液体噴射ヘッド及び液体噴射装置
【課題】 電気特性評価を行う際のコンタクト電極に削除しきれないとコンタクトが得られなくなる
【解決手段】 振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成する際には、下電極と圧電体層と上電極を順次積層して圧電素子を形成する。このとき、下電極の一部に平面での形状が先細りとなるコンタクト電極を形成しておく。下電極のパターニング後に圧電素子の素材を塗布して焼成し、更に不要部分をエッチングで除去する。コンタクト電極は下電極の一部に平面での形状が先細りとなるように形成されているため、このコンタクト電極の上に塗布される圧電体層の素材の膜厚はその幅によって変化する。すなわち、コンタクト電極の上に積層された圧電体層の素材は幅狭となるのに従って徐々に薄くなっている。
【解決手段】 振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成する際には、下電極と圧電体層と上電極を順次積層して圧電素子を形成する。このとき、下電極の一部に平面での形状が先細りとなるコンタクト電極を形成しておく。下電極のパターニング後に圧電素子の素材を塗布して焼成し、更に不要部分をエッチングで除去する。コンタクト電極は下電極の一部に平面での形状が先細りとなるように形成されているため、このコンタクト電極の上に塗布される圧電体層の素材の膜厚はその幅によって変化する。すなわち、コンタクト電極の上に積層された圧電体層の素材は幅狭となるのに従って徐々に薄くなっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の変位によってノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、液滴としてインク滴を噴射するインクジェット式の液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を噴射する液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、圧力発生室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備し、この圧電素子の変位によって圧力発生室内に圧力を付与することで、ノズルからインク滴を噴射するものがある。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドに採用されている圧電素子は、半導体プロセスで製造され、下電極を作成した後、圧電体層の素材をシリコンウエハ上に塗布して焼成した後、不要部分をエッチングで除去し、上電極を作成している（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２００９−１７２８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されているように、圧電体層の素材をシリコンウエハ上に塗布する際には膜厚が均一となるようにしている。しかし、実際には塗布する前の下地の形状が影響する。例えば、下電極が部位によって大きさが異なると、大きな部位には小さな部位よりも厚めに塗布される傾向がある。
塗布された素材を焼成した後で不要部分をエッチングで削除し、電極を露出させる。しかし、この電極の形状によって塗布された膜厚が異なるので、膜厚が厚かった部位ではエッチングで削除しきれない部分が生ずる。特に、電気特性評価を行う際のコンタクト電極に削除しきれない部分が残るとコンタクトが得られなくなる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コンタクトを確実に得られるようにする液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、複数のノズルに対応する所定の流路を形成した流路形成基板を、上記ノズルを形成したノズルプレートと、振動板とではさみ、同振動板における流路形成基板とは反対の面には各流路に対応して圧電素子を配設しており、同圧電素子に所定の駆動信号を与えると同圧電素子が変位し、流路形成基板の所定の流路に充填されている液体がノズルより吐出される。
【０００８】
上記振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成する際には、下電極と圧電体層と上電極を順次積層して圧電素子を形成する。このとき、下電極の一部に平面での形状が先細りとなるコンタクト電極を形成しておく。下電極のパターニング後に圧電素子の素材を塗布して焼成し、更に不要部分をエッチングで除去する。コンタクト電極は下電極の一部に平面での形状が先細りとなるように形成されているため、このコンタクト電極の上に塗布される圧電体層の素材の膜厚はその幅によって変化する。すなわち、コンタクト電極の上に積層された圧電体層の素材は幅狭となるのに従って徐々に薄くなっている。
【０００９】
このようにすると圧電体層の焼成後のエッチングの過程では、コンタクト電極を覆う圧電体層が一定の膜厚分だけ除去されることになる。もし、塗布されたときに一定の膜厚であったとすると、エッチング時間が長いときには確実に除去できるが、エッチング時間が短いと除去できずに残ってしまう。エッチング時間は他の要因によって決まるので、必要なエッチング時間によっては除去しきれない。この結果、電気特性を評価する段階でコンタクト電極と外部電極を突き当てて接続する際に、導通が取れなくなる。
【００１０】
しかしながら、本発明のコンタクト電極の場合はその上に塗布される膜厚が厚いところから薄いところまで徐々に変化しているのでエッチング時間の変化にかかわらず電極は部分的に確実に露出させることができるようになる。
なお、この意味では、半導体プロセスで電極や機能素子を形成するにあたり、電極をパターニングし、機能素子の素材を塗布して焼成した後、不要部位をエッチングで削除して上記電極の所定部位を露出させるにあたり、同電極の一部に平面での形状が先細りとなるコンタクト電極を形成する点に技術的特徴があるといえる。
【００１１】
