液体喷头、其制造方法以及液体喷射设备的制作方法

专利名称：液体喷头、其制造方法以及液体喷射设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体喷头及其制造方法以及液体喷射设备。更具体而言，本发明涉及喷墨记录头和制造该喷墨记录头的方法以及喷墨记录设备，在该喷墨记录头中，振动板部分地构成与排出墨滴的相应喷嘴孔连通的压力产生腔，压电元件形成在该振动板的表面上，并且压电元件的位移导致墨滴排出。
背景技术：
已投入实用的喷墨记录头包括两种，其中振动板部分地构成与排出墨滴的相应喷嘴孔连通的压力产生腔，并且压电元件使振动板变形以对相应压力产生腔中包含的墨水施加压力，从而从相应的喷嘴孔排出墨滴。一种这样的喷墨记录头使用以纵向振动模式工作的压电致动器，即在压电元件的轴向上伸长和收缩的压电致动器。另一种喷墨记录头使用以弯曲振动模式工作的压电致动器。
前一记录头具有的优点在于可以通过压电元件抵靠振动板的端面实现改变压力产生腔体积的功能，从而对高密度打印表现出好的适应性。但是，前一记录头具有的缺点在于制造工艺复杂；具体而言，制造涉及将压电元件按对应于喷嘴孔布置的间距分成梳齿状区段的困难工艺，以及将压电区段以与相应的压力产生腔对齐的方式固定的工艺。
后一记录头具有的优点在于压电元件可以通过相对简单的工艺形成在振动板上；具体而言，将压电材料基板以在形状和位置上对应于压力产生腔的方式置于振动板上，接着烘烤。但是，后一记录头具有的缺点在于为了使用弯曲振动使压电元件需要一定的面积，从而难以导致高密度布置压电元件。
为了解决后一记录头的缺点，已经提出了这样的喷墨记录头，其中通过使用膜沉积技术在振动板的整个表面上形成均匀的压电材料层，并通过光刻方法以在形状和位置上对应于压力产生腔的方式划分该压电材料层，从而形成对应于压力产生腔的独立压电元件。按这种方式形成的压电元件具有的问题在于，其例如由于诸如湿气之类的外部环境特征而容易破坏。为了解决该问题，已经提出了这样一种喷墨记录头，其中具有压电元件保持部分的密封衬底(储液室形成衬底)被接合到形成了压力产生腔的通道衬底，并且压电元件被密封在压电元件保持部分内(例如参见专利文献1)。
但是，即使在这样密封压电元件的情况下，也会出现问题，即当水通过密封衬底与通道衬底之间的接合部分进入压电元件保持部分时，压电元件保持部分内的湿气量逐渐增多，最终压电元件由于湿气而破坏。
另外，为了解决压电元件在外部环境影响下容易破坏的问题，已经提出了这样的喷墨记录头，其中由氧化硅、氧化氮或有机材料(优选地，光敏的聚酰亚胺)形成的薄绝缘层形成为至少覆盖每个压电元件的上电极的上表面的周边、以及其压电层的侧表面，并且在绝缘层上形成导电图案(引线电极)(例如参见专利文献2)。
该构造可以在一定程度上防止水渗透压电元件。但是， 因为导电图案是暴露的，所以水可能穿过导电图案连接到相应上电极处的窗口。因此，无法完全防止压电元件由于水而导致的破坏。
另外，为了解决压电元件在外部环境影响下容易破坏的问题，已经提出了这样的喷墨记录头，其中压电元件整个用由杨氏弹性模量小于压电层的有机材料(例如聚酰亚胺)形成的保护膜覆盖(例如参见专利文献3)。该结构可以防止压电元件的破坏。但是，因为在由上述材料形成的保护膜中产生的应力通常是张应力，所以当压电元件用这样的保护膜覆盖时，会出现这样的问题，即压缩力作用在压电元件(压电层)上，并且通过压电元件的驱动而产生的振动板的位移量下降。另外，由有机材料形成的保护膜无法防止水渗透，除非其具有相当大的厚度。但是，大的厚度可能变成阻碍压电元件驱动的影响因素。
上述问题不仅在排出墨滴的喷墨记录头中出现，而且还在排出除墨滴之外的其他液滴的液体喷头中出现。
专利文献1日本专利申请早期公开(kokai)No.2003-136734(图1、2以及第5页)专利文献2日本专利申请早期公开(kokai)No.H10-226071(图2以及 段)专利文献3日本专利申请早期公开(kokai)No.2003-110160(权利要求书以及图5)发明内容考虑到上述情况，本发明的一个目的是提供一种液体喷头及其制造方法以及液体喷射设备，该液体喷头可以在很长时间内可靠地防止压电元件的破坏。本发明的另一目的是提供一种液体喷头及其制造方法以及液体喷射设备，该液体喷头可以有效地防止通过压电元件的驱动所产生的振动板的位移量的下降。
解决上述问题的本发明第一方面是一种液体喷头，其特征在于包括通道衬底，所述通道衬底中形成有压力产生腔并具有用于排出液滴的连通喷嘴孔；和压电元件，所述压电元件中的每个由下电极、压电层和上电极构成并经由振动板布置在所述通道衬底的一个表面上，其中，至少构成所述压电元件的各层的图案区域用由无机绝缘材料形成的绝缘膜覆盖。
在第一方面中，因为压电层用由具有低渗水性的无机绝缘材料形成的绝缘膜覆盖，所以可以长时间可靠地防止压电元件在诸如水(湿气)之类的外部环境影响下的劣化(破坏)，而不在很大程度上妨碍压电元件的驱动。
本发明的第二方面是根据第一方面的液体喷头，其中，所述绝缘膜由非晶态材料形成。
在第二方面中，可以形成具有低渗水性的绝缘膜。因此，即使当绝缘膜形成为具有相对较小厚度时，也可以可靠地防止压电元件在诸如水之类的外部环境影响下的破坏。
本发明的第三方面是根据第二方面的液体喷头，其中，所述非晶态材料是氧化铝(Al2O3)。
在第三方面中，压电元件用由Al2O3形成的绝缘膜覆盖，Al2O3的渗水性在各种无机绝缘材料之中是较低的。因此，可以可靠地防止压电元件在诸如水之类的外部环境影响下的破坏，而不在很大程度上妨碍压电元件的驱动。
本发明的第四方面是根据第三方面的液体喷头，其中，所述绝缘膜具有30至150nm的厚度。
在第四方面中，可以可靠地防止压电元件在诸如水之类的外部环境影响下的破坏，同时可以确保压电元件的位移。
本发明的第五方面是根据第三或第四方面的液体喷头，其中，所述绝缘膜具有3.08至3.25g/cm3的膜密度。
在第五方面中，可以提高绝缘膜的粘接性能。因此，可以可靠地防止压电元件在诸如水之类的外部环境影响下的破坏，并可以确保压电元件的位移。
本发明的第六方面是根据第三至第五方面中任一项的液体喷头，其中，所述绝缘膜具有170至200GPa的杨氏弹性模量。
在第六方面中，可以可靠地防止压电元件在诸如水之类的外部环境影响下的破坏，并可以确保压电元件的位移。
本发明的第七方面是根据第三至第六方面中任一项的液体喷头，其中，用于所述上电极的引线电极由含铝作为主要成分的材料形成。
在第七方面中，提高了引线与绝缘膜之间的粘接，由此可以进一步减小到压电层的渗水率。因此，例如可以防止引线的破坏和与驱动配线有缺陷的连接。
本发明的第八方面是根据第一至第七方面中任一项的液体喷头，其中，所述绝缘膜的应力与所述上电极的应力之和是压应力。
在第八方面中，因为压电元件用绝缘膜覆盖，所以可以长时间可靠地防止压电层在诸如水(湿气)之类的外部环境影响下的劣化(破坏)。另外，因为绝缘膜的应力与上电极的应力之和是压应力，所以减小了振动板的弯曲，并可以有效防止振动板位移量的减小。
本发明的第九方面是根据第八方面的液体喷头，其中，所述绝缘膜的应力与所述上电极的应力每个都是压应力。
在第九方面中，可以以相对容易的方式使绝缘膜的应力与上电极的应力之和是压应力。
本发明的第十方面是根据第九方面的液体喷头，其中，所述上电极由至少铱形成。
在第十方面中，因为至少铱用作上电极的材料，所以上电极的应力变成压应力。
本发明的第十一方面是根据第八方面的液体喷头，其中，所述绝缘膜的应力是压应力，并且所述上电极的应力是张应力。
在第十一方面中，因为绝缘膜的应力与上电极的应力之和是压应力，所以减小了振动板的弯曲，并可以有效防止振动板位移量的减小。
本发明的第十二方面是根据第十一方面的液体喷头，其中，所述上电极由至少铂形成。
在第十二方面中，因为至少铂用作上电极的材料，所以上电极的应力变成张应力。
本发明的第十三方面是根据第十一或十二方面的液体喷头，其中，所述上电极和所述绝缘膜的应力σ每个都由杨氏弹性模量Y、应变ε和膜厚m的乘积(ε×Y×m)表示，并且所述上电极的应力σ1和所述绝缘膜的应力σ2满足|σ1|＜|σ2|的条件。
在第十三方面中，因为绝缘膜的应力与上电极的应力之和是压应力，所以减小了振动板的弯曲，并可以有效防止振动板位移量的减小。
本发明的第十四方面是根据第一至十三中任一项的液体喷头，其中还包括从所述上电极延伸出的上电极引线电极，除了与所述下电极的和所述上电极引线电极的连接部分相对的区域之外，至少构成所述压电元件的各层和所述上电极引线电极的图案区域用所述绝缘膜覆盖，所述连接部分用于与连接配线相连。
在第十四方面中，因为上电极引线电极的图案区域与压电元件一起用由具有低渗水性的无机绝缘材料形成的绝缘膜覆盖，所以可以长时间可靠地防止压电层(压电元件)由于水(湿气)导致的劣化(破坏)。
本发明的第十五方面是根据第十四方面的液体喷头，其中还包括从所述下电极延伸出的下电极引线电极，所述下电极经由所述下电极引线电极连接到所述连接配线，并且除了所述上电极引线电极和所述下电极引线电极与所述连接配线相对的区域之外，包含所述下电极引线电极的所述图案区域用所述绝缘膜覆盖。
在第十五方面中，因为下电极引线电极用由无机绝缘材料形成的绝缘膜覆盖，所以可以更加可靠地防止水渗透到压电元件。
本发明的第十六方面是根据第十四或十五方面的液体喷头，其中，所述上电极和所述上电极引线电极由不同材料形成。
在第十六方面中，因为上电极和上电极引线电极在不同工艺中形成，所以可以容易地减小上电极的厚度。另外，由于减小了上电极的厚度，而增大了压电层的位移量。
本发明的第十七方面是根据第一至十六方面中任一项的液体喷头，其中，每个压电元件的所述压电层和所述上电极延伸到与相应的压力产生腔相对的区域外侧，从而形成压电非活性部分，并且所述上电极引线电极在向着所述上电极这一侧上的端部位于所述压电非活性部分上并在所述压力产生腔外侧。
在第十七方面中，可以防止在压电元件中产生裂纹等，否则这将在压电元件被驱动时产生，因为在面对压力产生腔端部的区域中产生间断的应力。
本发明的第十八方面是根据第一至十七方面中任一项的液体喷头，其中，在连接了连接配线的状态下，所述连接部分用由有机绝缘材料形成的密封材料形成。
在第十八方面中，因为防止了水从暴露部分的渗透，所以可以更加可靠地防止压电层的破坏。
