JP5708098B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プロッタ、孔版印刷機を含む印刷機等またはそれら複数の機能を備えた複合機等の画像形成装置に用いられるインクジェットヘッドを含む液体吐出ヘッド、液体吐出装置および画像形成装置に関する。

圧電素子を用いたインクジェットヘッドを高密度化する技術として、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（以下、「ＭＥＭＳ」と略記する）を応用した技術が知られ実施されている。すなわち、半導体デバイス製造技術を応用し、アクチュエータ、液体流路を微細に形成することにより、ノズル密度を高密度にすることができるため、ヘッドの小型化、高集積化が可能になる。

このようなＭＥＭＳ技術を採用したインクジェットヘッドでは、薄膜技術で形成された振動板上に、薄膜形成技術で形成した電極、圧電体をフォトリソグラフィでパターニングし、圧電素子を形成することでアクチュエータとすることができる。この場合、半導体プロセスで圧電素子をパターニングするため、圧電体厚は最大でも数μｍ程度に限定される。また、圧電素子を形成する電極や、デバイスに必要な配線電極、絶縁膜の成膜やエッチングにはプラズマを用いたプロセス、たとえばプラズマＣＶＤやドライエッチング等が用いられるのが一般的である。

上記のようなプラズマプロセスに圧電素子〔特に後述するＰＺＴ「ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）とチタン酸（ＰｂＴｉＯ_３）の固溶体」ないし「チタン酸ジルコン酸鉛」を指す〕を材料としている場合〕が晒されると、プロセス中に発生する水素等の還元作用により、圧電体が還元されてしまうため、特性が著しく劣化する傾向がある。また、上記のプラズマプロセス以外にも、大気中の水分により圧電体の特性が劣化することが一般的に知られている。
これらの対策として、圧電素子の端部または全面を保護膜で被覆する技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１記載の技術では、無機アモルファス材料で圧電素子を被覆することにより、水分の圧電体への浸入を防止でき、圧電体の信頼性を高められるとしている。さらに上部電極からコンタクトホールを介して無機アモルファス材料上に形成されたリード電極を引き出し駆動回路へ接続する場合に、前述の無機アモルファス材料とは異なる絶縁膜をリード電極上を被覆することで、Ａｌ（アルミニウム）等の腐食しやすい電極材料を用いることができるとしている。それにより、安価な配線材料を使用できるとしている。リード電極を前述の無機アモルファス材料上に引き回す場合、下部電極（共通電極）と重ねるレイアウトを取ることができる。

一方、特許文献２記載の技術では、圧電素子上に形成する絶縁膜を無機材料と有機材料を積層する技術を開示している。すなわち、水分の浸入しやすい圧電体端部を無機材料で被覆すると同時に上部電極上を開口することで、硬い無機材料による振動変位の低下を最小限に抑えると同時に透湿性を防ぐことができるとしている。さらに圧電素子全面には柔らかい有機材料を被覆することで、デバイスの信頼性を確保できるとしている。

しかしながら、特許文献１記載の技術では、無機アモルファス材料は圧電素子を含むパターン領域全面を被覆しているため、厚い膜とすると圧電素子の変位を著しく阻害してしまい、吐出特性が大幅に低下してしまう。一方、圧電素子の変位量を高くとるために、無機アモルファス材料を薄膜化すると、リード電極と下部電極との耐圧が確保できなくなる。そのため、リード電極と下部電極の重ねあわせが生じないように電極レイアウトをする必要があり、ヘッドの小型化や高密度化が困難になると同時に、保護基板との接合高さに制約が発生し、接合品質を高めることが困難となる問題点がある。半導体プロセスで製造されるデバイスでは、素子の高密度化が製造コストに影響するため重要な課題である。すなわち、１ウェハ当たりから切り出せるチップ数がコストに大きく影響するからである。

特許文献２記載の技術においても、圧電体上に２層の絶縁膜が形成されており、振動阻害が発生しやすい。また、有機材料の絶縁膜で耐圧を確保するためには、一般的な無機材料より厚膜化する必要があると同時に電極材料との密着性が悪いため、リード電極を有機材料上に形成することは困難である。したがって、リード電極は無機材料（絶縁膜）と有機材料（絶縁膜）の間に形成されることになるが、この構成では、前述のとおり、下部電極とリード電極の重ね合わせができなくなる（もしくは、圧電素子の変位量が著しく低下するほどの無機材料膜厚が必要になる）ため、ヘッドの高密度化が困難になるという問題点がある。

本発明は、上述した問題点・事情に鑑みてなされたものであり、上記の半導体（製造）プロセス中のプラズマや大気中の水分による圧電体の劣化を防止し、圧電素子の変位量を増大させると同時に、個別電極等の配線の制約を無くすことで高密度化できるインクジェットヘッドを含む液体吐出ヘッド、つまり高い信頼性（耐湿性）と高い吐出特性を維持しつつ、小型の液体吐出ヘッドを実現して提供することを主な目的とする。また、前記液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置、前記液体吐出ヘッドあるいは前記液体吐出装置を搭載した画像形成装置を実現して提供することも目的とする。

