JP5754178B2 - インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置 - Google Patents

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Description

本発明は、インクジェットヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
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、ＭＥＭＳ（マイクロ エレクトロ メカニカル システム）を応用した技術が知られている。
このようなインクジェットヘッドは、振動板上に形成した個別電極及び共通電極、圧電体をパターニングし、圧電素子を形成することにより、アクチュエータとすることができる。
しかしながら、大気中の水分により、圧電体が劣化することが一般的に知られている。
特許文献１には、液滴を吐出するノズル開口にそれぞれ連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子と、上電極から引き出される上電極用リード電極を具備する液体噴射ヘッドが開示されている。このとき、圧電素子を構成する各層及び上電極用リード電極のパターン領域が、下電極及び上電極用リード電極の接続配線との接続部に対向する領域を除いて、無機アモルファス材料からなる絶縁膜によって覆われている。また、絶縁膜が、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを含み、圧電素子が上電極用リード電極との接続部を除いて第１の絶縁膜によって覆われており、上電極用リード電極が第１の絶縁膜上に延設されると共に圧電素子を構成する各層及び上電極用リード電極のパターン領域が、接続配線との接続部に対向する領域を除いて第２の絶縁膜によって覆われている。
しかしながら、下電極上に上電極用リード電極が形成されていないため、高密度化すると、インクジェットヘッドを小型化することができないという問題がある。
本発明は、上記従来技術が有する問題に鑑み、大気中の水分による圧電体の劣化を抑制すると共に、高密度化しても小型化することが可能なインクジェットヘッド及び該インクジェットヘッドを有するインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、複数のノズルが形成されているノズル基板と、前記ノズル基板上に配置されている振動板の間の空間が隔壁により隔てられている複数の液室を有するインクジェットヘッドであって、前記振動板の前記隔壁により隔てられている空間上に、共通電極、圧電体及び個別電極が順次積層されている圧電素子が形成されており、前記共通電極は、前記隔壁上に延在しており、前記圧電素子が形成されている前記振動板上に、第一の開口部が形成されている第一の絶縁膜及び第二の開口部が形成されている第二の絶縁膜が順次積層されており、前記第二の絶縁膜の前記共通電極の一部を含む領域上に第一の配線が形成されており、前記第一の配線は、前記第一の開口部及び前記第二の開口部を介して、前記個別電極と電気的に接続されており、前記第二の絶縁膜と前記第一の配線を含む領域との間に、第三の開口部が形成されている第三の絶縁膜が形成されており、前記第一の配線は、前記第三の開口部をさらに介して、前記個別電極と電気的に接続されており、前記第一の配線上に、第四の開口部が形成されている第四の絶縁膜が形成されており、前記第一の配線は、前記第四の開口部を介して、駆動回路と電気的に接続されており、前記第三の絶縁膜及び前記第四の絶縁膜は、前記隔壁により隔てられている空間上の前記第一の配線を含む領域を除く領域に形成されておらず、前記第二の絶縁膜は、前記第三の絶縁膜が形成されている領域の膜厚が前記第三の絶縁膜が形成されていない領域の膜厚よりも大きいことを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記第三の絶縁膜及び前記第四の絶縁膜は、エッチングすることにより形成されており、前記第二の絶縁膜は、前記エッチングする際のマスク層であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記第二の絶縁膜は、ＡＬＤ法により形成されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記第二の絶縁膜は、前記第三の絶縁膜が形成されていない領域の膜厚が５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記第一の絶縁膜は、膜厚が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドにおいて、前記第一の絶縁膜は、ＡＬＤ法により形成されていることを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、インクジェット記録装置において、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを有することを特徴とする。
