(57)【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画成される流路形成基板と、該流路形成基板に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、
前記圧電素子の前記上電極に相対向する領域以外の領域に設けられて前記圧電体層をエッチングする際及び前記圧電素子以外の領域が除去される際に前記下電極がエッチングされないように前記圧電体層及び前記下電極とのエッチングの選択性を有すると共に前記圧電素子以外の領域が除去された際に前記圧電素子の前記上電極の幅方向外側の両側で前記圧電体層と前記振動板を構成する前記下電極との間に残留したエッチング調整層を具備することを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
【請求項２】
前記エッチング調整層が絶縁性を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項３】
前記エッチング調整層が、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなることを特徴とする請求項２記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項４】
前記エッチング調整層が導電性を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項５】
前記エッチング調整層が金属材料からなることを特徴とする請求項４記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項６】
前記圧電素子が前記上電極から前記下電極に向かって徐々に幅広となり、断面形状が略台形状であり、前記エッチング調整層が前記上電極に相対向する領域外に設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項７】
前記エッチング調整層の厚さが、前記圧電体層の厚さ以下であることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項８】
前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置。
【請求項１０】
インクを吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が画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成膜及びリソグラフィ法により形成された薄膜からなる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、
前記流路形成基板上に前記振動板及び前記下電極を形成する工程と、前記下電極上の前記圧電素子の前記上電極に相対向する領域以外の領域に前記圧電体層をエッチングする際及び前記圧電素子以外の領域が除去される際に前記下電極がエッチングされないように前記圧電体層及び前記下電極とのエッチングの選択性を有するエッチング調整層を形成する工程と、前記圧電体層及び前記上電極を順次積層すると共にこれら圧電体層と上電極とを少なくとも前記エッチング調整層に達するまでエッチングすることによりパターニングして前記圧電素子を形成する工程と、前記圧電素子以外の領域の前記エッチング調整層を除去することにより、前記圧電素子の前記上電極の幅方向外側の両側で前記圧電体層と前記振動板を構成する前記下電極との間に残留した前記エッチング調整層を設ける工程とを具備することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記圧電素子を形成する工程では、前記エッチング調整層の厚さ方向の一部までエッチングすることを特徴とする請求項１０記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記エッチング調整層が絶縁性を有することを特徴とする請求項１０又は１１記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記エッチング調整層が導電性を有することを特徴とする請求項１０又は１１記載のインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位により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】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００４】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【０００５】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、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提案されている。
【０００６】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を高密度に作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなインクジェット式記録ヘッドでは、圧電体層及び上電極を積層形成後、エッチングによりパターニングして圧電素子を形成しているため、圧電素子の厚さ方向のエッチングレートの誤差によって振動板の膜厚が不均一になってしまうという問題がある。
【０００８】
このように振動板の膜厚、特に隣接する各圧電素子間の領域の膜厚が不均一になると、各圧電素子の変位量にもバラツキが生じてしまい、各ノズル開口から吐出されるインクの吐出特性が安定しないという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑み、振動板の膜厚を容易且つ確実に制御して安定したインク吐出特性を有す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を提供することを課題とする。
【００１０】
【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、ノズル開口に連通する圧力発生室が画成される流路形成基板と、該流路形成基板に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するインクジェット式記録ヘッドにおいて、前記圧電素子の前記上電極に相対向する領域以外の領域に設けられて前記圧電体層をエッチングする際及び前記圧電素子以外の領域が除去される際に前記下電極がエッチングされないように前記圧電体層及び前記下電極とのエッチングの選択性を有すると共に前記圧電素子以外の領域が除去された際に前記圧電素子の前記上電極の幅方向外側の両側で前記圧電体層と前記振動板を構成する前記下電極との間に残留したエッチング調整層を具備することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１１】
かかる第１の態様では、エッチング調整層を設けることにより圧電素子の厚さ方向のエッチングを制御して振動板の膜厚を均一にすることができる。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記エッチング調整層が絶縁性を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１３】
かかる第２の態様では、絶縁性のエッチング調整層により下電極と上電極との短絡を確実に防止できる。
