(57)【要約】【課題】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。【解決手段】複数のノズルと、ノズルに連通する圧力室が複数並んで形成されるとともに、端部側にダミー圧力室が形成される圧力室形成基板と、圧力室形成基板の一方面に設けられ、その一部が圧力室およびダミー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設けられる電気機械変換素子３０と、各ダミー圧力室に対応して設けられるダミー電気機械変換素子３４と、電気機械変換素子３０に電気的に接続された電極パッド６２と、ダミー電気機械変換素子３４に電気的に接続されたダミー電極パッド６３と、ダミー電極パッド６３のうち少なくとも最端部に位置するダミー電極パッド６３に対して、その少なくとも一部に対向するように形成されたガードリング配線６４と、を備える。【選択図】図１３
2018154033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する複数のノズルと、
前記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るとともに、前記所定方向において前記圧力室の端部側に配置される少なくとも１つのダミー圧力室が形成される圧力室形成基板と、
前記圧力室形成基板の一方面に設けられ、その一部が前記圧力室および前記ダミー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、
各ダミー圧力室に対応して前記振動板層上に設けられるダミー電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子に電気的に接続された電極パッドと、
前記ダミー電気機械変換素子に電気的に接続されたダミー電極パッドと、
前記ダミー電極パッドのうち少なくとも最端部に位置するダミー電極パッドに対して、その少なくとも一部に対向するように形成された配線と、
を備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記電気機械変換素子は、前記振動板層に積層された下部電極を含み、
前記配線は、前記下部電極と導通していることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記配線は、前記ダミー電極パッドの周長の５０％以上に対向するよう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。
【請求項４】
前記配線と前記ダミー電極パッドとの間隔は、３〜５０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記ダミー電極パッドと前記電気機械変換素子の共通電極とを導通する短絡用配線を設けることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
前記短絡用配線を覆う絶縁保護膜を有することを特徴する請求項５に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
前記ノズルからの液体の吐出制御を行う吐出制御手段を備え、
前記電極パッドは、前記吐出制御手段と電気的に接合され、
前記ダミー電極パッドは、前記吐出制御手段とは電気的に接合されないことを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
請求項５に記載の液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記短絡用配線を作製する工程は、前記電気機械変換素子および前記ダミー電気機械変換素子についての分極処理よりも後の工程であることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項９】
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を備えることを特徴とする液体吐出ユニット。
【請求項１０】
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、または、請求項９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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの製造方法、液体吐出ユニット、および液体を吐出する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
このような電気機械変換素子について分極処理を施すことが知られている。すなわち、電気機械変換素子を形成する電気機械変換膜に含まれる圧電体結晶は、分極方向がランダムな状態となっているが、電圧印加を繰り返す分極処理を施すことで、分極方向を揃え、電気機械変換素子の連続駆動後の変位劣化を抑制するものである。
【０００５】
また、液体吐出ヘッドにおいて、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ために、液体の吐出を行う電気機械変換素子を有する駆動チャネルの配列方向の端部側に、液滴の吐出を行わないダミーの電気機械変換素子を有するダミーチャネルを配設することが知られている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、ノズルと、液室と、電気機械変換素子と、電気機械変換素子の基板側の第１の駆動電極に接続された第１の端子電極と、電気機械変換素子の基板側とは反対側の第２の駆動電極に接続された第２の端子電極とを、複数組備え、複数の第２の端子電極が所定の間隔で並ぶように配置され、複数の第２の端子電極の列の端部に隣接する位置に、ダミーの端子電極を設けた液滴吐出ヘッドが開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のように駆動チャネルの端部側にダミーチャネルを設けることで、分極処理を行う際に、ダミーの端子電極に電荷注入を集中させて、端部に位置する駆動チャネルの個別電極への電荷集中を抑えることができる。