上述した課題を解決するとともに上述した目的を達成するために、請求項ごとの発明では、以下のような特徴ある手段・発明特定事項（以下、「構成」という）を採っている。
請求項１記載の発明は、隔壁により区画された個別液室が配列される液室基板上に振動板が形成され、前記振動板上の前記個別液室に対向する側に下部電極、圧電体、上部電極から構成される圧電素子が形成されており、前記上部電極と導通する個別電極配線により駆動信号入力部まで引き出される液体吐出ヘッドにおいて、少なくとも、前記個別電極配線と前記下部電極とが重なり合う領域における前記個別電極配線と前記下部電極との間に、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが形成されており、前記駆動信号入力部を除く前記個別電極配線の形成領域を含む領域に、第３の絶縁膜と第４の絶縁膜とが積層されており、前記個別液室の形成領域の少なくとも一部に、第２の絶縁膜と第３の絶縁膜とが形成されていない非成膜領域があり、前記圧電素子の形成部を含む領域であって、第２の絶縁膜と第３の絶縁膜との前記非成膜領域に第１の絶縁膜と第４の絶縁膜とが形成されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、隔壁により区画された個別液室が配列される液室基板上に振動板が形成され、前記振動板上の前記個別液室に対向する側に下部電極、圧電体、上部電極から構成される圧電素子が形成されており、前記上部電極と導通する個別電極配線により駆動信号入力部まで引き出される液体吐出ヘッドにおいて、少なくとも、前記個別電極配線と前記下部電極が重なり合う領域の前記個別電極配線と前記下部電極の間に、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが形成されており、前記駆動信号入力部を除く前記個別電極配線の形成領域を含む領域に、第４の絶縁膜が積層されており、前記個別液室の形成領域の少なくとも一部に、第２の絶縁膜が形成されていない非成膜領域があり、前記圧電素子の形成部を含む領域であって、第２の絶縁膜の前記非成膜領域に第１の絶縁膜と第４の絶縁膜とが形成されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の液体吐出ヘッドにおいて、第１の絶縁膜に関して、前記個別液室の形成領域とそれ以外の領域とで膜厚差があり、前記個別液室の形成領域以外に成膜された第１の絶縁膜の膜厚が、前記個別液室の形成領域に成膜された膜厚と比べて厚いことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の液体吐出ヘッドにおいて、第４の絶縁膜に関して、前記個別液室の形成領域とそれ以外の領域とでは、膜厚差がないことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の液体吐出ヘッドにおいて、第１の絶縁膜に関して、前記個別液室の形成領域とそれ以外の領域とでは、膜密度差があり、前記個別液室の形成領域以外に成膜された膜密度が前記個別液室の形成領域に成膜された膜密度に比べて大きいことを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１または２記載の液体吐出ヘッドにおいて、第４の絶縁膜に関して、前記個別液室の形成領域とそれ以外の領域とでは、膜密度差がないことを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１または２記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記個別液室の形成領域以外に形成された第４の絶縁膜が、第１の絶縁膜に比べて膜厚差がないことを特徴とする。
請求項８記載の発明は、請求項１または２記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記個別液室の形成領域以外に形成された第４の絶縁膜が、第１の絶縁膜に比べて膜密度差がないことを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項１ないし８の何れか一つに記載の液体吐出ヘッドにおいて、第１の絶縁膜と第４の絶縁膜とが、同じ材料であることを特徴とする。
請求項１０記載の発明は、請求項１ないし９の何れか一つに記載の液体吐出ヘッドにおいて、第１ないし第４の絶縁膜が、気相法により成膜されることを特徴とする。
請求項１１記載の発明は、請求項１ないし１０の何れか一つに記載の液体吐出ヘッドにおいて、第１の絶縁膜と第４の絶縁膜とが、ＡＬＤ工法により成膜されることを特徴とする。
請求項１２記載の発明は、請求項１ないし１１の何れか一つに記載の液体吐出ヘッドにおいて、前記個別液室形成以外の領域において、第１の絶縁膜と第４の絶縁膜とが、２０〜１００ｎｍであることを特徴とする。

請求項１３記載の発明は、請求項１ないし１２の何れか一つに記載の液体吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液体吐出装置である。
請求項１４記載の発明は、請求項１ないし１２の何れか一つに記載の液体吐出ヘッド、または請求項１３記載の液体吐出装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置である。

本発明によれば、前記課題を解決して前記目的を達成できる新規な液体吐出ヘッド、液体吐出装置および画像形成装置を実現し提供することができる。
すなわち、本発明によれば、前記構成により、半導体プロセス中のプラズマや大気中の水分による圧電体の劣化を防止し、圧電素子の変位量を増大させると同時に、個別電極等の配線の制約を無くすことで高密度化できる液体吐出ヘッド、つまり高い信頼性（耐湿性）と高い吐出特性を維持しつつ、小型の液体吐出ヘッドを実現して提供することができる。

また、本発明によれば、前記構成により、前記効果を奏する液体吐出ヘッドを搭載することで、高信頼性、高画質の液体吐出装置を実現して提供できるとともに、液体吐出装置の小型化にも寄与することが可能となる。
また、本発明によれば、前記構成により、前記効果を奏する、液体吐出ヘッドまたは液体吐出装置を搭載することで、高信頼性、高画質の画像形成装置を実現して提供できる。

本発明の一実施形態を示すインクジェットヘッドの平面図である。 図１におけるインクジェットヘッドのＳ２−Ｓ２断面図である。 図１におけるインクジェットヘッドのＳ３−Ｓ３断面図である。 （１）〜（３）は、図１および図２の各絶縁膜を作製するときのプロセスフローを説明する要部の断面図である。 （４）〜（６）は、図４のプロセスフローの続きを説明する要部の断面図である。 実施例４におけるインクジェットヘッドの要部の断面図である。 比較例４におけるインクジェットヘッドの要部の断面図である。 実施例１〜４、比較例１〜５のインクジェットヘッドを搭載して吐出試験に使用した装置の一例を示す斜視図である。 Ｐ−Ｅヒステリシス曲線の一例を示すグラフである。 本発明のインクジェット記録装置の機構部の概略的な一部断面正面図である。 図１０のインクジェット記録装置の要部を透視した概略的な斜視図である。

以下、図を参照して本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という）を詳細に説明する。各実施形態や実施例、比較例等に亘り、同一の機能および形状等を有する構成要素（部材や構成部品等）については、混同の虞がない限り一度説明した後では同一符号を付すことによりその説明を省略する。図および説明の簡明化を図るため、図に表されるべき構成要素であっても、その図において特別に説明する必要がない構成要素は適宜断わりなく省略することがある。公開特許公報等の構成要素を引用して説明する場合は、その符号に括弧を付して示し、各実施形態等のそれと区別するものとする。

図１〜図３を参照して、本発明の液体吐出ヘッドの一実施形態に係るインクジェットヘッドについて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示すインクジェットヘッドの平面図、図２は、図１におけるインクジェットヘッドのＳ２−Ｓ２断面図、図３は、図１におけるインクジェットヘッドのＳ３−Ｓ３断面図である。
図１において、１８は引出配線を、１９は液室領域を、２０は個別電極配線の駆動信号入力部を、それぞれ表わしている。

図２中には単一の個別液室１のみが描かれているが、図の横方向に個別液室１が配列している構造を採っている。すなわち、図２に示される隔壁部である液室基板２で区画されて個別液室１が配列される構造を採る。液室基板２の材質は任意のものを用いることができるが、Ｓｉ基板を用いることが好ましい。Ｓｉ基板を用いる場合、フォトリソグラフィとエッチング法による加工に、いわゆる半導体製造プロセスを用いることができるため、個別液室１は配列の高集積化が可能となる。

図２および図３に示すように、個別液室１の図中の上方には、振動板３と、下部電極４、圧電体５および上部電極６からなる圧電素子１５とが形成される。上部電極６と下部電極４とに電圧を印加することで、振動板３に応力がかかり変形する。それにより、個別液室１に体積変化をもたらすことが可能となる。さらに、個別液室１の図中の下面にノズル１４を有するノズル板１３を貼り合せ、個別液室１内に液体を充填（インクを充填）し、圧電素子１５（の上部電極６と下部電極４と）に電圧を印加すると、振動板３の変位により圧力が発生し、ノズル１４から液体（インク）が吐出される。

上部電極６上に形成される４種の絶縁膜の機能について、以下に詳細に説明する。
第１の絶縁膜としての絶縁膜９は、図２および図３に示すとおり、圧電素子１５を含む基板全面を被覆する絶縁膜である。絶縁膜９は、下部電極４から共通電極を取り出す共通電極コンタクトホール部１７と、上部電極６から個別電極を取り出す個別電極コンタクトホール部１６のみ非成膜領域として開口（以下、単に「開口」ともいう）しており、他の振動板３形成部分を被覆する構造となっている。絶縁膜９は、下部電極４、圧電体５および上部電極６からなる圧電素子１５を保護する機能を有する。