本发明的第十九方面是根据第十四至十八方面中任一项的液体喷头，其中，所述绝缘膜包括第一绝缘膜和第二绝缘膜，除了用于与所述上电极引线电极相连的所述连接部分之外所述压电元件被所述第一绝缘膜覆盖，所述上电极引线电极设置在所述第一绝缘膜上，并且除了与所述连接部分相对的区域之外至少构成所述压电元件的各层和所述上电极引线电极的图案区域用所述第二绝缘膜覆盖。
在第十九方面中，因为通过第一绝缘膜和第二绝缘膜可靠地防止了水渗透到压电层，所以可以长时间可靠地防止压电层(压电元件)由于水(湿气)导致的劣化(破坏)。
本发明的第二十方面是根据第十四至十九方面中任一项的液体喷头，其中，所述连接配线包括从所述上电极引线电极延伸出的第二上电极引线电极，所述第二上电极引线电极设置在所述绝缘膜上并在所述连接部分处连接到所述上电极引线电极，并且驱动配线连接到其上的端子部分设置在所述第二上电极引线电极的顶端部分处。
在第二十方面中，因为压电层用由具有低渗水性的无机绝缘材料形成的绝缘膜覆盖，并且绝缘膜连续设置来在端子部分下进入。因此，即使水(湿气)在绝缘膜下进入时，也更加可靠地防止水与压电层接触。所以，可以长时间可靠地防止压电层(压电元件)由于水(湿气)导致的劣化(破坏)。
本发明的第二十一方面是根据第十四至二十方面中任一项的液体喷头，其中，每个压电元件的所述压电层和所述上电极延伸到与相应的压力产生腔相对的区域外侧，从而形成压电非活性部分，并且所述上电极引线电极的连接到所述上电极的上电极侧端部位于所述压电非活性部分上并在所述压力产生腔外侧。
在第二十一方面中，可以防止在压电元件中产生裂纹等，否则这将在压电元件被驱动时产生，因为在面对压力产生腔端部的区域中产生间断的应力。
本发明的第二十二方面是根据第十四至二十一方面中任一项的液体喷头，其中，具有压电元件保持部分作为保护所述压电元件的空间的保护板被接合到所述通道衬底的一个表面，所述表面位于向着所述压电元件这一侧上，并且所述上电极引线电极的所述连接部分设置在所述压电元件保持部分外侧。
在第二十二方面中，因为保护板在连接部分设置在压电元件保持部分外侧的状态下接合到绝缘膜，所以增大了保护板的接合强度。
本发明的第二十三方面是根据第一至二十二方面中任一项的液体喷头，其中，具有压电元件保持部分作为保护所述压电元件的空间的保护板被接合到所述通道衬底的一个表面，所述表面位于向着所述压电元件这一侧上，所述保护板包括用于被供应到所述压力产生腔的液体的流动通道，位于所述压电元件保持部分的所述流动通道侧上的粘接层被暴露到所述流动通道的内部，并且允许所述压电元件保持部分内的水渗透的湿气可渗透部分设置在除所述压电元件保持部分的所述流动通道侧之外的区域中。
在第二十三方面中，因为已经从流动通道经由粘接层渗透到压电元件保持部分的水(湿气)经由湿气可渗透部分排出到外面，所以将压电元件保持部分内的湿度至少保持在接近外部空气湿度的水平。因为压电元件用绝缘膜覆盖，所以如果压电元件保持部分内的湿度被保持在接近外部空气湿度的水平，则可以防止压电元件由于水(湿气)导致的破坏。
本发明的第二十四方面是根据第二十三方面的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分由有机材料形成。
在第二十四方面中，因为湿气可渗透部分由具有高渗水性的有机材料形成，所以可以有效排出压电元件保持部分内的水。
本发明的第二十五方面是根据第二十三或二十四方面的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分设置在所述保护板的接合表面的一部分上，所述接合表面被接合到所述通道衬底。
在第二十五方面中，可以以相对容易的方式形成湿气可渗透部分。
本发明的第二十六方面是根据第二十三或二十四方面的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分设置在所述保护板的上表面上。
在第二十六方面中，可以以相对容易的方式形成湿气可渗透部分。
本发明的第二十七方面是根据第二十五或二十六方面的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分由具有比构成所述粘接层的粘接剂更高渗水性的粘接剂形成。
在第二十七方面中，因为通道衬底和保护板通过粘接层和湿气可渗透部分而接合到一起，所以增大了接合强度。
本发明的第二十八方面是根据第二十三至二十六方面中任一项的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分由封装材料形成。
在第二十八方面中，可以容易地形成湿气可渗透部分，并且湿气可渗透部分具有高渗水性。
本发明的第二十九方面是根据第二十三至二十八方面中任一项的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分设置在压电元件保持部分与所述流动通道相反的一侧上的区域中。
在第二十九方面中，流动通道内的水不会经由湿气可渗透部分渗透，并且压电元件保持部分内的水经由湿气可渗透部分有效地排出。
本发明的第三十方面是根据第二十三或二十四方面的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分设置在所述保护板上所述压力产生腔的行的相对两端的外侧的每个区域中。
在第三十方面中，可以长时间防止压电元件由于水导致的破坏。
本发明的第三十一方面是一种液体喷射设备，其特征在于包括根据第一至三十方面中任一项的液体喷头。
在第三十一方面中，实现了耐久性和可靠性提高的液体喷射设备。
本发明的第三十二方面是一种制造液体喷头的方法，包括以下步骤经由振动板在通道衬底的一个表面上形成压电元件，所述压电元件中的每个由下电极、压电层和上电极构成，所述通道衬底中形成有压力产生腔并具有用于排出液滴的连通喷嘴孔；形成从每个压电元件的所述上电极延伸出的上电极引线电极；在所述通道衬底的整个表面上形成无机绝缘材料的绝缘膜，所述表面与所述压电元件相对；以及图案化所述绝缘膜，使得暴露出所述下电极和所述上电极引线电极的至少连接配线连接部分，并且所述绝缘膜留在除了所述连接部分之外所述压电元件的各层和所述上电极引线电极的图案区域中。
在第三十二方面中，可以在除了连接部分之外的压电元件和上电极引线电极的图案区域内恰当地形成绝缘膜。
本发明的第三十三方面是根据第三十二方面的制造液体喷头的方法，其中，在图案化所述绝缘膜的所述步骤中，通过离子研磨去除所述绝缘膜在预定区域内的一部分。
在第三十三方面中，可以以高尺寸精度很好地去除绝缘膜。
本发明的第三十四方面是根据第三十二方面或第三十三方面的制造液体喷头的方法，其中，所述方法在图案化所述绝缘膜的所述步骤之后包括将保护板接合到所述通道衬底的一个表面的步骤，所述表面与所述压电元件相对，所述保护板包括用于保护所述压电元件的压电元件保持部分和用于被供应到所述压力产生腔的液体的流动通道，其中，在接合所述保护板的所述步骤中，将粘接剂涂覆到所述保护板，使得在围绕所述压电元件保持部分的除了位于向着所述流动通道这一侧上的区域之外的区域的一部分中留下空间部分，所述保护板被接合到所述通道衬底，并且所述空间部分被具有比所述粘接剂更高渗水性的材料密封以形成湿气可渗透部分，所述压电元件保持部分内的水渗透通过所述湿气可渗透部分。
在第三十四方面中，可以在不使制造工艺复杂的情况下容易地形成湿气可渗透部分。


图1是根据实施例1的记录头的示意立体图。
图2示出了根据实施例1的记录头的俯视图和剖视图。
图3示出了根据实施例1的记录头的主要部分的俯视图和剖视图。
图4是示出根据实施例1的记录头的修改方案的俯视图。
图5是示出制造根据实施例1的记录头的步骤的一组剖视图。
图6是示出制造根据实施例1的记录头的步骤的一组剖视图。
图7是根据实施例2的记录头的示意立体图。
图8示出了根据实施例2的记录头的俯视图和剖视图。
图9是示出根据实施例2的记录头的主要部分的俯视图。
图10是示出根据实施例2的记录头的主要部分的一对剖视图。
图11是示出制造根据实施例2的记录头的步骤的一组剖视图。
图12是根据实施例3的记录头的示意立体图。
图13示出了根据实施例3的记录头的俯视图和剖视图。
图14是示出根据实施例3的记录头的主要部分的俯视图。
图15是示出根据实施例3的记录头的修改方案的俯视图。
图16是示出制造根据实施例3的记录头的步骤的一组剖视图。
图17是示出制造根据实施例3的记录头的步骤的一组剖视图。
图18示出了根据实施例4的记录头的俯视图和剖视图。
图19是根据实施例5的记录头的示意立体图。
图20示出了根据实施例5的记录头的俯视图和剖视图。
图21是示出制造根据实施例5的记录头的步骤的一组剖视图。
图22是根据实施例6的记录头的侧视图。
图23是根据一个实施例的记录设备的示意图。
标号说明10通道衬底；12压力产生腔；20喷嘴板；21喷嘴孔；30保护板；31压电元件保持部分；32储液室部分；33通孔；35粘接剂；40柔性衬底；50弹性膜；55绝缘膜；60下电极膜；70压电层；80上电极膜；90，90A上电极引线电极；90a连接部分；100绝缘膜；110储液室；120驱动IC；130连接配线；140密封材料；300压电元件；330压电非活性部分具体实施方式

下面将通过实施例详细描述本发明。
(实施例1)图1是根据本发明实施例1的喷墨记录头的分解立体图。图2示出了图1的记录头的俯视图和剖视图。如这些图中所示，在本实施例中通道衬底10由具有(110)晶面取向的单晶硅衬底形成。在通道衬底10的一侧上预先通过热氧化形成弹性膜50。弹性膜50由二氧化硅形成且厚度为0.5μm到2μm。在通道衬底10中，多个压力产生腔12被沿其宽度方向按行排列靠近设置。连通部分13形成在通道衬底10中压力产生腔12的纵向外侧区域中。连通部分13与压力产生腔12经由为压力产生腔12设置的墨水供应通道14连通。连通部分13与保护板(在后面描述)的储液室部分连通，以部分地构成充当用于压力产生腔12的公共墨水腔的储液室。墨水供应通道14形成为比压力产生腔12更窄，以使墨水从连通部分13流入压力产生腔12中的流动阻力保持恒定。