また、上記コンタクト電極は、複数形成するようにしてもよい。さらに、上記コンタクト電極は、複数の方向に先細りの方向を向けて形成するようにしてもよい。機能素子の素材を塗布するときにはウエハを回転させながら遠心力を利用して均等に塗布させる。ウエハからのチップや基板を切り出す際に、径方向に対して全てが同じ方向になるわけではない。ウエハの径方向とコンタクト電極の向きとがチップ毎に異なるのに対応して複数の方向に配向させておけばその影響を最小限とすることができる。
【００１２】
複数に配向する一例として、上記コンタクト電極は、略十字型に形成するようにしてもよい。また、上記コンタクト電極は、徐々に幅が狭まった後で徐々に幅が広がるように形成するようにしてもよい。
なお、かかる液体噴射ヘッドは液体噴射装置に利用可能であり、その意味ではかかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置として発明を実現しても同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エッチング時間の変化にかかわらずコンタクト電極を確実に露出させることができる、外部電極との導通を確実に取れるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用される液体噴射ヘッドの一例の概略の分解斜視図である。
【図２】本発明を適用した振動板の概略平面図である。
【図３】同振動板の一部の電極のパターンを示す概略図である。
【図４】要部の電極のみを拡大して示す図である。
【図５】同電極の断面図である。
【図６】電極上に圧電体層の素材を塗布したときの厚みの変化を示す図である。
【図７】エッチング後の同電極の断面図である。
【図８】従来の電極上に圧電体層の素材を塗布したときの厚みの変化を示す図である。
【図９】エッチング後の同電極の断面図である。
【図１０】コンタクト電極の変形例を示す図である。
【図１１】液体噴射ヘッドを搭載する液体噴射装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、本発明が適用される液体噴射ヘッドの一例の概略の分解斜視図である。
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）であるシリコン単結晶基板からなり、その一方面には酸化膜からなる弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画され一方側の面が弾性膜５０で構成される複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。
【００１６】
流路形成基板１０には、圧力発生室１２の長手方向一端部側に、隔壁１１によって区画され各圧力発生室１２に連通するインク供給路１３と連通路１４とが設けられている。連通路１４の外側には、各連通路１４と連通する連通部１５が設けられている。この連通部１５は、保護基板３０のリザーバ部３２と連通して、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバの一部を構成する。
【００１７】
ここで、インク供給路１３は、圧力発生室１２よりも狭い断面積となるように形成されており、連通部１５から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。例えば、インク供給路１３は、リザーバと各圧力発生室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、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。また、各連通路１４は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１５側に延設してインク供給路１３と連通部１５との間の空間を区画することで形成されている。
【００１８】
なお、流路形成基板１０の材料として、本実施形態ではシリコン単結晶基板を用いているが、勿論これに限定されず、例えば、ガラスセラミックス、ステンレス鋼等を用いてもよい。
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１３とは反対側の端部近傍に連通するノズル２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼などからなる。
【００１９】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、弾性膜５０とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、下電極膜６０と圧電体層７０と上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。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を有する部分だけでなく、少なくとも圧電体層７０を有する部分を含む。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、他方の電極を圧電体層７０と共に圧力発生室１２毎にパターニングして個別電極とする。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アクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみを残して下電極膜６０を振動板としてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
【００２０】
圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、各圧力発生室１２に対向する領域毎に、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で設けられて各圧電素子３００の個別電極を構成している。また下電極膜６０は、各圧力発生室１２の長手方向一端部側から周壁上まで延設されている。そして下電極膜６０には、圧力発生室１２の外側の領域で、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、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。一方、圧力発生室１２の長手方向他端部側の下電極膜６０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域内に位置している。