第２の絶縁膜としての絶縁膜１０は、図２および図３に示すとおり、個別電極配線７と下部電極４が重なり合う領域における、図中黒塗色で示す個別電極配線７と下部電極４の間に、絶縁膜９とともに形成されており、個別電極配線７と下部電極４との間でのショートを防ぐための層間保護膜としての機能を有する。個別電極および共通電極コンタクトホール部１６，１７以外に、圧電素子１５の変位を増大させるため個別液室形成領域は開口（非成膜領域）している。

第３の絶縁膜としてのメッシュ模様で示す絶縁膜１１は、図１〜図３に示すとおり、駆動信号入力部２０を除く個別電極配線形成領域を含む領域に形成されており、個別電極配線７または共通電極配線８を保護する機能を有する。絶縁膜１０と同様に、圧電素子１５の変位を増大させるため個別液室形成領域は開口している。

第４の絶縁膜としての梨地模様で示す絶縁膜１２は、図１〜図３に示すとおり、駆動信号入力部２０を除く個別電極配線形成領域を含む領域に形成されており、絶縁膜１１と同様に、個別電極配線７または共通電極配線８を保護する機能以外に、絶縁膜９と同様に下部電極４、圧電体５および上部電極６からなる圧電素子１５を保護する機能を有する。

ここで、図４および図５を参照して、各絶縁膜を作製するときのプロセスフローを説明する。このプロセスフローには、図４（１）〜（３）、図５（４）〜（６）に示す６工程が含まれる。
図４（１）に示すように、絶縁膜９と絶縁膜１０とを成膜した後（第１工程）に、図４（２）に示すように、エッチングにより個別電極コンタクトホール部１６および共通電極コンタクトホール部１７を形成する（第２工程）。その後、図４（３）に示すように、配線電極を成膜し、エッチングによりパターニング形成した後（第３工程）に、図５（４）に示すように、絶縁膜１１を成膜する（第４工程）。その後、図５（５）に示すように、個別液室形成領域を開口するために、絶縁膜１１と絶縁膜１０を連続エッチングすることにより、個別液室開口部が形成される（第５工程）。このときに絶縁膜９は、オーバーエッチングにより膜厚が薄くなると同時に、エッチングによるダメージがある。その後、図５（６）に示すように、絶縁膜１２を成膜し、図２および図３に示すとおり、個別電極配線７を取り出すためのＰＡＤ部１２ａ、および共通電極配線８を取り出すためのＰＡＤ部１２ｂを開口して形成されている（第６工程）。

圧電素子１５を損傷する要因としては、製造工程上の要因とデバイスの使用環境の要因との２種類がある。上記絶縁膜構成については、以下に挙げる２つの要因について、対応できる構成となっている。
１つ目の要因（製造工程上の要因）としては、成膜・エッチングの工程による圧電素子１５へのダメージがある。インクジェットヘッドとするためには、圧電素子１５を形成後に配線層と電極を絶縁する絶縁膜１０（層間絶縁膜）や、配線材料を保護する絶縁膜１１（配線保護層）を成膜およびパターニングする工程がある。これらの材料の成膜には、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法等を用いる必要があるが、これらのプラズマにより圧電素子１５が損傷されてしまう。そのメカニズムについて強誘電体メモリ先端プロセスの一部に記載（上部電極６：Ｉｒ／ＩｒＯ_２、圧電体５：ＰＺＴ）があり、それについて以下に記す。

（１）絶縁膜として、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等を使用した場合に、原料となる材料から水素が発生し、これが上部電極膜中に侵入し、ＩｒＯ_２を還元して、金属Ｉｒを生成させる。
（２）この金属Ｉｒは、触媒作用により水素分子を解離し、水素ラジカルを生成する。
（３）生成した水素ラジカルがＰＺＴの格子中に侵入し、酸素と結合する。
（４）その結果、双極子の動きを封じて、ドメイン全体の分極反転を阻害する。
また、我々の経験から、上記メカニズム以外にもプラズマＣＶＤによってＳｉＮを成膜する場合に、原料となるＮＨ_３自身が水素ラジカルを生成し、それ自身がＰＺＴにダメージを与えていることを確認している。

２つ目の要因（デバイスの使用環境の要因）としては、空気中の水分（湿度）が挙げられる。特に水性のインクを用いるインクジェットデバイスでは高湿度環境に晒される傾向があるため、デバイス雰囲気中の水分が圧電体中に取り込まれ損傷してしまう不具合が発生する。その結果、圧電素子の耐圧劣化により放電不良などが発生する。すなわち、駆動耐久性の低いインクジェットヘッドとなる。

本構成の絶縁膜９については、成膜・エッチングの工程による圧電素子１５へのダメージを防ぐとともに、大気中の水分が透過しずらい材料を選定する必要があるため、緻密な無機材料とする必要がある。有機材料では十分な保護性能を得るためには膜厚を厚くする必要があるため、適さない。絶縁膜９を厚い膜とした場合、振動板３の振動変位を著しく阻害してしまうため、吐出性能の低いインクジェットヘッドなってしまうことが要因である。

薄膜で高い保護性能を得るには、酸化物、窒化物、炭化膜を用いるのが好ましいが、絶縁膜の下地となる、電極材料、圧電体材料、振動板材料と密着性が高い材料を選定する必要がある。また、成膜法も圧電素子１５を損傷しない成膜方法を選定する必要がある。すなわち、反応性ガスをプラズマ化して基板上に堆積するプラズマＣＶＤ法やプラズマをターゲット材に衝突させて飛ばすことで成膜するスパッタリング法は好ましくない。

好ましい成膜方法としては、蒸着法、ＡＬＤ法（ＡＬＤ工法）などが例示できるが、使用できる材料の選択肢が広いＡＬＤ法が好ましい。好ましい材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２などのセラミックス材料に用いられる酸化膜が例として挙げられる。

絶縁膜９の膜厚は、圧電素子１５の保護性能を確保できる十分な薄膜とする必要があると同時に、振動板３の変位を阻害しないように可能な限り薄くする必要がある。すなわち、個別液室形成以外の領域において、前述の好ましい絶縁膜９の膜厚は２０〜１００ｎｍの範囲である。１００ｎｍより厚い場合は、振動板３の変位が低下するため、吐出効率の低いインクジェットヘッドとなる。一方、２０ｎｍより薄い場合は圧電素子１５の保護層としての機能が不足してしまうため、圧電素子１５の性能が前述のとおり低下してしまう。

