JP7013914B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、および液体を吐出する装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、および液体を吐出する装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置等に使用される液体吐出ヘッドに関して、液体を吐出するノズルと、ノズルが連通する圧力室と、圧力室内の液体を加圧する圧電素子等の電気機械変換素子と、を有するものが知られている。また、液体吐出ヘッドには、縦振動モードのアクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものと２種類が実用化されている。

たわみ振動モードを利用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力室に対応する形状に切り分けて各圧力室に独立するように電気機械変換素子を形成したものが知られている。

このような構成の液体吐出ヘッドでは、流路基板において、ノズル基板側の面に溝を形成するものがある。例えば、特許文献１には、ノズル開口が開設されたノズル基板と、ノズル基板との接合状態でノズル開口に連通する圧力室を含む液体流路を形成する流路基板と、圧力室の一部を区画する振動板を変形させることにより、当該圧力室の容積を変化させる圧力発生源と、を備えた液体噴射ヘッドであって、流路基板において、圧力室の列設方向の両側に液滴の吐出に関与しないダミー圧力室を配設するとともに、液体流路よりも外側の領域に、ノズル基板と流路基板とを接合する際の余剰な接着剤を導入する逃げ溝を設けた液体噴射ヘッドが開示されている。

しかしながら、圧力室の配列方向の端部側に、溝部を設ける場合、溝部の形成位置での振動板の撓み方および撓み量（以下、撓み具合ともいう）によって、溝部に近い端部側の電気機械変換素子の形成位置での振動板の撓み具合に影響を与えてしまうことがわかった。このように、電気機械変換素子間で振動板の撓み具合にバラつきが生じてしまうと、液体吐出ヘッドの吐出性能に影響を与えてしまう。

そこで本発明は、溝部を有する構成において、電気機械変換素子間での振動板の撓み具合のバラつき発生を抑制し、良好な吐出性能を得ることができる液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出する複数のノズルに連通する液体吐出用の圧力室が所定方向に複数並んで形成された圧力室形成基板と、前記圧力室形成基板の前記ノズル側とは反対側に設けられ、その一部が前記圧力室の壁面を構成する振動板層と、各圧力室に対応して前記振動板層上に設けられる電気機械変換素子と、を備え、前記圧力室形成基板には、前記所定方向における前記圧力室の端部側に、ノズル側の面が開口された溝が形成され、前記圧力室上の振動板層は、該圧力室側に撓んで形成されており、前記溝上の振動板層は、該溝の開口側に撓んで形成されており、前記圧力室の振動板層の撓み度合は、前記溝の振動板層の撓み度合よりも大きいものである。

本発明によれば、溝部を有する構成において、電気機械変換素子間での振動板の撓み具合のバラつき発生を抑制し、良好な吐出性能を得ることができる。

液体吐出ヘッドを例示する断面図である。 液体吐出ヘッドの製造工程を例示する断面図である。 液体吐出ヘッドを例示する断面図である。 液体吐出ヘッドの配線等を例示する図である。 振動板の撓みについて説明する図である。 振動板の撓み量の定義について説明する図である。 溝を設けた液体吐出ヘッドを例示する断面図である。 溝を設けた液体吐出ヘッドを例示する断面図である。 溝を形成しない液体吐出ヘッドを例示する断面図である。 駆動チャネルの端部から１～２０チャネルの撓み量と、端部から４０チャネルと８０チャネルでの振動板の撓み量を示すグラフである。 溝の形成位置と駆動チャネルでの振動板の曲率半径を示す説明図である。 溝の形成位置と駆動チャネルでの振動板の撓み量を示す説明図である。 溝を設けた液体吐出ヘッドを例示する断面図および平面図である。 液体吐出ヘッドを例示する平面図である。 溝およびダミーチャネルを設けた液体吐出ヘッドを例示する断面図および平面図である。 溝およびダミーチャネルを設けた液体吐出ヘッドを例示する断面図である。 非貫通形状の溝を設けた液体吐出ヘッドを例示する断面図および平面図である。 溝を設けた液体吐出ヘッドを例示する断面図である。 液体を吐出する装置の一例の要部平面説明図である。 液体を吐出する装置の一例の要部側面説明図である。 液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。 液体吐出ユニットの他の例の正面説明図である。 保持基板について説明する図である。を例示する図である。

以下、本発明に係る構成を図１から図２３に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

（液体吐出ヘッド）
［第１の実施形態］
＜液体吐出ヘッドの構成＞
図１は、液体吐出ヘッドの一実施形態を示す液体吐出ヘッド１の断面図である。液体吐出ヘッド１は、基板１０と、振動板２０と、電気機械変換素子３０と、絶縁保護膜４０（第１の絶縁保護膜）とを有する。また、電気機械変換素子３０は、下部電極３１と、電気機械変換膜３２と、上部電極３３とを有する。

液体吐出ヘッド１において、基板１０上に振動板２０が形成され、振動板２０上に電気機械変換素子３０の下部電極３１が形成される。また、下部電極３１の所定領域に電気機械変換膜３２が形成され、更に電気機械変換膜３２上に上部電極３３が形成される。絶縁保護膜４０は、電気機械変換素子３０を被覆している。絶縁保護膜４０は、下部電極３１及び上部電極３３を選択的に露出する開口部を備えており、開口部を介して、下部電極３１及び上部電極３３から配線を引き回すことができる。

基板１０の下部には、インク滴を吐出するノズル５１を備えたノズル板５０が接合される。ノズル板５０、基板１０、及び振動板２０により、ノズル５１に連通する圧力室１０ｘ（インク流路、加圧液室、加圧室、吐出室、液室等と称される場合もある）が形成される。振動板２０は、圧力室１０ｘの壁面の一部を形成する。換言すれば、圧力室１０ｘは、基板１０（側面を構成）、ノズル板５０（下面を構成）、振動板２０（上面を構成）で区画されて、ノズル５１と連通している。

液体吐出ヘッド１を作製するには、まず、図２に示すように、基板１０上に、振動板２０、下部電極３１、電気機械変換膜３２、上部電極３３を順次積層する。その後、下部電極３１、電気機械変換膜３２及び上部電極３３を所望の形状にエッチングし、絶縁保護膜４０で被覆する。そして、絶縁保護膜４０に、下部電極３１及び上部電極３３を選択的に露出する開口部を形成する。その後、基板１０を下方からエッチングして圧力室１０ｘを作製する。次いで、基板１０の下面にノズル５１を有するノズル板５０を接合し、液体吐出ヘッド１が完成する。

なお、図１では、１つの液体吐出ヘッド１のみを示したが、実際には、図３に示すように、液体吐出ヘッド１が所定方向に複数配列された液体吐出ヘッド２が作製される。液体吐出ヘッド２は、液体を吐出するノズル５１と、ノズル５１が連通する圧力室１０ｘと、圧力室１０ｘ内の液体を昇圧させる吐出駆動手段と、を備えた構造体（液体吐出ヘッド１）が所定方向に複数配列された構造である。ここで、吐出駆動手段は、圧力室１０ｘの壁の一部を構成する振動板２０と、電気機械変換膜３２を備えた電気機械変換素子３０とを含む構成とすることができる。

