液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子、並びに液体噴射ヘッドの製造方法
【課題】 圧電素子の破壊を抑制すると共に、圧電素子の変位特性に優れた液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子、並びに液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 液体を噴射するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２と、第１電極６０と、第１電極６０上方に形成された圧電体層７０と、圧電体層７０上方に形成された第２電極８０と、少なくとも圧電体層７０の側面を覆うと共に第２電極８０上面に臨んで設けられ且つ第２電極８０の上面に開口部１４１を有する絶縁膜１４０と、を備えて圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備し、第１電極６０及び第２電極８０によって圧電体層７０が挟まれた領域である圧電体能動部３２０に対応する領域では、絶縁膜１４０と第２電極８０上面との間には間隙１５０が設けられている。
【解決手段】 液体を噴射するノズル開口２１に連通する圧力発生室１２と、第１電極６０と、第１電極６０上方に形成された圧電体層７０と、圧電体層７０上方に形成された第２電極８０と、少なくとも圧電体層７０の側面を覆うと共に第２電極８０上面に臨んで設けられ且つ第２電極８０の上面に開口部１４１を有する絶縁膜１４０と、を備えて圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備し、第１電極６０及び第２電極８０によって圧電体層７０が挟まれた領域である圧電体能動部３２０に対応する領域では、絶縁膜１４０と第２電極８０上面との間には間隙１５０が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変化を生じさせ、圧電体層と圧電体層に電圧を印加する電極を有する圧電素子を具備する液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子、並びに液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子としては、電気的機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した誘電材料からなる圧電体層を、２つの電極で挟んで構成されたものがある。このような圧電素子は、例えば撓み振動モードのアクチュエーター装置として液体噴射ヘッドに搭載される。ここで、液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、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として吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。
【０００３】
ここで、圧電素子は、例えば、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いという問題がある。そこで、このような圧電素子の破壊を防止すると共に圧電素子の変形を阻害しないように、圧電素子を構成する圧電体層の側面と第２電極の表面を耐湿性の絶縁膜（保護膜）で覆うと共に、第２電極の表面の中央部が露出するようにこの保護膜に開口を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１６４２９号公報（図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧電素子の高密度化に伴い、第２電極上面側における開口部を十分に大きくすることができず、圧電素子の変位量を低下させてしまうという問題が生じていた。
【０００６】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在し、また、液体噴射ヘッド以外に用いられる圧電素子においても同様に存在する。
【０００７】
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と共に、圧電素子の変位特性に優れた液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子、並びに液体噴射ヘッドの製造方法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】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、第１電極と、前記第１電極上方に形成された圧電体層と、前記圧電体層上方に形成された第２電極と、少なくとも前記圧電体層の側面を覆うと共に前記第２電極上面に臨んで設けられ且つ前記第２電極上面に開口部を有する絶縁膜と、を備えて前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備し、前記第１電極及び前記第２電極によって前記圧電体層が挟まれた領域である圧電体能動部に対応する領域では、前記絶縁膜と前記第２電極上面との間には間隙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、圧電体能動部に対応する領域では絶縁膜と第２電極上面との間に間隙が設けられていることにより、開口部の開口面積を小さくしても、絶縁膜により圧電素子の変位を拘束する面積を小さくすることができる。これにより、圧電素子の破壊を抑制すると共に、圧電素子の変位を阻害するのを抑制して圧電素子の変位特性を優れたものとすることができる。
【０００９】
ここで、前記間隙の前記第２電極上面周縁部には、中間層が設けられているのが好ましい。これによれば、第２電極上面周縁部の絶縁膜の剥離を抑制すると共に強度を向上させることができる。したがって、高信頼性の液体噴射ヘッドとすることができる。
【００１０】
また、前記中間層は、前記開口部側端部の膜厚が前記圧電素子の中央に向かって漸小しているのが好ましい。これによれば、第２電極端部の応力集中を緩和することができ、圧電素子の破壊を抑制することができる。
【００１１】
前記中間層は、前記圧力発生室が並設される方向と直交する方向の開口部側端部が、前記圧電体能動部に相対向する領域外に設けられているのが好ましい。これによれば、圧電素子の変位を阻害するのをより抑制することができる。
【００１２】
本発明の好適な実施態様としては、前記絶縁膜の開口部は、前記圧電体能動部に相対向する領域内に設けられているものが挙げられる。本発明によれば、絶縁膜の開口部の開口面積を小さくしても、圧電素子の変位特性に優れたものとすることができる。
【００１３】
本発明の好適な実施態様としては、前記第１電極が複数の圧電素子に亘って連続して設けられた共通電極であると共に前記第２電極が前記圧力発生室毎に設けられた個別電極であるものが挙げられる。
【００１４】
本発明の他の態様は、上記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にある。
かかる態様では、圧電素子の破壊を抑制すると共に、圧電素子の変位を阻害するのを抑制して圧電素子の変位特性に優れた液体噴射ヘッドとすることができる。
【００１５】
本発明の他の態様は、第１電極と、前記第１電極上方に形成された圧電体層と、前記圧電体層上方に形成された第２電極と、少なくとも前記圧電体層の側面を覆うと共に前記第２電極上面に臨んで設けられ且つ前記第２電極の上面に開口部を有する絶縁膜と、を具備し、前記第１電極及び前記第２電極によって前記圧電体層が挟まれた領域である圧電体能動部に対応する領域では、前記絶縁膜と前記第２電極上面との間には間隙が設けられていることを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様によれば、圧電素子の破壊を抑制すると共に、変位を阻害するのを抑制して変位特性に優れたものとすることができる。
【００１６】
本発明の他の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、第１電極と圧電体層と第２電極と絶縁膜とを備え且つ前記圧力発生室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の製造方法であって、前記第１電極上方に前記圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上方に前記第２電極を形成する工程と、前記第２電極上に前記中間層を形成する工程と、少なくとも前記中間層、前記第２電極、及び前記圧電体層を各圧力発生室毎にパターニングする工程と、少なくとも前記第２電極及び前記圧電体層を覆うように絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜をマスクを介してエッチングすることにより、前記第１電極及び前記第２電極によって前記圧電体層が挟まれた領域である圧電体能動部に対応する領域内に開口部を形成する工程と、前記中間層の少なくとも一部を前記開口部側から除去する工程と、を具備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。
かかる態様によれば、保護膜をエッチングする際にオーバーエッチング量を制御する必要がないため、歩留まりを向上させることができる。また、保護膜をエッチングする際にオーバーエッチングしても、第２電極の特性を劣化させることがなく、圧電素子毎の圧電特性のばらつきを抑制した液体噴射ヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１に係る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に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの一部断面模式図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態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】本発明の実施形態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】本発明の実施形態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】本発明の実施形態２に係る記録ヘッドの一部断面模式図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る記録ヘッドの一部断面模式図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る記録ヘッドの一部断面模式図である。
【図１１】本発明に係る記録装置の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′線断面図である。
【００１９】
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、振動板を構成する二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００２０】
流路形成基板１０には、一方の面とは反対側の面となる他方面側から異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２が形成されている。そして、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向と称し、これと直交する方向を第２の方向と称する。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の第２の方向の一端部側には、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１３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。
【００２１】
インク供給路１４は、圧力発生室１２の第２の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。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、マニホールド１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路１５は、インク供給路１４の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１４の幅方向（第１の方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１５を圧力発生室１２と同じ断面積で形成した。
【００２２】
すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、インク供給路１４と、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。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の一方面は、振動板を構成する弾性膜５０によって画成されている。
