(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気−機械変換膜を形成する電気−機械変換膜の製造方法であって、
第１の電極上に部分的に表面改質を行う工程と、
この電極上にゾルゲル液をインクジェット方式により部分的に塗布する塗布工程と、
部分的に塗布した前記ゾルゲル液を加熱して乾燥・熱分解する乾燥・熱分解工程と、
を備え、
所望する膜厚を得るまで同一の前記ゾルゲル液を、前記塗布工程および前記乾燥・熱分解工程を一層ごとに繰返し行い、
前記塗布工程は、
第一回目の前記塗布工程における所望パターン領域内でのゾルゲル液滴着弾時の隣接ドットが、レベリングにより凝集しない間隔で配置され、
第一回目の前記塗布工程における前記隣接ドットの間隔が、少なくとも１つのドット径の半分以上であり、
第二回目以降の前記塗布工程は、
第一回目の前記塗布工程における前記隣接ドットの溶媒が経時で乾燥された後に、前記所望のパターン領域内において、形成させたい層中の液滴が滴下されていない領域へ第一回目の前記塗布工程と同一の前記ゾルゲル液の、前記液滴のドットが着弾されるように塗布させ、
同一の前記ゾルゲル液の所望パターン内の非着弾領域への滴下を順次繰り返すことで一層を形成する電気−機械変換膜の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の電気−機械変換膜の製造方法において、
一層の前記所望パターンを形成するための前記塗布工程の塗布回数は、隣接ドットの前記間隔の逆数回であること請求項１に記載の電気−機械変換膜の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の電気−機械変換膜の製造方法において、
前記表面改質を行う工程では、前記第１の電極上にチオール化合物により自己組織化単分子膜を形成し、その後、フォトリソグラフィー・エッチングにより部分的にチオール化合物が除去する電気−機械変換膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置あるいは、画像形成装置として使用されるインクジェット記録装置に関するもので、特にこれら装置に備えられた液体吐出ヘッドの圧電素子となる電機−機械変換素子、当該素子を構成する電気−機械変換膜、およびその形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置あるいは、画像形成装置として使用されるインクジェット記録装置では、記録ヘッドからインク滴を記録媒体となる対象物に吐出することで、対象物に画像を形成している。記録ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する加圧室、（インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室、液室等とも称される。）と、加圧室内のインクを加圧する圧電素子などの電気−機械変換素子、あるいはヒータなどの電気熱変換素子、若しくはインク流路の壁面を形成する振動板とこれに対向する電極からなるエネルギー発生手段とを備えて、エネルギー発生手段で発生したエネルギーで加圧室内インクを加圧することによってノズルからインク滴を吐出させている。
【０００３】
特許文献１には、基板上に配置した下部電極（第１の電極）、電気−機械変換層、上部電極（第２の電極）の積層した圧電素子を備えた記録ヘッドの構成が開示されている。  
一般、記録ヘッドは、圧力室にインク吐出の圧力を発生させるのに個別の圧電素子が配置され、この圧電素子は電気−機械変換素子と総称される。電気−機械変換素子は、電気的入力を機械的な変形に変換するもので、構成は電気的入力を実行する上部、下部の電極対とその間に圧電体などの膜が挟まれた積層構造をもつ。圧電体にはジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）セラミックスなどが用いられ、これらは複数の金属酸化物を主成分としているので一般に金属複合酸化物と称される。
（従来の個別圧電素子の形成方法）
下部電極上に各種の真空成膜法（例えばスパッタリング法、ＭＯ−ＣＶＤ法（金属有機化合物を用いた化学的気相成長法）、真空蒸着法、イオンプレーティング法）やゾルゲル法、水熱合成法、ＡＤ（エアロゾルデポジション）法、塗布・熱分解法（ＭＯＤ）などの周知の成膜技術により堆積させ、引き続き、上部電極を形成した後、フォトリソグラフィー・エッチングにより、上部電極のパターニングを行い、同様に圧電膜、下部電極のパターニングを行い、個別化を実施している。  
