(57)【要約】【課題】圧電素子における上部電極と下部電極の間のリーク電流の発生を防止する。【解決手段】圧電素子１１６は、下部電極１１７と、下部電極１１７上に配置された圧電体１１８と、圧電体１１８上に配置された上部電極１１９とを備えている。上部電極１１９は、その上面面積が圧電体１１８の上面面積よりも小さく、かつ圧電体１１８の側面とは間隔をもって配置されている。圧電体１１８はその上面に上部電極１１９の周囲を囲って配置された凹部１３０を備えている。凹部１３０の底面は１１８圧電体の側面に隣接している。上部電極１１９と凹部１３０の間の圧電体１１８上面の領域及び上部電極１１９の側面に、上部電極１１９のパターニング時に生成した導電性のエッチング生成物１３１が存在している。エッチング生成物１３１は凹部１３０内には形成されていない。【選択図】図４
2014058082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極と、
前記下部電極上に配置された圧電体と、
前記圧電体上に配置された上部電極と、を備え、
前記上部電極は、その上面面積が前記圧電体の上面面積よりも小さく、かつ前記圧電体の側面とは間隔をもって配置されており、
前記圧電体はその上面に前記上部電極の周囲を囲って配置された凹部を備え、
前記上部電極と前記凹部の間の前記圧電体上面の領域及び前記上部電極の側面に、前記上部電極のパターニング時に生成した導電性のエッチング生成物が存在しており、
前記エッチング生成物は前記凹部内には形成されていないことを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記圧電体の上面に、前記上部電極、前記エッチング生成物及び前記凹部を覆う絶縁膜が形成されており、
前記絶縁膜は前記圧電体の側面には形成されていない請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記凹部の底面は前記圧電体の側面に隣接している請求項１又は２に記載の圧電素子。
【請求項４】
複数のノズル孔を有するノズル層と、該ノズル孔に連通する液室を形成する流路層と、該液室に流れる流体に振動板を介して圧力を発生させる圧電素子とを備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
前記圧電素子が請求項１から３のいずれか一項に記載の圧電素子であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと該液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジにおいて、
前記液滴吐出ヘッドが請求項４に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液体カートリッジ。
【請求項６】
液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出記録装置において、
前記液滴吐出ヘッドが請求項４に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液滴吐出記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び液滴吐出記録装置に関し、特に、下部電極、圧電体及び上部電極が積層された圧電素子、並びにそれを用いた液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び液滴吐出記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液滴吐出ヘッドとしては、例えば液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡ（deoxyribonucleic acid）の試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、インクを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド等がある。
【０００３】
この中で、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像記録装置（画像形成装置）として用いるインクジェット記録装置は、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する個別液室（インク流路、吐出室、加圧液室、流路とも称される。）と、この液室内のインクを加圧するための駆動手段（圧力発生手段）とを備えた液滴吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドを搭載したものである。以下では上記インクジェットヘッドを中心に説明をする。
【０００４】
インクジェット記録装置は、記録時の騒音が極めて小さいこと、高速印字が可能なこと、インクの自由度が高く安価な普通紙を使用できることなど多くの利点を有する。この中でも記録の必要なときにのみインク液滴を吐出するいわゆるインク・オン・デマンド方式が記録に不要なインク液滴の回収を必要としないため現在主流となっている。
【０００５】
インク・オン・デマンド方式のインクジェットヘッドには、駆動手段が圧電素子であるもの（例えば特許文献１を参照。）や、インクを加熱して気泡を発生させ、その圧力でインクを吐出させる方法（例えば特許文献２を参照。）、駆動手段に静電気力を利用したもの（例えば特許文献３を参照。）などがある。