通过使用粘接剂、热熔膜等经由已被用作形成压力产生腔12的掩模的绝缘膜51而将喷嘴板20接合到通道衬底10的开孔侧。喷嘴孔21穿过喷嘴板20形成并在与墨水供应通道14相反的端部处与相应的压力产生腔12连通。特别地，喷嘴板20厚度为例如0.01mm至1mm，且由诸如玻璃陶瓷、单晶硅衬底或不锈钢之类的合适材料制成，其线性膨胀系数为例如在300℃或更低温度下2.5～4.5×10-6/℃。
如上所述，在通道衬底10与开孔侧相反的一侧上，形成厚度例如为约1.0μm的弹性膜50。厚度例如为约0.4μm的绝缘膜55被形成在弹性膜50上。在绝缘膜55上，通过一定的工艺(将在后面描述)按层形成厚度例如为约0.2μm的下电极膜60、厚度例如为约1.0μm的压电层70和厚度例如为约0.05μm的上电极膜80，从而形成压电元件300。在此，压电元件300指的是包括下电极膜60、压电层70和上电极膜80的部分。一般而言，压电元件300的下电极或上电极采用在多个压电元件300之中使用的公共电极的形式，而另一电极以及压电层70通过图案化而被形成分别用于单个压力产生腔12。经图案化形成的另一电极和压电层70构成压电活性部分，其当在上下电极之间施加电压时产生压电应变。根据本实施例，下电极膜60用作在多个压电元件300之中使用的公共电极，而上电极膜80用作用于压电元件300的单个电极。但是，按照驱动电路和布线的需要可以颠倒该构造。在任一情况下，对相应的压力产生腔个别形成压电活性部分。此处，压电元件300和通过压电元件300的驱动而位移的振动板构成压电致动器。
在本实施例中，如图2和3所示，下电极膜60形成在相对于压力产生腔12的纵向面对压力产生腔12的区域中，并连续延伸通过与多个压力产生腔12相对应的各个区域。另外，在该行压力产生腔12的外侧的位置处以及在压电元件300之间的位置处，下电极膜60延伸到连通部分13附近。这些延伸部分的端部用作连接部分60a，后述驱动配线130连接到该连接部分60a。压电层70和上电极层80基本上设置在面对每个压力产生腔12的区域内。但是，相对于压力产生腔12的纵向，其延伸到下电极膜60的端部外侧的一点，并且下电极膜60的端表面用压电层70覆盖。包括压电层但基本上不被驱动的压电非活性部分330形成在每个压力产生腔12的纵端附近。用于上电极的引线电极90被连接到上电极膜80的一端。在本实施例中，上电极引线电极90从压电非活性部分330上位于压力产生腔12之外的一点延伸到连通部分13附近，并且该延伸部分的端部用作驱动配线130被连接到其上的连接部分90a，如同下电极膜60中的情况一样。
在本发明中，构成压电元件300的各层的至少图案区域用由无机绝缘材料形成的绝缘膜100覆盖。在本实施例中，构成压电元件300的各层的图案区域和上电极引线电极90的图案区域用绝缘膜100覆盖，除了面对下电极膜60的连接部分60a和上电极引线电极90的连接部分90a的区域。就是说，下电极膜60、压电层70、上电极膜80和上电极引线电极90在图案区域中的表面(上表面和端表面)用由无机绝缘材料形成的绝缘膜100覆盖。
因为由无机绝缘材料形成的绝缘膜100即使在厚度很小时对水也具有非常低的渗透性，所以可以通过用绝缘膜100覆盖至少下电极膜60、压电层70和下电极膜60的表面，并且在本实施例中用绝缘膜100进一步覆盖上电极引线电极90的表面，来防止由于水(湿气)导致的压电层70的破坏。因为构成压电元件300的各层和上电极引线电极90的表面除了连接部分60a和90a外都用绝缘膜100覆盖，所以即使在水通过这些层与绝缘膜100之间的间隙进入时，也可以防止水到达压电层70，由此可以更可靠地防止压电层70由于水所导致的破坏。
对绝缘膜100的材料没有限制，只要该材料是无机绝缘材料。这样的无机绝缘材料的示例包括氧化铝(AlOx)和氧化钽(TaOx)。特别地，优选使用作为无机非晶态材料的氧化铝(Al2O3)。
当绝缘膜100由氧化铝形成时，绝缘膜100的厚度优选为约30至150nm，更优选地为约100nm。在氧化铝用作绝缘膜100的材料的情况下，即使在绝缘膜100形成为具有薄到100nm的厚度时，也可以充分防止在高湿度环境下水的渗透。特别地，在使用诸如树脂之类的有机绝缘材料作为绝缘膜的材料的情况下，如果绝缘膜具有与上述由无机绝缘材料形成的绝缘膜类似的小厚度，则无法充分防止水的渗透。另外，增加绝缘膜的厚度以防止水渗透可能妨碍压电元件的位移。
由氧化铝形成的绝缘膜100优选地具有3.08至3.25g/cm3的膜密度。另外，绝缘膜100优选地具有170至200GPa的杨氏弹性模量。用具有这样性能的绝缘膜100覆盖压电元件300等更可靠地防止了高湿度环境下水的渗透，而不会妨碍压电元件300的位移。特别地，绝缘膜100通过CVD或任何其他合适的工艺形成。具有如膜密度和杨氏弹性模量的所期望性能的绝缘膜100可以相对容易地通过调整各种条件形成，例如调整形成绝缘膜100的温度和气体流率。
绝缘膜100的应力和上电极膜80的应力之和，即上电极膜80的应力与上电极膜80上形成的绝缘膜100的应力之和优选地是压应力。绝缘膜100的应力和上电极膜80的应力指的是在各个膜内产生的内应力(膜应力)，并且上电极膜80和绝缘膜100的应力σ每个都由杨氏弹性模量Y、应变ε和膜厚m表示，即ε×Y×m。
位于面对压力产生腔12的区域中的压电元件300的内应力在后述制造过程中形成压力产生腔12时改变。具体而言，在形成压电元件300之后在压电元件300下形成压力产生腔12期间，压电层70在拉伸方向上的内应力松弛，并且在一个方向(受压方向)上产生力使得振动板向着压力产生腔变形。但是，在本实施例中，压电元件300用由无机绝缘材料形成的绝缘膜100覆盖，并且绝缘膜100的应力和上电极膜80的应力之和是压应力。因此，在形成压力产生腔12之后，绝缘膜100和上电极膜80的应力(压应力)释放，使得沿拉伸方向上的力作用在压电元件300(压电层70)上。这有效地防止了通过压电元件300的驱动导致的振动板的位移量的减小，同时可靠地防止了压电层70在诸如水的外部环境影响下的破坏。
绝缘膜100的应力和上电极膜80的应力两者都可以是压应力。或者绝缘膜100的应力可以是压应力，而上电极膜80的应力是张应力。在此情况下，上电极膜80的应力σ1和绝缘膜100的应力σ2满足|σ1|＜|σ2|的关系。
在本实施例中，下电极膜60延伸到连通部分13附近的延伸部分的端部用作与驱动配线130相连的连接部分60a。但是，该构造可以如图4所示的那样修改。就是说，电连接到下电极膜60并位于压电元件300的行列之外和压电元件300之间的下电极引线电极95延伸到连通部分13附近，并且下电极引线电极95的端部用作与驱动配线130相连的连接部分95a。在此情况下，除了上电极引线电极90的连接部分90a和下电极引线电极95的连接部分95a之外的图案区域用由无机绝缘材料形成的绝缘膜100覆盖。
另外，在向着压电元件300的这一侧上，保护板30通过粘接剂35被接合到通道衬底10。保护板30在与压电元件300相对的区域中具有压电元件保持部分31，以确保具有不妨碍压电元件300移动的尺寸的空间。因为压电元件300形成在压电元件保持部分31内，所以压电元件300被保护并几乎不受外部环境影响。而且，储液室部分32形成在保护板30中与通道衬底10的连通部分13相对应的区域中。在本实施例中，该储液室部分32在厚度方向上穿透保护板30，并沿着压力产生腔12的行延伸。如上所述，储液室部分32与通道衬底10的连通部分13连通以由此构成储液室100，所述储液室100充当用于压力产生腔12的公共墨水腔。
另外，在保护板30位于压电元件保持部分31和储液室部分32之间的区域中，通孔33在厚度方向上穿透保护板30。下电极膜60的上述连接部分60a和上电极引线电极90的上述连接部分90a在通孔33中露出。驱动配线130连接到下电极膜60的连接部分60a和上电极引线电极90的连接部分90a，该驱动配线130充当连接配线，用于在安装于保护板30上的驱动IC 120与压电元件300之间建立电连接。在本实施例中，驱动配线130由键合线形成，并延伸到通孔33中，以将驱动IC 120电连接到下电极膜60的连接部分60a和上电极引线电极90的连接部分90a。特别地，驱动配线130延伸通过的通孔33用作为有机绝缘材料(在本实施例中，封装材料)密封材料140填充。于是，下电极膜60的连接部分60a、上电极引线电极90的连接部分90a以及驱动配线130完全用密封材料140覆盖。
保护板30的材料示例包括玻璃、陶瓷、金属和树脂。但是，保护板30优选地由具有与通道衬底10的材料相同的热膨胀系数的材料形成。在本实施例中，保护板30由作为与通道衬底10相同材料的单晶硅衬底形成。
柔性板40被接合到保护板30。柔性板40包括密封膜41和固定板42。密封膜41由低刚度的柔性材料(例如，厚度为6μm的聚苯硫醚(PPS))形成。通过密封膜41密封储液室部分32的一个端表面。固定板42由诸如金属的硬的刚性材料(例如，厚度为30μm的不锈钢(SUS))形成。固定板42与储液室110相对的区域在固定板42的厚度方向上被完全去除，由此形成开口部分43。结果，储液室110的一侧仅仅由具有柔性的密封膜41来密封。
本实施例的这样构成的喷墨记录头按以下方式操作。未示出的外部墨水供应装置将墨水供应到喷墨记录头。这样供应的墨水填充从储液室110延伸到喷嘴孔21内部空间。随后，根据来自驱动IC 120的记录信号，在对应于各个压力产生腔12的上电极膜80和下电极膜60之间施加电压，由此使得弹性膜50、绝缘膜55、下电极膜60和压电层70以弯曲方式变形。结果，压力产生腔12内的压力增大，由此使得墨滴从相应的喷嘴孔21排出。
用于制造这样一种喷墨记录头的方法将参考图5和6进行描述。特别地，图5和6是沿压力产生腔12的纵向所取的剖视图。首先，如图5(a)所示，作为单晶硅衬底的通道衬底10在扩散炉中约1100℃的温度下被热氧化，由此在通道衬底10的表面上形成充当弹性膜50和掩模膜51的二氧化硅膜52。接着，如图5(b)所示，在弹性膜50(二氧化硅膜52)上形成锆(Zr)层之后，通道衬底10在扩散炉中例如500℃至1200℃的温度下被热氧化，由此形成由氧化锆(ZrO2)形成的绝缘膜55。接着，如图5(c)所示，在绝缘膜55上使用铂和铱形成下电极膜60。随后，下电极膜60被图案成预定形状。
接着，如图5(d)所示，由例如锆钛酸铅(PZT)形成的压电层70和由例如铱形成的上电极膜80被形成在通道衬底10的整个表面上。随后，如图6(a)所示，压电层70和上电极膜80被图案化以对应于压力产生腔12，由此形成压电元件300。