また、液体吐出ヘッド２において、液体を吐出する液体吐出ヘッド１（圧力室１０ｘ、振動板２０、電気機械変換素子３０）の部分を駆動チャネル３（駆動ｃｈ）と呼ぶ。

次いで、配線等を含めた液体吐出ヘッド２の構成について説明する。図４は、液体吐出ヘッド２の配線等を例示する図であり、図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は平面図である。なお、図４（ｂ）において、絶縁保護膜４０及び７０の図示は省略されている。

図４の例では、絶縁保護膜４０を２層（絶縁保護膜４０ａ，４０ｂ）で構成している。２層目の絶縁保護膜４０ｂ上に、複数の配線６０が設けられ、更に配線６０上に絶縁保護膜７０（第２の絶縁保護膜）が設けられている。絶縁保護膜４０は複数の開口部４０ｘを備えており、開口部４０ｘ内には下部電極３１または上部電極３３の表面が露出している。配線６０は、開口部４０ｘを介して上部電極３３と接続されている（図４（ｂ）のコンタクトホールＨの部分）配線と、開口部４０ｘを介して下部電極３１と接続されている配線とを含んでいる。

絶縁保護膜７０は複数の開口部７０ｘを備えており、夫々の開口部７０ｘ内には夫々の配線６０の表面が露出している。夫々の開口部７０ｘ内に露出する夫々の配線６０は、電極パッド６１、６２、及び６３となる。ここで、電極パッド６１は共通電極パッドであり、配線６０を介して各電気機械変換素子３０に共通の下部電極３１と接続されている。また、電極パッド６２及び６３は個別電極パッドであり、配線６０を介して電気機械変換素子３０毎に独立した上部電極３３と接続されている。

＜振動板の撓み（湾曲）＞
ところで、液体吐出ヘッド２を作製する工程において、圧力室１０ｘを作製した時点で、図５に示すように、振動板２０は圧力室１０ｘ側に凸となるように撓む（湾曲する）。つまり、電気機械変換素子３０に電圧を印加していない状態で、振動板２０は圧力室１０ｘ側に凸となるように撓む（湾曲する）。このため、振動板２０は圧力室１０ｘ側に凸状に撓んだ状態で形成される。振動板２０の撓み量によっては、振動板２０の変位量に影響を与える。また、振動板２０が撓むと、インクを吐出させる際に残留振動が発生する。残留振動を抑制するためには、所定の波形の生成が必要となるが、所定の波形の周波数を小さくする必要があり、高周波での吐出性能を確保することが困難となる。

高周波での吐出性能を確保するためには、振動板２０、電気機械変換膜３２、絶縁保護膜４０の剛性を高める必要があり、高いヤング率の材料を用いたり厚膜化したりする必要が生じる。液体吐出ヘッド２において、振動板２０は、応力設計も考慮し、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）等を材料として含む複数の層から形成することができる。振動板２０の膜厚は１μｍ以上３μｍ以下で作製されることが好ましい。更に、振動板２０のヤング率を７５ＧＰａ以上９５ＧＰａ以下とすることで、高周波での吐出性能を確保することができる。

次いで、振動板２０の撓み量について説明する。まず、図６を参照して振動板２０の撓み量の定義について説明する。振動板２０の撓み量を算出するには、撓み量計（ＣＣＩ３０００、アメテック社製）を用いて、圧力室１０ｘ側から図６（ａ）に例示する振動板２０の撓み分布を取得する。

取得した撓み分布に基づいた振動板２０の曲率半径Ｒの算出について説明する。図５に例示したように、振動板２０の中央部は撓みが大きく、両端部は撓みが小さい。そこで、撓み量計を用いて取得した図６（ａ）に例示する振動板２０の撓み分布の中で、撓み量が最小となる両端部の点Ａ及びＢを基準に、そこから中心となる点Ｃ(撓みの中心点)を求める。次に、両端部の点Ａ及びＢと撓みの中心点Ｃとの距離をＸとする。そして、撓みの中心点Ｃを基準に０．８Ｘの距離にある２点Ｄ及びＥ求める。次いで、図６（ｂ）に示すように、点Ｄ及び点Ｅを結ぶ線と中心点Ｃへの垂線の交点を点Ｆとし、点Ｆと点Ｃとの距離を距離Ｙとする。この距離Ｙは、撓み分布における点Ｄ及び点Ｅにおける高さと中心点Ｃにおける高さの差によって求めることができ、曲率円の中心を点Ｏとすると、点Ｏと点Ｆ間の距離が算出できる。したがって、点Ｏ、点Ｅ、点Ｆからなる直角三角形において、三平方の定理を用いて曲率半径Ｒを算出できる。

以下の説明においては特に記載のない限り、曲率半径Ｒは、上記の算出方法ににより算出されるものとするが、振動板２０の曲率半径Ｒの算出方法は、図６に示す方法に限られるものではなく、例えば、振動板２０の撓み分布の中で、撓みの中心点（上記点Ｃ）を求め、かつ、点Ｃと、点Ｃから両端側にそれぞれ所定距離だけ離れた２点の３点の座標点に基づいて算出するものであってもよい。

＜液体吐出ヘッドの材料等＞
次いで、液体吐出ヘッド２を構成する好適な材料等に関して説明する。基板１０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、液体吐出ヘッド２でも主に（１００）の面方位を持つ単結晶基板を使用することができる。

また、圧力室１０ｘ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好ましい。なお、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。そのため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるため、液体吐出ヘッド２でも（１１０）の面方位を持つ単結晶基板を使用してもよい。但し、この場合、マスク材であるＳｉＯ_２もエッチングされる点に留意が必要である。

また、圧力室１０ｘの幅（短手方向の長さ）としては、５０μｍ以上２５０μｍ以下が好ましく、６０μｍ以上１５０μｍ以下が更に好ましい。

振動板２０は、電気機械変換膜３２によって発生した力を受けて変形変位し、圧力室１０ｘ内のインク滴を吐出させる。そのため、振動板２０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。具体的には、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４等をＣＶＤ法等により作製したものが挙げられる。更に、振動板２０の材料としては、下部電極３１、電気機械変換膜３２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３２としてＰＺＴを使用する場合には、振動板２０の材料として、ＰＺＴの線膨張係数８×１０^－６（１／Ｋ）に近い５×１０^－６（１／Ｋ）～１０×１０^－６（１／Ｋ）程度の線膨張係数を有した材料を選択することが好ましい。７×１０^－６（１／Ｋ）～９×１０^－６（１／Ｋ）程度の線膨張係数を有した材料を選択することが更に好ましい。

振動板２０の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、酸化パラジウム及びそれらの化合物等を挙げられる。これらは、スパッタ法若しくはＳｏｌ－ｇｅｌ法を用いてスピンコーターにて作製することができる。

振動板２０の膜厚としては１～１０μｍが好ましく、２～５μｍが更に好ましい。

下部電極３１及び上部電極３３としては、金属材料として高い耐熱性と低い反応性を有する白金を用いることができる。但し、白金は、鉛に対しては十分なバリア性を持つとはいえない場合もあり、その場合には、イリジウムや白金－ロジウム等の白金族元素や、これらの合金膜を用いることができる。

なお、下部電極３１及び上部電極３３として白金を使用する場合には、下地となる振動板２０（特にＳｉＯ_２）との密着性が悪いため、Ｔｉ、ＴｉＯ_２、Ｔａ、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｔａ_３Ｎ_５等の密着層を介して積層することが好ましい。下部電極３１及び上部電極３３の作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜を用いることができる。下部電極３１及び上部電極３３の膜厚としては、０．０５～１μｍが好ましく、０．１～０．５μｍが更に好ましい。

