(57)【要約】  【課題】劣化耐性が向上し、信頼性が高く安定した圧電体素子を提供する。  【解決手段】圧電体１２と下部電極１０と上部電極１１とを有する圧電体素子２において、圧電体１２は下部電極１０と上部電極１１との間に発生する電界によって電歪が生じる圧電体１２であって、上部電極１１は接続孔３０を介して配線４０と接続される電極であり、接続孔３０の下方に位置する圧電体１２の第１の部位４６の電歪による収縮量を、第１の部位４６とは異なる圧電体１２の第２の部位の電歪による収縮量よりも小さくした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体と、前記圧電体の下方に位置する下部電極と、前記圧電体の上方に位置する上部電極とを有する圧電体素子において、
前記圧電体は前記下部電極と前記上部電極との間に発生する電界によって電歪が生じる圧電体であって、前記上部電極は接続孔を介して配線と接続される電極であり、前記接続孔の下方に位置する前記圧電体の第１の部位の電歪による収縮量は、第１の部位とは異なる前記圧電体の第２の部位の電歪による収縮量よりも小さいことを特徴とする圧電体素子。
【請求項２】
請求項１記載の圧電体素子において、
前記圧電体の第１の部位と第２の部位とが接する境界は傾斜的に変化することを特徴とする圧電体素子。
【請求項３】
請求項１または２記載の圧電体素子において、
前記圧電体の第１の部位は収縮が生じない非駆動部であることを特徴とする圧電体素子。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一つに記載の圧電体素子と、前記圧電体素子の駆動により振動する板とを有し、前記圧電体の第１の部位の下方に位置する前記板の表面は改質処理が行われた面であることを特徴とするアクチュエータ基板。
【請求項５】
請求項４記載のアクチュエータ基板において、
前記圧電体の第１の部位の下方に位置する前記板の表面は第２の部位の下方に位置する前記板の表面よりも表面粗さが小さいことを特徴とするアクチュエータ基板。
【請求項６】
請求項４または５記載のアクチュエータ基板において、
前記圧電体の第１の部位は収縮が生じない非駆動部であり、前記板を介して前記圧電素子と対向する位置に設けられた液室を有し、前記非駆動部は前記液室の領域外に設けられていることを特徴とするアクチュエータ基板。
【請求項７】
請求項４または５記載のアクチュエータ基板において、
前記圧電体の第１の部位は収縮が生じない非駆動部であり、前記板を介して前記圧電素子と対向する位置に設けられた液室を有し、前記非駆動部は前記液室の領域内に設けられていることを特徴とするアクチュエータ基板。
【請求項８】
請求項４または５記載のアクチュエータ基板において、
前記非駆動領域と収縮が生じる駆動部との境界距離が０．５〜５ｎｍであることを特徴とするアクチュエータ基板。
【請求項９】
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドに記録液を供給するインクタンクと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ないし８の何れか一つに記載のアクチュエータ基板を有することを特徴とする液体カートリッジ。
【請求項１０】
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置において、
前記液滴吐出ヘッドが請求項４ないし８の何れか一つに記載のアクチュエータ基板を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１１】
液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置において、
請求項９記載の液体カートリッジを有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜ＰＺＴヘッドに採用されるアクチュエータ基板では、外部から上部電極へと駆動パルスを印加するために上部電極上の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、引き出し配線パターンとコンタクトホールとを介して電気的に接触させている。このコンタクトホール直下には圧電体層が設けられており、その下方には共通電極である下部電極が存在する。従って、圧電体を動作させるために駆動パルスを印加するとコンタクトホール直下の圧電体にも電界が印加されるため、この箇所の圧電体も電歪効果で伸縮する。
【０００３】
元々コンタクト部は、構造的な局所応力が生じているところに圧電体の伸縮による機械的ストレスが加わるため、構造的に弱い箇所である。従って、連続駆動するとコンタクト部から電極層や配線層の剥離が生じたり圧電体にクラックが生じたりして、最悪の場合には電気的なショートや導通不良が発生し、故障の原因となり十分な耐久性を確保することができない。このため、上述の圧電素子を具備したアクチュエータは十分な駆動耐久性が得られず、このアクチュエータを具備した液滴吐出ヘッドでは所望する液滴吐出特性が安定せず、信頼性を確保することができないという問題点があった。
