(57)【要約】【課題】絶縁破壊を生じさせることなく、インク吐出特性を良好に保持でき、安定したインク吐出特性を得ることができる電気−機械変換素子を提供する。【解決手段】基板と、該基板上に形成された共通電極と、該共通電極上に形成された電気−機械変換膜と、該電気−機械変換膜上に形成された個別電極と、前記共通電極と導通がとれるように形成された共通電極パッドと、前記個別電極と導通がとれるように形成された個別電極パッドと、前記共通電極及び個別電極上に形成され、前記個別電極パッドの側面を囲うように形成された絶縁保護膜とを備え、前記絶縁保護膜は、前記個別電極パッドの上端部と接しており、前記個別電極パッドの周辺部における前記絶縁保護膜の厚みが、前記個別電極パッドの端部から前記個別電極パッドの外側方向に向かって、徐々に薄くなっていることを特徴とする電気−機械変換素子。【選択図】図５
2015199266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に形成された共通電極と、
該共通電極上に形成された電気−機械変換膜と、
該電気−機械変換膜上に形成された個別電極と、
前記共通電極と導通がとれるように形成された共通電極パッドと、
前記個別電極と導通がとれるように形成された個別電極パッドと、
前記共通電極及び個別電極上に形成され、前記個別電極パッドの側面を囲うように形成された絶縁保護膜とを備え、
前記絶縁保護膜は、前記個別電極パッドの上端部と接しており、
前記個別電極パッドの周辺部における前記絶縁保護膜の厚みが、前記個別電極パッドの端部から前記個別電極パッドの外側方向に向かって、徐々に薄くなっていることを特徴とする電気−機械変換素子。
【請求項２】
前記絶縁保護膜は、前記個別電極パッドの上端部を覆っており、
前記個別電極パッド上における前記絶縁保護膜の厚みが、前記個別電極パッドの端部から前記個別電極パッドの内側方向に向かって、徐々に薄くなっていることを特徴とする請求項１に記載の電気−機械変換素子。
【請求項３】
前記絶縁保護膜の厚みが、前記個別電極パッドの上端部と接する位置で最も大きくなり、前記個別電極パッドの端部から前記個別電極パッドの外側方向に向かって、徐々に薄くなっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気−機械変換素子。
【請求項４】
前記絶縁保護膜は、前記共通電極パッドの側面を囲うように形成され、かつ前記共通電極パッドの上端部と接しており、
前記共通電極パッドの周辺部における前記絶縁保護膜の厚みが、前記共通電極パッドの端部から前記共通電極パッドの外側方向に向かって、徐々に薄くなっていることを特徴とする請求項１に記載の電気−機械変換素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の電気−機械変換素子を備えることを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載のインクジェット記録ヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項７】
基板上に共通電極を形成し、該共通電極上に電気−機械変換膜を形成し、該電気−機械変換膜上に個別電極を形成し、前記共通電極と導通がとれるように共通電極パッドを形成し、前記個別電極と導通がとれるように個別電極パッドを形成し、前記共通電極及び個別電極上に前記個別電極パッドの側面を囲うように絶縁保護膜を形成する工程と、
前記個別電極パッドにコロナ放電で発生した電荷を注入することにより、分極処理を行う工程とを有し、
前記絶縁保護膜は、前記個別電極パッドの上端部と接しており、
前記個別電極パッドの周辺部における前記絶縁保護膜の厚みが、前記個別電極パッドの端部から前記個別電極パッドの外側方向に向かって、徐々に薄くなっていることを特徴とする電気−機械変換素子の製造方法。
【請求項８】
前記コロナ放電で発生した電荷が正帯電していることを特徴とする請求項７に記載の電気−機械変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気−機械変換素子、電気−機械変換素子の製造方法、インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置や画像形成装置に使用されるインクジェット記録装置やインクジェット記録ヘッドは、インク滴を吐出するノズル、このノズルが連通する加圧室（インク流路、加圧液室、圧力室、吐出室、液室等とも称される）、加圧室内のインクを加圧する圧電素子などの電気−機械変換素子等を備えていることが知られている。そして、エネルギー発生手段で発生したエネルギーで加圧室内のインクを加圧することによってノズルからインク滴が吐出される。
【０００３】
インクジェット記録ヘッドには、サーマル型のものやピエゾ型のもの等が知られており、ピエゾ式のインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものが既に知られている。
【０００４】
ここで、たわみ振動モードのアクチュエータに使用される圧電素子は、例えば、共通電極である下部電極と、下部電極上に形成されたＰＺＴ膜（圧電体層、ＰＺＴ：チタン酸ジルコン酸鉛）と、ＰＺＴ膜上に形成された個別電極である上部電極とで構成されることが知られている。また、上部電極上には層間絶縁膜が形成されて下部電極と上部電極との絶縁が図られ、この層間絶縁膜に開口されたコンタクトホールを介して上部電極に電気的に接続される配線が設けられた構造となることが知られている（例えば、特許文献１、２）。
しかしながら、下部電極としては主にＰｔをベースにした金属電極を用いた実施例がほとんどであり、ＰＺＴの疲労特性に対する保証が懸念される。
これについては、ＰＺＴに含まれるＰｂ拡散による特性劣化が要因として考えられており、酸化物電極を用いることで、疲労特性が改善されることが報告されている（例えば、特許文献３）。
【０００５】
一方、図１に示すように電圧印加直前において圧電体結晶は分極の向きがランダムな状態となっていたものが、電圧印加を繰り返すことで、圧電体結晶は分極の向きが揃ったドメインの集合体となってくる。このため、電圧印加を行う前から分極の向きを揃えることが試されており、分極処理（エージング又はポーリングとも称される）と称した所定駆動電圧に対して変位量を安定化させる工夫が行われてきた（特許文献４、５）。
具体的には圧電素子に対して駆動パルス電圧を超える高電圧を印加するような手法が行われている。また電極と電荷供給手段との間に電圧を印加してコロナ放電を生じさせることにより、電荷を供給し、圧電体内に電界を発生させる工夫が行われている（特許文献６参照）。
【０００６】
しかしながら、特許文献４、５に開示されている駆動パルス電圧を印可して処理する場合、具体的な印可方法について明記されていない。この場合、プローブカード等を用いてウェハレベルで処理することを想定すると、配置された端子電極数や電極形状、配置等によっては、プローブカードの作製等に費用がかかってしまうことや、技術的に作製が非常に困難であるという問題があった。また１枚のプローブカードで処理できる端子電極数が少ない場合においては、ウェハレベルで処理するのに相当な時間を有することになってしまう。
【０００７】
また、特許文献６で開示されているコロナワイヤ電極を用いて処理する場合、ウエハを横断するように分極処理を実施することが可能であるが、電極パッドを有する圧電素子を分極処理する場合、圧電体に電荷を注入する際に、狙いの電極や電極パッド以外にも電荷が蓄積されてしまうという問題が生じていた。特に電極の周囲や電極パッドの周囲が絶縁体で構成されている場合、絶縁体と接しているエッジ部で電界集中しやすくなり、所望の電荷以上の値が電極や電極パッドに集中してしまい、結果的に圧電体において絶縁破壊が生じるという問題があった。
【０００８】