【００２１】
圧電体層７０は、下電極膜６０の幅よりも広い幅で且つ圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で設けられている。圧力発生室１２の長手方向においては、圧電体層７０の両端部は、圧力発生室１２の端部の外側まで延設されている。すなわち圧電体層７０は、圧力発生室１２に対向する領域の下電極膜６０の上面及び端面を完全に覆うように設けられている。なお、圧力発生室１２の長手方向一端部側の圧電体層７０の端部は、圧力発生室１２の端部近傍に位置しておりその外側の領域には下電極膜６０がさらに延設されている。
【００２２】
上電極膜８０は、複数の圧力発生室１２に対向する領域に連続的に形成され、また圧力発生室１２の長手方向他端部側から周壁上まで延設されている。すなわち、上電極膜８０は、圧力発生室１２に対向する領域の圧電体層７０の上面及び端面のほぼ全域を覆って設けられている。
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤を介して接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。また、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１５に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２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の並設方向に沿って設けられており、上述したように流路形成基板１０の連通部１５と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバを構成している。
【００２３】
さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、下電極膜６０及びリード電極９０の端部がこの貫通孔３３内に露出されている。そして、図示しないが、これら下電極膜６０及びリード電極９０は、貫通孔３３内に延設される接続配線によって圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ等に接続される。
【００２４】
なお、保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、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。
この保護基板３０上には、さらに、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。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のリザーバに対向する領域は、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。
【００２５】
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からインクを取り込み、リザーバからノズル２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動ＩＣ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圧電素子３００に電圧を印加し、圧電素子３００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２１からインク滴が吐出する。
【００２６】
図２はこのような振動板を概略的に示しており、図３はその要部を示し、図４は拡大して示している。
振動板（弾性膜５０）には上述したように圧電素子３００が所定のピッチ間隔で並設されているが、個々に下電極膜６０が形成される必要がある。製造の半導体プロセスでは先に下電極膜６０をパターニングした後で、圧電体層７０の素材を塗布し、焼成してから不要部分をエッチングで削除する。各圧電素子３００に対応する下電極膜６０は、各セグメントごとにコンタクト電極としてセグメントコンタクトホール６１が形成されている。また、電気特性を評価する際の共通の電極としての電気特性評価用コンタクトホール（コンタクト電極）６２も形成している。
【００２７】
各セグメント毎のセグメントコンタクトホールは圧電素子３００毎の下電極膜６０の幅よりも狭い領域で形成されるものであり、図４に示すように幅狭の部位である。これに対して電気特性評価用コンタクトホール６２は比較的大きな領域が与えられており、より具体的にはそれぞれ先細りとした四つの部位６２ａを有する概略十字型に形成されている。
【００２８】
図５は、図４における一点鎖線で示す部位の断面図である。
同図に示すように、セグメントコンタクトホール６１は均一に幅狭として形成され、電気特性評価用コンタクトホール６２は一点鎖線での断面としては幅が広い。
図６と図７は本実施例でのセグメントコンタクトホール６１と電気特性評価用コンタクトホール６２の説明図であり、図８と図９は従来のセグメントコンタクトホール６１と電気特性評価用コンタクトホール６３の説明図である。まず、従来のものについて説明する。
【００２９】
図８では、下電極膜６０を下方に示し、下電極膜６０がパターニングされた上に圧電体層の素材７１を塗布したときの膜厚を上方に示している。従来のものも本実施例のものもセグメントコンタクトホール６１については変わりがない。しかし、電気特性評価用コンタクトホール６２に相当する電気特性評価用コンタクトホール６３は十字型ではなく、単なる矩形領域として形成されている。
【００３０】
表面には下地の凹凸が少なからず表れてしまうが、下地に大きな形状のものが存在すると、その上に塗布される圧電体層７０の素材７１は全体的に厚くなる。従って、大きな矩形領域として形成されている電気特性評価用コンタクトホール６３の上部は、セグメントコンタクトホール６１の上面よりも厚みとして５５ｎｍほど高くなっている。なお、下電極膜６０をパターニンして形成される電気特性評価用コンタクトホール６３とセグメントコンタクトホール６１の厚みは２００ｎｍである。
【００３１】