本発明によれば、大気中の水分による圧電体の劣化を抑制すると共に、高密度化しても小型化することが可能なインクジェットヘッド及び該インクジェットヘッドを有するインクジェット記録装置を提供することができる。
本発明のインクジェットヘッドの一例を示す部分断面図である。 本発明のインクジェット記録装置の一例を示す図である。
次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。
図１に、本発明のインクジェットヘッドの一例を示す。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）に対して、垂直な方向の断面図である。
インクジェットヘッド１００は、複数の液室１１０が形成されている。複数の液室１１０は、複数のノズル１１１ａが形成されているノズル基板１１１と、ノズル基板１１１上に配置されている振動板１１２ａ及び隔壁１１２ｂを有する液室基板１１２が、接着剤等を用いて接合することにより形成されている。即ち、複数の液室１１０は、ノズル基板１１１と振動板１１２ａの間の空間が隔壁１１２ｂにより隔てられている。
なお、図１には、単一の液室１１０のみが記載されているが、インクジェットヘッド１００は、図１（ｂ）の横方向に、複数の液室１１０が配列している。
また、振動板１１２ａ上に、共通電極１２１が形成されており、共通電極１２１の隔壁１１２ｂにより隔てられている空間上に、それぞれ圧電体１２２及び個別電極１２３が順次積層されている。即ち、振動板１１２ａの隔壁１１２ｂにより隔てられている空間上に、それぞれ圧電素子１２０が形成されている。
さらに、圧電素子１２０が形成されている振動板１１２ａ上に、それぞれの個別電極１２３に対応する開口部１３１ａが形成されている絶縁膜１３１及びそれぞれの個別電極１２３に対応する開口部１３２ａが形成されている絶縁膜１３２が順次積層されている。
このとき、それぞれの開口部１３１ａ及び１３２ａを介して、それぞれの個別電極１２３から共通電極１２１の一部を含む領域上に、それぞれの配線１４０が引き出されている。また、絶縁膜１３２と配線１４０を含む領域との間に、それぞれの配線１４０が引き出されている開口部１３３ａが形成されている絶縁膜１３３が形成されており、開口部１３１ａ、１３２ａ及び１３３ａは、コンタクトホールを形成している。さらに、それぞれの配線１４０上に、それぞれの配線１４０と駆動回路（不図示）を電気的に接続する配線（不図示）が引き出されているコンタクトホール１３４ａが形成されている絶縁膜１３４が形成されている。また、絶縁膜１３３及び絶縁膜１３４は、隔壁１１２ｂにより隔てられている空間上の配線１４０を含む領域を除く領域に形成されていない。
一方、絶縁膜１３１及び１３２には、それぞれ開口部１３１ｂ及び１３２ｂが形成されており、開口部１３１ｂ及び１３２ｂを介して、共通電極１２１から共通電極１２１の一部を含む領域上に、配線１５０が引き出されている。また、絶縁膜１３２と配線１５０を含む領域との間に、配線１５０が引き出されている開口部１３３ｂが形成されている絶縁膜１３３が形成されており、開口部１３１ｂ、１３２ｂ及び１３３ｂは、コンタクトホールを形成している。さらに、配線１５０上に、配線１５０と駆動回路（不図示）を電気的に接続する配線（不図示）が引き出されているコンタクトホール１３４ｂが形成されている絶縁膜１３４が形成されている。
絶縁膜１３１は、それぞれの開口部１３１ａ及び開口部１３１ｂを除いて、圧電素子１２０が形成されている振動板１１２ａを被覆しており、圧電素子１２０のエッチングを抑制する保護膜である。
絶縁膜１３１を構成する材料としては、特に限定されないが、圧電素子１２０の劣化の抑制、振動板１１２ａの変位の点から、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３、ＴｉＯ２等の酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