以上により、今までのコロナ放電による分極処理方法では、電極パッド周囲の絶縁保護膜の状態によって、所望の電荷以上の電荷が集中するため、過剰に電荷が注入されてしまうという問題が生じていた。そのため、絶縁破壊の発生を抑制し、インク吐出特性を良好に保持し、かつ安定したインク吐出特性を得ることができる電気−機械変換素子が望まれていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は上記課題を鑑み、絶縁破壊を生じさせることなく、インク吐出特性を良好に保持でき、安定したインク吐出特性を得ることができる電気−機械変換素子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】
上記課題を解決するために、本発明の電気−機械変換素子は、基板と、該基板上に形成された共通電極と、該共通電極上に形成された電気−機械変換膜と、該電気−機械変換膜上に形成された個別電極と、前記共通電極と導通がとれるように形成された共通電極パッドと、前記個別電極と導通がとれるように形成された個別電極パッドと、前記共通電極及び個別電極上に形成され、前記個別電極パッドの側面を囲うように形成された絶縁保護膜とを備え、前記絶縁保護膜は、前記個別電極パッドの上端部と接しており、前記個別電極パッドの周辺部における前記絶縁保護膜の厚みが、前記個別電極パッドの端部から前記個別電極パッドの外側方向に向かって、徐々に薄くなっていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、絶縁破壊を生じさせることなく、インク吐出特性を良好に保持でき、安定したインク吐出特性を得ることができる電気−機械変換素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電圧印加を繰り返すことによる被分極材料内のドメイン構造の変化を示す模式図である。
【図２】電気−機械変換素子の構成の一例を示す模式図である。
【図３】電気−機械変換素子の構成の他の例を示す断面の模式図である。
【図４】電気−機械変換素子の構成の他の例を示す平面の模式図である。
【図５】電極パッド、絶縁保護膜の形状の構成例を示す断面図である。
【図６】電気−機械変換素子のＳＲＯ膜（１１１）のＸＲＤパターン図の例を示す図である。
【図７】コロナ放電を説明するための模式図である。
【図８】分極状態を説明するためのヒステリシスループの例を示す図である。
【図９】コロナ分極処理装置の構成の一例を示す模式図である。
【図１０】サンプルにおける分極率の分布の一例を示す模式図である。
【図１１】インクジェット記録ヘッドの構成の一例を示す模式図である。
【図１２】インクジェット記録装置の構成の一例を示す斜視図である。
【図１３】インクジェット記録装置の構成の一例を示す側面図である。
【図１４】実施例、比較例における放電時間と電位の関係の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る電気−機械変換素子、電気−機械変換素子の製造方法、インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【００１４】
（電気−機械変換素子）
本発明の電気−機械変換素子について説明する。本発明の電気−機械変換素子の構成例を図２に示す。図２では、基板１３、振動板１４、第１の電極１５、電気−機械変換膜１６、第２の電極１７が図示されている。
【００１５】
また、絶縁保護膜、引き出し配線を含めた構成例について、図３及び図４に示す。
図３では、基板１３、基板１３上に形成された第１の電極１５（共通電極）、第１の電極１５上に形成された電気−機械変換膜１６、電気−機械変換膜１６上に形成された第２の電極１７（個別電極）、第１の電極１５上に形成された第１の絶縁保護膜２１、第２の電極１７と導通がとれるように形成された個別電極パッド２４、第１の絶縁保護膜２１上に形成され、個別電極パッド２４の側面を囲うように形成された第２の絶縁保護膜２２が図示されている。
【００１６】
第１の絶縁保護膜２１、第２の絶縁保護膜２２は、コンタクトホール２５、２６を有しており、第１の電極１５に対して共通電極引き出し配線、第２の電極１７に対して個別電極引き出し配線が伸びた構成となっている。このとき、第１の電極１５を共通電極、第２の電極１７を個別電極として、共通・個別電極引き出し配線を保護する第２の絶縁保護膜２２が形成されている。図３及び図４に示されるように、一部開口されて共通電極パッド２３、個別電極パッド２４を形成されている。なお図４は、図３を上から見た場合の概略図であり、第２の絶縁保護膜２２は省略されている。
【００１７】
本発明において、「共通電極及び個別電極上に形成され、前記個別電極パッドの側面を囲うように形成された絶縁保護膜」とは、第１の絶縁保護膜２１及び／又は第２の絶縁保護膜２２を示すものとする。
【００１８】
次に、本発明における電極パッド、絶縁保護膜の構成例の断面図を図５に示す。図５では、基板１３上に第１の絶縁保護膜２１、第２の絶縁保護膜２２、個別電極パッド２４が形成されている構成が示されており、振動板１４、第１の電極１５、電気−機械変換膜１６、第２の電極１７等は省略されている。
【００１９】
分極処理を行う場合、圧電体に電荷を注入する際に、狙いの電極や電極パッド以外にも電荷が蓄積されてしまい、特に電極の周囲や電極パッドの周囲が絶縁体で構成されている場合、絶縁体と接しているエッジ部で電界が集中しやすくなってしまう。このため、所望の電荷以上の値が電極や電極パッドに集中してしまう。
【００２０】
本発明者らは、分極処理時の絶縁破壊を防止する目的で、共通電極と接続される共通電極パッドとは別の第２の共通電極パッドが、個別電極の近傍に開口されることで、良好に分極処理を行えるとして既に特許出願を行っている。
しかし、電極や電極パッドと接している絶縁体との干渉に伴う過度の電界集中により、絶縁破壊が生じてしまうという問題についてはさらなる改善が求められていた。
【００２１】
そこで、本発明では、第２の絶縁保護膜２２が個別電極パッド２４の上端部と接しており、個別電極パッド２４周辺部の絶縁保護膜の厚みが、個別電極パッド２４の端部から個別電極パッド２４の外側方向に向かって、徐々に薄くなる構成とした。このようにすることで、電極パッドのエッジ部で電界が集中してしまうのを防ぎ、絶縁破壊の発生を抑制し、インク吐出特性を良好に保持し、かつ安定したインク吐出特性を得ることができる。また、絶縁破壊に起因した圧電体のクラックの発生を低減させることができる。
【００２２】
図５（Ａ）では、第２の絶縁保護膜２２は個別電極パッド２４の上端部と接しており、個別電極パッド２４周辺部の第２の絶縁保護膜２２の厚みが、個別電極パッド２４の端部から個別電極パッド２４の外側方向に向かって、徐々に薄くなっている。ここで個別電極パッド２４の上端部は図５において符号１９で示されている。また、個別電極パッド２４の周辺部とは、図５において符号２０で示され、図５のような断面図の場合、長さとして表されるが、図４のような平面図の場合、面積として表される。個別電極パッド２４の周辺部の長さは、特に制限されるものではなく、図５のような断面図を考慮した場合では、３０〜５０μｍ程度である。
なお、図５（Ａ）では、個別電極パッド２４周辺部の第２の絶縁保護膜２２の厚みは、直線的に減少しているが、曲線的に減少していてもよい。
【００２３】
また、図５（Ａ）では、第２の絶縁保護膜２２の厚みは、個別電極パッド２４の上端部と接する位置で最も大きくなり、個別電極パッド２４の端部から個別電極パッド２４の外側方向に向かって、徐々に薄くなっている。この場合、後述する図５（Ｂ）に比べ、フォトリソグラフィ法やドライエッチング法による形成が容易であり好ましい。
【００２４】