【００２３】
一方、流路形成基板１０の圧力発生室１２等の液体流路が開口する一方面側には、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、接着剤や熱用着フィルム等を介して接合されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
【００２４】
一方、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜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）等からなる絶縁体膜５５が積層形成されている。
【００２５】
また、絶縁体膜５５上には、第１電極６０と、第１電極６０の上方に設けられて厚さが３μｍ以下、好ましくは０．３〜１．５μｍの薄膜である圧電体層７０と、圧電体層７０の上方に設けられた第２電極８０とが、積層形成されて、圧電素子３００を構成している。なお、ここで言う上方とは、直上も、間に他の部材が介在した状態も含むものである。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０、第２電極８０、を含む部分をいい、本実施形態では、第１電極６０、圧電体層７０、第２電極８０、及び後述する保護膜１４０を含む部分をいう。なお、本実施形態では、第１電極６０、圧電体層７０、第２電極８０を圧電素子本体とする。
【００２６】
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。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極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１２毎に圧電体能動部３２０が形成されていることになる。
【００２７】
また、本実施形態では、圧電素子３００は、第１の方向と比較して第２の方向が長い矩形状となっている。そして、第１電極６０の圧力発生室１２の第２の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（第２の方向）の端部（長さ）を規定している。また、圧電体層７０及び第２電極８０の圧力発生室１２の幅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（第１の方向）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。
【００２８】
なお、本実施形態では、第１電極６０を複数の圧電素子３００の並設方向に亘って設け、第１電極６０の圧力発生室１２の並設方向の端部を、圧力発生室１２に相対向する位置となるように設けた。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が圧電素子３００と共に変形する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】
ここで、図３を用いて、圧電素子３００の構成について詳細に説明する。図３（ａ）は、図２（ａ）におけるＸ−Ｘ′線での断面図であり、図３（ｂ）は図２（ａ）におけるＹ−Ｙ′線での断面図である。
【００３０】
図３に示すように、圧電素子３００を構成する第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０（圧電体能動部３２０）は、耐湿性を有する絶縁材料からなる保護膜（絶縁膜）１４０によって覆われている。
【００３１】
具体的には、保護膜１４０は、第１電極６０の上面、圧電体層７０の側面、及び第２電極８０の側面を覆うように設けられている。そして、圧電体能動部３２０に対応する領域では、この保護膜１４０と第２電極８０上面との間には間隙１５０が設けられており、保護膜１４０は、第２電極８０上面に臨むように設けられている。すなわち、本実施形態にかかる保護膜１４０は、第２電極８０の上面と接触することなく、第２電極８０上方に設けられている。
【００３２】
この保護膜１４０は、第２電極８０上面側に開口部１４１を有しており、第２電極８０の上面は、間隙１５０を介して外部に開放されている。本実施形態では、図２（ａ）及び図３に示すように、第２電極８０上面の中央部に対応する領域に開口部１４１が設けられている、言い換えれば、保護膜１４０は、第２電極８０の上面周縁部上方に設けられている。
【００３３】
このように、本実施形態では、保護膜１４０が、第２電極８０上面と接触することなく、第２電極８０上方を覆うように設けられていることにより、圧電素子本体と保護膜１４０との接触面積を小さくしつつ、圧電素子本体の耐湿性を維持することができる。
【００３４】
本実施形態では、従来の圧電素子のように第２電極８０の主要部のみが露出しているのではなく、圧電体能動部３２０に対応する領域では第２電極８０の上面すべてが間隙１５０を介して露出しており、第２電極８０上面が保護膜１４０により拘束されていない。すなわち、従来の第２電極８０上面を保護膜１４０により覆う構造と比較して、保護膜１４０と圧電素子本体との接触面積を小さくすることができる。これにより、保護膜１４０が圧電素子本体の変位を阻害するのを抑制して、圧電素子本体の変位特性を向上させることができる。
【００３５】
また、保護膜１４０は、圧電素子本体の側面を覆うように形成されているので、圧電素子本体の耐湿性は確保される。したがって、大気中の水分等に起因する圧電素子本体の破壊を抑制することができる。
【００３６】
ここで、本実施形態の保護膜１４０の開口部１４１について詳細に説明する。本実施形態の保護膜１４０の開口部１４１は、保護膜１４０を厚さ方向に貫通して圧電素子３００の長手方向（第２の方向）に沿って矩形状に開口するものである。かかる開口部１４１は、圧電体能動部３２０に相対向する領域内に設けられている。詳述すると、図３（ａ）に示すように、圧電素子３００の長手方向では、保護膜１４０の開口部１４１側端部が圧電体能動部３２０の長手方向の端部、すなわち、第１電極６０の圧力発生室１２の長手方向端部よりも、内側（圧電素子３００中央部側）に設けられている。
【００３７】
また、図３（ｂ）に示すように、圧電素子３００の短手方向では、保護膜１４０の開口部１４１側端部が圧電体能動部３２０の短手方向の端部、すなわち、第２電極８０の圧力発生室１２の短手方向端部よりも、内側（圧電素子３００中央部側）に設けられている。言い換えれば、本実施形態の開口部１４１は、圧電体能動部３２０よりも長さが短く且つ幅が小さいものであり、圧電体能動部３２０に相対向する領域内に設けられている。
【００３８】
従来の圧電素子３００では、保護膜１４０による圧電素子本体の拘束面積を小さくするために、圧電体能動部３２０よりも保護膜１４０の開口部１４１の面積を大きくする必要があった。すなわち、圧電素子３００の長手方向において、第２電極８０上面に設けられる保護膜１４０の開口部１４１側端部を第１電極６０端部よりも外側に設ける必要があった。これに対し、本実施形態の圧電素子３００は、上述したように、保護膜１４０が第２電極８０上面と接触していないため、圧電体能動部３２０よりも保護膜１４０の開口部１４１の面積を小さくしても、圧電素子本体と保護膜１４０との接触面積は変化しない。このため、保護膜１４０の開口部１４１の面積を小さくしても、圧電素子３００の高い変位特性を維持することができる。したがって、圧電素子３００の高密度化に伴い、開口部１４１の開口面積を十分に確保することができなくなる場合でも、圧電素子３００の変位特性を低下させることがなく、優れた変位特性を有するものとすることができる。
【００３９】
また、開口部１４１の最大開口は、詳しくは後述するが、製造工程におけるリソグラフィー法の合わせ精度に依存する。合わせ精度は圧電素子３００の大きさに依存するものではないため、圧電素子３００が小さくなるほど非開口部の占める面積が大きくなってしまう。したがって、従来のように保護膜１４０が第２電極８０の上面の一部を覆う構造では、第２電極８０上面と保護膜１４０との接触面積が大きくなってしまい、圧電素子３００の変位特性が低下してしまうという問題があった。これに対し、本実施形態では、上述したように、保護膜１４０が第２電極８０上面と接触していないため、開口部１４１を小さくしても圧電素子３００の変位特性を確保することができる。開口部１４１を小さくすることで圧電素子３００の長手方向の長さを短くすることができ、圧電素子３００を高密度化することができる。また、一枚のウェハーから形成することができるチップ数を増やすことによりコストを低減することができる。
【００４０】
また、保護膜１４０は、圧電体能動部３２０に対応する領域外、本実施形態では、インク供給路１４側に、リード電極９０を接続するためのコンタクトホール１４２が設けられている。そして、図２（ｂ）に示すように、開口部１４１とコンタクトホール１４２との間の領域では、保護膜１４０と第２電極８０との間に中間層１６０が設けられている。かかる中間層１６０は、保護膜１４０と第２電極８０とが接触しないように設けられるものであり、保護膜１４０の支持層として機能する。
【００４１】
中間層１６０の材料は、第２電極８０との密着性のよい材料であれば特に限定されないが、第２電極８０及び保護膜１４０と異なる材料であるのが好ましい。後述する保護膜１４０の開口部形成工程において、保護膜１４０のみを選択的に除去することができ、また、中間層除去工程において、第２電極８０を除去することなく、中間層１６０のみを選択的に除去することができるためである。中間層１６０の材料としては、具体的には、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル（ＴａＯｘ）等の絶縁性無機材料、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等の金属、ランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）等の導電性酸化物、ポリイミド、サイクロテン、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリビニルアルコール誘導体等の有機材料を挙げることができる。中間層１６０は、これらの材料のうちいずれかを選択して形成したものであってもよいが、これらの材料を積層させた積層体であってもよい。
【００４２】
中間層１６０の膜厚は特に限定されないが、例えば、１０〜２００ｎｍとすることができる。本実施形態では、中間層１６０は、膜厚１００ｎｍのランタンニッケルオキサイドからなるものとした。
【００４３】
上述した保護膜１４０の材料としては、耐湿性を有する材料であればよいが、例えば、公知の絶縁性無機材料または絶縁性樹脂材料などが好適に用いられる。公知の絶縁性無機材料としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）等を用いるのが好ましく、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いるのが好ましい。公知の絶縁性樹脂材料としては、例えば、公知の感光性樹脂材料を用いてもよいし、非感光性樹脂材料を用いてもよい。絶縁性樹脂材料が、感光性樹脂材料である場合、公知の不飽和結合含有重合性化合物、光重合開始剤等も含んでいてもよい。具体的には、絶縁性樹脂材料は、ポリイミド、サイクロテン、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリビニルアルコール誘導体等の樹脂組成物であってもよい。保護膜１４０の材料として酸化アルミニウムを用いた場合、保護膜１００の膜厚を１００ｎｍ程度と比較的薄くしても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができる。
【００４４】
また、各圧電素子３００の個別電極である第２電極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。
【００４５】
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、弾性膜５０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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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２００が固定されている。この駆動回路２００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２００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２１０を介して電気的に接続されている。
【００５０】
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。
【００５１】