【０００８】
しかしながら、ダミーの電気機械変換素子の分極が進みすぎると、その部分での振動板の撓みが、端部側の駆動チャネルの電気機械変換素子の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。
【０００９】
そこで本発明は、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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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と、前記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るとともに、前記所定方向において前記圧力室の端部側に配置される少なくとも１つのダミー圧力室が形成される圧力室形成基板と、前記圧力室形成基板の一方面に設けられ、その一部が前記圧力室および前記ダミー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、各ダミー圧力室に対応して前記振動板層上に設けられるダミー電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子に電気的に接続された電極パッドと、前記ダミー電気機械変換素子に電気的に接続されたダミー電極パッドと、前記ダミー電極パッドのうち少なくとも最端部に位置するダミー電極パッドに対して、その少なくとも一部に対向するように形成された配線と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】液体吐出ヘッドを例示する断面図である。
【図２】液体吐出ヘッドの製造工程を例示する断面図である。
【図３】液体吐出ヘッドを例示する断面図である。
【図４】液体吐出ヘッドの配線等を例示する図である。
【図５】振動板の撓みについて説明する図である。
【図６】振動板の撓み量の定義について説明する図である。
【図７】分極処理装置の概略構成を例示する図である。
【図８】コロナ放電について説明する図である。
【図９】Ｐ−Ｅヒステリシスループについて例示する図である。
【図１０】液体吐出ヘッドを例示する上面図である。
【図１１】液体吐出ヘッドを例示する上面図である。
【図１２】液体吐出ヘッドを例示する上面図である。
【図１３】第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドを例示する上面図（１）である。
【図１４】（ａ）図１３の点線部、（ｂ）図１３の一点鎖線部での断面図である。
【図１５】第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドを例示する上面図（２）である。
【図１６】第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドを例示する上面図である。
【図１７】第３の実施形態に係る液体吐出ヘッドを例示する上面図である。
【図１８】駆動ＩＣと接続した状態を示す液体吐出ヘッドを例示する上面図である。
【図１９】液体を吐出する装置の一例の要部平面説明図である。
【図２０】液体を吐出する装置の一例の要部側面説明図である。
【図２１】液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。
【図２２】液体吐出ユニットの他の例の正面説明図である。
【図２３】保持基板について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、インク流路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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
なお、液体吐出ヘッド２において、液体の吐出を行わない構造体（ダミー圧力室、振動板２０、電気機械変換素子３０）の部分をダミーチャネル４（ダミーｃｈ）といい、これに対し、液体吐出ヘッド２において、液体を吐出する構造体（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。
【００２０】
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。
【００２１】
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を充填して上部電極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を充填して下部電極３１と接続されている配線とを含んでいる。
【００２２】
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及び６２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。
【００２３】