図５（Ｂ）についても、個別電極パッド２４周辺部の第２の絶縁保護膜２２の厚みが、個別電極パッド２４の端部から個別電極パッド２４の外側方向に向かって、徐々に薄くなっている。図５（Ｂ）では、第２の絶縁保護膜２２は個別電極パッド２４の上端部を覆っており、個別電極パッド２４上に第２の絶縁保護膜２２が形成されている点で図５（Ａ）と異なっているが、個別電極パッド２４上に第２の絶縁保護膜２２が形成されていてもよい。この場合、個別電極パッド２４上の第２の絶縁保護膜２２は、個別電極パッド２４の端部から個別電極パッド２４の内側方向に向かって、徐々に薄くなっていることを要する。これを満たさない場合、電極パッドのエッジ部で電界が集中してしまうことを防げない。
【００２５】
図５（Ｂ）のように、個別電極パッド２４上に第２の絶縁保護膜２２が形成されていてもよいが、図４の平面図を考慮すると、個別電極パッド２４の面積の２５％以下に留めることに留意する。これよりも大きくなると、分極処理において、個別電極パッド２４に電界を印加することができず、分極処理が良好に実施できないことがある。
【００２６】
図５（Ａ）及び（Ｂ）のように、個別電極パッド２４上に第２の絶縁保護膜２２を形成する方法は特に制限されるわけではないが、フォトリソグラフィ法やドライエッチング法により形成することができる。上述したように、図５（Ａ）は図５（Ｂ）に比べ、形成が容易であるが、図５（Ｂ）ではフォトリソグラフィ法やドライエッチング法の条件を適切に選択する必要がある。その条件としては、例えばエッチングレートを制御すること等が挙げられる。
【００２７】
一方、図５（Ｃ）は、本発明に含まれない態様であり、個別電極パッド２４周辺部の第２の絶縁保護膜２２の厚みが、個別電極パッド２４の外側方向に徐々に薄くなっておらず、平面方向に対して不連続的に厚みが変化している。この場合、電極パッドのエッジ部で電界が集中してしまうことを防ぐことができず、分極処理を行うと圧電体にクラックが発生してしまう。そのため、安定した吐出特性が得られない。
さらに、図５（Ｃ）では、個別電極パッド２４上に第２の絶縁保護膜２２が形成されているが、個別電極パッド２４上の第２の絶縁保護膜２２は、個別電極パッド２４の内側方向に徐々に薄くなっておらず、平面方向に対して不連続的に厚みが変化している。この場合も、電極パッドのエッジ部で電界が集中してしまうことを防ぐことができない。
なお、図５（Ｃ）は、従来のリソグラフィ、エッチング条件によってエッチングを実施した場合に形成されるものである。
【００２８】
また、本発明においては、個別電極パッド２４及び第２の絶縁保護膜２２が上記の構成となることを要するが、共通電極パッド２３及び第１の絶縁保護膜２１が上記の構成となることが好ましい。図５では個別電極パッド２４及び第２の絶縁保護膜２２について示されているが、個別電極パッド２４を共通電極パッド２３、第２の絶縁保護膜２２を第１の絶縁保護膜２１として考慮し、電気−機械変換素子素子を形成してもよい。この場合、共通電極パッド２３においても、電極パッドのエッジ部で電界が集中してしまうことを防ぐことができ、好ましい。
【００２９】
次に、本発明の電気−機械変換素子素子の各構成について詳細に説明する。
＜基板＞
図３に示される電気−機械変換素子の基板１３としては、特に制限されるものではないが、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、厚みが１００〜６００μｍであることが好ましい。面方位としては、（１００）、（１１０）、（１１１）と３種を用いることができ、一般的に（１００）、（１１１）が用いられており、本発明においては、（１００）の面方位を持つ単結晶基板が好ましい。
【００３０】
また、圧力室１８（後述する図１１参照）を作製する場合、エッチングを利用してシリコン単結晶基板を加工するが、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）では深い溝をほ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。
【００３１】
本発明においては（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が、この場合、マスク材として用いられ得るＳｉＯ２もエッチングされてしまうことにも留意する。
【００３２】
＜振動板＞
振動板１４は、電気−機械変換膜１６によって発生した力を受けて、変形変位して圧力室１８のインク滴を吐出させる。そのため、振動板１４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。
振動板１４の材料としては、例えばＳｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により作製したものが挙げられる。
さらに、第１の電極１５、電気−機械変換膜１６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１６は、一般的な材料としてＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が使用されることから、振動板１４の材料は線膨張係数８×１０−６（１／Ｋ）に近い線膨張係数として、５×１０−６〜１０×１０−６の線膨張係数を有した材料が好ましく、さらには７×１０−６〜９×１０−６の線膨張係数を有した材料がより好ましい。
【００３３】
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これらの化合物等であり、これらをスパッタ法もしくは、ゾルゲル法を用いてスピンコーターにて作製することができる。
膜厚としては０．１μｍ〜１０μｍが好ましく、０．５μｍ〜３μｍがさらに好ましい。０．１μｍ未満の場合、圧力室１８の加工が難しくなり、１０μｍより大きい場合、振動板１４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ことがある。
【００３４】
＜第１の電極＞
第１の電極１５としては、金属もしくは金属と酸化物からなっていることが好ましい。振動板１４と金属膜の間に密着層を積層させることで、剥がれ等を抑制することができる。以下、密着層含めて金属電極膜、酸化物電極膜の詳細について記載する。
【００３５】
−密着層−
密着層の作製の例としては、Ｔｉをスパッタ成膜後、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ)装置を用いて、６５０〜８００℃、１〜３０分、Ｏ２雰囲気でチタン膜を熱酸化させ、チタン膜を酸化チタン膜にする方法が挙げられる。
酸化チタン膜を作成するには反応性スパッタでもよいが、チタン膜の高温による熱酸化法が好ましい。反応性スパッタによる作製では、シリコン基板を高温で加熱する必要があるため、特別なスパッタチャンバ構成が必要となることに留意する。
【００３６】
さらに、一般の炉による酸化よりも、ＲＴＡ装置による酸化の方が酸化チタン膜の結晶性が良好になる。これは、通常の加熱炉による酸化によれば、酸化しやすいチタン膜は、低温においてはいくつもの結晶構造を作るため、一旦、それを壊す必要が生じるためである。従って、昇温速度の速いＲＴＡによる酸化の方が良好な結晶を形成するために有利になる。
【００３７】
また、Ｔｉ以外の材料としてはＴａ、Ｉｒ、Ｒｕ等が挙げられる。
密着層の膜厚としては、１０ｎｍ〜５０ｎｍが好ましく、１５ｎｍ〜３０ｎｍがより好ましい。１０ｎｍ未満の場合、密着性に懸念があり、５０ｎｍよりも大きい場合、密着層上の膜において良好な結晶性が得られない場合がある。
【００３８】
−金属電極膜−
第１の電極１５における金属電極膜の金属材料としては、例えば白金、イリジウム、白金−ロジウムなどの白金族元素、これらの合金膜などが挙げられる。
また、白金を使用する場合には振動板１４（特にＳｉＯ２）との密着性を考慮し、密着層を先に積層した後、金属電極膜を作製することが好ましい。