【０００４】
例えば「特許文献１」には、圧力発生室と周壁の圧電体層の破壊を防止するため、その境界領域に圧電素子の非能動部を設ける技術が開示されている。また、例えば「特許文献２」、「特許文献３」には、個別電極（上部電極）と共通電極（下部電極）との短絡を確実に防止すべく、絶縁膜を形成して各電極と引き出し配線との接続を絶縁膜に形成した接続孔を介して行う技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし「特許文献１」に開示された技術では、個別電極（上部電極）の引き出し配線は引き出し配線層が絶縁膜を介さず、直接個別電極上に成膜している。従って、引き出し配線層を所望のパターンに形成するためにはエッチングを行う必要があるが、引き出し配線成膜直後には個別電極部と共通電極（下部電極）部とが圧電素子の側壁を介して短絡している。これはエッチング時に除去する必要があるが、残渣なく短絡させないようにすることは非常に困難であり、製品歩留まりへの影響や信頼性及び特性の劣化を招く虞が非常に高い。また非能動部の共通電極を設けない構成では、共通電極がない部分の膜密着性が異なることが考えられ、圧電素子の耐久性及び信頼性も懸念される。
【０００６】
「特許文献２」及び「特許文献３」に開示された技術は「特許文献１」に開示された技術の懸念項目を解決するための技術である。しかし上述の技術では、接続孔部には構造的な応力が集中し易く、接続孔直下の圧電体は駆動時に収縮することから、さらに機械的ストレスが接続孔部に加わり、電極剥がれに至って耐久性及び信頼性への影響が懸念される。
【０００７】
本発明は上述の問題点を解消し、劣化耐性が向上し、信頼性が高く安定した圧電体素子の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、圧電体と、前記圧電体の下方に位置する下部電極と、前記圧電体の上方に位置する上部電極とを有する圧電体素子において、前記圧電体は前記下部電極と前記上部電極との間に発生する電界によって電歪が生じる圧電体であって、前記上部電極は接続孔を介して配線と接続される電極であり、前記接続孔の下方に位置する前記圧電体の第１の部位の電歪による収縮量は、第１の部位とは異なる前記圧電体の第２の部位の電歪による収縮量よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、劣化耐性が向上し、信頼性が高く安定した圧電体素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明する概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を適用した液滴吐出ヘッドの概略斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を適用した液滴吐出ヘッドの概略断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態を適用した液滴吐出ヘッドに用いられる第１の基板を圧電体素子側から見た概略平面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図６】本発明の第１の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図７】本発明の第１の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図８】本発明の第１の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図９】本発明の第１の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図１４】本発明の第１の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図１５】本発明の第１の実施形態における改質層の処理時間とＰＺＴ＜１１１＞配向率及び電歪効果（伸縮量）との関係を示した図である。
【図１６】本発明の第１の実施形態の変形例における液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態を説明する概略図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態を適用した液滴吐出ヘッドの概略斜視図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態を適用した液滴吐出ヘッドの概略断面図である。
【図２０】本発明の第２の実施形態を適用した液滴吐出ヘッドに用いられる第１の基板を圧電体素子側から見た概略平面図である。
