JP2004330567A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好且つ安定した吐出特性が得られる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室１２が形成される流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方面側に振動板を介して設けられる下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００とを具備する液体噴射ヘッドであって、少なくとも圧電素子３００の長手方向端部近傍に対向する領域に圧電素子３００の並設方向に沿って連続的に設けられると共に複数の圧電素子３００の下電極６０に対向する領域に貫通部を有する絶縁層１００と、絶縁層１００上に連続的に設けられて貫通部を介して下電極６０と電気的に接続される接続配線層１１０とを有し、少なくとも二酸化シリコン膜１０１及びポリイミド膜１０２を積層して絶縁層１００を形成することで、上電極８０と接続配線層１１０とを確実に絶縁する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被噴射液を吐出する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室に供給されたインクを圧電素子によって加圧することにより、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及び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。そして、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、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ある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２８６１３１号公報（第３図、第３頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように圧電素子を高密度に配列したインクジェット式記録ヘッドでは、各圧電素子の一方の電極（共通電極）が複数の圧電素子に共通して設けられているため、多数の圧電素子を同時に駆動して多数のインク滴を一度に吐出させると、電圧降下が発生して圧電素子の変位量が不安定となり、インク吐出特性が低下するという問題がある。このような問題は、圧電素子の共通電極の厚さを厚くすることによって解決することはできるが、この共通電極は振動板の一部を構成しているため、圧電素子の駆動による振動板の変位量が低下してしまうという問題が発生してしまう。また、共通電極の面積を広げることによってもこのような問題を解決することはできるが、ヘッドが大型化してしまうという問題がある。また、薄膜で形成された圧電素子の電極はその膜厚が薄いため抵抗値が比較的高く、このような問題が特に生じやすい。
【０００５】
なお、このような問題は、インクを吐出するインクジェット式記録ヘッドだけでなく、インク以外の液体を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に発生する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑み、良好且つ安定した吐出特性が得られる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【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形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液体噴射ヘッドであって、少なくとも前記圧電素子の長手方向端部近傍に対向する領域に当該圧電素子の並設方向に沿って連続的に設けられると共に複数の前記圧電素子の前記下電極に対向する領域に貫通部を有する絶縁層と、該絶縁層上に連続的に設けられて前記貫通部を介して前記下電極と電気的に接続される接続配線層とを有し、且つ前記絶縁層が、少なくとも二酸化シリコン膜及びポリイミド膜を積層してなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【０００８】
かかる第１の態様では、絶縁層によって上電極と接続配線層とを確実に絶縁することができると共に、例えば、応力集中等による圧電素子の破壊等を防止することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記絶縁層が、前記二酸化シリコン膜上に前記ポリイミド膜が積層されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１０】
かかる第２の態様では、二酸化シリコン膜が均一な厚さで形成されていない場合でも、ポリイミド膜によって上電極と接続配線層とが確実に絶縁される。また、ポリイミド膜が圧電素子と接触することがなく、ポリイミド膜が吸収した水分によって圧電素子が破壊されることがない。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記二酸化シリコン膜のパターン面積が前記ポリイミド膜のパターン面積よりも広いことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１２】
かかる第３の態様では、ポリイミド膜の圧電素子との接触が確実に防止される。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第２又は３の態様において、前記絶縁層が、前記ポリイミド膜上に設けられた二酸化シリコン膜を含む３層からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１４】
かかる第４の態様では、ポリイミド膜の圧電素子との接触が防止されると共に、ポリイミド膜が水分を吸収するのを防止することができる。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第１の態様において、前記絶縁層が、前記ポリイミド膜上に前記二酸化シリコン膜が積層されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１６】
かかる第５の態様では、ポリイミド膜が水分を吸収することがないため、ポリイミド膜が圧電素子に接触していても圧電素子が破壊されることはない。
【００１７】
本発明の第６の態様は、第４又は５の態様において、前記ポリイミド膜上に積層される前記二酸化シリコン膜が、当該ポリイミド膜を覆って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。