＜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）。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。
【００２４】
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（ＳｉＯ２）、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
＜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。
【００２９】
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。
【００３０】
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ＳｉＯ２もエッチングされる点に留意が必要である。
【００３１】
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。
【００３２】
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、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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ＳｉＯ２）との密着性が悪いため、Ｔｉ、ＴｉＯ２、Ｔａ、Ｔａ２Ｏ５、Ｔａ３Ｎ５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。
【００３８】
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、ＳｒＲｕＯ３やＬａＮｉＯ３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。
【００３９】
液体吐出ヘッド２において、電気機械変換膜３２として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、ＬａＮｉＯ３、ＴｉＯ２、ＰｂＴｉＯ３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。
【００４０】
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。
【００４１】
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（ＰｂＺｒＯ３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）の固溶体であり、ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率によって、ＰＺＴの特性が異なる。例えば、ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ０．５３、Ｔｉ０．４７）Ｏ３、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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（Ｐｂ１−ｘ、Ｂａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ１−ｘ、Ｓｒ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。絶縁保護膜４０の好ましい材料としては、Ａｌ２Ｏ３，ＺｒＯ２，Ｙ２Ｏ３，Ｔａ２Ｏ３，ＴｉＯ２などのセラミクス材料に用いられる酸化膜が例として挙げられる。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。
【００５２】
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。
【００５３】
また絶縁保護膜４０を２層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層目の絶縁保護膜を開口するような構成も挙げられる。このとき２層目の絶縁保護膜としては、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ＳｉＯ２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。
【００５４】
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。
【００５５】
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Ｓｉ３Ｎ４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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
絶縁保護膜４０，７０で電気機械変換素子３０が保護されているため、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できる。また、電極パッド６１，６２の面積については、５０×５０μｍ２以上になっていることが好ましく、さらに１００×３００μｍ２以上になっていることが好ましい。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
＜分極処理装置＞