厚み５５ｎｍの差があるので、エッチングの過程で余分な圧電体層７０を削っていくときには同じ時間であれば同じ厚みだけ削られることになるから、セグメントコンタクトホール６１が露出したとしても、図９でハッチングで示す部分が残っており、電気特性評価用コンタクトホール６３が完全には露出しない。
これに対し、本発明の電気特性評価用コンタクトホール（コンタクト電極）６２の場合、先細りとなる四つの部位６２ａが形成されており、電気特性評価用コンタクトホール６２の中央部分では領域が大きいので圧電体層７０の素材７１も厚くなっているが、四つの部位６２ａでは先細りになるのにつれて徐々に厚みが薄くなっている。特に、その先細りとした先端部分はセグメントコンタクトホール６１の上面の素材７１の厚みよりも薄くなる。
【００３２】
従って、一定時間だけエッチングしてセグメントコンタクトホール６１の上面が露出するときには、電気特性評価用コンタクトホール６２の上面では中央部分に一部の圧電体層７０が残るものの先端に向かうにつれて徐々に薄く残り、中程から先の部分では完全に削られて電気特性評価用コンタクトホール６２が露出している。従って、電気特性評価のために外部の電極をセグメントコンタクトホール６１と電気特性評価用コンタクトホール６２に押し当てれば両者共に必ず導通を取れるようになる。
【００３３】
本実施形態では、電気特性評価用コンタクトホール６２が略十字型として四つの方向に向けて先細りとした部位６２ａが形成されている。各方向に向けたことで、圧電体層７０の素材７１をウエハ上に塗布するときの回転の影響を受けにくくなる。すなわち、径方向に対して複数の方向を有している。ウェアの回転に伴い、径方向を基準として影響の度合いが異なるとしても、電気特性評価用コンタクトホール６２の部位６２ａは四つの向きがあるので、影響の大きな向きも少ない向きも有していることになり、露出できない部位が生じるということはない。
【００３４】
なお、先細りというのは徐々に幅が変化する、あるいは段階的にでも幅の異なる部位があるという広い概念である。また、図１０に示す電気特性評価用コンタクトホール６４では、一旦狭まった後で再度広くなっているが、この場合でも徐々に幅が狭まっている部位があるので、先細り形状といえる。
なお、電気特性評価用コンタクトホール６２における先細りとなる部位６２ａでセグメントコンタクトホール６１よりも先に露出する部分の寸法は、オーバーエッチ量と言える。言い換えると、電気特性評価用コンタクトホール６２の部位６２ａで露出している部分の形状（長さ）はオーバーエッチ量を表しているので、形状からオーバーエッチ量を測定できる。
【００３５】
また上述した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。図１１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。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。
【００３６】
なお、上述した実施形態においては、本発明の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説明したが、液体噴射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。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射するもの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、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）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。
【００３７】
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
【００３８】
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。
【符号の説明】
【００３９】
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、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…下電極膜、６１…セグメントコンタクトホール、６２、６４…電気特性評価用コンタクトホール、７０…圧電体膜、８０…上電極膜、３００…圧電素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の変位によってノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、液滴としてインク滴を噴射するインクジェット式の液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を噴射する液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、例えば、圧力発生室が形成された流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備し、この圧電素子の変位によって圧力発生室内に圧力を付与することで、ノズルからインク滴を噴射するものがある。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドに採用されている圧電素子は、半導体プロセスで製造され、下電極を作成した後、圧電体層の素材をシリコンウエハ上に塗布して焼成した後、不要部分をエッチングで除去し、上電極を作成している（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２００９−１７２８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されているように、圧電体層の素材をシリコンウエハ上に塗布する際には膜厚が均一となるようにしている。しかし、実際には塗布する前の下地の形状が影響する。例えば、下電極が部位によって大きさが異なると、大きな部位には小さな部位よりも厚めに塗布される傾向がある。
