(57)【要約】【課題】コロナ放電による分極処理において、被分極材料に対して均一に分極処理を行うことのできる分極処理装置を提供する。【解決手段】グリッド電極４２を介してサンプルステージ４４とコロナ電極４１との間のコロナ放電を用いて、サンプルステージ４４上の被分極材料４５の分極処理を行うコロナ分極処理装置であって、被分極材料４５がサンプルステージ４４面上を面内方向に回転するように制御され、被分極材料４５とグリッド電極４２との間の距離が被分極材料４５の中心部から外周部に向かって大きくなることを特徴とする。【選択図】図４
2015088503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリッド電極を介してサンプルステージとコロナ電極との間のコロナ放電を用いて、サンプルステージ上の被分極材料の分極処理を行うコロナ分極処理装置であって、
前記被分極材料が前記サンプルステージ面上を面内方向に回転するように制御され、
前記被分極材料とグリッド電極との間の距離が前記被分極材料の中心部から外周部に向かって大きくなることを特徴とする分極処理装置。
【請求項２】
グリッド電極を介してサンプルステージとコロナ電極との間のコロナ放電を用いて、サンプルステージ上の被分極材料の分極処理を行うコロナ分極処理装置であって、
前記コロナ電極及びグリッド電極が前記サンプルステージ面の面内方向に回転するように制御され、
前記被分極材料とグリッド電極との間の距離が前記被分極材料の中心部から外周部に向かって大きくなることを特徴とする分極処理装置。
【請求項３】
前記サンプルステージが平面上を面内方向に回転することにより、前記被分極材料が前記コロナ電極及びグリッド電極に対して、回転することを特徴とする請求項１または２に記載の分極処理装置。
【請求項４】
前記グリッド電極が前記被分極材料の中心部に凸部を有するように湾曲していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の分極処理装置。
【請求項５】
グリッド電極を介してサンプルステージとコロナ電極との間のコロナ放電を用いて、サンプルステージ上の被分極材料の分極処理を行うコロナ分極処理方法であって、
前記コロナ電極及びグリッド電極に対して、前記被分極材料を前記サンプルステージの平面上を面内方向に回転させ、
または、前記被分極材料に対して、前記コロナ電極及びグリッド電極を前記サンプルステージ面の面内方向に回転させ、
前記グリッド電極と被分極材料との間の距離が前記被分極材料の中心部で最も小さくなるように分極処理を行うことを特徴とする分極処理方法。
【請求項６】
請求項５に記載のコロナ分極処理方法により分極処理されたことを特徴とする電気−機械変換素子。
【請求項７】
請求項６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８】
請求項７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９】
請求項８に記載のインクジェット記録装置により作製されたことを特徴とする記録物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分極処理装置、分極処理方法、電気−機械変換素子、インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置及び記録物に関する。
【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】
この電気−機械変換素子（ピエゾ素子とも呼ばれる）は、通常は分極の向きがランダムな状態となっており、駆動電圧に対する変位量が安定しないという問題を抱えている。この問題は、ランダムな分極の向きを一方向に揃えれば解決され、電圧印加を繰り返すエージング処理、あるいはコロナ放電等によるポーリング（分極処理)という手法があることが既に知られている（例えば、特許文献１〜３）。
インクジェット記録装置及び液体吐出ヘッドの電気機械変換素子は主にジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の薄膜をＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）プロセスの応用により加工して作製されるため、エージングや分極処理もまたウェハ上で行うことが望ましい。また、電圧印加によるエージングはＰＺＴの素子一つ一つに電極を当て、電圧を印加する必要がある。一方、コロナ放電による分極処理はウェハ上に非接触の状態で分極処理が可能であるため、電圧印加に比べ処理能力が高いことが既に知られている（例えば、特許文献４）。
【０００４】