特别地，代替诸如锆钛酸铅(PZT)之类的铁电压电材料，构成压电元件300的压电层70可以通过使用驰豫压电体形成，该驰豫压电体通过将诸如铌、镍、镁、铋或镱之类的金属加入到铁电压电材料来获得。尽管可以考虑到压电元件300的性能、用途等来自由选择其成分，但成分的示例包括PbTiO3(PT)、PbZrO3(PZ)、Pb(ZrxTi1-x)O3(PZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PZN-PT)、Pb(Ni1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PNN-PT)、Pb(In1/2Nb1/2)O3-PbTiO3(PIN-PT)、Pb(Sc1/3Ta1/2)O3-PbTiO3(PST-PT)、Pb(Sc1/3Nb1/2)O3-PbTiO3(PSN-PT)、BiScO3-PbTiO3(BS-PT)和BiYbO3-PbTiO3(BY-PT)。
接着，形成上电极引线电极90。具体地，如图6(b)所示，由例如钛化钨(TiW)形成的封闭接触层91被形成在通道衬底10的整个表面上，并且由例如金(Au)形成的金属层92被形成在封闭接触层91的整个表面上。此后，通过由光刻胶等形成的掩模图案(未示出)针对各个压电元件300图案化金属层92，并通过刻蚀图案化封闭接触层91，由此形成上电极引线电极90。特别地，封闭接触层91优选地以这样的方式刻蚀，即其端表面定位成与金属层92的端表面重合或位于金属层92的端表面外侧。
接着，如图6(c)所示，氧化铝(Al2O3)的绝缘膜100被形成，并随后图案化成预定形状。具体而言，绝缘膜100形成在通道衬底10的整个表面上。随后，从对应于下电极膜60的连接部分60a和上电极引线电极90的连接部分90a的区域去除绝缘膜100。特别地，在本实施例中，从对应于连接部分60a和90a的区域，并从其余区域中除了压电元件300的构成层和上电极引线电极90的图案区域之外的区域去除绝缘膜100。无须多言，可以仅仅从对应于连接部分60a和90a的区域去除绝缘膜100。在任一情况下，主要的要求是绝缘膜100覆盖除下电极膜60的连接部分60a和上电极引线电极90的连接部分90a的区域之外，压电元件300的各层和上电极引线电极90的图案区域。对于去除绝缘膜100的方法没有限制。但是，优选使用诸如离子研磨之类的干法刻蚀。这使得能够以高尺寸精度适当去除绝缘膜100。
接着，如图6(d)所示，在向着压电元件300的这一侧上，通过使用粘接剂35将保护板30接合到通道衬底10。随后，通过图案化成预定形状的掩模膜51，对通道衬底10进行各向异性刻蚀以形成压力产生腔12等。然后，机械去除弹性膜50与绝缘膜55，以在连通部分13与储液室部分32之间建立连通。
在实用中，通过上述的一系列的膜形成步骤和各向异性刻蚀，在单个晶片上同时形成大量的芯片。随后，晶片被分割成每个都对应于如图1所示的通道衬底10的芯片。随后，喷嘴板20通过掩模膜51接合到通道衬底10，将驱动IC 120安装到保护板30，并将柔性衬底40接合到保护板30。另外，通过引线键合，在驱动IC 120与下电极膜60的连接部分60a和上电极引线电极90的连接部分90a之间形成驱动配线130。连接部分60a和90a以及驱动配线130用密封材料140覆盖，由此完成根据本实施例的喷墨记录头。
(测试示例1)如下所述的示例1至3和对比示例1至3的喷墨记录头被制造好，并在对其施加DC进行测试。测试条件和测试结果如下表1所示。
(示例1)示例1的喷墨记录头以这样的方式制造，即作为无机绝缘材料的氧化铝的绝缘膜形成为具有约50nm的厚度，并覆盖除下电极膜的连接部分和上电极引线电极的连接部分之外的压电元件的各层和上电极引线电极的图案区域。
(示例2)示例2的喷墨记录头被制造成具有与示例1相同的结构，除了绝缘膜形成为具有约100nm的厚度。
(示例3)示例3的喷墨记录头被制造成具有与示例1相同的结构，除了使用氧化钽代替氧化铝来形成绝缘膜，并且绝缘膜具有约200nm的厚度。
(对比示例1)对比示例1的喷墨记录头被制造成具有与示例1相同的结构，除了使用硅酮油(Daikin Industries，Ltd.的产品)来形成绝缘膜以完全覆盖除下电极膜的连接部分和上电极引线电极的连接部分之外的压电元件和上电极引线电极的表面。
(对比示例2)对比示例2的喷墨记录头被制造成具有与对比示例1相同的结构，除了使用含聚氨酯的防潮剂(Hitachi Chemical Co.，Ltd.的产品)来形成绝缘膜。
(对比示例3)对比示例3的喷墨记录头被制造成具有与对比示例1相同的结构，除了未形成绝缘膜。


如表1所示，在每个都具有无机绝缘材料的绝缘膜的示例1至3的喷墨记录头中，即使在40％的相对湿度环境下经过150小时或更长之后也没有一段(压电元件)破坏，其产率为100％。特别地，在使用氧化铝的示例2的喷墨记录头中，即使在尽管85％相对湿度的相当严酷环境下经过250小时之后也没有一段(压电元件)破坏。相反，在每个都具有除无机绝缘材料之外的其他材料的绝缘膜或者没有绝缘膜的对比示例1至3的喷墨记录头中，在40％的相对湿度环境下经过4小时之后观察到一部分段破坏。该测试表明在对比示例的喷墨记录头中，与其中设置上述由无机绝缘材料形成的绝缘膜的喷墨记录头相比，更容易出现水的渗透。
当使用由除无机绝缘材料之外的其他材料形成的绝缘膜时，如果绝缘膜具有如同由无机绝缘材料形成的绝缘膜的情况中那样的小的厚度，则无法在足够的程度上防止水的渗透。另外，当增大绝缘膜的厚度以防止水渗透时，绝缘膜可能妨碍压电元件300的驱动。因此，为了确保压电元件300的足够的驱动水平，要求压电元件300具有更大的尺寸，使得喷墨记录头的尺寸增大。
从结果中明显可见，根据本发明的结构可以可靠地防止由于湿气(水)导致的压电元件的破坏，而不增大头的尺寸，由此大大提高了头的耐久性。
(测试示例2)如下所述的示例4至6和对比示例4的喷墨记录头被制造并测试，以比较其振动板的位移量。下表2示出了示例4至6和对比示例4的喷墨记录头中每个的上电极膜和绝缘膜的材料、厚度和膜应力。下表3示出了与上电极膜和绝缘膜的材料的物理性能(杨氏模量和应力)相关的数据。特别地，在表2和3中，压应力表示为负值，而张应力表示为正值。
(示例4)如表2所示，示例4的喷墨记录头以这样的方式制造，即用铱形成厚度约50nm的上电极膜，并用氧化铝形成厚度约100nm的绝缘膜，以覆盖具有上电极膜的压电元件。
如表2和3所示，由铱形成的膜产生压应力，并且由氧化铝形成的膜产生压应力。因此，在示例4的喷墨记录头中，在上电极膜和绝缘膜的每个中产生压应力，并且在上电极膜和绝缘膜中产生的应力和为压应力。
(示例5)示例5的喷墨记录头被制造成具有与示例4相同的结构，除了使用铂作为上电极膜的材料。
如表2和3所示，由铂形成的膜产生张应力，并且由氧化铝形成的膜产生压应力。因此，在示例5的喷墨记录头中，在绝缘膜中产生压应力，并在上电极膜中产生张应力。但是，因为上电极膜的应力σ1和绝缘膜的应力σ2满足|σ1|＜|σ2|的关系，所以在上电极膜和绝缘膜中产生的应力和为压应力。
(示例6)示例6的喷墨记录头被制造成具有与示例5相同的结构，除了上电极膜形成为具有约100nm的厚度。
在示例6的喷墨记录头中，如同示例5中的情形，在绝缘膜中产生压应力，并在上电极膜中产生张应力。但是，在上电极膜和绝缘膜中产生的应力和为压应力。
(对比示例4)对比示例4的喷墨记录头被制造成具有与示例6相同的结构，除了未形成绝缘膜。
如表2和3所示，由铂形成的膜产生张应力。因此，在对比示例4的喷墨记录头中，在上电极膜中产生张应力。因为不存在产生应力的绝缘膜，所以在上电极膜和绝缘膜中产生的应力和为张应力。



如从表2所示的结果可以理解，在其中绝缘膜的应力和上电极膜的应力之和是压应力的示例4至6的喷墨记录头中，由压电元件的驱动导致的振动板位移量大于其中绝缘膜的应力和上电极膜的应力之和是张应力的对比示例4的喷墨记录头中的位移量。从此结果清楚可见，通过作为绝缘膜的应力和上电极膜的应力之和产生压应力，可以防止由压电元件的驱动导致的振动板位移量的减小。
在示例4的喷墨记录头中，与示例5的喷墨记录头相比，作为绝缘膜的应力和上电极膜的应力之和产生更大的压应力。但是，在示例5的喷墨记录头中，与示例4的喷墨记录头相比压电元件位移更大的量。可以想象，该现象是由于以下原因而产生的，如表2和3所示，示例5的上电极膜由铂形成，并因此具有比由铱形成的示例4的上电极膜更小的杨氏模量(硬度)。如上所述，当绝缘膜的应力和上电极膜的应力之和是压应力时，振动板的变形量可以被减小，并且通过压电元件的驱动导致的振动板的位移量可以增大。从此结果还清楚可见，通过作为绝缘膜的应力和上电极膜的应力之和产生压应力，可以更可靠地防止由压电元件的驱动导致的振动板位移量的减小。
(实施例2)图7是根据实施例2的喷墨记录头的示意立体图；而图8示出了喷墨记录头的俯视图和剖视图。图9是示出该喷墨记录头的主要部分的俯视图，而图10是示出图9的主要部分的一对剖视图。在以下说明中，与上述实施例相同的构件用相同的标号表示，并省略其重复说明。
在本实施例中，至少构成压电元件300的各层用包括第一绝缘膜101和第二绝缘膜102的绝缘膜100A覆盖。具体地，如图7至10所示，下电极膜60形成在相对于压力产生腔12的纵向面对压力产生腔12的区域中，并连续延伸通过与多个压力产生腔12相对应的各个区域。压电层70和上电极层80基本上设置在面对压力产生腔12的各个区域内。但是，相对于压力产生腔12的纵向，其延伸超出下电极膜60的端部，并且下电极膜60的端表面被压电层70覆盖。包括压电层70但基本上不被驱动的压电非活性部分330形成在每个压力产生腔12的纵端附近(参见图8(a))。
在本实施例中，构成压电元件300的各层的表面用由防潮材料形成的绝缘膜100A覆盖，除了上电极引线电极90A的连接部分90a和下电极引线电极95A的连接部分95a。具体而言，如图9和10所示，第一绝缘膜101设置在构成压电元件300的各层的图案区域中。用于连接上电极引线电极90A和上电极膜80的连接孔101a形成在面对上电极膜80的纵向端部附近的区域中。用于连接下电极引线电极95A和下电极膜60的连接孔101b形成在压电元件300行的外侧。就是说，至少构成压电元件300的各层的图案区域完全用第一绝缘膜101覆盖，除了连接孔101a和101b。