金属複合酸化物、特にＰＺＴのドライエッチングは容易い加工材ではない。ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）でＳｉ半導体デバイスは容易にエッチング加工できるが、この種の材料はイオン種のプラズマエネルギーを高める為、ＩＣＰプラズマ、ＥＣＲプラズマ、ヘリコンプラズマを併用した特殊なＲＩＥが成される（これは製造装置のコスト高を招く）。また下地電極膜との選択比は稼げない、特に大面積基板ではエッチング速度の不均一性は致命的である。予め、所望する部位のみに難エッチング性のＰＺＴ膜を配置すれば、上記加工工程が省略できるが、その試みは一部を除いて成されていない。
（個別ＰＺＴ膜形成の従来例）
個別ＰＺＴ膜形成の方法には、水熱合成法、真空蒸着法、ＡＤ法、インクジェット方式がある。インクジェット方式では、ＰＺＴ前駆体（ゾルゲル液）塗布を、高解像度で液滴を吐出、塗布することが可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インクジェット方式では、第１の電極を形成する金属表面上の塗れ性が高く、塗布された液体はレベリングしやすい。ＰＺＴ前駆体（ゾルゲル液）の乾燥よりも速くレベリングが進行すると、第１の電極上に着弾した前駆体液滴の隣接する液滴ドットが凝集し、所望の形成パターン内で局所的に一体化する。この状態でゾルゲル液の乾燥・熱分解・結晶化工程を経て形成された電気−機械変換膜は、表面上の膜厚が不均一となるためクラックが発生し易くなる。また生じた膜厚ムラにより、前記膜から形成された電気−機械変換素子の電気特性に不具合を生じることとなる。  
本発明は以上の問題点を鑑みなられたものであり、クラックが発生し難い電気−機械変換膜と電気特性が安定する電気−機械変換素子と、安定したインク滴吐出特性が得られる液体吐出ヘッドと、画像品質がよい画像形成装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にかかる電気−機械変換膜を形成する電気−機械変換膜の製造方法は、第１の電極上に部分的に表面改質を行う工程と、この電極上にゾルゲル液をインクジェット方式により部分的に塗布する塗布工程と、部分的に塗布したゾルゲル液を加熱して乾燥・熱分解する乾燥・熱分解工程とを備え、所望する膜厚を得るまで同一のゾルゲル液を、塗布工程および乾燥・熱分解工程を一層ごとに繰返し行い、塗布工程は、第一回目の塗布工程における所望パターン領域内でゾルゲル液滴着弾時の隣接ドットが、レベリングにより凝集しない間隔で配置され、第一回目の塗布工程における隣接ドット間隔が、少なくとも１つのドット径の半分以上であり、第二回目以降の塗布工程は、第一回目の前記塗布工程における前記隣接ドットの溶媒が経時で乾燥された後に、所望のパターン領域内において、形成させたい層中の液滴が滴下されていない領域へ第一回目の塗布工程と同一のゾルゲル液の、液滴のドットが着弾されるように塗布させ、同一のゾルゲル液の所望パターン内の非着弾領域への滴下を順次繰り返すことで一層を形成することを特徴としている。
本発明に係る電気−機械変換膜の製造方法において、一層の所望パターンを形成するための塗布工程の塗布回数は、隣接ドットの間隔の逆数回であることを特徴としている。
本発明に係る電気−機械変換膜の製造方法において、表面改質を行う工程では、第１の電極上にチオール化合物により自己組織化単分子膜を形成し、その後、フォトリソグラフィー・エッチングにより部分的にチオール化合物が除去することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる電気−機械変換膜を形成する電気−機械変換膜の製造方法によれば、所望パターン領域内でゾルゲル液滴着弾時の隣接ドットがレベリングにより凝集せず、所望の形成パターン内で局所的に一体化しなくなる。このため、ゾルゲル液の乾燥・熱分解工程を経て電気−機械変換膜を形成しても、表面上の膜厚が均一となり、クラックが発生し難くなるとともに、この膜から形成された電気−機械変換素子の電気特性が安定する。また、電気−機械変換素子の電気特性が安定することで、インク滴吐出不良がなくなり、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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】基板の表面改質の工程を説明した図である。
【図２】本形態に係る電気−機械変換膜を形成する工程及び方法を示す図である。