【００１８】
かかる第６の態様では、ポリイミド膜が水分を吸収するのを確実に防止することができる。
【００１９】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記二酸化シリコン膜の膜厚が、前記ポリイミド膜の膜厚よりも薄いことを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２０】
かかる第７の態様では、絶縁層の剛性を過度に上げることなく、ポリイミド膜の表面を容易に平坦化することができる。
【００２１】
本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様において、前記圧電素子の個別電極である前記上電極から引き出される引き出し配線が前記流路形成基板の端部近傍まで延設され、前記絶縁層が前記引き出し配線を含む領域に当該引き出し配線よりも厚い厚さで形成されると共に、少なくとも前記引き出し配線上の前記絶縁層の表面が平坦化されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２２】
かかる第８の態様では、絶縁層上に接合される基板の接着状態が改善される。
【００２３】
本発明の第９の態様は、第８の態様において、前記ポリイミド膜が、スピンコート法によって形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２４】
かかる第９の態様では、絶縁層の表面を比較的容易に平坦化することができる。
【００２５】
本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れかの態様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。
【００２６】
かかる第１０の態様では、耐久性及び信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。
【００２７】
【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。
（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、図１の断面図であり、図３は、実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの配線構造を示す平面図である。
【００２８】
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、異方性エッチングにより形成された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、圧力発生室１２の長手方向外側には、後述する封止基板３０のリザーバ部３２と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する連通部１３が形成され、各圧力発生室１２の長手方向一端部とそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。また、この流路形成基板１０の一方の面は開口面となり、他方の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。
【００２９】
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。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。なお、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。
【００３０】
このような圧力発生室１２等が形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。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。
【００３１】
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、０．０５〜１ｍｍのガラスセラミックス、シリコン単結晶基板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、流路形成基板１０である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。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。
【００３２】
一方、このような流路形成基板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、０．４μｍの絶縁体膜５５が形成され、この絶縁体膜５５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１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍ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。なお、本実施形態では、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。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。
【００３３】
ここで、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなり、インク供給路１４とは反対側の端部近傍から流路形成基板１０の端部近傍まで延設される引き出し配線であるリード電極９０が接続されている。そして、このリード電極９０の先端部近傍には、図示しないが、圧電素子３００を駆動するための駆動回路に繋がる外部配線が接続される。
【００３４】
また、圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０は、圧力発生室１２の並設方向に亘って連続的に延設され、且つ圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍でパターニングされている。すなわち、本実施形態では、下電極膜６０は、流路形成基板１０のリード電極９０が延設される領域のみが除去され、その他の領域に全面に亘って設けられている。
【００３５】
そして、このような圧電素子３００の長手方向端部近傍に対向する領域には、絶縁材料からなり圧電素子３００の並設方向に沿って延設される絶縁層１００を有する。例えば、本実施形態では、絶縁層１００は、図３に示すように、圧力発生室１２の列の周囲に亘って連続的に設けられており、圧力発生室１２の列に対応する領域は開口部１００ａとなっている。