【０００６】
その中で、圧電素子方式については、近年ゾルゲル法等を用いて形成した薄膜の圧電体を利用する方式がある。圧電体としてＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いた方式は薄膜ＰＺＴ方式と呼ばれている。圧電素子は下部電極、圧電体、上部電極が積層された構造を備えている。
【０００７】
薄膜圧電体を備えた圧電素子は、半導体製造技術を応用して圧電体をパターニングできるので微細化が容易である。また、薄膜圧電体を備えた圧電素子は、圧電体を、インク流路部、振動板部等も含めたアクチュエータとして半導体製造技術及びＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を応用して一体構造で形成できることなどの利点もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、薄膜圧電体を備えた圧電素子において各種固有の課題がある。その課題の一つとして圧電体に駆動電圧を印加するための上部電極と下部電極との間のリーク電流がある。これは微細化が進む中において今後さらにその対策が必要となる。
【０００９】
電極間リーク電流に対応するには、まずは電極間の物理的な絶縁を確実に行なう必要があることは言うまでもない。したがって、駆動部を構成する下部電極、圧電体、上部電極の相対的な位置関係（形状）が重要になる。
【００１０】
例えば、圧電体の駆動効率を上げるために上部電極と圧電体を同じ投影面積（上面の面積）にした構造が知られている（例えば特許文献４を参照。）。この構造は、工法的には上部電極と圧電体を一括エッチングで形成できるため、工数及びコスト面で優位ではある。しかし、上部電極側面と圧電体側面が同一面上に並ぶため、これらの側面に付着する、上部電極及び下部電極に起因する導電性のエッチング生成物を介したリーク電流の懸念がある。
【００１１】
また、上部電極投影面積を圧電体投影面積より小さくした構造が知られている（例えば特許文献５を参照。）。この構造は、上部電極と圧電体を個別に形成する必要があるため、工数及びコスト面においては不利ではある。しかし、この構造において上部電極側面と圧電体側面は同一面にはない。したがって、この構造は、特許文献４に開示された構造に比べれば、上部電極形成時のエッチング生成物の影響を受けにくく、電極間リーク電流の面においては有利である。
【００１２】
図１１は、従来の圧電素子及びその製造工程例を説明するための概略的な断面図である。まず、図１１（４）を参照して、従来の圧電素子の構成について説明する。
【００１３】
圧電素子４０１は下地部材４０２上に形成されている。圧電素子４０１は、下地部材４０２上に形成された下部電極４０３と、下部電極４０３上に配置された圧電体４０４と、圧電体４０４上に配置された上部電極４０５とを備えている。上部電極４０５の上面面積は圧電体４０４の上面面積よりも小さい。上部電極４０５の側面は圧電体４０４の側面とは間隔をもって配置されている。
【００１４】
圧電体４０４側面と上部電極４０５の間の圧電体４０４上面の領域及び上部電極４０５側面に、上部電極４０５のパターニング時に生成した導電性のエッチング生成物４０６が存在している。圧電体４０４側面に、圧電体４０４のパターニング時に生成した導電性のエッチング生成物４０７が存在している。
【００１５】
図１１を参照して、圧電素子４０１の形成工程例を説明する。以下に説明する各工程のかっこ数字は図１１中のかっこ数字に対応している。
【００１６】
（１）下地部材４０２上に、下部電極膜４０３ａ、圧電体膜４０４ａ、上部電極膜４０５ａを順次積層して成膜する。上部電極膜４０５ａに上部電極の形成位置を画定するためのレジストパターン４０８を形成する。
【００１７】
（２）レジストパターン４０８をマスクにして上部電極膜４０５ａをパターニングして上部電極４０５を形成する。このとき、エッチング生成物４０６が圧電体膜４０４ａ表面、上部電極４０５側面及びレジストパターン４０８側面に付着する。エッチングされる上部電極膜４０５ａは導電性であるため、エッチング生成物４０６も導電性を有している。
【００１８】
（３）レジストパターン１３３を除去する。所定の洗浄工程を行なう。エッチング生成物４０６は、レジスト除去工程や、その後の洗浄工程による除去工程を得ても完全には除去されず、一部が上部電極４０５側面及び圧電体膜４０４ａ表面に残る。
【００１９】
圧電体４０４の形成領域を画定するためのレジストパターン４０９を形成する。レジストパターン４０９をマスクにして圧電体膜４０４ａをパターニングして圧電体４０４を形成する。このとき、下地の下部電極膜４０３ａの一部分もエッチングされるため、導電性のエッチング生成物４０７が圧電体４０４側面及びレジストパターン４０９側面に付着する。
【００２０】
（４）レジストパターン４０９を除去する。下部電極４０３の形成領域を画定するレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクにして下部電極膜４０３ａをパターニングして下部電極４０３を形成する。その後、レジストパターンを除去する。
【００２１】
従来の圧電素子４０１では、図１１（４）に示されるように、導電性のエッチング生成物４０６，４０７を経由して上部電極４０５と下部電極４０３の間が導通状態となり、これにより両電極４０３，４０５間にリーク電流が流れる。したがって、圧電素子４０１は動作不良を起こす。このような圧電素子４０１が液滴吐出ヘッドに適用された場合には、圧電素子４０１の動作不良に起因して液滴吐出ヘッドの特性不良を招く。