また、特許文献４では、図１に模式的に示されるように、電極を対象物に押し付け、対象物に沿う方向に対向電極が回転する分極処理装置が知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これまでのコロナ放電を用いた分極処理装置では、ウェハ面内で特性に分布を持つサンプルに対し、均一に分極処理がされにくいという問題があった。また、特許文献４の分極処理装置では、分極処理は十分ではなく、サンプルの表面処理のみが行えるだけであり、サンプルの物性を変化することはできず、分極処理が十分になされないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は上記課題を鑑み、コロナ放電による分極処理において、被分極材料に対して均一に分極処理を行うことのできる分極処理装置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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、グリッド電極を介してサンプルステージとコロナ電極との間のコロナ放電を用いて、サンプルステージ上の被分極材料の分極処理を行うコロナ分極処理装置であって、前記被分極材料が前記サンプルステージの平面上を面内方向に回転するように制御され、前記被分極材料とグリッド電極との距離が前記被分極材料の中心部から外周部に向かって大きくなることを特徴とする分極処理装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、コロナ放電による分極処理において、被分極材料に対して均一に分極処理を行うことのできる分極処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】分極処理装置の一例を示す模式図である。
【図２】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３】分極処理装置の他の例を示す模式図である。
【図４】本発明における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５】本発明におけるコロナ分極処理装置の構成の他の例を示す模式図である。
【図６】分極量差Ｐｒ−Ｐｉｎｉ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７】リーク電流量と分極量差の関係を示す図である。
【図８】同一のリーク特性を持つサンプルについて、サンプルとグリッド電極との距離と分極量差の関係を示す図である。
【図９】実施例、比較例における被分極材料のリーク電流の測定箇所の例を示す図である。
【図１０】本発明におけるコロナ分極処理装置の構成の他の例を示す模式図である。
【図１１】本発明における液体吐出ヘッドの構造の一例を示す模式図である。
【図１２】本発明における液体吐出ヘッドの構造の他の例を示す模式図である。
【図１３】本発明における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１４】本発明における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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の分極処理装置は、グリッド電極４２を介してサンプルステージ４４とコロナ電極４１との間のコロナ放電を用いて、サンプルステージ４４上の被分極材料４５の分極処理を行うコロナ分極処理装置であって、被分極材料４５がサンプルステージ４４面上を面内方向に回転するように制御され、被分極材料４５とグリッド電極４２との間の距離が被分極材料４５の中心部から外周部に向かって大きくなることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の分極処理装置は、グリッド電極４２を介してサンプルステージ４４とコロナ電極４１との間のコロナ放電を用いて、サンプルステージ４４上の被分極材料４５の分極処理を行うコロナ分極処理装置であって、コロナ電極４１及びグリッド電極４２がサンプルステージ４４面の面内方向に回転するように制御され、被分極材料４５とグリッド電極４２との間の距離が被分極材料４５の中心部から外周部に向かって大きくなることを特徴としている。
【００１２】
さらに、本発明の分極処理方法は、グリッド電極４２を介してサンプルステージ４４とコロナ電極４１との間のコロナ放電を用いて、サンプルステージ４４上の被分極材料４５の分極処理を行うコロナ分極処理方法であって、コロナ電極４１及びグリッド電極４２に対して、被分極材料４４をサンプルステージ４４の平面上を面内方向に回転させ、または、被分極材料４５に対して、コロナ電極４１及びグリッド電極４２をサンプルステージ４４面の面内方向に回転させ、グリッド電極４２と被分極材料４５との間の距離が被分極材料４５の中心部で最も小さくなるように分極処理を行うことを特徴としている。
【００１３】
以下、本発明に係る分極処理装置、分極処理方法、電気−機械変換素子、インクジェット記録ヘッド、インクジェット記録装置及び記録物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】
（分極処理装置及び分極処理方法）
本発明に係る分極処理装置及び分極処理方法について図面を参照しながら説明する。
コロナ放電では、コロナ電極が電源を介して、平面電極と接続されており、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、コロナ電極と平面電極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と平面電極との間に設置された被分極材料、例えば電気−機械変換素子に流れ込み、電荷が電気−機械変換素子に蓄積される。
【００１５】