塗布された素材を焼成した後で不要部分をエッチングで削除し、電極を露出させる。しかし、この電極の形状によって塗布された膜厚が異なるので、膜厚が厚かった部位ではエッチングで削除しきれない部分が生ずる。特に、電気特性評価を行う際のコンタクト電極に削除しきれない部分が残るとコンタクトが得られなくなる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コンタクトを確実に得られるようにする液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、複数のノズルに対応する所定の流路を形成した流路形成基板を、上記ノズルを形成したノズルプレートと、振動板とではさみ、同振動板における流路形成基板とは反対の面には各流路に対応して圧電素子を配設しており、同圧電素子に所定の駆動信号を与えると同圧電素子が変位し、流路形成基板の所定の流路に充填されている液体がノズルより吐出される。
【０００８】
上記振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成する際には、下電極と圧電体層と上電極を順次積層して圧電素子を形成する。このとき、下電極の一部に平面での形状が先細りとなるコンタクト電極を形成しておく。下電極のパターニング後に圧電素子の素材を塗布して焼成し、更に不要部分をエッチングで除去する。コンタクト電極は下電極の一部に平面での形状が先細りとなるように形成されているため、このコンタクト電極の上に塗布される圧電体層の素材の膜厚はその幅によって変化する。すなわち、コンタクト電極の上に積層された圧電体層の素材は幅狭となるのに従って徐々に薄くなっている。
【０００９】
このようにすると圧電体層の焼成後のエッチングの過程では、コンタクト電極を覆う圧電体層が一定の膜厚分だけ除去されることになる。もし、塗布されたときに一定の膜厚であったとすると、エッチング時間が長いときには確実に除去できるが、エッチング時間が短いと除去できずに残ってしまう。エッチング時間は他の要因によって決まるので、必要なエッチング時間によっては除去しきれない。この結果、電気特性を評価する段階でコンタクト電極と外部電極を突き当てて接続する際に、導通が取れなくなる。
【００１０】
しかしながら、本発明のコンタクト電極の場合はその上に塗布される膜厚が厚いところから薄いところまで徐々に変化しているのでエッチング時間の変化にかかわらず電極は部分的に確実に露出させることができるようになる。
なお、この意味では、半導体プロセスで電極や機能素子を形成するにあたり、電極をパターニングし、機能素子の素材を塗布して焼成した後、不要部位をエッチングで削除して上記電極の所定部位を露出させるにあたり、同電極の一部に平面での形状が先細りとなるコンタクト電極を形成する点に技術的特徴があるといえる。
【００１１】
また、上記コンタクト電極は、複数形成するようにしてもよい。さらに、上記コンタクト電極は、複数の方向に先細りの方向を向けて形成するようにしてもよい。機能素子の素材を塗布するときにはウエハを回転させながら遠心力を利用して均等に塗布させる。ウエハからのチップや基板を切り出す際に、径方向に対して全てが同じ方向になるわけではない。ウエハの径方向とコンタクト電極の向きとがチップ毎に異なるのに対応して複数の方向に配向させておけばその影響を最小限とすることができる。
【００１２】
複数に配向する一例として、上記コンタクト電極は、略十字型に形成するようにしてもよい。また、上記コンタクト電極は、徐々に幅が狭まった後で徐々に幅が広がるように形成するようにしてもよい。
なお、かかる液体噴射ヘッドは液体噴射装置に利用可能であり、その意味ではかかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置として発明を実現しても同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エッチング時間の変化にかかわらずコンタクト電極を確実に露出させることができる、外部電極との導通を確実に取れるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用される液体噴射ヘッドの一例の概略の分解斜視図である。
【図２】本発明を適用した振動板の概略平面図である。
【図３】同振動板の一部の電極のパターンを示す概略図である。
【図４】要部の電極のみを拡大して示す図である。
【図５】同電極の断面図である。
【図６】電極上に圧電体層の素材を塗布したときの厚みの変化を示す図である。
【図７】エッチング後の同電極の断面図である。
【図８】従来の電極上に圧電体層の素材を塗布したときの厚みの変化を示す図である。
【図９】エッチング後の同電極の断面図である。
【図１０】コンタクト電極の変形例を示す図である。
【図１１】液体噴射ヘッドを搭載する液体噴射装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、本発明が適用される液体噴射ヘッドの一例の概略の分解斜視図である。
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）であるシリコン単結晶基板からなり、その一方面には酸化膜からなる弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画され一方側の面が弾性膜５０で構成される複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。
【００１６】
流路形成基板１０には、圧力発生室１２の長手方向一端部側に、隔壁１１によって区画され各圧力発生室１２に連通するインク供給路１３と連通路１４とが設けられている。連通路１４の外側には、各連通路１４と連通する連通部１５が設けられている。この連通部１５は、保護基板３０のリザーバ部３２と連通して、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバの一部を構成する。
【００１７】
ここで、インク供給路１３は、圧力発生室１２よりも狭い断面積となるように形成されており、連通部１５から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。例えば、インク供給路１３は、リザーバと各圧力発生室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、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。また、各連通路１４は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１５側に延設してインク供給路１３と連通部１５との間の空間を区画することで形成されている。