【００３６】
ここで、この絶縁層１００は、二酸化シリコン膜及びポリイミド膜を積層してなり、例えば、本実施形態では、圧電素子３００の端部を覆って設けられる二酸化シリコン膜１０１とこの二酸化シリコン膜１０１上に設けられるポリイミド膜１０２との２層で構成されている。そして、この絶縁層１００のポリイミド膜１０２上には、導電材料からなる接続配線層１１０が連続的に設けられており、この接続配線層１１０と下電極膜６０とは、絶縁層１００（二酸化シリコン膜１０１、ポリイミド膜１０２）に設けられた複数の貫通部１００ｂを介して電気的に接続されている。
【００３７】
絶縁層１００に設けられる貫通部１００ｂは、比較的等間隔で配置されていることが好ましく、例えば、本実施形態では、各圧電素子３００のリード電極９０側の端部近傍に延設されている絶縁層１００の各隔壁１１に対向する領域に、それぞれ貫通部１００ｂを設けるようにした。なお、この貫通部１００ｂの大きさも、特に限定されないが、２０μｍ以下であることが好ましい。
【００３８】
このような絶縁層１００の膜厚は、接続配線層１１０と、圧電素子３００の個別電極である上電極膜８０及び上電極膜８０から引き出されるリード電極９０とを絶縁できれば、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、二酸化シリコン膜１０１を０．５μｍの厚さで形成し、ポリイミド膜１０２を１μｍの厚さで形成した。このような絶縁層１００を構成する二酸化シリコン膜１０１とポリイミド膜１０２との膜厚関係、すなわち、二酸化シリコン膜１０１の膜厚をポリイミド膜１０２の膜厚よりも薄くすることにより、絶縁層１００の剛性が高まることで生じる応力集中による圧電素子及び振動板の破壊を防止できる。また、ポリイミド膜１０２の膜厚を二酸化シリコン膜１０１の膜厚よりも厚くすることでポリイミド膜１０２の表面を容易に平坦化することができる。
【００３９】
また、この絶縁層１００上に形成された接続配線層１１０上には後述する封止基板３０が接合されるため、接続配線層１１０の表面は平坦であることが好ましい。すなわち、絶縁層１００の少なくとも封止基板３０が接合される領域の表面が平坦化されていることが好ましい。例えば、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、リード電極９０に対向する領域に封止基板３０が接合されるため、絶縁層１００を、少なくともリード電極９０よりも厚い厚さで形成し、その表面が平坦化されるようにした。具体的には、二酸化シリコン膜１０１をＣＶＤ法によって形成し、その上にポリイミド膜１０２をスピンコート法により形成することにより、ポリイミド膜１０２の表面が平坦化されるようにした。これにより、絶縁層１００上に形成される接続配線層１１０の表面も平坦となる。
【００４０】
このような構成では、圧電素子３００の共通電極である下電極膜６０と接続配線層１１０とが電気的に接続されているため、下電極膜６０の抵抗値が実質的に低下する。したがって、多数の圧電素子３００を同時に駆動しても電圧降下が発生することがなく、常に良好で且つ安定したインク吐出特性を得ることができる。また、この接続配線層１１０と上電極膜８０及びリード電極９０とを絶縁するための絶縁層１００が、本実施形態では、二酸化シリコン膜１０１及びポリイミド膜１０２の２層構造となっているため、両者を確実に絶縁することができると共に、応力集中による圧電素子３００又は振動板等の破壊を防止することができる。
【００４１】
ここで、絶縁層は、二酸化シリコン膜又はポリイミド膜の何れか１層で構成されていても、接続配線層と上電極膜及びリード電極とを絶縁することは可能である。しかしながら、例えば、絶縁層が二酸化シリコン膜のみからなる場合、二酸化シリコン膜は、成膜される部材の表面形状に沿って形成され、例えば、リード電極の端部などで膜が薄くなってしまうため、この部分で短絡（ショート）が発生するおそれがある。また、二酸化シリコン膜の膜厚を厚くすればショートの発生は防止することはできるが、二酸化シリコン膜を形成した部分の剛性が著しく高くなってしまい、圧電素子の駆動時に、応力集中による圧電素子や振動板の破壊が発生するおそれがある。一方、絶縁層がポリイミド膜のみからなる場合、材料であるポリイミドは吸湿しやすいという材料特性を有するため、ポリイミド膜が徐々に水分を吸収してしまい、吸収した水分によって圧電素子等が破壊されてしまうおそれがある。
【００４２】
このように二酸化シリコン膜又はポリイミド膜の１層からなる絶縁層では、上記したような種々の問題が生じるおそれがあるが、本発明では、絶縁層１００が二酸化シリコン膜１０１とポリイミド膜１０２との少なくとも２層を有するようにすることで、これらの問題を発生させることなく、接続配線層１１０と上電極膜８０及びリード電極９０とを良好に絶縁できるようにした。
【００４３】
すなわち、本実施形態では、二酸化シリコン膜１０１上にポリイミド膜１０２を形成するようにしたので、二酸化シリコン膜１０１に局所的に膜厚が薄い部分が存在しても、ポリイミド膜１０２によって接続配線層１１０と上電極膜８０及びリード電極９０との絶縁状態が確実に維持される。また、二酸化シリコン膜１０１を比較的薄く形成しても確実に絶縁することができるため、絶縁層１００の剛性を比較的低く抑えることができ、応力集中による圧電素子３００等の破壊を防止することができる。さらに、ポリイミド膜１０２は、二酸化シリコン膜１０１よりも小さいパターンで形成され、ポリイミド膜１０２自体が圧電素子３００と接触することがないため、ポリイミド膜１０２が水分を吸湿しても、それによって圧電素子３００が破壊されることもない。
【００４４】
このように絶縁層１００を介して接続配線層１１０が形成された流路形成基板１０の表面には、さらに、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３１を有する封止基板３０が接着剤１５０によって接合されている。そして、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３１内に密封されている。ここで、封止基板３０の一部は、絶縁層１００上に形成された接続配線層１１０上に接合される。さらに、封止基板３０には、連通部１３に対向する領域に封止基板３０を貫通するリザーバ部３２が設けられ、このリザーバ部３２は、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リザーバ１２０を構成している。このような封止基板３０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、セラミック材料等で形成されて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。なお、上述したように封止基板３０が接合される領域の絶縁層１００及び接続配線層１１０の表面は平坦化されているため、封止基板３０と接続配線層１１０とが良好に接合される。したがって、圧電素子保持部３１を確実に密封することができ、圧電素子保持部３１内への水分の侵入等を防止することができる。