将经由连接孔101a连接到压电元件300的上电极膜80的上电极引线电极90A以及将经由连接孔101b连接到下电极膜60的下电极引线电极95A设置在第一绝缘膜101上。每个上电极引线电极90A从相应的上电极膜80的一个纵端的附近(在本实施例中，从对应于压电非活性部分330的一部分)延伸到通道衬底10的端部附近。另外，下电极引线电极95A从压电元件300行的外侧且在下电极膜60的端部附近的点延伸到通道衬底10的端部附近。上电极引线电极90A和下电极引线电极95A的端部用作驱动配线130被连接到其上的连接部分90a和95a。
另外，第二绝缘膜102设置在上电极引线电极90A、下电极引线电极95A和第一绝缘膜101上。就是说，上电极引线电极90A、下电极引线电极95A和构成压电元件300的各层的图案区域用第二绝缘膜102覆盖，除了面对上电极引线电极90A的连接部分90a和下电极引线电极95A的连接部分95a的区域。
在此结构中，通过第一绝缘膜101和第二绝缘膜102，可以更可靠地防止由于水(湿气)导致的压电层70的破坏。另外，构成压电元件300的各层以及上电极引线电极90A和下电极引线电极95A的表面用第二绝缘膜102覆盖，除了上电极引线电极90A的连接部分90a和下电极引线电极95A的连接部分95a。因此，即使当水从与第二绝缘膜102的端部相对应的一侧进入时，也可以防止水到达压电层70，由此可以可靠地防止由于水导致的压电层70的破坏。
另外，因为上电极引线电极90A和下电极引线电极95A形成在第一绝缘膜101上，所以即使使用湿法刻蚀来形成上电极引线电极90A和下电极引线电极95A，也不会出现电腐蚀。因此，由电腐蚀等导致的与刻蚀速度相关的异常或类似的异常不会出现，并且上电极引线电极90A和下电极引线电极95A可以以高精度形成。另外，可以防止压电元件300的破坏，例如上电极膜80的剥落，否则这将在上电极引线电极90A和下电极引线电极95A的刻蚀期间发生，由此大大提高了产率。
构成绝缘膜100A的第一保护膜101和第二保护膜102优选地由氧化铝(AlOx)形成。第一绝缘膜101和第二绝缘膜102可以由不同材料形成；例如，使第一绝缘膜101由氧化硅形成，而第二绝缘膜102由氧化铝形成。但是，第一绝缘膜101和第二绝缘膜102之一优选地由氧化铝形成。而且，优选地，至少第二绝缘膜102由氧化铝形成，并特别优选地，第一绝缘膜101和第二绝缘膜102两者都由氧化铝形成。通过使用氧化铝作为第一绝缘膜101和第二绝缘膜102中之一或两者的材料，即使在第一绝缘膜101和第二绝缘膜102形成为具有相对较小膜厚时，也可以在足够的程度上防止高湿度环境中水的渗透。例如，在第一绝缘膜101和第二绝缘膜102两者由氧化铝形成的情况下，即使第一绝缘膜101和第二绝缘膜102每个都具有约50nm膜厚时，也可以在足够程度上防止水的渗透。
而且，当使用氧化铝作为第一绝缘膜101和第二绝缘膜102中之一或两者的材料时，上电极引线电极90A和下电极引线电极95A优选地由包含铝(Al)作为主要成分的材料形成。例如，在本实施例中，第一绝缘膜101和第二绝缘膜102中的每个由氧化铝形成，并且上电极引线电极90A和下电极引线电极95A由含99.5wt％铝(Al)和0.5wt％铜(Cu)的合金形成。
这样，就增大了上电极引线电极90A和下电极引线电极95A与第一绝缘膜101或第二绝缘膜102的粘接程度。另外，在第一绝缘膜101和第二绝缘膜102两者都由氧化铝形成的情况下，不仅增大了上电极引线电极90A和下电极引线电极95A与第一绝缘膜101或第二绝缘膜102的粘接程度，而且还增大了第一绝缘膜101与第二绝缘膜102的粘接程度。所以，可以更可靠地防止水的渗透，并且可以长时间可靠地防止由水导致的压电元件300的破坏。而且，即使在第一绝缘膜101和第二绝缘膜102被制成相对较薄时，也可以更可靠地防止水的渗透，并且不会妨碍压电元件300的驱动，由此可以保持优异的墨水排出性能。
如同实施例1中的情况一样，在向着压电元件300的一侧上，保护板和柔性衬底被接合到通道衬底10。但是，本实施例的保护板30A与实施例1的保护板的不同之处在于通孔部分不形成在保护板30A中。如上所述，上电极引线电极90A和下电极引线电极95A延伸到通道衬底10的端部附近，即延伸到压电元件保持部分31外侧的位置。从安装在保护板30上的驱动IC 120延伸的驱动配线130的末端被连接到上电极引线电极90A的连接部分90a和下电极引线电极95A的连接部分95a。
将描述用于制造根据本实施例的喷墨记录头的方法。图11是沿压力产生腔12的纵向所取的一组剖视图。首先，如实施例1中所述，弹性膜50和绝缘膜55形成在通道衬底10上，并且每个都由下电极膜60、压电层70和上电极膜80构成的压电元件300形成在绝缘膜55上(参见图5(a)和图6(a))。
随后，如图11(a)所示，氧化铝的第一绝缘膜101被形成并接着被图案化成预定形状。具体而言，第一绝缘膜101形成在通道衬底10的整个表面上。随后，通过预定掩模刻蚀第一绝缘膜101，以在压电元件300行的外侧面对上电极膜80的区域和面对下电极膜60的区域中形成连接孔101a和101b。
接着，如图11(b)所示，形成上电极引线电极90A。具体地，由含铝(Al)作为主要成分的材料形成的金属层92A被形成在通道衬底10的整个表面上。随后，通过由光刻胶等形成的掩模图案(未示出)对各个压电元件300图案化金属层92A，由此形成上电极引线电极90A。尽管未示出，但此时同时形成下电极引线电极95A。
优选的是使用含铝作为主要成分的材料用于金属层92A，因为这改善了与第一绝缘膜101或第二绝缘膜102的粘接程度，并且进一步减小了水到压电层的渗透率。无须多言，可以使用金(Au)等来形成金属层92A。但是，在这样一种情况下，由例如钛化钨(TiW)形成的封闭接触层按期望地设置在金属层下方。无须多言，即使在金属层由铝形成时，也可以设置由钛化钨形成的封闭接触层。
接着，如图11(c)所示，例如氧化铝的第二绝缘膜102被形成，并随后图案化成预定形状。具体而言，第二绝缘膜102形成在通道衬底10的整个表面上，并随后从面对上电极引线电极90A的连接部分90a和下电极引线电极95A的连接部分95a的区域去除该第二绝缘膜102。在本实施例中，第二绝缘膜102形成在与第一绝缘膜101基本相同的区域中，即仅仅形成在构成压电元件300的各层、上电极引线电极90A和下电极引线电极95A的图案区域中。无须多言，第二绝缘膜102可以形成在整个表面上，但除了面对上电极引线电极90A的连接部分90a和下电极引线电极95A的连接部分95a的区域。在任一情况下，主要的要求是第二绝缘膜102覆盖除上电极引线电极90A的连接部分90a和下电极引线电极95a的连接部分95a之外，构成压电元件300的各层、上电极引线电极90A和下电极引线电极95A的图案区域。
接着，如图11(d)所示，在向着压电元件300的这一侧上，通过使用粘接剂35将保护板30接合到通道衬底10。随后，通过图案化成预定形状的掩模膜51，对通道衬底10进行各向异性刻蚀以形成压力产生腔12等。
(实施例3)图12是根据实施例3的喷墨记录头的示意立体图，而图13示出了喷墨记录头的俯视图和剖视图。图14是示出喷墨记录头的主要部分的俯视图。
在本实施例中，还设置构成连接配线一部分的第二上电极引线电极96。如图12至14所示，下电极膜60形成在相对于压力产生腔12的纵向面对压力产生腔12的区域中，并连续延伸通过与多个压力产生腔12相对应的各个区域。另外，在压力产生腔12行的外侧的位置处，下电极膜60延伸到通道衬底10的端部附近，并且该延伸部分的端部用作连接部分60a，从后述驱动IC 120延伸的连接配线130连接到该连接部分60a。压电层70和上电极膜80基本上设置在分别面对各个压力产生腔12的区域内。但是，相对于压力产生腔12的纵向，其延伸超出下电极膜60的端部，并且下电极膜60的端表面用压电层70覆盖。包括压电层但基本上不被驱动的压电非活性部分330形成在每个压力产生腔12的纵端附近。另外，由例如包含铝作为主要成分的材料形成的上电极引线电极90A连接到压电元件300的上电极膜80的末端。在本实施例中，上电极引线电极90A从压电非活性部分330上位于压力产生腔12外侧的区域延伸到绝缘膜55上的区域。
另外，第二上电极引线电极96通过由无机绝缘材料形成的绝缘膜100连接到上电极引线电极90A。第二上电极引线电极96延伸到通道衬底10的端部附近。如同下电极膜60的连接部分60a中的情况一样，第二上电极引线电极96的顶端部分用作端子部分96a，驱动配线130连接到该端子部分96a。
在本实施例中，绝缘膜100设置在构成压电元件300的各层、上电极引线电极90A和第二上电极引线电极96的图案区域中。至少压电元件300和上电极引线电极90A用绝缘膜100覆盖，除了上电极引线电极90A的连接部分90a。例如，在本实施例中，绝缘膜100连续形成以覆盖压电元件300行的外侧的下电极膜60，使得下电极膜60与压电元件300和上电极引线电极90A一起用绝缘膜100覆盖，除了连接部分60a。
如上所述，绝缘膜100连续形成到第二上电极引线电极96的图案区域。就是说，绝缘膜100连续形成到通道衬底10的端部附近，并且第二上电极引线电极96的端子部分96a位于绝缘膜100之上。
如上所述，压电元件300和上电极引线电极90A的表面用绝缘膜100覆盖，并且驱动配线130被连接到其上的端子部分96a设置在位于绝缘膜100上的第二上电极引线电极96上。于是，可以可靠地防止由于水(湿气)所导致的压电层70的破坏。就是说，压电元件300和上电极引线电极90A(除了连接部分90a)用绝缘膜100覆盖，该绝缘膜100连续延伸到第二上电极引线电极96的图案区域。另外，上电极引线电极90A的连接部分90a被第二上电极引线电极96覆盖。所以，水可以仅仅从绝缘膜100的端部进入，并且即使在水进入时，也基本上防止了水到达压电层70，由此可以更可靠地防止由于水导致的压电层70的破坏。
