができる。
保護膜４００を無機材料で構成すると、保護膜４００を有機材料で構成する場合と比べて、保護膜４００が劣化しにくく、保護膜４００の信頼性を高めることができる。
【００５９】
保護膜４００は、第２電極８０よりもヤング率が小さい材料を用いることが好ましい。つまり、保護膜４００は、例えば第２電極８０のヤング率である約２００ＧＰａよりも小さいヤング率の材料で構成することが好ましい。詳しくは、保護膜４００のヤング率は、約１ＧＰａ以下であることが好ましい。
第２電極８０よりも小さいヤング率の保護膜４００を設けることで、能動部３２０の変位を妨げることなく、能動部３２０の振動板５０や第２電極８０を保護することができる。
【００６０】
保護膜４００は、内部応力が引っ張り応力であるのが好ましい。保護膜４００の内部応力を引っ張り応力とすることで、能動部を圧力発生室１２とは反対側に凸として、変位特性を向上させることができる。なお、内部応力が引っ張り応力である保護膜４００は、ＣＶＤ法などの気相成膜やスピンコート法、フォトリソグラフィー法等の溶液塗布法などの液相成膜により形成することができる。
【００６１】
保護膜４００の構成材料は、靱性を有する材料が好ましい。保護膜４００が靱性を有すると、開口部５３を保護膜４００で覆うことにより、振動板５０にクラック等が生じにくくなる。
【００６２】
本実施形態の液体噴射ヘッド１０００は、図示しないが、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、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する。これにより圧電素子３００と共に振動板５０がたわみ変形して各圧力発生室１２内の圧力が高まり、各ノズル開口２１からインク滴が噴射される。
【００６３】
図３は、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を示す工程フローである。図４〜図６は、図２に対応する図であり、図３に示す工程フローの主要な工程を経た後の状態を示す断面図である。
以下、図３〜図６を参照し、本実施形態の液体噴射ヘッドの製造方法について説明する。
【００６４】
図３に示すように、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、第１振動膜５１を形成する工程（ステップＳ１）と、第２振動膜５２を形成する工程（ステップＳ２）と、第１電極６０を形成する工程（ステップＳ３）と、第１電極６０をエッチングする工程（ステップＳ４）と、圧電体層７０（圧電体膜７４）を形成する工程（ステップＳ５）と、圧電体層７０をエッチングする工程（ステップＳ６）と、第２電極８０を形成する工程（ステップＳ７）と、第２電極８０をエッチングする工程（ステップＳ８）と、保護膜４００を形成する工程（ステップＳ９）と、を含む。
なお、ステップＳ３，Ｓ４は、「第１面に第１の導電層を形成する工程」の一例である。ステップＳ５，Ｓ６は、「圧電体層を形成する工程」の一例である。ステップＳ７は、「第２の導電層を形成する工程」の一例である。ステップＳ８は、「開口部を形成する工程」の一例である。ステップＳ９は、「保護膜を形成する工程」の一例である。
【００６５】
図４（ａ）に示すように、ステップＳ１では、流路形成基板用ウェハー１１０の表面に第１振動膜５１を形成する。流路形成基板用ウェハー１１０はシリコン基板で構成されており、流路形成基板用ウェハー１１０（シリコン基板）を熱酸化することによって二酸化シリコンからなる第１振動膜５１を形成する。
【００６６】
なお、第１振動膜５１の構成材料は、二酸化シリコンに限定されず、窒化シリコン膜、ポリシリコン膜、有機膜（ポリイミド、パリレンなど）等であってもよい。第１振動膜５１は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、スピンコート法等によって形成してもよい。
【００６７】
図４（ｂ）に示すように、ステップＳ２では、第１振動膜５１上に酸化ジルコニウムからなる第２振動膜５２を形成する。第２振動膜５２は、酸化ジルコニウムに限定されず、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ3）等を使用してもよい。第２振動膜５２を形成する方法としては、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等が挙げられる。
【００６８】
図４（ｃ）に示すように、ステップＳ３では、第２振動膜５２上の全面に第１電極６０を形成する。第１電極６０の構成材料は特に限定されないが、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望まく、例えば第１電極６０の構成材料としては白金、イリジウム等を使用することができる。第１電極６０は、例えばスパッタリング法やＰＶＤ法（物理蒸着法）などの方法で形成することができる。
【００６９】
図４（ｄ）に示すように、ステップＳ４では、第１電極６０を傾斜した側面（テーパ形側面）を有するようにパターニングする。第１電極６０のパターニングは、例えばイオンミリング等のドライエッチングにより行うことができる。第１電極６０は、各能動部３２０の個別電極として機能するため、ステップＳ４によって第１電極６０を能動部３２０毎に完全に切り分ける。