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２００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、圧電体層７０及び第２電極８０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。
【００５２】
ここで、本実施形態の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製造方法について詳細に説明する。なお、図４〜図７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断面図であり、圧電素子３００第１の方向における断面図である。
【００５３】
まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０が複数一体的に形成されるシリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー１１０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。次いで、図４（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。
【００５４】
次いで、図５（ａ）に示すように、第１電極６０を絶縁体膜５５上に形成した後、所定形状にパターニングする。本実施形態では、１００ｎｍの白金からなる第１電極６０を所定形状に形成した。第１電極６０の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング法や化学蒸着法（ＣＶＤ法）などが挙げられる。また、パターニングは、所定形状にマスクを形成した後、マスクを介してエッチングを行う、いわゆる、フォトリソグラフィー法により行うことができる。なお、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、ウェットエッチングにより行うことができる。本実施形態では、第１電極６０の材料として白金を用いるようにしたが、特にこれに限定されず、イリジウム等の貴金属や、ランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）等の導電性酸化物を用いることができる。これらは２種以上用いてもよく、例えば、第１電極６０は白金及びイリジウムの積層体からなるものとしてもよい。
【００５５】
次に、図５（ｂ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる第２電極８０と、中間層１６０とを流路形成基板用ウェハー１１０の全面に形成する。
【００５６】
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。本実施形態では、圧電体層７０は、上述したゾル−ゲル法により厚さの薄い圧電体膜を形成する工程を複数回繰り返し行って、複数層の圧電体膜からなる厚さ１μｍの圧電体層７０を形成した。
【００５７】
第２電極８０の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング法や化学蒸着法（ＣＶＤ法）などが挙げられる。
【００５８】
また、中間層１６０の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング法や化学蒸着法（ＣＶＤ法）などが挙げられる。また、中間層１６０の材質は、特に限定されないが、第２電極８０及び保護膜１４０とは異なり、第２電極８０及び保護膜１４０に対してエッチングの選択性を有する材料からなるのが好ましい。ここで、エッチングの選択性を有する材料とは、その材料をエッチングする際に、エッチングされ難く、実質的にエッチングされない材料のことをいう。これにより、後述する保護膜１４０の開口部形成工程において、保護膜１４０のみを選択的に除去することができ、また、後述する中間層除去工程において、第２電極８０を除去することなく、中間層１６０のみを選択的に除去することができる。中間層１６０の材料としては、具体的には、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル（ＴａＯｘ）等の絶縁性無機材料、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等の金属、ランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）等の導電性酸化物、ポリイミド、サイクロテン、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリビニルアルコール誘導体等の有機材料を挙げることができ、これらの材料から第２電極８０及び保護膜１４０とは異なるものを適宜、選択すればよい。また、中間層１６０は、これらの材料のうちいずれかを選択して形成したものであってもよいが、これらの材料を積層させた積層体であってもよい。本実施形態では、スパッタリング法により、１００ｎｍのランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）からなる中間層１６０を形成した。
【００５９】
次に、図５（ｃ）に示すように、レジスト等からなるマスクパターンを介して、中間層１６０、第２電極８０、及び圧電体層７０を同時にパターニングすることにより、各圧力発生室１２に対応する領域に、中間層１６０、第２電極８０、及び圧電体層７０を形成する。ここで、パターニングは、所定形状にマスクを形成した後、マスクを介してエッチングを行う、いわゆる、フォトリソグラフィー法により行うことができる。なお、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、ウェットエッチングにより行うことができる。
【００６０】
ここで、本実施形態では、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を行ったが、中間層１６０をハードマスクとして使用することもできる。例えば、ドライエッチングによりパターニングする場合は、中間層１６０に無機材料を用いると、レジストよりもドライエッチングによる後退量が少ないので、圧電体層７０のテーパー角を鋭角に形成することができる。また、中間層１６０を感光性の有機材料からなるものとした場合、中間層１６０自身を露光・現像することでパターニングして、エッチング用のマスクとして使用することができる。このため、レジスト等のマスクが別途不要となり工程を短縮することができる。中間層１６０をハードマスクとして使用する場合は、ニッケル（Ｎｉ）やランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）からなるものとするのが特に好ましい。
【００６１】
次いで、レジスト等のマスクを除去した後に、図６（ａ）に示すように、保護膜１４０を形成する。保護膜１４０の形成方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。公知の成膜方法としては、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、スパッタリング法、ＭＯＤ法、ゾル−ゲル法、スピンコート法等が挙げられる。本実施形態では、ＣＶＤ法により、厚さ１００ｎｍの酸化アルミニウムからなる保護膜１４０を形成した。
【００６２】
次に、保護膜１４０に所定形状のマスクを設け、図６（ｂ）に示すように、保護膜１４０をエッチングすることによりコンタクトホール１４２を形成し（コンタクトホール形成工程）、その後、中間層１６０をエッチングして、コンタクトホール１４２周縁部の中間層１６０を除去する。保護膜１４０のエッチングは、例えば、イオンミリングや、反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングにより行うことができる。なお、保護膜１４０が感光性樹脂材料からなる場合は、フォトリソグラフィーのみで保護膜１４０にコンタクトホール１４２を形成することができる。また、中間層１６０のエッチングは、例えば、ウェットエッチングやドライエッチングにより行うことができる。本実施形態のランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）からなる中間層１６０は、例えば、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を使用し、ウェットエッチングにより除去することができる。また、有機材料からなる中間層１６０の場合は、例えば、酸素プラズマによるドライエッチング、いわゆるアッシングにより除去することができる。なお、ドライエッチングにより中間層１６０を除去する際には、第２電極８０のオーバーエッチングを抑制するために、イオンの引き込みエネルギーを決定するバイアス電力を０Ｗとするのが好ましい。
【００６３】
次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、図７（ａ）に示すように、例えば、レジスト等からなるマスクパターンを介して各圧電素子３００毎に金属膜をパターニングすることで、リード電極９０が形成される。
【００６４】
次に、図７（ｂ）に示すように、保護膜１４０に所定形状のマスク１８０を設け、エッチングすることにより開口部１４１を形成する（開口部形成工程）。保護膜１４０のエッチングは、上述したコンタクトホール形成工程と同様の方法により行うことができる。なお、開口部１４１の位置及び大きさは、マスク寸法やマスクのアライメント位置を調整することで、変更することができる。
【００６５】
本実施形態では、第２電極８０の開口部１４１に相対向する領域には中間層１６０が形成されているので、開口部１４１を形成した場合にオーバーエッチングが発生したとしても、第２電極８０の膜厚に影響を与える虞がない。言い換えれば、保護膜１４０に確実に開口部１４１を開けるために、オーバーエッチングしてもよい。オーバーエッチング量は、中間層１６０がなくならない範囲で任意に選択することができる。このように、本実施形態では、保護膜１４０をエッチングする際にオーバーエッチング量を制御する必要がないため、作製が容易であり、歩留まりを向上させることができる。また、保護膜１４０のエッチングに起因する第２電極８０の膜厚のばらつきを防止することができ、断線などが生じることがない。したがって、圧電素子３００毎の圧電特性のばらつきを抑制した液体噴射ヘッドを製造することができる。
【００６６】
次に、図７（ｃ）に示すように、ウェットエッチングやドライエッチングにより、中間層１６０を選択的に除去し（中間層除去工程）、その後レジスト１８０を除去する。本実施形態では、圧電体能動部３２０に対応する領域の中間層１６０をすべて除去することにより、第２電極８０と保護膜１４０との間に間隙１５０を形成した。中間層１６０のエッチングは、コンタクトホール形成工程後に行った中間層１６０のエッチングと同様の方法により、行うことができる。
【００６７】
そして、図示しないが、保護基板用ウェハー１３０を、流路形成基板用ウェハー１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハー１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハー１３０には、マニホールド部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。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。その後、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。
【００６８】
次いで、流路形成基板用ウェハー１１０上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。そして、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜を介して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）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。
【００６９】
そして、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とは反対側の面のマスク膜５２を除去した後にノズル開口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。
【００７０】
本実施形態の製造方法によれば、保護膜１４０の開口部形成工程において、保護膜１４０の下に中間層１６０が設けられていることにより、オーバーエッチングしても第２電極８０が除去される虞がない。また、かかる中間層１６０は除去されるので、いわば犠牲層として機能し、第２電極８０の膜厚均一性に優れた圧電素子３００を製造することができる。従来の圧電素子３００では、特に、耐湿性の高い酸化アルミニウムからなる保護膜１４０を用いた場合に、開口部形成工程においてオーバーエッチングしやすく、保護膜１４０の下に設けられる第２電極８０の膜厚が不均一になるという問題があったが、本実施形態の製造方法によれば、第２電極８０の膜厚が不均一になる虞がない。
