(57)【要約】【課題】個別電極の端部のパッドに対して均一な電荷量を注入することができ、これにより液滴の吐出特性を良好に保持することができるとともに、安定した液滴の吐出特性を確保することができ、しかも、圧電素子を高密度に配列することができる液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体を貯留した液室と、液室と連通して液体を吐出する複数のノズルと、液室に貯留した液体を加圧してノズルから液滴を吐出させるアクチュエータとしての圧電素子を形成しているアクチュエータ基板７０と、を備え、アクチュエータ基板７０は、圧電素子の個別電極を列状に形成しているとともに、個別電極である第２の電極５６Ｃの端部に配置した個別電極用パッド６２の近傍に同一列内で相互に短絡された短絡電極としてＶｃｏｍ配線７１を形成する。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留した液室と、
前記液室と連通して液体を吐出する複数のノズルと、
前記液室に貯留した液体を加圧して前記ノズルから液体を吐出させるアクチュエータとしての圧電素子を形成しているアクチュエータ基板と、
を備え、
前記アクチュエータ基板は、前記圧電素子の個別電極を列状に形成しているとともに、前記個別電極の端部に配置した個別電極用電極パッドの近傍に同一列内で相互に短絡された短絡電極が形成されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
各列の端部の前記個別電極用パッドの近傍に同一列内の相互に短絡された短絡電極パッドが個別電極パッドのピッチの２倍以下で配置され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】
同一列内の相互に短絡された前記短絡電極が前記アクチュエータ基板の液室形成面に対して、１Ｅ７〜１Ｅ１０［Ω］以下の抵抗となっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
同一列内の相互に短絡された前記短絡電極がＶｃｏｍ配線の一部であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
前記圧電素子の分極量―電界特性における正負の抗電界が０（Ｖ）中心に対してマイナス側にシフトしていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項６】
同一列内の相互に短絡された前記短絡電極がＶｃｏｍ配線であり、コロナ放電による分極処理時はＣｏｍ配線と短絡しており、分極処理後に前記Ｖｃｏｍ配線と前記Ｃｏｍ配線との短絡状態が解除されていることを特徴とする請求項４に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項７】
チップ分割面において前記Ｖｃｏｍ配線と前記Ｃｏｍ配線の双方を短絡させる配線が切断された構成であることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項８】
前記Ｖｃｏｍ配線と前記Ｃｏｍ配線とが隣接しており、レーザ加工による切断面を有することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８の何れか１に記載の液体吐出ヘッドを備え、同一基板上に複数のアクチュエータが形成され、同一列内の相互に短絡された短絡電極がウェハ上で短絡され、アクチュエータ基板の液室形成面に対して１Ｅ１０［Ω］以上の抵抗となっている電極がＧＮＤに対して１Ｅ９［Ω］以下の抵抗で接続された状態でコロナ放電により分極処理を行うことを特徴とする液体吐出ヘッドの分極処理方法。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項８の何れか１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装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液室に貯留した液体を圧電素子の加圧によってノズルから液滴として吐出するようにした液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの分極処理方法及び液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インクジェット技術を用いた画像形成装置のように、液室に貯留した液体を圧電素子の加圧によってノズルから液滴として吐出するようにした液体吐出ヘッド及び液体吐出装置がある。
【０００３】
このような液体吐出装置としては、基本的な構造として、液体を貯留した複数の液室と、各液室と連通して液滴を吐出するノズルと、液体を加圧する圧電素子などの電気−機械変換素子、ヒータなどの電気熱変換素子、又はインク流路の壁面を形成する振動板とこれに対向する電極、等のエネルギー発生手段と、を備え、このエネルギー発生手段で発生したエネルギーで液室内の液体を加圧することによってノズルから液滴を吐出させている。
【０００４】
また、インクジェット技術を用いた画像形成装置における記録ヘッドには、エネルギー発生手段として圧電素子である圧電アクチュエータを用い、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と、の２種類が実用化されている。
【０００５】
たわみ振動モードのアクチュエータを使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液室に対応する形状に切り分けて各液室に独立するように圧電素子を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、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、共通電極である下電極と、下電極の上層に形成したＰＺＴ膜（圧電体層）と、ＰＺＴ膜の上層に形成した個別電極である上電極と、上電極の上層に層間絶縁膜を形成して下電極と上電極との絶縁を図るとともに、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電極と電気的に接続した配線を有する構造が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
しかしながら、下電極には、主に鉛（Ｐｔ）をベースにした金属電極を用いたものがほとんどであり、ＰＺＴ膜の疲労特性に対する保証が懸念されている。これは、一般的にＰＺＴに含まれるＰｂ拡散による特性劣化が疲労特性の要因と考えられており、例えば、酸化物電極を用いることで疲労特性を改善している（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
一般に、ＰＺＴは、電圧印加直前においては圧電体結晶の分極の向きがランダムな状態となっており、電圧印加を繰り返すことによって圧電体結晶の分極の向きが揃ったドメインの集合体となることが知られている。このため、電圧印加を行う前から分極の向きを揃えるのが望ましいとされている。
【０００９】
そこで、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したり、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て圧電体内に電界を発生させるなど、所定駆動電圧に対して変位量を安定化させるさまざまな技術が考えられている（例えば、特許文献４参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、例えば、特許文献４に記載の方式にように、コロナ放電により処理する場合、圧電膜が形成された後にコロナ放電処理を実施しているため、例えば、層間膜形成や引出配線形成といったその後の工程における熱履歴等によって脱分極してしまう虞があった。具体的には、コロナ放電処理後に３００℃を超える熱履歴を与えると、コロナ放電処理前の状態に戻ってしまうという問題が生じていた。
【００１１】
これにより、液滴の吐出特性を良好に保持することが困難となってしまい、安定した液滴の吐出を行うことができず、しかも、圧電素子を高密度に配列することが困難となってしまうという問題が生じていた。
【００１２】