ここで、図５（５）に記したフローで個別液室形成領域を開口して形成する（個別液室開口部）ことによって、圧電体５上部を保護している絶縁膜９がエッチングによるダメージを受けるとともに、膜厚自体が薄くなることから、大気中の水分をブロックするのに十分な耐透湿性効果としての機能が失われるため、圧電特性等の特性劣化が懸念される。

それに対して、本発明の実施形態では、上部電極６上に透湿性が低く膜厚の薄い絶縁層とそれ以外の層を積層し、開口した後に、再度透湿性が低く膜厚の薄い絶縁層として絶縁膜１２を積層することで、大気中での水分等による特性劣化等を改善した構成としている。

上述したように、絶縁膜９に関して、個別液室１の形成領域とそれ以外の領域とで膜厚差があり、個別液室１の形成領域以外に成膜された絶縁膜９の膜厚が、個別液室１の形成領域に成膜された膜厚と比べて厚いことが特徴となっている。観点を変えて表現すると、絶縁膜９に関して、個別液室１の形成領域とそれ以外の領域とでは、膜密度差があり、個別液室１の形成領域以外に成膜された膜密度が個別液室１の形成領域に成膜された膜密度に比べて大きくなっているとも言える。

本実施形態構成の絶縁膜１２については、上記絶縁膜９と同様な材料、成膜方法および膜厚範囲が好ましい。また、絶縁膜１２に関して、個別液室１の形成領域とそれ以外の領域とでは、膜厚差がないことが特徴となっている。観点を変えて表現すると、絶縁膜１２に関して、個別液室１の形成領域とそれ以外の領域とでは、膜密度差がないとも言える。

また、個別液室１の形成領域以外に形成された絶縁膜１２が、絶縁膜９に比べて膜厚差がないことも特徴となっている。観点を変えて表現すると、個別液室１の形成領域以外に形成された絶縁膜１２が、絶縁膜９に比べて膜密度差がないとも言える。

本実施形態構成の絶縁膜１０については、任意の絶縁体材料を用いることが可能であるが、絶縁膜１０の上に形成される個別電極配線７との密着性を考慮すると無機材料を用いることが好ましい。無機材料としては、任意の酸化物、窒化物、炭化物またはこれらの複合化合物を用いることができるが、半導体デバイスで一般的に用いられるＳｉＯ_２を用いることができる。

絶縁膜１０の成膜は任意の手法を用いることができ、ＣＶＤ法、スパッタリング法が例示でき、電極形成部等のパターン形成部の段差被覆を考慮すると等方的に成膜できるＣＶＤ法を用いることが好ましい。

絶縁膜１０の膜厚は、下部電極４と個別電極配線７に印加される電圧で絶縁破壊されない膜厚とする必要がある。すなわち、絶縁膜１０に印加される電界強度を、絶縁破壊しない範囲に設定する必要がある。さらに、絶縁膜１０の下地の表面性やピンホール等を考慮すると膜厚は２００ｎｍ以上必要であり、さらに好ましくは５００ｎｍ以上である。さらに、図２および図３に示したように、絶縁膜１０は、圧電素子１５の周辺開口部を有することを特徴としている。これにより、絶縁耐圧を確保できる膜厚を積層した場合でも、振動板３の変位量を制限する領域の絶縁膜１０を除去しているため、変位への影響を低減でき、吐出効率と信頼性を両立することができる。
また、絶縁膜１０の前述の開口部分の形成には、フォトリソグラフィ法とドライエッチングを用いることが、絶縁膜９で圧電素子１５が保護されているため可能である。

さらに、絶縁膜１０を形成することにより、下部電極４と個別電極配線７が絶縁膜１０を介して重ね合わせた構造をとることができる。これにより、電極配置と配線の引き回しの自由度が高くなり、効率的なパターン配置が可能となる。すなわち、インクジェットヘッドの小型化、高密度化が可能となる。

本実施形態構成の絶縁膜１１については、個別電極配線７や共通電極配線８の保護層の機能を有するパシベーション層である。絶縁膜１１は、図２および図３に示したとおり、個別電極引き出し部と図示しないが共通電極引き出し部とを除き、個別電極と共通電極上を被覆する。これにより、電極材料に安価なＡｌもしくはＡｌを主成分とする合金材料を用いることができる。その結果、低コストかつ信頼性の高いインクジェットヘッドとすることができる。絶縁膜１１の材料としては、任意の無機材料、有機材料を使用することができるが、透湿性の低い材料とする必要がある。無機材料としては、酸化物、窒化物、炭化物等が例示でき、有機材料としてはポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が例示できる。

但し、有機材料の場合には厚膜とすることが必要となるため、後述のパターニングに適さない。そのため、薄膜で配線保護機能を発揮できる無機材料とすることが好ましい。特に、Ａｌ配線上にＳｉ_３Ｎ_４を用いることが、半導体デバイスで実績のある技術であるため好ましい。また、絶縁膜１１の膜厚は２００ｎｍ以上とすることが好ましく、さらに好ましくは５００ｎｍ以上である。膜厚が薄い場合は十分なパシベーション機能を発揮できないため、配線材料の腐食による断線が発生し、インクジェットヘッドの信頼性を低下させてしまう。

絶縁膜１１は、図２および図３に示すとおり、圧電素子１５上とその周囲の振動板３上に開口部をもつ構造としている。これは、前述の絶縁膜１０の開口と同様の理由である。これにより、高効率かつ高信頼性のインクジェットヘッドとすることが可能になる。

以下に、絶縁膜以外の本発明の各構成の材料、工法について具体的に説明する。
（液室基板２）
液室基板２としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、通常１００〜６００μｍの厚みを持つことが好ましい。面方位としては、（１００）、（１１０）、（１１１）と３種あるが、半導体産業では一般的に（１００）、（１１１）が広く使用されており、本実施形態構成においては、主として（１００）の面方位を持つ単結晶基板を主に使用した。また、図２に示すような圧力室である個別液室１を作製していく場合、エッチングを利用してシリコン単結晶基板を加工していくが、この場合のエッチング方法としては、異方性エッチングを用いることが一般的である。異方性エッチングとは、結晶構造の面方位に対してエッチング速度が異なる性質を利用したものである。例えばＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬させた異方性エッチングでは、（１００）面に比べて（１１１）面は約１／４００程度のエッチング速度となる。従って、面方位（１００）では約５４°の傾斜を持つ構造体が作製できるのに対して、面方位（１１０）では深い溝を掘ることができるため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くすることができることが分かっており、本実施形態構成としては（１１０）の面方位を持った単結晶基板を使用することも可能である。但し、この場合、マスク材であるＳｉＯ_２もエッチングされてしまうということが挙げられるため、この辺りも留意して利用することが肝要である。