【図３】本形態に係る電気−機械変換膜を形成する工程及び方法を示す図である。
【図４】本発明にかかる方式でゾルゲル液をドット状に着弾した液滴の塗れ広がる状態を示す図でする。
【図５】着弾した液滴が塗れ広がり繋がった状態を示す図である。
【図６】Ｐ−Ｅヒステリシス曲線を示す図である。
【図７】本発明に係る電機−機械変更素子を備えた液体吐出ヘッドの構成を示す拡大図である。
【図８】図７に示す液体吐出ヘッドが適用された画像形成装置の一形態を示す斜視図である。
【図９】図８に示す画像形成装置の機構部の構成を説明する側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態と実施例を説明する。各実施形態及び実施例等に亘り、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すに留め、重複説明は省略する。なお、実施形態に記載した内容は、一形態に過ぎず、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。
【００１２】
本発明に係る画像形成装置は、一般的にはインクジェット記録装置と呼ばれているもので、以下画像形成装置はインクジェット記録装置と称する。このインクジェット記録装置には、騒音が極めて小さくかつ高速印字が可能であり、更にはインクの自由度があり安価な記録媒体である普通紙を使用できるなど多くの利点があるため、プリンタ、ファクシミリ、複写装置、複数の画像形成機能を備えた複合機等の画像記録装置或いは画像形成装置として広く展開されている。
【００１３】
インクジェット記録装置において使用する液体吐出ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、このノズルが連通する液室と、液室内のインクを吐出するための圧力発生手段で構成されている。
【００１４】
圧力発生手段としては、圧電素子などの電気−機械変換素子を用いて液室の壁面を形成している振動板を変形変位させることでインク滴を吐出させるピエゾ型のもの、液室内に配設した発熱抵抗体などの電気熱変換素子を用いてインクの膜沸騰でバブルを発生させてインク滴を吐出させるバブル型（サーマル型）のものなどがある。更にピエゾ型のものにはｄ３３方向の変形を利用した縦振動型、ｄ３１方向の変形を利用した横振動（ベンドモード）型、更には剪断変形を利用したシェアモード型等があるが、最近では半導体プロセスやＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）の進歩により、Ｓｉ基板に直接液室及びピエゾ素子を作り込んだ薄膜アクチュエータが考案されている。本発明に係る圧力発生手段として機能する電気−機械変換素子は、ｄ３１方向の変形を利用した横振動（ベンドモード）型である。
【００１５】
まず、本発明の特徴の１つである電気−機械変換素子の基礎となるゾルゲル法によるパターン化した電気−機械変換層の形成方法について述べる。  
・下地基板の濡れ性を制御したゾルゲル液（以下、「ＰＺＴ前駆体液」と記す）の塗り分けをする。これは、アルカンチオールの特定金属上に自己配列する現象である。  
・白金族金属にチオールで、自己組織化単分子膜（Ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ：以下「ＳＡＭ膜」と記す）を形成する。  
・下部電極にＰｔを用い、その全面にＳＡＭ処理を行う。  
・ＳＡＭ膜上はアルキル基が配置しているので疎水性になる。  
・周知のフォトリソグラフィー・エッチングにより、このＳＡＭ膜をパターニングする。
・レジスト剥離後も、パターン化ＳＡＭ膜は残っているので、この部位は疎水性になる。一方、ＳＡＭ膜除去した部位は白金表面なので親水性になる。  
・インクジェット方式により親水性の領域にＰＺＴ前駆体（ゾルゲル液）を塗布する。  
・表面エネルギーのコントラストにより塗布領域は親水性の領域のみとなる。  
・ＰＺＴ前駆体はインクジェット  
・ヘッドで塗布可能なように粘度、表面張力を調整する。
【００１６】
このようにして第１のパターン化ＰＺＴ前駆体塗膜を下地基板上にインクジェット方式で形成し、通常のゾルゲルプロセスに従って熱処理を行う。２回目以降の工程は以下の理由から簡便化できる。
・ＳＡＭ膜は酸化物薄膜上には形成できない。このため、第１の処理によりＰＺＴ膜の無い露出している白金膜上のみにＳＡＭ膜が形成される。  
・第１のパターン形成した試料にＳＡＭ処理を行った後、ＰＺＴ前駆体液のインクジェット方式により塗り分け塗工を行い、熱処理を施す。  