そこで、本願発明者は、コロナ放電やグロー放電によって発生した電荷を注入することにより分極処理を実施する工程は、層間膜形成や引出配線形成といった工程よりも後工程で処理することが好ましいという考えに至った。
【００１３】
ここで、コロナ放電等の電荷注入による分極処理を実施するに際して、同一列の電極の端部である駆動チャネル個別電極部には電荷が集中するため、分極処理の過剰進行による列内特性にばらつきが発生し易く、しかも、過剰電荷の注入による上下電極間での絶縁破壊が発生し易いことが新たに判明した。
【００１４】
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、個別電極の端部のパッドに対して均一な電荷量を注入することができ、これにより液滴の吐出特性を良好に保持することができるとともに、安定した液滴の吐出特性を確保することができ、しかも、圧電素子を高密度に配列することができる液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの分極処理方法及び液体吐出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】
【００１５】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、上記目的達成のため、液体を貯留した液室と、前記液室と連通して液体を吐出する複数のノズルと、前記液室に貯留した液体を加圧して前記ノズルから液体を吐出させるアクチュエータとしての圧電素子を形成しているアクチュエータ基板と、を備え、前記アクチュエータ基板は、前記圧電素子の個別電極を列状に形成しているとともに、前記個別電極の端部に配置した電極パッドの近傍に同一列内で相互に短絡された短絡電極が形成するよう構成する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、個別電極の端部のパッドに対して均一な電荷量を注入することができ、これにより液滴の吐出特性を良好に保持することができるとともに、安定した液滴の吐出特性を確保することができ、しかも、圧電素子を高密度に配列することができる液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの分極処理方法及び液体吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置の一例を示す概略側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置の一例を示す概略平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの基本構成部分である液滴吐出部の一構成例を示す概略構成図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの基本構成部分である液滴吐出部の一構成例を示し、図５のＡ−Ａ線に沿う圧電素子周辺の断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドの基本構成部分である液滴吐出部の一構成例を示す圧電素子周辺の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドにおける放電処理による共通電極用のパッド電極及び個別電極用のパッド電極への電荷注入の様子を模式的に示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドにおける電荷注入による圧電素子の分極の原理を示す電極配置図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドにおける光電荷注入による圧電素子の分極の原理を示す等価回路図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドにおける分極処理前及び分極処理後の圧電素子のＰ−Ｅヒステリシスループ特性の測定例を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドにおける酸化物電極膜を構成するＳＲＯについて測定したＸ線のθ−２θ測定データを示すグラフ図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドにおけるアクチュエータ基板の分極処理の一例を示す説明図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドにおける複数の液滴吐出部を互いに向かい合わせて２列に形成したアクチュエータ基板の一例を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドにおけるアクチュエータ基板の分極処理の他例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
（画像形成装置１の構成）
まず、図１及び図２に基づいて本発明に係る液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドの分極処理方法及び液体吐出装置を搭載した画像形成装置１の一例の構成を説明する。
【００２０】
画像形成装置１は、記録材Ｐを積載部２に積載した状態で収納する給紙カセット３と、積載部２から最上位の記録材Ｐを１枚ずつ分離して給送する半月コロ状の給紙ローラ４と、給紙ローラ４に対向する摩擦係数の大きな材質からなる分離パッド５と、を有する。
【００２１】
給紙ローラ４は、最上位の記録材Ｐの表面に接触し、図１において時計回り方向に回転することで記録材Ｐを下流側（図１において左側）へと給紙する。分離パッド５は、給紙ローラ４に向けて付勢されており、最上位よりも下位の記録材Ｐが重なって下流側へと給紙されないように最上位の記録材Ｐとそれ以外の記録材Ｐとを分離する。
【００２２】
画像形成装置１は、記録紙Ｐの搬送方向上流側から、規制ガイド６、先端検知センサ７、搬送ベルト８、カウンタローラ９、搬送ガイド１０、上流側加圧コロ１１及び下流側加圧コロ１２、押圧部材１３、排紙ローラ１４及び排紙コロ１５、を搬送順に配置している。
【００２３】
規制ガイド６は、給紙ローラ４で給紙された記録材Ｐの搬送方向を図１において下方から上方に向けて規制する。
【００２４】
先端検知センサ７は、記録材Ｐの先端及び後端を検出し、その検出信号をレジスト機能、印字開始タイミング、次の記録紙Ｐの給紙タイミング、等のトリガー信号として利用する。
【００２５】
搬送ベルト８は、搬送ローラ１６とテンションローラ１７との間に掛け渡されて図１において時計回り方向に回動移動する無端状のベルト部材である。搬送ベルト８の表面は、帯電ローラ１８によって帯電され、記録材Ｐを静電吸着して搬送する。搬送ベルト８は、副走査モータ１９の駆動によってタイミングベルト２０、タイミングローラ２１、駆動軸２２を介して搬送ローラ１６が回転することで、副走査方向に回動移動するようになっている。搬送ベルト８の上面側の内面には画像形成領域に対応して下敷き部材２３を配置している。
【００２６】
なお、帯電ローラ１８は、搬送ベルト８の表層に接触し、搬送ベルト８の回動に従動して回転するように配置され、加圧力として駆動軸２２の両端に各２．５Ｎをかけている。
【００２７】
カウンタローラ９は、記録材Ｐを搬送ベルト８の上流端側で挟んでニップ搬送する。
【００２８】
搬送ガイド１０は、記録材Ｐの搬送方向を、上向きから横向きに約９０°方向転換させて搬送ベルト８に倣わせるようになっている。
【００２９】
上流側加圧コロ１１及び下流側加圧コロ１２は、押圧部材１３によって搬送ベルト８の上面側に付勢され、記録材Ｐを搬送ベルト８の上面側で挟んでニップ搬送する。
【００３０】
排紙ローラ１４と排紙コロ１５とは、例えば、排紙ローラ１４を駆動ローラとし、排紙コロ１５を従動ローラとしている。排紙ローラ１４及び排紙コロ１５は、記録材Ｐを搬送ベルト８の下流端から引き継いでニップ搬送して排紙する排紙トレイ２４に排紙するようになっている。排紙ローラ１４及び排紙コロ１５は、両面印刷の際に、搬送ベルト８の回動移動方向と共に片面印刷後の記録材Ｐを排紙方向とは逆方向にスイッチバックさせて両面給紙ユニット２５に搬送する。
【００３１】
この両面給紙ユニット２５は、搬送ベルト８の逆方向回転でスイッチバックした記録材Ｐを取り込んで表裏を反転させ、再び先端検知センサ７の上流側に給紙する。
【００３２】