更に、下部電極３１及び上部電極３３において、金属材料と電気機械変換膜３２との間に、ＳｒＲｕＯ_３やＬａＮｉＯ_３を材料とする酸化物電極膜を形成してもよい。なお、下部電極３１と電気機械変換膜３２との間の酸化物電極膜に関しては、その上に作製する電気機械変換膜３２(例えばＰＺＴ膜)の配向制御にも影響するため、配向優先させたい方位によって選択される材料が異なる。

液体吐出ヘッド２において、電気機械変換膜３２として圧電体、例えばＰＺＴを用い、ＰＺＴ（１００）に優先配向させる場合には、下部電極３１として、ＬａＮｉＯ_３、ＴｉＯ_２、ＰｂＴｉＯ_３等のシード層を金属材料上に作製し、その後ＰＺＴ膜を形成すると好ましい。

また、上部電極３３と電気機械変換膜３２との間の酸化物電極膜としてはＳＲＯ膜を用いることができ、ＳＲＯ膜の膜厚としては、２０ｎｍ～８０ｎｍが好ましく、３０ｎｍ～５０ｎｍが更に好ましい。

電気機械変換膜３２としては、好適にはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いることができる。なお、ＰＺＴとはジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）の固溶体であり、ＰｂＺｒＯ_３とＰｂＴｉＯ_３の比率によって、ＰＺＴの特性が異なる。例えば、ＰｂＺｒＯ_３とＰｂＴｉＯ_３の比率が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ０．５３、Ｔｉ０．４７）Ｏ_３、一般にはＰＺＴ（５３／４７）と示されるＰＺＴ等を使用することができる。

なお、電気機械変換膜３２としてＰＺＴを用いＰＺＴ（１００）面を優先配向とする場合、Ｚｒ／Ｔｉの組成比率については、組成比率Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）が０．４５以上０．５５以下が好ましく、０．４８以上０．５２以下が更に好ましい。

結晶配向については、ρ（ｈｋｌ）＝Ｉ（ｈｋｌ）／ΣＩ（ｈｋｌ）によって表される。ここで、ρ（ｈｋｌ）は（ｈｋｌ）面方位の配向度、Ｉ（ｈｋｌ）は任意の配向のピーク強度、ΣＩ（ｈｋｌ）は各ピーク強度の総和である。Ｘ線回折法のθ－２θ測定で得られる各ピーク強度の総和を１としたときの各々の配向のピーク強度の比率に基づいて算出される（１００）配向の配向度は、０．７５以上であることが好ましく、０．８５以上であることが更に好ましい。

電気機械変換膜３２の作製方法としては、スパッタ法若しくはＳｏｌ－ｇｅｌ法を用いてスピンコーターにて作製することができる。その場合は、パターニングが必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得ることができる。

ＰＺＴをＳｏｌ－ｇｅｌ法により作製する場合には、まず、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用いる。そして、共通溶媒であるメトキシエタノールに溶解させ均一溶液を得ことで、ＰＺＴ前駆体溶液が作製できる。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等を適量、添加してもよい。

下部電極３１の全面にＰＺＴ膜を形成する場合、スピンコート等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前駆体の濃度の調整が必要になる。

電気機械変換膜３２の膜厚としては１～３μｍが好ましく、１．５～２．５μｍが更に好ましい。

電気機械変換膜３２として、ＰＺＴ以外のＡＢＯ３型ペロブスカイト型結晶質膜を用いてもよい。ＰＺＴ以外のＡＢＯ３型ペロブスカイト型結晶質膜としては、例えば、チタン酸バリウム等の非鉛複合酸化物膜を用いても構わない。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が可能である。

これら材料は一般式ＡＢＯ３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（Ｐｂ_１－ｘ、Ｂａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３、（Ｐｂ_１－ｘ、Ｓｒ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３、と表され、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。

絶縁保護膜４０の材料としては、成膜およびエッチングの工程による圧電素子へのダメージを防ぐとともに、大気中の水分が透過しづ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ことが好ましい。

薄膜で高い保護性能を得るには、酸化物、窒化物、炭化膜を用いることが好ましいが、絶縁保護膜４０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（Atomic Layer Deposition）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。特にＡＬＤ法を用いることで、膜密度の非常に高い薄膜を作製し、プロセス中でのダメージを抑制できる。

絶縁保護膜４０の好ましい材料としては、膜応力にも着目する必要があり、例えば、ＳｉＮのような引張応力を有するような膜材料が好ましい。他に、Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，Ｙ_２Ｏ_３，Ｔａ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２などのセラミクス材料に用いられる酸化膜を用いることもできる。

絶縁保護膜４０の膜厚は、電気機械変換素子３０の保護性能を確保できる充分な薄膜とする必要があると同時に、振動板２０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。好ましい絶縁保護膜４０の膜厚は２０ｎｍ～１００ｎｍの範囲である。

また絶縁保護膜４０を２層（絶縁保護膜４０ａ，４０ｂ）にする構成も考えられる。この場合は、２層目の絶縁保護膜４０ｂを厚くするため、振動板２０の振動変位を著しく阻害しないように上部電極３３において２層目の絶縁保護膜４０ｂを開口するような構成も挙げられる。例えば、駆動チャネル３やダミーチャネル４において、絶縁保護膜４０を２層にする場合は、厚くした２層目の絶縁保護膜４０ｂを開口した構成とすることもできる。

このとき２層目の絶縁保護膜４０ｂ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_２を用いることができる。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。２層目の絶縁保護膜４０ｂの膜厚は下部電極３１と配線６０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、絶縁保護膜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、２層目の絶縁保護膜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。

絶縁保護膜７０の機能は配線６０の保護層の機能を有するパシベーション層である。図４に示す通り、電極パッド６１，６２の箇所（開口部７０ｘ）を除き、上部電極３３と下部電極３１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液体吐出ヘッド２とすることができる。

絶縁保護膜７０の材料としては、絶縁保護膜４０と同様に、膜応力にも着目する必要があり、例えば、ＳｉＮのような引張応力を有するような膜材料が好ましい。

また、絶縁保護膜７０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。ただし、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_３Ｎ_４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、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。

また、電気機械変換素子３０上とその周囲の振動板２０上に開口部をもつ構造が好ましい。これは、絶縁保護膜４０の個別液室領域を薄くしていることと同様の理由である。これにより、高効率かつ高信頼性の液体吐出ヘッド２とすることが可能になる。

配線６０の材料としては、Ａｇ合金，Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒのいず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。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。

また、コンタクトホール部（例えば、１０μｍ×１０μｍ）での接触抵抗として、下部電極３１としては１０Ω以下、上部電極３３としては１Ω以下が好ましく、さらに好ましくは、下部電極３１としては５Ω以下、上部電極３３としては０．５Ω以下である。

＜溝を有する液体吐出ヘッド＞
液体吐出ヘッド２においては、上述のように基板同士の接合時に接着剤の液体流路への流入を防止するため、圧力室１０ｘの配列方向の端部側に、溝を設けることが知られており、溝には、圧力室形成基板を他の基板と接合する際の余剰な接着剤を導入することが可能である。