另外，因为绝缘膜100设置在驱动配线130所连接到的第二上电极引线电极96的端子部分96a之下，所以可以获得增大第二上电极引线电极96的粘接程度的效果。这防止了诸如第二上电极引线电极96的剥落之类的故障，该剥落否则将在驱动配线130通过引线键合等连接到第二上电极引线电极96时出现。
在本实施例中，延伸到连通部分13附近的下电极膜60的延伸部分的端部用作与连接配线130相连的连接部分60a。但是，例如可以采用如图15所示的构造。具体而言，电连接到下电极膜60的下电极引线电极95A设置在压电元件300的行的外侧，使得下电极引线电极95A相对于其纵向延伸到压电元件300外侧的区域。第二下电极引线电极99设置成延伸到通道衬底10的端部附近，并且第二下电极引线电极99的顶端部分用作驱动配线130所连接到的端子部分99a。在此情况下，构成压电元件300的各层、上电极引线电极90A、下电极引线电极95A、第二上电极引线电极96和第二下电极引线电极99的图案区域用绝缘膜100覆盖，除了上电极引线电极90A和下电极引线电极95A的连接部分90a和95a。
将描述用于制造根据本实施例的喷墨记录头的方法。图16和17示出了沿压力产生腔12的纵向所取的剖视图。如上所述，喷墨记录头以这样的方式制造，即在单个晶片上同时形成大量的芯片，并随后将晶片分割成每个都对应于如图1所示的通道衬底10的芯片。在本实施例中，描述通过实际上使用作为硅晶片的通道衬底晶片150来制造喷墨记录头的方法。
首先，如图16(a)所示，弹性膜50和绝缘膜55形成在通道衬底晶片150(通道衬底10)上，该通道衬底晶片150是具有约625μm的相对较大厚度和高刚度的硅晶片。随后，每个都由下电极膜60、压电层70和上电极膜80构成的压电元件300形成在绝缘膜55上。用于形成弹性膜50、绝缘膜55和压电元件300的方法与实施例1相同(参见图5(a)至5(d))。
接着，如图16(b)所示，形成上电极引线电极90A。具体地，由预定金属材料(本实施例中的铝(Al))形成的金属层92A被形成在通道衬底晶片150的整个表面上。此后，通过由光刻胶等形成的掩模图案(未示出)对各个压电元件300图案化金属层92A，由此形成上电极引线电极90A。
接着，如图16(c)所示，氧化铝(Al2O3)的绝缘膜100被形成，并随后图案化成预定形状。具体而言，绝缘膜100形成在通道衬底晶片150的整个表面上。随后，从对应于下电极膜60的连接部分60a和上电极引线电极90A的连接部分90a的区域去除绝缘膜100，由此形成开口100a。特别地，在本实施例中，从对应于连接部分60a和90a的区域，并从其余区域中除了压电元件300的构成层、上电极引线电极90A和后述步骤中形成的第二上电极引线电极96的图案区域之外的区域去除绝缘膜100。无须多言，可以仅仅从对应于连接部分60a和90a的区域去除绝缘膜100。
接着，形成第二上电极引线电极96。例如，在本实施例中，如图16(d)所示，由例如钛化钨(TiW)形成的封闭接触层97被形成在通道衬底晶片150的整个表面上，并且由例如金(Au)形成的金属层98被形成在封闭接触层97的整个表面上。此后，通过掩模图案(未示出)对各个压电元件300图案化金属层98，并通过刻蚀图案化封闭接触层97，由此形成第二上电极引线电极96。
接着，如图17(a)所示，在向着压电元件300的这一侧上，将保护板晶片160接合到通道衬底晶片150，该保护板晶片160是硅晶片并将变成多个保护板30。特别地，因为该保护板晶片160具有例如约625μm的厚度，所以通道衬底晶片150的刚度由于保护板晶片160的接合而大大增大。
随后，如图17(b)所示，在本实施例中，抛光通道衬底晶片150，直到通道衬底晶片150的厚度降低到一定水平。另外，使用含氟酸和硝酸的水溶液湿法刻蚀通道衬底晶片150，使得通道衬底晶片150具有预定厚度。例如在本实施例中，通道衬底晶片150被刻蚀到具有约70μm的厚度。
此后，如图17(c)所示，由例如氮化硅形成的掩模膜52A被新形成在通道衬底晶片150上，并且被图案化成预定形状。通过掩模膜52A对通道衬底晶片150进行各向异性刻蚀，在通道衬底晶片150中形成压力产生腔12、连通部分13和墨水供应通路14等。
此后，通过划片等进行切割，去除通道衬底晶片150和保护板晶片160的外周缘中的多余部分。随后，形成有喷嘴孔21的喷嘴板20被接合到通道衬底晶片150的与保护板晶片160相反的表面，并且柔性衬底40被接合到保护板晶片160。随后，将通道衬底晶片150等分割成每个都与如图1所示的通道衬底10相对应的芯片。于是，完成了本实施例的喷墨记录头。
(实施例4)图18是根据实施例4的喷墨记录头的一对剖视图。本实施例是这样的示例，其中在实施例3的结构中，压电元件300用如同实施例2中由第一绝缘膜101和第二绝缘膜102构成的绝缘膜100A覆盖。就是说，在本实施例中，如图18所示，上电极引线电极90A设置在第一绝缘膜101上以沿其延伸，并经由第一绝缘膜101的连接孔101a连接到上电极膜80。另外，上电极引线电极90A、以及构成压电元件300的各层的图案区域用第二绝缘膜102覆盖，除了面对上电极引线电极90A的连接部分90a的区域。第二绝缘膜102进一步形成在第一绝缘膜101上，由此压电元件300用第一绝缘膜101和第二绝缘膜102覆盖。另外，第二上电极引线电极96形成在第二绝缘膜102上，并且经由第二绝缘膜102的开口102a连接到第一上电极引线电极90A。
在这样的构造中，压电元件300用第一绝缘膜101和第二绝缘膜102覆盖，由此防止压电层70接触水(湿气)。所以，可以更可靠地防止由于水(湿气)导致的压电层70的破坏。
(实施例5)图19是根据实施例5的喷墨记录头的示意立体图。图20示出了该记录头的俯视图和剖视图。
本实施例是这样的示例，其中由这样的材料形成的湿气可渗透部分设置在保护板的接合到通道衬底的接合表面的一部分处，其中压电元件保持部分内的水可以渗透通过所述材料。本实施例与实施例1相同，除了上电极引线电极形成为延伸到通道衬底的端部附近，驱动配线连接到保护板外侧的上电极引线电极，并且通孔不设置在保护板中。
具体而言，如图19和20所示，由压电元件保持部分31内的水可以渗透通过的材料形成的湿气可渗透部分170设置在保护板30A的接合表面的一部分处，该表面接合到通道衬底10，具体地在除了位于向着储液室110的一侧上的区域之外围绕压电元件保持部分31的区域的一部分中。例如，湿气可渗透部分170由粘接层36形成，并且如图20所示设置在压电元件保持部分31与储液室110相对的区域中，该粘接层36由渗水性比形成粘接层35的粘接剂更高的粘接剂形成。特别地，湿气可渗透部分170(粘接层36)也起到将保护板30与通道衬底10接合到一起的作用。
因为设置了湿气可渗透部分170，已进入压电元件保持部分31的水(湿气)经由湿气可渗透部分170排出到外面。所以，压电元件保持部分31的内部保持在相对较低的湿度下，由此可以防止由于水导致的压电元件300的破坏。具体而言，因为储液室110设置成与压电元件保持部分31相邻，所以存储在储液室110中的墨水的水经由压电元件保持部分31在储液室110侧上的区域中的粘接层35而进入压电元件保持部分31。因此，压电元件保持部分31内的湿度逐渐增大，并且在某些情况下，压电元件保持部分31内的湿度增大到约85％。即使在使用具有低渗水性的粘接剂来形成粘接层35时，也无法完全防止墨水的水进入压电元件保持部分31。
但是，因为设置了湿气可渗透部分170，所以即使在水经由压电元件保持部分31在储液室110侧上的区域中的粘接层35而进入压电元件保持部分31时，压电元件保持部分31内的水也经由湿气可渗透部分170排出到外面，如果压电元件保持部分31内的湿度高于外部湿度的话。所以，压电元件保持部分31内的湿度总是被抑制为外部空气的湿度或更低。
因为密封在压电元件保持部分31内的上电极引线电极90和构成压电元件300的各层的表面用由无机绝缘材料形成的绝缘膜100覆盖，所以如果压电元件保持部分31内的湿度被抑制到接近外部空气的湿度，则压电元件不会由于压电元件保持部分31内的水(湿气)而破坏。所以，可以实现其压电元件300具有大大提高耐久性的喷墨记录头。
将描述用于制造根据本实施例的喷墨记录头的方法。图21示出了沿压力产生腔12的纵向所取的剖视图。首先，如实施例1中所述，弹性膜50和绝缘膜55形成在通道衬底10上，并且每个都由下电极膜60、压电层70和上电极膜80构成的压电元件300形成在绝缘膜55上(参见图5(a)和图6(a))。
接着，如图21(a)所示，封闭接触层91和金属层92被相继形成，并随后被图案化以由此形成上电极引线电极90。随后，如图21(b)所示，形成例如氧化铝(Al2O3)的绝缘膜100。
接着，如图21(c)所示，在向着压电元件300的这一侧上，通过粘接层35将保护板30接合到通道衬底10，并形成湿气可渗透部分170。就是说，除了保护板30的压电元件保持部分31的周边区域中与储液室部分32相反的区域之外形成粘接层35。与粘接层35相比具有更高渗水性的粘接层36被形成在与储液室部分32相反的区域中。保护板30通过这些粘接层35和36接合到通道衬底10。于是，由粘接层36构成的湿气可渗透部分170被形成在压电元件保持部分31的与储液室110相反的周边区域中。
此后，如图21(d)所示，通过图案化成所期望形状的掩模膜51对通道衬底10进行各向异性刻蚀，而形成压力产生腔12等。
(实施例6)图22是根据实施例6的喷墨记录头的侧视图。本实施例是这样的示例，其中湿气可渗透部分170A设置在保护板30A上压力产生腔12的行的相对两端的外侧的区域中。就是说，在本实施例中，如图22所示，保护板30与压力产生腔12的行的相对端部外侧的区域相对应的部分通过半刻蚀去除，以形成凹入部分34。该凹入部分34用封装材料密封，由此形成了湿气可渗透部分170A。
如同实施例5中的情况一样，在此结构中，压电元件保持部分31内的水也经由湿气可渗透部分170A排出到外面，并且压电元件保持部分31内的湿度被保持在接近外部湿度的水平。所以，可以长时间防止由于水导致的压电元件300的破坏。