（下地：振動板３）
図２に示すように、電気−機械変換膜である圧電体５によって発生した力を受けて、下地（振動板３）が変形変位して、個別液室１のインクをインク滴として吐出させる。そのため、下地としては所定の強度を有したものであることが好ましい。材料としては、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４をＣＶＤ法により作製したものが挙げられる。さらに図２に示すような下部電極４、電気−機械変換膜の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。特に、電気−機械変換膜としては、一般的に材料としてＰＺＴが使用されることから線膨張係数８×１０^−６（１／Ｋ）に近い線膨張係数として、５×１０^−６〜１０×１０^−６（１／Ｋ）の線膨張係数を有した材料が好ましく、さらには７×０^−６〜９１０^−６（１／Ｋ）の線膨張係数を有した材料がより好ましい。具体的な材料としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化オスミウム、酸化レニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウムおよびそれらの化合物等であり、これらをスパッタ法もしくは、ゾルゲル（以下、「Ｓｏｌ−ｇｅｌ」と略記する）法を用いてスピンコータにて作製することができる。
膜厚としては、０．１〜１０μｍが好ましく、０．５〜３μｍがさらに好ましい。この範囲より小さいと図２に示すような圧力室（個別液室１）の加工が難しくなり、この範囲より大きいと下地（振動板３）が変形変位しにくくなり、インク滴の吐出が不安定になる。

（下部電極４）
電気−機械変換膜として、鉛を含む複合酸化物を使用する場合、鉛の下部電極４との反応、もしくは拡散が生じ圧電特性を劣化させる場合がある。従って、鉛との反応／拡散に対しバリア性のある電極材料が要求される。
本実施形態構成では、導電性酸化物を電極として用いることが有効であると考えている。具体的には化学式ＡＢＯ_３で記述され、Ａ＝Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｌａ、Ｂ＝Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉを主成分とする複合酸化物があり、ＳｒＲｕＯ_３、ＣａＲｕＯ_３や、これらの固溶体である（Ｓｒ_１−ＸＣａ_Ｘ）Ｏ_３の他、ＬａＮｉＯ_３、ＳｒＣｏＯ_３や、これらの固溶体である（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｎｉ_１−ｙＣｏ_ｙ）Ｏ_３（ｙ＝１でも良い）が挙げられる。それ以外の酸化物材料として、ＩｒＯ_２、ＲｕＯ_２も挙げられる。

また、電気的導通を確保するため金属電極を作製した後に、上記導電性酸化物電極を積層する。金属電極材料としては、従来から高い耐熱性と低い反応性を有するＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの白金族元素や、これら白金族元素を含んだ合金材料が挙げられる。また、下地（特にＳｉＯ_２）との密着性が悪いために、Ｔｉ、ＴｉＯ_２、ＴｉＮ、Ｔａ、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｔａ_３Ｎ_５等を先に積層することが好ましい。
作製方法としては、スパッタ法もしくは、Ｓｏｌ−ｇｅｌ法を用いてスピンコータにて作製することができる。

（圧電体５）
本実施形態構成において、ＰＺＴを主に使用した。ＰＺＴとは、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）とチタン酸（ＰｂＴｉＯ_３）の固溶体で、その比率により特性が異なる。一般的に優れた圧電特性を示す組成はＰｂＺｒＯ_３とＰｂＴｉＯ_３との比率が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ０．５３,Ｔｉ０．４７）Ｏ_３、一般ＰＺＴ（５３／４７）と示される。ＰＺＴ以外の複合酸化物としてはチタン酸バリウムなどが挙げられ、この場合はバリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。

これら材料は一般式ＡＢＯ_３で記述され、Ａ＝Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ Ｂ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｂを主成分とする複合酸化物が該当する。その具体的な記述として、（Ｐｂ_１−Ｘ，Ｂａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、（Ｐｂ_１−Ｘ，Ｓｒ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、これはＡサイトのＰｂを一部ＢａやＳｒで置換した場合である。このような置換は２価の元素であれば可能であり、その効果は熱処理中の鉛の蒸発による特性劣化を低減させる作用を示す。

作製方法としては、スパッタ法もしくは、Ｓｏｌ−ｇｅｌ法を用いてスピンコータにて作製することができる。その場合は、パターニング化が必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。
ＰＺＴをＳｏｌ−ｇｅｌ法により作製した場合、出発材料に酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させ均一溶液を得ることで、ＰＺＴ前駆体溶液を作製できる。金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、ＰＺＴ前駆体溶液に安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミンなどの安定化剤を適量、添加しても良い。

下地基板全面にＰＺＴ膜を得る場合、スピンコートなどの溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことで得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で１００ｎｍ以下の膜厚が得られるようにＰＺＴ前駆体濃度の調整が必要になる。

（上部電極６）
下部電極４の構成と同様に、導電性酸化物を電極として用いることが有効であると考えている。具体的には化学式ＡＢＯ_３で記述され、Ａ＝Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｌａ、Ｂ＝Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉを主成分とする複合酸化物があり、ＳｒＲｕＯ_３、ＣａＲｕＯ_３や、これらの固溶体である（Ｓｒ_１−ＸＣａ_Ｘ）Ｏ３の他、ＬａＮｉＯ_３、ＳｒＣｏＯ_３や、これらの固溶体である（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｎｉ_１−ＹＣｏ_Ｙ） Ｏ_３（Ｙ＝１でも良い）が挙げられる。

それ以外の酸化物材料として、ＩｒＯ_２、ＲｕＯ_２も挙げられる。また、配線抵抗を補うために導電性酸化物上に白金やイリジウムや白金−ロジウムなどの白金族元素や、これら合金膜、またＡｇ合金、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕを用いることも有効である。
作製方法としては、スパッタ法もしくは、Ｓｏｌ−ｇｅｌ法を用いてスピンコータにて作製することができる。その場合は、パターニング化が必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。

（引出配線１８）
Ａｇ合金、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒの何れかから成る金属電極材料であることが好ましい。作製方法としては、スパッタ法、スピンコート法を用いて作製し、その後フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。また、下地表面を部分的に表面改質させる工程を用いて、インクジェット工法によりパターニングされた膜を作製することができる。インクジェット工法により作製していく場合については、第２の電極と同様の作製フローにてパターニングされた膜を得ることができる。表面改質材については、下地（絶縁保護膜）が酸化物である場合は主にシラン化合物を選定する。またポリイミド（ＰＩ）のような有機物の場合は、紫外線を照射して、照射された領域の表面エネルギーを増大させることができる。その結果、インクジェット工法を用いて、表面エネルギーを増大させた領域に、高精細な第３または第４の電極のパターンを直接描画することができる。さらに、表面エネルギーが小さいポリイミドを用いることにより、有機半導体層を高精細にパターニングすることが可能になる。紫外線で表面エネルギーを増大させることが可能な高分子材料としては、特開２００６−０６００７９号公報に記載されている材料を用いることができる。