端部側の駆動チャネル３の変位量にバラつきが生じることについて、溝を設ける場合に対応したバラつきの抑制のための手段が必要であることがわかった。

図７は、溝１１を設けた液体吐出ヘッド２を例示する断面図である。図７に示す液体吐出ヘッド２は、圧力室１０ｘの配列方向の端部側に、圧力室１０ｘと同様に基板１０をノズル５１が形成される方向からエッチングして作製された溝１１が設けられている。溝１１は、基板１０を厚み方向に貫通した貫通溝であり、圧力室１０ｘ、溝１１上の振動板２０は露出している。なお、図７の例では、圧力室１０ｘの配列方向の一端側に、４つの溝１１が形成された例を示しているが、溝１１の形成数は、一例であってこれに限られるものではない。また、図７の例では、圧力室１０ｘの配列方向の一端側の一端側を図示しているが、他端側も同様の構成を有しており、溝１１が形成される。

溝１１の形成位置では、振動板２０は、溝１１の壁面の一部を形成し、振動板２０上には電気機械変換素子３０は形成されず、振動板２０上に絶縁保護膜４０、複数の配線６０、絶縁保護膜７０の順に形成される。配線６０は、電気機械変換素子３０に駆動信号や駆動電力を供給する配線層である。

その後、基板１０の下面にノズル５１を有するノズル板５０が接着剤８０により接合される。図７に示す液体吐出ヘッド２に、ノズル板５０を接合した例を図８に示す。なお、ノズル５１は、図８に示すように圧力室１０ｘに対応する位置に形成され、溝１１に対応する位置には形成されない。

本願発明者らは、図７に示すように、溝１１を形成した液体吐出ヘッド２について、振動板２０の撓み具合（撓み方および撓み量）について検討したところ、溝１１を設けた場合は、溝１１上の振動板２０の撓みの影響を受けて、溝１１に近い両端側の電気機械変換素子３０の形成位置での振動板２０の撓みに影響を与えてしまうことがわかった。

図９は、図７と同様の構成を有する液体吐出ヘッド２において、溝１１を形成しない液体吐出ヘッド２を例示する断面図である。比較検討のため、図９に示すように、溝１１を形成していない以外は、図７と同様の構成を有する液体吐出ヘッド２について、振動板２０の撓み具合について検討した。

図１０は、図７に示した溝１１を有する構成と、図９に示した溝１１を有しない構成での、駆動チャネル３の端部から１～２０チャネルでの振動板２０の撓み量と、端部から４０チャネルと８０チャネルでの振動板２０の撓み量を示している。

図１０によれば、図７に示す構成では、端部側の駆動チャネル３での撓み量が小さくなり、端部側の駆動チャネル３と中央側の駆動チャネル３の振動板２０の撓み具合との間に差が生じることがわかる一方、図９に示す構成では、振動板２０上の膜構成が異なっていても、その影響は受けずに、溝１１に近い端部側の駆動チャネル３の振動板２０の撓み具合と、溝１１から離れた中央側の駆動チャネル３の振動板２０の撓み具合との間には、差は生じないことがわかる。

この検討により、溝１１に近い端部側の駆動チャネル３の振動板２０の撓み具合と、溝１１から離れた中央側の駆動チャネル３の振動板２０の撓み具合との間に差が生じ、溝１１の形成の有無が駆動チャネル間での振動板２０の撓み具合にバラつきに影響することがわかった。これは、溝１１の形成位置での振動板２０からの応力影響により、溝１１に近い端部側の駆動チャネル３の振動板２０の撓み具合に変化が生じることによると考えられる。このように、液体吐出ヘッド２の駆動チャネル間で振動板２０の撓み具合にバラつきが生じてしまうと、吐出性能に影響を与えてしまう。

これに対し、溝１１の形成位置についても、振動板２０上の層構成を、駆動チャネル３の振動板２０の層構成と同一にすることができれば、溝１１の形成位置での振動板２０からの応力影響を低減して、駆動チャネル間での撓みのバラつきを抑制することができるとも考えられる。

しかしながら、配線抵抗等を考慮すると、液体吐出ヘッド２において配列方向の全てを、駆動チャネル３と全く同じ構造体に揃えることは難しく、図７に示したように、端部側の駆動チャネル３より外側にある構造体には、配線抵抗を下げるため、電気－機械変換膜３２を形成せず配線６０を形成する必要がある。

本実施形態に係る液体吐出ヘッド（液体吐出ヘッド２）は、液体を吐出する複数のノズル（ノズル５１）に連通する液体吐出用の圧力室（圧力室１０ｘ）が所定方向（圧力室１０ｘの配列方向）に複数並んで形成された圧力室形成基板と、圧力室形成基板の前記ノズル側とは反対側に設けられ、その一部が圧力室の壁面を構成する振動板層（振動板２０）と、各圧力室に対応して振動板層上に設けられる電気機械変換素子（電気機械変換素子３０）と、を備え、圧力室形成基板には、所定方向における圧力室の端部側に、ノズル側の面が開口された溝（溝１１）が形成され、圧力室上の振動板層は、該圧力室側に撓んで形成されており、溝上の振動板層は、該溝の開口側に撓んで形成されているものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。

すなわち、溝１１上の振動板２０と駆動チャネル３の振動板２０の撓み方向が同一方向とするものである。ここで、溝１１上の振動板２０よりも、駆動チャネル３の振動板２０の撓み度合は、大きいことが好ましい。また、溝１１の形成位置での振動板２０の曲率半径Ｒは、２０００μｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは６０００μｍ以上とすることが好ましい。

ここで、駆動チャネル３位置の振動板２０は、図５に示したように、液体吐出ヘッド２を作製する工程において、圧力室１０ｘを作製した時点で、振動板２０が圧力室１０ｘ側に凸となるように撓む。つまり、圧力室１０ｘ上の振動板２０は、圧力室１０ｘ毎に圧力室１０ｘ側に凸状に撓んで（湾曲して）形成されている。

一方、溝１１上の振動板２０上には、上記のように、絶縁保護膜４０、配線６０、および絶縁保護膜７０が形成され、電気機械変換素子３０は形成されない。配線抵抗を下げる必要があるため、駆動チャネル３以外の領域では、配線６０を形成する領域を多くすることが好ましいためである。

すなわち、溝１１上の振動板２０上には、引張応力が強い電気機械変換素子３０が形成されないため、溝１１上の振動板２０は、駆動チャネル３の振動板２０とは膜の応力状態がことなる。

つまり、駆動チャネル３の振動板２０は、引張応力が働き、圧力室１０ｘ側に凸となるように撓むのに対し、溝１１上の振動板２０には、圧縮応力が働き、溝１１とは反対側に凸となるように撓むこととなる。

このように、溝１１上の振動板２０の撓みの応力状態（圧縮応力）と、駆動チャネル３の振動板２０の撓みの応力状態（引張応力）が異なる状態では、駆動チャネル３の端部側（例えば、端部から２０チャネル）での撓み量が大きくなってしまうこととなり、変位量のバラつきが発生し、振動板２０の撓みに影響をあたえてしまう。

そこで、本実施形態では、溝１１上の振動板２０上の層構成、すなわち、配線６０の厚みや材料、および／または、絶縁保護膜４０，７０の厚みや材料を制御することで、溝１１上の振動板２０の撓み方向、撓み度合を調整し、溝１１上の振動板２０の撓みを、溝１１毎に溝１１側に凸となるように撓むようにして、駆動チャネル３の振動板２０の撓み方向と同一とするものである。換言すれば、溝１１上の振動板２０にも引張応力が働く応力状態とするものである。