【図２１】本発明の第２の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図２２】本発明の第２の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図２３】本発明の第２の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図２４】本発明の第２の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図２５】本発明の第２の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図２６】本発明の第２の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図２７】本発明の第２の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図２８】本発明の第２の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図２９】本発明の第２の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図３０】本発明の第２の実施形態を適用した液液吐出ヘッドの製造工程を説明する概略図である。
【図３１】本発明の第３の実施形態に用いられるインクカートリッジの概略斜視図である。
【図３２】本発明の第４の実施形態に用いられるインクジェット記録装置の概略斜視図である。
【図３３】本発明の第４の実施形態に用いられるインクジェット記録装置の概略正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態における概要を示す概略図である。第１の実施形態では、上部電極と下部電極とで挟持された圧電体を有する圧電体素子部において、圧電体の接続孔とその周辺領域の直下に位置する部位に電歪による伸縮量が他の部位に比して小さい領域である電歪効果小領域が存在する。ここで、他の部位が第２の部位であり、電歪効果小領域が第１の部位である。この構成により、接続孔とその周辺領域への機械的ストレスが抑制されるので、駆動耐久性及び信頼性が従来の構成に比して向上する。以下、図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図２は、本発明の第１の実施形態に用いられる圧電型アクチュエータを有する液滴吐出ヘッドの斜視図を、図３は図２における液室長手方向の断面図をそれぞれ示している。同図において液滴吐出ヘッド１は、基板の一面に設けたノズル孔から液滴を吐出させるサイドシュータタイプのものである。液滴吐出ヘッド１は、第１の基板１００に、液滴吐出エネルギを発生する圧電体素子２、振動板３を備えた加圧液室隔壁４、加圧液室隔壁４で仕切られた複数の加圧液室５、流体抵抗部７、及び共通液室８を形成している。
【００１３】
第１の基板１００には、加圧液室５の一部壁面を構成する、圧電体素子２の駆動により振動する板である振動板３が設けられており、振動板３を介して加圧液室５と対向する部位には圧電体素子２が設けられている。また、共通液室８には共通液滴流路９が形成されており、ここを介して液滴であるインクを外部から供給可能に構成されている。圧電体素子２は、下部電極である共通電極１０、上部電極である個別電極１１、圧電体１２を有しており、圧電体１２は共通電極１０と個別電極１１とによって挟持されている。
【００１４】
第１の基板１００の上方に配設された第２の基板２００には、外部から液滴を供給する液滴供給口６６、液流路部である共通液滴流路９、及び振動板３の撓みを許容する凹部６７が形成されている。また、第１の基板１００の下方に配設されたノズル基板３００には、個々の加圧液室５に対応した位置にノズル孔６が形成されている。共通電極１０の上位には層間絶縁膜４５が形成され、その上位には配線４０が形成され、さらにその上位には配線４０を保護する目的でパッシベーション膜５０が形成されている。
【００１５】
上述の構成において、アクチュエータ基板２０及び第２の基板２００及びノズル基板３００を接合することによって液滴吐出ヘッド１が構成される。そして、第１の基板１００、圧電体素子２、振動板３、共通電極１０、層間絶縁膜４５、配線４０によってアクチュエータ基板２０が構成されている。また、配線４０と個別電極１１とは、層間絶縁膜４５に形成された接続孔３０を介して互いに接続されている。そして接続孔３０の直下に位置する部位には、振動板３の上面に改質層４８が設けられ、改質層４８の上方に位置する圧電体１２には本発明の特徴部である第１の部位としての電歪効果小領域４６が形成される。圧電体１２の電歪効果小領域４６以外の部位は第２の部位としての駆動部４７として機能する。
【００１６】
上述のように構成された液滴吐出ヘッド１では、各加圧液室５内に液体、例えばインク等の記録液が充填された状態で図示しない制御部から画像データが送られる。そして送られた画像データに基づき、記録液の吐出を行いたいノズル孔６に対応する個別電極１１に対して、発振回路により配線４０及び層間絶縁膜４５に形成された接続孔３０を介して、例えば２０Ｖのパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加により、電歪によって圧電体１２そのものが振動板３と平行な方向に縮み、振動板３が加圧液室５方向に撓む。これにより加圧液室５内の圧力が急激に上昇し、加圧液室５に連通するノズル孔６から記録液が吐出される。