また、以下のような市販されているペースト材料を用いてスクリーン印刷で電極膜を得ることができる。パーフェクトゴールド（登録商標）（金ペースト、真空冶金社製商品名）、パーフェクトカッパー（銅ペースト、真空冶金社製商品名）、ＯｒｇａｃｏｎＰａｓｔｅ ｖａｒｉａｎｔ １／４、Ｐａｓｔｅ ｖａｒｉａｎｔ １／３（以上、印刷用透明ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳインク、日本アグファ・ゲバルト社製商品名）、ＯｒｇａｃｏｎＣａｒｂｏｎ Ｐａｓｔｅ ｖａｒｉａｎｔ ２／２（カーボン電極ペースト、日本アグファ・ゲバルト社製商品名）、ＢＡＹＴＲＯＮ（登録商標）、Ｐ（ＰＥＤＴ／ＰＳＳ水溶液、日本スタルクヴィテック社製商品名）。膜厚としては、０．１〜２０μｍが好ましく、０．２〜１０μｍがさらに好ましい。この範囲より小さいと抵抗が大きくなり電極に十分な電流を流すことができなくなることでヘッド吐出が不安定になり、この範囲より大きいとプロセス時間が長くなる。

以下、本発明の実施例１〜４について、後述する比較例１〜５と適宜比較しながら詳細に説明する。

シリコンウェハに熱酸化膜（膜厚１ミクロン）を形成し、下部電極として、チタン膜（膜厚５０ｎｍ）、白金膜（膜厚２００ｎｍ）、ＳｒＲｕＯ膜（膜厚１００ｎｍ）をスパッタ成膜した。チタン膜については、熱酸化膜と白金膜の間の密着層としての役割を持つ。次に電気−機械変換膜としてＰＺＴ（５３／４７）をスピンコートにより成膜する。ＰＺＴ前駆体塗布液の合成は、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学両論組成に対し鉛量を１０モル％過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、先記の酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することでＰＺＴ前駆体溶液を合成した。このＰＺＴ濃度は０．５モル／リットルにした。スピンコートで成膜後、乾燥１２０℃→熱分解５００℃を行う工程を3回行った後、結晶化熱処理（温度７００℃）をＲＴＡ（急速熱処理）にて行った。膜にクラックなどの不良は生じなかった。結晶化熱分解までの工程を計４回（塗布回数１２回）を行った後の膜厚を測定したところ１０００ｎｍに達した。

次に、上部電極としてＳｒＲｕＯ膜（膜厚１００ｎｍ）、白金膜（膜厚１００ｎｍ）をスパッタ成膜した。その後、東京応化社製フォトレジスト（ＴＳＭＲ８８００）をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィでレジストパターンを形成した後、ＩＣＰエッチング装置（サムコ製）を用いて図２、図３のようなパターンを作製した。

次に絶縁膜９として、ＡＬＤ工法を用いてＡｌ_２Ｏ_３膜を５０ｎｍ成膜した。このとき原材料としてＡｌ（アルミニウム）については、ＴＭＡ（シグマアルドリッチ社）、Ｏ（酸素）についてはオゾンジェネレータによって発生させたＯ_３を交互に積層させることで、成膜を進めた。

次に絶縁膜１０として、プラズマＣＶＤを用いてＳｉＯ_２膜を５００ｎｍ成膜した。その後、図４（２）に示したように、エッチングによりコンタクトホール部１６，１７を形成する。その後、配線電極としてＡｌをスパッタ成膜し、エッチングによりパターニング形成した後に、絶縁膜１１として、プラズマＣＶＤを用いてＳｉＮ膜を１０００ｎｍ成膜する。その後、図５（５）に示したように、個別液室形成領域（個別液室河口部）を開口するために、絶縁膜１１と絶縁膜１０を連続エッチングする。その後、絶縁膜１２として、ＡＬＤ工法を用いてＡｌ_２Ｏ_３膜を５０ｎｍ成膜した。その後、図５（６）に示したように、個別電極配線７または共通電極配線８を取り出すためのＰＡＤ１２ａ，１２ｂ部を開口し、図２および図３に示すインクジェットヘッド（素子）の一部が形成されている。

絶縁膜９、１２のＡｌ_２Ｏ_３膜を２０ｎｍ成膜する以外は、実施例１と同様なインクジェットヘッド（素子）を作製した。

絶縁膜９、１２のＡｌ_２Ｏ_３膜を１００ｎｍ成膜する以外は、実施例１と同様なインクジェットヘッド（素子）を作製した。

実施例１と同様に、絶縁膜９まで成膜した後に、絶縁膜１０として、プラズマＣＶＤを用いてＳｉＮ膜を１０００ｎｍ成膜した。その後、図６に示すように、エッチングによりコンタクトホール部を形成する。その後、配線電極としてＡｌをスパッタ成膜し、エッチングによりパターニング形成した。その後、個別液室形成領域を開口するために、絶縁膜１０のみエッチングする。その後、絶縁膜１２として、ＡＬＤ工法を用いてＡｌ_２Ｏ_３膜を５０ｎｍ成膜した。その後、個別電極配線７、または共通電極配線８を取り出すためのＰＡＤ部を開口し、図６に示すインクジェットヘッド（素子）の一部が形成されている。

上述したとおり、実施例４は、絶縁膜の構成が実質的に３層構造からなるものであり、実施例１〜３における絶縁膜１１（第３の絶縁膜）を形成しないものとなっている（請求項２）。

（比較例１）
絶縁膜１２の成膜を行わないこと以外は、実施例１と同様なインクジェットヘッド（素子）を作製した。

（比較例２）
絶縁膜９、１２のＡｌ_２Ｏ_３膜を１０ｎｍ成膜する以外は、実施例１と同様なインクジェットヘッド（素子）を作製した。

（比較例３）
絶縁膜９、４のＡｌ_２Ｏ_３膜を１５０ｎｍ成膜する以外は、実施例１と同様なインクジェットヘッド（素子）を作製した

（比較例４）
実施例１と同様に、上部電極６まで作製した後に、絶縁膜１０として、プラズマＣＶＤを用いてＳｉＯ_２膜を５００ｎｍ成膜した。その後、図７に示すように、エッチングによりコンタクトホール部を形成する。その後、配線電極としてＡｌをスパッタ成膜し、エッチングによりパターニング形成した。その後、個別液室形成領域を開口するために、絶縁膜１０のみエッチングする。その後、絶縁膜１２として、ＡＬＤ工法を用いてＡｌ_２Ｏ_３膜を５０ｎｍ成膜した。その後、個別電極配線７、または、共通電極配線を取り出すためのＰＡＤ部を開口し、図７に示すインクジェットヘッド（素子）の一部が形成されている。