次に、分極処理装置について説明する。図７は、分極処理装置の概略構成を例示する図である。分極処理装置５００は、コロナ電極５１０とグリッド電極５２０とを備えており、コロナ電極５１０、グリッド電極５２０は夫々コロナ電極用電源５１１、グリッド電極用電源５２１に接続されている。サンプルをセットするステージ５３０には温調機能が付加されており、最大３５０℃程度までの温度をかけながら分極処理を行うことができる。ステージ５３０にはアース５４０が設置されており、これが付加していない場合には分極処理ができない。
【００６２】
グリッド電極５２０には、例えばメッシュ加工が施されており、コロナ電極５１０に高い電圧を印加したときに、コロナ放電により発生するイオンや電荷等が効率よく下のステージ５３０に降り注き、電気機械変換膜３２に注入されるように工夫されている。コロナ電極５１０やグリッド電極５２０に印加される電圧の大きさや、サンプルと各電極間の距離を調整することにより、コロナ放電の強弱をつけることが可能である。
【００６３】
図８に示すように、コロナワイヤ６００を用いてコロナ放電させる場合、大気中の分子６１０をイオン化させ、陽イオン６２０を発生させる。そして、発生した陽イオン６２０が、電気機械変換素子３０のパッド部を介して流れ込むことで、電荷を電気機械変換素子３０に注入することができる。
【００６４】
この場合、上部電極と下部電極の電荷差によって内部電位差が生じて分極処理が行われていると考えられる。この際、分極処理に必要な電荷量Ｑについては特に限定されるものではないが、電気機械変換素子３０に１．０×１０−８Ｃ以上の電荷量が蓄積されることが好ましく、４．０×１０−８Ｃ以上の電荷量が蓄積されることが更に好ましい。
【００６５】
ここで、分極処理の状態については、電気機械変換素子３０のＰ−Ｅヒステリシスループから判断することができる。分極処理の判断の方法について図９を用いて説明する。図９（ａ）は分極処理前のＰ−Ｅヒステリシスループを例示し、図９（ｂ）は分極処理後のＰ−Ｅヒステリシスループを例示している。
【００６６】
具体的には、まず、図９に示すように、±１５０ｋｖ／ｃｍの電界強度かけてヒステリシスループを測定する。そして、最初の０ｋｖ／ｃｍ時の分極をＰｉｎｄ、＋１５０ｋｖ／ｃｍの電圧印加後０ｋｖ／ｃｍまで戻したときの０ｋｖ／ｃｍ時の分極をＰｒとしたときに、Ｐｒ−Ｐｉｎｄの値を分極率として定義し、この分極率から分極状態の良し悪しを判断することができる。
【００６７】
分極率Ｐｒ−Ｐｉｎｄは、１０μＣ／ｃｍ２以下であることが好ましく、５μＣ／ｃｍ２以下であることが更に好ましい。なお、図７においてコロナ電極５１０及びグリッド電極５２０の電圧や、ステージ５３０とコロナ電極５１０及びグリッド電極５２０との間の距離等を調整することにより、所望の分極率Ｐｒ−Ｐｉｎｄを得ることができる。但し、所望の分極率Ｐｒ−Ｐｉｎｄを得ようとした場合には、電気機械変換膜３２に対して高い電界を発生させることが好ましい。
【００６８】
＜ガードリング配線＞
上述したように、液体吐出ヘッド２において、液体の充填時の気泡を排出して液体の充填性を良好にするために、液体の吐出を行う電気機械変換素子を有する駆動チャネル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を有するダミーチャネル４を配設することが知られている。
【００６９】
ダミーチャネル４は、ここまで説明した駆動チャネル３の層構成と同様の構成を有している。すなわち、圧力室１０ｘと同様にダミー加圧室が形成され、ダミー加圧室上には、振動板２０、および電気機械変換素子３０と同様の構成を有するダミー電気機械変換素子３４、絶縁保護膜４０，７０が形成される。
【００７０】
図１０は、駆動チャネル３の端部側にダミーチャネル４を有する液体吐出ヘッド２の端部側の上面図であり、駆動チャネル３の配列方向（すなわち、圧力室１０ｘの配列方向）の端部側に３つのダミーチャネル４を設けた例を示している。図４を参照して既に述べたように、駆動チャネル３の電気機械変換素子３０の上部電極３３は、絶縁保護膜４０（図１０では図示省略）の開口部４０ｘを介して配線６０が接続され、配線６０は、絶縁保護膜７０の開口部７０ｘ内において、電極パッド６２が形成されている。なお、図１０の例では、絶縁保護膜７０の開口部７０ｘは、複数の電極パッド６２を含むように配列方向に亘り形成されているが、各電極パッド６２の位置のみで開口していてもよい。
【００７１】
一方、ダミーチャネル４では液体の吐出駆動は行わないため、図１０に示す例のように、ダミーチャネル４のダミー電気機械変換素子３４については、ダミー電気機械変換素子３４から配線を引き出して、電極パッドを設ける構成とはなっていない。
【００７２】
図１０に示す例のように、ダミーチャネル４において、ダミー電気機械変換素子３４から配線を引き出して端子電極（電極パッド）を設けない構成では、分極処理（コロナ放電処理）の際、ダミーチャネル４においては電荷注入されることがなく、駆動チャネル３に比べて、ダミーチャネル４での振動板２０の撓み量（図５）は非常に小さいことがわかった。すなわち、コロナ放電処理により分極が進むことにより、電気機械変換膜３２の収縮量が大きくなるため、撓み量が大きくなるが、このとき、ダミーチャネル４に近い端部の駆動チャネル３の撓み量は、ダミーチャネル４の撓みの影響を受けて、若干小さくなる。
【００７３】
これに対し、本実施形態では、先ず、図１１に示すように、ダミーチャネル４においてもダミー電気機械変換素子３４から配線６０を引き出して電極パッド（ダミー電極パッド６３）を設けるようにしている。
【００７４】
すなわち、ダミーチャネル４のダミー電気機械変換素子３４の上部電極３３は、絶縁保護膜４０（図１１では図示省略）の開口部４０ｘを介して配線６０が接続され、配線６０は、絶縁保護膜７０の開口部７０ｘ内においてダミー電極パッド６３が形成される。
【００７５】