【００１７】
パルス電圧印加後は、縮んだ圧電体１２が復元することから撓んだ振動板３が元の位置に戻るため、加圧液室５内が共通液室８内に比して負圧となる。これにより、外部から液滴供給口６６を介して供給されるインクが共通液滴流路９及び共通液室８から流体抵抗部７を介して加圧液室５に供給される。これを繰り返すことにより、液滴を連続的に吐出することができ、液滴吐出ヘッド１に対向して配置した被記録媒体（例えば用紙）に画像を形成することができる。
【００１８】
図４は本発明の第１の実施形態に用いられる第１の基板１００を圧電体素子２側から見た平面図を、図５〜図１４は液液吐出ヘッド１の製造工程を説明する概略図をそれぞれ示している。図３及び図４に示すように、接続孔３０の直下に位置する振動板３の上面には改質層４８が形成されており、その上方に成膜された圧電体１２には電歪効果小領域４６が形成される。次に、図５〜図１４に基づいて液滴吐出ヘッド１の製造工程を順次説明する。
【００１９】
先ず図５について説明する。第１の基板１００として、面方位＜１１０＞のシリコン単結晶基板（例えば板厚４００μｍ）上に振動板３を成膜する。振動板３は、振動板としての機能と後のプロセス整合性を確保していれば単層膜であっても積層膜であってもよい。例えば振動板３の材料として、ＬＰ−ＣＶＤ法でシリコン酸化膜、ポリシリコン膜、あるいはアモルファスシリコン膜、シリコン窒化膜としてこれ等を所望の振動板剛性となるように積層に成膜する。プロセス整合性、振動板剛性、及び振動板３全体の応力を鑑み、積層数は３〜７層程度が好ましい。
【００２０】
また、後の共通電極１０との密着性を確保するため、振動板３の最上層はＬＰ−ＣＤＶ法で形成したシリコン酸化膜とする。この振動板３の最表面層に、後の電歪効果小領域４６を形成するための改質層４８を形成する。改質層４８の形成は、例えばポジレストを用いて一般的なリソグラフ法により改質層４８領域を開口し、その後にＩＣＰエッチャーでＯ２プラズマ処理（バイアス印加あり）を行うことにより行われる。また、振動板層を成膜後にマスク材として例えばＳｉＮ膜を形成した後にリソグラフエッチング法によりＳｉＮ膜をエッチングし、表面改質処理後にマスク材を除去する方法としてもよい。形成された改質層４８は、改質層４８以外の領域とはその表面状態が異なり、表面粗さの改善及び表面の緻密化が見込める。
【００２１】
次に図６について説明する。先ず、ＴｉＯ２とＰｔとからなる共通電極１０をスパッタリング法によりそれぞれ５０ｎｍと１００ｎｍの厚さで成膜する。次に、共通電極１０上に圧電体１２としてＰＺＴを例えばスピンコート法により複数回に分けて成膜し、最終的に２μｍの厚さで成膜する。次に、Ｐｔ上の個別電極１１をスパッタリング法で例えば１００ｎｍの厚さで成膜する。ここで圧電体１２の成膜方法は、スピンコート法に限られず例えばスパッタリング法、イオンプレーティング法、エアーゾル法、ゾルゲル法、あるいはインクジェット法等により成膜してもよい。そしてリソエッチング法により、後に形成する加圧液室５に対応する位置に圧電体素子２を形成するため、個別電極１１と圧電体１２とをパターニングする。
【００２２】
その後、共通電極１０をリソエッチング法によりパターニングする。こととき、後に共通液室流路９となる箇所の共通電極１０の層もパターニングする。ここで、振動板３上の改質層４８の直上に形成された共通電極１０の層と圧電体１２とは、他の領域に比して各材料の結晶性が優れ、圧電体１２は＜１１１＞の配向率がほぼ１００％に近い状態となる。従って、この領域である電歪効果小領域４６は、他の領域である駆動領域４７の圧電体１２に比して電歪効率（変位量）が小さくなる。
【００２３】
次に図７について説明する。共通電極１０、圧電素子１２、及び後に形成する配線４０を絶縁するために層間絶縁膜４５を成膜する。層間絶縁膜４５としては、例えばプラズマＣＶＤ法でＳｉＯ２膜を成膜する。層間絶縁膜４５は、圧電素子１２や電極材料に影響を及ぼさずに絶縁性を有する膜であれば、プラズマＣＶＤ法のＳｉＯ２膜には限定されない。次に、個別電極１１と配線４０とを接続する接続孔３０をリソエッチング法により形成する。ここで図示してはいないが、共通電極１０も配線４０と接続する場合には、同様に接続孔を形成する。
【００２４】
次に図８について説明する。配線４０として、例えばＴｉＮ／Ａｌをそれぞれ膜厚３０ｎｍ／１μｍをスパッタリング法で成膜する。接続孔３０の底部において、個別配線１１または共通電極１０の材料であるＰｔが配線４０の材料であるＡｌに直接接触する。これにより、後の工程における熱履歴で合金化することにより生じた体積変化によるストレスに起因した膜剥がれ等を防止するため、合金化を防止するバリア層としてＴｉＮを用いている。
【００２５】