【００７０】
ステップＳ５では、塗布工程と、乾燥工程と、脱脂工程と、焼成工程とを繰り返し、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成する。詳しくは、金属錯体を溶媒に溶解・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を形成する、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成する。圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal Organic Decomposition）法や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。すなわち、圧電体層７０は液相法及び気相法の何れかの方法で形成してもよい。
【００７１】
圧電体層７０の具体的な形成手順としては、ＰＺＴ前駆体膜である圧電体前駆体膜を成膜する。
まず、第１電極６０（結晶種層）が形成された流路形成基板用ウェハー１１０上に金属錯体を含むゾル（溶液）を塗布する。この金属錯体を塗布する工程が塗布工程である。ゾルの塗布方法は特に限定されず、例えば、スピンコート装置を用いたスピンコート法やスリットコーターを用いたスリットコート法等が挙げられる。
【００７２】
次に、圧電体前駆体膜を、所定温度に加熱して一定時間乾燥する。この圧電体前駆体膜を乾燥する工程が乾燥工程である。本実施形態では、圧電体前駆体膜を１７０〜１８０℃で８〜３０分間保持する処理を施している。
【００７３】
次に、圧電体前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する。脱脂とは、圧電体前駆体膜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。圧電体膜７４を脱脂する工程が脱脂工程である。本実施形態では、圧電体前駆体膜を３００〜４００℃程度の温度に加熱して約１０〜３０分保持する。
【００７４】
圧電体前駆体膜を所定温度に加熱し、一定時間保持し、結晶化させ、圧電体膜７４を形成する。この圧電体前駆体膜を結晶化させ、圧電体膜７４を形成する工程が結晶化工程である。結晶化工程では、昇温レートが概略５０℃／ｓｅｃ以上、熱処理温度（結晶化温度）が６５０℃以上であることが好ましい。
【００７５】
乾燥工程、脱脂工程、及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えばホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置などを用いることができる。
【００７６】
図５（ａ）に示すように、上述した塗布工程と乾燥工程と脱脂工程と焼成工程とかなる圧電体膜７４を形成する工程を複数回繰り返すことにより、複数層の圧電体膜７４からなる圧電体層７０を形成する。圧電体膜７４は、第２振動膜５２のＺ方向に向かって、第１電極６０の上面、側面上に亘って連続して形成される。
【００７７】
図５（ｂ）に示すように、ステップＳ６では、圧電体層７０を各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングする。詳しくは、圧電体層７０上に所定形状に形成したマスク（図示なし）を設け、このマスクを介して圧電体層７０をエッチングする。圧電体層７０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でパターニングすることができる。
【００７８】
ステップＳ７では、圧電体層７０上及び第２振動膜５２のＺ方向上に亘って、第２電極８０を形成する。第２電極８０の材料としては白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等が好適に用いられる。第２電極８０は、例えば、スパッタリング法やＰＶＤ法（物理蒸着法）などにより形成することができる。
【００７９】
図５（ｃ）に示すように、ステップＳ８では、第２電極８０を所定形状にパターニングする。詳しくは、第２電極８０を、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でパターニングし、圧電体層７０から張り出した第２電極張り出し部８１と、第２振動膜５２を露出させる開口部５３とを有する第２電極８０を形成する。
【００８０】
さらに、開口部５３を形成した後に第２振動膜５２を薄膜化するエッチングを施し、開口部５３で露出された第２振動膜５２を、開口部５３が設けられていない部分の第２振動膜５２よりも薄くする。
すなわち、ステップＳ８の第２電極８０をエッチングする工程（開口部５３を形成する工程）は、第２振動膜５２をエッチングし、第２振動膜５２を薄くする工程を含む。
【００８１】
つまり、第２電極８０をパターニングする際に、第２振動膜５２を連続的にエッチングし、製造工程を増やすことなく開口部５３で露出された第２振動膜５２を薄膜化する。開口部５３で露出された第２振動膜５２を薄膜化することによって、振動板５０（圧電素子３００）の変位量を高めることができる。