絶縁膜１３１は、膜厚が２０〜１００ｎｍであることが好ましい。絶縁膜１３１の膜厚が２０ｎｍ未満であると、圧電素子１２０が劣化することがあり、１００ｎｍを超えると、振動板１１２ａの変位が阻害されることがある。
絶縁膜１３１を形成する方法としては、特に限定されないが、圧電素子１２０の劣化の抑制の点から、蒸着法、ＡＬＤ法等が好ましく、使用できる材料の選択肢が広いことから、ＡＬＤ法がさらに好ましい。
絶縁膜１３２は、絶縁膜１３１と同様に、それぞれの開口部１３２ａ及び開口部１３２ｂを除いて、圧電素子１２０が形成されている振動板１１２ａを被覆している。このとき、絶縁膜１３２は、後述する絶縁膜１３３をエッチングする際のマスク層であり、オーバーエッチングにより、絶縁膜１３３が形成されている領域の膜厚が、絶縁膜１３３が形成されていない領域の膜厚よりも大きい。このため、圧電素子の変位の阻害を抑制することができ、インクジェットヘッド１００は、吐出特性に優れる。
絶縁膜１３２を構成する材料としては、特に限定されないが、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２等の酸化物が挙げられ、二種以上併用してもよい。
絶縁膜１３２の絶縁膜１３３が形成されている領域の膜厚は、通常、２０〜１００ｎｍである。絶縁膜１３２の絶縁膜１３３が形成されている領域の膜厚が２０ｎｍ未満であると、絶縁膜１３３が形成されていない領域の絶縁膜１３１がエッチングされることがあり、１００ｎｍを超えると、振動板１１２ａの変位が阻害されることがある。
絶縁膜１３２の絶縁膜１３３が形成されていない領域の膜厚は、通常、５〜４０ｎｍである。絶縁膜１３２の絶縁膜１３３が形成されていない領域の膜厚が５ｎｍ未満であると、絶縁膜１３３が形成されていない領域の絶縁膜１３１がエッチングされることがあり、４０ｎｍを超えると、圧電素子１２０の変位が阻害されることがある。
絶縁膜１３２を形成する方法としては、特に限定されないが、圧電素子１２０の劣化の抑制の点から、蒸着法、ＡＬＤ法等が好ましく、使用できる材料の選択肢が広いことから、ＡＬＤ法がさらに好ましい。
絶縁膜１３３は、配線１４０と共通電極１２１の間に、絶縁膜１３１及び１３２と共に形成されており、配線１４０と共通電極１２１の間の絶縁破壊を抑制する層間保護膜である。これにより、個別電極１２３と配線１４０の配置の自由度が高くなり、インクジェットヘッド１００を高密度化しても、小型化することができる。また、絶縁膜１３３は、エッチングにより、配線１４０を含む領域を除いて、隔壁１１２ｂにより隔てられている空間上に形成されていないため、圧電素子１２０の変位の阻害を抑制することができ、インクジェットヘッド１００は、吐出特性に優れる。
絶縁膜１３３を構成する材料としては、特に限定されないが、配線１４０との密着性の点から、ＳｉＯ２等の酸化物、窒化物、炭化物等の無機材料が挙げられ、二種以上併用してもよい。
絶縁膜１３３の膜厚は、通常、２００ｎｍ以上であり、５００ｎｍ以上が好ましい。絶縁膜１３３の膜厚が２００ｎｍ未満であると、共通電極１２１と配線１４０に印加される電圧で絶縁破壊されることがある。
絶縁膜１３３を形成する方法としては、特に限定されないが、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等が挙げられ、等方的に成膜できる点から、プラズマＣＶＤ法が好ましい。
絶縁膜１３３をエッチングする方法としては、特に限定されないが、フォトリソグラフィーとドライエッチングを用いる方法が挙げられる。
それぞれの開口部１３１ａ、１３２ａ及び１３３ａからなるコンタクトホール及び開口部１３１ｂ、１３２ｂ及び１３３ｂからなるコンタクトホールを形成する方法としては、特に限定されないが、フォトリソグラフィーとドライエッチングを用いる方法が挙げられる。
絶縁膜１３４は、それぞれの開口部１３４ａ及び開口部１３４ｂを除いて、配線１４０及び１５０を被覆しており、配線１４０及び１５０を保護するパシベーション層である。このとき、絶縁膜１３４は、絶縁膜１３３と同様に、配線１４０を含む領域を除いて、隔壁１１２ｂにより隔てられている空間上に形成されていないため、圧電素子１２０の変位の阻害を抑制することができ、インクジェットヘッド１００は、吐出特性に優れる。
絶縁膜１３４を構成する材料としては、特に限定されないが、酸化物、窒化物、炭化物等の無機材料、ポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等の有機材料が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、エッチングによりパターニングできることから、無機材料が好ましい。