画像形成装置１は、印字部として、キャリッジ３１と、キャリッジ３１を主走査方向に移動走査可能に保持するガイドロッド３２及びガイドレール３３と、主走査モータ３４と、駆動プーリ３５と従動プーリ３６とに架け渡したタイミングベルト３７と、を有する。
【００３３】
キャリッジ３１は、例えば、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色のインクの液滴を吐出する液体吐出ヘッド３８Ｋ，３８Ｃ，３８Ｍ，３８Ｙを主走査方向に沿う方向に配置した記録ヘッド３８を有する。キャリッジ３１は、記録ヘッド３８に各色のインクを供給するための各色のサブタンク３９を搭載している。このサブタンク３９には各色用のインク供給チューブ４０を介して図示しないメインタンクからインクが補充供給される。
【００３４】
液体吐出ヘッド３８Ｋ，３８Ｃ，３８Ｍ，３８Ｙは、液滴吐出方向を下方に向けてキャリッジ３１に装着している。なお、ここでは独立した液体吐出ヘッド３８Ｋ，３８Ｃ，３８Ｍ，３８Ｙを用いているが、各色のインクの液滴を吐出する複数のノズル列を有する１又は複数の印字ヘッドを用いる構成とすることもできる。また、色の数及び配列順序はこれに限るものではない。
【００３５】
主走査モータ３４は、駆動プーリ３５と従動プーリ３６とに架け渡したタイミングベルト３７を主走査方向に沿って往復移動させてキャリッジ３１を主走査方向に移動走査する。
【００３６】
一方、キャリッジ３１の走査方向の一方側の非印字領域には、キャリッジ３１のホームポジション位置であって、記録ヘッド３８のノズルの状態を維持及び回復するための維持回復機構４１を配置している。
【００３７】
維持回復機構４１は、記録ヘッド３８の各ノズル面をキャピングするための各キャップ４２と、ノズル面をワイピングするためのブレード部材であるワイパーブレード４３と、空吐出受４４と、を有する。この空吐出受４４は、増粘したインクを排出するために記録に寄与しない液滴を吐出させる空吐出を行うときの液滴を受けるようになっている。
【００３８】
次に、このような構成の画像形成装置１における全体の作用を説明する。画像形成装置１は、積載部２から最上位の記録材Ｐが１枚ずつ分離給紙され、先端検知センサ７で検知される。記録材Ｐは、規制ガイド６によって略鉛直上方に向けて搬送方向が規制され、搬送ベルト８とカウンタローラ９との間に挟まれて搬送され、さらに搬送ガイド１０で案内されつつ略９０°に搬送方向が転換される。そして、記録材Ｐは、上流側加圧コロ１１及び下流側加圧コロ１２によって搬送ベルト８の上面側に押し付けられ記録ヘッド３８の下方に搬送される。
【００３９】
このとき、帯電ローラ１８には、図示しない制御回路によってＡＣバイアス供給部からプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように交番する電圧が印加される。これにより、搬送ベルト８が交番する帯電電圧パターン、すなわち、周回方向である副走査方向に、プラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電される。
【００４０】
記録材Ｐは、このプラス、マイナス交互に帯電した搬送ベルト８に静電力で吸着され、搬送ベルト８の周回移動によって副走査方向に搬送される。
【００４１】
そこで、キャリッジ３１を主走査方向に沿って往路及び復路方向に移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド３８を駆動することにより、停止している記録材Ｐにインクの液滴を吐出して１行分を記録し、記録材Ｐを所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号又は記録材Ｐの後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、記録材Ｐを排紙トレイ２４に排紙する。
【００４２】
また、両面印刷の場合には、最初に印刷した表面の記録が終了したときに、排紙ローラ１４と搬送ベルト８とを逆回転させることで、記録済みの記録材Ｐをスイッチバックさせて両面給紙ユニット２５に送り込む。さらに、その記録材Ｐを表裏反転させて再び先端検知センサ７よりも上流側に給紙し、タイミング制御を行って、前述したのと同様に搬送ベルト８に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ２４に排紙する。
【００４３】
また、印字（記録）待機中には、キャリッジ３１はホームポジションである維持回復機構４１に移動されて、キャップ４２で記録ヘッド３８のノズル面がキャッピングされて、ノズル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。また、キャップ４２で記録ヘッド３８をキャッピングした状態でノズルからインクを吸引し、増粘したインクや気泡を排出する回復動作を行う。この回復動作によって記録ヘッド３８のノズル面に付着したインクはワイパーブレード４３でワイピングを行って清掃除去する。また、記録開始前、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出する空吐出動作を行う。これによって、記録ヘッド３８の安定した吐出性能を維持することができる。
【００４４】
次に、記録ヘッド３８の各液体吐出ヘッド３８Ｋ，３８Ｃ，３８Ｍ，３８Ｙの基本的な構成を説明する。なお、以下の説明においては、各液体吐出ヘッド３８Ｋ，３８Ｃ，３８Ｍ，３８Ｙは、同一の構成のものを用いているため、説明の便宜上、記録ヘッド３８の構成として説明する。
【００４５】
記録ヘッド３８は、図３に示すように、液体５０を貯留した液室５１を有する基板５２と、液室５１と連通して液体５０を液滴５０Ａとして吐出するノズル５３を形成したノズル基板５４と、液室５１の上方を覆う振動板５５と、圧電素子５６と、を有する。基板５２には、シリコン基板等が用いられている。
【００４６】
圧電素子５６は、液室５１に貯留した液体５０を加圧してノズル５３から液滴５０Ａを吐出させるアクチュエータ、すなわち、エネルギー発生手段としての電気−機械変換素子を用いている。圧電素子５６は、振動板５５側の下層から順に、下部電極である第１の電極５６Ａと、電気−機械変換膜としての圧電膜５６Ｂと、上部電極である第２の電極５６Ｃと、の３層構造となっている。
【００４７】
さらに、図４及び図５に示すように、圧電素子５６の上層は、第１の絶縁保護膜５７に覆われている。第１の絶縁保護膜５７には、コンタクトホール５７ａ，５７ｂが形成されており、第１の絶縁保護膜５７の上層及びコンタクトホール５７ａ，５７ｂに入り込むように第３の電極５８及び第４の電極５９が設けられている。そして、この第３の電極５８及び第４の電極５９を含む第１の絶縁保護膜５７の上層には第２の絶縁保護膜６０が設けられている。なお、図５においては、第１の絶縁保護膜５７及び第２の絶縁保護膜６０の図示は省略している。
【００４８】
第３の電極５８はコンタクトホール５７ａにより第１の電極５６Ａと導通され、第４の電極５９はコンタクトホール５７ｂにより第２の電極５６Ｃと導通されている。このとき、第１の電極５６Ａと第３の電極５８とを共通電極、第２の電極５６Ｃと第４の電極５９とを個別電極として、第２の絶縁保護膜６０の一部に開口されたコンタクトホール６０ａに共通電極用パッド６１と個別電極用パッド６２とが設けられている。
【００４９】
ここまで作製された圧電素子５６に対して、コロナ放電もしくはグロー放電を行い、発生した電荷について各電極用パッド６１，６２を介して注入することにより、分極処理を実施している。
【００５０】
図６に示すように、コロナワイヤ６３を用いて、コロナ放電させるときには、大気中の分子をイオン化させることで、陽イオンを発生し、圧電素子５６の各電極用パッド６１，６２を介して陽イオンが流れ込むことで、電荷を圧電素子５６に蓄積している。
【００５１】
ここで、図７に示すように、個別電極数がＡ個（図５及び図７では１個）、共通電極数がＢ個（図５及び図７では２個）あったとする。なお、ここでは、個別電極と共通電極の面積が同じと仮定する。
【００５２】
ここで、図８に示すように、仮に電荷Ｑが発生した場合に、１つの圧電素子５６に対してどの位の電荷が蓄積されると分極処理が行われるのかを検討する。例えば、上部電極側には電荷Ｑが発生するのに対して、下部電極側にはＱ（Ｂ／Ａ）だけの電荷が発生し、上部電極と下部電極と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ている。
【００５３】
