(57)【要約】【課題】  圧電素子の特性低下やばらつきを抑え、高湿環境下でも高い信頼性が得られるとともに、製造工程を簡略化してコストを低減することができる液滴吐出ヘッドを得る。【解決手段】  振動板１２４上に設ける圧電素子１４４の断面形状を、下側（電極層１６０側）から上側（電極層１５８）に向かうに従って徐々に幅広となるテーパー状に形成し、この圧電素子１４４の上面及び側面と、振動板１２４の上面の所定領域に絶縁体層１７０を形成する。また、絶縁体層１７０は、振動板１２４の上面における圧電素子１４４の周囲（周囲部１７０Ｂ）、すなわち、隣接する圧電素子１４４の間では分離させ、層厚については、側面部１７０Ａよりも上面部１７０Ｃの方を薄くする。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が充填される圧力室と、
前記圧力室と連通して液滴が吐出されるノズルと、
前記圧力室に対応して設けられ画像情報に応じて印加された電圧によって変形する圧電素子と、
前記圧力室の壁面の少なくとも一部を下面によって構成するとともに、上面に設けられた前記圧電素子の変形によって振動し圧力室を膨張又は圧縮させる振動板と、
前記振動板の上面及び前記圧電素子の表面の所定領域に形成されるとともに、振動板の上面における圧電素子の周囲では、少なくとも圧電素子の側面部分よりも層厚が薄くされている、又は、分離している絶縁体層と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記圧電素子は、圧電体と、その圧電体の上面に設けられた上電極及び下面に設けられた下電極と、を備え、
前記絶縁体層の層厚は、前記圧電素子の側面部分よりも前記上電極部分の方が薄くされていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記絶縁体層が前記圧電素子の側面及びその側面と連続して少なくとも前記振動板の上面の一部に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記絶縁体層が前記圧電素子の側面のみに形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記絶縁体層は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、及び有機系絶縁膜の何れか１つによる単層構造、又は、それらの２つ以上による複層構造とされていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記圧電素子の断面形状は、下側から上側に向かうに従って徐々に幅広となるテーパー状とされていることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜請求項６の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドを製造する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
前記振動板の上面に前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、
前記圧電素子形成工程後に、前記圧電素子の表面を含む前記振動板の上面全域に前記絶縁体層を形成する絶縁体層形成工程と、
前記絶縁体層形成工程後に、ドライエッチングにより前記絶縁体層の各部を所定の層厚に加工する又は除去する絶縁体層加工工程と、
を有することを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
請求項１〜請求項６の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【請求項９】
前記液滴吐出ヘッドが請求項７記載の製造方法によって製造されていることを特徴とする請求項８記載の液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド及びその製造方法、並びに液滴吐出装置に係り、詳細には、記録媒体に画像を記録するためにノズルからインク滴を吐出させる圧電素子が絶縁体層で被覆された構成のインクジェット記録ヘッド等の液滴吐出ヘッド、及びその製造方法、並びに、インクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置等に適用される液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルからインク滴を吐出させるための圧力（吐出エネルギー）を発生する圧力発生手段に圧電素子を用いたインクジェット記録ヘッドでは、圧電素子を常湿環境や高湿環境下で駆動すると、クロム（Ｃｒ）等で形成された＋電位側の電極が変色し、圧電特性が劣化して最悪は破壊する場合がある。この圧電特性の劣化は、相対湿度が高いほど発生率が高くなり、破壊のメカニズムについては、水滴が圧電素子に付着した状態での駆動による電界・電流との相乗効果によって、＋電位側の電極材料が電気化学的反応により溶出し、圧電素子から電極材料が剥離して破壊するものと考えられる。ただし、この破壊現象は、少なくとも＋電位側の電極に導電性金属酸化物を使用することで改善される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、特に高湿環境下での駆動では、電極変色が発生しないにも関わらず、静電容量の低下や変位量の低下等の圧電特性が劣化する現象が見られる。この現象は、高湿環境下における圧電素子への水分吸着量の増加に伴い、電界・電流との相乗効果によって圧電素子が還元され、圧電素子内部に酸素空孔（＋電荷）が発生し、電界により圧電素子内の低電位側に蓄積することによって引き起こされており、これについては、既に本出願人が提案している、相対的に低電位が印加される側に圧電体に接して金属酸化物を設ける技術によって大幅に改善される（特許文献２参照）。