【００２２】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上部電極と下部電極の間のリーク電流の発生を防止できる圧電素子並びにそれを用いた液滴吐出ヘッド、液体カートリッジ及び液滴吐出記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明にかかる圧電素子は、下部電極と、上記下部電極上に配置された圧電体と、上記圧電体上に配置された上部電極と、を備え、上記上部電極は、その上面面積が上記圧電体の上面面積よりも小さく、かつ上記圧電体の側面とは間隔をもって配置されており、上記圧電体はその上面に上記上部電極の周囲を囲って配置された凹部を備え、上記上部電極と上記凹部の間の上記圧電体上面の領域及び上記上部電極の側面に、上記上部電極のパターニング時に生成した導電性のエッチング生成物が存在しており、上記エッチング生成物は上記凹部内には形成されていないものである。
【００２４】
本発明にかかる液滴吐出ヘッドは、複数のノズル孔を有するノズル層と、該ノズル孔に連通する液室を形成する流路層と、該液室に流れる流体に振動板を介して圧力を発生させる圧電素子とを備えた液滴吐出ヘッドであって、上記圧電素子が本発明の圧電素子であるものである。
【００２５】
本発明にかかる液体カートリッジは、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと該液滴吐出ヘッドに液体を供給する液体タンクを一体化した液体カートリッジであって、上記液滴吐出ヘッドが本発明の液滴吐出ヘッドであるものである。
【００２６】
本発明にかかる液滴吐出記録装置は、液滴を吐出させる液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出記録装置であって、上記液滴吐出ヘッドが本発明の液滴吐出ヘッドであるものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の圧電素子は、圧電体の上面に上部電極の周囲を囲って配置された凹部を備え、その凹部内には、上部電極のパターニング時に生成した導電性のエッチング生成物が形成されていないので、該エッチング生成物に起因する上部電極と下部電極の間のリーク電流の発生を防止できる。
【００２８】
本発明の液滴吐出ヘッドは、本発明の圧電素子を備えているので、圧電素子に起因する歩留まりの低下が減少し、圧電素子に関する信頼性が向上し、ひいては液滴吐出ヘッド全体の歩留まり及び信頼性を向上させることができる。
【００２９】
本発明の液体カートリッジは、本発明の液滴吐出ヘッドを備えているので、液滴吐出ヘッドに起因する歩留まりの低下が減少し、液滴吐出ヘッドに関する信頼性が向上し、ひいては液体カートリッジ全体の信頼性を向上させることができる。
【００３０】
本発明の液滴吐出記録装置は、本発明の液滴吐出ヘッドを備えているので、液滴吐出ヘッドに起因する歩留まりの低下が減少し、液滴吐出ヘッドに関する信頼性が向上し、ひいては液滴吐出記録装置全体の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】液滴吐出ヘッドの一実施例を説明するための概略的な分解斜視図である。
【図２】同実施例を説明するための概略的な断面図である。
【図３】図２の一部分を拡大して示した断面図である。
【図４】圧電素子の一実施例及びその形成工程例を説明するための概略的な断面図である。
【図５】圧電素子の他の実施例及びその形成工程例を説明するための概略的な断面図である。
【図６】液体カートリッジの一実施例を説明するための概略的な斜視図である。
【図７】液滴吐出記録装置の一実施例を説明するための概略的な斜視図である。
【図８】同実施例の機構部を説明するための側面図である。
【図９】圧電素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。
【図１０】圧電素子のさらに他の実施例を説明するための概略的な断面図である。
【図１１】従来技術の圧電素子及びその形成工程例を説明するための概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、液滴吐出ヘッドの一実施例を説明するための概略的な分解斜視図である。図２は同実施例を説明するための概略的な断面図である。図２の断面は図１のＡ−Ａ位置に対応している。図３は図２の一部分を拡大して示した断面図である。なお、図２及び図３の断面は便宜上図１に対して上下逆転している。また、図３においてノズルカバー、パッキンプレート及びダンパープレートの図示は省略されている。
【００３３】
この実施例では本発明の圧電素子は液滴吐出ヘッドに適用されているが、本発明の圧電素子が適用される液滴吐出ヘッドはこの実施例の液滴吐出ヘッドに限定されない。また、本発明の圧電素子が適用される装置は液滴吐出ヘッドに限定されない。
【００３４】
液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１０１は、ノズルカバー１０２、ノズル板（ノズル層）１０３、アクチュエータ基板１０４、バッキンプレート１０５、ダンパープレート１０６、フレーム１０７、ＦＰＣ（Flexible printed circuits）１０８を備えている。ノズル板１０３、アクチュエータ基板１０４、バッキンプレート１０５、ダンパープレート１０６はその順に積層されてノズルカバー１０２によってフレーム１０７に固定されている。
【００３５】