金属電極膜の作製方法の例としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜が挙げられる。
【００３９】
金属電極膜の膜厚は、８０〜２００ｎｍが好ましく、１００〜１５０ｎｍがより好ましい。８０ｎｍ未満の場合、共通電極として十分な電流を供給できない場合があり、インク吐出をする際に不具合が発生する場合がある。２００ｎｍより大きい場合、白金族元素などの高価な材料を用いると、コスト増につながることがある。また２００ｎｍより大きい場合において、白金を用いて膜厚を厚くすると表面粗さが大きくなり、金属電極膜上の酸化物電極膜の表面粗さやＰＺＴの結晶配向性に影響を及ぼして、インク吐出が不良となる場合がある。
【００４０】
−酸化物電極膜−
第１の電極１５における酸化物電極膜の材料としては、ＳｒＲｕＯ３を用いることができ、これ以外にも、Ｓｒｘ（Ａ）（１−ｘ）Ｒｕｙ（Ｂ）（１−ｙ）、Ａ＝Ｂａ、Ｃａ、Ｂ＝Ｃｏ、Ｎｉ、ｘ、ｙ＝０〜０．５で記述されるような材料についても用いることができる。ＳｒとＲｕの組成比については、Ｓｒ／Ｒｕが０．８２〜１．２２であることが好ましい。この範囲から外れると酸化物電極膜の比抵抗が大きくなり、電極として十分な導電性が得られなくなることがある。
【００４１】
酸化物電極膜の作製方法としては、例えばスパッタ法により作製する方法が挙げられる。このとき、ＳｒＲｕＯ３膜を成膜する場合、結晶配向性を考慮し、スパッタ条件を設定することが好ましい。例えば、第１の電極１５の金属電極膜をＰｔ（１１１）とした場合、ＳｒＲｕＯ３膜についても（１１１）配向させることが好ましく、そのためには成膜温度を５００℃以上での基板加熱を行い、成膜するなどの検討をすること等が挙げられる。
【００４２】
例えば特許第３７８２４０１号公報に記載のＳＲＯ成膜条件については、室温で成膜した後、ＲＴＡ処理にて結晶化温度（６５０℃）で加熱、酸化を行っている。この場合、ＳＲＯ膜としては、十分結晶化され、電極としての比抵抗としても十分な値が得られるが、膜の結晶配向性としては、（１１０）が優先配向しやすくなり、その上にＰＺＴを成膜すると（１１０）に配向しやすくなる。
【００４３】
以下にＳＲＯ膜を作製する場合の例やその考慮点について説明する。
例えばＰｔ（１１１）上に作製したＳＲＯ膜の結晶性については、ＰｔとＳＲＯで格子定数が近いため、通常のＸ線回折測定におけるθ−２θ測定では、ＳＲＯ（１１１）とＰｔ（１１１）の２θ位置が重なってしまい判別が難しい。Ｐｔについては消滅則の関係からＰｓｉ＝３５°傾けた２θが約３２°付近の位置には回折線が打ち消し合い、回折強度が見られない。
【００４４】
そのため、Ｐｓｉ方向を約３５°傾けて、２θが約３２°付近のピーク強度で判断することでＳＲＯが（１１１）に優先配向しているかを確認することができる。図６に、２θ＝３２°に固定し、Ｐｓｉを振ったときの測定結果の例を示す。
Ｐｓｉ＝０°ではＳＲＯ（１１０）においてほとんど回折強度が見られず、Ｐｓｉ＝３５°付近において、回折強度が見られることから本成膜条件にて作製したものについては、ＳＲＯが（１１１）配向していることが確認できる。また、上記した室温で成膜した後にＲＴＡ処理を行い作製したＳＲＯ膜については、Ｐｓｉ＝０°の時にＳＲＯ（１１０）の回折強度が見られる。
【００４５】
また、連続駆動を行った場合、駆動させた後の変位量が初期変位に比べてどのくらい劣化したかを考慮すると、後述する電気−機械変換膜１６におけるＰＺＴの配向性が影響しており、（１１０）では変位劣化を抑制するには不十分となることがある。さらにＳＲＯ膜の表面粗さについては、成膜温度が影響しており、室温から３００℃では表面粗さが小さくなり２ｎｍ以下になる。なお、表面粗さについてはＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、原子間力顕微鏡）により測定される表面粗さ（平均粗さ)を指標としている。
これらのことから、表面粗さとしては、フラットではあるが結晶性が十分でなく、その後成膜したＰＺＴの圧電アクチュエータとしての初期変位や連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られないことから、ＳＲＯ膜の結晶性や表面粗さを考慮する必要がある。
【００４６】
酸化物電極膜の表面粗さとしては、４ｎｍ〜１５ｎｍが好ましく、６ｎｍ〜１０ｎｍがより好ましい。上記の範囲を満たさない場合、その後成膜するＰＺＴの絶縁耐圧が悪くなり、リークしてしまう場合がある。
上記の結晶性や表面粗さを得るためには、成膜温度を５００℃〜７００℃、より好ましくは５２０℃〜６００℃として成膜をすることが好ましい。
【００４７】
酸化物電極膜の膜厚としては、４０ｎｍ〜１５０ｎｍが好ましく、５０ｎｍ〜８０ｎｍがより好ましい。４０ｎｍ未満の場合、初期変位や連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られないことがあり、ＰＺＴのオーバーエッチングを抑制するためのストップエッチング層としての機能も得られにくくなることがある。また、１５０ｎｍより大きい場合、その後成膜したＰＺＴの絶縁耐圧が悪くなり、リークしてしまうことがある。
酸化物電極膜の比抵抗としては、５×１０−３Ω・ｃｍ以下が好ましく、１×１０−３Ω・ｃｍ以下がより好ましい。５×１０−３Ω・ｃｍよりも大きい場合、十分な電流を供給することができなくなり、インク吐出をする際に不具合が発生することがある。
【００４８】
＜電気−機械変換膜＞
電気−機械変換膜１６の材料としては、ＰＺＴが好適に用いられる。ＰＺＴはジルコン酸鉛(ＰｂＺｒＯ３)とチタン酸鉛(ＰｂＴｉＯ３)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ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率が５３：４７の割合であり、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ０．５３,Ｔｉ０．４７）Ｏ３、一般的にはＰＺＴ（５３／４７）と示されることがある。
【００４９】
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。
これら材料を一般式として表した場合、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挙げられる。
これらの例としては、（Ｐｂ１−ｘ,Ｂａｘ）（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ１−ｘ,Ｓｒｘ）（Ｚｒ,Ｔｉ）Ｏ３等が挙げられ、これはＡサイトのＰｂを一部ＢａやＳｒで置換した場合の例である。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】
電気−機械変換膜１６の作製方法としては、例えばスパッタ法やゾルゲル法を用いてスピンコーターにて作製することが挙げられる。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。
【００５１】
また、ＰＺＴをゾルゲル法により作製する場合、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、均一の溶液を得ることで、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、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。
【００５２】
また、振動板１４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ることができる。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前駆体濃度を調整し、ＰＺＴ膜を作製していくのが好ましい。