また、その際の撓み度合を、十分に小さいものとして、駆動チャネル３の振動板２０の撓み度合よりも小さくなるようにすることが好ましい。

例えば、上述のように、引張応力を有するＳｉＮ膜を絶縁保護膜４０，７０に用いることが好ましい。このとき、ＳｉＮ膜の膜厚を制御することで、駆動チャネル３の振動板２０と同様の応力状態に調整することができる。なお、溝１１上での引張応力が大きすぎると、駆動チャネル３の端部側（例えば、端部から２０チャネル）での撓み量が大きくなってしまうこととなり、バラつきが発生してしまうため、溝１１上での引張応力は、適切に調整されることが必要である。

このように、溝１１上の振動板２０上の層構成を制御することで、溝１１上の振動板２０と駆動チャネル３の振動板２０の撓み方向を同一側とするとともに、溝１１上の振動板２０よりも、駆動チャネル３の振動板２０の撓み度合を大きくすることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る液体吐出ヘッド２は、溝１１上の振動板２０の撓みによる影響があっても、駆動チャネル３の振動板２０が受ける影響を小さくしている。これにより、溝１１を有する構成であっても、溝１１に近い端部側の駆動チャネル３の振動板２０の撓みへの影響を抑えるようにして、駆動チャネル間での振動板２０の撓み量のバラつき発生を抑制することができる。

次いで、撓み度合の評価手法について説明する。撓み度合は、例えば、振動板２０の曲率半径Ｒを用いて評価することができる。なお、曲率半径Ｒの算出は、例えば、図６で説明した算出方法で算出するものであればよい。

図１１（ａ）は溝１１の形成位置での振動板２０の曲率半径、（ｂ）は駆動チャネル３の振動板２０の曲率半径、を示す説明図である。振動板２０上の層構成の図示は省略している。溝１１の形成位置での振動板２０の曲率半径をＲａ、駆動チャネル３の振動板２０の曲率半径をＲｂとしたとき、Ｒａ＞Ｒｂを満たすことが好ましい。

また、撓み度合を、振動板２０の撓み量を用いて評価することができる。図１２（ａ）は溝１１の形成位置での振動板２０の撓み量、（ｂ）は駆動チャネル３の振動板２０の撓み量、を示す説明図である。

ここでは、図１２に示すように、振動板２０の撓み分布の中で、撓みの中心点Ｃから、振動板２０に撓みがないと仮定した場合の振動板２０の形成位置を示す線（図中の点線）への垂線の長さを撓み量と定義する。そして、溝１１の形成位置での振動板２０の撓み量ａ、駆動チャネル３の振動板２０の撓み量をｂとしたとき、ａ＜ｂを満たすことが好ましい。

ここまで、溝１１の形成位置での振動板２０と、駆動チャネル３の振動板２０の撓み度合の関係を規定する例を説明したが、必ずしも駆動チャネル３の振動板２０の撓み量との関係は規定される必要はなく、溝１１の形成位置での振動板２０の撓み方向を溝１１側とするとともに、その曲率半径を十分に大きい値とすることで、駆動チャネル３群の振動板２０の撓み量のバラつき発生を抑制することができる。

次に、溝１１の大きさや、形成位置について説明する。図１３（ａ）は、ノズル板５０が接合されていない状態での液体吐出ヘッド１の圧力室の配列方向での断面図、（ｂ）はノズル板５０側から見た平面図である。図１３に示す例は、図７に示した液体吐出ヘッド２と層構成は同様であるが、溝１１の間隔と、最端部の駆動チャネル３（最端部の圧力室１０ｘ）と溝１１との距離を所定の関係を満たすようにしたものである。

ここで、図１３に示すように、圧力室１０ｘの配列方向（圧力室の短手方向）をＸ方向、これに直交する方向（圧力室の長手方向）をＹ方向とする。溝１１のＸ方向の大きさをＸ１、Ｙ方向の大きさをＹ１、圧力室１０ｘのＸ方向の大きさをＸ２、Ｙ方向の大きさをＹ２としたとき、次式（１）を満たしていることが好ましい。
Ｘ1≦Ｘ２、かつＹ１＜Ｙ２ ・・・（１）

このように、溝１１の大きさを圧力室１０ｘに比べて、小さくすることでさらに好適に応力影響を小さくすることができる。なお、Ｘ方向の大きさは同じであってもよい（Ｘ１＝Ｘ２）。

また、溝１１の大きさは、Ｘ１，Ｙ１ともに１００μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは５０μｍである。

また、溝１１の配置間隔は、Ｘ方向で３０μｍ以上、Ｙ方向で３０μｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは１００μｍ以上である。

また、最端部の駆動チャネル３（最端部の圧力室１０ｘ）と溝１１との距離Ｚは、１００μｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは２００μｍである。

このように、溝１１の大きさや形成位置を所定条件を満たすように形成することで、より好適に、端部の駆動チャネル３への応力影響を低減でき、駆動チャネル間での性能バラつきを抑制できることができる。

以上説明した本実施形態に係る液体吐出ヘッド２によれば、溝１１を有する構成において、駆動チャネル間での振動板２０の撓み具合のバラつき発生を抑制し、良好な吐出性能を得ることができる。

なお、本発明は、図７や図１３に示した液体吐出ヘッド２の構成に限らず、余剰接着剤を導入するための逃げ溝等、溝１１に相当する構成を有する他の種々の液体吐出ヘッドに適用することができる。

［第２の実施形態］
以下、本発明に係る液体吐出ヘッドの他の実施形態について説明する。なお、上記実施形態と同様の点についての説明は適宜省略する。

液体吐出ヘッド２において、例えば、図１４に示すように、電気機械変換素子３０（駆動チャネル３）の配列方向の端部側に、液滴の吐出を行わないダミー電気機械変換素子３４を有するダミーチャネル４を配設することで、液体の充填時の気泡を排出し、液体の充填性を良好にすることが知られている（参考文献：特開２０１４－１７７０４９号公報）。液体吐出ヘッド２において、液体の吐出を目的としないダミー圧力室１２（図１５）、振動板２０、電気機械変換素子３０をダミーチャネル４（ダミーｃｈ）という。

そこで、第２の実施形態では、圧力室１０ｘの配列方向において、駆動チャネル３の端部側にダミーチャネル４を設けるとともに、さらに、ダミーチャネル４の端部側に溝１１を設けたものである。なお、ダミーチャネル４の配列数（チャネル数）は、一端部につき１以上であればよいが、液体の充填性向上のために、好ましくは一端部につき３つ以上配列されていることが好ましい。

図１５は、液体吐出ヘッド２の他の実施形態（第２の実施形態）を示す図である。図１５（ａ）は、ノズル板５０が接合されていない状態での液体吐出ヘッド１の圧力室の配列方向での断面図、（ｂ）はノズル板５０側から見た平面図である。また、図１５に示す液体吐出ヘッド２に、接着剤８０によりノズル板５０を接合した例を図１６に示す。なお、ノズル５１は、図１６に示すように圧力室１０ｘに対応する位置に形成され、ダミー圧力室１２および溝１１に対応する位置には形成されない。