電気−機械変換膜においては、電圧印加前は、例えば図２（ａ）に示されるように電気−機械変換膜内のドメイン２０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２（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継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。
【００１６】
＜第１の実施形態＞
次に、本実施形態に係る分極処理装置の構成及び制御について図４、図５を用いて説明する。
図４では、コロナ放電を発生させるコロナ電極４１、被分極材料４５を設置するためのサンプルステージ４４、グリッド電極４２が図示されている。グリッド電極４２は、コロナ電極４１と被分極材料４５の間に備えられ、コロナ放電により被分極材料４５に印加される電界を均一化させることが好ましい。
【００１７】
従来の技術では、グリッド電極４２を用いるのみでは被分極材料４５を均一に分極させるのに十分ではないことが知られていた。そのため、被分極材料４５を均一に分極させるために従来の技術では、図３に示されるように、被分極材料４５を図３中の矢印方向に移動させ、均一に分極させる方法が知られている。
しかし、分極処理を行うにあっては、被分極材料４５におけるリーク電流を考慮する必要があり、リーク電流量が大きいほど分極処理の効果が薄れてしまう。そのため、従来の技術では、被分極材料４５の中心部でリーク電流量が大きくなり、均一に分極処理がされないという問題があった。
【００１８】
そこで、本発明者らは、サンプルステージ４４面上の被分極材料４５を面内方向に回転させ、グリッド電極４２を所定の形状とすることにより、被分極材料４５を均一に分極させることができることを見出した。これにより、被分極材料４５において、場所によって分極処理のばらつきを抑えることができ、例えば電気−機械変換素子に分極処理を行った場合でも、インク吐出特性を良好に保持できると共に安定したインク吐出特性を得ることができる。
【００１９】
図４に示される矢印は、被分極材料４５の回転方向を模式的に表したものである。図４の分極処理装置を上から見た場合、被分極材料４５は時計回りに回転しているが、これに限られるものではなく、逆方向であってもよい。
また、被分極材料４５を回転させる駆動機構は、制限されるものではなく、分極処理装置の内部に備えられていてもよく、外部に備えられていてもよい。例えば、サンプルステージ４４が面上を面内方向に回転することにより、被分極材料４５がコロナ電極４１、グリッド電極４２に対して回転することが好ましい。
【００２０】
本実施形態の分極処理装置において、図４では、コロナ電極４１は図示しないコロナ電極用の電源に接続され、コロナ電極４１がワイヤー状の電極であることが示されている。コロナ電極４１の構成は特に限定されるものではなく、ワイヤー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、ワイヤー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。
【００２１】
また、図４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。また、網目の開口間隔は、特に制限はないが１〜３ｍｍのものが挙げられる。グリッド電極４２は、その形状を工夫することや、メッシュ加工を施すことにより、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が効率よくサンプルステージに降り注ぐように構成されていることが好ましい。なお、グリッド電極４２の形状については、詳細を後述する。
【００２２】
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（ＳＵＳ板と表記することもある）やその他金属板等が挙げられる。上述したように、サンプルステージ４４が平面上の面内方向に回転できるよう制御されていることが好ましい。
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。
【００２３】
被分極材料４５の回転速度に関しては、特に限定されるものではないが、速度が速すぎる場合は分極処理が進まないことがあるため、速度が速すぎないことが好ましい。また速度が遅いことに関しては大きな問題はないが、分極処理の時間がかかることに留意する。回転速度は、分極処理の時間や被分極材料４５等に応じて変更することができるため、一概に好適な範囲は決められないが、例えば、２〜３０°／ｓｅｃが好ましく、５〜２０°／ｓｅｃがより好ましい。分極処理の時間については、回転速度や被分極材料４５等に応じて変更することができるため、一概に好適な範囲は決められないが、例えば、５〜２０分程度でよい。
【００２４】
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６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６（ａ）のようにＰｉｎｉは０であるが、分極処理を行うことで図６（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。
【００２５】
ここで、分極量差は、５μＣ／ｃｍ２以下となっていることが好ましい。５μＣ／ｃｍ２よりも大きい場合、被分極材料４５の分極処理が十分でなく、例えば、被分極材料４５が電気−機械変換素子であった場合、電気−機械変換膜（例えば、後述するＰＺＴ膜）が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。