【００５３】
電気−機械変換膜１６の膜厚としては０．５μｍ〜５μｍが好ましく、１μｍ〜２μｍがより好ましい。０．５μｍ未満の場合、圧力室１８の加工が難しくなり、５μｍより大きい場合、振動板１４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ほか、十分な変位を発生できなくなることがあり、また作製工程の負担が増加し、プロセス時間が長くなることがある。
【００５４】
＜第２の電極＞
第２の電極１７としては、酸化物電極膜、金属電極膜を有していることが好ましい。
積層の順としては、酸化物電極膜、金属電極膜の順に積層される。第２の電極１７における酸化物電極膜、金属電極膜は、第１の電極１５における酸化物電極膜、金属電極膜と同じ態様とすることができるため、相違点について以下に説明する。
【００５５】
−酸化物電極膜−
第２の電極１７における酸化物電極膜の膜厚としては、２０ｎｍ〜８０ｎｍが好ましく、４０ｎｍ〜６０ｎｍがより好ましい。２０ｎｍ未満の場合、初期変位や変位劣化特性について十分な特性が得られないことがあり、８０ｎｍより大きい場合、その後成膜するＰＺＴの絶縁耐圧が悪くなり、リークしやすくなることがある。
【００５６】
−金属電極膜−
第２の電極１７における金属電極膜の膜厚としては３０ｎｍ〜２００ｎｍが好ましく５０ｎｍ〜１２０ｎｍがより好ましい。３０ｎｍ未満の場合、十分な電流を供給することができなくなり、インク吐出をする際に不具合が発生することがある。２００ｎｍより大きい場合、白金族元素などの高価な材料を用いると、コスト増につながることがある。また２００ｎｍより大きい場合において、白金を用いて膜厚を厚くすると表面粗さが大きくなり、さらに積層する場合、膜剥がれ等が発生することがある。
【００５７】
＜第１の絶縁保護膜＞
次に、第１の電極１５上に積層される第１の絶縁保護膜２１について説明する。
第１の絶縁保護膜２１は成膜・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、緻密な無機材料が好ましい。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、好ましくないことがある。
【００５８】
第１の絶縁保護膜２１の膜厚を大きくすると、振動板１４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記録ヘッドになってしまうことがある。
第１の絶縁保護膜２１の膜厚を抑えつつ、高い保護性能を得るには、酸化物、窒化物、炭化物を用いるのが好ましく、第１の絶縁保護膜２１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。
【００５９】
成膜方法は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（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）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。
第１の絶縁保護膜２１に用いられる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。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することができる。
【００６０】
第１の絶縁保護膜２１の膜厚は、圧電素子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り、２０ｎｍ〜１００ｎｍが好ましい。２０ｎｍ未満の場合、圧電素子の保護層としての機能が不足してしまうため、圧電素子の性能が低下してしまう。１００ｎｍより大きい場合、振動板１４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ことがある。
【００６１】
また、第１の絶縁保護膜２１を２層にする構成とすることもできる。この場合、２層目の絶縁保護膜を厚くするため、振動板１４の振動変位を著しく阻害しないように第２の電極１７付近において２層目の絶縁膜を開口するような構成とすることもできる。
このとき２層目の絶縁保護膜としては、酸化物、窒化物、炭化物又はこれらの複合化合物を用いることができ、また半導体デバイスで一般的に用いられるＳｉＯ２なども用いることができる。
２層目の絶縁保護膜の成膜方法は公知の手法を用いることができ、ＣＶＤ法、スパッタリング法なとが挙げられ、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共通電極と個別電極配線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以上が好ましく、５００ｎｍ以上がより好ましい。
【００６２】
＜引き出し配線、電極パッド＞
配線２７、２８及び電極パッド２３、２４の材料は、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。これらの電極の作製方法としては、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。０．１μｍ未満の場合、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り、ヘッド吐出が不安定になることがある。一方、２０μｍより大きい場合、プロセス時間が長くなることがある。
また、共通電極及び個別電極に接続されるコンタクトホール２５、２６（例えば１０μｍ×１０μｍ）での接触抵抗は、共通電極としては１０Ω以下、個別電極としては１Ω以下が好ましい。さらに好ましくは、共通電極としては５Ω以下、個別電極としては０．５Ω以下である。この範囲を超えると十分な電流を供給することができなくなり、液滴を吐出する際に不具合が発生することがある。
【００６３】
＜第２の絶縁保護膜＞
第２の絶縁保護膜２２としての機能は、個別電極配線や共通電極配線の保護層の機能を有するパッシベーション層である。図３に示されるように、第２の絶縁保護膜２２は個別電極引き出し部と共通電極引き出し部を除き、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記録ヘッドとすることができる。
【００６４】
材料としては、公知の無機材料、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、炭化物等が挙げられ、有機材料としてはポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。
ただし有機材料の場合には膜厚を大きくする必要があるため、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り、好ましい。
【００６５】
また、膜厚は２００ｎｍ以上が好ましく、５００ｎｍ以上がより好ましい。２００ｎｍ未満の場合、十分なパッ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、インクジェットの信頼性を低下させてしまうことがある。
【００６６】
圧電素子上とその周囲の振動板上に開口部をもつ構造が好ましい。これは、前述の第１の絶縁保護膜２１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インクジェットヘッドとすることが可能になる。
開口部分の形成においては、第１及び第２の絶縁保護膜で圧電素子が保護されているため、フォトリソグラフィ法、ドライエッチング法を用いることができる。
【００６７】
（分極処理）