ここで、ダミーチャネル４の圧力室（ダミー圧力室１２）の構成、および、ダミーチャネル４の振動板２０上の層構成は、駆動チャネル３と同様の構成によればよい。したがって、ダミーチャネル４の振動板２０も、液体吐出ヘッド２を作製する工程において、ダミー圧力室１２を作製した時点で、振動板２０がダミー圧力室１２側に凸となるように撓む。このため、振動板２０は、ダミー圧力室１２毎にダミー圧力室１２側に凸状に撓んだ状態で形成される。

また、最端部のダミーチャネル４（最端部のダミー圧力室１２）と溝１１との距離Ｚは、３０μｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは１００μｍである。なお、溝１１の大きさ、溝１１の間隔等は、第１の実施形態と同様の構成であることが好ましい。

第２の実施形態では、溝１１上の振動板２０、ダミーチャネル４の振動板２０、および駆動チャネル３の振動板２０の撓み方向をすべて同一としている。また、溝１１上の振動板２０よりも、ダミーチャネル４および駆動チャネル３の振動板２０の撓み度合を大きいことが好ましい。

溝１１上の振動板２０、ダミーチャネル４の振動板２０、および駆動チャネル３の振動板２０の撓み方向をすべて同一とすることで、溝１１側からの応力影響を抑えることができる。

また、溝１１上の振動板２０よりも、ダミーチャネル４および駆動チャネル３の振動板２０の撓み度合を大きくすることで、溝１１側からの応力影響を抑えることができる。

以上説明した第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドによれば、溝１１側からの端部の駆動チャネル３への応力影響を低減でき、駆動チャネル間の性能バラつきを抑制できることができる。さらに、圧力室１０ｘの配列方向において、駆動チャネル３と溝１１の間にダミーチャネル４を設けていることで、ダミーチャネル４を有しない構成（第１の実施形態）に比べて、液体の充填性を良好なものとすることができる。

［第３の実施形態］
図１７は、液体吐出ヘッド２の他の実施形態（第３の実施形態）を示す図である。図１７（ａ）は、ノズル板５０が接合されていない状態での液体吐出ヘッド１の圧力室の配列方向での断面図、（ｂ）はノズル板５０側から見た平面図である。

上記第１および第２の実施形態では、溝１１は、基板１０を貫通する構成であったが、第３の実施形態では、溝１１は、基板１０のノズル５１側の面が開口され、基板１０を貫通しない非貫通形状を有している。

以上説明した第３の実施形態に係る液体吐出ヘッドでは、振動板２０と溝１１の間には基板１０の一部が存在している。このため、溝１１上の振動板２０に撓みが生じないようにすることで、溝１１側からの端部の駆動チャネル３への応力影響を低減でき、駆動チャネル間での性能バラつきを抑制できることができる。

［第４の実施形態］
図１８は、液体吐出ヘッド２の他の実施形態（第４の実施形態）を示す断面図である。ここまで、基板１０にノズル板５０が直接接合される例について説明したが、基板１０のノズル５１側に接合される基板はノズル板５０に限られるものではない。例えば、図１８に示すように、圧力室１０ｘとノズル５１とを連通する連通管が設けられた基板である連通管基板９０を基板１０に接合し、連通管基板９０をノズル板５０に接合するものであってもよい。

（液体を吐出する装置）
本発明に係る液体吐出ヘッドを有する液体を吐出する装置の一例について図１９及び図２０を参照して説明する。図１９は同装置の要部平面説明図、図２０は同装置の要部側面説明図である。

この装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。

このキャリッジ４０３には、液体吐出ヘッド２及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド２は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド２は、複数のノズル５１からなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。

液体吐出ヘッド２の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド２に供給するための供給機構４９４により、ヘッドタンク４４１には、液体カートリッジ４５０に貯留されている液体が供給される。

供給機構４９４は、液体カートリッジ４５０を装着する充填部であるカートリッジホルダ４５１、チューブ４５６、送液ポンプを含む送液ユニット４５２等で構成される。液体カートリッジ４５０はカートリッジホルダ４５１に着脱可能に装着される。ヘッドタンク４４１には、チューブ４５６を介して送液ユニット４５２によって、液体カートリッジ４５０から液体が送液される。

この装置は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。

搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド２に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、或いは、エアー吸引等で行うことができる。

そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。

更に、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド２の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。

維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド２のノズル面（ノズル５１が形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２等で構成されている。

主走査移動機構４９３、供給機構４９４、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。

このように構成したこの装置においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド２を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成する。

このように、この装置では、上述の液体吐出ヘッドを備えているので、振動板駆動不良による液体の吐出不良がなく、安定した液体の吐出特性が得られて、高画質画像を安定して形成することができる。

（液体吐出ユニット）
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを有する液体吐出ユニットの一例について図２１を参照して説明する。図２１は同ユニットの要部平面説明図である。

この液体吐出ユニットは、液体を吐出する装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、液体吐出ヘッド２で構成されている。

なお、この液体吐出ユニットの例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０、及び供給機構４９４の少なくとも何れかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。

次に、本発明に係る液体吐出ヘッドを有する液体吐出ユニットの他の例について図２２を参照して説明する。図２２は同ユニットの正面説明図である。

この液体吐出ユニットは、流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド２と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６で構成されている。

なお、流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド２と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。

本願において、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドまたは液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて、液体を吐出させる装置である。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置等も含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。上記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するもの等を意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布等の被記録媒体、電子基板、圧電素子等の電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セル等の媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

上記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体」は、インク、処理液、ＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料、結着剤、造形液、または、アミノ酸、たんぱく質、カルシウムを含む溶液及び分散液等も含まれる。

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置等が含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては他にも、用紙の表面を改質する等の目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液をノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置等がある。

「液体吐出ユニット」とは、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体である。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたもの等が含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合等で互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

例えば、液体吐出ユニットとして、図２０で示した液体吐出ユニット４４０のように、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブ等で互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、図２１で示したように、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、図２２で示したように、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

また、「液体吐出ヘッド」は、使用する圧力発生手段が限定されるものではない。例えば、上記実施形態で説明したような圧電アクチュエータ（積層型圧電素子を使用するものでもよい。）以外にも、発熱抵抗体等の電気熱変換素子を用いるサーマルアクチュエータ、振動板と対向電極からなる静電アクチュエータ等を使用するものでもよい。

また、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等は何れも同義語とする。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

例えば、上記の実施の形態では、上部電極を個別電極、下部電極を共通電極とした場合について説明したが、本発明はこれに限られない。すなわち、上部電極を共通電極、下部電極を個別電極とした構成においても同様の効果を得られる。

以下、本発明の実施例を説明する。

［実施例１］
基板１０として６インチのシリコンウェハを準備し、基板１０にＳｉＯ_２（膜厚６００ｎｍ）、Ｓｉ（膜厚２００ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚１００ｎｍ）、ＳｉＮ（膜厚１５０ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚１３０ｎｍ）、ＳｉＮ（膜厚１５０ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚１００ｎｍ）、Ｓｉ（膜厚２００ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚６００ｎｍ）の膜を順に形成して振動板２０を作製した。

その後、振動板２０上に密着層としてチタン膜（膜厚２０ｎｍ）を成膜温度３５０℃でスパッタ装置にて成膜した後、ＲＴＡ（急速熱処理）を用いて７５０℃にて熱酸化した。更に、密着層上に白金膜（膜厚１６０ｎｍ）を成膜温度４００℃でスパッタ装置にて成膜し、下部電極３１を作製した。