【００１４】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記エッチング調整層が、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１５】
かかる第３の態様では、エッチング調整層をシリコン酸化膜又はシリコン窒化膜で容易且つ高精度に形成することができる。
【００１６】
本発明の第４の態様は、第１の態様において、前記エッチング調整層が導電性を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１７】
かかる第４の態様では、導電性のエッチング調整層を用いることにより、圧電素子に対向する領域内のエッチング調整層を形成する領域の規制をなくすことができる。
【００１８】
本発明の第５の態様は、第４の態様において、前記エッチング調整層が金属材料からなることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００１９】
かかる第５の態様では、金属材料のエッチング調整層を容易且つ高精度に形成することができる。
【００２２】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記圧電素子が前記上電極から前記下電極に向かって徐々に幅広となり、断面形状が略台形状であり、前記エッチング調整層が前記上電極に相対向する領域外に設けられていることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２３】
かかる第６の態様では、エッチング調整層による圧電素子への電圧の印加の妨げを防止することができる。
【００２４】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記エッチング調整層の厚さが、前記圧電体層の厚さ以下であることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２５】
かかる第７の態様では、エッチング調整層を圧電体層と下電極との間に容易に形成することができる。
【００２６】
本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板に異方性エッチングにより形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドにある。
【００２７】
かかる第８の態様では、高密度のノズル開口を有するインクジェット式記録ヘッドを大量に且つ比較的容易に製造することができる。
【００２８】
本発明の第９の態様は、第１〜８の何れかの態様のインクジェット式記録ヘッドを具備することを特徴とするインクジェット式記録装置にある。
【００２９】
かかる第９の態様では、ヘッドの破壊を防止して耐久性及び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。
【００３０】
本発明の第１０の態様は、インクを吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が画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成膜及びリソグラフィ法により形成された薄膜からなる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備するインクジェット式記録ヘッドの製造方法において、前記流路形成基板上に前記振動板及び前記下電極を形成する工程と、前記下電極上の前記圧電素子の前記上電極に相対向する領域以外の領域に前記圧電体層をエッチングする際及び前記圧電素子以外の領域が除去される際に前記下電極がエッチングされないように前記圧電体層及び前記下電極とのエッチングの選択性を有するエッチング調整層を形成する工程と、前記圧電体層及び前記上電極を順次積層すると共にこれら圧電体層と上電極とを少なくとも前記エッチング調整層に達するまでエッチングすることによりパターニングして前記圧電素子を形成する工程と、前記圧電素子以外の領域の前記エッチング調整層を除去することにより、前記圧電素子の前記上電極の幅方向外側の両側で前記圧電体層と前記振動板を構成する前記下電極との間に残留した前記エッチング調整層を設ける工程とを具備することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法。
【００３１】
かかる第１０の態様では、圧電素子をエッチングする際に、圧電素子の厚さ方向のエッチングレートの誤差をエッチング調整層の厚さの範囲内に抑えることができ、振動板及び下電極のエッチングを防止できる。
【００３２】
本発明の第１１の態様は、第１０の態様において、前記圧電素子を形成する工程では、前記エッチング調整層の厚さ方向の一部までエッチングすることを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【００３３】
かかる第１１の態様では、圧電素子を形成する際にエッチング調整層の厚さ方向の一部に達するまでエッチングすることにより、エッチングレートの誤差をエッチング調整層の厚さの範囲内に抑えることができ、振動板及び下電極のエッチングを防止できる。
【００３４】
本発明の第１２の態様は、第１０又は１１の態様において、前記エッチング調整層が絶縁性を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【００３５】
かかる第１２の態様では、絶縁性のエッチング調整層により、下電極と上電極との短絡を防止できる。
【００３６】
本発明の第１３の態様は、第１０又は１１の態様において、前記エッチング調整層が導電性を有することを特徴とするインクジェット式記録ヘッドの製造方法にある。
【００３７】
かかる第１３の態様では、導電性のエッチング調整層を用いることにより、圧電素子に対向する領域内のエッチング調整層を形成する領域の規制をなくすことができる。
【００４０】
【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。
【００４１】
（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を示す分解斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向の断面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。
【００４２】
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が形成されている。
【００４３】
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、複数の隔壁によって区画された圧力発生室１２が形成されている。また、各列の圧力発生室１２の長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板３０に設けられるリザーバ部３１と連通孔５１を介して連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成する連通部１３が形成されている。また、この連通部１３は、インク供給路１４を介して各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれ連通されている。
【００４４】
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。
【００４５】