（比較例５）
絶縁膜９のＡｌ_２Ｏ_３膜を２００ｎｍ成膜し、比較例１と同様なインクジェットヘッド（素子）を作製した。

実施例１〜４、比較例１〜５で作製したインクジェットヘッド（以下、「素子」ともいう）の電気特性を評価した。その後、信頼性試験として８０℃／相対湿度８５％／１００ｈｒ（時間）の環境下に素子を放置した後に、大気下で電気特性評価を行った。さらに、電気特性評価用の素子とは別に、圧力室形成のための裏面からのエッチング除去、ノズル孔を有するノズル板を接合することで液体吐出ヘッドができる素子を作製した。図８に示した吐出試験評価用の装置を作製しインク（液）の吐出評価を行った。粘度を５ｃｐに調整したインクを用いて、単純Ｐｕｓｈ波形により−１０〜−３０Ｖの印加電圧を加えたときの吐出状況を確認し、吐出できるかの確認を行った。上記電気特性結果および吐出結果について、下表１にその結果を示す。

図８は、上述した実施例１〜４、比較例１〜５のインクジェットヘッドを搭載して吐出試験に使用した装置の一例を示す斜視図である。このインク（液滴）吐出装置６０は、架台６１の上に、Ｙ軸駆動手段６２が設置してあり、その上に基板６３を搭載するステージ６４がＹ軸方向に駆動できるように設置されている。なお、ステージ６４には図示されていない真空、静電気などの吸着手段が付随して設けられており、基板６３が固定されている。また、Ｘ軸支持部材６５にはＸ軸駆動手段６６が取り付けられており、これにＺ軸駆動手段６７上に搭載されたヘッドベース６８が取り付けられており、Ｘ軸方向に移動できるようになっている。ヘッドベース６８の上にはインクを吐出させるインクジェットヘッド６９が搭載されている。このインクジェットヘッド６９には図示されていない液体（インク）タンクから供給用パイプ７０を介してインクが供給される。

吐出試験としては、実施例１〜４、比較例１〜５共に、同一の試験条件で実施した。以下に、具体的条件を列記する。なお、図８の装置は、主として同一の吐出試験条件を確保すべく、Ｘ，Ｙ．Ｚ軸方向には移動させずに静止状態で実施するために用いた。
インク吐出速度：７±１ｍ／ｓｅｃ
印加電圧：１５Ｖ

図９に、電気特性結果として、代表的なＰ−Ｅヒステリシス曲線結果を示す。１５０ｋＶ／ｃｍの電界強度でのＰｓ（飽和分極）について下表１にその値を記している。

表１に示されているように、信頼性試験前の電気特性結果を見ると、比較例２および４では、絶縁膜９の膜厚が十分ないため、絶縁膜１０（第２の絶縁膜）、絶縁膜１１（第３の絶縁膜）としてＳｉＯ_２、ＳｉＮを成膜したときのプロセスダメージを受けて、他のサンプルに比べて大きく劣化した。信頼性試験後の電気特性結果を見ると、比較例１では、信頼性試験前後で大きく変化しており、特性が劣化していることが確認できる。比較例２および５は、信頼性試験前後で変化しており、特性が少し劣化していることが確認できる。絶縁膜９（第１の絶縁膜）として作製したＡｌ_２Ｏ_３膜が、個別液室形成領域を開口する際に、エッチングダメージにより、大気中の水分をブロックするのに十分な耐透湿性効果としての機能が失われた結果、水分によって圧電素子１５がダメージを受けて、信頼性試験前後で特性が劣化した。

吐出結果を見ると、比較例２および４については、初期の電気特性でも十分な値が得られておらず、吐出結果でも不十分であった。比較例３については、個別液室形成領域に形成されたＡｌ_２Ｏ_３膜のトータル量（絶縁膜９と絶縁膜１２（第４の絶縁膜）の合計膜厚）が大きいため、振動板３の変位量を十分に確保することができず、吐出が不十分であった。

以上述べたとおり、本実施形態および実施例１〜４によれば、上述した説明中に記載した利点・効果に加えて、半導体プロセス中のプラズマや大気中の水分による圧電体の劣化を防止し、圧電素子の変位量を増大させると同時に、個別電極等の配線の制約を無くすことで高密度化できるインクジェットヘッド、つまり高い信頼性（耐湿性）と高い吐出特性を維持しつつ、小型のインクジェットヘッドを実現して提供することができる（請求項１、２）。

図１０および図１１を参照して、本発明に係る液体吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載した画像形成装置の一例であるインクジェット記録装置について説明する。図１０は、同記録装置の機構部の概略的な一部断面正面図、図１１は、同記録装置の要部を透視した概略的な斜視図である。
図１０および図１１に示すインクジェット記録装置１００は、上述した実施形態および実施例１〜４のインクジェットヘッドを搭載している。
インクジェット記録装置１００は、いわゆるシリアル型のインクジェット記録装置であり、記録装置本体１００Ａの内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ１０１と、キャリッジ１０１に搭載した本発明を実施して製造したインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１０２と、記録ヘッド１０２へインクを供給するインクカートリッジ１０３とを含んで構成される印字機構部１０４を有している。

記録装置本体１０Ａの下方部には、図１０における左側の前方側から多数枚の用紙１０５を積載可能な給紙カセット１０６を抜き差し・挿脱自在に装着することができ、また、用紙１０５を手差しで給紙するための手差しトレイ１０７を開倒することができるよう設けられている。給紙カセット１０６あるいは手差しトレイ１０７から給送される用紙１０５を取り込み、印字機構部１０４によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１０８に排紙する。

印字機構部１０４は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１０９と従ガイドロッド１１０とでキャリッジ１０１を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ１０１にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１０２を複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。

キャリッジ１０１には、記録ヘッド１０２に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ１０３を交換可能に装着している。インクカートリッジ１０３は上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド１０２へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド１０２へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッド１０２としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。ここで、キャリッジ１０１は後方側（用紙（シート）搬送方向下流側）を主ガイドロッド１０９に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１１０に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１０１を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１１１で回転駆動される駆動プーリ１１２と従動プーリ１１３との間にタイミングベルト１１４を張装し、このタイミングベルト１０４をキャリッジ１０１に固定しており、主走査モータ１１１の正逆回転によりキャリッジ１０１が往復駆動される。

一方、給紙カセット１０６にセットした用紙１０５を記録ヘッド１０２の下方側に搬送するために、給紙カセット１０６から用紙１０５を分離給装する給紙ローラ１１５およびフリクションパッド１１６と、用紙１０５を案内するガイド部材１１７と、給紙された用紙１０５を反転させて搬送する搬送ローラ１１８と、この搬送ローラ１１８の周面に押し付けられる搬送コロ１１９および搬送ローラ１１８からの用紙１０５の送り出し角度を規定する先端コロ１２０とを設けている。

搬送ローラ１１８は図示しない副走査モータによってギヤ列を介して回転駆動される。そして、キャリッジ１０１の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１１８から送り出された用紙１０５を記録ヘッド１０２の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１２２を設けている。この印写受け部材１２２の用紙搬送方向下流側には、用紙１０５を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１２３、拍車１２４を設け、さらに用紙１０５を排紙トレイ１０８に送り出す排紙ローラ１２５および拍車１２６と、排紙経路を形成するガイド部材１２７，１２８とを配設している。