ノズル板１０３に、インク滴を飛翔させるための微細孔である多数のノズル孔１０９が形成されている。アクチュエータ基板１０６に、ノズル孔１０９に個別に連通する個別液室１１０を備えた流路基板（流路層）１１１が形成されている。個別液室１１０は加圧液室部１１２、流体抵抗部１１３、インク供給部１１４を備えている。
【００３６】
ノズル孔１０９は、対応する個別液室１１０の加圧液室１０５の先端位置に対応して配置されている。ノズル孔１０２の径は例えば１０〜３５μｍ（マイクロメートル）である。
ノズル板１０３は、例えばポリイミド等の樹脂フィルムで形成されている。また、ノズル板１０３の材料としては、例えば、電鋳工法によって製造したニッケルの金属プレートや、シリコン、その他金属材料などを用いることもできる。なお、ノズル板１０３には撥水性の表面処理膜が成膜されている。
【００３７】
個別液室１１０は、アクチュエータ基板１０４の一部として形成されており、例えばシリコンからなる流路基板１１１が加工されて形成されている。個別液室１１０はノズル孔１０９ごとに設けられている。例えば、流路基板１１１は、写真製版技術及びＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）エッチャーによるフッ素系ガスを用いたシリコン深掘りドライエッチング技術によって形成される。通常、流路基板１１１に個別液室１１０を形成するためのエッチング工程は、後述するアクチュエータ基板１０４表面の駆動素子部が形成され、さらに裏面研磨によりシリコン基板厚が１００μｍ程度に薄膜化された後に行なわれる。
【００３８】
アクチュエータ基板１０４において、流路基板１１１上に振動板１１５が配置されている。振動板１１５上に圧電素子１１６が形成されている。振動板１１５は圧電素子１１６により発生した圧力を加圧液室１１２内のインクに伝えるための部位である。振動板１１５は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリシリコン膜などの単膜又は複合膜からなり、拡散炉やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等を用いて形成される。振動板１１５の膜厚は、例えば積層膜の合計膜厚で０.５〜３μｍ程度である。
【００３９】
圧電素子１１６は、下部電極１１７と、下部電極１１７上に配置された圧電体１１８と、圧電体１１８上に配置された上部電極１１９とを備えている。この実施例では、下部電極１１７は複数の圧電素子１１６で共通の電極として用いられ、上部電極１１９は圧電素子１１６ごとで個別の電極として用いられる。
【００４０】
圧電素子１１６の圧電体１１８は、下部電極１１７及び上部電極１１９から供給される電圧によって変位（変形）する。圧電体１１８の変位によって振動板１１５が変位し、加圧液室部１０８内の圧力が変化する。
【００４１】
圧電体１１８の材料は、例えばゾルゲル法によって形成されたＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）である。圧電体１１８の膜厚は例えば１〜２μｍ程度である。ただし、圧電体１１８の材料及び膜厚はこれに限定されるものではない。例えば、圧電体１１８の材料として、ＰＺＴの他にＢａＴｉＯ3（チタン酸バリウム）などがある。
【００４２】
下部電極１１７及び上部電極１１９の材料は、例えばＰｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｉｎ（インジウム）等の低抵抗材料を挙げることができる。下部電極１１７及び上部電極１１９は例えばスパッタ法、写真製版技術及びエッチング技術によって形成される。下部電極１１７及び上部電極１１９の膜厚は例えば１００〜２００ｎｍ（ナノメートル）程度である。なお、下部電極１１７と上部電極１１９の材料は互いに異なっていてもよい。また、下部電極１１７の膜厚と上部電極１１９の膜厚は互いに異なっていてもよい。
【００４３】
振動板１１５上に圧電素子１１６を覆って層間絶縁膜１２０が形成されている。層間絶縁膜１２０上に配線１２１が形成されている。配線１２１と上部電極１１９は層間絶縁膜１２０に設けられた接続孔を介して電気的に接続されている。
【００４４】
層間絶縁膜１２０は、例えばＡＬＤ（atomic layer deposition）方式によるシリコン酸化膜及びプラズマＣＶＤ方式によるシリコン酸化膜の積層膜である。層間絶縁膜１２０を構成する積層膜の合計膜厚は例えば０.５〜１μｍである。
【００４５】
配線１２１の材料は例えばアルミニウムである。配線１２１は例えばスパッタ法、写真製版技術及びエッチング技術によって形成される。配線１２１の膜厚は例えば１〜３μｍである。
【００４６】
層間絶縁膜１２０上に配線１２１を覆ってパッシベーション膜１２２が形成されている。パッシベーション膜１２２はアクチュエータ基板１０４の内部構造を外気から遮断している。配線１２１のパッド部分上のパッシベーション膜１２２に、外部入力１２３と電気的接続をとるためのパッド開口部１２４が形成されている。
パッシベーション膜１２２の材料は例えばプラズマＣＶＤ方式によるシリコン窒化膜である。パッシベーション膜１２２の膜厚は例えば０.７〜１.５μｍである。
【００４７】
外部入力１２３は例えばＩＣ（Integrated Circuit）チップである。外部入力１２３は配線１２１を介して圧電素子１１６への電圧印加を制御する。外部入力１２３は、図１に示されたＦＣＰ１０８を介してインクジェットヘッド１０１外部と電気的に接続される。配線１２１のパッド部分と外部入力１２３との接続方法は例えばスタッドバンプ方式である。ただし、外部入力１２３及び接続方法はこれらに限定されない。