【００１８】
なお、流路形成基板１０の材料として、本実施形態ではシリコン単結晶基板を用いているが、勿論これに限定されず、例えば、ガラスセラミックス、ステンレス鋼等を用いてもよい。
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１３とは反対側の端部近傍に連通するノズル２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼などからなる。
【００１９】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、弾性膜５０とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、下電極膜６０と圧電体層７０と上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。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を有する部分だけでなく、少なくとも圧電体層７０を有する部分を含む。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、他方の電極を圧電体層７０と共に圧力発生室１２毎にパターニングして個別電極とする。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アクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみを残して下電極膜６０を振動板としてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
【００２０】
圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、各圧力発生室１２に対向する領域毎に、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で設けられて各圧電素子３００の個別電極を構成している。また下電極膜６０は、各圧力発生室１２の長手方向一端部側から周壁上まで延設されている。そして下電極膜６０には、圧力発生室１２の外側の領域で、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、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。一方、圧力発生室１２の長手方向他端部側の下電極膜６０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域内に位置している。
【００２１】
圧電体層７０は、下電極膜６０の幅よりも広い幅で且つ圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で設けられている。圧力発生室１２の長手方向においては、圧電体層７０の両端部は、圧力発生室１２の端部の外側まで延設されている。すなわち圧電体層７０は、圧力発生室１２に対向する領域の下電極膜６０の上面及び端面を完全に覆うように設けられている。なお、圧力発生室１２の長手方向一端部側の圧電体層７０の端部は、圧力発生室１２の端部近傍に位置しておりその外側の領域には下電極膜６０がさらに延設されている。
【００２２】
上電極膜８０は、複数の圧力発生室１２に対向する領域に連続的に形成され、また圧力発生室１２の長手方向他端部側から周壁上まで延設されている。すなわち、上電極膜８０は、圧力発生室１２に対向する領域の圧電体層７０の上面及び端面のほぼ全域を覆って設けられている。
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤を介して接合されている。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。また、保護基板３０には、流路形成基板１０の連通部１５に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２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の並設方向に沿って設けられており、上述したように流路形成基板１０の連通部１５と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバを構成している。
【００２３】
さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、下電極膜６０及びリード電極９０の端部がこの貫通孔３３内に露出されている。そして、図示しないが、これら下電極膜６０及びリード電極９０は、貫通孔３３内に延設される接続配線によって圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ等に接続される。
【００２４】
なお、保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることがより好ましく、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。
この保護基板３０上には、さらに、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。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のリザーバに対向する領域は、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。
【００２５】