次に図９について説明する。一般的な方法でレジストをスピンコート法により所望の膜厚に塗布した後、マスクを用いて露光及び現像処理を行い、図示しないレジストパターンを形成する。次に配線４０をドライエッチング法によりエッチングして所望のパターンを形成する。その後、レジストパターンを酸素プラズマ処理等により除去する。
【００２６】
次に図１０について説明する。パッシベーション膜５０として、例えばプラズマＣＶＤ法でシリコン窒化膜を８００ｎｍの厚さで成膜する。その後、リソエッチング法により配線４０の図示しない外部接続パッド部とアクチュエータ部６８を開口する。このとき同時に、共通液滴流路９の開口も行う。
【００２７】
次に、図１１に示すように、リソエッチング法により共通液室流路９及び後に共通液室８となる箇所の振動板３を除去する。そして図１２に示すように、後の加圧液室５、共通液室８、流体抵抗部７を形成するため、第１の基板１００を所望の厚さ（例えば８０μｍ）となるように公知の技術によって研磨する。また、研磨に限られずエッチング等の方法によって行ってもよい。
【００２８】
次に図１３について説明する。リソグラフ法により、加圧液室５、共通液室８、流体抵抗部７以外の隔壁部をレジストで被覆する。その後、アルカリ溶液（ＫＯＨ溶液、ＴＭＨＡ溶液等）で異方性ウェットエッチングを行い、加圧液室５、共通液室８、流体抵抗部７をそれぞれ形成する。アルカリ溶液による異方性ウェットエッチング以外に、ＩＣＰエッチャーを用いたドライエッチングで加圧液室５、共通液室８、流体抵抗部７をそれぞれ形成してもよい。
【００２９】
次に、各加圧液室５に対応した位置にノズル孔６を設けたノズル基板３００と、液滴供給口６６及びアクチュエータ部６８と対応した位置に凹部６７を設けた第２の基板２００をそれぞれ別に作成する。そしてこれ等を第１の基板１００に接合することにより、図１４に示すように液滴吐出ヘッド１が完成する。
【００３０】
図１５は、改質層４８の処理時間とＰＺＴ＜１１１＞配向率、及び電歪効果（伸縮量）との関係を示した図である。改質層処理時間の増加と共にＰＺＴ＜１１１＞配向率は増加傾向を示し、その後に飽和傾向を示す。また電歪効果（伸縮率）は逆に改質処理時間の増加と共に減少傾向を示し、その後に飽和傾向を示す。つまり改質処理を施した領域は、電歪効果（伸縮率）が他の領域に比して小さくなるのである。
【００３１】
上述したように、接続孔３０直下の圧電体１２に電歪効果小領域４６を設けることにより、圧電体素子２を駆動させるために個別電極１１に駆動パルスを印加してもこの領域は圧電体１２の電歪による収縮が抑制されている。このため構造的にストレスが集中しており、他の領域よりも膜剥がれが生じ易い接続孔３０周辺では機械的ストレスを受けにくくなる。これにより劣化耐性が向上し、信頼性が高く安定した圧電体素子を提供することができる。また、液滴吐出ヘッド１を一体化したカートリッジや、液滴吐出ヘッド１を搭載した液滴記録装置を製造することができる。
【００３２】
上述した第１の実施形態では、電歪効果小領域４６と駆動部４７との境界がはっきりと区別されているものを示したが、以下に第１の実施形態の変形例として、電歪効果小領域４６と駆動部との境界を傾斜的に変えるものを示す。
【００３３】
実施形態１における図５と同様に、振動板３を形成する。次に、改質層４８を形成する工程のマスクパターン、この場合はレジストパターン１３を適用しているが、グラデーション法によってレジストパターン１３の断面形状を図１６（ａ）に示すようになだらかなスロープ状とする。このように構成することにより、表面改質処理時にレジストパターン１３のスロープ形状を反映して、図１６（ｂ）に示すようにＸ方向においてこの領域の改質層の状態に傾斜的な分布を持たせることができる。これにより、電歪効果小領域４６と駆動部４７との境界を傾斜的に形成することができる。
【００３４】
上述の構成により、実施形態１に比して電歪効果小領域４６と駆動部４７との駆動時における歪みが低減され、圧電体素子２の収縮による加圧液室５境界部において生じ易い圧電素子１２のクラック破壊がさらに抑制される。従って、実施形態１に比して圧電体素子２の駆動耐久性が向上することから、信頼性が高く安定した液滴吐出ヘッド１をさらに歩留まりよく提供できる。また、液滴吐出ヘッド１を一体化したカートリッジや、液滴吐出ヘッド１を搭載した液滴記録装置を製造することができる。
【００３５】
図１７は、本発明の第２の実施形態における概要を示す概略図である。この第２の実施形態では、上部電極と下部電極とで挟持された圧電体を有する圧電体素子部において、圧電体の接続孔とその周辺領域の直下に位置する部位に、電界が印加されずに収縮が行われない非駆動部が存在する。この構成により、接続孔とその周辺領域への機械的ストレスが生じないので、駆動耐久性及び信頼性が従来の構成に比して向上する。以下、図面を参照して詳細に説明する。
【００３６】
図１８は本発明の第２の実施形態に用いられる圧電型アクチュエータを有する液滴吐出ヘッドの斜視図を、図１９は図１８における液室長手方向の断面図をそれぞれ示している。同図において液滴吐出ヘッド１４は、第１の実施形態で示した液滴吐出ヘッド１と同様のサイドシュータタイプのものであり、液滴吐出ヘッド１と同様の構成には同様の符号を付すに止め、個々の詳細な説明は省略する。