【０００４】
しかし、この技術によっても、特に長尺化に伴い多ノズル化された長尺ヘッド等に対しては、全ノズルに対応する全ての圧電素子で、高い信頼性を得るには十分ではなく、例えば高湿環境下での数十億サイクルの駆動では、次第に圧電特性が劣化する現象が確認された。
【０００５】
一方、特許文献３では、上下電極間の沿面放電によるリーク電流の発生や、個々の圧力室に対応して個別化された圧電素子の側面が大気露出することでの湿気による素子劣化を改善するため、上電極の周面部以外を露出させるようにしてコンタクト部を確保しつつ、上電極表面の周縁部から圧電体層の側面までを絶縁体層で被覆する技術が提案されている。
【０００６】
しかし、この技術では、上電極の周面部以外を電気的接続用に露出させるため、絶縁体層を含む各層のパターニングが必要になり、フォトリソグラフィ工程が多く複雑となって製造コストが上昇する。また、圧電体の厚さが１０μｍ以上などと厚い場合には、段差が大きくなって上電極を一部露出させるためのパターニング（フォトリソグラフィ工程）が困難となり、パターニングするための製造工程が複雑化して更なるコストアップを招いてしまう。さらに、上電極表面の周縁部に絶縁体層が存在することで、その位置精度により素子特性のばらつきが大きくなり、隣接する圧電素子間に絶縁体層が存在することで、素子間のクロストークが大きくなりやすく、且つ、製造時に応力破壊が発生しやすくなる問題もある。
【０００７】
また、特許文献４には、振動板と基板に挟まれた構造の圧電素子において、空気中の水分吸収による絶縁破壊を防止し、信頼性を向上させるために、圧電素子の側面に絶縁性樹脂膜を形成する技術が提案されている。この技術は、まず、仮の固定基板上で圧電体のパターニング（フォトリソグラフィ工程）を行い、この際に使用したフォトレジストを剥離せずに絶縁性樹脂膜を成膜し、その後、フォトレジストを剥離する（リフトオフ法）ことで圧電体側面に絶縁性樹脂膜を形成する内容のものであるが、フォトレジストと絶縁性樹脂膜が共に有機膜であるため、フォトレジストの剥離液、又はアッシング（灰化）ガスに対する選択性を得ることが困難であるという問題がある。更に、フォトレジスト剥離の際に絶縁性樹脂膜の一部がゴミとなって圧電体に再付着し、圧電体を仮の固定基板上からノズル等が形成された流路基板上へ転写接合する際に、ゴミの挟みこみにより圧電体を破損させてしまうという問題もある。
【特許文献１】特開２００１−８８２９６号公報
【特許文献２】特開２００５−３２９５５号公報
【特許文献３】特許３５５２０１３号公報
【特許文献４】特許３６０３８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事実を考慮して、ノズルから液滴を吐出させるために用いる圧電素子の特性低下やばらつきを抑え、高湿環境下でも高い信頼性が得られるとともに、製造工程を簡略化してコストを低減することができる液滴吐出ヘッド及びその製造方法、並びに液滴吐出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、液体が充填される圧力室と、前記圧力室と連通して液滴が吐出されるノズルと、前記圧力室に対応して設けられ画像情報に応じて印加された電圧によって変形する圧電素子と、前記圧力室の壁面の少なくとも一部を下面によって構成するとともに、上面に設けられた前記圧電素子の変形によって振動し圧力室を膨張又は圧縮させる振動板と、前記振動板の上面及び前記圧電素子の表面の所定領域に形成されるとともに、振動板の上面における圧電素子の周囲では、少なくとも圧電素子の側面部分よりも層厚が薄くされている、又は、分離している絶縁体層と、を有することを特徴としている。
【００１０】
本発明では、圧力室に対応して設けられた圧電素子に、画像情報に応じて電圧が印加されると、圧電素子が変形して振動板を振動させ、振動板の下面によって壁面の少なくとも一部が構成された圧力室は膨張又は圧縮する。これにより、圧力室に充填された液体は、圧力室と連通されたノズルから液滴となって吐出される。
【００１１】
この振動板の上面、及びその振動板上に設けられた圧電素子の表面（上面及び側面）の所定領域に絶縁体層を形成することにより、圧電素子への水分吸着が絶縁体層によって防がれ、高湿環境下であっても絶縁破壊や素子特性の低下が抑えられる。さらに、振動板の上面における圧電素子の周囲では、絶縁体層の層厚を少なくとも圧電素子の側面部分よりも薄くする、又は、絶縁体層を分離することで、例えば複数の圧電素子が振動板上に個別化されて配置された構成等では、絶縁体層を介する素子間のクロストークが低減されるとともに、製造時の応力破壊が抑制される。
【００１２】