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は、圧力発生室１２より浅く形成されており、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。すなわち、インク供給路１４は、シリコン単結晶基板を厚さ方向に途中までエッチング（ハーフエッチング）することにより形成されている。なお、ハーフエッチングは、エッチング時間の調整により行われる。
【００４６】
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間の隔壁の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００４７】
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、０．１〜１ｍｍ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、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、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。また、ノズルプレート２０は、流路形成基板１０と熱膨張係数が略同一の材料で形成するようにしてもよい。この場合には、流路形成基板１０とノズルプレート２０との熱による変形が略同一となるため、熱硬化性の接着剤等を用いて容易に接合することができる。
【００４８】
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。
【００４９】
一方、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、約０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜５μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．１μｍ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。なお、上述した例では、弾性膜５０及び下電極膜６０が振動板として作用するが、下電極膜が弾性膜を兼ねるようにしてもよい。
【００５０】
また、本実施形態の圧電素子３００の圧電体層７０及び下電極膜６０は、例えば、イオンミリング法を用いてエッチングすることによりパターニングされているため、圧電素子３００は、上電極膜８０から下電極膜６０に向かって徐々に幅広となり、その断面形状が略台形状となるように形成されている。
【００５１】
さらに、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、流路形成基板１０の端部近傍の弾性膜５０上までそれぞれ延設されて外部配線等に接続されている。
【００５２】
また、圧電素子３００の少なくとも幅方向両端部近傍の弾性膜５０及び下電極膜６０と圧電体層７０との間には、エッチング調整層１１０が設けられている。本実施形態では、エッチング調整層１１０を圧電素子３００の周縁部に亘って形成した。
【００５３】
このエッチング調整層１１０は、詳しくは後述するが、圧電体層７０及び上電極膜８０をエッチングによりパターニングする際に、圧電素子３００の厚さ方向のエッチングレートを調整して振動板となる下電極膜６０及び弾性膜５０の厚さを一定にするためのものであり、圧電体層７０及び下電極膜６０とのエッチングの選択性を有する材料からなる。
【００５４】
なお、エッチング調整層１１０の材料は、圧電体層７０及び下電極膜６０とのエッチングの選択性を有する材料で有れば特に限定されず、例えば、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜等の絶縁性の材料や、金属材料等の導電性の材料を挙げることができる。
【００５５】
さらに、エッチング調整層１１０に絶縁性材料を用いた場合には、エッチング調整層１１０は下電極膜６０と上電極膜８０とによって圧電体層７０に電圧を印加する際に、圧電素子３００の変位に影響を及ぼさない領域のみに形成されている。すなわち、圧電素子３００は下電極膜６０に向かって幅広の断面が略台形状に形成されているため、上電極膜８０に対向する領域以外に設けられているのが好ましい。
【００５６】
このように圧電体層７０及び下電極膜６０とのエッチングの選択性を有するエッチング調整層１１０が設けられていることによって、振動板である弾性膜５０及び下電極膜６０の膜厚、特に隣り合う各圧電素子３００間の弾性膜５０及び下電極膜６０の膜厚が均一化される。これにより、圧電素子３００の変位量が均一化され、各ノズル開口２１から吐出されるインクの吐出特性を安定させることができる。
【００５７】
また、リザーバ形成基板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。
【００５８】
このようなリザーバ形成基板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。
【００５９】
また、このようなリザーバ形成基板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のリザーバ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、リザーバ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。
【００６０】
また、このリザーバ１００の長手方向略中央部外側のコンプライアンス基板４０上には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４４が形成されている。さらに、リザーバ形成基板３０には、インク導入口４４とリザーバ１００の側壁とを連通するインク導入路３６が設けられている。
【００６１】
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４４からインクを取り込み、リザーバ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。
【００６２】
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の製造方法は、特に限定されないが、その一例を図３〜図５を参照して説明する。図３〜図５は、インクジェット式記録ヘッドの圧力発生室１２の並設方向を示す要部断面図である。
【００６３】
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二酸化シリコンからなる弾性膜５０を形成する。
【００６４】
次に、図３（ｂ）に示すように、スパッタリング法で下電極膜６０を弾性膜５０の全面に形成後、下電極膜６０をパターニングして全体パターンを形成する。この下電極膜６０の材料としては、白金（Ｐｔ）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が好適である。
【００６５】
次に、図３（ｃ）に示すように、下電極膜６０上にエッチング調整層１１０を形成しパターニングする。
【００６６】
このエッチング調整層１１０は、後の工程で圧電体層７０及び上電極膜８０をエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う際に、圧電素子３００の厚さ方向のエッチングがエッチング調整層１１０に達して厚さ方向の一部まで行わせることで、このエッチングレートの誤差をエッチング調整層１１０の厚さの範囲内で抑えるためのものである。このため、エッチング調整層１１０を少なくとも圧電素子３００以外の領域に形成すればよく、本実施形態では、弾性膜５０及び下電極膜６０上の後の工程で上電極膜８０が形成される領域以外に形成した。