【００７１】
本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、保護膜をエッチングする際にオーバーエッチング量を制御する必要がないため、歩留まりを向上させることができる。また、保護膜をエッチングする際にオーバーエッチングしても、第２電極の特性を劣化させることがなく、圧電素子毎の圧電特性のばらつきを抑制した液体噴射ヘッドを実現することができる。
【００７２】
（実施形態２）
図８は、実施形態２に係る記録ヘッドの圧電素子及び圧力発生室の要部断面図である。図８（ａ）は圧電素子３００の第１の方向における断面図であり、図８（ｂ）は圧電素子３００の第２の方向における断面図である。本実施形態は、詳しくは後述するが中間層を設けた以外は、実施形態１と同様であるので、同一作用を示す部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００７３】
図８に示すように、第２電極８０と保護膜１４０との間の領域、すなわち、第２電極８０と保護膜１４０との間の間隙１５０に、中間層１６０が設けられている。この中間層１６０は、間隙１５０の第２電極８０上面周縁部に設けられている。このように、第２電極８０上面周縁部に中間層１６０を設けることにより、第２電極８０上面周縁部の保護膜１４０の強度を向上させることができ、圧電素子３００の駆動時の保護膜１４０の破壊を抑制することができる。また、第２電極８０上方の保護膜１４０の剥離を抑制することができる。これにより、高信頼性の圧電素子３００とすることができる。
【００７４】
かかる中間層１６０の開口は、保護膜１４０の開口部１４１より大きい。より詳細に説明すると、圧電素子３００の短手方向（第１の方向）では、中間層１６０は、図８（ｂ）に示すように、第２電極８０の両端部に対応する領域に設けられている。また、圧電素子３００の長手方向（第２の方向）では、中間層１６０は、図８（ａ）に示すように、第２電極８０の両端部に対応する領域に設けられている。具体的には、この中間層１６０の圧電素子３００の長手方向開口部１４１側端部は、第１電極６０端部よりも圧電素子３００の長手方向外側に設けられている。言い換えれば、中間層１６０の圧電素子３００の長手方向開口部１４１側端部は、第１電極６０及び第２電極８０によって規定される圧電素子３００の実質的な駆動部である圧電体能動部３２０に相対向する領域外に設けられている。これにより、圧電素子３００の変位の阻害を抑制しつつ、第２電極８０上面周縁部の保護膜１４０の強度を向上させることができる。
【００７５】
また、中間層１６０は、開口部１４１側端部の膜厚が圧電素子３００の中央に向かって漸小している。具体的には、図８（ａ）に示すように、圧電素子３００の長手方向において、中間層１６０の開口部１４１側端部は、圧電素子３００の長手方向内側、すなわち、圧電素子３００の中央に向かって膜厚が漸小している。同様に、図８（ｂ）に示すように、圧電素子３００の短手方向において、中間層１６０の開口部１４１側端部は、圧電素子３００の短手方向内側、すなわち、圧電素子３００の中央に向かって膜厚が漸小している。これにより、圧電素子３００の端部の応力集中を緩和することができ、圧電素子３００の駆動時の破壊を抑制することができる。
【００７６】
本実施形態にかかる中間層１６０は、実施形態１で説明した中間層除去工程におけるエッチング時間を調整して中間層１６０の一部を残すことにより、形成することができる。すなわち、エッチング時間を調整することにより、開口部１４１近傍の中間層１６０のみを除去し、第２電極８０上面の周縁部のみに所望の長さの中間層１６０を残すことで形成することができる。
【００７７】
なお、中間層除去工程におけるエッチングをウェットエッチングとすることにより、中間層１６０の開口部１４１側端部の膜厚が圧電素子３００の中央に向かって漸小したものとすることができる。
【００７８】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。上述した実施形態では、保護膜１４０の開口部１４１は、圧電体能動部３２０に相対向する領域内に設けるようにしたがこれに限定されるものではなく、例えば、保護膜１４０の圧電素子３００の長手方向開口部１４１側端部が第１電極６０端部よりも外側となるように、すなわち、圧電体能動部３２０に相対向する領域外となるように設けてもよい。
【００７９】
また、上述した実施形態では、保護膜１４０の開口部１４１の形状は、矩形状としたがこれに限定されるものではない。
【００８０】
上述した実施形態では、保護膜１４０の開口部１４１の中心と圧電素子本体の中央が一致するように、すなわち、開口部１４１を圧電素子本体の中央部に設けるようにしたがこれに限定されない。開口部１４１がオフセットされた位置に設けられていても圧電素子３００の変位特性に影響がないため、例えば、図９に示すように、開口部１４１Ａが圧電素子３００Ａの短手方向（第１の方向）においてオフセットされた位置に設けられていてもよい。本発明では、開口部１４１Ａのアライメント精度が低くてもよいため、プロセスマージンが広く、プロセスが簡易で歩留まりを向上させることができる。
【００８１】
さらに、実施形態２では、圧電体層７０、第２電極８０、及び中間層１６０の側面の傾斜角度（テーパー角）が一致するように形成して、圧電素子３００側面において保護膜１４０が所定の傾斜面を構成するようにしたが、保護膜１４０の形状はこれに限定されるものではない。例えば、図１０（ａ）に示すように、中間層１６０Ｂのテーパー角が圧電体層７０Ｂと第２電極８０Ｂのテーパー角よりも小さくなるように形成して、圧電素子３００Ｂ側面における保護膜１４０Ｂの形状を変化させもよく、図１０（ｂ）に示すように、中間層１６０Ｃのテーパー角が第２電極８０Ｃのテーパー角よりも小さくなるようにすると共に、第２電極８０のテーパー角が圧電体層７０Ｃのテーパー角よりも小さくなるようにして、圧電素子３００Ｃ側面における保護膜１４０Ｃの形状を変化させもよい。また、図１０（ｃ）に示すように、圧電体層７０Ｄ、第２電極８０Ｄ、及び中間層１６０Ｄの側面が曲面となるようにすることにより、圧電素子３００Ｄ側面において保護膜１４０Ｄが曲面を構成するようにしてもよい。いずれの形状においても、実施形態２と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
また、上述した実施形態では、流路形成基板１０として、結晶面方位が（１１０）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。
【００８３】
上述した実施形態では、リード電極９０と第２電極８０を接続させるためのコンタクトホール１４２を開口部１４１とは別に形成したが、液体噴射ヘッドの製造方法はこれに限定されるものではない。例えば、保護膜１４０の開口部形成工程において、同時にコンタクトホール１４２を形成し、その後にリード電極９０を形成してもよい。具体的には、例えば、圧電体層７０及び第２電極８０を圧力発生室１２のインク供給路１４側にさらに延設して、開口部１４１とコンタクトホール１４２の間隔が広くなるようにし、開口部１４１とコンタクトホール１４２とを同時に形成してもよい。その後は、中間層１６０のエッチング時間を調整することにより、開口部１４１とコンタクトホール１４２との間の領域に中間層１６０を残すことができる。
【００８４】
また、上述した実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、コンタクトホール１４２を設けたが、コンタクトホール１４２を設けずに、圧力発生室１２の長手方向（第２方向）一端部側の圧電素子３００の側面及び上面の保護膜１４０を除去し、露出した圧電素子本体を覆うようにリード電極９０を設けてもよい。この場合は、例えば、開口部形成工程において、同時に圧力発生室１２の長手方向（第１方向）一端部側の圧電素子３００の側面及び上面の保護膜１４０を除去し、その後は、中間層１６０をエッチングにより除去した後、リード電極９０を形成すればよい。
【００８５】
また、これら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１１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。
【００８６】
図１１に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、インクジェット式記録ヘッドＩ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。
【００８７】
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、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。
【００８８】
なお、上記実施の形態においては、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、かかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用できる。
【００８９】
また、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載される圧電素子に限られず、超音波発信機等の超音波デバイス、超音波モーター、赤外センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー、焦電センサー、加速度センサー、ジャイロセンサー等の各種センサー等の圧電素子にも適用することができる。また、本発明は強誘電体メモリー等の強誘電体素子や、マイクロ液体ポンプ、薄膜セラミックスコンデンサー、ゲート絶縁膜等にも同様に適応することができる。
【符号の説明】
【００９０】
Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ マニホールド、 １４０ 保護膜、 １５０ 間隙、 １６０ 中間層、 ２００ 駆動回路、 ３００ 圧電素子、 ３２０ 圧電体能動部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変化を生じさせ、圧電体層と圧電体層に電圧を印加する電極を有する圧電素子を具備する液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子、並びに液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子としては、電気的機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した誘電材料からなる圧電体層を、２つの電極で挟んで構成されたものがある。このような圧電素子は、例えば撓み振動モードのアクチュエーター装置として液体噴射ヘッドに搭載される。ここで、液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、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として吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。
【０００３】
ここで、圧電素子は、例えば、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いという問題がある。そこで、このような圧電素子の破壊を防止すると共に圧電素子の変形を阻害しないように、圧電素子を構成する圧電体層の側面と第２電極の表面を耐湿性の絶縁膜（保護膜）で覆うと共に、第２電極の表面の中央部が露出するようにこの保護膜に開口を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１６４２９号公報（図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧電素子の高密度化に伴い、第２電極上面側における開口部を十分に大きくすることができず、圧電素子の変位量を低下させてしまうという問題が生じていた。
【０００６】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在し、また、液体噴射ヘッド以外に用いられる圧電素子においても同様に存在する。
【０００７】
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と共に、圧電素子の変位特性に優れた液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子、並びに液体噴射ヘッドの製造方法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】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、第１電極と、前記第１電極上方に形成された圧電体層と、前記圧電体層上方に形成された第２電極と、少なくとも前記圧電体層の側面を覆うと共に前記第２電極上面に臨んで設けられ且つ前記第２電極上面に開口部を有する絶縁膜と、を備えて前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備し、前記第１電極及び前記第２電極によって前記圧電体層が挟まれた領域である圧電体能動部に対応する領域では、前記絶縁膜と前記第２電極上面との間には間隙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、圧電体能動部に対応する領域では絶縁膜と第２電極上面との間に間隙が設けられていることにより、開口部の開口面積を小さくしても、絶縁膜により圧電素子の変位を拘束する面積を小さくすることができる。これにより、圧電素子の破壊を抑制すると共に、圧電素子の変位を阻害するのを抑制して圧電素子の変位特性を優れたものとすることができる。