【００２６】
また、被分極材料４５は、均一に分極処理されていることが好ましく、均一に分極されていない場合、電気−機械変換膜の変位量が安定せず、経時劣化が大きくなることがある。
均一に分極されていることを示す指標の一つとして、被分極材料４５における分極量差のバラツキを求める方法が挙げられる。例えば、図９に示されるように、被分極材料４５を１〜９のようにいくつかの場所を決め、それぞれの場所について分極量差を求める。そして、各々の分極量差を基に、次のように被分極材料４５における分極量差のバラツキを求めることができる。バラツキの求め方は変動係数（ＣＶ）を用いて定義され、下記の式で算出される。
（ＣＶ）＝３×（標準偏差）／（分極量差の面内平均）
分極量差のバラツキは、２０％以下が好ましく、１０％以下がより好ましく、６％以下がさらに好ましい。分極量差のバラツキが２０％以下であると、被分極材料４５が均一に分極処理されているといえる。
【００２７】
図７にリーク電流量と分極量差の関係をプロットした図を示す。これによるとリーク電流が大きいほど、分極分極量差が大きい、つまり分極処理が進んでいないといえる。
一方、図８に同一のリーク特性を持つサンプル（被分極材料４５）について、サンプルとグリッド電極４２との距離と分極量差の関係を示す。なお、図８中、ビットとあるのは、電気−機械変換素子を示す。図８によると、サンプルとグリッド電極４２の距離が遠いほど分極量差が大きくなっていることから、分極処理が進んでいないことが分かる。
そのため、上記図７、図８よりリーク電流量とサンプルとグリッド電極４２との間の距離の関係が規定でき、これを本実施形態に適用することができる。
【００２８】
ここで、グリッド電極４２とサンプルとの間の距離は、図４に示されるように、サンプルが設置されている平面から垂直方向におけるグリッド電極４２との距離を示す。
【００２９】
グリッド電極４２とサンプル間の高さは、３〜６ｍｍが好ましく、３〜４．５ｍｍがさらに好ましい。６ｍｍを超えると、グリッド電極４２とサンプルが離れ過ぎてしまい、被分極材料４５の分極処理が十分になされないことがあり、３ｍｍよりも小さい場合、ビットに電荷が集中しすぎ、ビットが破壊されてしまうことがある。
【００３０】
上記したように、被分極材料４５をコロナ電極４１及びグリッド電極４２に対して回転させることで、被分極材料４５における分極処理の均一化は向上するが、被分極材料４５の中心部と外周部とでは、分極状態に差が生じてしまう。そこで、被分極材料４５の中心部では、グリッド電極４２との距離を小さくし、外周部ではグリッド電極４２との距離を大きくすることで、被分極材料４５における分極状態の差を抑え、均一化を図ることができる。
【００３１】
本実施形態におけるグリッド電極４２は、図４に示されるように、被分極材料４５の中心部でグリッド電極４２との距離を最も小さくし、外周部でグリッド電極４２との間の距離を中心部における距離よりも大きくすることができる。このような構成とすることで、分極処理がされにくい被分極材料４５の中心部で、分極処理を十分に行うことができ、被分極材料４５を均一に分極処理することができる。
【００３２】
また、グリッド電極４２の形状は、被分極材料４５の材料や電極に印加する電圧の値などによって変化させることができる。図４に示されるようにグリッド電極４２を被分極材料４５の中心部で折れ曲がった形状とすることもできるが、この場合、曲げ部分の頭頂部に電荷が集中して放電が起き易くなり、過剰に分極処理されてしまうことがある。そのため、グリッド電極４２の中心部は突起させずに、図５の拡大図に示されるように、緩やかに曲げる、すなわち湾曲させることが好ましい。なお、図５の拡大図に示されているグリッド電極４２は、グリッド電極４２の断面を模式的に表したものであり、分極処理装置を手前から見た場合の断面図である。
【００３３】
本実施形態の分極処理装置により、分極処理される被分極材料４５は、例えば、電気−機械変換素子が挙げられる。
【００３４】
また、上記に示されるように、本実施形態における分極処理方法は、コロナ電極４１、サンプルステージ４４、グリッド電極４２を用いて、サンプルステージ４４上に設置した被分極材料４５の分極処理を行う分極処理方法である。被分極材料４５は、サンプルステージ４４の平面上を面内方向に回転するように制御されている。そして、グリッド電極４２と被分極材料４５との距離が被分極材料４５の中心部で最も小さくなるように分極処理を行う。これにより、被分極材料４５を均一に分極処理することができる。
【００３５】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明に係る分極処理装置のそ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省略する。
【００３６】
図１０に示される分極処理装置は、コロナ電極４１及びグリッド電極４２が図示しない駆動機構によって、回転するように制御されている。図１０中の矢印は、コロナ電極４１及びグリッド電極４２の回転する方向を模式的に示している。図１０に示されているように、コロナ電極４１及びグリッド電極４２は、サンプルステージ４４面の面内方向に回転するように制御されている。
【００３７】