・所望の膜厚になるまで、これら工程を繰り返す  
・この方法によるパターン化はセラミックス膜厚が５μｍの厚さまで形成できる。
【００１７】
つまり、ＰＺＴ前駆体（ゾルゲル液）をインクジェット方式で塗布するのが本発明の特徴であり、従来法のスピンコーターによる塗布と比較して少量の材料の使用で済み、工程の飛躍的な簡略化を図ることができる。
【実施例１】
【００１８】
この実施例は、請求項１，２，３に対応する内容であり、本発明に係るゾルゲル法による電気−機械変換素子膜の形成方法に関するものである。図１は基板１の表面改質の工程を説明した図である。
【００１９】
図１（ａ）に示す基板１には図示されていない例えば白金（Ｐｔ）電極が、基板表面に形成されている。  
図１（ｂ）は基板１の表面全体にＳＡＭ膜２を形成した状態を示す。ＳＡＭ膜２はアルカンチオール液に基板１をディップして自己配列させることで得ている。ここでは１−ヘキサンチオール（ＣＨ３（ＣＨ２）５ＳＨ）を使用した。
【００２０】
図１（ｃ）はＰＺＴ前駆体を形成する部分のＳＡＭ膜２を除去するために必要部分のＳＡＭ膜２を保護するために、フォトリソグラフィーによりフォトレジスト層３をパターニングした状態を示している。図１（ｃ）の状態で、例えば酸素プラズマを基板表面に照射することにより、ＰＺＴ前駆体を形成する部分のＳＡＭ膜２を除去する。
【００２１】
図１（ｄ）は、ＳＡＭ膜２を除去後にフォトレジスト層３を剥離した状態を示す。本工程により形成されたＳＡＭ膜２の純水に対する接触角は９２度であり疎水性を示し、ＳＡＭ膜２を除去した部分４（親水領域４）の基板１上のＰｔの接触角は１０度以下となり親水性となる。本実施例ではＳＡＭ膜２を酸素プラズマで除去する例を説明したが、ＵＶ光を照射してＳＡＭ膜２を部分的に除去してもよい。
【００２２】
次に図２を用いて、ＰＺＴ前駆体をインクジェット法により、図１の工程で形成した基板１上の親水領域４に塗布する工程及び方法について説明する。図２（ａ）で示すような、図１の工程でパターニングされた親水領域４に、図２（ｂ）に示すように、図示しないインクジェット塗布装置によりＰＺＴ前駆体溶液（ゾルゲル液）５を塗布する。
【００２３】
溶液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５を合成した。このＰＺＴ濃度は０．１ｍｏｌ／リットルにした。
【００２４】
前記の溶媒・反応系で合成されたＰＺＴ前駆体溶液５は、インクジェット方式の特長を生かし、図３に示すように所望のパターン領域である、幅５０μｍ×長さ２ｍｍの細線パターン（親水領域４）内で液滴６のドットを間引いて塗布し、前記間引き量に応じて塗布回数を変えて最終的に一つの前駆体層パターンが形成されるようにした。図３において、斜線部は疎水部（撥水部）である非塗布領域（ＳＡＭ膜２）を示し、白抜き部分は、塗布領域（親水領域４）を示す。
【００２５】
すなわち、本発明では、ＰＺＴ前駆体溶液５の液滴６を基板１上のＰｔ面の所定パターンの塗布領域（親水領域４）に着弾させ、このときの隣接ドットが液滴６のレベリングにより互いに凝集しないような間隔で配置させるようにした。隣接ドットの間隔は、塗布する溶液に使用されている溶媒の乾燥速度や溶液の粘度によって最適化する必要があるが、少なくとも着弾する液滴６のドット径Ｒの半分以上を確保することが、着弾後の隣接ドットの凝集や乾燥、熱分解、結晶化工程におけるクラックの発生を制御できるため好適である。
【００２６】
本実施例で使用したＰＺＴ前駆体溶液５においては、着弾した液滴６はレベリングにより５０μｍ径まで塗れ広がることから、隣接ドット間隔は最短でレベリング後のドット１個分である５０μｍ（間引き量１／２）とした。なお使用される溶媒によりＰＺＴ前駆体溶液５の乾燥速度やレベリングの程度が異なるため、前記隣接ドット間隔は前述の固有値に何ら限定されない。
【００２７】
前述の方法による一回の塗布で、滴下したＰＺＴ前駆体溶液の隣接するドット間でＰＺＴ前駆体溶液の凝集は見られず、それぞれに単独のドット状ＰＺＴ前駆体膜が形成された。なお着弾させた液滴６から成る隣接ドットの間隔（間引き量）は、インクジェット塗布装置の制御部（コンピューター）上の画像ソフト処理で容易に変更することが可能であり、本実施例では、図３に示すよう、一回のＰＺＴ前駆体溶液５の塗布を間引き量１／２、１／４、１／７で実施した。図４は間引き量１／２としたときの液滴６のパターニングの状態を撮影した写真である。また、比較例として、間引きを行わず一回の塗布で所望の細線パターンが５０μｍドットで埋め尽くされる塗布方法を実施した。このときの液滴６のパターニングの状態を撮影したものを図５に示す。比較例においては、塗布直後に所望の細線パターン状の親水性領域中心部でＰＺＴ前駆体溶液５が凝集し、符号Ｐで示すように細線の長さが縮小されて形成された。