(其他实施例)上面已经描述了本发明的各个实施例。但是，本发明不限于上述的实施例。例如，在上述实施例1至4中，压电元件形成在压电元件保持部分内。但是本发明并不限于此，而无须多言，压电元件可以被露出。同样在此情况下，因为压电元件和上电极引线电极等的表面用由无机绝缘材料形成的绝缘膜覆盖，所以可以可靠地防止由于水(湿气)导致的压电层的破坏。另外，例如在实施例5和6中，湿气可渗透部分170设置在保护板30接合到通道衬底10的接合表面处。但是，本发明并不限于此，并且例如可以采用这样的结构，其中连通压电元件保持部分31的连通孔设置在保护板30等的上表面上，并且连通孔用诸如粘接剂之类具有高渗水性的有机材料密封，由此形成了湿气可渗透部分。
以上实施例的喷墨记录头中的每个部分构成了记录头单元以由此安装在喷墨记录设备上，该记录头单元包括与墨盒等装置连通的墨水通道。图23示意性示出了这样一种喷墨记录设备的示例。如图23所示，每个都包括喷墨记录头的记录头单元1A和1B分别可拆卸地承载盒2A和2B。盒2A和2B用作墨水供应装置。承载记录头单元1A和1B的托架3在轴向可移动条件下安装在托架轴5(其附装到设备主体4)上。记录头单元1A和1B适于分别排出例如黑色墨水组合物和彩色墨水组合物。驱动电机6的驱动力通过多个未示出的齿轮和同步带7被传递到托架3，由此承载记录头单元1A和1B的托架3沿着托架轴5移动。滚筒8以沿着托架轴5延伸的方式设置在设备主体4上。记录片材S被供入到滚筒8。记录片材S例如是纸，其通过未示出的供纸辊供入。
在上述实施例中，已经在将排出墨水的喷墨记录头作为液体喷头阐述的同时描述了本发明。但是，液体喷头的基本结构并不限于上述这些。本发明意图在于应用到各种液体喷头并可以应用于排出除墨水之外其他液体的那些液体喷头。其他液体喷头的示例包括用于诸如打印机的图像记录设备的记录头；用于制造用于液晶显示器等的色彩过滤器的排出含颜料液体的头；用于制造用于有机EL显示器、FED(场发射显示器)等的电极的排出含电极材料液体的头；以及用于制造生物芯片的排出含生物有机化合物的液体的头。
权利要求书(按照条约第19条的修改)1.一种液体喷头，其特征在于包括通道衬底，所述通道衬底中形成有压力产生腔并具有用于排出液滴的连通喷嘴孔；和压电元件，所述压电元件中的每个由下电极、压电层和上电极构成并经由振动板布置在所述通道衬底的一个表面上，其中，至少构成所述压电元件的各层的图案区域用由无机非晶态材料形成的绝缘膜覆盖。
2.根据权利要求1所述的液体喷头，其中，所述非晶态材料是氧化铝(Al2O3)。
3.根据权利要求2所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜具有30至150nm的厚度。
4.根据权利要求2或3所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜具有3.08至3.25g/cm3的膜密度。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜具有170至200GPa的杨氏弹性模量。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜的应力与所述上电极的应力之和是压应力。
7.根据权利要求6所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜的应力与所述上电极的应力每个都是压应力。
8.根据权利要求7所述的液体喷头，其中，所述上电极由至少铂形成。
9.根据权利要求6所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜的应力是压应力，并且所述上电极的应力是张应力。
10.根据权利要求9所述的液体喷头，其中，所述上电极由至少铱形成。
11.根据权利要求9或10所述的液体喷头，其中，所述上电极和所述绝缘膜的应力σ每个都由杨氏弹性模量Y、应变ε和膜厚m的乘积(ε×Y×m)表示，并且所述上电极的应力σ1和所述绝缘膜的应力σ2满足|σ1|＜|σ2|的条件。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的液体喷头，还包括从所述上电极延伸出的上电极引线电极，其中除了与所述下电极的和所述上电极引线电极的连接部分相对的区域之外，至少构成所述压电元件的各层和所述上电极引线电极的图案区域用所述绝缘膜覆盖，所述连接部分用于与连接配线相连。
13.根据权利要求12所述的液体喷头，其中，所述上电极引线电极由含铝作为主要成分的材料形成。
14.根据权利要求12或13所述的液体喷头，还包括从所述下电极延伸出的下电极引线电极，其中所述下电极经由所述下电极引线电极连接到所述连接配线，并且除了所述上电极引线电极和所述下电极引线电极与所述连接配线相对的区域之外，包含所述下电极引线电极的所述图案区域用所述绝缘膜覆盖。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的液体喷头，其中，所述上电极和所述上电极引线电极由不同材料形成。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的液体喷头，其中，每个压电元件的所述压电层和所述上电极延伸到与相应的压力产生腔相对的区域外侧，从而形成压电非活性部分，并且所述上电极引线电极在向着所述上电极这一侧上的端部位于所述压电非活性部分上并在所述压力产生腔外侧。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的液体喷头，其中，在连接了所述连接配线的状态下，所述连接部分用由有机绝缘材料形成的密封材料形成。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜包括第一绝缘膜和第二绝缘膜，除了用于与所述上电极引线电极相连的所述连接部分之外所述压电元件被所述第一绝缘膜覆盖，所述上电极引线电极设置在所述第一绝缘膜上，并且除了与所述连接部分相对的区域之外至少构成所述压电元件的各层和所述上电极引线电极的图案区域用所述第二绝缘膜覆盖。
19.根据权利要求12至18中任一项所述的液体喷头，其中，所述连接配线包括从所述上电极引线电极延伸出的第二上电极引线电极，所述第二上电极引线电极设置在所述绝缘膜上并在所述连接部分处连接到所述上电极引线电极，并且驱动配线被连接到其上的端子部分设置在所述第二上电极引线电极的顶端部分处。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的液体喷头，其中，每个压电元件的所述压电层和所述上电极延伸到与相应的压力产生腔相对的区域外侧，从而形成压电非活性部分，并且所述上电极引线电极的连接到所述上电极的上电极侧端部位于所述压电非活性部分上并在所述压力产生腔外侧。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的液体喷头，其中，具有压电元件保持部分作为保护所述压电元件的空间的保护板被接合到所述通道衬底的一个表面，所述表面位于向着所述压电元件这一侧上，并且所述上电极引线电极的所述连接部分设置在所述压电元件保持部分外侧。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的液体喷头，其中，具有压电元件保持部分作为保护所述压电元件的空间的保护板经由粘接层被接合到所述通道衬底的一个表面，所述表面位于向着所述压电元件这一侧上，所述保护板包括用于被供应到所述压力产生腔的液体的流动通道，位于所述压电元件保持部分的所述流动通道侧上的粘接层被暴露到所述流动通道的内部，并且允许所述压电元件保持部分内的水渗透的湿气可渗透部分设置在除所述压电元件保持部分的所述流动通道侧之外的区域中。
23.根据权利要求22所述的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分由有机材料形成。
24.根据权利要求22或23所述的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分设置在所述保护板的接合表面的一部分上，所述接合表面被接合到所述通道衬底。
25.根据权利要求22或23所述的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分设置在所述保护板的上表面上。
26.根据权利要求24或25所述的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分由具有比构成所述粘接层的粘接剂更高渗水性的粘接剂形成。
27.根据权利要求22至25中任一项所述的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分由封装材料形成。
28.根据权利要求22至27中任一项所述的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分设置在所述压电元件保持部分与所述流动通道相反的一侧上的区域中。
29.根据权利要求22或23所述的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分设置在所述保护板上所述压力产生腔的行的相对两端的外侧的每个区域中。
30.一种液体喷射设备，其特征在于包括根据权利要求1至29中任一项所述的液体喷头。
31.一种制造液体喷头的方法，包括以下步骤经由振动板在通道衬底的一个表面上形成压电元件，所述压电元件中的每个由下电极、压电层和上电极构成，所述通道衬底中形成有压力产生腔并具有用于排出液滴的连通喷嘴孔；形成从每个压电元件的所述上电极延伸出的上电极引线电极；在所述通道衬底的整个表面上形成无机非晶态材料的绝缘膜，所述表面与所述压电元件相对；以及图案化所述绝缘膜，使得暴露出所述下电极和所述上电极引线电极的至少连接配线连接部分，并且所述绝缘膜留在除了所述连接部分之外所述压电元件的各层和所述上电极引线电极的图案区域中。
32.根据权利要求31所述的制造液体喷头的方法，其中，在图案化所述绝缘膜的所述步骤中，通过离子研磨去除所述绝缘膜在预定区域内的一部分。