【００４８】
パッシベーション膜１２２上に接着剤１２５を介して保護基板１２６が配置されている。保護基板１２６はアクチュエータ基板１０４の剛性を補完するためのものである。保護基板１２６は、圧電素子１１６の形成領域を覆う凹部１２７と、個別液室１１０のインク供給部１１４に連通される貫通孔からなるインク供給孔１２８とを備えている。インク供給孔１２８はパッシベーション膜１２２、層間絶縁膜１２０及び振動板１１５に形成された貫通孔を介してインク供給部１１４に連通されている。
【００４９】
保護基板１２６は、例えば厚みが４００μｍ程度のシリコン基板が加工されて形成されたものである。例えば、保護基板１２６は、写真製版技術及びＩＣＰエッチャーによるフッ素系ガスを用いたシリコン深掘りドライエッチング技術によって形成される。
【００５０】
次にインクの流れについて説明する。
インク供給孔２１６に供給されたインクは、個別液室１１０のインク供給部１１４、流体抵抗部１１３を経由して加圧液室部１１２に流入する。加圧液室部１１２にインクが充填される。
【００５１】
アクチュエータ基板１０４に実装された外部入力１２３からの入力（電圧）が配線１２１を経由して圧電素子１１６の上部電極１１９に加わることで圧電体１１８に変位が発生する。下部電極１１７は電気的に接地された回路になっている（図示は省略。）。圧電体１１８の変位は振動板１１５を介して加圧液室部１１２内に圧力を発生させる。これにより、ノズル孔１０９からインク滴１２９が射出される。
【００５２】
図４は、この実施例における圧電素子及びその形成工程例を説明するための概略的な断面図である。まず、図４（５）を参照して、圧電素子の構成について説明する。
【００５３】
下地部材としての振動板１１５上に圧電素子１１６が形成されている。圧電素子１１６は、下部電極１１７と、下部電極１１７上に配置された圧電体１１８と、圧電体１１８上に配置された上部電極１１９とを備えている。
【００５４】
上部電極１１９の上面面積は圧電体１１８の上面面積よりも小さい。さらに、上部電極１１９の端部は圧電体１１８の側面とは間隔をもって配置されている。
【００５５】
圧電体１１８は、その上面に上部電極１１９の周囲を囲って配置された凹部１３０を備えている。この実施例では、凹部１３０の底面は圧電体１１８の側面に隣接している。ただし、凹部１３０の底面は圧電体１１８の側面とは間隔をもって配置されていてもよい。
【００５６】
上部電極１１９と凹部１３０の間の圧電体１１８上面の領域及び上部電極１１９の側面に、上部電極１１９のパターニング時に生成した導電性のエッチング生成物１３１が存在している。エッチング生成物１３１は凹部１３０内には形成されていない。
【００５７】
圧電体１１８の外周側面に、圧電体１１８のパターニング時に生成した導電性のエッチング生成物１３２が存在している。なお、例えば下部電極１１７が圧電体１１８の直下の位置のみに配置されている場合など、圧電素子１１６においてエッチング生成物１３２が存在していないこともある。
【００５８】
エッチング生成物１３１，１３２は、図４において均一な膜厚で描画されているが、これに限定されない。エッチング生成物１３１，１３２は、配置位置ごとで膜厚がばらついていることもあるし、斑状に形成されていることもある。ここで、斑状とは、エッチング生成物１３１，１３２が配置されている領域と配置されていない領域とが入り混じっている状態をいう。
【００５９】
図４を参照して、圧電素子１１６の形成工程例を説明する。以下に説明する各工程のかっこ数字は図４中のかっこ数字に対応している。
【００６０】
（１）流路基板１１１を形成するためのシリコン基板（図示は省略）上に、振動板１１５、下部電極膜１１７ａ、圧電体膜１１８ａ、上部電極膜１１９ａを順次積層して成膜する。例えば写真製版技術により、上部電極膜１１９ａに上部電極の形成位置を画定するためのレジストパターン１３３を形成する。
【００６１】
（２）例えば塩素系ガスを用いたドライエッチング技術により、レジストパターン１３３をマスクにして上部電極膜１１９ａをパターニングして上部電極１１９を形成する。このとき、エッチング生成物１３１が圧電体膜１１８ａ表面、上部電極１１９側面及びレジストパターン１３３側面に付着する。エッチングされる上部電極膜１１９ａは導電性であるため、エッチング生成物１３１も導電性を有している。
【００６２】
（３）レジストパターン１３３を除去する。所定の洗浄工程を行なう。エッチング生成物１３１は、レジスト除去工程や、その後の洗浄工程による除去工程を得ても完全には除去されず、一部が上部電極１１９側面及び圧電体膜１１８ａ表面に残る。
【００６３】
例えば写真製版技術により、凹部１３０（（５）を参照。）の形成領域を画定するためのレジストパターン１３４を形成する。レジストパターン１３４は上部電極１１９を覆っている。例えば、フッ素系ガスを使用し高いバイアス電圧を用いたスパッタエッチングを行なう。これにより、レジストパターン１３４で覆われていない領域において、圧電体膜１１８ａ表面に残った導電性エッチング生成物１３１がエッチング除去される。また、圧電体膜１１８ａ表面に凹部１３０が形成される。
【００６４】
（４）レジストパターン１３４を除去する。例えば写真製版技術により、圧電体１１８の形成領域を画定するためのレジストパターン１３５を形成する。レジストパターン１３５は、圧電体１１８の形成領域内に位置する凹部１３０、上部電極１１９及びエッチング生成物１３１を覆っている。
【００６５】