【実施例２】
【００２８】
この実施例は、実施例１の膜形成方法により、二回目以降のＰＺＴ前駆体溶液５の塗布も同様に実施した。このときのＰＺＴ前駆体溶液５の塗布は、図３に示すように、所望のパターン領域内（親水領域４）において、形成させたい層中の液滴が滴下されていない領域４Ａへ液滴６のドットが着弾されるように塗布させた。これより前に塗布されたドット状のＰＺＴ前駆体膜は、溶媒の大部分が経時で乾燥されているため、新たに塗布されたＰＺＴ前駆体溶液５と既存のＰＺＴ前駆体膜との凝集は見られなかった。
【００２９】
これを所望のパターンが滴下・形成された液滴６のドットで埋まるまで順次繰り返し、一つのパターン層（成膜）７を形成させた。即ち、塗布回数は間引き量の逆数回であり、間引き量１／２では２回、１／４では４回、１／７では７回塗布することで、一層の所望パターンを形成した。
【００３０】
前記の成膜７で得られる一層の膜厚は１００〜１５０ｎｍ程度が好ましく、前駆体濃度は成膜面積と前駆体塗布量の関係から適正化される。図２（ｂ）はインクジェット塗布装置により所望のパターン層（一層の成膜）７が塗布された状態を示しており、接触角のコントラストのため前駆体溶液は親水部のみに広がりパターンを形成する。これを第１の加熱（溶媒の完全乾燥）として１２０℃処理後、有機物の熱分解を行うことで、図２（ｃ）に示すＰＺＴ膜８を得た。このときの膜厚は１２０ｎｍであり膜表面が均一に形成された。
【実施例３】
【００３１】
この実施例は、引き続き繰返し処理としてイソプロピルアルコール洗浄後、前記同様の浸漬処理にてＳＡＭ膜２を形成した。２回目以降においてＳＡＭ膜２は酸化膜上には形成されないので、図２（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィーの工程を実施せずにＳＡＭ膜２のパターンが得られる。またこのときの接触角は純水に対してＳＡＭ膜２上は９２度、ＰＺＴ膜上８は３０度であった。この状態で１度目に形成したＰＺＴ膜８上に位置合わせを行い、再度インクジェット塗布装置により実施例１および実施例２の方法でＰＺＴ前駆体溶液５を塗布した状態を図２（ｅ）に示す。そして１回目と同じ加熱プロセスを実施すると、図２（ｆ）に示すように重ねぬりされたＰＺＴ膜８Ａが得られた。このときの膜厚は２４０ｎｍであった。
【００３２】
先記工程をさらに３層繰り返して６００ｎｍのＰＺＴ膜を得たのち、結晶化熱処理（温度７００℃）をＲＴＡ（急速熱処理）にて行った。ＰＺＴ膜にクラックなどの不良は生じなかった。さらに５層分のＳＡＭ膜処理→ＰＺＴ前駆体溶液のパターン塗布→１２０℃乾燥→５００℃熱分解を行い、結晶化熱処理をした。ここでもＰＺＴ膜にクラックなどの不良は生じず、膜厚は１．２μｍに達した。一方で、比較例の方法で繰り返しＰＺＴ前駆体層を１０層分重ね塗りした膜では、膜表面上に無数のクラックが発生した。
【００３３】
このパターン化膜に上部電極（白金）を成膜し電気特性、電気−機械変換能（圧電定数）の評価を行った。ＰＺＴ膜８の比誘電率は１２２０、誘電損失は０．０２、残留分極は１９．３μＣ／ｃｍ２、抗電界は３６．５ｋＶ／cmであり、通常のセラミック焼結体と同等の特性を持った。このＰ−Ｅヒステリシス曲線を図６に示す。
【００３４】
電気−機械変換能は電界印加による変形量をレーザードップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出した。その圧電定数ｄ３１は１２０ｐｍ／Ｖとなり、こちらもセラミック焼結体と同等の値であった。これは液体吐出ヘッドとして十分設計できうる特性値であった。すなわち、圧電素子として使用可能である。
【００３５】
一方で、上部電極を配置せずに電気−機械変換膜の更なる厚膜化を試みた。すなわち、５層までの熱分解アニールのたびに結晶化処理を行い、これを２０回繰り返したところ２．４μｍのパターン化ＰＺＴ膜がクラックなどの欠陥を伴わずに得られた。
【００３６】
以上、実施例１乃至３によるＰＺＴ前駆体溶液５の塗布において、一回の塗布で隣接する液滴６の着弾ドットがレベリングにより凝集せず、この塗布方法を繰り返し行って所望のパターン層を形成することにより、パターン層を形成するＰＺＴ前駆体膜８Ａが緻密に、かつ膜表面が均一な膜厚で成膜される。よってゾルゲル法にて電気−機械変換膜（ＰＺＴ前駆体膜）を形成する方法において、乾燥、熱分解、および結晶化の工程におけるクラックの発生を防止することができる。また上述の良好な膜により形成された電気−機械変換膜（ＰＺＴ前駆体膜）は、良好な電気特性を得ることができる。