【００８２】
図５（ｄ）に示すように、ステップＳ９では、第２電極張り出し部８１や開口部５３を覆うように保護膜４００を形成する。つまり、保護膜４００を能動部３２０に跨って形成する。本実施形態では、感光性ポリイミド等の有機材料からなる保護膜４００を、フォトリソグラフィー法によって、第２電極張り出し部８１と開口部５３を覆うように形成し、開口部５３で露出された第２振動膜５２を保護膜４００で保護する。
感光性ポリイミド等の感光性樹脂材料を使用したフォトリソプロセスだけで保護膜４００を形成するので、例えば保護膜４００の成膜工程や保護膜４００のエッチング工程などが簡略化され、保護膜４００を形成する工程が簡素化され、液体噴射ヘッド１０００の生産性を高めることができる。
【００８３】
図６（ａ）に示すように、振動基板３５０の上方面に保護基板３０を接合した後、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。
【００８４】
図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜を新たに形成し、所定形状にパターニングする。
【００８５】
図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０に、ＫＯＨ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）を施し、圧電素子３００に対向する圧力発生室１２等を形成する。
【００８６】
流路形成基板用ウェハー１１０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。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、液体噴射ヘッド１０００を形成する。
【００８７】
本実施形態によれば、開口部５３で露出された第２振動膜５２を薄膜化することによって、振動基板３５０の振動効率（変位量）を上げることができる。加えて、保護膜４００によって非能動部３３０の振動板５０を保護し、振動板５０のクラック等の劣化を未然に防止することができる。
従って、より高品質で高信頼性の液体噴射ヘッド１０００を得ることができる。
【００８８】
さらに、本実施形態では、各圧電素子３００の圧電体層７０が連続的に設けられた構成を有しているが、圧電体層７０は、圧電素子３００毎に独立して設けられた構成であってもよい。
【００８９】
（実施形態２）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
【００９０】
図７は、図２に対応する図であり、実施形態２に係る圧電素子の概略断面図である。
本実施形態の液体噴射ヘッドでは、保護膜４００の形状が実施形態１の液体噴射ヘッド１０００と異なる。この点が本実施形態と実施形態１との相違点であり、他の構成は本実施形態と実施形態１とで同じである。
以下、図７を参照し、本実施形態に係る液体噴射ヘッドを、実施形態１に係る液体噴射ヘッド１０００との相違点を中心に説明する。また、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明を省略する。
【００９１】
実施形態１では、保護膜４００を、開口部５３と、第２電極張り出し部８１の少なくとも一部とを覆うように（保護するように）形成したが、これに限定されない。
保護膜４００は、図７に示すように、開口部５３と、第２電極張り出し部８１と、第２電極８０の圧電体層７０を覆う部分の少なくとも一部とを覆うように（保護するように）形成してもよい。さらに、保護膜４００が有機材料で構成されるものに限定されず、保護膜４００が他の材料（例えば、無機材料）で構成されていてもよい。
【００９２】
実施形態１と同様にフォトリソグラフィー法によって、開口部５３と、第２電極張り出し部８１と、第２電極８０の圧電体層７０を覆う部分の少なくとも一部とを覆うように（保護するように）、保護膜４００を形成する。さらに、保護膜４００の膜厚は、実施形態１の保護膜４００の膜厚（約０．４μｍ）よりも厚くなっている。
【００９３】
実施形態１と比べて、保護膜４００をより広く形成し、さらに保護膜４００の膜厚を厚くすることによって、振動板５０のクラック等による劣化をより強く抑制することができる。
【００９４】
（実施形態３）
図８は、図２に対応する図であり、実施形態３に係る圧電素子の概略断面図である。
本実施形態の液体噴射ヘッドでは、保護膜４００の形状が実施形態１の液体噴射ヘッド１０００及び実施形態２の液体噴射ヘッドと異なる。この点が本実施形態と、実施形態１及び実施形態２との相違点であり、他の構成は同じである。
【００９５】
以下、図８を参照し、本実施形態に係る液体噴射ヘッドを、実施形態１に係る液体噴射ヘッド１０００との相違点を中心に説明する。また、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を附し、重複する説明を省略する。
【００９６】
図８に示すように、保護膜４００は、圧電素子３００を全て保護するように形成されている。つまり、実施形態１と同様にフォトリソグラフィー法だけで保護膜４００を形成し、保護膜４００は圧電素子３００の上面も保護する（覆う）ように形成されている。