共通電極は基板５２の裏面に対して所定の抵抗値を持っており、本実施の形態においては、１Ｅ７［Ω］程度となっている。したがって、分極処理時の電荷は、ほぼＧＮＤに流れてしまい、個別電極にチャージされた電荷により電位差が発生して分極処理されているものと考えられる。
【００５４】
ここで、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している。例えば、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し、最初の０ｋＶ／ｃｍ時の分極をＰｉｎｉ、＋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とする。このときに、Ｐｒ−Ｐｉｎｉの値を分極量差として定義し、この分極量差から分極状態の良し悪しを判断する。
【００５５】
ここで、分極量差Ｐｒ−Ｐｉｎｉは、１０μＣ／ｃｍ２以下となっていることが好ましく、５μＣ／ｃｍ２以下となっていることがさらに好ましい。すなわち、この値に満たない場合は、ＰＺＴのアクチュエータとしての圧電素子５６の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からである。
【００５６】
以下に、本発明の各構成の材料、工法について具体的に説明する。
【００５７】
〔基板〕
基板５２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［μｍ］以上６００［μｍ］以下の範囲の厚みを持つことが好ましい。結晶の立方格子における面方位としては、（１００）、（１１０）、（１１１）と３種あるが、半導体産業では一般的に（１００）、（１１１）が広く使用されている。したがって、本実施の形態においては、主に（１００）の面方位を持つ単結晶基板を主に使用した。また、図３に示すような液室５１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する。
【００５８】
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、水酸化カリウム（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。
【００５９】
したがって、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）では深い溝を作製す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ことが分かっている。本実施の形態としては（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。この場合、マスク材である二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）もエッチングされてしまうため、この点も留意して利用することが好ましい。
【００６０】
〔振動板５５〕
振動板５５は、圧電素子５６によって発生した力を受けて変形し、液室５１のインクなどの液体５０の液滴５０Ａをノズル５３から吐出させる。そのため、振動板５５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。
【００６１】
材料としては、シリコン（Ｓｉ）、ＳｉＯ２、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）などを、例えば、ＣＶＤ法により作製したものが挙げられる。さらに、図３に示すような下部電極である第１の電極５６Ａび圧電膜５６Ｂ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、圧電膜５６Ｂとしては、一般的に材料としてＰＺＴが使用される場合が多い。
【００６２】
したがって、振動板５５の材料は、ＰＺＴの線膨張係数８×１０−６（１／Ｋ）に近い５×１０−６（１／Ｋ）以上１０×１０−６（１／Ｋ）以下の範囲の線膨張係数を有した材料が好ましい。さらには、７×１０−６（１／Ｋ）以上９×１０−６（１／Ｋ）以下の範囲の線膨張係数を有した材料がより好ましい。
【００６３】
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が適用される。これらの材料を、例えば、スパッタ法又はゾルゲル（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。膜厚としては０．１［μｍ］以上１０［μｍ］以下の範囲が好ましく、０．５［μｍ］以上３［μｍ］以下の範囲がさらに好ましい。この範囲より小さいと、図３に示すような液室５１の加工が難しくなる。また、上記範囲より大きいと振動板５５が変形し難くなり、インク滴などの液滴５０Ａをノズル５３から吐出することが不安定になる。
【００６４】
［第１の電極５６Ａ］
第１の電極５６Ａとしては、金属又は金属と酸化物とからなっていることが好ましい。ここで、どちらの材料も振動板５５と第１の電極５６Ａを構成する金属膜との間に密着層を入れて剥がれ等を抑制するように工夫している。以下に、密着層を含めて金属電極膜及び酸化物電極膜の詳細について記載する。
【００６５】
［密着層６５］
密着層は、例えば、チタン（Ｔｉ）をスパッタ成膜後、成膜したチタン膜をＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いて熱酸化して酸化チタン膜にする。熱酸化の条件は、例えば、６５０［℃］以上８００［℃］以下の範囲の温度、１［分］以上３０［分］以下の範囲の処理時間、及びＯ２雰囲気である。
【００６６】
酸化チタン膜を作成するには、反応性スパッタを用いてもよいが、チタン膜の高温による熱酸化法が望ましい。反応性スパッタによる密着層の作製では、基板５２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を必要とする。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。なぜならば、通常の加熱炉による酸化では、酸化し易いチタン膜は低温において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。したがって、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。
【００６７】
また、チタン以外の材料としては、タンタル（Ｔａ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の材料を用いることもできる。密着層の膜厚としては、１０［ｎｍ］以上５０［ｎｍ」以下の範囲が好ましく、１５［ｎｍ］以上３０［ｎｍ］以下の範囲がさらに好ましい。この範囲以下の場合においては、密着性に懸念があり、また、この範囲以上になってくると、その密着層の上で作製する電極膜の結晶の質に影響がでてくるためである。
【００６８】
〔金属電極膜〕
金属電極膜の金属材料としては、高い耐熱性と低い反応性とを有する白金（Ｐｔ）が用いられているが、鉛（Ｐｂ）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、イリジウムや白金−ロジウム（Ｒｈ）などの白金族元素や、これらの合金膜でもよい。また、白金を使用する場合には下地（特に、ＳｉＯ２）との密着性が悪いために、前述の密着層を先に積層することが好ましい。
【００６９】
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、８０［ｎｍ］以上２００［ｎｍ］以下の範囲が好ましく、１００［ｎｍ］以上１５０［ｎｍ］以下の範囲がより好ましい。この範囲より薄い場合においては、第１の電極５６Ａとして十分な電流を供給することができなくなり、液滴５０Ａをノズル５３から吐出する際に不具合が発生する虞があるからである。さらに、この範囲より厚い場合においては、白金族元素の高価な材料を使用することから、材料コストが高騰する。
【００７０】
また、白金を材料とした場合においては、膜厚を厚くするほど表面粗さが大きくなり、その上層に作製する第１の酸化物電極膜５７やＰＺＴに対して表面粗さや結晶配向性に影響を及ぼし易くなってしまう。これに伴い、液滴５０Ａをノズル５３から吐出するのに十分なアクチュエータとしての変位量を確保することが困難となるといった不具合が発生する虞がある。
【００７１】
〔酸化物電極膜〕
