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

液体吐出ヘッド、液体吐出装置および画像形成装置 Download PDF

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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)とチタン酸(PbTiO)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。
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、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、ZrO、Y、Ta、TiO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、Si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、CaRuOや、これらの固溶体である(Sr1−XCa)Oの他、LaNiO、SrCoOや、これらの固溶体である(La,Sr)(Ni1−yCo)O(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、RuO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)との密着性が悪いために、Ti、TiO、TiN、Ta、Ta、Ta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)とチタン酸(PbTiO)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とPbTiOとの比率が53:47の割合で、化学式で示すとPb(Zr0.53,Ti0.47)O、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、(Pb1−X,Ba)(Zr,Ti)O、(Pb1−X,Sr)(Zr,Ti)O、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、CaRuOや、これらの固溶体である(Sr1−XCa)O3の他、LaNiO、SrCoOや、これらの固溶体である(La,Sr)(Ni1−YCo) O(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、RuO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
Figure 0005708098
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、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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