絶縁膜１３４の膜厚は、通常、２００ｎｍ以上であり、５００ｎｍ以上が好ましい。絶縁膜１３４の膜厚２００ｎｍ未満であると、配線１４０及び１５０が腐食して断線が発生することがある。
絶縁膜１３４を形成する方法としては、特に限定されないが、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等が挙げられ、等方的に成膜できる点から、プラズマＣＶＤ法が好ましい。
絶縁膜１３４をエッチングする方法としては、特に限定されないが、フォトリソグラフィーとドライエッチングを用いる方法が挙げられる。
ノズル基板１１１を構成する材料としては、特に限定されないが、ステンレス鋼、ポリイミド等が挙げられる。
液室基板１１２は、Ｓｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４がプラズマＣＶＤ法により積層されている振動板１１２ａが形成されている面方位（１００）のシリコン単結晶基板を異方性エッチングすることにより形成することができる。
液室基板１１２の厚さは、通常、１００〜６００μｍである。
圧電体１２２として、線膨張係数が８×１０−６［１／Ｋ］であるＰＺＴを用いる場合、振動板１１２ａの線膨張係数は、５×１０−６〜１×１０−５［１／Ｋ］であることが好ましく、７×１０−６〜９×１０−６［１／Ｋ］がさらに好ましい。
このような振動板１１２ａを構成する材料としては、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、酸化パラジウム等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
このような振動板１１２ａを形成する方法としては、特に限定されないが、スパッタ法、ゾルゲル法等が挙げられる。
振動板１１２ａの厚さは、通常、０．１〜１０μｍであり、０．５〜３μｍが好ましい。振動板１１２ａの厚さが０．１μｍ未満であると、加工が困難になることがあり、１０μｍを超えると、振動板１１２ａが変位しにくくなることがある。
共通電極１２１を構成する材料としては、特に限定されないが、導電性金属酸化物が挙げられる。
導電性金属酸化物は、一般式
ＡＢＯ３
（式中、Ａは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ又はＬａであり、Ｂは、Ｒｕ、Ｃｏ又はＮｉである。）
で表される化合物を主成分とする複合金属酸化物であることが好ましい。このような複合金属酸化物の具体例としては、ＳｒＲｕＯ３、ＣａＲｕＯ３、（Ｓｒ１−ｘＣａｘ）ＲｕＯ３、ＬａＮｉＯ３、ＳｒＣｏＯ３、（Ｌａ１−ｙＳｒｙ）（Ｎｉ１−ｙＣｏｙ）Ｏ３等が挙げられる。
複合金属酸化物以外の導電性金属酸化物としては、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２が挙げられる。
共通電極１２１は、金属及び導電性金属酸化物の積層体であってもよい。
金属としては、特に限定されないが、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔの白金族元素、白金族元素の合金等が挙げられる。
振動板１１２ａとの密着性を向上させるために、Ｔｉ、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ｔａ、Ｔａ２Ｏ５、Ｔａ３Ｎ５等の上に、金属及び導電性金属酸化物の積層体を形成することが好ましい。
共通電極１２１を形成する方法としては、特に限定されないが、スパッタ法、ゾルゲル法等が挙げられる。
圧電体１２２を構成する材料としては、特に限定されないが、ＰＺＴ等の複合金属酸化物が挙げられる。ＰＺＴとは、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）の固溶体である。一般的に優れた圧電特性を示すＰＺＴは、Ｐｂ（Ｚｒ０．５３Ｔｉ０．４７）Ｏ３である。
ＰＺＴ以外の複合金属酸化物としては、チタン酸バリウム等が挙げられる。
複合金属酸化物は、一般式
ＡＢＯ３
（式中、Ａは、Ｐｂ、Ｂａ又はＳｒであり、Ｂは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ又はＮｂである。）
で表される化合物を主成分とする。このような複合金属酸化物の具体例としては、（Ｐｂ１−ｘＢａｘ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ１−ｘＳｒｘ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３が挙げられる。これらは、ＰＺＴのＰｂの一部をＢａ又はＳｒで置換した化合物である。ＰＺＴのＰｂは、２価の元素により置換することができ、熱処理中の鉛の蒸発による特性の劣化を低減させることができる。