酸化物電極膜の材料としては、ＳｒＲｕＯ３（以下、適宜「ＳＲＯ」と略す。）を用いることが好ましい。ＳｒＲｕＯ３以外にも、Ｓｒｘ（Ａ）（１−ｘ）Ｒｕｙ（１−ｙ）、Ａ＝Ｂａ、Ｃａ、Ｂ＝Ｃｏ、Ｎｉ、ｘ、ｙ＝０〜０．５で記述されるような材料でもよい。酸化物電極膜は、例えば、スパッタ法等の成膜方法により作製することができる。スパッタ条件によってＳｒＲｕＯ３の薄膜の膜質が変わる。したがって、特に結晶配向性を重視し、第１の電極５５のＰｔ（１１１）にならってＳｒＲｕＯ３の膜についても（１１１）配向させるためには、成膜温度については５００［℃］以上での基板加熱を行い、成膜することが好ましい。例えば、ＳＲＯ成膜条件については、室温成膜の後、ＲＴＡ処理にて結晶化温度（６５０℃）で熱酸化している。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）が優先配向し易くなり、その上に成膜したＰＺＴについても（１１０）が配向し易くなる。
【００７２】
Ｐｔ（１１１）上に作製したＳＲＯの結晶性については、ＰｔとＳＲＯとで格子定数が近いため、通常のＸ線のθ−２θ測定では、ＳＲＯ（１１１）とＰｔ（１１１）との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°だけ傾けた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。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。
【００７３】
図１０は、このような酸化物電極膜を構成するＳＲＯの結晶性について、２θ＝３２°に固定し、Ｐｓｉを振って測定したＸ線のθ−２θ測定データを示すグラフである。Ｐｓｉ＝０°ではＳＲＯ（１１０）では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た。また、上述記載の室温成膜＋ＲＴＡ処理により作製されたＳＲＯについては、Ｐｓｉ＝０°のときにＳＲＯ（１１０）の回折強度が見られる。
【００７４】
また、圧電素子５６をアクチュエータとして連続動作したときに、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見積もったところ、ＰＺＴの配向性が非常に影響しており、（１１０）では変位劣化抑制において不十分である。
【００７５】
さらに、ＳＲＯ膜の表面粗さを見たときに、成膜温度に影響し、室温から３００℃では表面粗さが非常に小さく２［ｎｍ］以下になる。粗さについてはＡＦＭにより測定される表面粗さ（平均粗さ）を指標としている。
【００７６】
この表面粗さとしては、非常にフラットになってはいるが結晶性が十分でなく、その後成膜したＰＺＴの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。表面粗さとしては、４［ｎｍ］以上１５［ｎｍ］の範囲になっていることが好ましく、６［ｎｍ］以上１０［ｎｍ］以下の範囲がさらに好ましい。この範囲を超えると、その後成膜したＰＺＴの絶縁耐圧が非常に悪く、リークし易くなるからである。したがって、上述に示すような、結晶性や表面粗さを得るためには、成膜温度としては５００［℃］以上７００［℃］、好ましくは５２０［℃］以上６００［℃］の範囲で成膜を実施している。
【００７７】
成膜後のストロンチウム（Ｓｒ）とルテニウムとの組成比については、Ｓｒ／Ｒｕが０．８２以上１．２２以下であることが好ましい。この範囲から外れると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。また、ＳＲＯ膜の膜厚としては、４０［ｎｍ］以上１５０［ｎｍ］以下の範囲が好ましく、５０［ｎｍ］以上８０［ｎｍ］以下の範囲がさらに好ましい。この膜厚範囲よりも薄いと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ず、圧電膜（ＰＺＴ膜）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難くなるからである。また、この膜厚範囲を超えると、その後に成膜した圧電膜（ＰＺＴ膜）の絶縁耐圧が非常に悪く、リークし易くなる。
【００７８】
また、比抵抗としては、５×１０−３［Ω・ｃｍ］以下になっていることが好ましく、さらに１×１０−３［Ω・ｃｍ］以下になっていることがさらに好ましい。この範囲よりも大きくなると、第１の電極５６Ａと第３の電極５８との界面で接触抵抗が十分得られず、第１の電極５６Ａとして十分な電流を供給することができなくなり、液滴５０Ａをノズル５３から吐出する際に不具合が発生する虞があるからである。
【００７９】
〔圧電膜（電気−機械変換膜）５６Ｂ〕
圧電膜５６Ｂの材料としては、ＰＺＴを主に使用した。ＰＺＴとはジルコン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）とチタン酸（ＰｂＴｉＯ３）との固溶体で、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との比率が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。
【００８０】
ＰＺＴ以外の複合酸化物としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）などが挙げられる。この場合、バリウム源としてバリウムアルコキシド、チタン源としてチタンアルコキシドの化合物を出発材料とし、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。
【００８１】
その具体的な記述として（Ｐｂ１−ｘ，Ｂａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ１−ｘ，Ｓｒ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、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。
【００８２】
圧電膜５６Ｂの作製方法としては、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。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。ＰＺＴをゾルゲル法により作製した場合、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等の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、添加してもよい。
【００８３】
基板５２の全面に圧電膜５６Ｂ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１００［ｎｍ］以下の膜厚が得られるように前駆体濃度の調整が必要になる。
【００８４】
圧電膜５６Ｂの膜厚としては０．５［μｍ］以上５［μｍ］以下の範囲が好ましく、１［μｍ］以上２［μｍ］以下の範囲がより好ましい。この範囲より小さいと十分な変形（変位）を発生することができなくなり、この範囲より大きいと何層も積層させていくため、工程数が多くなりプロセス時間が長くなるからである。
【００８５】
また、圧電膜５６Ｂの比誘電率としては、６００以上２０００以下の範囲になっていることが好ましく、さらに１２００以上１６００以下の範囲になっていることが好ましい。このとき、この範囲よりも小さいときには十分な変形（変位）特性が得られなかったり、この範囲より大きくなると、分極処理が十分行われず、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といった不具合が発生する虞があるからである。
【００８６】
〔第２の電極５６Ｃ〕
第２の電極５６Ｃとしては、金属もしくは酸化物と金属からなっていることが好ましい。以下に酸化物電極膜及び金属電極膜の詳細について記載する。
【００８７】
〔酸化物電極膜〕
酸化物電極膜の材料等については、第１の電極５６Ａで使用した酸化物電極膜について記載したものと同様なものを用いることができる。酸化物電極膜（ＳＲＯ膜）の膜厚としては、２０［ｎｍ］以上８０［ｎｍ］以下の範囲が好ましく、４０［ｎｍ］以上６０［ｎｍ］以下の範囲がさらに好ましい。この膜厚範囲よりも薄いと初期変形（変位）や変形（変位）の劣化特性については十分な特性が得られなくなるからである。また、この範囲を超えると、その後に成膜した圧電膜（ＰＺＴ膜）の絶縁耐圧が非常に悪く、リークし易くなる。