【００９７】
本実施形態では、実施形態１及び実施形態２と比べて、さらに広い保護膜４００を形成しているので、振動板５０のクラック等による劣化をさらに強く抑制することができる。
【００９８】
（実施形態４）
図９は、実施形態４に係る液体噴射装置の構成を示す概略図である。
図９に示すように、液体噴射装置２０００では、液体噴射ヘッド１０００を有する記録ヘッドユニット１（１Ａ、１Ｂ）が、インク供給手段を構成するインクカートリッジ２（２Ａ、２Ｂ）が着脱可能に設けられている。この記録ヘッドユニット１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に軸方向移動可能に設けられている。記録ヘッドユニット１は、例えばブラックインク及びカラーインクを噴射する。
【００９９】
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、記録ヘッドユニット１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。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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【０１００】
液体噴射装置２０００では、記録ヘッドユニット１によるブラックインク及びカラーインクの噴射と、記録シートＳの搬送とによって、記録シートＳに画像を形成する。
【０１０１】
液体噴射ヘッド１０００では、振動基板３５０の振動効率（変位量）が向上し、振動板５０の劣化が抑制されているので、液体噴射ヘッド１０００の品質及び信頼性が高められている。従って、液体噴射ヘッド１０００が搭載された液体噴射装置２０００も、液体噴射装置２０００の品質及び信頼性を高めることができる。すなわち、印刷品質が向上し、耐久性が高められた液体噴射装置２０００を実現することができる。
【０１０２】
上述した例では、液体噴射装置２０００として、液体噴射ヘッド１０００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、その構成は特に限定されるものではない。液体噴射装置２０００は、例えば、液体噴射ヘッド１０００を固定し、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させることで印刷を行う、いわゆるライン式の記録装置であってもよい。
【０１０３】
上述の実施形態では、液体噴射装置２０００は、液体貯留手段であるインクカートリッジ２がキャリッジ３に搭載された構成を有していたが、これに限定されず、例えば、インクタンク等の液体貯留手段を装置本体４に固定して、貯留手段と液体噴射ヘッド１０００とをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。さらに、液体貯留手段が液体噴射装置２０００に搭載されていなくてもよい。
【０１０４】
上述の実施形態では、液体噴射装置に適用可能な液体噴射ヘッドを例に挙げて本発明を説明したが、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る。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター（液体噴射装置）等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッドの他、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。
【０１０５】
さらに、本願は、液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子に限定されず、その他のデバイスにも用いることができる。その他のデバイスとしては、例えば、超音波発信器等の超音波デバイス、超音波モーター、圧電トランス等が挙げられる。センサーとして用いられる圧電素子にも本発明は適用可能である。圧電素子が用いられるセンサーとしては、例えば、赤外線センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー及び焦電センサー等が挙げられる。
【符号の説明】
【０１０６】
１０…流路形成基板、１１…隔壁、１２…圧力発生室、２０…ノズルプレート、２１…ノズル開口、３０…保護基板、５０…振動板、５１…第１振動膜、５２…第２振動膜、５３…開口部、６０…第１電極、７０…圧電体層、７４…圧電体膜、８０…第２電極、８１…第２電極張り出し部、９０…リード電極、１３０…保護基板用ウェハー、３００…圧電素子、３２０…能動部、３３０…非能動部、３５０…振動基板、４００…保護膜、１０００…液体噴射ヘッド、２０００…液体噴射装置。
【図１】
2016147422.tif 000003
【図２】
2016147422.tif 000004
【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】
2016147422.tif 000009
【図８】
2016147422.tif 000010
【図９】
2016147422.tif 000011