【００４５】
また、封止基板３０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１２０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１２０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。
【００４６】
なお、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、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１２０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、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線を介して圧力発生室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。
【００４７】
また、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、以下にその一例を説明する。図４〜図６は、圧力発生室１２の幅方向の一部を示す断面図である。まず、図４（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弾性膜５０及びマスク膜５１となる二酸化シリコン膜５２を全面に形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）上に、ジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５を形成する。
【００４８】
次いで、図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上にスパッタリングで下電極膜６０を形成し、所定形状にパターニングする。このような下電極膜６０の材料としては、少なくとも白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）からなることが好適である。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、イリジウム等が好適である。なお、本実施形態では、下電極膜６０の材料として、白金及びイリジウムを用いている。
【００４９】
次に、図４（ｄ）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。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。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。次に、図４（ｅ）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、イリジウム、もしくはこれらの合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、イリジウムをスパッタリングにより成膜している。次に、図４（ｆ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０のみをエッチングして圧電素子３００のパターニングを行う。
【００５０】
次いで、図５（ａ）に示すように、リード電極９０を形成する。例えば、本実施形態では、金（Ａｕ）等からなる金属膜９１を流路形成基板１０の全面に亘って１．２μｍ程度の厚さで形成すると共に、この金属膜９１を圧電素子３００毎にパターニングすることによって各リード電極９０とする。次に、圧力発生室１２の列の周囲に絶縁層１００を形成すると共に所定位置に開口部１００ａ及び貫通部１００ｂを形成する。すなわち、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板１０の全面に二酸化シリコン膜１０１をＣＶＤ法によって形成後、エッチングによりパターニングして、開口部１００ａ及び貫通部１００ｂを形成する。
【００５１】
さらに、図５（ｃ）に示すように、流路形成基板１０の全面にポリイミド膜１０２をスピンコート法によって形成後、エッチングすることにより二酸化シリコン膜１０１よりも若干小さい所定パターンとする。すなわち、二酸化シリコン膜１０１と同様に、開口部１００ａ及び貫通部１００ｂを形成する。次に、図５（ｄ）に示すように、絶縁層１００上に接続配線層１１０を形成する。すなわち、流路形成基板１０の全面に接続配線層１１０を成膜後、エッチングすることによって所定パターンとする。この接続配線層１１０は、上述したように下電極膜６０の抵抗値を低下させるためのものであるため、少なくとも下電極膜６０よりも固有抵抗の小さい金属を用いることが望ましく、例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等が挙げられる。例えば、本実施形態では、金（Ａｕ）をスパッタリングによって形成している。
【００５２】
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（流路形成基板１０）の異方性エッチングを行い、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４を形成する。具体的には、まず、図６（ａ）に示すように、流路形成基板１０の圧電素子３００側に、圧電素子保持部３１、リザーバ部３２等が予め形成された封止基板３０を接合する。次に、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板１０の表面上に形成されている二酸化シリコン膜５２をパターニングして所定形状のマスク膜５１を形成し、このマスク膜５１を介して流路形成基板１０を異方性エッチングすることにより圧力発生室１２等を形成する。その後は、流路形成基板１０にノズルプレート２０を接合すると共に、封止基板３０にコンプライアンス基板４０を接合してインクジェット式記録ヘッドとする。なお、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。
【００５３】
（実施形態２）