圧電体１２２を形成する方法としては、特に限定されないが、スパッタ法、ゾルゲル法等が挙げられる。
圧電体１２２をパターニングする方法としては、特に限定されないが、フォトリソエッチング等が挙げられる。
個別電極１２３を構成する材料としては、特に限定されないが、導電性金属酸化物が挙げられる。
導電性金属酸化物は、一般式
ＡＢＯ３
（式中、Ａは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ又はＬａであり、Ｂは、Ｒｕ、Ｃｏ又はＮｉである。）
で表される化合物を主成分とする複合金属酸化物であることが好ましい。このような複合金属酸化物の具体例としては、ＳｒＲｕＯ３、ＣａＲｕＯ３、（Ｓｒ１−ｘＣａｘ）ＲｕＯ３、ＬａＮｉＯ３、ＳｒＣｏＯ３、（Ｌａ１−ｙＳｒｙ）（Ｎｉ１−ｙＣｏｙ）Ｏ３等が挙げられる。
複合金属酸化物以外の導電性金属酸化物としては、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２が挙げられる。
個別電極１２３は、導電性金属酸化物及び金属の積層体であってもよい。
金属としては、特に限定されないが、白金、イリジウム等の白金族元素、白金−ロジウム合金等の白金族元素の合金、Ａｇ合金、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ等が挙げられる。
個別電極１２３を形成する方法としては、特に限定されないが、スパッタ法、ゾルゲル法等が挙げられる。
個別電極１２３をパターニングする方法としては、特に限定されないが、フォトリソエッチング等が挙げられる。
配線１４０及び１５０を構成する材料としては、特に限定されないが、Ａｇ合金、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ等が挙げられる。
配線１４０及び１５０を形成する方法としては、特に限定されないが、スパッタ法、スピンコート法等が挙げられる。
配線１４０及び１５０をパターニングする方法としては、特に限定されないが、フォトリソエッチング等が挙げられる。
配線１４０及び１５０は、絶縁膜１３３を部分的に表面改質させることにより、インクジェット法を用いてパターニングすることができる。例えば、絶縁膜１３３を構成する材料が酸化物である場合、シラン化合物を用いて表面改質することができる。その結果、インクジェット法を用いて、表面エネルギーを増大させた領域に、高精細なパターンを直接描画することができる。
配線１４０及び１５０は、導電性ペーストを用いてスクリーン印刷することによりパターニングすることができる。
導電性ペーストの市販品としては、金ペーストのパーフェクトゴールド（登録商標）（真空冶金社製）、銅ペーストのパーフェクトカッパー（真空冶金社製）、印刷用透明ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳインクのＯｒｇａｃｏｎＰａｓｔｅ ｖａｒｉａｎｔ １／４、Ｐａｓｔｅ ｖａｒｉａｎｔ １／３（以上、日本アグファ・ゲバルト社製）、カーボン電極ペーストのＯｒｇａｃｏｎＣａｒｂｏｎ Ｐａｓｔｅ ｖａｒｉａｎｔ ２／２（日本アグファ・ゲバルト社製）、ＰＥＤＴ／ＰＳＳ水溶液のＢＡＹＴＲＯＮ（登録商標） Ｐ（日本スタルクヴィテック社製）等が挙げられる。
配線１４０及び１５０の厚さは、通常、０．１〜２０μｍであり、０．２〜１０μｍが好ましい。配線１４０及び１５０の厚さが０．１μｍ未満であると、配線１４０及び１５０の抵抗が大きくなることがあり、２０μｍを超えると、プロセス時間が長くなることがある。
図２に、本発明のインクジェット記録装置の一例を示す。なお、図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ斜視図及び機構部の側面図である。
インクジェット記録装置２００は、本体２０１の内部に、主走査方向に移動可能なキャリッジ２０２、キャリッジ２０２に搭載されているインクジェットヘッド２０３、インクカートリッジ２０４で構成される印字機構部２０５が収納されている。また、インクジェット記録装置２００は、本体２０１の下方部に、前方側から用紙Ｐを積載することが可能な給紙カセット２０６を抜き差し自在に装着することができ、用紙Ｐを手差しで給紙するための手差しトレイ２０７を開倒することができる。インクジェット記録装置２００は、給紙カセット２０６又は手差しトレイ２０７から給送される用紙Ｐを取り込み、印字機構部２０５で画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ２０８に排紙する。