また、このような絶縁体層であれば、複雑なフォトリソグラフィ等を使用しなくとも、ドライエッチング等によって容易に形成できるため、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電素子は、圧電体と、その圧電体の上面に設けられた上電極及び下面に設けられた下電極と、を備え、前記絶縁体層の層厚は、前記圧電素子の側面部分よりも前記上電極部分の方が薄くされていることを特徴としている。
【００１４】
本発明では、圧電素子は、圧電体の上面に設けられた上電極と、下面に設けられた下電極との間に電圧が印加されて変形するが、ここでは、上電極部分（圧電素子上面部分）での絶縁体層の層厚を、圧電素子の側面部分よりも薄くすることで、水分吸着による絶縁破壊や特性低下を抑制しつつ、絶縁体層を設けることでの変形性の低下（圧電特性の低下）を抑制することができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記絶縁体層が前記圧電素子の側面、及びその側面と連続して少なくとも前記振動板の上面の一部に形成されていることを特徴としている。
【００１６】
本発明では、圧電素子の上面を絶縁体層で被覆しないことにより、絶縁体層による圧電素子の拘束力が弱められ、変形性が良好となって圧電特性の低下やばらつきを抑制する効果が高められる。さらに、上電極が露出されることで上電極の電気接続も容易となり製造性が向上する。また、圧電素子の側面と連続して振動板の上面に設けられた絶縁体層により、圧電素子と振動板の界面（下電極）での水分や湿気の浸入が防がれ、絶縁破壊や素子特性の低下を抑制する効果が高められる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記絶縁体層が前記圧電素子の側面のみに形成されていることを特徴としている。
【００１８】
本発明では、圧電素子の上面及び周囲に絶縁体層が存在しないことで、変形性が更に良好となり、圧電特性の低下やばらつきを抑制する効果が更に高められる。また、上電極が露出されることで上電極の電気接続も容易となり製造性が向上する。
【００１９】
また、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいては、請求項５に記載の発明のように、前記絶縁体層は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、及び有機系絶縁膜の何れか１つによる単層構造、又は、それらの２つ以上による複層構造としてもよい。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電素子の断面形状は、下側から上側に向かうに従って徐々に幅広となるテーパー状とされていることを特徴としている。
【００２１】
本発明では、圧電素子の断面形状を、下側から上側に向かうに従って徐々に幅広となるテーパー状（逆テーパー状）とすることにより、この断面形状の圧電素子に対する絶縁体層の形成では、複雑なパターニングを行わなくとも、ドライエッチング等によって上記形状の絶縁体層を容易に形成できる。これにより、圧電特性への影響を低減しつつ、高湿環境下での圧電素子の信頼性向上を図るとともに、電気接続も容易である上記構成の絶縁体層を、簡単且つ低コストに製造することができる製造方法を実現できる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドを製造する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記振動板の上面に前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、前記圧電素子形成工程後に、前記圧電素子の表面を含む前記振動板の上面全域に前記絶縁体層を形成する絶縁体層形成工程と、前記絶縁体層形成工程後に、ドライエッチングにより前記絶縁体層の各部を所定の層厚に加工する又は除去する絶縁体層加工工程と、を有することを特徴としている。
【００２３】
本発明では、圧電素子形成工程で、振動板の上面に圧電素子を形成し、絶縁体層形成工程で、圧電素子の表面を含む振動板の上面全域に絶縁体層を形成し、絶縁体層加工工程で、ドライエッチングにより絶縁体層の各部を所定の層厚に加工する又は除去する。これにより、請求項１〜請求項６に記載した構成の液滴吐出ヘッドが製造可能となる。また、フォトリソグラフィ工程（フォトレジストマスクやハードマスク）を使用せず、ドライエッチングによって絶縁体層を最終形状に加工することにより、製造工程が簡素化されコストを低減することができる。さらに、圧電体が厚い場合でも、上記の形状の絶縁体層を容易に形成及び加工することができる。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、液滴吐出装置において、請求項１〜請求項６の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴としている。また、請求項９に記載の発明は、請求項８記載の液滴吐出装置において、前記液滴吐出ヘッドが請求項７記載の製造方法によって製造されていることを特徴としている。
【００２５】