【０００９】
ここで、前記間隙の前記第２電極上面周縁部には、中間層が設けられているのが好ましい。これによれば、第２電極上面周縁部の絶縁膜の剥離を抑制すると共に強度を向上させることができる。したがって、高信頼性の液体噴射ヘッドとすることができる。
【００１０】
また、前記中間層は、前記開口部側端部の膜厚が前記圧電素子の中央に向かって漸小しているのが好ましい。これによれば、第２電極端部の応力集中を緩和することができ、圧電素子の破壊を抑制することができる。
【００１１】
前記中間層は、前記圧力発生室が並設される方向と直交する方向の開口部側端部が、前記圧電体能動部に相対向する領域外に設けられているのが好ましい。これによれば、圧電素子の変位を阻害するのをより抑制することができる。
【００１２】
本発明の好適な実施態様としては、前記絶縁膜の開口部は、前記圧電体能動部に相対向する領域内に設けられているものが挙げられる。本発明によれば、絶縁膜の開口部の開口面積を小さくしても、圧電素子の変位特性に優れたものとすることができる。
【００１３】
本発明の好適な実施態様としては、前記第１電極が複数の圧電素子に亘って連続して設けられた共通電極であると共に前記第２電極が前記圧力発生室毎に設けられた個別電極であるものが挙げられる。
【００１４】
本発明の他の態様は、上記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にある。
かかる態様では、圧電素子の破壊を抑制すると共に、圧電素子の変位を阻害するのを抑制して圧電素子の変位特性に優れた液体噴射ヘッドとすることができる。
【００１５】
本発明の他の態様は、第１電極と、前記第１電極上方に形成された圧電体層と、前記圧電体層上方に形成された第２電極と、少なくとも前記圧電体層の側面を覆うと共に前記第２電極上面に臨んで設けられ且つ前記第２電極の上面に開口部を有する絶縁膜と、を具備し、前記第１電極及び前記第２電極によって前記圧電体層が挟まれた領域である圧電体能動部に対応する領域では、前記絶縁膜と前記第２電極上面との間には間隙が設けられていることを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様によれば、圧電素子の破壊を抑制すると共に、変位を阻害するのを抑制して変位特性に優れたものとすることができる。
【００１６】
本発明の他の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、第１電極と圧電体層と第２電極と絶縁膜とを備え且つ前記圧力発生室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の製造方法であって、前記第１電極上方に前記圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上方に前記第２電極を形成する工程と、前記第２電極上に前記中間層を形成する工程と、少なくとも前記中間層、前記第２電極、及び前記圧電体層を各圧力発生室毎にパターニングする工程と、少なくとも前記第２電極及び前記圧電体層を覆うように絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜をマスクを介してエッチングすることにより、前記第１電極及び前記第２電極によって前記圧電体層が挟まれた領域である圧電体能動部に対応する領域内に開口部を形成する工程と、前記中間層の少なくとも一部を前記開口部側から除去する工程と、を具備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。
かかる態様によれば、保護膜をエッチングする際にオーバーエッチング量を制御する必要がないため、歩留まりを向上させることができる。また、保護膜をエッチングする際にオーバーエッチングしても、第２電極の特性を劣化させることがなく、圧電素子毎の圧電特性のばらつきを抑制した液体噴射ヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態１に係る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に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの一部断面模式図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態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】本発明の実施形態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】本発明の実施形態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】本発明の実施形態２に係る記録ヘッドの一部断面模式図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係る記録ヘッドの一部断面模式図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る記録ヘッドの一部断面模式図である。
【図１１】本発明に係る記録装置の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′線断面図である。
【００１９】
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、振動板を構成する二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００２０】
流路形成基板１０には、一方の面とは反対側の面となる他方面側から異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２が形成されている。そして、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向と称し、これと直交する方向を第２の方向と称する。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の第２の方向の一端部側には、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１３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。
【００２１】
インク供給路１４は、圧力発生室１２の第２の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。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、マニホールド１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。さらに、各連通路１５は、インク供給路１４の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１４の幅方向（第１の方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１５を圧力発生室１２と同じ断面積で形成した。
【００２２】
すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、インク供給路１４と、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。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の一方面は、振動板を構成する弾性膜５０によって画成されている。
【００２３】
一方、流路形成基板１０の圧力発生室１２等の液体流路が開口する一方面側には、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、接着剤や熱用着フィルム等を介して接合されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
【００２４】
一方、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜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）等からなる絶縁体膜５５が積層形成されている。
【００２５】
また、絶縁体膜５５上には、第１電極６０と、第１電極６０の上方に設けられて厚さが３μｍ以下、好ましくは０．３〜１．５μｍの薄膜である圧電体層７０と、圧電体層７０の上方に設けられた第２電極８０とが、積層形成されて、圧電素子３００を構成している。なお、ここで言う上方とは、直上も、間に他の部材が介在した状態も含むものである。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０、第２電極８０、を含む部分をいい、本実施形態では、第１電極６０、圧電体層７０、第２電極８０、及び後述する保護膜１４０を含む部分をいう。なお、本実施形態では、第１電極６０、圧電体層７０、第２電極８０を圧電素子本体とする。
【００２６】
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。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極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１２毎に圧電体能動部３２０が形成されていることになる。
【００２７】
また、本実施形態では、圧電素子３００は、第１の方向と比較して第２の方向が長い矩形状となっている。そして、第１電極６０の圧力発生室１２の第２の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（第２の方向）の端部（長さ）を規定している。また、圧電体層７０及び第２電極８０の圧力発生室１２の幅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（第１の方向）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。
【００２８】
なお、本実施形態では、第１電極６０を複数の圧電素子３００の並設方向に亘って設け、第１電極６０の圧力発生室１２の並設方向の端部を、圧力発生室１２に相対向する位置となるように設けた。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が圧電素子３００と共に変形する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】
ここで、図３を用いて、圧電素子３００の構成について詳細に説明する。図３（ａ）は、図２（ａ）におけるＸ−Ｘ′線での断面図であり、図３（ｂ）は図２（ａ）におけるＹ−Ｙ′線での断面図である。
【００３０】
図３に示すように、圧電素子３００を構成する第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０（圧電体能動部３２０）は、耐湿性を有する絶縁材料からなる保護膜（絶縁膜）１４０によって覆われている。
【００３１】
具体的には、保護膜１４０は、第１電極６０の上面、圧電体層７０の側面、及び第２電極８０の側面を覆うように設けられている。そして、圧電体能動部３２０に対応する領域では、この保護膜１４０と第２電極８０上面との間には間隙１５０が設けられており、保護膜１４０は、第２電極８０上面に臨むように設けられている。すなわち、本実施形態にかかる保護膜１４０は、第２電極８０の上面と接触することなく、第２電極８０上方に設けられている。
【００３２】
この保護膜１４０は、第２電極８０上面側に開口部１４１を有しており、第２電極８０の上面は、間隙１５０を介して外部に開放されている。本実施形態では、図２（ａ）及び図３に示すように、第２電極８０上面の中央部に対応する領域に開口部１４１が設けられている、言い換えれば、保護膜１４０は、第２電極８０の上面周縁部上方に設けられている。
【００３３】
このように、本実施形態では、保護膜１４０が、第２電極８０上面と接触することなく、第２電極８０上方を覆うように設けられていることにより、圧電素子本体と保護膜１４０との接触面積を小さくしつつ、圧電素子本体の耐湿性を維持することができる。
【００３４】