なお、図１１の例では、絶縁保護膜７０の開口部７０ｘは、複数の電極パッド６２、およびダミー電極パッド６３を含むように配列方向に亘り形成されているが、図１２に示すように、各電極パッド６２、およびダミー電極パッド６３の位置のみで開口していてもよい。以下の構成例においても同様である。
【００７６】
このようにダミーチャネル４のダミー電気機械変換素子３４からも配線６０を引き出してダミー電極パッド６３を設けた状態で分極処理を行うことにより、ダミー電極パッド６３に電荷注入を集中させて、端部側の駆動チャネル３の電極パッド６２への電荷集中を抑えて、撓み量および分極率のバラつきを抑えることができる。
【００７７】
しかしながら、本願発明者らの更なる検討により、図１１、図１２に示すように、ダミーチャネル４およびダミー電極パッド６３を設けた構成において、分極処理によりダミー電気機械変換素子３４の分極が進み、ダミー電極パッド６３に余剰分の電荷の集中が生じてしまうと、ダミーチャネル４の位置での振動板２０の撓みが、端部側の駆動チャネル３の電気機械変換素子３０の位置での振動板２０の撓み具合に影響を与えてしまうことがわかった。
【００７８】
そこで、本実施形態に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出する複数のノズル（ノズル５１）と、ノズルに連通する液体吐出用の圧力室（圧力室１０ｘ）が所定方向に複数並んで形成されるとともに、所定方向において圧力室の端部側に配置される少なくとも１つのダミー圧力室が形成される圧力室形成基板（基板１０）と、圧力室形成基板の一方面に設けられ、その一部が圧力室およびダミー圧力室の壁面を構成する振動板層（振動板層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、各ダミー圧力室に対応して振動板層上に設けられるダミー電気機械変換素子（ダミー電気機械変換素子３４）と、電気機械変換素子に電気的に接続された電極パッド（電極パッド６１，６２）と、ダミー電気機械変換素子に電気的に接続されたダミー電極パッド（ダミー電極パッド６３）と、ダミー電極パッドのうち少なくとも最端部に位置するダミー電極パッドに対して、その少なくとも一部に対向するように形成された配線（ガードリング配線、ガード配線）６４と、を備えるものである。
【００７９】
図１３は、第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド２の上面図である。図１３に示す液体吐出ヘッド２は、図１１に示した例に加え、さらに、最端部に位置するダミーチャネル４のダミー電極パッド６３に対し、所定間隔を有するとともに、少なくともその一部に対向するように、ガードリング配線６４を設けたものである。ガードリング配線６４を設けることで、ダミー電極パッド６３に集中する余剰分の電荷を、ガードリング配線６４に逃がして、ダミー電極パッド６３への電荷集中を回避することが可能となる。
【００８０】
図１４（ａ）は、ガードリング配線６４の形成位置における圧力室１０ｘの配列方向に直交する方向（図１３の点線部）での液体吐出ヘッド２の断面図である。また、図１４（ｂ）は、ガードリング配線６４の形成位置における圧力室１０ｘの配列方向（図１３の一点鎖線部）での液体吐出ヘッド２の断面図である。
【００８１】
図１４に示すように、ガードリング配線６４は、絶縁保護膜４０上に形成され、ダミー電極パッド６３に対向する端部の他端側では、コンタクトホールＨを介して下部電極３１と導通している。なお、ガードリング配線６４のダミー電極パッド６３に対向する端部の他端側は、図１４に示したように、下部電極３１と導通していることが好ましい。このように、比較的、低抵抗な振動板層２０上に積層される下部電極３１にガードリング配線６４を導通させることで、ガードリング配線６４に注入された電荷を下部電極３１を介して振動板層２０に移動させることができる。なお、ガードリング配線６４の他端側を、ガードリング配線６４に注入された電荷を移動させることができる他の層に接続できる場合は、これと接続されるものであってもよい。
【００８２】
また、ガードリング配線６４は、例えば、Ａｌからなる金属電極材料である。ガードリング配線６４としては、配線６０と同様に、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。
【００８３】
図１３の例では、最端部に位置するダミーチャネル４のダミー電極パッド６３に対し、ガードリング配線６４を設ける例を示している。ここで図１３に示すように、最端部に位置するダミーチャネル４のダミー電極パッド６３のみに対し、ガードリング配線６４を設けることが好ましいが、例えば、図１５に示すように、ガードリング配線６４は、最端部に位置するダミーチャネル４から所定数のダミー電極パッド６３に対して連続して設けられるものであってもよい。また、ガードリング配線６４を複数チャネルの電極パッドに対して設ける際に、駆動チャネル３側の電極パッド６２まで含めてガードリング配線６４が形成されていてもよい。また、図１３に示す最端部（左端部）に位置するダミーチャネル４のダミー電極パッド６３から、不図示の右端部に位置するダミーチャネル４のダミー電極パッド６３まで含めてガードリング配線６４が形成されていてもよい。
【００８４】
ガードリング配線６４のダミー電極パッド６３に対向する位置での形状は、例えば、図１３に示すように、ダミー電極パッド６３の二辺に対向するようにＬ字型に形成することが好ましい。なお、ガードリング配線６４は、ダミー電極パッド６３の少なくとも一部に対向する位置に設けられていればよく、その範囲および形状は特に限られるものではないが、ダミー電極パッド６３の周長の５０％以上の位置で対向するように設けておくことで、好適にダミー電極パッド６３への電荷集中を回避することができる。