本発明では、ノズルから液滴を吐出させるために用いる圧電素子の特性低下やばらつきを抑え、高湿環境下でも高い信頼性が得られるとともに、製造工程を簡素化してコストを低減することができる液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置が得られる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の液滴吐出ヘッド及びその製造方法、並びに液滴吐出装置によれば、ノズルから液滴を吐出させるために用いられる圧電素子の特性低下やばらつきが抑えられ、高湿環境下でも高い信頼性が得られるとともに、製造工程が簡略化されてコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置について説明する。
【００２８】
（第１の実施形態）
まず、図１を用いてインクジェット記録装置７０の概要を説明する。なお、記録媒体は記録紙Ｐとして説明する。また図１では、インクジェット記録装置７０における記録紙Ｐの搬送方向を副走査方向として矢印Ｓで表し、その搬送方向と直交する方向を主走査方向として矢印Ｍで表す。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態のインクジェット記録装置７０は、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクジェット記録ユニット７２を搭載するキャリッジ７６を備えている。キャリッジ７６は、記録紙Ｐの搬送方向上流側に一対のブラケット７８が突設されており（図２参照）、この一対のブラケット７８にそれぞれ形成された円形孔７８Ａには、主走査方向に架設されたシャフト８０が挿通されている。
【００３０】
キャリッジ７６に対し主走査方向の両端側には、主走査機構８２を構成する駆動プーリー８４と従動プーリー８６が配設されており、これらの駆動プーリー８４と従動プーリー８６にはタイミングベルト８８が巻回されている。上記のキャリッジ７６は、このタイミングベルト８８の一部に固定されており、駆動プーリー８４の回転駆動によってタイミングベルト８８が主走査方向に走行すると、一対のブラケット７８がシャフト８０にガイドされて主走査方向に往復移動する。
【００３１】
キャリッジ７６及びシャフト８０の下方には、搬送ローラー９０及び排出ローラー９２からなる副走査機構９４が設けられている。副走査機構９４は、画像記録前の記録紙Ｐを束にして載置する給紙トレイ９６から１枚ずつ給紙された記録紙Ｐを所定のピッチで副走査方向へ搬送する。
【００３２】
インクジェット記録装置７０に搭載される各色のインクジェット記録ユニット７２は、図２に示すように、インクジェット記録ヘッド７４と、インクジェット記録ヘッド７４にインクを供給するインクタンク９８とが一体に構成されたものであり、インクジェット記録ヘッド７４の下面に形成された複数のノズル１０（図４（Ｂ）参照）が、記録紙Ｐと対向するようにキャリッジ７６上に搭載されている。
【００３３】
これにより、画像を記録する際には、インクジェット記録ヘッド７４が主走査機構８２（図１参照）に駆動されて主走査方向（例えば往路方向）へ移動しながら、記録紙Ｐに対してノズル１０から選択的にインク滴を吐出することにより、記録紙Ｐ上における所定のバンド領域ＢＥに、画像データに基づく画像の一部が記録される。
【００３４】
この主走査方向への１回の移動が終了すると、記録紙Ｐは、副走査機構９４（図１参照）によって副走査方向に所定ピッチ搬送され、続いてインクジェット記録ヘッド７４（インクジェット記録ユニット７２）が主走査方向における上記方向とは反対方向（例えば復路方向）へ移動しながら、次のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録される。この画像記録動作を複数回繰り返すことによって、記録紙Ｐに画像データに基づく全体画像がフルカラーで記録される。
【００３５】
インクジェット記録装置７０は以上の構成とされており、次に、このインクジェット記録装置７０に搭載されたインクジェット記録ヘッド７４について詳細に説明する。
【００３６】
本実施形態のインクジェット記録ヘッド７４は、図３及び図４に示す積層流路板１１４を備えている。積層流路板１１４は、ノズルプレート１１６、流路プレート１１８、供給路プレート１２０、圧力室プレート１２２、及び振動板１２４の合計５枚のプレートを位置合わせして積層し、接着剤等の接合手段によって接合することにより形成されている。圧力室プレート１２２、供給路プレート１２０及び流路プレート１１８には、副走査方向に沿って長孔１２６、１２８、１３０が形成されており、流路プレート１１８、供給路プレート１２０及び圧力室プレート１２２が積層された状態で、長孔１２６、１２８、１３０によって、共通流路が構成される。
【００３７】
振動板１２４には、共通流路の端部に対応する位置に、インク供給孔１３４が形成されている。このインク供給孔１３４にはインクタンク９８（図２参照）が接続され、インクタンク９８からインク供給孔１３４を通して上記の共通流路にインクが供給される。
【００３８】
流路プレート１１８には、長孔１３０から連続して、且つ主走査方向に沿って複数（図３では１２本のみ示す）の流路１３６が形成されており、供給路プレート１２０、流路プレート１１８及びノズルプレート１１６が積層された状態で、共通流路（長孔１３０）からインクが流入して流路１３６内を流れるようになる。
【００３９】