【実施例４】
【００３７】
次に、本発明が適用されたインクカートリッジ９５について図７を参照して説明する。  このインクカートリッジ９５は、上記実施例の方法で形成した電気−機械変換膜４３を含む電気−機械変換素子４０を有するインクジェットヘッド９４と、このインクジェットヘッド９４に対してインクを供給する図示しないインクタンクとを一体化したものである。
【００３８】
インクジェットヘッド９４は、ノズル板１０に形成されていてインク滴を吐出するノズル１１と、このノズル１１が連通する液室２１と、液室２１内のインクを吐出するための圧力発生手段となる電気−機械変換素子４０で構成されている。液室２１は、ノズル板１０に液室基板２０を配置することで空間として形成されている。
【００３９】
電気−機械変換素子４０は、ノズル板１０と対向側に配置され液室２１の壁面を構成する振動板３０を変形変位させることで液室２１内のインクをインク滴としてノズル１１から吐出させるピエゾ型のものである。電気−機械変換素子４０は、Ｓｉ基板で構成された振動板３０上に酸化物電極４１が形成されていて、酸化物電極４１上に第１の電極となる白金族電極４２が形成されている。この白金族電極４２上に電気機械変換膜４３が形成され、この電気機械変換膜４３上に第２の電極となる上部電極４４を形成されている。すなわち、第１の電極となる酸化物電極４２と第２の電極となる上部電極４４の間に電気−機械変換膜４３が介層されている。
【００４０】
このような構成のインクジェットヘッド９４を有するインクタンク一体型のインクカートリッジ９５の場合、ヘッドの低コスト化、信頼性向上は、ただちにインクカートリッジ９５全体の低コスト化、信頼性向上につながるので、上述したように低コスト化、高信頼性化、製造不良低減することで、インクカートリッジ９５の歩留まり、信頼性が向上し、ヘッド一体型インクカートリッジの低コスト化を図れる。
【実施例５】
【００４１】
次に、本発明に係るインクジェットヘッド９４を搭載したインクカートリッジ９５を有する画像形成装置としてのインクジェット記録装置の一例について図８及び図９を参照して説明する。なお、図８はインクジェット記録装置の斜視説明図、図９はインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。
【００４２】
このインクジェット記録装置２００は、装置本体８１の内部に、主走査方向に移動可能なキャリッジ９３、キャリッジ９３に搭載した本発明を実施したインクジェットヘッド９４、インクジェットヘッド９４（記録ヘッドとも言う）へインクを供給するインクカートリッジ９５等で構成される印字機構部８２等を収納している。装置本体８１の下方部には、前方側から多数枚の記録媒体となる用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができるように構成されている。給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、インクジェット記録装置２００は、印字機構部８２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８６に排紙する。
【００４３】
印字機構部８２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９１とこれと平行配置された従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持している。このキャリッジ９３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９４を複数のインク吐出口（ノズル１１）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。またキャリッジ９３にはインクジェットヘッド（記録ヘッド）９４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９５を交換可能に装着している。
【００４４】