【００３７】
液滴吐出ヘッド１４は、液滴吐出ヘッド１と比較すると、圧電体素子２に代えて圧電体素子１５を用いる点において相違している。圧電体素子１５は、共通電極１０、個別電極１１、圧電体１６を有しており、圧電体１６は共通電極１０と個別電極１１とによって挟持されている。液滴吐出ヘッド１４において、第１の基板１００、圧電体素子１５、振動板３、共通電極１０、層間絶縁膜４５、配線４０によってアクチュエータ基板２１が構成されている。
【００３８】
図２０は本発明の第２の実施形態に用いられる第１の基板１００を圧電体素子１５側から見た平面図を、図２１〜図３０は液滴吐出ヘッド１４の製造工程を説明する概略図をそれぞれ示している。図１９及び図２０に示すように、接続孔３０の直下に位置する部位には、振動板３の上面に電極分離部材４１が設けられて共通電極１０が分離され、本発明の特徴部である非駆動部４２が形成される。圧電体１６の非駆動部４２以外の部位は駆動部４７として機能し、非駆動部４２は圧電体素子１５の駆動時も非駆動となる。次に、図２１〜図３０に基づいて液滴吐出ヘッド１４の製造工程を順次説明する。
【００３９】
先ず図２１に示すように、第１の実施形態と同様に、第１の基板１００として面方位＜１１０＞のシリコン単結晶基板（例えば板厚４００μｍ）上に振動板３を成膜する。次に図２２に示すように、ＴｉＯ２とＰｔとからなる共通電極１０をスパッタリング法によりそれぞれ５０ｎｍと１００ｎｍの厚さで成膜する。そして、後に非駆動部４２となる部位の共通電極１０を、電極分離部材４１のパターンによってリソエッチング法により形成する。非駆動部４２は、少なくとも接続孔３０の直下に位置する部位の領域及びその周辺部をカバーしていればよく、その形状や面積は特にこだわらない。また、電極分離部材４１の溝幅は０．５〜５ｎｍ程度が好ましく、あまり幅が広いと圧電体１６と下地との密着性や圧電体１６の結晶配向性の下地依存等から、剥がれや駆動耐久性の劣化が懸念される。
【００４０】
またこのとき、同時に後の共通液滴流路９に相当する部位の共通電極１０及び他の個別電極１１の不要部分を除去しておく。そして次に、共通電極１０上に圧電体１６としてＰＺＴを例えばスパッタリング法により２μｍの厚さで成膜した後、Ｐｔの個別電極１１をスパッタリング法により例えば１００ｎｍの厚さで成膜する。そして第１の実施形態と同様に、後に形成する加圧液室５に対応する位置に圧電体素子２を形成するため、個別電極１１と圧電体１２とをパターニングする。
【００４１】
次に図２３に示すように、第１の実施形態と同様に共通電極１０、圧電素子１２、及び後に形成する配線４０を絶縁するために層間絶縁膜４５を成膜する。そして、個別電極１１と配線４０とを接続する接続孔３０をリソエッチング法により形成する。その後、図２４に示すように、第１の実施形態と同様に配線４０として、例えばＴｉＮ／Ａｌをそれぞれ膜厚３０ｎｍ／１μｍをスパッタリング法で成膜する。
【００４２】
次に、第１の実施形態と同様に、図２５に示すように図示しないレジストパターンを形成後に配線４０をドライエッチング法によりエッチングして所望のパターンを形成し、レジストパターンを酸素プラズマ処理等により除去する。そして図２６に示すように、パッシベーション膜５０として、例えばプラズマＣＶＤ法でシリコン窒化膜を８００ｎｍの厚さで成膜する。その後、リソエッチング法により配線４０の図示しない外部接続パッド部とアクチュエータ部６８を開口する。このとき同時に、共通液滴流路９の開口も行う。
【００４３】
次に第１の実施形態と同様に、図２７に示すようにリソエッチング法により共通液室流路９及び後に共通液室８となる箇所の振動板３を除去する。そして図２８に示すように、後の加圧液室５、共通液室８、流体抵抗部７を形成するため、第１の基板１００を所望の厚さ（例えば８０μｍ）となるように公知の技術によって研磨する。そして図２９に示すように、リソグラフ法により、加圧液室５、共通液室８、流体抵抗部７以外の隔壁部をレジストで被覆する。その後、アルカリ溶液（ＫＯＨ溶液、ＴＭＨＡ溶液等）で異方性ウェットエッチングを行い、加圧液室５、共通液室８、流体抵抗部７をそれぞれ形成する。そして、ノズル基板３００及び第２の基板２００をそれぞれ別に作成し、これ等を第１の基板１００に接合することにより、図３０に示すように液滴吐出ヘッド１４が完成する。
【００４４】
上述したように接続孔３０の直下に位置する部位に電極分離部材４１を設けることにより、圧電体素子２を駆動させるために個別電極１１に駆動パルスを印加してもこの部位は非駆動部４２となる。従って圧電体素子１５が電歪により収縮しないため構造的にストレスが集中しており、他の領域よりも膜剥がれが生じ易い接続孔３０周辺では機械的ストレスを受けにくくなる。これにより連続駆動における劣化耐性が向上し、信頼性が高く安定した液滴吐出ヘッド１４を歩留まりよく提供することができる。また、液滴吐出ヘッド１４を一体化したカートリッジや、液滴吐出ヘッド１４を搭載した液滴記録装置を製造することができる。