電気−機械変換素子においては、電圧印加前は、例えば図１（Ａ）に示されるように電気−機械変換膜内のドメイン５０における分極方向がバラバラであったものが、電圧印加を繰り返していくと、図１（Ｂ）に示されるように分極の方向がある程度まとまって配向することとなる。これにより、電気−機械変換素子の変位量が低下してしまう。
これに対し、電気−機械変換素子を分極処理することで、変位量の変化を早期に収束させ、電気−機械変換素子の駆動力の経時的変化を減らすことができる。
なお、分極処理は、ポーリング処理やエージング処理などとも称されることがある。
【００６８】
電気−機械変換素子に対する分極処理は、コロナ放電又はグロー放電を行い、発生した電荷についてパッド部を介して注入することにより実施される。
コロナ放電では、図７に示されるようにコロナ電極５３が電源５２を介して、平面電極５４と接続されており、電圧を印加することで、大気中の分子が持続的にイオン化される。イオン化された正負のイオンは、コロナ電極５３と平面電極５４との間に生じた電界に沿って移動し、発生した正のイオンはコロナ電極５３と平面電極５４との間に設置された被対象物５５、圧電素子に流れ込み、電荷が圧電素子に蓄積される。
【００６９】
次に、分極状態について説明する。
分極処理の状態については、Ｐ−Ｅヒステリシスループから判断することができる。図８（ａ）に示すように電界強度をかけてヒステリシスループを測定し、最初の０ｋＶ／ｃｍ時の初期状態の分極量をＰｉｎｉ、電圧印加後に０ｋＶ／ｃｍまで戻したときの０ｋＶ／ｃｍ時の分極量を残留分極Ｐｒとする。Ｐｒ−Ｐｉｎｉの値を分極量差として定義し、この分極量差が小さいほど分極が進んでいると判断される。通常、分極処理を行わない状態のヒステリシスは図８（ａ）のようにＰｉｎｉは０に近い値であるが、分極処理を行うことで図８（ｂ）のようにＰｉｎｉが大きくなり、分極処理が進むことで分極量差Ｐｒ−Ｐｉｎｉの値が小さくなる。ここで、分極量差は、１０μＣ／ｃｍ２以下である場合、さらには５μＣ／ｃｍ２以下である場合、分極処理が十分になされているといえる。１０μＣ／ｃｍ２よりも大きい場合、圧電アクチュエータとして連続駆動した後の変位劣化について十分な特性が得られないことがある。
【００７０】
次に、分極処理を行う分極処理装置の構成例を図９に示す。図９に示される分極処理装置は、コロナ電極４１、グリッド電極４２、支持体４３及びサンプルを固定するサンプルステージ４４が備えられている。図９では、コロナ電極４１、グリッド電極４２はそれぞれ図示しないコロナ電極用電源、グリッド電極用電源に接続され、コロナ電極４１がワイヤ状の電極であることが示されている。コロナ電極４１やグリッド電極４２に印加する電圧の大きさや、サンプルステージ４４と各電極間の距離は特に限定されるものではなく、十分に分極処理を施すことができるようにこれらを調整し、コロナ放電の強弱をつけることができる。
【００７１】
コロナ電極４１の構成は特に限定されるものではなく、ワイヤ状のほかにも針状等にすることもでき、各種電導性の材料により構成することができる。本実施形態においては、ワイヤ状のものが好適に用いられ、太さは例えばφ５０μｍである。コロナ電極４１に用いられる材料としては、特に限定されるものではなく、タングステン、ステンレス等が挙げられ、タングステンを表面研磨、カーボンコート、金メッキ等したものも用いることができる。
【００７２】
また、図９では、グリッド電極４２は図示しないグリッド電極用の電源に接続され、グリッド電極４２がコロナ電極４１とサンプルステージ４４との間に配置されていることが示されている。グリッド電極４２の材料としては、公知のものを用いることができ、例えば、ステンレス、タングステン等が挙げられる。
グリッド電極４２の構成は特に限定されるものではないが、形状の工夫や、メッシュ加工を施し、コロナ電極４１に高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を効率よく均一にサンプルステージ４４に降り注ぐように構成されていることが好ましい。
【００７３】
サンプルステージ４４としては、コロナ放電を行うことができる導電性の材料であれば特に制限はなく、例えば、ステンレス板やその他金属板等が挙げられる。
サンプルステージ４４には、サンプルを加熱できるように加熱手段が備えられていることが好ましい。これは、加熱しながら分極処理を行った場合、サンプルの応力を緩和させながら処理できるため、所望の分極状態にするために多くの電荷量を供給してもクラックの発生を抑制することができる。加熱手段の具体的手段は特に限定されるものではなく、各種ヒータやランプ等を用いて加熱するように構成することができる。また、加熱手段は、サンプルステージ内４４に設置することもでき、サンプルステージ４４外から加熱するように設置することもできる。特に電極等との干渉を避けるため、サンプルステージ４４内に設置されていることが好ましい。
【００７４】
加熱手段の最大加熱温度は特に限定されるものではなく、製造するサンプル、例えば圧電素子の電気−機械変換膜のキュリー温度等に応じて所定の温度に加熱できるように構成されていればよい。特に各種圧電素子に対応できるよう、最大３５０℃まで加熱できるように構成されていることが好ましい。実際に分極処理を行う際の加熱温度は特に限定されるものではないが、キュリー温度以下に加熱することが好ましい。これは、キュリー温度を超える温度に加熱すると分極処理を行っても再度脱分極してしまい、分極処理の効果がなくなってしまうためである。
【００７５】
また、電気−機械変換膜の温度がキュリー温度を越えることをより確実に防止するため、加熱温度は特にキュリー温度の半分の温度以下に加熱することが好ましく、１／３以下の温度に加熱することがより好ましい。例えば電気−機械変換膜としてＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を用いた場合、１８０℃以下に加熱することが好ましく、１２０℃以下に加熱することがより好ましい。
【００７６】
サンプルステージ４４は、サンプルステージ４４上に配置された被分極材料４５に対して電荷が流れやすくするため、アース接地されていることが好ましい。
【００７７】
サンプルステージ４４には、コロナ放電した時にサンプルに電荷等が照射（供給）されるエリアが限られるため、サンプル全体を処理できるようにサンプルを移動させる移動手段が備えられていることが好ましい。移動手段は特に限定するものではなく、サンプルステージ４４が移動する構成としてもよい。
【００７８】
分極処理を行う際に必要な電荷量Ｑについては特に限定されるものではないが、例えば、電気−機械変換素子に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より好ましい。この値に満たない場合は、分極処理が十分できず、ＰＺＴの圧電アクチュエータとして連続駆動後の変位劣化については十分な特性が得られないことがある。
【００７９】
コロナ電極４１に対する電極パッドの水平距離関係による分極率の分布を図１０に示す。パッドサイズが同じである場合、図に示されているように、コロナワイヤ電極直下にある電気−機械変換素子から徐々に遠ざかることによって分極率は悪化していることが認められる。
【００８０】
（電気−機械変換素子の製造方法）
本発明の電気−機械変換素子の製造方法は、基板上に共通電極を形成し、該共通電極上に電気−機械変換膜を形成し、該電気−機械変換膜上に個別電極を形成し、前記共通電極と導通がとれるように共通電極パッドを形成し、前記個別電極と導通がとれるように個別電極パッドを形成し、前記共通電極及び個別電極上に前記個別電極パッドの側面を囲うように絶縁保護膜を形成する工程を有している。また、前記個別電極パッドにコロナ放電で発生した電荷を注入することにより、分極処理を行う工程とを有しており、必要に応じてその他の工程を有していてもよい。