圧力室プレート１２２には、流路１３６のそれぞれに対応して複数の圧力室１４２を構成する開口が形成されており、この開口と、供給路プレート１２０及び振動板１２４とで、圧力室１４２が構成されている。さらに、それぞれの圧力室１４２に対応して、振動板１２４には圧電素子１４４が取り付けられており、振動板１２４と圧電素子１４４とで、圧力室１４２にそれぞれに対応した単板型のピエゾアクチュエータ１５４（圧電アクチュエータ）が複数構成されている。
【００４０】
また、供給路プレート１２０には、図３から分かるように、圧力室１４２のそれぞれに１つずつ、インク供給路１４６及びインク排出路１４８が形成されている。さらに、流路プレート１１８及びノズルプレート１１６には、それぞれインク排出路１４８に対応する位置に、連通路１５０及びインク吐出口１５２が形成されている。インク排出路１４８、連通路１５０及びインク吐出口１５２によって、ノズル１４０が構成されている。さらに、圧力室１４２、ノズル１４０及びピエゾアクチュエータ１５４によって、イジェクタが構成されている。
【００４１】
したがって、図４の断面図からも分かるように、流路１３６から圧力室１４２、インク排出路１４８、連通路１５０及びインク吐出口１５２へと連続するインクの通路が構成されていることになる。インクタンク９８から送られてきたインクは、インク供給孔１３４を介して液滴吐出ヘッド１１２に供給され、共通流路内からそれぞれの流路１３６を経て、圧力室１４２内に充填される。
【００４２】
図４に示すように、圧電素子１４４は、圧電体１５６と、この圧電体１５６の厚み方向の両端面（上下面）に設けられた電極層１５８、１６０と、で構成されており、図５に示すように、断面形状が下側（電極層１６０側）から上側（電極層１５８）に向かうに従って徐々に幅広となるテーパー状とされている。また、圧電体１５６の上面側に配置された電極層１５８によって高電位が印加される上電極が構成され、下面側に配置された電極層１６０によって低電位が印加される下電極が構成されている。
【００４３】
電極層１５８は、圧電体１５６に接して設けられ、標準電極電位が０Ｖよりも大きい金属材料からなる第１の金属層１６２と、この第１の金属層１６２に接して設けられた第２の金属層１６４とから構成される。また、電極層１６０は、導電性金属酸化物を含み、圧電体１５６に接して設けられた金属酸化物層１６６と、この金属酸化物層１６６に接して設けられた第３の金属層１６８とから構成される。なお、金属酸化物層１６６は、導電性金属酸化物の代りに非導電性金属酸化物から構成されていてもよい。但し、この場合には、第３の金属層１６８のみが電極層１６０として機能する。
【００４４】
圧電素子１４４の表面（上面及び側面）、及び振動板１２４の上面の所定領域には、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、有機系絶縁膜（ポリイミド、パリレン等）などからなる単層構造の絶縁体層１７０が形成されている。本実施形態の絶縁体層１７０は、圧電素子１４４の側面部分に設けられた側面部１７０Ａ、側面部１７０Ａの下端部から連続して振動板の上面における圧電素子１４４の周囲に設けられた周囲部１７０Ｂ、及び、側面部１７０Ａの上端部から連続して圧電素子１４４の上面部分（電極層１５８）に設けられた上面部１７０Ｃによって構成されている。また、振動板１２４の上面における圧電素子１４４の周囲（周囲部１７０Ｂ）、すなわち、隣接する圧電素子１４４の間では分離しており、層厚については、側面部１７０Ａよりも上面部１７０Ｃの方が薄くされている。
【００４５】
この絶縁体層１７０に被覆された圧電素子１４４に、画像情報に応じた駆動電圧波形を印加すると、圧電素子１４４が変形して振動板１２４が振動し、圧力室１４２を膨張又は圧縮させる。これによって圧力室１４２に体積変化が生じると、圧力室１４２内に圧力波が発生する。この圧力波の作用によってノズル１４０（インク排出路１４８、連通路１５０及びインク吐出口１５２）のインクが運動し、インク吐出口１５２から外部へ排出されることによりインク滴が形成される。
【００４６】
特に、本実施形態では、図３及び図４から分かるように、圧電素子１４４が、圧力室１４２のそれぞれに対応して一対一で設けられており、圧力室１４２ごとに圧電素子１４４が独立して個別化されている。このため、各々の圧電素子１４４が、隣接する圧電素子１４４の影響を受けることなく、それぞれの圧電特性を発揮できるようになっている。
【００４７】
ここで、本実施形態の圧電素子１４４では、圧電体１５６の高電位が印加される側の面に接して、標準電極電位が０Ｖよりも大きい金属材料からなる第１の金属層１６２が設けられ、圧電体１５６の低電位が印加される側の面に接して、金属酸化物層１６６が設けられているため、圧電素子１４４を高温高湿環境下で長時間駆動させても圧電素子１４４の高電位側での電気化学的反応の進行を抑制することができ、また、圧電素子１４４の低電位側における圧電体１５６の低電位側部分への酸素空孔の蓄積を抑制することができる。このため、圧電素子１４４の圧電特性の経時的劣化を長時間にわたり抑制することができ、さらに、液滴吐出ヘッドとしても、長期に渡り安定した吐出性能と、高い信頼性を維持し続けることができる。
【００４８】
また、例えば、圧電体１５６及び電極層１５８、１６０の側面が露出した構造では、その側面露出部の近傍において、水の電解や局所的なｐＨ変化等が発生しやすい。このため、従来のように、電気化学的に不安定なクロムや導電性酸化膜が設けられた構成では、これら金属膜や導電性酸化膜の一部が溶出し、電極層の変色や圧電特性の劣化が生じるおそれがある。これに対し、本実施形態では、圧電体１５６及び電極層１５８、１６０の側面が露出していても、電極層の変色や圧電特性の劣化を抑制する効果が得られる。