また、上記実施形態と同様に、図１０の分極処理装置を上から見た場合、コロナ電極４１及びグリッド電極４２は時計回りに回転しているが、これに限られるものではなく、逆方向であってもよい。
【００３８】
被分極材料４５の回転速度に関しては、上記実施形態と同様に、特に限定されるものではないが、速度が速すぎる場合は分極処理が進まないことがあるため、速度が速すぎないことが好ましい。また速度が遅いことに関しては大きな問題はないが、分極処理の時間がかかることに留意する。回転速度は、分極処理の時間や被分極材料４５等に応じて変更することができるため、一概に好適な範囲は決められないが、例えば、５〜２０°／ｓｅｃが好ましい。分極処理の時間については、回転速度や被分極材料４５等に応じて変更することができるため、一概に好適な範囲は決められないが、例えば、５〜２０分程度でよい。
【００３９】
本実施形態における分極処理方法は、コロナ電極４１、サンプルステージ４４、グリッド電極４２を用いて、サンプルステージ４４上に設置した被分極材料４５の分極処理を行う分極処理方法である。被分極材料４５に対して、コロナ電極４１及びグリッド電極４２をサンプルステージ４４面の面内方向に回転させる。そして、グリッド電極４２と被分極材料４５との間の距離が被分極材料４５の中心部で最も小さくなるように分極処理を行う。
【００４０】
（電気−機械変換素子）
次に、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１１に示す。図１１では、基板１３、振動板１４、第１電極１５、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜１６、第２電極１７により構成されている例が示されている。また、図１１ではノズル１１、ノズル板１２、圧力室１８が図示されている。本発明の電気−機械変換素子の詳細について以下に説明する。
【００４１】
＜基板＞
図１１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。
【００４２】
また、図１１に示されるような圧力室１８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。
【００４３】
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。
【００４４】
＜振動板＞
振動板１４は、ＰＺＴ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電極１５、ＰＺＴ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、ＰＺＴ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。
【００４５】
さらに振動板１４は引張応力あるいは圧縮応力を持つ複数の膜をＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により積層させ、構築されていることが好ましい。単層膜の場合ＳＯＩウェハが挙げられるが、その場合ウェハコストが非常にかかり、また曲げ剛性を揃えようとした時に任意の膜応力に設定できない。一方、積層振動板の場合、その積層構成を最適化することにより、振動板１４の剛性と膜応力を所望の値に設定する自由度を得ることができる。このため、振動板１４全体の剛性と、応力の制御を積層化と膜厚及び積層構成の組み合わせで実現できることから、電気−機械変換素子（電極層、強誘電体層）の材料、膜厚に適時対応できる。また、電気−機械変換素子の焼成温度による振動板の剛性、応力の変動が少なく安定した振動板が得られることから、液滴吐出特性を高精度にでき、かつ安定した液滴吐出ヘッドを実現できる。
【００４６】
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。
【００４７】
＜第１電極＞
第１電極１５は、金属材料、密着層、導電性酸化物層からなり、金属材料としては従来から高い耐熱性と低い反応性を有する白金が用いられているが、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る。そのため、イリジウムや白金−ロジウムなどの白金族元素や、これら合金膜等も用いることができる。
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、Ｔｉ、ＴｉＯ２、Ｔａ、Ｔａ２Ｏ５、Ｔａ３Ｎ５等を先に積層することが好ましく、作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜が一般的である。膜厚としては、０．０２〜０．１μｍが好ましく、０．０５〜０．１μｍがさらに好ましい。また、ＰＺＴ膜１６の変位の経時的な疲労特性に対する懸念から、第１電極１５とＰＺＴ膜１６との間にルテニウム酸ストロンチウムなどの導電性酸化物を電極部として積層することが好ましい。
【００４８】
＜第２電極＞
第２電極１７は、第１電極１５と同様に、白金などの金属材料を用い、白金とＰＺＴ膜１６との間にルテニウム酸ストロンチウムなどの導電性酸化物を積層させて構成される。
【００４９】
＜ＰＺＴ膜＞
ＰＺＴ膜１６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。
【００５０】