インクカートリッジ９５は、その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９４へインクを供給する供給口、内部にはインクが充填された多孔質体をそれぞれ有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッド９４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インクジェットヘッド９４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個の記録ヘッドでもよい。
【００４５】
キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１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９２に摺動自在に載置している。このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
【００４６】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３を記録ヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００４７】
記録ヘッド９４との対向部には、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３をインクジェットヘッド９４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１０９が配置されている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５，１１６とを配設している。
【００４８】
インクジェット記録装置２００は、記録時において、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて対応する色のインクジェットヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３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８３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８３を排紙する。
【００４９】
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェットヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段が配置されている。キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でインクジェットヘッド９４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。
【００５０】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェットヘッド９４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。
【００５１】
このように、このインクジェット記録装置２００においては、本発明を実施したインクジェットヘッド９４を搭載しているので、振動板３０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。
【００５２】
本発明の適用分野としては、直接的には印刷分野、特にデジタル印刷分野が挙げられ、画像形成装置としては、ＭＦＰを使用するデジタル印刷装置、オフィス、パーソナルで使用するプリンタ、ＭＦＰなどが挙げられる。また、応用分野としては、インクジェット技術を利用する三次元造型技術などにも適用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
２        自己組織化単分子膜（ＳＡＭ膜）
５        ゾルゲル液
６        液滴
８，８Ａ  層（成膜）
４０      電気−機械変換素子
４２      第１の電極
４３      電気−機械変換膜
４４      第２の電極
９４      液体吐出ヘッド
２００    画像形成装置は
Ｒ        ドット径
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５４】
【特許文献１】ＷＯ２００３／０９８７１４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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