そして、前述したように、前記絶縁保護膜は、前記個別電極パッドの上端部と接しており、前記個別電極パッドの周辺部における前記絶縁保護膜の厚みが、前記個別電極パッドの端部から前記個別電極パッドの外側方向に向かって、徐々に薄くなっている。コロナ放電を行う方法は特に制限されるものではないが、上記の分極処理装置を用いることができる。また、前記コロナ放電により発生した電荷が正帯電していることが好ましい。
【００８１】
（インクジェット記録ヘッド）
次に本発明に係るインクジェット記録ヘッドについて説明する。
図１１（Ａ）に示されるように、ノズル１１、ノズル板１２、圧力室１８を備えるインクジェット記録ヘッドが挙げられる。また、図１１（Ｂ）に示されるように複数個配置させる構成としてもよい。
本発明によれば、電気−機械変換素子が簡便な製造工程で（かつバルクセラミックスと同等の性能を持つ）形成でき、その後の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インクジェット記録ヘッドが得られる。なお、図中には液体供給手段、流路、流体抵抗についての記述は省かれている。
【００８２】
（インクジェット記録装置）
次に、本発明のインクジェット記録ヘッドが備えられたインクジェット記録装置について説明する。本発明のインクジェット記録装置の一例を図１２、図１３に示す。図１２はインクジェット記録装置の斜視図であり、図１３はインクジェット記録装置の気孔部の側面図である。
【００８３】
本発明におけるインクジェット記録装置には、記録装置本体８１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載されたインクジェット記録ヘッド、インクジェット記録ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等が収納されている。
【００８４】
装置本体８１の下方部には前方側から多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（又は給紙トレイ）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができる。そして、給紙カセット８４又は手差しトレイ８５から給送される用紙８３が取り込まれ、印字機構部８２によって所要の画像が記録された後、後面側に装着された排紙トレイ８６に用紙８３が排紙される。
印字機構部８２には、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９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３が主走査方向に摺動自在に保持されている。
【００８５】
このキャリッジ９３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記録ヘッドからなるヘッド９４が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され、インク滴吐出方向を下方に向けてインクジェット記録ヘッドが装着されている。またキャリッジ９３にはヘッド９４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９５が交換可能な態様で装着されている。
【００８６】
インクカートリッジ９５には上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェット記録ヘッドに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が設けられている。この多孔質体の毛管力により、インクジェット記録ヘッドに供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、インクジェット記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド９４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個のヘッドとしてもよい。
【００８７】
ここで、キャリッジ９３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１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９２に摺動自在に載置している。そして、キャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００が張装されている。このタイミングベルト１００はキャリッジ９３に固定されており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
【００８８】
また、インクジェット記録装置には、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２が設けられている。さらに、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６とが設けられている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【００８９】
そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４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１０９が設けられている。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２が設けられている。さらに、インクジェット記録装置には、用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６が配設されている。
【００９０】
記録時には、キャリッジ９３が移動しながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後、次の行の記録が行われる。記録終了信号又は用紙８３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８３が排紙される。
【００９１】
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７が配置されており、回復装置１１７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９３は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４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ことができる。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ことができる。
【００９２】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド９４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をクリーニング手段により除去でき、吐出不良を回復することができる。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（不図示）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。
【００９３】
本発明のインクジェット記録装置においては、振動板駆動の不良等によるインク滴吐出不良を抑制することができ、変位の変動を抑制することができることから、安定したインク滴吐出特性、画像品質の向上を図ることができる。
【実施例】
【００９４】
以下、本発明を実施例及び比較例を挙げて説明する。なお、本発明はここに例示される実施例に限定されるものではない。
