JP6638371B2

JP6638371B2 - 液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置

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Publication number: JP6638371B2
Application number: JP2015245601A
Authority: JP
Inventors: 智水上
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2020-01-29
Anticipated expiration: 2035-12-16
Also published as: JP2017109390A

Description

本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として使用される液体吐出ヘッドに関して、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する圧力室と、圧力室内のインク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。又、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。

液体吐出ヘッドの一例としては、吐出口に連通する個別液室と、個別液室に対応して設けられた振動板と、液体を吐出する圧力を発生する圧電体素子とを有し、個別液室内の液体を吐出口から吐出するものを挙げることができる。この液体吐出ヘッドでは、個別液室の断面形状において、個別液室の側壁は振動板側から離れる方向に向かって側壁の傾きが漸減するような曲率を持っている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記の液体吐出ヘッドでは、圧力室が複数個配列された場合の、圧力室の配列方向での振動板の膜厚等の特異的なばらつきについては考慮されていない。そのため、圧力室が複数個配列された場合には、夫々の圧力室に設けられた電気機械変換素子の変位量のばらつきを抑制することができず、安定したインク吐出特性を得ることは困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、圧力室が複数個配列された液体吐出ヘッドにおいて、夫々の圧力室に設けられた電気機械変換素子の変位量のばらつきを抑制することを課題とする。

本液体吐出ヘッドは、液体を吐出するノズルと、前記ノズルが連通する圧力室と、前記圧力室内の液体を昇圧させる吐出駆動手段と、を備えた構造体が複数個配列され、夫々の前記構造体において、前記吐出駆動手段は、前記圧力室の壁の一部を構成する振動板と、前記振動板上に形成された電気機械変換素子と、を含み、前記構造体の配列方向における夫々の前記圧力室の長さをＬとしたときに、前記Ｌが前記配列方向に傾きを有し、前記配列方向での前記振動板の膜厚の傾きをΔｄｓ、前記配列方向での前記Ｌの傾きをΔＬとしたときに、Δｄｓ×ΔＬ＞０であることを要件とする。

開示の技術によれば、圧力室が複数個配列された液体吐出ヘッドにおいて、夫々の圧力室に設けられた電気機械変換素子の変位量のばらつきを抑制することができる。

第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドを例示する断面図（その１）である。第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの製造工程を例示する断面図である。第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドを例示する断面図（その２）である。ウェハ内のチップの列内の変位量について説明する図である。振動板膜厚、液室幅、及び電気機械変換膜の変位特性の分布を例示する図（その１）である。振動板膜厚、液室幅、及び電気機械変換膜の変位特性の分布を例示する図（その２）である。振動板膜厚、液室幅、及び電気機械変換膜の変位特性の分布を例示する図（その３）である。振動板膜厚、液室幅、及び電気機械変換膜の変位特性の分布を例示する図（その４）である。第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの配線等を例示する図である。分極処理装置の概略構成を例示する図である。コロナ放電について説明する図である。Ｐ−Ｅヒステリシスループについて例示する図である。第２の実施の形態に係る液体を吐出する装置の一例の要部平面説明図である。第２の実施の形態に係る液体を吐出する装置の一例の要部側面説明図である。第２の実施の形態に係る液体吐出ユニットの他の例の要部平面説明図である。第２の実施の形態に係る液体吐出ユニットの更に他の例の正面説明図である。

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドを例示する断面図である。図１を参照するに、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。電気機械変換素子３０は、下部電極３１と、電気機械変換膜３２と、上部電極３３とを有する。

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

基板１０の下部には、インク滴を吐出するノズル５１を備えたノズル板５０が接合されている。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）が形成されている。振動板２０は、インク流路の壁面の一部を形成している。言い換えれば、圧力室１０ｘは、基板１０（側面を構成）、ノズル板５０（下面を構成）、振動板２０（上面を構成）で区画されて、ノズル５１と連通している。