【００８８】
〔金属電極膜〕
金属電極膜の材料等については、第１の電極５６Ａで使用した金属電極膜について記載したものと同様なものを用いることができる。膜厚としては、３０［ｎｍ］以上２００［ｎｍ］以下の範囲が好ましく、５０［ｎｍ］以上１２０［ｎｍ］以下の範囲がさらに好ましい。この範囲より薄い場合においては、第２の電極５６Ｃとして十分な電流を供給することができなくなり、液滴５０Ａをノズル５３から吐出する際に不具合が発生する虞があるからである。また、この範囲より厚い場合においては、白金族元素の高価な材料を使用することから、材料コストが高騰する。
【００８９】
また、白金を材料とした場合に膜厚を厚くしていったときに表面粗さが大きくなり、第１の絶縁保護膜５７を介して配線などを作製する際に、膜剥がれ等のプロセス不具合が発生し易くなる。
【００９０】
〔第１の絶縁保護膜５７〕
第１の絶縁保護膜５７は、成膜・エッチングの工程による圧電素子５６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。このため、第１の絶縁保護膜５７の材料としては緻密な無機材料とする必要がある。また、第１の絶縁保護膜５７として有機材料を用いる場合は、十分な保護性能を得るために膜厚を厚くする必要があるために適さない。
【００９１】
第１の絶縁保護膜５７を厚い膜とした場合、振動板５５の振動を著しく阻害してしまうため、吐出性能の低い液体吐出ヘッド３８Ｋ，３８Ｃ，３８Ｍ，３８Ｙの記録ヘッド３８になってしまう。薄膜で高い保護性能を得るには、酸化物，窒化物，炭化膜を用いるのが好ましいが、第１の絶縁保護膜５７の下地となる電極材料、圧電体材料及び振動板材料との密着性が高い材料を選定する必要がある。
【００９２】
また、第１の絶縁保護膜５７の成膜法も、圧電素子５６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。
【００９３】
第１の絶縁保護膜５７の好ましい成膜方法としては、蒸着法、ＡＬＤ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。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することができる。
【００９４】
第１の絶縁保護膜５７の膜厚は、圧電素子５６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５５の変形（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。第１の絶縁保護膜５７の膜厚は、２０［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下の範囲が好ましい。１００［ｎｍ］より厚い場合は、振動板５５の変形（変位）量が低下するため、吐出効率の低い液体吐出ヘッド３８Ｋ，３８Ｃ，３８Ｍ，３８Ｙの記録ヘッド３８となるからである。また、２０［ｎｍ］より薄い場合は、圧電素子５６の保護層としての機能が不足してしまうため、圧電素子５６の性能が前述の通り低下してしまう。
【００９５】
この際、第１の絶縁保護膜５７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５５の振動を著しく阻害しないように第２の電極５６Ｃ付近において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。
【００９６】
この場合、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、また、半導体デバイスで一般的に用いられるＳｉＯ２を用いることもできる。
【００９７】
２層の第１の絶縁保護膜５７の成膜は任意の手法を用いることができ、例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法等が例示できる。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、第１の電極５６Ａと第３の電極５８との間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。すなわち第１の絶縁保護膜５７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、第１の絶縁保護膜５７の下地の表面性やコンタクトホール５７ａ，５７ｂを形成すること等を考慮すると、第１の絶縁保護膜５７の膜厚は２００［ｎｍ］以上必要であり、さらに好ましくは５００［ｎｍ］以上である。
【００９８】
〔第３の電極５８と第４の電極５９、及び各電極用パッド６１，６２〕
第３の電極５８と第４の電極５９、及び各電極用パッド６１，６２の材料は、銀（Ａｇ）合金、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、Ｐｔ、Ｉｒのいずれかからな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。
【００９９】
これらの膜厚としては、０．１［μｍ］以上２０［μｍ］以下の範囲が好ましく、０．２［μｍ］以上１０［μｍ］以下の範囲がさらに好ましい。この範囲より小さいと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、液滴５０Ａのノズル５３からの吐出が不安定になるからである。また、この範囲より大きいとプロセス時間が長くなる。
【０１００】
また、例えば、１０［μｍ］×１０［μｍ］で形成した場合のコンタクトホール５７ａ，５７ｂの接触抵抗としては、第１の電極５６Ａに対して１０［Ω］以下、第２の電極５６Ｃに対して１［Ω］以下とするのが好ましい。さらに好ましくは、第１の電極５６Ａに対して５［Ω］以下、第２の電極５６Ｃに対して０．５［Ω］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５０Ａをノズル５３から吐出する際に不具合が発生する虞があるからである。
【０１０１】
〔第２の絶縁保護膜６０〕
第２の絶縁保護膜６０としての機能は、共通電極用の第３の電極５８や個別電極用の第４の電極５９の保護層としての機能を有するパシベーション層である。図４及び図５に示したように、第２の電極５６Ｃの引き出し部分となるコンタクトホール６０ａと図示しない第１の電極５６Ａの引き出し部分とを除き、第２の電極５６Ｃ及び第１の電極５６Ａ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記録ヘッド３８とすることができる。
【０１０２】
第２の絶縁保護膜６０の材料としては、任意の無機材料や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。
【０１０３】
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、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るため好ましい。また、膜厚は２００［ｎｍ］以上とすることが好ましく、さらに好ましくは５００［ｎｍ］以上である。膜厚が薄い場合は十分なパ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からである。
【０１０４】
また、圧電素子５６とその周囲の振動板５５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５７の個別液室に対応した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記録ヘッド３８とすることが可能になる。各絶縁保護膜５７，６０で圧電素子５６が保護されているため、第２の絶縁保護膜６０のコンタクトホール６０ａを形成する場合には、フォトリソグラフィー法とドライエッチングを用いることができる。また、各電極用パッド６１，６２の面積については、５０×５０［μｍ２］以上になっていることが好ましく、さらに１００×３００［μｍ２］以上になっていることが好ましい。この値に満たない場合は、十分な分極処理ができなくなり、連続駆動後の変形（変位）劣化については十分な特性が得られないといった不具合が発生する虞があるからである。
【０１０５】
次に、本実施形態のより具体的な実施例について説明する。