【００８５】
ガードリング配線６４の幅は、２０μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。また、ガードリング配線６４と、ダミー電極パッド６３との距離は、３μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。
【００８６】
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では、駆動チャネル３の配列方向において、少なくとも最端部のダミーチャネル４のダミー電気機械変換素子３４に接続された配線６０のダミー電極パッド６３の少なくとも一部に対向する位置に、ガードリング配線６４を設け、これを下部電極３１と導通させている。これにより、分極処理によりダミーチャネル４の端部に発生する余剰分の電荷をガードリング配線６４を介して逃すことができる。これにより、分極率ばらつきとたわみ量ばらつきを抑制することができる。
【００８７】
したがって、ダミー電気機械変換素子３４の部分での振動板２０の撓みが、端部側の駆動チャネル３の電気機械変換素子３０の位置での振動板２０の撓み具合に影響を与えてしまうことを回避することができ、液体を吐出する駆動チャネル３の電気機械変換素子３０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。
【００８８】
［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。
【００８９】
図１６は、第２の実施形態に係る液体吐出ヘッド２の上面図である。図１６に示す液体吐出ヘッド２は、図１３に示した構成に加えて、分極処理の後に、ダミー電極パッド６３と下部電極３１とを導通させる短絡用配線６５を作製したものである。これにより、ダミーチャネル４において、上部電極３３および下部電極３１間をショートさせておくことで電気的に安定した状態とすることができる。
【００９０】
［第３の実施形態］
図１７は、第３の実施形態に係る液体吐出ヘッド２の上面図である。図１７に示す液体吐出ヘッド２は、図１６に示したように、ダミー電極パッド６３と下部電極３１とを導通させる短絡用配線６５を作製した後、少なくとも短絡用配線６５の形成部分を覆うように、絶縁保護膜８０を作製することで、短絡用配線６５の絶縁不良等の不具合の発生を抑えることができる。なお、絶縁保護膜８０は、ガードリング配線６４と短絡用配線６５の保護層の機能を有するパシベーション層であり、材料、膜厚等は、絶縁保護膜７０と同様に構成できる。
【００９１】
上記第１〜第３の実施形態で示した液体吐出ヘッド２を構成した後は、図１８に示すように、駆動チャネル３の電極パッド６２は液体の吐出を制御する吐出制御手段としての駆動ＩＣ３５へワイヤボンディング３６により電気的に接続される。ダミーチャネル４は液体の吐出を目的としないため、ダミー電極パッド６３は、駆動ＩＣ３５とは電気的に接続されない。
【００９２】
（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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
（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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
「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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【実施例】
【０１３２】
以下、本発明の実施例を説明する。
【０１３３】
［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に振動板２０として熱酸化膜（膜厚１μｍ）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。
【０１３４】
次に、下部電極３１上に下地層となるＰｂＴｉＯ３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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
次に、上部電極３３を構成する酸化物電極膜として、ＳｒＲｕＯ３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。
【０１３９】
次に、電気機械変換素子３０上に、絶縁保護膜４０として、ＡＬＤ工法を用いてＡｌ２Ｏ３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Ｏ３を交互に積層させることで、成膜を進めた。
【０１４０】
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を形成するとともに、ガードリング配線６４を作製し、絶縁保護膜７０としてＳｉ３Ｎ４をプラズマＣＶＤ法により５００ｎｍ成膜した。そして、絶縁保護膜７０に開口部７０ｘを設けて配線６０およびガードリング配線６４の一部を露出させて、図１３に示す構造を作製した。
【０１４１】
その後、分極処理装置５００を用い、コロナ帯電処理により分極処理を行った。コロナ帯電処理にはφ５０μｍのタングステンのワイヤーを用いている。分極処理条件としては、処理温度８０℃、コロナ電極５１０の電圧９ｋＶ、グリッド電極５２０の電圧１．５ｋＶ、処理時間３０ｓ、コロナ電極５１０−グリッド電極５２０間の距離４ｍｍ、グリッド電極５２０−ステージ５３０間の距離４ｍｍにて行った。