次に、下部電極３１上に下地層となるＰｂＴｉＯ_３層としてＰｂ：Ｔｉ＝１：１に調整された溶液と、電気機械変換膜３２としてＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１１５：４９：５１に調整された溶液とを準備し、スピンコート法により膜を成膜した。

具体的な前駆体塗布液の合成については、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。ＰＴの溶液に関してもＰＺＴ同様に作製し、これらの液を用いて、最初にＰＴ層をスピンコートにより成膜し、成膜後、１２０℃乾燥を実施し、その後ＰＺＴの液をスピンコートにより成膜し、１２０℃乾燥→４００℃熱分解を行った。

３層目の熱分解処理後に、結晶化熱処理（温度７３０℃）をＲＴＡにて行った。このときＰＺＴの膜厚は２４０ｎｍであった。この工程を計８回（２４層）実施し、電気機械変換膜３２として約２μｍのＰＺＴ膜を得た。

次に、上部電極３３を構成する酸化物電極膜として、ＳｒＲｕＯ_３膜（膜厚４０ｎｍ）、金属膜として白金膜（膜厚１２５ｎｍ）をスパッタ法で成膜した。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ー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４に示すようなパターンを作製した。これにより、振動板２０上に電気機械変換素子３０が作製された。

次に、電気機械変換素子３０上に、絶縁保護膜４０ａとして、ＡＬＤ工法を用いてＡｌ_２Ｏ_３膜を５０ｎｍ成膜した。このとき原材料としてＡｌについては、ＴＭＡ（シグマアルドリッチ社）、Ｏについてはオゾンジェネレーターによって発生させたＯ_３を交互に積層させることで、成膜を進めた。

その次に、絶縁保護膜４０ｂとして、Ｓｉ_３Ｎ_４をプラズマＣＶＤ法により１０００ｎｍ成膜し、その後、図４に示すように、エッチングによりコンタクトホールＨを形成した。その後、Ａｌをスパッタ法で成膜し、エッチングによりパターニングして配線６０を形成し、絶縁保護膜７０としてＳｉ_３Ｎ_４をプラズマＣＶＤ法により５００ｎｍ成膜した。

その後、図１５に示すように基板１０の裏面をエッチングして圧力室１０ｘ（Ｘ２：幅６０μｍ、Ｙ２：長さ１０００μｍ）を形成し、液体吐出ヘッド２とした。但し、基板１０の下部には、ノズル５１を備えたノズル板５０は接合されていなく、液体吐出ヘッド２は半完成状態である。

このとき、図２３に示すように、圧力室１０ｘを保持するため、裏面に電気機械変換素子３０に対応する個数の凹部１５ｘが形成された保持基板１５を用いた。具体的には、圧力室１０ｘを形成する前に、各電気機械変換素子３０が各凹部１５ｘ内に収容されるように、保持基板１５を接着層を介して基板１０上に接合した。その後、基板１０の裏面をエッチングして圧力室１０ｘを形成した。

この際、ダミーチャネル４を１つ（一端側での形成数である。以下同様）形成するとともに、溝１１（Ｘ１：幅６０μｍ，Ｙ１：長さ６０μｍ）を形成した。隣接する溝１１の間隔は、Ｘ方向、Ｙ方向ともに６０μｍとした。また、溝１１とダミーチャネル４との距離Ｚを、６０μｍとした。溝１１の曲率半径は２３００μｍ、端部の駆動チャネル３の曲率半径は４５００μｍであった。

［実施例２］
絶縁保護膜４０ｂとしてＳｉ_３Ｎ_４をプラズマＣＶＤ法により７００ｎｍ成膜し、絶縁保護膜７０としてＳｉ_３Ｎ_４をプラズマＣＶＤ法により３００ｎｍ成膜し、ダミーチャネル４を４つ形成した以外は実施例１と同様に液体吐出ヘッド２を作製した。溝１１の曲率半径は６４００μｍ、端部の駆動チャネル３の曲率半径は４２００μｍであった。

［実施例３］
基板１０として６インチのシリコンウェハを準備し、基板１０にＳｉＯ_２（膜厚１２００ｎｍ）、Ｓｉ（膜厚４００ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚２００ｎｍ）、ＳｉＮ（膜厚３００ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚２６０ｎｍ）、ＳｉＮ（３００ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚２００ｎｍ）、Ｓｉ（４００ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚１２００ｎｍ）の膜を順に形成して振動板２０を作製した。

絶縁保護膜４０ｂとしてＳｉ_３Ｎ_４をプラズマＣＶＤ法により７００ｎｍ成膜し、絶縁保護膜７０としてＳｉ_３Ｎ_４をプラズマＣＶＤ法により３００ｎｍ成膜し、圧力室１０ｘの幅を１００μｍとして、ダミーチャネル４を４つ形成するとともに、溝１１（Ｘ１：幅１００μｍ，Ｙ１：長さ１００μｍ）を形成した。隣接する溝１１の間隔は、Ｘ方向、Ｙ方向ともに３０μｍとした。また、溝１１とダミーチャネル４との距離を、３０μｍとした。上記以外は、実施例１と同様に液体吐出ヘッド２を作製した。溝１１の曲率半径は６２００μｍ、端部の駆動チャネル３の曲率半径は４２５０μｍであった。

［実施例４］
図７に示すように基板１０の裏面をエッチングして圧力室１０ｘを作製し（ダミーチャネル非形成）、絶縁保護膜４０ｂとしてＳｉ_３Ｎ_４をプラズマＣＶＤ法により７００ｎｍ成膜し、絶縁保護膜７０としてＳｉ_３Ｎ_４をプラズマＣＶＤ法により３００ｎｍ成膜し、最端部の駆動チャネル３と溝１１との距離を１００μｍとした以外は実施例１と同様に液体吐出ヘッド２を作製した。溝１１の曲率半径は６５００μｍ、端部の駆動チャネル３の曲率半径は４３００μｍであった。

［実施例５］
図１７に示すように基板１０の裏面をエッチングして圧力室１０ｘ、およびダミーチャネル４を４つ作製し、溝１１部では基板１０をハーフエッチングにより非貫通とした以外は実施例１と同様に液体吐出ヘッド２を作製した。端部の駆動チャネル３の曲率半径は４４００μｍであった。

［比較例１］
絶縁保護膜４０ｂとしてＳｉ_３Ｎ_４をプラズマＣＶＤ法により１５００ｎｍ成膜し、絶縁保護膜７０としてＳｉ_３Ｎ_４をプラズマＣＶＤ法により１０００ｎｍ成膜し、基板１０の裏面をエッチングして圧力室１０ｘ、およびダミーチャネル４を４つ作製した以外は実施例１と同様に液体吐出ヘッド２を作製した。溝１１の曲率半径は１２００μｍ、端部の駆動チャネル３の曲率半径は４６００μｍであった。

［比較例２］
図９に示すように基板１０の裏面をエッチングして圧力室１０ｘを作製し、溝１１およびダミーチャネル４を形成しない以外は実施例１と同様に液体吐出ヘッド２を作製した。端部の駆動チャネル３の曲率半径は４３５０μｍであった。

［実施例１～５、比較例１～２の検討］
実施例１～５、比較例１～２で作成した液体吐出ヘッド２について、ノズル接合性および液体の充填性の評価を行った。表１に評価結果、および各実施例、比較例の詳細を示す。