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

なお、図１では、１つの液体吐出ヘッド１のみを示したが、実際には、図３に示すように、液体吐出ヘッド１が所定方向に複数配列された液体吐出ヘッド２が作製される。

液体吐出ヘッド２は、液体を吐出するノズル５１と、ノズル５１が連通する圧力室１０ｘと、圧力室１０ｘ内の液体を昇圧させる吐出駆動手段３５と、を備えた構造体が複数個配列された構造である。ここで、吐出駆動手段３５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。吐出駆動手段３５は圧力室１０ｘ内の液体を昇圧させる。

なお、図１及び図３に示すＬは、上記構造体の配列方向（以下、前記配列方向とする）における夫々の圧力室１０ｘの長さを示している。夫々の圧力室１０ｘの長さＬは、後述のように、適宜調整することができる。例えば、夫々の圧力室１０ｘの長さＬは、前記配列方向に傾きを有するように調整することができる。なお、圧力室１０ｘの長さＬを液室幅と称する場合がある。

次に、電気機械変換素子３０の変位量について説明する。図４は、ウェハ内のチップの列内の変位量について説明する図である。図４（ａ）は、ウェハＷの平面図であり、ウェハＷの外周側にチップＣ１及びＣ４が配され、ウェハＷの中心側にチップＣ２及びＣ３が配されている。チップＣ１〜Ｃ４内には、夫々複数の電気機械変換素子３０が配列されている。なお、Ｏ．Ｆ．はオリエンテーションフラット（Orientation Flat）である。図４（ｂ）は、チップＣ１〜Ｃ４において、電気機械変換素子３０の配列方向（チップＣ１からチップＣ４に至る方向）における、電気機械変換素子３０の変位量の変化を示したものである。

ウェハ面内での膜厚や膜質等のばらつきに関しては、各プロセス条件の最適化等で改善を図ることはできるが、例えば膜厚等のばらつきを見たときに、中心値に対して±５％程度のばらつきは発生してしまい、ばらつきをほぼ０に抑えることは不可能である。

インク吐出量やインク吐出時の吐出速度に影響する電気機械変換素子３０の特性の一つとして、変位特性（変位量）というものがある。例えば、図４（ｂ）に示すように、チップＣ１〜Ｃ４において、外周にかけて変位量が小さくなる傾向が見られる。つまり、ウェハＷの外周側にあるチップＣ１やＣ４は、ウェハＷの中心側にあるチップＣ２やＣ３よりも変位量が小さくなる傾向が見られる。

変位特性自体は、電気機械変換膜３２を構成する圧電材料の圧電歪や圧力室１０ｘの寸法や各層の膜厚も影響しており、ウェハ面内での膜厚や膜質等の中心から外周にかけてのばらつきが図４（ｂ）のような結果を発生させていると考えられる。特にプロセス上発生要因として高いのが、図１等に示した振動板２０と電気機械変換膜３２の膜厚の寄与である。

このように、インク吐出時のばらつきの中でもランダムなばらつきではなく、図４（ｂ）に例示したような電気機械変換素子３０の列内や列間の中で傾きを有するような特異的な圧電性能のばらつきが発生する場合にも注目する必要がある。このような特異的なばらつきは、インク吐出量やインク吐出時の吐出速度にも大きく影響し、実際に紙面等に印字されたときの品質として明確に不良として認識できるからである。

なお、液体吐出ヘッド２を組立てる時に、ウェハ中心にあるチップのみを選択することで、吐出性能が大きくばらつく不良ヘッドの流出は押さえることもできるが、この方法は好ましくない。ウェハ外周にあるチップの良品率を考えた場合、外周にある電気機械変換素子３０の数だけ不良となるため、トータルプロセスを考えたときに大きなコストアップ要因となるからである。

又、ウェハ外周にあるチップから作製した液体吐出ヘッド２に関して、例えば吐出時の電圧波形等の調整によりインク吐出量やインク吐出時の吐出速度ばらつきを補正することもできるが、この方法も好ましくない。ウェハ中心にあるチップから作製されたばらつきの小さい液体吐出ヘッド２が混在するため、液体吐出ヘッド２を複数備えた液体吐出装置の中で複数の波形を準備する必要が生じ、液体吐出装置の大きなコストアップ要因となるからである。