例えばフッ素系ガスを用いたドライエッチング技術により、レジストパターン１３５をマスクにして圧電体膜１１８ａをパターニングして圧電体１１８を形成する。このとき、下地の下部電極膜１１７ａの一部分もエッチングされるため、導電性のエッチング生成物１３２が圧電体１１８側面及びレジストパターン１３５側面に付着する。
【００６６】
（５）レジストパターン１３５を除去する。例えば、写真製版技術により、圧電体１１８及び上部電極１１９を覆い、下部電極１１７の形成領域を画定するレジストパターン（図示は省略）を形成する。例えば塩素系ガスを用いたドライエッチング技術により、上記レジストパターンをマスクにして下部電極膜１１７ａをパターニングして下部電極１１７を形成する。このとき、導電性のエッチング生成物が発生するが、圧電体１１８及び上部電極１１９はレジストパターンで覆われているので、該エッチング生成物は圧電体１１８及び上部電極１１９には付着しない。その後、レジストパターンを除去する。
【００６７】
以上の工程により、圧電素子１１６が形成される。圧電素子１１６において、圧電体１１８はその上面に上部電極１１９の周囲を囲って配置された凹部１３０を備えている。上部電極１１９と凹部１３０の間の圧電体１１８上面の領域及び上部電極１１９の側面に導電性のエッチング生成物１３１が存在している。また、圧電体１１８の外周側面に導電性のエッチング生成物１３２が存在している。しかし、凹部１３０内にはエッチング生成物１３１，１３２は形成されていない。したがって、圧電素子１１６は、導電性のエッチング生成物１３１，１３２を介した下部電極１１７、上部電極１１９間のリーク電流の発生を防止できる。そして、圧電素子１１６を備えたインクジェットヘッド１０１（図２，３を参照。）は良好なヘッド特性を得ることができる。
【００６８】
図５は、圧電素子の他の実施例及びその形成工程例を説明するための概略的な断面図である。まず、図５（５）を参照して、この実施例の圧電素子の構成について説明する。図５において図４と同じ機能を果たす部分には同じ符号が付され、それらの部分の詳細な説明は省略される。
【００６９】
この実施例の圧電素子１１６は、圧電体１１８の上面に形成された絶縁膜１３６を備えている。絶縁膜１３６は、上部電極１１９、エッチング生成物１３１及び凹部１３０を覆っている。絶縁膜１３６は圧電体１１８の側面には形成されていない。
【００７０】
図５を参照して、圧電素子の形成工程例を説明する。以下に説明する各工程のかっこ数字は図５中のかっこ数字に対応している。この形成工程例における工程（１）〜（３）は図４を参照して説明した工程（１）〜（３）と同じなので説明を省略する。
【００７１】
（４）ジストパターン１３４を除去した後、所定の洗浄工程を行なう。ＡＬＤ成膜装置を用い、凹部１３０が形成された圧電体膜１１８ａ上に、上部電極１１８、エッチング生成物１３１及び凹部１３０を覆うＡＬＤシリコン酸化膜からなる絶縁膜１３６を成膜する。絶縁膜１３６の膜厚は、例えば５０ｎｍ程度である。ただし、絶縁膜１３６の構成はこれに限定されない。絶縁膜１３６は、他の材料で形成されていてもよいし、複数層の絶縁膜からなる積層膜であってもよい。
【００７２】
（５）例えば写真製版技術により、絶縁膜１３６上に圧電体１１８の形成領域を画定するためのレジストパターン１３５を形成する。例えばフッ素系ガスを用いたドライエッチング技術により、レジストパターン１３５をマスクにして圧電体膜１１８ａをパターニングして圧電体１１８を形成する。このとき、下地の下部電極膜１１７ａの一部分もエッチングされるため、導電性のエッチング生成物１３２が圧電体１１８側面、絶縁膜１３６側面及びレジストパターン１３５側面に付着する。
【００７３】
（６）レジストパターン１３５を除去する。図４を参照して説明した上記工程（５）と同様にして、下部電極１１７を形成する。下部電極１１７のエッチング時に導電性のエッチング生成物が発生するが、圧電体１１８、上部電極１１９及び絶縁膜１３６はレジストパターンで覆われているので、該エッチング生成物は圧電体１１８、上部電極１１９及び絶縁膜１３６には付着しない。
【００７４】
以上の工程により、絶縁膜１３６を備えた圧電素子１１６が形成される。絶縁膜１３６を備えた圧電素子１１６は、図４（５）を参照して説明した圧電素子１１６と同様に、圧電体１１８の上面に上部電極１１９の周囲を囲って配置された凹部１３０を備えている。さらに、凹部１３０内にはエッチング生成物１３１，１３２は形成されていない。したがって、絶縁膜１３６を備えた圧電素子１１６もエッチング生成物１３１，１３２を介した下部電極１１７、上部電極１１９間のリーク電流の発生を防止できる。そして、圧電素子１１６を備えたインクジェットヘッド１０１（図２，３を参照。）は良好なヘッド特性を得ることができる。
【００７５】
さらに、絶縁膜１３６は下部電極膜１１７ａが露出する前に上部電極１１９を封止する。したがって、絶縁膜１３６を備えた圧電素子１１６は、下部電極１１７、上部電極１１９間のリーク電流の発生をより確実に防止できる。
さらに、圧電体１１８の上面を絶縁膜１３６によって覆うことにより、絶縁膜１３６の形成工程よりも後工程での圧電体１１８に対する熱的影響を低減できる。これにより、より信頼性の高い圧電体１１８が形成される。そして、絶縁膜１３６を備えた圧電素子１１６をインクジェットヘッド１０１（図２，３を参照。）に適用することにより、より良好なヘッド特性を得ることができる。
【００７６】
図６は、液体カートリッジの一実施例を説明するための概略的な斜視図である。
液体カートリッジ２０１は、ノズル２０２等を有する上記実施例の液滴吐出ヘッド２０３と、液滴吐出ヘッド２０３に対して液体を供給する液体タンク２０４とを一体化したものである。