表１において、実施例１～５では各々の端部から２０ｃｈまでの駆動チャネル群における振動板２０の曲率半径Ｒの最大値と最小値の差（曲率半径差）は何れも１５００μｍ以下であるが、比較例１では２０００μｍよりも大きくなっている。また、比較例１では、溝１１の曲率半径が駆動チャネル３の曲率半径よりも小さくなっている。

表１から分かるように、実施例１～５については、変位差（Δδ／δ_ａｖｅ）がチップ内の各々の端部から２０ｃｈまでのチャネル群における変位傾きとして目標とする８％以内に収まっているが、比較例１については１３％と大きなバラつきを有していた。なお、δは１５０ｋｖ／ｃｍの電界強度かけて評価を行ったときの電気機械変換膜３２の変位特性であり、Δδは電気機械変換膜３２の配列方向に対する変位特性δの傾き差、δ_ａｖｅは変位特性δの平均値である。

実施例１～５、比較例１～２で作製した各液体吐出ヘッド２（半完成状態の液体吐出ヘッド２）の基板１０の下部にノズル５１を備えたノズル板５０を接合し、液体吐出ヘッド２を完成させ、液の吐出評価を行った。

具体的には、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の印可電圧を加えたときの吐出状況を確認した。その結果、溝１１を形成しない比較例２では、ノズル接合時に接着剤が圧力室１０ｘに入り込む等の不具合が確認された（ノズル接合性：×）。

一方、溝１１を形成した実施例１～５で作製した各液体吐出ヘッド２に関しては、いずれも良好なノズル接合性を得られた（ノズル接合性：◎）。また、実施例１～３，５について、ダミーチャネル４を設けることで、液体の充填性を良好なものとし、気泡等による吐出不具合を解消できることを確認した。また、溝１１の曲率半径を駆動チャネル３の曲率半径よりも大きくした実施例２，３では、溝１１の曲率半径が駆動チャネル３の曲率半径よりも小さい実施例１よりも、良好な充填性を得られた（充填性：◎）。

１,２ 液体吐出ヘッド
３ 駆動チャネル
４ ダミーチャネル
１０ 基板
１０ｘ 圧力室
１１ 溝
１２ ダミー圧力室
１５ 保持基板
１５ｘ 凹部
２０ 振動板
３０ 電気機械変換素子
３１ 下部電極
３２ 電気機械変換膜
３３ 上部電極
３４ ダミー電気機械変換素子
４０（４０ａ，４０ｂ）,７０ 絶縁保護膜
４０ｘ,７０ｘ 開口部
５０ ノズル板
５１ ノズル
６０ 配線
６１,６２,６３ 電極パッド
８０ 接着剤
９０ 連通管基板

特開２００７－３２０１７１号公報

Claims (11)

1. 液体を吐出する複数のノズルに連通する液体吐出用の圧力室が所定方向に複数並んで形成された圧力室形成基板と、
   前記圧力室形成基板の前記ノズル側とは反対側に設けられ、その一部が前記圧力室の壁面を構成する振動板層と、
   各圧力室に対応して前記振動板層上に設けられる電気機械変換素子と、を備え、
   前記圧力室形成基板には、前記所定方向における前記圧力室の端部側に、ノズル側の面が開口された溝が形成され、
   前記圧力室上の振動板層は、該圧力室側に撓んで形成されており、
   前記溝上の振動板層は、該溝の開口側に撓んで形成されており、
   前記圧力室の振動板層の撓み度合は、前記溝の振動板層の撓み度合よりも大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 液体を吐出する複数のノズルに連通する液体吐出用の圧力室が所定方向に複数並んで形成された圧力室形成基板と、
   前記圧力室形成基板の前記ノズル側とは反対側に設けられ、その一部が前記圧力室の壁面を構成する振動板層と、
   各圧力室に対応して前記振動板層上に設けられる電気機械変換素子と、を備え、
   前記圧力室形成基板には、前記所定方向における前記圧力室の端部側に、ノズル側の面が開口された溝が形成され、
   前記溝上の振動板層は、該溝の開口側に撓んで形成されており、
   前記溝の振動板層の撓み度合を曲率半径Ｒで示したときに、曲率半径Ｒは２０００μｍ以上であり、
   前記圧力室の振動板層の撓み度合は、前記溝の振動板層の撓み度合よりも大きいことを特徴とする液体吐出ヘッド。
3. 前記溝上の振動板層上に、第１の絶縁保護膜、配線層、第２の絶縁保護膜がこの順に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 液体を吐出する複数のノズルに連通する液体吐出用の圧力室が所定方向に複数並んで形成された圧力室形成基板と、
   前記圧力室形成基板の前記ノズル側とは反対側に設けられ、その一部が前記圧力室の壁面を構成する振動板層と、
   各圧力室に対応して前記振動板層上に設けられる電気機械変換素子と、を備え、
   前記圧力室形成基板には、前記所定方向における前記圧力室の端部側に、ノズル側の面が開口された溝が形成され、
   前記圧力室上の振動板層は、該圧力室側に撓んで形成されており、
   前記溝上の振動板層は、該溝の開口側に撓んで形成されており、
   前記溝上の振動板層上に、第１の絶縁保護膜、配線層、第２の絶縁保護膜がこの順に形成されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
5. 液体を吐出する複数のノズルに連通する液体吐出用の圧力室が所定方向に複数並んで形成された圧力室形成基板と、
   前記圧力室形成基板の前記ノズル側とは反対側に設けられ、その一部が前記圧力室の壁面を構成する振動板層と、
   各圧力室に対応して前記振動板層上に設けられる電気機械変換素子と、を備え、
   前記圧力室形成基板には、前記所定方向における前記圧力室の端部側に、ノズル側の面が開口された溝が形成され、
   前記溝上の振動板層は、該溝の開口側に撓んで形成されており、
   前記溝の振動板層の撓み度合を曲率半径Ｒで示したときに、曲率半径Ｒは２０００μｍ以上であり、
   前記溝上の振動板層上に、第１の絶縁保護膜、配線層、第２の絶縁保護膜がこの順に形成されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
6. 前記圧力室の振動板層の撓み度合は、前記溝の振動板層の撓み度合よりも大きいことを特徴とする請求項４または５に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記第１の絶縁保護膜および前記第２の絶縁保護膜が引張応力を有する材料からなることを特徴とした請求項３から６までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記圧力室形成基板には、前記所定方向において、前記圧力室と前記溝の間に液体の吐出に関与しないダミー圧力室が少なくとも１つ設けられ、
   前記ダミー圧力室上の振動板層は、該ダミー圧力室側に撓んで形成されていることを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
9. 前記圧力室形成基板の平面において、前記所定方向をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向とし、前記溝のＸ方向の大きさをＸ１、Ｙ方向の大きさをＹ１、前記圧力室のＸ方向の大きさをＸ２、Ｙ方向の大きさをＹ２としたとき、次式（１）を満たしていることを特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
   Ｘ1≦Ｘ２、かつＹ１＜Ｙ２ ・・・（１）
10. 請求項１から９までのいずれかに記載の液体吐出ヘッドを備えることを特徴とする液体吐出ユニット。
11. 請求項１から９までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド、または、請求項１０に記載の液体吐出ユニットを備えることを特徴とする液体を吐出する装置。

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