本実施形態では、従来の圧電素子のように第２電極８０の主要部のみが露出しているのではなく、圧電体能動部３２０に対応する領域では第２電極８０の上面すべてが間隙１５０を介して露出しており、第２電極８０上面が保護膜１４０により拘束されていない。すなわち、従来の第２電極８０上面を保護膜１４０により覆う構造と比較して、保護膜１４０と圧電素子本体との接触面積を小さくすることができる。これにより、保護膜１４０が圧電素子本体の変位を阻害するのを抑制して、圧電素子本体の変位特性を向上させることができる。
【００３５】
また、保護膜１４０は、圧電素子本体の側面を覆うように形成されているので、圧電素子本体の耐湿性は確保される。したがって、大気中の水分等に起因する圧電素子本体の破壊を抑制することができる。
【００３６】
ここで、本実施形態の保護膜１４０の開口部１４１について詳細に説明する。本実施形態の保護膜１４０の開口部１４１は、保護膜１４０を厚さ方向に貫通して圧電素子３００の長手方向（第２の方向）に沿って矩形状に開口するものである。かかる開口部１４１は、圧電体能動部３２０に相対向する領域内に設けられている。詳述すると、図３（ａ）に示すように、圧電素子３００の長手方向では、保護膜１４０の開口部１４１側端部が圧電体能動部３２０の長手方向の端部、すなわち、第１電極６０の圧力発生室１２の長手方向端部よりも、内側（圧電素子３００中央部側）に設けられている。
【００３７】
また、図３（ｂ）に示すように、圧電素子３００の短手方向では、保護膜１４０の開口部１４１側端部が圧電体能動部３２０の短手方向の端部、すなわち、第２電極８０の圧力発生室１２の短手方向端部よりも、内側（圧電素子３００中央部側）に設けられている。言い換えれば、本実施形態の開口部１４１は、圧電体能動部３２０よりも長さが短く且つ幅が小さいものであり、圧電体能動部３２０に相対向する領域内に設けられている。
【００３８】
従来の圧電素子３００では、保護膜１４０による圧電素子本体の拘束面積を小さくするために、圧電体能動部３２０よりも保護膜１４０の開口部１４１の面積を大きくする必要があった。すなわち、圧電素子３００の長手方向において、第２電極８０上面に設けられる保護膜１４０の開口部１４１側端部を第１電極６０端部よりも外側に設ける必要があった。これに対し、本実施形態の圧電素子３００は、上述したように、保護膜１４０が第２電極８０上面と接触していないため、圧電体能動部３２０よりも保護膜１４０の開口部１４１の面積を小さくしても、圧電素子本体と保護膜１４０との接触面積は変化しない。このため、保護膜１４０の開口部１４１の面積を小さくしても、圧電素子３００の高い変位特性を維持することができる。したがって、圧電素子３００の高密度化に伴い、開口部１４１の開口面積を十分に確保することができなくなる場合でも、圧電素子３００の変位特性を低下させることがなく、優れた変位特性を有するものとすることができる。
【００３９】
また、開口部１４１の最大開口は、詳しくは後述するが、製造工程におけるリソグラフィー法の合わせ精度に依存する。合わせ精度は圧電素子３００の大きさに依存するものではないため、圧電素子３００が小さくなるほど非開口部の占める面積が大きくなってしまう。したがって、従来のように保護膜１４０が第２電極８０の上面の一部を覆う構造では、第２電極８０上面と保護膜１４０との接触面積が大きくなってしまい、圧電素子３００の変位特性が低下してしまうという問題があった。これに対し、本実施形態では、上述したように、保護膜１４０が第２電極８０上面と接触していないため、開口部１４１を小さくしても圧電素子３００の変位特性を確保することができる。開口部１４１を小さくすることで圧電素子３００の長手方向の長さを短くすることができ、圧電素子３００を高密度化することができる。また、一枚のウェハーから形成することができるチップ数を増やすことによりコストを低減することができる。
【００４０】
また、保護膜１４０は、圧電体能動部３２０に対応する領域外、本実施形態では、インク供給路１４側に、リード電極９０を接続するためのコンタクトホール１４２が設けられている。そして、図２（ｂ）に示すように、開口部１４１とコンタクトホール１４２との間の領域では、保護膜１４０と第２電極８０との間に中間層１６０が設けられている。かかる中間層１６０は、保護膜１４０と第２電極８０とが接触しないように設けられるものであり、保護膜１４０の支持層として機能する。
【００４１】
中間層１６０の材料は、第２電極８０との密着性のよい材料であれば特に限定されないが、第２電極８０及び保護膜１４０と異なる材料であるのが好ましい。後述する保護膜１４０の開口部形成工程において、保護膜１４０のみを選択的に除去することができ、また、中間層除去工程において、第２電極８０を除去することなく、中間層１６０のみを選択的に除去することができるためである。中間層１６０の材料としては、具体的には、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル（ＴａＯｘ）等の絶縁性無機材料、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等の金属、ランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）等の導電性酸化物、ポリイミド、サイクロテン、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリビニルアルコール誘導体等の有機材料を挙げることができる。中間層１６０は、これらの材料のうちいずれかを選択して形成したものであってもよいが、これらの材料を積層させた積層体であってもよい。
【００４２】
中間層１６０の膜厚は特に限定されないが、例えば、１０〜２００ｎｍとすることができる。本実施形態では、中間層１６０は、膜厚１００ｎｍのランタンニッケルオキサイドからなるものとした。
【００４３】
上述した保護膜１４０の材料としては、耐湿性を有する材料であればよいが、例えば、公知の絶縁性無機材料または絶縁性樹脂材料などが好適に用いられる。公知の絶縁性無機材料としては、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）等を用いるのが好ましく、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いるのが好ましい。公知の絶縁性樹脂材料としては、例えば、公知の感光性樹脂材料を用いてもよいし、非感光性樹脂材料を用いてもよい。絶縁性樹脂材料が、感光性樹脂材料である場合、公知の不飽和結合含有重合性化合物、光重合開始剤等も含んでいてもよい。具体的には、絶縁性樹脂材料は、ポリイミド、サイクロテン、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリビニルアルコール誘導体等の樹脂組成物であってもよい。保護膜１４０の材料として酸化アルミニウムを用いた場合、保護膜１００の膜厚を１００ｎｍ程度と比較的薄くしても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができる。
【００４４】
また、各圧電素子３００の個別電極である第２電極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。
【００４５】
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、弾性膜５０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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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２００が固定されている。この駆動回路２００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２００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２１０を介して電気的に接続されている。
【００５０】
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。
【００５１】
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２００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、圧電体層７０及び第２電極８０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。
【００５２】
ここで、本実施形態の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製造方法について詳細に説明する。なお、図４〜図７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断面図であり、圧電素子３００第１の方向における断面図である。
【００５３】
まず、図４（ａ）に示すように、流路形成基板１０が複数一体的に形成されるシリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー１１０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。次いで、図４（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。
【００５４】
次いで、図５（ａ）に示すように、第１電極６０を絶縁体膜５５上に形成した後、所定形状にパターニングする。本実施形態では、１００ｎｍの白金からなる第１電極６０を所定形状に形成した。第１電極６０の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング法や化学蒸着法（ＣＶＤ法）などが挙げられる。また、パターニングは、所定形状にマスクを形成した後、マスクを介してエッチングを行う、いわゆる、フォトリソグラフィー法により行うことができる。なお、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、ウェットエッチングにより行うことができる。本実施形態では、第１電極６０の材料として白金を用いるようにしたが、特にこれに限定されず、イリジウム等の貴金属や、ランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）等の導電性酸化物を用いることができる。これらは２種以上用いてもよく、例えば、第１電極６０は白金及びイリジウムの積層体からなるものとしてもよい。
【００５５】
次に、図５（ｂ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる第２電極８０と、中間層１６０とを流路形成基板用ウェハー１１０の全面に形成する。
【００５６】
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。本実施形態では、圧電体層７０は、上述したゾル−ゲル法により厚さの薄い圧電体膜を形成する工程を複数回繰り返し行って、複数層の圧電体膜からなる厚さ１μｍの圧電体層７０を形成した。
【００５７】
第２電極８０の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング法や化学蒸着法（ＣＶＤ法）などが挙げられる。
【００５８】
また、中間層１６０の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング法や化学蒸着法（ＣＶＤ法）などが挙げられる。また、中間層１６０の材質は、特に限定されないが、第２電極８０及び保護膜１４０とは異なり、第２電極８０及び保護膜１４０に対してエッチングの選択性を有する材料からなるのが好ましい。ここで、エッチングの選択性を有する材料とは、その材料をエッチングする際に、エッチングされ難く、実質的にエッチングされない材料のことをいう。これにより、後述する保護膜１４０の開口部形成工程において、保護膜１４０のみを選択的に除去することができ、また、後述する中間層除去工程において、第２電極８０を除去することなく、中間層１６０のみを選択的に除去することができる。中間層１６０の材料としては、具体的には、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化タンタル（ＴａＯｘ）等の絶縁性無機材料、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等の金属、ランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）等の導電性酸化物、ポリイミド、サイクロテン、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリビニルアルコール誘導体等の有機材料を挙げることができ、これらの材料から第２電極８０及び保護膜１４０とは異なるものを適宜、選択すればよい。また、中間層１６０は、これらの材料のうちいずれかを選択して形成したものであってもよいが、これらの材料を積層させた積層体であってもよい。本実施形態では、スパッタリング法により、１００ｎｍのランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）からなる中間層１６０を形成した。
【００５９】