【００９５】
（実施例１）
＜電気−機械変換素子の作製＞
６インチシリコンウェハ（膜厚６２５μｍ）上に、熱酸化膜（膜厚１μｍ）を形成し、第１の電極１５の密着層として、チタン膜（膜厚３０ｎｍ）をスパッタ装置にて成膜した後にＲＴＡを用いて７５０℃にて、熱酸化させた。
続いてチタン膜上に金属電極膜として白金膜（膜厚１００ｎｍ）、酸化物電極膜としてＳｒＲｕＯ３膜(膜厚６０ｎｍ)をスパッタ成膜した。スパッタ成膜時の基板加熱温度については５５０℃にて成膜を実施した。
【００９６】
次に、電気−機械変換膜１６の作製にあっては、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１１４：５３：４７に調整されたＰＺＴ前駆体溶液を用いて、スピンコート法により成膜した。ＰＺＴ前駆体溶液の塗布液の合成を以下に説明する。
出発材料として酢酸鉛三水和物、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、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。なお、化学両論組成に対し鉛量を過剰にしてあるが、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。
次に、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、前述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前駆体溶液におけるＰＺＴ濃度は０．５ｍｏｌ／ｌであった。
【００９７】
このＰＺＴ前駆体溶液の塗布液を用いて、スピンコート法により成膜し、成膜後、１２０℃で乾燥させた後、５００℃で熱分解を行った。３層目の熱分解処理後に、結晶化熱処理（温度７５０℃）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、膜厚が約２μｍのＰＺＴ膜を得た。
【００９８】
次に、第２の電極１７の酸化物電極膜としてＳｒＲｕＯ３膜(膜厚４０ｎｍ)、金属電極膜として白金膜（膜厚１２５ｎｍ）をスパッタ成膜した。その後、東京応化社製のフォトレジスト（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（サムコ社製）を用いてパターンを作製した。
【００９９】
次に、第１の絶縁保護膜２１として、ＡＬＤ工法を用いてＡｌ２Ｏ３膜を５０ｎｍ成膜した。このとき、原材料としてアルミニウムについては、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム、シグマアルドリッチ社）、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Ｏ３を用い、これらを交互に積層させることで、成膜を進めた。その後、エッチングによりコンタクトホール２５、２６を形成し、個別電極引き出し配線２８、共通電極引き出し配線２７としてＡｌをスパッタ成膜し、エッチングにより個別化した。
【０１００】
次に、第２の絶縁保護膜２２としてＳｉ３Ｎ４をプラズマＣＶＤ法により５００ｎｍ成膜し、エッチングにより個別電極パッド２４、共通電極パッド２３を形成し、図３及び図４に示すような電気−機械変換素子を作製した。
【０１０１】
このときＳｉ３Ｎ４をエッチングする際に、リソグラフィ、エッチング条件を制御することによって、第２の絶縁保護膜２２の厚みが徐々に薄くなるようにエッチングするステップを踏んで、エッチングを実施した。このとき、個別電極パッド２４部は図５（Ｂ）に示すような形状となっていた。
【０１０２】
＜分極処理＞
分極処理装置については、図９に示される分極処理装置を用いた。本実施例では、コロナ電極４１としてφ５０μｍのタングステンのワイヤを用い、グリッド電極４２としてステンレス製の開口率６０％のグリッドを用いた。また、電圧は９．０ｋＶで実施した。
【０１０３】
（実施例２）
実施例１において、Ｓｉ３Ｎ４をエッチングする際に、個別電極パッド２４よりも面積を大きくエッチングすることにより、第２の絶縁保護膜２２と個別電極パッド２４の表面の高さが同一となるようにエッチングを実施した。このときの個別電極パッド２４部は図５（Ａ）に示すような形状となっていた。また、実施例１と同様にして分極処理を行った。
【０１０４】
（比較例１）
実施例１において、Ｓｉ３Ｎ４をエッチングする際に、従来のリソグラフィ、エッチング条件によってエッチングを実施した。このときの個別電極パッド２４部は図５（Ｃ）に示すような形状となっていた。また、実施例１と同様にして分極処理を行った。
【０１０５】
（評価）
＜分極状態の評価＞
実施例１、２及び比較例１において、分極率とクラック発生率を測定した。なお、クラック発生率は分極処理により生じたクラックを微分干渉顕微鏡などにより、測定することができ、クラックの発生した電気−機械変換素子を電気−機械変換素子の総数（約１２００個）で割ることによって得られる。結果を下記表１に示す。
【０１０６】
【表１】
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【０１０７】
分極率では、実施例１、２及び比較例１において、５μＣ／ｃｍ２以下であり、分極処理が良好に実施されていることがわかる。一方、クラック発生率では、実施例１、２が０％であるのに対して、比較例１では９％となっていた。これは、絶縁保護膜での集中によるものだと考えられ、それに伴い電気−機械変換素子に絶縁破壊が生じていると考えられる。
【０１０８】
次に、放電時間に対する電位の変化を図１４に示す。実施例１、２においては、放電時間に大して、電位は大きな変化は生じていない。一方で、比較例１については、放電時間が長くなることによって電位が高くなっていることがわかる。これは、電気−機械変換素子に絶縁破壊が生じていると考えられ、インク吐出安定性が劣化している。
【０１０９】
＜吐出評価＞
実施例１、２及び比較例１で作製した電気−機械変換素子を用いて、図１１（Ｂ）に示されるインクジェット記録ヘッドを作製し、液滴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Ｐｕｌｌ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た。実施例１、２におけるインクジェット記録ヘッドでは吐出が良好であったが、比較例１におけるインクジェット記録ヘッドでは、吐出しないノズルも含まれていた。
【符号の説明】
【０１１０】
１０  電気−機械変換素子
１１  ノズル
１２  ノズル板
１３  基板
１４  振動板
１５  第１の電極
１６  電気−機械変換膜
１７  第２の電極
１８  圧力室
１９  上端部
２０  周辺部
２１  第１の絶縁保護膜
２２  第２の絶縁保護膜
２３  共通電極パッド
２４  個別電極パッド
２５、２６  コンタクトホール
２７、２８  配線
４１  コロナ電極
４２  グリッド電極
４４  サンプルステージ
５０  ドメイン
５１  ドメインの分極方向
５３、５４  電極
５５  被処理物
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１１１】
【特許文献１】特許第３３６５４８５号公報
【特許文献２】特許第４２１８３０９号公報
【特許文献３】特許第３０１９８４５号公報
【特許文献４】特開２００４−２０２８４９号公報
【特許文献５】特開２０１０−３４１５４号公報
【特許文献６】特開２００６−２０３１９０号公報
【図６】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１４】
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