【００７７】
このように液体タンク一体型のヘッドの場合、液滴吐出ヘッド２０３の性能はただちに液体カートリッジ２０１全体の性能につながるので、信頼性の高い液滴吐出ヘッド２０３を使用することにより、信頼性の高い液体カートリッジ２０１を得ることができる。
【００７８】
図７は、液滴吐出記録装置の一実施例を説明するための概略的な斜視図である。図８はこの実施例の機構部を説明するための側面図である。
【００７９】
液滴吐出記録装置３０１は、記録装置本体３０２の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明を実施した液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部３０３等を収納している。液滴吐出記録装置３０１は、装置本体３０２の下方部には前方側から多数枚の用紙３０４を積載可能な給紙カセット（又は給紙トレイでもよい。）３０５を抜き差し自在に装着することができる。また、液滴吐出記録装置３０１は、用紙３０４を手差しで給紙するための手差しトレイ３０６を開倒することができる。液滴吐出記録装置３０１は、給紙カセット３０５又は手差しトレイ３０６から給送される用紙３０４を取り込み、印字機構部３０３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３０７に排紙する。
【００８０】
印字機構部３０３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３０８と従ガイドロッド３０９とでキャリッジ３１０を主走査方向（図８で紙面垂直方向）に摺動自在に保持している。キャリッジ３１０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液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッドが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され、インク滴吐出方向を下方に向けて装着されている。またキャリッジ３１０には記録ヘッド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３１２が交換可能に装着されている。
【００８１】
インクカートリッジ３１２は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッド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インクジェットヘッド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、記録ヘッドとしてここでは各色の記録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。
【００８２】
ここで、キャリッジ３１０は、後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド３０８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３０２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ３１０を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ３１３で回転駆動される駆動プーリ３１４と従動プーリ３１５との間にタイミングベルト３１６が張装されている。キャリッジ３１０はタイミングベルト３１６に固定されており、主走査モータ３１３の正逆回転によりキャリッジ３１０が往復駆動される。
【００８３】
給紙カセット３０５にセットした用紙３０４を記録ヘッドの下方側に搬送するために、給紙ローラ３１７、フリクションパッド３１８、ガイド部材３１９、搬送ローラ３２０、搬送コロ３２１及び先端コロ３２２が設けられている。給紙ローラ３１７及びフリクションパッド３１８は給紙カセット３０５から用紙３０４を分離給装する。ガイド部材３１９は用紙３０４を案内する。搬送ローラ３２０は給紙された用紙３０４を反転させて搬送する。搬送コロ３２１は搬送ローラ３２０の周面に押し付けられる。先端コロ３２２は搬送ローラ３２０からの用紙３０４の送り出し角度を規定する。搬送ローラ３２０は副走査モータ３２３によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００８４】
キャリッジ３１０の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ３２０から送り出された用紙３０４を記録ヘッド３１１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３２４が設けられている。印写受け部材３２４の用紙搬送方向下流側には、用紙３０４を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ３２５、拍車３２６が設けられている。さらに用紙３０４を排紙トレイ３０７に送り出す排紙ローラ３２７及び拍車３２８と、排紙経路を形成するガイド部材３２９，３３０が配設されている。
【００８５】