次に、図５（ｃ）に示すように、レジスト等からなるマスクパターンを介して、中間層１６０、第２電極８０、及び圧電体層７０を同時にパターニングすることにより、各圧力発生室１２に対応する領域に、中間層１６０、第２電極８０、及び圧電体層７０を形成する。ここで、パターニングは、所定形状にマスクを形成した後、マスクを介してエッチングを行う、いわゆる、フォトリソグラフィー法により行うことができる。なお、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、ウェットエッチングにより行うことができる。
【００６０】
ここで、本実施形態では、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を行ったが、中間層１６０をハードマスクとして使用することもできる。例えば、ドライエッチングによりパターニングする場合は、中間層１６０に無機材料を用いると、レジストよりもドライエッチングによる後退量が少ないので、圧電体層７０のテーパー角を鋭角に形成することができる。また、中間層１６０を感光性の有機材料からなるものとした場合、中間層１６０自身を露光・現像することでパターニングして、エッチング用のマスクとして使用することができる。このため、レジスト等のマスクが別途不要となり工程を短縮することができる。中間層１６０をハードマスクとして使用する場合は、ニッケル（Ｎｉ）やランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）からなるものとするのが特に好ましい。
【００６１】
次いで、レジスト等のマスクを除去した後に、図６（ａ）に示すように、保護膜１４０を形成する。保護膜１４０の形成方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。公知の成膜方法としては、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、スパッタリング法、ＭＯＤ法、ゾル−ゲル法、スピンコート法等が挙げられる。本実施形態では、ＣＶＤ法により、厚さ１００ｎｍの酸化アルミニウムからなる保護膜１４０を形成した。
【００６２】
次に、保護膜１４０に所定形状のマスクを設け、図６（ｂ）に示すように、保護膜１４０をエッチングすることによりコンタクトホール１４２を形成し（コンタクトホール形成工程）、その後、中間層１６０をエッチングして、コンタクトホール１４２周縁部の中間層１６０を除去する。保護膜１４０のエッチングは、例えば、イオンミリングや、反応性ドライエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングにより行うことができる。なお、保護膜１４０が感光性樹脂材料からなる場合は、フォトリソグラフィーのみで保護膜１４０にコンタクトホール１４２を形成することができる。また、中間層１６０のエッチングは、例えば、ウェットエッチングやドライエッチングにより行うことができる。本実施形態のランタンニッケルオキサイド（ＬＮＯ）からなる中間層１６０は、例えば、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）を使用し、ウェットエッチングにより除去することができる。また、有機材料からなる中間層１６０の場合は、例えば、酸素プラズマによるドライエッチング、いわゆるアッシングにより除去することができる。なお、ドライエッチングにより中間層１６０を除去する際には、第２電極８０のオーバーエッチングを抑制するために、イオンの引き込みエネルギーを決定するバイアス電力を０Ｗとするのが好ましい。
【００６３】
次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、図７（ａ）に示すように、例えば、レジスト等からなるマスクパターンを介して各圧電素子３００毎に金属膜をパターニングすることで、リード電極９０が形成される。
【００６４】
次に、図７（ｂ）に示すように、保護膜１４０に所定形状のマスク１８０を設け、エッチングすることにより開口部１４１を形成する（開口部形成工程）。保護膜１４０のエッチングは、上述したコンタクトホール形成工程と同様の方法により行うことができる。なお、開口部１４１の位置及び大きさは、マスク寸法やマスクのアライメント位置を調整することで、変更することができる。
【００６５】
本実施形態では、第２電極８０の開口部１４１に相対向する領域には中間層１６０が形成されているので、開口部１４１を形成した場合にオーバーエッチングが発生したとしても、第２電極８０の膜厚に影響を与える虞がない。言い換えれば、保護膜１４０に確実に開口部１４１を開けるために、オーバーエッチングしてもよい。オーバーエッチング量は、中間層１６０がなくならない範囲で任意に選択することができる。このように、本実施形態では、保護膜１４０をエッチングする際にオーバーエッチング量を制御する必要がないため、作製が容易であり、歩留まりを向上させることができる。また、保護膜１４０のエッチングに起因する第２電極８０の膜厚のばらつきを防止することができ、断線などが生じることがない。したがって、圧電素子３００毎の圧電特性のばらつきを抑制した液体噴射ヘッドを製造することができる。
【００６６】
次に、図７（ｃ）に示すように、ウェットエッチングやドライエッチングにより、中間層１６０を選択的に除去し（中間層除去工程）、その後レジスト１８０を除去する。本実施形態では、圧電体能動部３２０に対応する領域の中間層１６０をすべて除去することにより、第２電極８０と保護膜１４０との間に間隙１５０を形成した。中間層１６０のエッチングは、コンタクトホール形成工程後に行った中間層１６０のエッチングと同様の方法により、行うことができる。
【００６７】
そして、図示しないが、保護基板用ウェハー１３０を、流路形成基板用ウェハー１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハー１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハー１３０には、マニホールド部３１及び圧電素子保持部３２が予め形成されている。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。その後、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。
【００６８】
次いで、流路形成基板用ウェハー１１０上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。そして、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜を介して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）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。
【００６９】
そして、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とは反対側の面のマスク膜５２を除去した後にノズル開口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。
【００７０】
本実施形態の製造方法によれば、保護膜１４０の開口部形成工程において、保護膜１４０の下に中間層１６０が設けられていることにより、オーバーエッチングしても第２電極８０が除去される虞がない。また、かかる中間層１６０は除去されるので、いわば犠牲層として機能し、第２電極８０の膜厚均一性に優れた圧電素子３００を製造することができる。従来の圧電素子３００では、特に、耐湿性の高い酸化アルミニウムからなる保護膜１４０を用いた場合に、開口部形成工程においてオーバーエッチングしやすく、保護膜１４０の下に設けられる第２電極８０の膜厚が不均一になるという問題があったが、本実施形態の製造方法によれば、第２電極８０の膜厚が不均一になる虞がない。
【００７１】
本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、保護膜をエッチングする際にオーバーエッチング量を制御する必要がないため、歩留まりを向上させることができる。また、保護膜をエッチングする際にオーバーエッチングしても、第２電極の特性を劣化させることがなく、圧電素子毎の圧電特性のばらつきを抑制した液体噴射ヘッドを実現することができる。
【００７２】
（実施形態２）
図８は、実施形態２に係る記録ヘッドの圧電素子及び圧力発生室の要部断面図である。図８（ａ）は圧電素子３００の第１の方向における断面図であり、図８（ｂ）は圧電素子３００の第２の方向における断面図である。本実施形態は、詳しくは後述するが中間層を設けた以外は、実施形態１と同様であるので、同一作用を示す部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００７３】
図８に示すように、第２電極８０と保護膜１４０との間の領域、すなわち、第２電極８０と保護膜１４０との間の間隙１５０に、中間層１６０が設けられている。この中間層１６０は、間隙１５０の第２電極８０上面周縁部に設けられている。このように、第２電極８０上面周縁部に中間層１６０を設けることにより、第２電極８０上面周縁部の保護膜１４０の強度を向上させることができ、圧電素子３００の駆動時の保護膜１４０の破壊を抑制することができる。また、第２電極８０上方の保護膜１４０の剥離を抑制することができる。これにより、高信頼性の圧電素子３００とすることができる。
【００７４】
かかる中間層１６０の開口は、保護膜１４０の開口部１４１より大きい。より詳細に説明すると、圧電素子３００の短手方向（第１の方向）では、中間層１６０は、図８（ｂ）に示すように、第２電極８０の両端部に対応する領域に設けられている。また、圧電素子３００の長手方向（第２の方向）では、中間層１６０は、図８（ａ）に示すように、第２電極８０の両端部に対応する領域に設けられている。具体的には、この中間層１６０の圧電素子３００の長手方向開口部１４１側端部は、第１電極６０端部よりも圧電素子３００の長手方向外側に設けられている。言い換えれば、中間層１６０の圧電素子３００の長手方向開口部１４１側端部は、第１電極６０及び第２電極８０によって規定される圧電素子３００の実質的な駆動部である圧電体能動部３２０に相対向する領域外に設けられている。これにより、圧電素子３００の変位の阻害を抑制しつつ、第２電極８０上面周縁部の保護膜１４０の強度を向上させることができる。
【００７５】
また、中間層１６０は、開口部１４１側端部の膜厚が圧電素子３００の中央に向かって漸小している。具体的には、図８（ａ）に示すように、圧電素子３００の長手方向において、中間層１６０の開口部１４１側端部は、圧電素子３００の長手方向内側、すなわち、圧電素子３００の中央に向かって膜厚が漸小している。同様に、図８（ｂ）に示すように、圧電素子３００の短手方向において、中間層１６０の開口部１４１側端部は、圧電素子３００の短手方向内側、すなわち、圧電素子３００の中央に向かって膜厚が漸小している。これにより、圧電素子３００の端部の応力集中を緩和することができ、圧電素子３００の駆動時の破壊を抑制することができる。
【００７６】
本実施形態にかかる中間層１６０は、実施形態１で説明した中間層除去工程におけるエッチング時間を調整して中間層１６０の一部を残すことにより、形成することができる。すなわち、エッチング時間を調整することにより、開口部１４１近傍の中間層１６０のみを除去し、第２電極８０上面の周縁部のみに所望の長さの中間層１６０を残すことで形成することができる。
【００７７】
なお、中間層除去工程におけるエッチングをウェットエッチングとすることにより、中間層１６０の開口部１４１側端部の膜厚が圧電素子３００の中央に向かって漸小したものとすることができる。
【００７８】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。上述した実施形態では、保護膜１４０の開口部１４１は、圧電体能動部３２０に相対向する領域内に設けるようにしたがこれに限定されるものではなく、例えば、保護膜１４０の圧電素子３００の長手方向開口部１４１側端部が第１電極６０端部よりも外側となるように、すなわち、圧電体能動部３２０に相対向する領域外となるように設けてもよい。
【００７９】
また、上述した実施形態では、保護膜１４０の開口部１４１の形状は、矩形状としたがこれに限定されるものではない。
【００８０】
上述した実施形態では、保護膜１４０の開口部１４１の中心と圧電素子本体の中央が一致するように、すなわち、開口部１４１を圧電素子本体の中央部に設けるようにしたがこれに限定されない。開口部１４１がオフセットされた位置に設けられていても圧電素子３００の変位特性に影響がないため、例えば、図９に示すように、開口部１４１Ａが圧電素子３００Ａの短手方向（第１の方向）においてオフセットされた位置に設けられていてもよい。本発明では、開口部１４１Ａのアライメント精度が低くてもよいため、プロセスマージンが広く、プロセスが簡易で歩留まりを向上させることができる。
【００８１】