【０１０６】
＜実施例１＞
まず、前述の図４及び図５に基づいて、実施例１について説明する。
本実施例１では、基板５２としての６インチのシリコンウェハに熱酸化膜（膜厚１［μｍ］）を形成し、第１の電極５６Ａを形成した。
【０１０７】
まず、第１の電極５６Ａの密着膜として、チタン膜（膜厚３０［ｎｍ］）をスパッタ装置にて成膜した後、ＲＴＡを用いて７５０［℃］にて熱酸化した。引き続き、金属膜として白金膜（膜厚１００［ｎｍ］）、酸化物膜としてＳｒＲｕＯ膜（膜厚６０［ｎｍ］）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。
【０１０８】
次に、基板５２の上層に圧電膜５５を形成した。まず、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１１４：５３：４７に調整された溶液を準備し、スピンコート法により膜を成膜した。
【０１０９】
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。そして、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。
【０１１０】
このＰＺＴ前駆体溶液のＰＺＴ濃度は０．５モル／リットルとした。このＰＺＴ前駆体溶液を用いて、スピンコートにより成膜し、その成膜後、１２０［℃］での乾燥と５００［℃］での熱分解とを行った。３層目の熱分解処理後に、結晶化熱処理（温度７５０［℃］）をＲＴＡ（急速熱処理）にて行った。このときＰＺＴの膜厚は２４０［ｎｍ］であった。この工程を合計８回（２４層）実施し、約２［μｍ］のＰＺＴ膜厚を得た。
【０１１１】
次に、第２の電極５６Ｃを形成した。まず、第２の電極５６Ｃの酸化物膜として、ＳｒＲｕＯ膜（膜厚４０［ｎｍ］）、金属膜としてＰｔ膜（膜厚１２５［ｎｍ］）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）を用いてスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィー法でレジストパターンを形成した後、サムコ社製のＩＣＰエッチング装置を用いて、図４に示すようなパターンを作製した。
【０１１２】
次に、第１の絶縁保護膜５７として、ＡＬＤ工法を用いてＡｌ２Ｏ３膜を５０［ｎｍ］成膜した。このとき、Ａｌの原材料としてはＴＭＡ（シグマアルドリッチ社）、Ｏの原材料としてはオゾンジェネレーターによって発生させたＯ３を用い、ＡｌとＯとを交互に積層させることで成膜を進めた。その後、図３及び図４に示すように、エッチングによりコンタクトホール部５７ａ，５７ｂを形成した。
【０１１３】
その後、第３の電極５８と第４の電極５９及び各電極用パッド６１，６２として、Ａｌをスパッタ成膜し、エッチングによりパターニング形成した。
【０１１４】
そして、第２の絶縁保護膜６０として、Ｓｉ３Ｎ４をプラズマＣＶＤにより５００［ｎｍ］成膜し、圧電素子５６を作製した。このとき、６インチシリコンウェハ内の３０［ｍｍ］×１０［ｍｍ］四方のエリアを２５個配置した。
【０１１５】
本実施の形態では、第２の絶縁保護膜６０が形成された後の基板２５と圧電素子５６を含む各種電極を有する複合積層基板全体で構成されるアクチュエータ基板７０に対して、圧電素子駆動用ＩＣ（図示せず）を実装する構成としている。
【０１１６】
この圧電素子駆動用ＩＣをアクチュエータ基板７０に直接実装することにより、実装スペースを小さくすることができるため、６インチシリコンウェハからのアクチュエータ基板７０の取れ数を拡大することができ、低コスト化が可能となる。
【０１１７】
従来では、このアクチュエータ基板７０に対してコロナ放電による分極処理を実施するにあたり、アクチュエータ基板７０の端部の個別電極用パッド６２の周辺は、第２の絶縁保護膜６０又は他の絶縁膜で覆われている。このため、圧電素子５６の駆動チャネルを構成する個別電極である第２の電極５６Ｃの端部、すなわち、個別電極用パッド６２に電界が集中してしまう。これにより、個別電極用パッド６２の電位差が高くなって上下電極間で絶縁破壊が発生したり、局部的に分極処理が進みすぎたりするとの不具合が発生していた。
【０１１８】
これに対し、本実施例１のアクチュエータ基板７０では、図１１に示すような構成としている。すなわち、圧電素子駆動用ＩＣの端子（共に図示せず）を接続する個別電極である第２の電極５６Ｃの端部の個別電極用パッド６２の近傍に、同一列内の相互に短絡された短絡電極としてＶｃｏｍ配線７１を一体に形成している。
【０１１９】
また、アクチュエータ基板７０には、個別電極である第２の電極５６Ｃの同一列上にダミー電極７２を形成している。ダミー電極７２は、Ｃｏｍ配線７３と結線している。
【０１２０】
Ｃｏｍ配線７３は圧電素子５６の共通電極である第１の電極５６Ａと結線されている配線である。このＣｏｍ配線７３はアクチュエータ基板７０に振動板５５を介して形成されており、液室形成面に対して１Ｅ７〜１Ｅ１０［Ω］の抵抗を有している。これにより、個別電極用パッド６２への電荷集中を抑制し、液滴吐出部（駆動チャネル）の圧電素子５６での絶縁破壊を防止することができる。
【０１２１】
Ｖｃｏｍ配線７１には、アクチュエータ基板７０の液室形成面に対して１Ｅ７〜１Ｅ１０［Ω］の抵抗を持たせている。この短絡されたＶｃｏｍ配線７１は、個別電極用パッド６２の周辺部に形成していればその効果を発揮することができる。この際、Ｖｃｏｍ配線７１は、個別電極用パッド６２と同一列で個別電極用パッド６２の２倍のピッチ以下、すなわち、個別電極用パッド６２の２倍を超えない位置に形成していることが望ましい。
【０１２２】
ここで、短絡されたＶｃｏｍ配線７１を個別電極用パッド６２の２倍を超える位置に形成すると、個別電極用パッド６２への電荷集中が発生し、短絡されたＶｃｏｍ配線７１を形成した効果が薄れてしまう。
【０１２３】
このような構成において、アクチュエータ基板７０に対してコロナ放電による分極処理を実施するにあたり、図１２に示すように、アクチュエータ基板７０をセットするステージ７４はＧＮＤ７５に結線している。コロナ放電によってＶｃｏｍ配線７１に降り注ぐ電荷は、１Ｅ７〜１Ｅ１０［Ω］の抵抗７６を介して所定の時定数でＧＮＤ７５へリークする。これにより、個別電極用パッド６２への電界集中を防ぐことができる。なお、この抵抗７６は、実駆動上において１Ｅ７［Ω］以上あれば所定の電圧波形を印加できる。一方、抵抗７６の高抵抗側を１Ｅ１０［Ω］以上とすると、注入された電荷がＧＮＤ７５へリークしなくなるため、同電位となる電極の電位が高くなり、コロナ放電の電荷が個別電極用パッド６２に集中してしまうことから、上述したような仕様としている。
【０１２４】
本実施例１においては、同一列内の相互に短絡された短絡電極をＶｃｏｍ配線７１で形成している。このＶｃｏｍ配線７１とは、圧電素子５６を駆動するための駆動波形を圧電素子駆動用ＩＣへ供給する配線である。また、Ｖｃｏｍ配線７１には、パッド開口部を設けることで短絡電極パッド７７を形成している。このように、同一列内の相互に短絡された短絡電極をＶｃｏｍ配線７１で形成することにより、アクチュエータ基板７０を有効活用することができる。しかも、Ｖｃｏｍ配線７１を低抵抗にできることと相まって、圧電素子５６のチップサイズを小さくすることができ、アクチュエータ特性面及びコスト面で大きな効果が得られる。
【０１２５】
なお、圧電素子５６の駆動チャネルを構成する個別電極である第２の電極５６Ｃ及びダミー電極７２には、図示を略すバンプを形成している。バンプとしては金バンプであることが望ましく、更には金スタッドバンプとすることでコストダウンが図れる。また、金スタッドバンプとしたのは、アクチュエータ基板７０の面積に対して、バンプ形成面積が小さにメッキ工法による金メッキバンプでは工程、材料の損失コストが大きくなるためである。
【０１２６】
また、コロナ帯電等による分極処理前に個別電極である第２の電極５６Ｃにバンプを形成する効果について説明する。圧電素子駆動用ＩＣの高密度実装化に伴い、個別電極である第２の電極５６Ｃの面積が非常に小さくなる。
【０１２７】
これに対して、コロナ帯電等による分極処理では、個別電極である第２の電極５６Ｃと共通電極である第１の電極５６Ａとに所定の電荷を注入する必要がある。そこで、個別電極である第２の電極５６Ｃにバンプ形成することで第２の電極５６Ｃの表面積を大きくすることができ、安定した分極処理を実施することができるようになる。
【０１２８】