記録時には、キャリッジ３１０を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３１１を駆動することにより、停止している用紙３０４にインクを吐出して１行分を記録し、用紙３０４を所定量搬送後次の行の記録を行なう。記録終了信号又は用紙３０４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３０４を排紙する。
【００８６】
また、キャリッジ３１０の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッドの吐出不良を回復するための回復装置３３１が配置されている。回復装置３３１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３１０は印字待機中にはこの回復装置３３１側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド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。  
【００８７】
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（不図示）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。
【００８８】
このように、液滴吐出記録装置３０１においては本発明を実施した液滴吐出ヘッド３１１が搭載されている。液滴吐出ヘッド３１１の性能はただちに液滴吐出記録装置３０１全体の性能につながるので、信頼性の高い液滴吐出ヘッド３１１を使用することにより、信頼性の高い液滴吐出記録装置３０１を得ることができる。
【００８９】
なお、上記実施例においては、本発明の液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドに適用したが、インク以外の液滴、例えば、パターニング用の液体レジストを吐出する液滴吐出ヘッドにも適用することできる。
【００９０】
以上、本発明の実施例を説明したが、上記実施例での数値、材料、配置、個数等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【００９１】
例えば、上記実施例の圧電素子１１６では、凹部１３０の底面は圧電体１１８の側面に隣接しているが、本発明の圧電素子はこれに限定されない。例えば、図１０又は図１１に示すように、凹部１３０の底面は圧電体１１８の側面とは間隔をもって配置されていてもよい。これらの構成は、図４又は図５を参照して説明した形成工程例において、レジストパターン１３４の開口形成位置を変更することにより形成できる。
【００９２】
なお、図１０又は図１１に示された構成において、圧電体１１８の側面と凹部１３０との間の圧電体１１８表面にもエッチング生成物１３１が存在している。ただし、凹部１３０内にはエッチング生成物１３１は形成されていないので、下部電極１１７と上部電極１１９の間のリーク電流の発生は防止される。
【００９３】
また、凹部１３０の底面は、例えば圧電体１１８の１辺、２辺又は３辺の側面と隣接している構成など、圧電体１１８の側面と隣接している箇所と隣接していない箇所とが混在していてもよい。
【００９４】
上記実施例において、圧電素子１１６はインクジェットヘッド１０１のアクチュエータ基板１０４に搭載されているが、本発明の圧電素子が適用される装置はこれに限定されない。本発明の圧電素子は、下部電極、その下部電極上に配置された圧電体、及びその圧電体上に配置された上部電極を備えた構成の圧電素子であれば、どのような構成の圧電素子であっても適用できる。
【００９５】
また、本発明の液滴吐出ヘッドは、インクジェットヘッド１０１の構成に限定されない。本発明の液滴吐出ヘッドは、複数のノズル孔を有するノズル層と、該ノズル孔に連通する液室を形成する流路層と、該液室に流れる流体に振動板を介して圧力を発生させる圧電素子とを備えた液滴吐出ヘッドであれば、どのような構成の液滴吐出ヘッドであっても適用できる。
【００９６】
また、本発明の液滴吐出ヘッドにおいて、１つ液室に複数のノズル孔が配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１０１  インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）
１０３  ノズル板（ノズル層）
１０９  ノズル孔
１１０  液室
１１５  振動板
１１６  圧電素子
１１７  下部電極
１１８  圧電体
１１９  上部電極
１３０  凹部
１３１  エッチング生成物
１３６  絶縁膜
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９８】
【特許文献１】特公平２−５１７３４号公報
【特許文献２】特公昭６１−５９９１１号公報
【特許文献３】特開平５−５０６０１号公報
【特許文献４】特開２００４−０７４８０６号公報
【特許文献５】特開２０１０−２１９１５３号公報
【図２】
2014058082.tif 000003
【図３】
2014058082.tif 000004
【図４】
2014058082.tif 000005
【図５】
2014058082.tif 000006
【図６】
2014058082.tif 000007
【図７】
2014058082.tif 000008
【図８】
2014058082.tif 000009
【図９】
2014058082.tif 000010
【図１０】
2014058082.tif 000011
【図１１】
2014058082.tif 000012
【図１】
2014058082.tif 000013