キャリッジ２０２は、左右の側板（不図示）に横架されている主ガイドロッド２０９と従ガイドロッド２１０により、主走査方向に摺動自在に保持されている。キャリッジ２０２には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びブラック（Ｂｋ）の各色のインクを吐出するインクジェットヘッド２０３が、複数のノズルが主走査方向と交差する方向に配列し、インクを吐出する方向が下方になるように、装着されている。キャリッジ２０２には、インクジェットヘッド２０３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２０４が交換可能に装着されている。
インクカートリッジ２０４は、大気と連通する大気口（不図示）が上方に形成されており、インクジェットヘッド２０３にインクを供給するための供給口（不図示）が下方に形成されており、インクが充填されている多孔質体（不図示）が内部に設置されている。このとき、多孔質体の毛管力により、インクジェットヘッド２０３に供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
なお、各色のインクを吐出するインクジェットヘッド２０３を配列する代わりに、各色のインクを吐出する１個のインクジェットヘッドを設置してもよい。
ここで、キャリッジ２０２は、用紙Ｐを搬送する方向に対して下流側が、主ガイドロッド２０９により摺動自在に嵌装されており、用紙Ｐを搬送する方向に対して上流側が、従ガイドロッド２１０により摺動自在に載置されている。そして、主走査モーター２１１により回転駆動される駆動プーリ２１２と従動プーリ２１３との間に、タイミングベルト２１４が張装されており、タイミングベルト２１４をキャリッジ２０２に固定している。このため、主走査モーター２１１を回転させることにより、キャリッジ２０２を主走査方向に移動走査することができる。
一方、給紙カセット２０６に積載された用紙Ｐをインクジェットヘッド２０３の下方側に搬送するために、給紙カセット２０６から用紙Ｐを分離給装する給紙ローラ２１５及びフリクションパッド２１６と、用紙Ｐを案内するガイド部材２１７と、給紙された用紙Ｐを反転させて搬送する搬送ローラ２１８と、搬送ローラ２１８の周面に押し付けられる搬送コロ２１９及び搬送ローラ２１８から用紙Ｐを送り出す角度を規定する先端コロ２２０が設置されている。搬送ローラ２１８は、副走査モーター２２１によりギヤ列（不図示）を介して回転駆動される。
そして、キャリッジ２０２の主走査方向の移動範囲に対応して、搬送ローラ２１８から送り出された用紙Ｐをインクジェットヘッド２０３の下方側で案内するガイド部材２２２が設置されている。ガイド部材２２２の用紙Ｐを搬送する方向に対して下流側には、用紙Ｐを排紙する方向に送り出すために回転駆動される搬送コロ２２３及び拍車２２４が設置されている。さらに、搬送コロ２２３及び拍車２２４により送り出された用紙Ｐを案内するガイド部材２２５及び２２６、ガイド部材２２５及び２２６により案内された用紙Ｐを排紙トレイ２０８に送り出す排紙ローラ２２７及び拍車２２８が設置されている。
用紙Ｐに画像を記録する時は、キャリッジ２０２を移動させながら、画像信号に応じてインクジェットヘッド２０３を駆動することにより、停止している用紙Ｐにインクを吐出して１行分を記録した後、用紙Ｐを搬送する操作を繰り返す。画像の記録が終了した信号又は用紙Ｐの後端が記録領域に到達した信号を受けると、画像を記録する動作を終了し、用紙Ｐを排紙する。
また、キャリッジ２０２が移動する方向に対して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２０３の吐出不良を回復するための回復装置２２９が設置されている。回復装置２２９は、キャップ手段（不図示）、吸引手段（不図示）及びクリーニング手段（不図示）を有する。キャリッジ２０２は、待機中に、回復装置２２９の側に移動してキャッピング手段によりインクジェットヘッド２０３がキャッピングされ、ノズルを湿潤状態に保持することにより、インクの乾燥による吐出不良を防止する。また、画像を記録する途中等に画像の記録と関係しないインクを吐出することにより、全てのノズルにおけるインクの粘度を一定にして、安定した吐出性能を維持することができる。