上記構成の効果を比較するため、表１に示すように、３構成での分極処理実験を行った。本実験に用いたコロナ放電による帯電処理装置の構成はスコロトロン方式を採用し、φ５０［μｍ］のタングステンのコロナワイヤに対して９［ｋＶ］の電圧を印加し、グリッド電極に対して２．５［ｋＶ］の電圧を印加し、３０秒間処理を行った。評価項目は、
（１）コロナ放電の分極処理による圧電素子５６の上下電極間の絶縁破壊発生の有無
（２）分極量差（Ｐｒ−Ｐｉｎｉ）
である。
【０１２９】
【表１】
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【０１３０】
このように、個別電極用パッド６２の同一列上に個別電極用パッド６２と同一ピッチで連続して短絡電極としてＶｃｏｍ配線７１を形成している。分極処理工程において、このＶｃｏｍ配線７１に形成した短絡電極パッド７７にチャージされた電荷は、所定の抵抗７６に制御された状態でＧＮＤ７５へとリークする。このため、個別電極用パッド６２を所定の電位に保持することができ、個別電極用パッド６２に電界が集中することを防止できる。
【０１３１】
この分極処理により、圧電素子５６の分極量―電界特性における正負の抗電界が０（Ｖ）中心に対してマイナス側にシフトする特性を有することとなり、実駆動における分極特性変化を小さくすることができる。
【０１３２】
＜実施例２＞
近年、印刷速度の向上等を狙いとして、多ノズル化が求められており、それに伴ってヘッドの長尺化が進んでいる。
【０１３３】
この多ノズル化及びヘッド長尺化を実現するためには圧電素子駆動用ＩＣを同一列上に実装することが必要である。したがって、圧電素子駆動用ＩＣの実装精度及び実装エリア確保のためには、圧電素子駆動用ＩＣのつなぎ部の個別電極である第２の電極５６Ｃの間は距離が離れることとなる。このため、この不連続部となるつなぎ部の個別電極である第２の電極５６Ｃにはコロナ帯電等による分極処理時に電荷が集中するため、絶縁破壊が発生し易いことがわかっている。
【０１３４】
図１１に示した本構成においても、個々の圧電素子駆動用ＩＣが接続されている駆動チャネル間の個別電極である第２の電極５６Ｃの近傍、具体的には同一線上に同一列内の相互に短絡されたＶｃｏｍ配線７１を形成している。この同電位となる電極がウェハ上に面付けされた圧電素子５６のチップ間で結線されており、アクチュエータ基板７０の液室形成面に対して１Ｅ１０［Ω］以上の抵抗を持っている構成としている。
【０１３５】
そこで、この同一列内の相互に短絡されたＶｃｏｍ配線７１に対して、ＧＮＤ７５に対して１Ｅ１０［Ω］以下の抵抗７６で結線した状態でコロナ放電による分極処理を実施することで、端部の個別電極用パッド６２への電荷集中を防止できる。なお、分極処理後はチップ分割等で短絡部を切断する。
【０１３６】
＜実施例３＞
図１３に示すように、同一列内の相互に短絡されたＶｃｏｍ配線７１とＣｏｍ配線７３とは同電位としている。
【０１３７】
このＣｏｍ配線７３は、アクチュエータ基板７０に振動板５５を介して形成されており、液室形成面に対して１Ｅ７〜１Ｅ１０［Ω］の抵抗を有している。そして、Ｖｃｏｍ配線７１を、このＣｏｍ配線７３と同電位とすることでコロナ放電による分極処理時に注入された電荷をＧＮＤ７５へリークすることで、端部の個別電極用パッド６２に電荷集中することを防ぐことができる。
【０１３８】
具体的には、同一列内の相互に短絡された短絡電極をＶｃｏｍ配線７１で形成し、分極処理時はＣｏｍ配線７３と短絡線７８で結線して短絡させておき、分極処理後に短絡線７８を切断することで上記と同様の効果を得ることができる。
【０１３９】
なお、Ｖｃｏｍ配線７１とＣｏｍ配線７３との双方の短絡状態を分離する方法としては、上記に限定されるものではない。例えば、同一基板であるウェハ上に面付け配置された状態では短絡しており、ダイシング工程等により分割処理するときにチップ分割面等において配線をカットできる構成を採用することにより、コストアップ無に実現できる。
【０１４０】
また、Ｖｃｏｍ配線７１とＣｏｍ配線７３とを隣接して形成し、切断時はレーザ加工により短絡部を切断することで配線設計の自由度を高められ、チップの小型化が可能となり、面付け数の増加とともにアクチュエータチップのコストダウンが可能となる。
【０１４１】
このように、本実施の形態では、同一列内の相互に短絡された短絡電極であるＶｃｏｍ配線７１に対して、コロナ放電によって発生した電荷を注入することにより、分極処理を実施する工程を、層間膜形成や引出配線形成等の工程よりも後工程で処理する。
【０１４２】
具体的には、３００℃を超える熱履歴プロセスを経た後に、同一列内の相互に短絡されたＶｃｏｍ配線７１に対して、コロナ放電によって発生した電荷を注入することにより分極処理を実施している。
【０１４３】
この際、ウェハレベルで一括して処理できるように、個別電極用パッド６２を介して、コロナ放電によって発生させた電荷を注入することにより分極処理を実施する。このため、駆動パルス電圧に対する変位量変化の圧電素子５６を製造することができ、インク液等の液体５０の液滴５０Ａをノズル５３から良好に吐出することができる。さらに、安定した液滴５０Ａをノズル５３から吐出させることができ、しかも、圧電素子５６を高密度に配列することができる。
【０１４４】
このように画像形成装置１においては、本発明に係る液体吐出ヘッド３８Ｋ，３８Ｃ，３８Ｍ，３８Ｙで構成した記録ヘッド３８を備える。これにより、小型化、低コスト化を図るとともに液体吐出ヘッド３８Ｋ，３８Ｃ，３８Ｍ，３８Ｙのサイズが同等で吐出可能なノズル５３の数を増やせることから、更なる高速印刷も可能となる。
【０１４５】
また、本実施の形態に係る液体吐出ヘッド３８Ｋ，３８Ｃ，３８Ｍ，３８Ｙは、端部の個別電極用パッド６２に対して均一な電荷量を注入することができる。これにより液滴５０Ａのノズル５３からの吐出特性を良好に保持することができるとともに、安定した液滴５０Ａの吐出特性を確保することができ、しかも、圧電素子５６を高密度に配列することができる。
【０１４６】
以上のように、液体吐出ヘッド３８Ｋ，３８Ｃ，３８Ｍ，３８Ｙは、液体５０を貯留した液室５１と、液室５１と連通して液体５０を吐出する複数のノズル５３と、液室５１に貯留した液体５０を加圧してノズル５３から液滴５０Ａを吐出させるアクチュエータとしての圧電素子５６を形成しているアクチュエータ基板７０と、を備え、アクチュエータ基板７０は、圧電素子５６の個別電極を列状に形成しているとともに、個別電極である第２の電極５６Ｃの端部に配置した個別電極用パッド６２の近傍に同一列内で相互に短絡された短絡電極としてＶｃｏｍ配線７１を形成するようにしたので、個別電極である第２の電極５６Ｃの端部の個別電極用パッド６２に対して均一な電荷量を注入することができ、これにより液滴５０Ａの吐出特性を良好に保持することができるとともに、安定した液滴の吐出特性を確保することができ、しかも、圧電素子を高密度に配列することができる。
【０１４７】
以上説明したように、本発明に係る画像形成装置は、個別電極である第２の電極の端部の個別電極用パッドに対して均一な電荷量を注入することができ、これにより液滴の吐出特性を良好に保持することができるとともに、安定した液滴の吐出特性を確保することができ、しかも、圧電素子を高密度に配列することができるという効果を有し、インクジェット技術を用いた画像形成装置全般にも有用である。
【符号の説明】
【０１４８】
１  画像形成装置
３８Ｋ  液体吐出ヘッド
３８Ｃ  液体吐出ヘッド
３８Ｍ  液体吐出ヘッド
３８Ｙ  液体吐出ヘッド
３８  記録ヘッド
５０  液体
５０Ａ  液滴
５３  ノズル
５６  圧電素子
５６Ａ  第１の電極（共通電極）
５６Ｃ  第２の電極（個別電極）
５８  第３の電極（共通電極）
５９  第４の電極（個別電極）
６２  個別電極用パッド
７０  アクチュエータ基板
７７  短絡電極パッド
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１４９】
【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
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015009386.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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