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からインクを取り込み、リザーバからノズル２１に至るまで内部をインクで満たした後、図示しない駆動ＩＣ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圧電素子３００に電圧を印加し、圧電素子３００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２１からインク滴が吐出する。
【００２６】
図２はこのような振動板を概略的に示しており、図３はその要部を示し、図４は拡大して示している。
振動板（弾性膜５０）には上述したように圧電素子３００が所定のピッチ間隔で並設されているが、個々に下電極膜６０が形成される必要がある。製造の半導体プロセスでは先に下電極膜６０をパターニングした後で、圧電体層７０の素材を塗布し、焼成してから不要部分をエッチングで削除する。各圧電素子３００に対応する下電極膜６０は、各セグメントごとにコンタクト電極としてセグメントコンタクトホール６１が形成されている。また、電気特性を評価する際の共通の電極としての電気特性評価用コンタクトホール（コンタクト電極）６２も形成している。
【００２７】
各セグメント毎のセグメントコンタクトホールは圧電素子３００毎の下電極膜６０の幅よりも狭い領域で形成されるものであり、図４に示すように幅狭の部位である。これに対して電気特性評価用コンタクトホール６２は比較的大きな領域が与えられており、より具体的にはそれぞれ先細りとした四つの部位６２ａを有する概略十字型に形成されている。
【００２８】
図５は、図４における一点鎖線で示す部位の断面図である。
同図に示すように、セグメントコンタクトホール６１は均一に幅狭として形成され、電気特性評価用コンタクトホール６２は一点鎖線での断面としては幅が広い。
図６と図７は本実施例でのセグメントコンタクトホール６１と電気特性評価用コンタクトホール６２の説明図であり、図８と図９は従来のセグメントコンタクトホール６１と電気特性評価用コンタクトホール６３の説明図である。まず、従来のものについて説明する。
【００２９】
図８では、下電極膜６０を下方に示し、下電極膜６０がパターニングされた上に圧電体層の素材７１を塗布したときの膜厚を上方に示している。従来のものも本実施例のものもセグメントコンタクトホール６１については変わりがない。しかし、電気特性評価用コンタクトホール６２に相当する電気特性評価用コンタクトホール６３は十字型ではなく、単なる矩形領域として形成されている。
【００３０】
表面には下地の凹凸が少なからず表れてしまうが、下地に大きな形状のものが存在すると、その上に塗布される圧電体層７０の素材７１は全体的に厚くなる。従って、大きな矩形領域として形成されている電気特性評価用コンタクトホール６３の上部は、セグメントコンタクトホール６１の上面よりも厚みとして５５ｎｍほど高くなっている。なお、下電極膜６０をパターニンして形成される電気特性評価用コンタクトホール６３とセグメントコンタクトホール６１の厚みは２００ｎｍである。
【００３１】
厚み５５ｎｍの差があるので、エッチングの過程で余分な圧電体層７０を削っていくときには同じ時間であれば同じ厚みだけ削られることになるから、セグメントコンタクトホール６１が露出したとしても、図９でハッチングで示す部分が残っており、電気特性評価用コンタクトホール６３が完全には露出しない。
これに対し、本発明の電気特性評価用コンタクトホール（コンタクト電極）６２の場合、先細りとなる四つの部位６２ａが形成されており、電気特性評価用コンタクトホール６２の中央部分では領域が大きいので圧電体層７０の素材７１も厚くなっているが、四つの部位６２ａでは先細りになるのにつれて徐々に厚みが薄くなっている。特に、その先細りとした先端部分はセグメントコンタクトホール６１の上面の素材７１の厚みよりも薄くなる。
【００３２】
従って、一定時間だけエッチングしてセグメントコンタクトホール６１の上面が露出するときには、電気特性評価用コンタクトホール６２の上面では中央部分に一部の圧電体層７０が残るものの先端に向かうにつれて徐々に薄く残り、中程から先の部分では完全に削られて電気特性評価用コンタクトホール６２が露出している。従って、電気特性評価のために外部の電極をセグメントコンタクトホール６１と電気特性評価用コンタクトホール６２に押し当てれば両者共に必ず導通を取れるようになる。
【００３３】
本実施形態では、電気特性評価用コンタクトホール６２が略十字型として四つの方向に向けて先細りとした部位６２ａが形成されている。各方向に向けたことで、圧電体層７０の素材７１をウエハ上に塗布するときの回転の影響を受けにくくなる。すなわち、径方向に対して複数の方向を有している。ウェアの回転に伴い、径方向を基準として影響の度合いが異なるとしても、電気特性評価用コンタクトホール６２の部位６２ａは四つの向きがあるので、影響の大きな向きも少ない向きも有していることになり、露出できない部位が生じるということはない。
【００３４】
なお、先細りというのは徐々に幅が変化する、あるいは段階的にでも幅の異なる部位があるという広い概念である。また、図１０に示す電気特性評価用コンタクトホール６４では、一旦狭まった後で再度広くなっているが、この場合でも徐々に幅が狭まっている部位があるので、先細り形状といえる。
なお、電気特性評価用コンタクトホール６２における先細りとなる部位６２ａでセグメントコンタクトホール６１よりも先に露出する部分の寸法は、オーバーエッチ量と言える。言い換えると、電気特性評価用コンタクトホール６２の部位６２ａで露出している部分の形状（長さ）はオーバーエッチ量を表しているので、形状からオーバーエッチ量を測定できる。
【００３５】
また上述した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。図１１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。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。
【００３６】
なお、上述した実施形態においては、本発明の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説明したが、液体噴射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。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射するもの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、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）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。