【００４５】
上述した第２の実施形態では、図３０に示す構成において、接続孔３０及び非駆動部４２が振動板３を介して加圧液室５の領域外に配設されている。この構成により、構造的及び機械的ストレスに弱い部位が圧電体素子１５の駆動時において前後の構成層で固定されているため、接続孔３０付近の電極層膜の剥がれが抑制される。これにより、耐久性に優れ信頼性が高く安定したアクチュエータ基板２１を提供することができる。
【００４６】
また第２の実施形態では、図１９に示す構成において、接続孔３０及び非駆動部４２が振動板３を介して加圧液室５の領域内に配設されている。この構成により、加圧液室５の領域外に接続孔３０及び非駆動部４２を確保する必要がなく、チップ面積を小さくすることができる。また圧電体素子１５が加圧液室５内に収まっていることから、圧電体素子１５の収縮により加圧液室５の境界部において生じ易い圧電体素子１５のクラック破壊を抑制することができる。従って、図３０に示す構成に比してチップサイズを小さくできることから、生産性及び歩留まりの向上及びコスト低減を期待することができる。また圧電体素子１５の駆動耐久性が向上することから、信頼性が高く安定した液滴吐出ヘッド１４を歩留まりよく提供することができる。さらに、液滴吐出ヘッド１４を一体化したカートリッジや、液滴吐出ヘッド１４を搭載した液滴記録装置を製造することができる。
【００４７】
次に本発明の第３の実施形態として、上述した液滴吐出ヘッド１を一体化した液体カートリッジを説明する。  
図３１に示す液体カートリッジとしてのインクカートリッジ８０は、ノズル孔６等を有する液滴吐出ヘッド１と、液滴吐出ヘッド１にインクを供給するインクタンク８２とを一体化したものである。このようなインクタンク８２と液滴吐出ヘッド１とを一体的に有するインクカートリッジ８０では、アクチュエータ部６８を高精度化、高密度化及び高信頼化することで歩留まりや信頼性を向上することができる。これにより、インクカートリッジ８０の低コスト化も実現することができる。この第３の実施形態では液滴吐出ヘッド１を用いたが、液滴吐出ヘッド１に代えて液滴吐出ヘッド１４を用いても同様の作用効果得ることができる。
【００４８】
次に本発明の第４の実施形態として、上述した液滴吐出ヘッド１を搭載した画像形成装置としてのインクジェット記録装置を図３２及び図３３に基づいて説明する。  
画像形成装置としてのインクジェット記録装置９０は、その装置本体内部に主走査方向に対して移動可能であり液滴吐出ヘッド１を搭載するキャリッジ９８を有している。また装置本体内部には、液滴吐出ヘッド１及び液滴吐出ヘッド１にインクを供給するインクカートリッジ９９等で構成される印字機構部９１等が収納されている。装置本体の下部には、前方側から多数枚の用紙９２を積載可能な給紙カセット（給紙トレイでもよい）９３が抜き差し自在に装着されている。さらに装置本体には、用紙９２を手差しで給紙する際に開放される手差しトレイ９４が配設されている。インクジェット記録装置９０は、給紙カセット９３または手差しトレイ９４から給紙される用紙９２を取り込み、印字機構部９１によって所望の画像を記録した後、画像形成後の用紙９２を後面側に配設された排紙トレイ９５に排出する。
【００４９】
印字機構部９１は、図示しない左右の側板に掛け渡されたガイド部材である主ガイドロッド９６と従ガイドロッド９７とキャリッジ９８とを主走査方向に摺動自在に保持している。キャリッジ９８には、イエロ（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色インク液滴を吐出する液滴吐出ヘッド１が設けられている。液滴吐出ヘッド１は、複数のノズルが主走査方向と交差する方向に並ぶ態様で、インク液滴吐出方向を下方に向けて装着されている。
【００５０】
またキャリッジ９８には、液滴吐出ヘッド１に各色インクを供給する各インクカートリッジ９９が交換可能に装着されている。インクカートリッジ９９は、上方に大気と連通する大気口を、下方に液滴吐出ヘッド１へインクを供給する供給口をそれぞれ有している。インクカートリッジ９９の内部にはインクが充填された多孔質体が設けられており、多孔質体の毛管力によって液滴吐出ヘッド１に供給されるインクを僅かな負圧に維持している。また、液滴吐出ヘッド１としては各色個別のものを用いているが、各色のインク液滴を吐出するノズルを有する単一の液滴吐出ヘッドを用いてもよい。
【００５１】
キャリッジ９８は、後方側である用紙搬送方向下流側を主ガイドロッド９６に摺動自在に嵌装され、前方側である用紙搬送方向上流側を従ガイドロッド９７に摺動自在に載置されている。キャリッジ９８を主走査方向に移動走査させるため、主走査モータ１０１で回転駆動される駆動プーリ１０２と従動プーリ１０３との間にタイミングベルト１０４を掛け渡し、タイミングベルト１０４をキャリッジ９８に固定している。この構成より、主走査モータ１０１の正逆回転により、キャリッジ９８が往復移動される。
【００５２】