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ＰＺＴの変位特性の応用に向けた材料改質で行われる。
【００５１】
ＰＺＴ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
ＰＺＴ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。
【００５５】
（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１２に示されるように複数個配置させる構成例としてもよい。
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。
【００５６】
（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１３、図１４に示す。図１３はインクジェット記録装置の斜視図であり、図１４はインクジェット記録装置の気孔部の側面図である。
【００５７】
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。
【００５８】
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（または給紙トレイ）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または手差しトレイ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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。記録終了信号または用紙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。
【００６５】
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。
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。
【００６６】
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。
【００６７】
（記録物）
本発明の記録物は、本発明のインクジェット記録装置を用いて記録媒体に情報または画像が記録されているものである。前記記録媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、普通紙、光沢紙、特殊紙、布、フィルム、ＯＨＰシート、などが挙げられる。
【実施例】
【００６８】
以下、本発明を実施例およ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。
【００６９】
（実施例１）
＜電気−機械変換素子の作製＞
シリコンウエハ（膜厚６７５μｍ）にＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２Ｓｉの積層膜（膜厚２００ｎｍ）を形成し、この最表面のＳｉＯ２層にプラズマで表面処理を行った後、これに電極下地層として、Ｔｉを５０ｎｍ成膜し、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ、急速熱処理）により７００℃で酸化チタン（ＴｉＯ２）膜を作製した。ＴｉＯ２膜は、ＳｉＯ２層とＰｔ膜の間の密着層としての役割を持つ。引続き第２電極１７として、Ｐｔ膜、ＳｒＲｕＯ膜(ＳＲＯ)を順次スパッタ成膜した。
【００７０】
次に、ＰＺＴ膜１６の材料としてＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１５０：５３：４７の組成比で調合した溶液を用いた。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。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、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０．３ｍｏｌ／ｌであった。
【００７１】
この液をスピンコートでウェハに塗布し、ホットプレートにより１２０℃で乾燥させた後、４００℃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７４０℃）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、約２．０μｍの膜厚となるＰＺＴ膜１６を得た。
【００７２】
次に、第２電極１７としてＳＲＯ、Ｐｔを順次スパッタ成膜した。その後、東京応化社製フォトレジスト（ＴＳＭＲ８８００）をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した後、ＩＣＰエッチング装置（サムコ社製）を用いてパターンを作製した。
【００７３】
＜分極処理＞
分極処理装置については、図５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ーを用い、グリッド電極４２としてステンレス製（ＳＵＳ製）の開口率６０％のグリッドを用いた。コロナ電極４１に対して８ｋＶ、グリッド電極４２に対して２．５ｋＶの電圧を印加した。
。
【００７４】