【００４９】
だたし、前述したように、例えば多ノズル化された長尺ヘッド等に対しては、全ノズルに対応する全ての圧電素子で高い信頼性を得るには、この構成によっても十分ではなく、高湿環境下での長時間駆動においては、次第に圧電特性が劣化してしまうこともある。
【００５０】
これに対し、本実施形態では、圧電素子１４４の表面に絶縁体層１７０を形成して被覆していることにより、圧電素子１４４への水分吸着が絶縁体層１７０によって防がれ、高湿環境下であっても絶縁破壊や素子特性の低下が抑えられる。また、圧電素子１４４の側面（側面部１７０Ａ）と連続して振動板１２４の上面に設けられた絶縁体層１７０の周囲部１７０Ｂにより、圧電素子１４４と振動板１２４の界面（下電極）での水分や湿気の浸入が確実に防がれ、絶縁破壊や素子特性の低下を抑制する効果が高められる。また、振動板１２４の上面における圧電素子１４４の周囲では、絶縁体層１７０が分離していることで、本実施形態のように、複数の圧電素子が振動板１２４上に個別化されて配置された構成では、絶縁体層１７０を介する素子間のクロストークが低減されるとともに、製造時の応力破壊が抑制される。
【００５１】
また、ここでは、圧電素子１４４の上面部分（上面部１７０Ｃ）での絶縁体層１７０の層厚が、圧電素子１４４の側面部分（側面部１７０Ａ）よりも薄くされていることで、水分吸着による絶縁破壊や特性低下を抑制しつつ、絶縁体層１７０を設けることでの変形性の低下（圧電特性の低下）が抑制される。
【００５２】
第２及び第３の実施形態は、第１実施形態のインクジェット記録ヘッド７４において、圧電素子１４４を被覆する絶縁体層１７０の形状を変更したものであり、以下、その絶縁体層１７０の変更形状と作用について説明する。
【００５３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、図６に示すように、絶縁体層１７０が圧電素子１４４の側面（側面部１７０Ａ）、及びその側面と連続して振動板１２４の上面の一部（周囲部１７０Ｂ）に形成されている。
【００５４】
このように、圧電素子１４４の上面を絶縁体層１７０で被覆しないことにより、絶縁体層１７０による圧電素子１４４の拘束力が弱められ、変形性が良好となって圧電特性の低下やばらつきを抑制する効果が高められる。さらに、上電極（電極層１５８）が露出されることで上電極の電気接続も容易となり製造性が向上する。
【００５５】
またこの構成の場合も、第１の実施形態と同様に、側面部１７０Ａと連続して振動板１２４上に設けられた周囲部１７０Ｂにより、素子下面部からの水分や湿気の浸入が防止され、絶縁破壊や素子特性の低下を抑制する効果が高められる。
【００５６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、図７に示すように、絶縁体層１７０が圧電素子１４４の側面のみに形成されている（側面部１７０Ａ）。
【００５７】
このように、圧電素子１４４の上面及び周囲に絶縁体層１７０が存在しないことで、変形性が更に良好となり、圧電特性の低下やばらつきを抑制する効果が更に高められる。また、第２の実施形態と同様に、上電極（電極層１５８）が露出されることで電気接続も容易となり製造性が向上する。
【００５８】
（第４の実施形態）
次に、上述した圧電素子１４４の表面に、第１〜第３の実施形態で説明した形状の絶縁体層１７０を形成してインクジェット記録ヘッド７４を製造する製造方法について説明する。
【００５９】
（工程１）電極材成膜
まず、必要な厚さ（例えば厚さ３０μｍ）に加工した圧電体の厚み方向端面に、下電極を構成するＳｎＯ（酸化錫）／厚さ０．２μｍ、及び、Ａｕ／厚さ０．１μｍを積層し、上電極を構成するＡｕ／厚さ０．２μｍ、Ｎｉ／厚さ０．６μｍ、及び、Ａｕ／厚さ０．２μｍを積層して成膜する。酸化錫膜の形成は酸素を流入させながら行う反応性スパッタリング法、又は、酸化錫ターゲットを使用したスパッタリング法を用いることができる。ここで、例えば反応性スパッタリングを用いた場合には、酸素流量を増大させて、絶縁性にする。具体的には、例えばＡｒ：２０ｃｍ3／ｍｉｎ  Ｏ２：５ｃｍ3／ｍｉｎの条件で行うことができる。勿論、酸素流量を更に増大させて成膜しても良い。
【００６０】
さらに、圧電体との電気接点を取るための金属膜を、金属膜と同一材料ターゲットを使用し、スパッタリングにより連続成膜する。
【００６１】
（工程２）圧電素子個別化
次に、電極を成膜した圧電体を上電極側が仮固定基板Ｔ側となるように、仮固定基板Ｔ上に仮固定し（図８（Ａ）参照）、仮固定基板Ｔ上において、各圧力室１４２に対応した形状で、且つ成膜した各電極層及び圧電体の側面が露出する構造となるように、ブラスト法やドライエッチング法等を用いて個別化し、圧電素子１４４を形成する。このとき、圧電素子１４４の断面形状は仮固定基板Ｔに対して順テーパー状となる。すなわち、仮固定基板Ｔ側の上電極側から下電極側に向かうに従って徐々に幅狭となるテーパー状となる。
【００６２】
（工程３）圧電素子−流路板接合
次に、図８（Ａ）に示すように、個別化された圧電素子１４４を仮固定基板Ｔ上から、あらかじめ複数のプレートが積層された積層流路板１１４の振動板１２４に接着等の手段により転写・接合し、圧電素子１４４と振動板１２４とでピエゾアクチュエータ１５４を構成する（圧電素子形成工程）。ここで、圧電素子１４４の断面形状は振動板１２４に対して逆テーパー状となる。すなわち、振動板１２４側の下電極側から上電極側に向かうに従って徐々に幅広となるテーパー状となる。