【００６７】
また、後の工程で圧電体層７０及び上電極膜８０をエッチングして圧電素子３００をパターニングにより形成する際に、圧電素子３００の厚さ方向のエッチングレートの誤差は一般的に３％以上であるため、エッチングレートの誤差がエッチング調整層１１０の厚さの範囲内で抑えられるように、エッチング調整層１１０を調整するのが好ましい。
【００６８】
なお、エッチング調整層１１０の厚さは、圧電体層７０の厚さ以下とすることで、エッチング調整層１１０を容易に形成することができると共に後の工程で圧電素子３００のパターニングを容易に行うことができる。
【００６９】
次に、図４（ａ）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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
次に、図４（ｂ）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、白金をスパッタリングにより成膜している。
【００７３】
次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０を少なくともエッチング調整層１１０に達するまでエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。
【００７４】
このエッチングでは、弾性膜５０及び下電極膜６０上にエッチング調整層１１０が設けられているため、圧電素子３００の厚さ方向のエッチングレートの誤差がエッチング調整層１１０の厚さの範囲内で抑えられる。すなわち、下電極膜６０及び弾性膜５０がエッチングされない。
【００７５】
次に、図５（ａ）に示すように、エッチング調整層１１０の圧電素子３００以外の領域、すなわち、エッチング調整層１１０の弾性膜５０及び下電極膜６０と圧電体層７０との間以外の領域を除去する。
【００７６】
ここで除去するエッチング調整層１１０の領域は、圧電素子３００をパターニングにより形成した際に、エッチングレートの誤差がエッチング調整層１１０の厚さの範囲内で抑えられた領域であるため、この領域を除去することによって弾性膜５０及び下電極膜６０の膜厚を均一に形成することができる。なお、エッチング調整層１１０は、圧電体層７０及び下電極膜６０とのエッチングの選択性を有する材料で形成されているため、エッチング調整層１１０の圧電素子３００以外の領域のみを容易に除去することができる。
【００７７】
また、エッチング調整層１１０の圧電素子３００以外の領域の除去は、圧電素子３００をエッチングしない、例えば、ウェットエッチングや酸素及び弗素プラズマエッチング等のドライエッチングなどで行うことができる。
【００７８】
このようにエッチング調整層１１０によって、振動板である弾性膜５０及び下電極膜６０の膜厚、特に隣り合う圧電素子３００間の弾性膜５０及び下電極膜６０の膜厚を均一に形成することができるため、圧電素子３００の変位量を均一にすることができ、各ノズル開口２１から吐出されるインクの吐出特性を安定させることができる。
【００７９】
次に、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）等からなるリード電極９０を流路形成基板１０の全面に亘って形成すると共に、各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００８０】
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の異方性エッチングを行い、図５（ｃ）に示すように、圧力発生室１２及び図示しない連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。
【００８１】
その後は、流路形成基板１０にリザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０を接合すると共にリザーバ形成基板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を接合することにより、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドが形成される。
【００８２】
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。そして、分割した流路形成基板１０に、リザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０を順次接着して一体化し、インクジェット式記録ヘッドとする。
【００９０】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１を説明したが、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。
【００９１】
これら各実施形態の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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、エッチング調整層を設けて圧電素子をエッチングにより形成する際に、圧電素子の厚さ方向のエッチングレートの誤差をエッチング調整層の厚さの範囲内で抑えることができ、エッチング調整層を除去することにより振動板及び下電極の膜厚、特に各圧電素子間の振動板及び下電極の膜厚を均一に形成することができる。これにより、圧電素子の変位量を均一として各ノズル開口から吐出されるインクの吐出特性を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  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分解斜視図である。
【図２】  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断面図であり、（ａ）は圧力発生室の長手方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′断面図である。
【図３】  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工程を示す圧力発生室の並設方向の断面図である。
【図４】  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工程を示す圧力発生室の並設方向の断面図である。
【図５】  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工程を示す圧力発生室の並設方向の断面図である。
【図６】  本発明の一実施形態に係るインクジェット式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
２０  ノズルプレート
２１  ノズル開口
３０  リザーバ形成基板
３１  リザーバ部
３２  圧電素子保持部
４０  コンプライアンス基板
６０  下電極膜
７０  圧電体層
８０  上電極膜
９０  リード電極
１００  リザーバ
１１０  エッチング調整層
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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