【００３７】
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
【００３８】
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。
【符号の説明】
【００３９】
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、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…下電極膜、６１…セグメントコンタクトホール、６２、６４…電気特性評価用コンタクトホール、７０…圧電体膜、８０…上電極膜、３００…圧電素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノズルに対応する所定の流路を形成した流路形成基板を、上記ノズルを形成したノズルプレートと、振動板とではさみ、同振動板における流路形成基板とは反対の面には各流路に対応して圧電素子を配設する液体噴射ヘッドであって、
上記振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成するにあたり、同圧電素子は、下電極と圧電体層と上電極を順次積層して形成し、この下電極の一部に平面での形状が先細りとなるコンタクト電極を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
上記コンタクト電極は、複数形成さ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】
上記コンタクト電極は、複数の方向に先細りの方向を向けて形成され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】
上記コンタクト電極は、略十字型に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
上記コンタクト電極は、徐々に幅が狭まった後で徐々に幅が広がるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
複数のノズルに対応する所定の流路を形成した流路形成基板を、上記ノズルを形成したノズルプレートと、振動板とではさみ、同振動板における流路形成基板とは反対の面には各流路に対応して圧電素子を配設する液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置であって、
上記振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成するにあたり、同圧電素子は、下電極と圧電体層と上電極を順次積層して形成し、この下電極の一部に平面での形状が先細りとなるコンタクト電極を有することを特徴とする液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置。
【請求項１】
複数のノズルに対応する所定の流路を形成した流路形成基板を、上記ノズルを形成したノズルプレートと、振動板とではさみ、同振動板における流路形成基板とは反対の面には各流路に対応して圧電素子を配設する液体噴射ヘッドであって、
上記振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成するにあたり、同圧電素子は、下電極と圧電体層と上電極を順次積層して形成し、この下電極の一部に平面での形状が先細りとなるコンタクト電極を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
上記コンタクト電極は、複数形成さ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】
上記コンタクト電極は、複数の方向に先細りの方向を向けて形成され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】
上記コンタクト電極は、略十字型に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
上記コンタクト電極は、徐々に幅が狭まった後で徐々に幅が広がるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
複数のノズルに対応する所定の流路を形成した流路形成基板を、上記ノズルを形成したノズルプレートと、振動板とではさみ、同振動板における流路形成基板とは反対の面には各流路に対応して圧電素子を配設する液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置であって、
上記振動板上に上記圧電素子を半導体プロセスで積層して形成するにあたり、同圧電素子は、下電極と圧電体層と上電極を順次積層して形成し、この下電極の一部に平面での形状が先細りとなるコンタクト電極を有することを特徴とする液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置。
【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２０１２−２１３９７５（Ｐ２０１２−２１３９７５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１７０６（Ｐ２０１１−８１７０６）
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【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１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【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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