このように、インク吐出量やインク吐出時の吐出速度ばらつき等を抑制するには、電気機械変換膜３２の圧電性能のばらつきが小さいことが好ましい。しかし、電気機械変換素子３０間のランダムなばらつき以外に、液体吐出ヘッド２内に配列された複数個の電気機械変換素子３０の列間や列内で傾きを持つような特異的な圧電性能ばらつきが存在し、このような特異的な圧電性能ばらつきも抑制しなければならない。

例えば、寄与の高いもの同士に安定してばらつきが発生しているのであれば、その項目同士を相殺するようなやり方で変位ばらつきを抑制する手段が考えられる。

ところが変位量ばらつきに対する寄与が小さいものが複数存在したり、安定したばらつきを生じているわけではない場合（例えば、あるウェハ処理では中心から外周にかけての膜厚分布が厚くなる傾向があったり薄くなる傾向があったりと一定のばらつきがあるわけではない場合）等では、比較的処理工程が後にあり、かつ変位ばらつきに対する寄与が高いパラメータで制御することが好ましい。

本実施の形態においては、図１や図３に記載しているような圧力室１０ｘの長さＬは、非常に変位ばらつきに対する寄与が大きく、かつ処理工程としては後にあるため、前工程での全てのばらつきを把握できていれば、圧力室１０ｘの作製時に意図的にばらつきを発生させることで、変位量ばらつきを抑制することが可能になる。

例えば６インチウェハ上に単層で振動板を作製したときのウェハのＯ．Ｆ部から反Ｏ．Ｆ部にかけての膜厚分布が、外周チップに位置するところでは膜厚が厚くなる傾向があったとする。この結果に基づいて、エッチングにより圧力室を作製する際に、マスク設計により図１及び図３に示すような圧力室１０ｘの長さＬについて、６インチウェハ上の寸法分布を、中心から外周のＯ．Ｆ部や反Ｏ．Ｆ部にかけて長さＬを長くするように調整することにより、振動板がばらついた分で発生する変位ばらつきの影響を抑制することが可能になる。

図５〜図８は、振動板膜厚、液室幅、及び電気機械変換膜の変位特性の分布を例示する図であり、６インチウェハ上での振動板と電気機械変換膜の膜厚分布と変位特性分布を反Ｏ．Ｆ部からＯ．Ｆ部にかけて示している。なお、Ｗｏｕｔは、ウェハの外周部に位置するチップであることを示している。

図５では、振動板の膜厚が中心から外周にかけて厚くなり、長さＬ（＝液室幅）のばらつきがほぼないときに、変位特性も外周部で傾きを持ったばらつきが発生していることが分かる。

図６に示すように、振動板の膜厚が中心から外周にかけて厚くなっているのに対して、液室幅の寸法ばらつきを中心から外周にかけて広くすることで、外周部での変位傾きを抑制することができる。

ここで、振動板の膜厚（振動板が複数の層から形成されている場合は総膜厚）をｄｓ、前記配列方向での振動板の平均膜厚をＡｖｅ_ｄｓ、前記配列方向での振動板の膜厚の傾きをΔｄｓ、前記配列方向での圧力室の長さＬの傾きをΔＬとする。

膜厚の傾きとは、チップ内の前記配列方向における振動板の膜厚の変化や液室幅の寸法変化（長さＬの変化）をグラフ化したときに、グラフ上の任意の点での傾き（接線の傾き）である。

なお、図６に示すように、ウェハの外周部に位置するチップ（Ｗｏｕｔの部分）では、両側のＷｏｕｔではΔｄｓの傾きの方向は異なるが、各Ｗｏｕｔ内の各点での傾きは略一定となる傾向にある。この場合には、各Ｗｏｕｔ内において、Δｄｓは、グラフ上のどの点でも略一定の値（一方向の傾き）となる。ΔＬについても同様である。