さらに、実施形態２では、圧電体層７０、第２電極８０、及び中間層１６０の側面の傾斜角度（テーパー角）が一致するように形成して、圧電素子３００側面において保護膜１４０が所定の傾斜面を構成するようにしたが、保護膜１４０の形状はこれに限定されるものではない。例えば、図１０（ａ）に示すように、中間層１６０Ｂのテーパー角が圧電体層７０Ｂと第２電極８０Ｂのテーパー角よりも小さくなるように形成して、圧電素子３００Ｂ側面における保護膜１４０Ｂの形状を変化させもよく、図１０（ｂ）に示すように、中間層１６０Ｃのテーパー角が第２電極８０Ｃのテーパー角よりも小さくなるようにすると共に、第２電極８０のテーパー角が圧電体層７０Ｃのテーパー角よりも小さくなるようにして、圧電素子３００Ｃ側面における保護膜１４０Ｃの形状を変化させもよい。また、図１０（ｃ）に示すように、圧電体層７０Ｄ、第２電極８０Ｄ、及び中間層１６０Ｄの側面が曲面となるようにすることにより、圧電素子３００Ｄ側面において保護膜１４０Ｄが曲面を構成するようにしてもよい。いずれの形状においても、実施形態２と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
また、上述した実施形態では、流路形成基板１０として、結晶面方位が（１１０）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。
【００８３】
上述した実施形態では、リード電極９０と第２電極８０を接続させるためのコンタクトホール１４２を開口部１４１とは別に形成したが、液体噴射ヘッドの製造方法はこれに限定されるものではない。例えば、保護膜１４０の開口部形成工程において、同時にコンタクトホール１４２を形成し、その後にリード電極９０を形成してもよい。具体的には、例えば、圧電体層７０及び第２電極８０を圧力発生室１２のインク供給路１４側にさらに延設して、開口部１４１とコンタクトホール１４２の間隔が広くなるようにし、開口部１４１とコンタクトホール１４２とを同時に形成してもよい。その後は、中間層１６０のエッチング時間を調整することにより、開口部１４１とコンタクトホール１４２との間の領域に中間層１６０を残すことができる。
【００８４】
また、上述した実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、コンタクトホール１４２を設けたが、コンタクトホール１４２を設けずに、圧力発生室１２の長手方向（第２方向）一端部側の圧電素子３００の側面及び上面の保護膜１４０を除去し、露出した圧電素子本体を覆うようにリード電極９０を設けてもよい。この場合は、例えば、開口部形成工程において、同時に圧力発生室１２の長手方向（第１方向）一端部側の圧電素子３００の側面及び上面の保護膜１４０を除去し、その後は、中間層１６０をエッチングにより除去した後、リード電極９０を形成すればよい。
【００８５】
また、これら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１１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。
【００８６】
図１１に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、インクジェット式記録ヘッドＩ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。
【００８７】
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、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。
【００８８】
なお、上記実施の形態においては、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、かかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用できる。
【００８９】
また、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載される圧電素子に限られず、超音波発信機等の超音波デバイス、超音波モーター、赤外センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー、焦電センサー、加速度センサー、ジャイロセンサー等の各種センサー等の圧電素子にも適用することができる。また、本発明は強誘電体メモリー等の強誘電体素子や、マイクロ液体ポンプ、薄膜セラミックスコンデンサー、ゲート絶縁膜等にも同様に適応することができる。
【符号の説明】
【００９０】
Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ マニホールド、 １４０ 保護膜、 １５０ 間隙、 １６０ 中間層、 ２００ 駆動回路、 ３００ 圧電素子、 ３２０ 圧電体能動部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、
第１電極と、前記第１電極上方に形成された圧電体層と、前記圧電体層上方に形成された第２電極と、少なくとも前記圧電体層の側面を覆うと共に前記第２電極上面に臨んで設けられ且つ前記第２電極上面に開口部を有する絶縁膜と、を備えて前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備し、
前記第１電極及び前記第２電極によって前記圧電体層が挟まれた領域である圧電体能動部に対応する領域では、前記絶縁膜と前記第２電極上面との間には間隙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】
前記間隙の前記第２電極上面周縁部には、中間層が設けられてい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】
前記中間層は、前記開口部側端部の膜厚が前記圧電素子の中央に向かって漸小していることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記中間層は、前記圧力発生室が並設される方向と直交する方向の開口部側端部が、前記圧電体能動部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２又は３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記絶縁膜の開口部は、前記圧電体能動部に相対向する領域内に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記第１電極が複数の圧電素子に亘って連続して設けられた共通電極であると共に前記第２電極が前記圧力発生室毎に設けられた個別電極であることを特徴とする請求項１〜５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１〜６のいずれか一項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。
【請求項８】
第１電極と、
前記第１電極上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層上方に形成された第２電極と、
少なくとも前記圧電体層の側面を覆うと共に前記第２電極上面に臨んで設けられ且つ前記第２電極の上面に開口部を有する絶縁膜と、を具備し、
前記第１電極及び前記第２電極によって前記圧電体層が挟まれた領域である圧電体能動部に対応する領域では、前記絶縁膜と前記第２電極上面との間には間隙が設けられていることを特徴とする圧電素子。
【請求項９】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、第１電極と圧電体層と第２電極と絶縁膜とを備え且つ前記圧力発生室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の製造方法であって、
前記第１電極上方に前記圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上方に前記第２電極を形成する工程と、
前記第２電極上に前記中間層を形成する工程と、
少なくとも前記中間層、前記第２電極、及び前記圧電体層を各圧力発生室毎にパターニングする工程と、
少なくとも前記第２電極及び前記圧電体層を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜をマスクを介してエッチングすることにより、前記第１電極及び前記第２電極によって前記圧電体層が挟まれた領域である圧電体能動部に対応する領域内に開口部を形成する工程と、
前記中間層の少なくとも一部を前記開口部側から除去する工程と、を具備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１】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、
第１電極と、前記第１電極上方に形成された圧電体層と、前記圧電体層上方に形成された第２電極と、少なくとも前記圧電体層の側面を覆うと共に前記第２電極上面に臨んで設けられ且つ前記第２電極上面に開口部を有する絶縁膜と、を備えて前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備し、
前記第１電極及び前記第２電極によって前記圧電体層が挟まれた領域である圧電体能動部に対応する領域では、前記絶縁膜と前記第２電極上面との間には間隙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】
前記間隙の前記第２電極上面周縁部には、中間層が設けられてい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】
前記中間層は、前記開口部側端部の膜厚が前記圧電素子の中央に向かって漸小していることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記中間層は、前記圧力発生室が並設される方向と直交する方向の開口部側端部が、前記圧電体能動部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２又は３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記絶縁膜の開口部は、前記圧電体能動部に相対向する領域内に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記第１電極が複数の圧電素子に亘って連続して設けられた共通電極であると共に前記第２電極が前記圧力発生室毎に設けられた個別電極であることを特徴とする請求項１〜５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１〜６のいずれか一項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。
【請求項８】
第１電極と、
前記第１電極上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層上方に形成された第２電極と、
少なくとも前記圧電体層の側面を覆うと共に前記第２電極上面に臨んで設けられ且つ前記第２電極の上面に開口部を有する絶縁膜と、を具備し、
前記第１電極及び前記第２電極によって前記圧電体層が挟まれた領域である圧電体能動部に対応する領域では、前記絶縁膜と前記第２電極上面との間には間隙が設けられていることを特徴とする圧電素子。
【請求項９】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、第１電極と圧電体層と第２電極と絶縁膜とを備え且つ前記圧力発生室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の製造方法であって、
前記第１電極上方に前記圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上方に前記第２電極を形成する工程と、
前記第２電極上に前記中間層を形成する工程と、
少なくとも前記中間層、前記第２電極、及び前記圧電体層を各圧力発生室毎にパターニングする工程と、
少なくとも前記第２電極及び前記圧電体層を覆うように絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜をマスクを介してエッチングすることにより、前記第１電極及び前記第２電極によって前記圧電体層が挟まれた領域である圧電体能動部に対応する領域内に開口部を形成する工程と、
前記中間層の少なくとも一部を前記開口部側から除去する工程と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１９６９１６（Ｐ２０１２−１９６９１６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６３３８９（Ｐ２０１１−６３３８９）
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２２日（２０１１．３．２２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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