なお、吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段によりインクジェットヘッド２０３のノズルを密封し、吸引手段により、チューブを通して、ノズルからインク、気泡等を吸い出し、クリーニング手段により、ノズルに付着したインク、ゴミ等を除去して、吐出不良を回復することができる。このとき、吸引手段により吸引されたインクは、本体２０１の下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜の内部に設置されているインク吸収体に吸収保持される。
［ＰＺＴ前駆体溶液の合成］
酢酸鉛三水和物をメトキシエタノールに溶解させた後、脱水し、酢酸鉛三水和物のメトキシエタノール溶液を得た。一方、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させた後、アルコール交換反応及びエステル化反応を進行させた。次に、酢酸鉛三水和物のメトキシエタノール溶液を加え、０．５ｍｏｌ／ＬのＰＺＴ前駆体溶液を得た。このとき、熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性の低下を防ぐため、化学量論組成に対して、鉛を１０ｍｏｌ％過剰にした。
［実施例１］
シリコンウェハ上に、膜厚が１μｍの熱酸化膜（振動板１１２ａ）を形成し、熱酸化膜上に、膜厚が５０ｎｍのチタン膜、膜厚が２００ｎｍの白金膜及び膜厚が１００ｎｍのＳｒＲｕＯ３膜の積層体をスパッタにより成膜した。
次に、積層体上に、ＰＺＴ前駆体溶液をスピンコート法により塗布し、１２０℃で乾燥し、５００℃で熱分解する工程を３回繰り返した後、ＲＴＡ（急速熱処理）により７００℃で結晶化した。この操作を４回繰り返すことにより、膜厚が１μｍのＰｂ（Ｚｒ０．５３Ｔｉ０．４７）Ｏ３膜を成膜した。
次に、Ｐｂ（Ｚｒ０．５３Ｔｉ０．４７）Ｏ３膜上に、膜厚が１００ｎｍのＳｒＲｕＯ３膜及び膜厚が１００ｎｍの白金膜の積層体をスパッタにより成膜した。
次に、フォトレジストＴＳＭＲ８８００（東京応化社製）をスピンコート法により塗布し、フォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成した後、ＩＣＰエッチング装置（サムコ社製）を用いて、パターニングし、圧電素子１２０を形成した（図１参照）。
次に、圧電素子１２０が形成された振動板１１２ａ上に、ＡＬＤ法により、膜厚が５０ｎｍのＡｌ２Ｏ３膜（絶縁膜１３１）を成膜した。このとき、Ａｌ及びＯの原材料としては、ＴＭＡ（シグマアルドリッチ社製）及びオゾンジェネレーターによって発生させたＯ３を用い、交互に積層することにより成膜した。
次に、絶縁膜１３１上に、ＡＬＤ法により、膜厚が５０ｎｍのＺｒＯ２膜（絶縁膜１３２）を成膜した。このとき、Ｚｒ及びＯの原材料としては、Ｚｒ（ＯＣ（ＣＨ３）３）４（シグマアルドリッチ社製）及びオゾンジェネレーターによって発生させたＯ３を用い、交互に積層することにより成膜した。
次に、絶縁膜１３２上に、プラズマＣＶＤ法により、膜厚が５００ｎｍのＳｉＯ２膜を成膜した後、エッチングによりコンタクトホールを形成し、絶縁膜１３３を形成した。
次に、絶縁膜１３３上に、スパッタによりＡｌ膜を成膜した後、エッチングによりパターニングし、配線１４０及び１５０を形成した。
次に、配線１４０及び１５０上に、プラズマＣＶＤ法により、膜厚が１μｍのＳｉ３Ｎ４膜を成膜した後、エッチングによりコンタクトホールを形成し、絶縁膜１３４を形成した。
次に、隔壁１１２ｂにより隔てられている空間上の配線１４０を含む領域を除く領域の絶縁膜１３４及び１３３を連続エッチングした。その結果、絶縁膜１３２は、絶縁膜１３３が形成されていない領域の膜厚が３７ｎｍとなった。さらに、エッチングによりコンタクトホール１３４ａ及び１３４ｂを形成した。
次に、シリコンウェハのエッチングにより隔壁１１２ｂを形成した後、ノズル１１１ａが形成されているノズル基板１１１と接合し、インクジェットヘッド１００を得た。
［実施例２］
Ａｌ２Ｏ３膜（絶縁膜１３１）及びＺｒＯ２膜（絶縁膜１３２）の膜厚を２０ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして、インクジェットヘッド１００を得た。絶縁膜１３２は、絶縁膜１３３が形成されていない領域の膜厚が９ｎｍとなった。
［実施例３］
Ａｌ２Ｏ３膜（絶縁膜１３１）及びＺｒＯ２膜（絶縁膜１３２）の膜厚を１００ｎｍとした以外は、実施例１と同様にして、インクジェットヘッド１００を得た。絶縁膜１３２は、絶縁膜１３３が形成されていない領域の膜厚が２５ｎｍとなった。
［比較例１］
ＺｒＯ２膜（絶縁膜１３２）を成膜しなかった以外は、実施例１と同様にして、インクジェットヘッドを得た。