一方、給紙カセット９３にセットした用紙９２を液滴吐出ヘッド１の下方側へと搬送するため、給紙カセット９３から用紙９２を分離給送する給紙ローラ１０５及びフリクションパッド１０６が配設されている。また、用紙９２を案内するガイド部材１０７、給紙された用紙９２を反転させて搬送する搬送ローラ１０８が配設されている。さらに、搬送ローラ１０８の周面に押し付けられる搬送コロ１０９、搬送ローラ１０８から用紙９２の送り出し角度を規定する先端コロ１１０が設けられている。搬送ローラ１０８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。
【００５３】
キャリッジ９８の主走査方向における移動範囲に対応し、搬送ローラ１０８から送り出された用紙９２を液滴吐出ヘッド１の下方位置で案内するため、用紙ガイド部材である印写受け部材１１１が配設されている。印写受け部材１１１の用紙搬送方向下流側には、用紙９２を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１２及び拍車１１３が設けられている。また、さらに用紙９２を排紙トレイ９５に送り出す排紙ローラ１１４及び拍車１１５と、排紙経路を形成するガイド部材１１６，１１７が配設されている。
【００５４】
上述のインクジェット記録装置９０では、記録時においてキャリッジ９８を移動させつつ画像信号に応じて液滴吐出ヘッド１を駆動する。これにより、停止している用紙９２にインクを吐出して１行分を記録し、その後に用紙９２を所定量搬送した後に次の行の記録を行う。記録終了信号または用紙９２の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、インクジェット記録装置９０は記録動作を終了させて用紙９２を排紙する。
【００５５】
キャリッジ９８の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、液滴吐出ヘッド１の吐出不良を回復させるための回復装置１１８が配設されている。回復装置１１８は、キャップ手段と吸引手段とクリーニング手段とを有している。キャリッジ９８は印字待機中に回復装置１１８側に移動され、キャッピング手段で液滴吐出ヘッド１をキャッピングしてノズル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の発生を防止している。また、記録途中等に記録とは関係のないインクを吐出することにより、全てのノズルのインク粘度を一定にさせて安定した吐出状態を維持している。
【００５６】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で液滴吐出ヘッド１のノズルを密封し、チューブを通して吸引手段によりノズルからインクと共に気泡等を吸い出す。そして、ノズル面に付着したインクやごみ等をクリーニング手段によって除去し、これにより吐出不良が回復する。また、吸引したインクは本体下部に設けられた図示しない廃インク溜まりに排出され、廃インク溜まり内部に設けられたインク吸収体に吸収保持される。
【００５７】
上述したインクジェット記録装置９０では、本発明の液滴吐出ヘッド１を搭載しているので、安定したインク吐出特性を得ることができ、画像品質を向上させることができる。上述の説明ではインクジェット記録装置９０に液滴吐出ヘッド１を搭載した例を示したが、液滴吐出ヘッド１に代えて液滴吐出ヘッド１４を搭載しても同様の作用効果を得ることができる。また、上述の説明では液滴吐出ヘッド１，１４としてインクを吐出するものを示したが、本発明が適用可能な液滴はインクには限られず、例えばパターニング用の液体レジストを吐出する装置に液滴吐出ヘッド１，１４を適用してもよい。さらには遺伝子分析試料を吐出する装置に液滴吐出ヘッド１，１４を適用してもよい。また、本発明が適用可能な画像形成装置はプリンタには限られず、ファクシミリ、複写装置、プロッタ、これ等の複合機にも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００５８】
２，１５  圧電体素子
３  振動する板（振動板）
１０  下部電極（共通電極）
１１  上部電極（個別電極）
１２，１６  圧電体
２０，２１  アクチュエータ基板
３０  接続孔
４０  配線
４２  非駆動部
４６  第１の部位（電歪効果小領域）
４７  駆動部
８０  液体カートリッジ（インクカートリッジ）
８２  インクタンク
９０  画像形成装置（インクジェット記録装置）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５９】
【特許文献１】特開２０００−１９８１９７号公報
【特許文献２】特開２００６−２６４０４４号公報
【特許文献３】特開２０１１−０９１１３８号公報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2014172175.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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