33.根据权利要求31或32所述的制造液体喷头的方法，其中，所述方法在图案化所述绝缘膜的所述步骤之后包括将保护板接合到所述通道衬底的一个表面的步骤，所述表面与所述压电元件相对，所述保护板包括用于保护所述压电元件的压电元件保持部分和用于被供应到所述压力产生腔的液体的流动通道，其中，在接合所述保护板的所述步骤中，将粘接剂涂覆到所述保护板，使得在围绕所述压电元件保持部分的除了位于向着所述流动通道这一侧上的区域之外的区域的一部分中留下空间部分，所述保护板被接合到所述通道衬底，并且所述空间部分被具有比所述粘接剂更高渗水性的材料密封以形成湿气可渗透部分，所述压电元件保持部分内的水通过所述湿气可渗透部分渗透。
权利要求
1.一种液体喷头，其特征在于包括通道衬底，所述通道衬底中形成有压力产生腔并具有用于排出液滴的连通喷嘴孔；和压电元件，所述压电元件中的每个由下电极、压电层和上电极构成并经由振动板布置在所述通道衬底的一个表面上，其中，至少构成所述压电元件的各层的图案区域用由无机绝缘材料形成的绝缘膜覆盖。
2.根据权利要求1所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜由非晶态材料形成。
3.根据权利要求2所述的液体喷头，其中，所述非晶态材料是氧化铝(Al2O3)。
4.根据权利要求3所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜具有30至150nm的厚度。
5.根据权利要求3或4所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜具有3.08至3.25g/cm3的膜密度。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜具有170至200GPa的杨氏弹性模量。
7.根据权利要求3至7中任一项所述的液体喷头，其中，用于所述上电极的引线电极由含铝作为主要成分的材料形成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜的应力与所述上电极的应力之和是压应力。
9.根据权利要求8所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜的应力与所述上电极的应力每个都是压应力。
10.根据权利要求9所述的液体喷头，其中，所述上电极由至少铂形成。
11.根据权利要求8所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜的应力是压应力，并且所述上电极的应力是张应力。
12.根据权利要求11所述的液体喷头，其中，所述上电极由至少铱形成。
13.根据权利要求11或12所述的液体喷头，其中，所述上电极和所述绝缘膜的应力σ每个都由杨氏弹性模量Y、应变ε和膜厚m的乘积(ε×Y×m)表示，并且所述上电极的应力σ1和所述绝缘膜的应力σ2满足|σ1|＜|σ2|的条件。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的液体喷头，还包括从所述上电极延伸出的上电极引线电极，其中除了与所述下电极的和所述上电极引线电极的连接部分相对的区域之外，至少构成所述压电元件的各层和所述上电极引线电极的图案区域用所述绝缘膜覆盖，所述连接部分用于与连接配线相连。
15.根据权利要求14所述的液体喷头，还包括从所述下电极延伸出的下电极引线电极，其中所述下电极经由所述下电极引线电极连接到所述连接配线，并且除了所述上电极引线电极和所述下电极引线电极与所述连接配线相对的区域之外，包含所述下电极引线电极的所述图案区域用所述绝缘膜覆盖。
16.根据权利要求14或15所述的液体喷头，其中，所述上电极和所述上电极引线电极由不同材料形成。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的液体喷头，其中，每个压电元件的所述压电层和所述上电极延伸到与相应的压力产生腔相对的区域外侧，从而形成压电非活性部分，并且所述上电极引线电极在向着所述上电极这一侧上的端部位于所述压电非活性部分上并在所述压力产生腔外侧。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的液体喷头，其中，在连接了所述连接配线的状态下，所述连接部分用由有机绝缘材料形成的密封材料形成。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的液体喷头，其中，所述绝缘膜包括第一绝缘膜和第二绝缘膜，除了用于与所述上电极引线电极相连的所述连接部分之外所述压电元件被所述第一绝缘膜覆盖，所述上电极引线电极设置在所述第一绝缘膜上，并且除了与所述连接部分相对的区域之外至少构成所述压电元件的各层和所述上电极引线电极的图案区域用所述第二绝缘膜覆盖。
20.根据权利要求14至19中任一项所述的液体喷头，其中，所述连接配线包括从所述上电极引线电极延伸出的第二上电极引线电极，所述第二上电极引线电极设置在所述绝缘膜上并在所述连接部分处连接到所述上电极引线电极，并且驱动配线被连接到其上的端子部分设置在所述第二上电极引线电极的顶端部分处。
21.根据权利要求14至20中任一项所述的液体喷头，其中，每个压电元件的所述压电层和所述上电极延伸到与相应的压力产生腔相对的区域外侧，从而形成压电非活性部分，并且所述上电极引线电极的连接到所述上电极的上电极侧端部位于所述压电非活性部分上并在所述压力产生腔外侧。
22.根据权利要求14至21中任一项所述的液体喷头，其中，具有压电元件保持部分作为保护所述压电元件的空间的保护板被接合到所述通道衬底的一个表面，所述表面位于向着所述压电元件这一侧上，并且所述上电极引线电极的所述连接部分设置在所述压电元件保持部分外侧。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的液体喷头，其中，具有压电元件保持部分作为保护所述压电元件的空间的保护板被接合到所述通道衬底的一个表面，所述表面位于向着所述压电元件这一侧上，所述保护板包括用于被供应到所述压力产生腔的液体的流动通道，位于所述压电元件保持部分的所述流动通道侧上的粘接层被暴露到所述流动通道的内部，并且允许所述压电元件保持部分内的水渗透的湿气可渗透部分设置在除所述压电元件保持部分的所述流动通道侧之外的区域中。
24.根据权利要求23所述的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分由有机材料形成。
25.根据权利要求23或24所述的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分设置在所述保护板的接合表面的一部分上，所述接合表面被接合到所述通道衬底。
26.根据权利要求23或24所述的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分设置在所述保护板的上表面上。
27.根据权利要求25或26所述的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分由具有比构成所述粘接层的粘接剂更高渗水性的粘接剂形成。
28.根据权利要求23至26中任一项所述的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分由封装材料形成。
29.根据权利要求23至28中任一项所述的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分设置在所述压电元件保持部分与所述流动通道相反的一侧上的区域中。
30.根据权利要求23或24所述的液体喷头，其中，所述湿气可渗透部分设置在所述保护板上所述压力产生腔的行的相对两端的外侧的每个区域中。
31.一种液体喷射设备，其特征在于包括根据权利要求1至30中任一项所述的液体喷头。
32.一种制造液体喷头的方法，包括以下步骤经由振动板在通道衬底的一个表面上形成压电元件，所述压电元件中的每个由下电极、压电层和上电极构成，所述通道衬底中形成有压力产生腔并具有用于排出液滴的连通喷嘴孔；形成从每个压电元件的所述上电极延伸出的上电极引线电极；在所述通道衬底的整个表面上形成无机绝缘材料的绝缘膜，所述表面与所述压电元件相对；以及图案化所述绝缘膜，使得暴露出所述下电极和所述上电极引线电极的至少连接配线连接部分，并且所述绝缘膜留在除了所述连接部分之外所述压电元件的各层和所述上电极引线电极的图案区域中。
33.根据权利要求32所述的制造液体喷头的方法，其中，在图案化所述绝缘膜的所述步骤中，通过离子研磨去除所述绝缘膜在预定区域内的一部分。
34.根据权利要求33所述的制造液体喷头的方法，其中，所述方法在图案化所述绝缘膜的所述步骤之后包括将保护板接合到所述通道衬底的一个表面的步骤，所述表面与所述压电元件相对，所述保护板包括用于保护所述压电元件的压电元件保持部分和用于被供应到所述压力产生腔的液体的流动通道，其中，在接合所述保护板的所述步骤中，将粘接剂涂覆到所述保护板，使得在围绕所述压电元件保持部分的除了位于向着所述流动通道这一侧上的区域之外的区域的一部分中留下空间部分，所述保护板被接合到所述通道衬底，并且所述空间部分被具有比所述粘接剂更高渗水性的材料密封以形成湿气可渗透部分，所述压电元件保持部分内的水通过所述湿气可渗透部分渗透。
全文摘要
本发明提供了一种能够可靠并长时间防止压电元件破坏的液体喷头、其制造方法和液体喷射装置。另外，本发明提供了能够有效地防止由于压电元件驱动所产生的振动板位移量的下降的液体喷头、其制造方法和液体喷射装置。根据本发明的装置包括形成有压力产生腔(12)的流动通道形成板(10)，该压力产生腔与输送液滴的喷嘴中的开口连通；和压电元件(300)，其包括通过振动板布置在流动通道形成板(10)的一个表面上的下电极(60)、压电层(70)和上电极(80)。构成至少压电元件(300)的各层的图案区域被由无机绝缘材料制成的绝缘膜(100)覆盖。
文档编号B41J2/055GK1856403SQ200480027538
公开日2006年11月1日 申请日期2004年9月24日 优先权日2003年9月24日
发明者岛田胜人, 矢崎士郎, 西胁学, 津田昭仁, 山田政隆 申请人:精工爱普生株式会社