［電気特性］
実施例１〜３及び比較例１のインクジェットヘッドの電気特性を評価した。次に、８０℃、８５％ＲＨの環境下にインクジェットヘッドを１００時間放置した後に、電気特性を評価した。
なお、電気特性としては、１５０ｋＶ／ｃｍの電界強度における飽和分極Ｐｓ［μＣ／ｃｍ２］を測定した。
［吐出特性］
実施例１〜３及び比較例１のインクジェットヘッドの共通電極１２１と個別電極１２３の間に、単純Ｐｕｓｈ波形により−１０〜−３０Ｖの電圧を印加し、粘度が５ｃｐであるインクの吐出状況を評価した。なお、インクを吐出できる場合を○、インクを吐出できない場合を×として、判定した。
表１に、電気特性及び吐出特性の評価結果を示す。
Figure 0005754178
 表１から、実施例１〜３のインクジェットヘッドは、吐出特性に優れ、大気中の水分による圧電体の劣化を抑制できることがわかる。
一方、比較例１のインクジェットヘッドは、大気中の水分により圧電体が劣化していることがわかる。これは、ＺｒＯ２膜（絶縁膜１３２）が成膜されていないため、絶縁膜１３４及び１３３を連続エッチングする際に、Ａｌ２Ｏ３膜（絶縁膜１３１）がエッチングされたことに起因していると考えられる。
１００ インクジェットヘッド
１１０ 液室
１１１ ノズル基板
１１１ａ ノズル
１１２ 液室基板
１１２ａ 振動板
１１２ｂ 隔壁
１２０ 圧電素子
１２１ 共通電極
１２２ 圧電体
１２３ 個別電極
１３１、１３２、１３３、１３４ 絶縁層
１３１ａ、１３２ａ、１３３ａ 開口部
１３１ｂ、１３２ｂ、１３３ｂ 開口部
１３４ａ、１３４ｂ コンタクトホール
１４０、１５０ 配線
特開２０１０−４２６８３号公報

Claims (7)

  1. 複数のノズルが形成されているノズル基板と、前記ノズル基板上に配置されている振動板の間の空間が隔壁により隔てられている複数の液室を有するインクジェットヘッドであって、
    前記振動板の前記隔壁により隔てられている空間上に、共通電極、圧電体及び個別電極が順次積層されている圧電素子が形成されており、
    前記共通電極は、前記隔壁上に延在しており、
    前記圧電素子が形成されている前記振動板上に、第一の開口部が形成されている第一の絶縁膜及び第二の開口部が形成されている第二の絶縁膜が順次積層されており、
    前記第二の絶縁膜の前記共通電極の一部を含む領域上に第一の配線が形成されており、
    前記第一の配線は、前記第一の開口部及び前記第二の開口部を介して、前記個別電極と電気的に接続されており、
    前記第二の絶縁膜と前記第一の配線を含む領域との間に、第三の開口部が形成されている第三の絶縁膜が形成されており、
    前記第一の配線は、前記第三の開口部をさらに介して、前記個別電極と電気的に接続されており、
    前記第一の配線上に、第四の開口部が形成されている第四の絶縁膜が形成されており、
    前記第一の配線は、前記第四の開口部を介して、駆動回路と電気的に接続されており、
    前記第三の絶縁膜及び前記第四の絶縁膜は、前記隔壁により隔てられている空間上の前記第一の配線を含む領域を除く領域に形成されておらず、
    前記第二の絶縁膜は、前記第三の絶縁膜が形成されている領域の膜厚が前記第三の絶縁膜が形成されていない領域の膜厚よりも大きいことを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 前記第三の絶縁膜及び前記第四の絶縁膜は、エッチングすることにより形成されており、
    前記第二の絶縁膜は、前記エッチングする際のマスク層であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
  3. 前記第二の絶縁膜は、ＡＬＤ法により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインクジェットヘッド。
  4. 前記第二の絶縁膜は、前記第三の絶縁膜が形成されていない領域の膜厚が５ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
  5. 前記第一の絶縁膜は、膜厚が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
  6. 前記第一の絶縁膜は、ＡＬＤ法により形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッドを有することを特徴とするインクジェット記録装置。
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