また、グリッド電極４２については、図５のように被分極材料４５の中心部に凸部となるように湾曲させ、被分極材料４５の中心部における被分極材料４５とグリッド電極４２との間の距離が３ｍｍ、外周部における被分極材料４５とグリッド電極４２との距離が５．５ｍｍとなるように形成した。なお、被分極材料４５において、中心部から平面方向に最も離れた箇所を外周部とした。
次に、被分極材料４５の回転速度を５℃／ｓｅｃとし、１２分間（１０回転）の分極処理を行った。
【００７５】
（実施例２）
実施例１において、被分極材料４５の回転速度を２０℃／ｓｅｃとし、１２分間（４０回転）とした以外は実施例１と同様にして分極処理を行った。
【００７６】
（実施例３）
実施例１において、被分極材料４５の回転速度を２．５℃／ｓｅｃとし、１２分間（５回転）とした以外は実施例１と同様にして分極処理を行った。
【００７７】
（比較例１）
実施例１において、中心部、外周部共に被分極材料４５とグリッド電極４２との間の距離を３ｍｍとした以外は実施例１と同様にして分極処理を行った。
【００７８】
（比較例２）
実施例１において、被分極材料４５を回転する構成とせずに、図３に示されるような１方向に被分極材料４５を動かす方法により分極処理を行った。移動速度は１ｍｍ／ｓｅｃであり、１２分間分極処理を行った。
【００７９】
（評価）
＜分極状態の評価＞
次に、上記実施例１〜３及び比較例１、２で得られた電気−機械変換素子の面内におけるリーク電流量の測定を行った。リーク電流の測定はサブフェムトアンペアメーター
（Ｋｅｉｔｈｌａｙ社製）を用いて電気−機械変換素子に電圧を印加し、電圧が５０Ｖに達した状態における電流量をリーク電流として取得した。リーク電流の取得箇所は図９の１〜９に示されるような９箇所とした。測定されたリーク電流量を表１に示す。
【００８０】
また、図９の１〜９で示される取得箇所について、得られたリーク電流量を基に分極量差を求めた値及び分極量差のバラツキをあわせて表１に示す。なお、バラツキは上記に示すように変動係数（ＣＶ）を用いて算出した。
【００８１】
【表１】
2015088503.tif 000003
【００８２】
実施例１と３は分極量差が面内で５μＣ／ｃｍ２以下となっており、かつ均一性も良好である。また、実施例１と３の結果から、回転を遅くしても処理のされ方に大きな違いが無いことが分かる。
一方、実施例２のように回転が速すぎた場合でも、分極量差が大きい、つまり十分に分極処理が施されないが、処理自体は均一に行われていることが分かる。
比較例１は被分極材料４５とグリッド電極４２との間の距離を一定にした場合の結果を示しているが、リーク電流の大きい中心部では分極量差が大きく、リーク電流の小さい外周部では分極量差が小さくなっており、ウェハ面内のバラツキが大きくなってしまっている。
また、比較例２は被分極材料４５とグリッド電極４２との距離を変え、中心部が最も小さくなるようにして、従来の１方向に移動する方式の処理を行ったが、こちらも均一性が悪くなっている。
【００８３】
以上の実施例並びに比較例から、被分極材料とグリッド電極との間の距離が被分極材料の中心部から外周部に向かって大きくなるようにし、かつ被分極材料を回転させることで、被分極材料を均一に分極処理することができる。
【００８４】
＜吐出評価＞
次に、実施例１〜３、比較例１、２で得られた電気−機械変換素子を備える液滴吐出ヘッドを作製した。まず、圧力室１８を形成するために、アルカリ溶液（ＫＯＨ溶液、あるいはＴＭＨＡ（水酸化テトラメチルアンモニウム）溶液）で異方性ウェットエッチングを行い、短手方向の幅が６０μｍとなる圧力室１８を形成し、図１１に示されるようなＰＺＴ膜１６およびそれにより構成される液体吐出ヘッドを作製した。
実施例１〜３で得られた液滴吐出ヘッドの吐出は良好であり、連続吐出による特性変化は見られなかった。一方、比較例１、２で得られた液滴吐出ヘッドの吐出は良好ではなく、連続吐出により吐出がさらに悪化した。
【符号の説明】
【００８５】
１１  ノズル
１２  ノズル板
１３  基板
１４  振動板
１５  第１電極
１６  ＰＺＴ膜
１７  第２電極
２０  ドメイン
２１  ドメインの分極方向
２３、２４  電極
２５  被処理物
４１  コロナ電極
４２  グリッド電極
４３  支持部
４４  サンプルステージ
４５  アース電極
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８６】
【特許文献１】特許第３０７２１１２号公報
【特許文献２】特公平３−７２１００号公報
【特許文献３】特開２０１０−７３９４１号公報
【特許文献４】特開平３−１８９１２９号公報
【図１】
2015088503.tif 000004
【図２】
2015088503.tif 000005
【図３】
2015088503.tif 000006
【図４】
2015088503.tif 000007
【図５】
2015088503.tif 000008
【図６】
2015088503.tif 000009
【図７】
2015088503.tif 000010
【図８】
2015088503.tif 000011
【図９】
2015088503.tif 000012
【図１０】
2015088503.tif 000013
【図１１】
2015088503.tif 000014
【図１２】
2015088503.tif 000015
【図１３】
2015088503.tif 000016
【図１４】
2015088503.tif 000017