記録時には、キャリッジ１０１を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１０２を駆動することにより、停止している用紙１０５にインクを吐出して１行分を記録し、用紙１０５を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１０５の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１０５を排紙する。また、キャリッジ１０１の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド１０２の吐出不良を回復するための回復装置１２９を配置している。回復装置１２９はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１０１は印字待機中にはこの回復装置１２９側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド１０２をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド１０２の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（図示せず）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

上述したとおり、このインクジェット記録装置１００においては本発明の実施例１〜４で作製したインクジェットヘッドを搭載しているので、振動板３の駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。

以上述べたとおり、本発明を特定の実施形態等について説明したが、本発明が開示する技術は、上述した実施例を含む各実施形態等に例示されているものに限定されるものではなく、それらを適宜組み合わせて構成してもよく、本発明の範囲内において、その必要性および用途等に応じて種々の実施形態や変形例あるいは実施例を構成し得ることは当業者ならば明らかである。

本発明の適用範囲は、微小インクを吐出するインクジェットヘッドに限定されず、例えばインクに代えて、その用途に応じて使用する任意の微小液体を吐出する液体吐出ヘッドであってもよく、また液体吐出ヘッドを用いたパターニング装置等にも適用可能なことは言うまでもない。

本発明に係る画像形成装置は、図１０および図１１に示したインクジェット記録装置１００に限らず、本発明の上記実施形態や実施例１〜４を搭載したインクジェット方式の画像形成装置を含む画像形成装置、すなわち例えば、プリンタ、プロッタ、ワープロ、ファクシミリ、複写機、孔版印刷機を含む印刷装置等またはこれら２つ以上の機能を備えた複合機等においてインクジェット記録装置を含む画像形成装置にも適用可能である。
また、被記録媒体・シートとしては、用紙１０５に限らず、上記したように使用可能な薄紙から厚紙、はがき、封筒、あるいはＯＨＰシート等まで、インクジェットヘッドを用いて画像形成可能な全ての記録媒体・シートを含むものである。

１ 個別液室
２ 液室基板
３ 振動板
４ 下部電極
５ 圧電体
６ 上部電極
７ 個別電極配線
８ 共通電極配線
９ 第１の絶縁膜
１０ 第２の絶縁膜
１１ 第３の絶縁膜
１２ 第４の絶縁膜
１３ ノズル板
１４ ノズル
１５ 圧電素子
１６ 個別電極コンタクトホール部
１７ 共通電極コンタクトホール部
１８ 引出配線
１９ 液室領域
２０ 駆動信号入力部
１００ インクジェット記録装置
１００Ａ 記録装置本体
１０２ 記録ヘッド（インクジェットヘッド、液体吐出ヘッド）
１０３ インクカートリッジ
１０４ 印字機構部
１０５ 用紙（被記録媒体、シート）

特開２０１０−０４２６８３号公報 特許第４３７１２０９号公報

Claims (14)

1. 隔壁により区画された個別液室が配列される液室基板上に振動板が形成され、前記振動板上の前記個別液室に対向する側に下部電極、圧電体、上部電極から構成される圧電素子が形成されており、前記上部電極と導通する個別電極配線により駆動信号入力部まで引き出される液体吐出ヘッドにおいて、
   少なくとも、前記個別電極配線と前記下部電極とが重なり合う領域における前記個別電極配線と前記下部電極との間に、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが形成されており、
   前記駆動信号入力部を除く前記個別電極配線の形成領域を含む領域に、第３の絶縁膜と第４の絶縁膜とが積層されており、
   前記個別液室の形成領域の少なくとも一部に、第２の絶縁膜と第３の絶縁膜とが形成されていない非成膜領域があり、
   前記圧電素子の形成部を含む領域であって、第２の絶縁膜と第３の絶縁膜との前記非成膜領域に第１の絶縁膜と第４の絶縁膜とが形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 隔壁により区画された個別液室が配列される液室基板上に振動板が形成され、前記振動板上の前記個別液室に対向する側に下部電極、圧電体、上部電極から構成される圧電素子が形成されており、前記上部電極と導通する個別電極配線により駆動信号入力部まで引き出される液体吐出ヘッドにおいて、
   少なくとも、前記個別電極配線と前記下部電極が重なり合う領域の前記個別電極配線と前記下部電極の間に、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とが形成されており、
   前記駆動信号入力部を除く前記個別電極配線の形成領域を含む領域に、第４の絶縁膜が積層されており、
   前記個別液室の形成領域の少なくとも一部に、第２の絶縁膜が形成されていない非成膜領域があり、
   前記圧電素子の形成部を含む領域であって、第２の絶縁膜の前記非成膜領域に第１の絶縁膜と第４の絶縁膜とが形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 第１の絶縁膜に関して、前記個別液室の形成領域とそれ以外の領域とで膜厚差があり、
   前記個別液室の形成領域以外に成膜された第１の絶縁膜の膜厚が、前記個別液室の形成領域に成膜された膜厚と比べて厚いことを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出ヘッド。
4. 第４の絶縁膜に関して、前記個別液室の形成領域とそれ以外の領域とでは、膜厚差がないことを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出ヘッド。
5. 第１の絶縁膜に関して、前記個別液室の形成領域とそれ以外の領域とでは、膜密度差があり、
   前記個別液室の形成領域以外に成膜された膜密度が前記個別液室の形成領域に成膜された膜密度に比べて大きいことを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出ヘッド。
6. 第４の絶縁膜に関して、前記個別液室の形成領域とそれ以外の領域とでは、膜密度差がないことを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記個別液室の形成領域以外に形成された第４の絶縁膜が、第１の絶縁膜に比べて膜厚差がないことを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記個別液室の形成領域以外に形成された第４の絶縁膜が、第１の絶縁膜に比べて膜密度差がないことを特徴とする請求項１または２記載の液体吐出ヘッド。
9. 第１の絶縁膜と第４の絶縁膜とが、同じ材料であることを特徴とする請求項１ないし８の何れか一つに記載の液体吐出ヘッド。
10. 第１ないし第４の絶縁膜が、気相法により成膜されることを特徴とする請求項１ないし９の何れか一つに記載の液体吐出ヘッド。
11. 第１の絶縁膜と第４の絶縁膜とが、ＡＬＤ工法により成膜されることを特徴とする請求項１ないし１０の何れか一つに記載の液体吐出ヘッド。
12. 前記個別液室形成以外の領域において、第１の絶縁膜と第４の絶縁膜とが、２０〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし１１の何れか一つに記載の液体吐出ヘッド。
13. 請求項１ないし１２の何れか一つに記載の液体吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする液体吐出装置。
14. 請求項１ないし１２の何れか一つに記載の液体吐出ヘッド、または請求項１３記載の液体吐出装置を搭載したことを特徴とする画像形成装置。

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