【０１４２】
［実施例２］
実施例１において分極処理した後に、図１７に示したように短絡用配線６５および絶縁保護膜８０を作製する以外は実施例１と同様に液体吐出ヘッド２を作製した。
【０１４３】
［比較例１］
図１１に示したようにガードリング配線６４を有しない構造を作製する以外は実施例１と同様に液体吐出ヘッド２を作製した。
【０１４４】
［比較例２］
図１０に示したようにダミー電極パッド６３を有しない構造を作製する以外は実施例１と同様に液体吐出ヘッド２を作製した。
【０１４５】
［実施例１〜２、比較例１〜２の検討］
実施例１〜２、比較例１〜２で作成した液体吐出ヘッド２について、さらに、駆動ＩＣ３５を作製し、駆動チャネル３の電極パッド６１，６２とワイヤボンディング３６により電気的に接合した。
【０１４６】
その後、基板１０の裏面をエッチングして圧力室１０ｘ、ダミー圧力室を形成し、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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
実施例１〜２及び比較例１〜２で作製した各液体吐出ヘッド２の電気機械変換素子３０について、図６に示したＣ３の位置に相当するチップを用いて、該当箇所でのＸＲＤ測定、変位特性（圧電定数）、振動板の湾曲量の評価を行った。なお、変位特性の評価については、圧力室１０ｘ側から振動評価を実施した。具体的には、電界印加（１５０ｋＶ／ｃｍ）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。又、振動板２０の湾曲量（曲率半径）については、白色光干渉型表面形状測定機を用いて計測した。
【０１４９】
そして、各々の端部チャネル群における振動板２０の分極率バラつき、曲率半径Ｒの差、及び変位差（Δδ／δ_ａｖｅ）を求め、結果を表１にまとめた。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。
【０１５０】
【表１】
2018154033.tif 000003
【０１５１】
表１から分かるように、実施例１〜２，比較例１については、変位差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２については１３．０％と大きなバラつきを有していた。また、ガードリングを設けていない比較例１に対して、実施例１，２では、さらに好適に変位差を抑制できることを確認した。
【０１５２】
また、表１において、実施例１〜２，比較例１では各々の端部から２０ｃｈまでのチャネル群における振動板２０の曲率半径Ｒの差は何れも１５００μｍ以下であるが、比較例２では２０００μｍよりも大きくなっている。
【０１５３】
次に、実施例１〜２、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。
【０１５４】
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、実施例１〜２，比較例１で作製した各液体吐出ヘッド２に関しては、どのノズル５１からも吐出でき、かつ高周波で吐出できることが確認できた。これに対して、比較例２で作製した液体吐出ヘッド２に関しては、ヘッド内の各々の端部のチャネル群に対応するノズル５１において、大きく液体吐出速度がばらついていることが確認された。
【符号の説明】
【０１５５】
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
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
３５  駆動ＩＣ
３６  ワイヤボンディング
４０（４０ａ，４０ｂ）  絶縁保護膜
４０ｘ  開口部
５０  ノズル板
５１  ノズル
６０  配線
６１  電極パッド（共通電極パッド）
６２  電極パッド（個別電極パッド）
６３  ダミー電極パッド
６４  ガードリング配線
６５  短絡用配線
７０  絶縁保護膜
７０ｘ  開口部
８０  絶縁保護膜
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１５６】
【特許文献１】特開２０１４−１７７０４９号公報
【図１】
2018154033.tif 000004
【図２】
2018154033.tif 000005
【図３】
2018154033.tif 000006
【図４】
2018154033.tif 000007
【図５】
2018154033.tif 000008
【図６】
2018154033.tif 000009
【図７】
2018154033.tif 000010
【図８】
2018154033.tif 000011
【図９】
2018154033.tif 000012
【図１０】
2018154033.tif 000013
【図１１】
2018154033.tif 000014
【図１２】
2018154033.tif 000015
【図１３】
2018154033.tif 000016
【図１４】
2018154033.tif 000017
【図１５】
2018154033.tif 000018
【図１６】
2018154033.tif 000019
【図１７】
2018154033.tif 000020
【図１８】
2018154033.tif 000021
【図１９】
2018154033.tif 000022
【図２０】
2018154033.tif 000023
【図２１】
2018154033.tif 000024
【図２２】
2018154033.tif 000025
【図２３】
2018154033.tif 000026