【００６３】
（工程４）絶縁体層形成
次に、図８（Ｂ）に示すように、圧電素子１４４の表面を含む振動板１２４の上面全域に、スパッタリング法等の成膜法を用いて例えば厚さ０．５μｍの絶縁体層１７０を形成する（絶縁体層形成工程）。なお、この絶縁体層１７０には、前述したように、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、及び有機系絶縁膜等を用いる。ここで、逆テーパー状とされた圧電素子１４４の側面部に良好に成膜するため、圧電素子１４４を傾斜回転させながらスパッタリングするとよい。
【００６４】
（工程５）全面エッチング
次に、絶縁体層１７０が形成された圧電素子１４４に対し、全面エッチング（ドライエッチング）を行う（絶縁体層加工工程）。ここで、圧電素子１４４の断面形状が逆テーパー状となっていることにより、側面部１７０Ａでは、上面部１７０Ｃ及び周囲部１７０ＢよりもエッチングガスＧによるエッチング量が少なくされる。したがって、エッチング条件（例えばエッチング時間等）を制御することにより、絶縁体層１７０における圧電素子１４４の側面部分（側面部１７０Ａ）は残したまま、上面部分（上面部１７０Ｃ）や周囲（上面部１７０Ｃ）を薄くする又は除去するなどの、パターニングを用いない選択エッチングが可能となる。
【００６５】
例えば、エッチング時間を短く設定した場合には、図９（Ａ）に示すような、圧電素子１４４の上面部分（上面部１７０Ｃ）、及び、振動板１２４の上面における圧電素子１４４の周囲（周囲部１７０Ｂ）では、圧電素子１４４の側面部分（側面部１７０Ａ）よりも層厚が薄くされている形状の絶縁体層１７０を形成することができる。
【００６６】
また、これよりもエッチング時間を長く設定した場合には、図９（Ｂ）に示すような、圧電素子１４４の上面部分が除去されて側面部分（側面部１７０Ａ）と周囲（周囲部１７０Ｂ）に残存し、隣接する圧電素子１４４の間では分離している形状の第２実施形態に相当する絶縁体層１７０を形成することができる。
【００６７】
また、更にエッチング時間を長く設定した場合には、図９（Ｃ）に示すような、圧電素子の側面（側面部１７０Ａ）のみに残存している形状の第３実施形態に相当する絶縁体層１７０を形成することができる。
【００６８】
（工程６）電気接続
次に、圧電素子１４４の上電極（電極層１５８）に半田接合等の電気接点を介してフレキシブルケーブルを接続する。
【００６９】
（工程７）インク供給路取付
最後に、インクタンク９８から供給されるインクをヘッド内に導入するためのインク供給路を取付ける。
【００７０】
以上により、Ａｕ（０．２μｍ）／Ｎｉ（０．６μｍ）／Ａｕ（０．２μｍ）／圧電体（３０μｍ）／ＳｎＯ（０．２μｍ）／Ａｕ（０．１μｍ）の層構成及び膜厚で、断面が逆テーパー状であり、表面が絶縁体層１７０によって被覆された圧電素子１４４を備える本実施形態のインクジェット記録ヘッド７４が完成する。また、このインクジェット記録ヘッド７４は、仕様によって長尺ヘッドに構成してもよい。
【００７１】
このように、本実施形態では、圧電素子１４４の断面形状を逆テーパー状としていることにより、この断面形状の圧電素子１４４に対する絶縁体層１７０の形成では、複雑なパターニングを行わなくとも、ドライエッチングによって上記形状の絶縁体層１７０を容易に形成できる。これにより、圧電特性への影響を低減しつつ、高湿環境下での圧電素子１４４の信頼性向上を図るとともに、電気接続も容易である上記構成の絶縁体層１７０を、簡単且つ低コストに製造することができる製造方法を実現できる。さらに、ドライエッチングによって絶縁体層１７０を最終形状に加工することにより、圧電体１５６が厚い場合でも、上記形状の絶縁体層１７０を容易に形成することができる。
【００７２】
また、本実施形態の製造方法では、上記の（工程２）において、圧電素子１４４を個別化する条件を変更することにより、図１０に示すように、圧電素子１４４の断面形状の傾斜角度が変更可能である。例えば、図１０（Ｃ）示す圧電素子１４５は、図１０（Ａ）示す圧電素子１４４よりも、側面の傾斜角度を大きくしている。
【００７３】
そのため、（工程５）において、エッチング条件の制御と共に、その傾斜角度の変更を利用することで、絶縁体層１７０を所望の形状に容易に加工することができる。例えば、図１０（Ｂ）及び（Ｄ）に示すように、側面の傾斜角度を大きくした圧電素子１４５では、エッチング条件が同じ場合、傾斜角度の小さい圧電素子１４４よりもエッチングガスＧによる側面部１７０Ａのエッチング量が少なくされるため、側面部１７０Ａの層厚を周囲部１７０Ｂ及び上面部１７０Ｃに対し相対的に厚く形成することができる。
【００７４】
以上、本発明を上述した第１〜第４の実施形態により詳細に説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の形態が実施可能である。
【００７５】
例えば、積層流路板１１４として、上記説明では複数のプレートの積層によって流路を形成しているが、プレートの構成、材質などは上記実施形態に限定されない。例えば、セラミックス、ガラス、樹脂、シリコンなどの材料を用いて、流路を一体成型してもよい。