図７は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。本実施形態は、絶縁層の他の構成を示す例であり、図７に示すように、本実施形態では、二酸化シリコン膜１０１上に設けられたポリイミド膜１０２を覆うように、さらに二酸化シリコン膜１０１Ａを設け、実質的に３層からなる絶縁層１００Ａとした以外は、実施形態１と同様である。そして、この構成では、ポリイミド膜１０２は二酸化シリコン膜１０１Ａによって完全に覆われて外気と遮断されているため、ポリイミド膜１０２が水分を吸収することはない。このような構成では、ポリイミド膜１０２が吸収した水分に起因する圧電素子３００の破壊を確実に防止することができ、接続配線層１１０と上電極膜８０及びリード電極９０との絶縁状態をさらに良好に保持することができる。
【００５４】
（実施形態３）
図８は、実施形態３に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図である。本実施形態は、絶縁層の他の構成を示す例であり、図８に示すように、本実施形態の絶縁層１００Ｂは、圧電素子３００を覆って設けられたポリイミド膜１０２Ａと、このポリイミド膜１０２Ａを覆って設けられた二酸化シリコン膜１０１Ｂとで構成されている以外は、実施形態１と同様である。この構成の場合にも、ポリイミド膜１０２Ａは、二酸化シリコン膜１０１Ｂによって完全に覆われて外気と遮断されているため、ポリイミド膜１０２Ａが水分を吸収することはない。したがって、このような構成でも、ポリイミド膜１０２Ａが吸収した水分によって圧電素子３００が破壊されることがなく、絶縁層１００Ｂによって、接続配線層１１０と上電極膜８０及びリード電極９０とを良好に絶縁することができる。
【００５５】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の構成は上述したものに限定されるものではない。また、例えば、上述の実施形態では、絶縁層１００の圧力発生室１２の列に対向する領域に開口部１００ａを設けるようにしたが、絶縁層１００の厚さが振動板の変位を妨げない程度の厚さであれば、勿論、この開口部１００ａは設けなくてもよい。また、例えば、上述の実施形態では、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型のインクジェット式記録ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型のインクジェット式記録ヘッドにも本発明を採用することができる。
【００５６】
また、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９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９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上に搬送されるようになっている。
【００５７】
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、インク以外のアルカリ性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（面発光ディスプレー）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。このように、アルカリ性の液体を噴射する液体噴射ヘッドに本発明を適用すれば、上述した実施形態と同じ優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。
【図３】記録ヘッドの配線パターンを示す平面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】実施形態２に係る記録ヘッドの断面図である。
【図８】実施形態３に係る記録ヘッドの断面図である。
【図９】一実施形態に係る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 封止基板、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 絶縁層、１０１ 二酸化シリコン膜、１０２ ポリイミド膜、１１０ 接続配線層、３００ 圧電素子

Claims (10)

1. ノズル開口に連通する圧力発生室が形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液体噴射ヘッドであって、
   少なくとも前記圧電素子の長手方向端部近傍に対向する領域に当該圧電素子の並設方向に沿って連続的に設けられると共に複数の前記圧電素子の前記下電極に対向する領域に貫通部を有する絶縁層と、該絶縁層上に連続的に設けられて前記貫通部を介して前記下電極と電気的に接続される接続配線層とを有し、且つ前記絶縁層が、少なくとも二酸化シリコン膜及びポリイミド膜を積層してなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１において、前記絶縁層が、前記二酸化シリコン膜上に前記ポリイミド膜が積層されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項２において、前記二酸化シリコン膜のパターン面積が前記ポリイミド膜のパターン面積よりも広いことを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項２又は３において、前記絶縁層が、前記ポリイミド膜上に設けられた二酸化シリコン膜を含む３層からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項１において、前記絶縁層が、前記ポリイミド膜上に前記二酸化シリコン膜が積層されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
6. 請求項４又は５において、前記ポリイミド膜上に積層される前記二酸化シリコン膜が、当該ポリイミド膜を覆って設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
7. 請求項１〜６の何れかにおいて、前記二酸化シリコン膜の膜厚が、前記ポリイミド膜の膜厚よりも薄いことを特徴とする液体噴射ヘッド。
8. 請求項１〜７の何れかにおいて、前記圧電素子の個別電極である前記上電極から引き出される引き出し配線が前記流路形成基板の端部近傍まで延設され、前記絶縁層が前記引き出し配線を含む領域に当該引き出し配線よりも厚い厚さで形成されると共に、少なくとも前記引き出し配線上の前記絶縁層の表面が平坦化されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
9. 請求項８において、前記ポリイミド膜が、スピンコート法によって形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
10. 請求項１〜９の何れか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。

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