【００７６】
また、絶縁体層１７０については、上述したように、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、及び有機系絶縁膜の何れか１つによる単層構造に限らず、それらの２つ以上による複層構造としてもよい。
【００７７】
また、上記実施形態では、記録紙Ｐ上に着色インクの液滴（インク滴）を吐出して文字や画像などの記録を行うインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置を例に挙げたが、本発明の液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置としては、このようなインクジェット記録、すなわち、記録用紙上への文字や画像の記録に用いられるものに限定されない。また、記録媒体は紙に限定されるわけではなく、吐出する液体も着色インクに限定されるわけではない。「記録媒体」としては、液滴吐出ヘッドによって液滴を吐出する対象物であればよく、同様に、「画像」あるいは「記録画像」としても、液滴が記録媒体上に付着されることで得られる記録媒体上のドットのパターンであれば、すべて含まれる。したがって、「記録媒体」には、記録用紙やＯＨＰシートなどが含まれるのはもちろんであるが、これら以外にも、たとえば基板、ガラス板などが含まれる。また、「画像」あるいは「記録画像」には、一般的な画像（文字、絵、写真など）のみならず、基板上の配線パターンや３次元物体、有機薄膜などが含まれる。例えば、高分子フィルムやガラス上に着色インクを吐出して行うディスプレイ用のカラーフィルターの作製、溶融状態のハンダを基板上に吐出して行う部品実装用のバンプの形成、有機ＥＬ溶液を基板上に吐出させて行うＥＬディスプレイパネルの形成、溶融状態のハンダを基板上に吐出して行う電気実装用のバンプの形成など、様々な工業的用途を対象とした液滴噴射装置一般に対して、本発明の液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置を適用することも可能である。
【００７８】
また、液滴吐出装置として、上記では液滴吐出ヘッドをキャリッジによって移動させながら液滴吐出を行う形態としたが、インク吐出口１５２を記録媒体の全幅にわたって配置したライン型の液滴吐出ヘッド（長尺ヘッド）を用い、このライン型ヘッドを固定して、記録媒体のみを搬送しながら記録を行う（この場合は主走査のみとなる）など、別の装置形態に本発明を適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドが適用されたインクジェット記録ユニット示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドに備えられた積層流路板を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドに備えられた積層流路板を部分的に示す断面図である。
【図５】図３の５−５線断面で見た本発明の第１の実施形態に係る絶縁体層が形成された圧電素子を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る絶縁体層が形成された圧電素子を示す断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る絶縁体層が形成された圧電素子を示す断面図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドの製造方法によって圧電素子に絶縁体層を形成する工程（Ａ）、（Ｂ）を示す説明図である。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第４の実施形態に係る製造方法によりエッチング条件を変更して異なる形状の絶縁体層が形成された圧電素子を示す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る製造方法により、側面の傾斜角度が小さい圧電素子に対して絶縁体層を形成する工程（Ａ）、（Ｂ）を示す説明図、及び、側面の傾斜角度が大きい圧電素子に対して絶縁体層を形成する工程（Ｃ）、（Ｄ）を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８０】
７０   インクジェット記録装置（液滴吐出装置）
７４   インクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
１２４ 振動板
１４０ ノズル
１４２ 圧力室
１４４ 圧電素子
１５６ 圧電体
１５８ 電極層（上電極）
１６０ 電極層（下電極）
１７０ 絶縁体層
１７０Ａ      側面部
１７０Ｂ      周囲部
１７０Ｃ      上面部
【図１】
2007015341.tif 000003
【図２】
2007015341.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007015341.tif 000008
【図７】
2007015341.tif 000009
【図８】
2007015341.tif 000010
【図９】
2007015341.tif 000011
【図１０】
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