前記配列方向での電気機械変換素子の変位量のばらつきを抑制するためには、Δｄｓ／Ａｖｅ_ｄｓが±５％以内に収まっていることが好ましい。又、前記配列方向における前記圧力室の長さＬの平均をＡｖｅ_Ｌとしたときに、ΔＬ／Ａｖｅ_Ｌが±２．５％以内に収まっていることが好ましい。この範囲から外れると、振動板の膜厚のばらつきをキャンセルするように液室幅の寸法のばらつきを制御することが難しくなるからである。

高周波での吐出性能を確保するためには、振動板、電気機械変換膜、絶縁保護膜の剛性を高める必要があり、高ヤング率化や厚膜化をする必要が出てくる。例えば、振動板が単層から形成されたときのヤング率、又は振動板が複数の層から形成されたときの等価ヤング率の平均が７５ＧＰａ以上であることが好ましい。又、振動板が複数の層から形成された場合、前記配列方向での、複数の層のうち最もヤング率の大きい層の平均ヤング率が１５０ＧＰａ以上であることが好ましい。又、前記配列方向での、電気機械変換膜のヤング率が８０ＧＰａ以上あることが好ましい。

特に、振動板２０は、応力設計も考慮し、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等を材料として含む複数の層から形成することが好ましい。又、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。これにより、高周波での吐出性能を確保することができる。

振動板が複数の層から形成される場合においては、その中でも高い剛性（前記配列方向での平均ヤング率が１５０ＧＰａ以上）を有する膜自体がばらつくと、変位特性のばらつきにも大きく影響してくる。例えば、図７は、振動板として７５ＧＰａ以上の剛性を確保するために、振動板を構成する複数の層の一部である高い剛性の膜の膜厚が中心から外周にかけて厚くなり、液室幅のばらつきがほぼない場合の例を示している。図７の場合、変位特性も外周部で傾きを持ったばらつきが発生していることが分かる。

図８に示すように、高い剛性の膜（剛性の高い振動板層）の膜厚が中心から外周にかけて厚くなっているのに対して、液室幅の寸法ばらつきを中心から外周にかけて広くすることで、外周部での変位傾きを抑制することができる。

このとき、複数の層のうち最もヤング率の大きい層において、前記配列方向での平均膜厚をＡｖｅ_ｄｓ_ｍａｘ、前記配列方向での膜厚の傾きをΔｄｓ_ｍａｘとしたときに、Δｄｓ_ｍａｘ／Ａｖｅ_ｄｓ_ｍａｘが±５％以内に収まっていることが好ましい。この範囲から外れると、振動板の膜厚のばらつきをキャンセルするように液室幅の寸法のばらつきを制御することが難しくなるからである。

このように、振動板（複数の層で構成される場合は、剛性の高い層）がウェハ中心から外周にかけて膜厚が厚くなる場合は、その後にエッチングにより圧力室を作製する際の圧力室の長さＬ（液室幅）をウェハ中心から外周にかけて長くする。これにより、振動板の膜厚分布を圧力室の長さＬの分布により相殺することが可能となり、夫々の電気機械変換素子の変位量のばらつきを抑制することができる。

この際、チップ内の前記配列方向での膜厚傾きについての関係が、Δｄｓ×ΔＬ＞０又はΔｄｓ_ｍａｘ×ΔＬ＞０を満たすことで、±８％以内に変位ばらつきを抑制することができる。

以下、液体吐出ヘッド２を構成する好適な材料等に関して、更に詳しく説明する。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。

又、圧力室１０ｘを作製していく場合、エッチングを利用してシリコン単結晶基板を加工していくが、この場合のエッチング方法としては、異方性エッチングを用いることが好ましい。なお、異方性エッチングとは、結晶構造の面方位に対してエッチング速度が異なる性質を利用したものである。

例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬させた異方性エッチングでは、（１００）面に比べて（１１１）面は約１／４００程度のエッチング速度となる。従って、面方位（１００）では約５４°の傾斜を持つ構造体が作製できるのに対して、面方位（１１０）では深い溝を掘ることができる。そのため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるため、液体吐出ヘッド２でも（１１０）の面方位を持つ単結晶基板を使用してもよい。但し、この場合、マスク材であるＳｉＯ_２もエッチングされる点に留意が必要である。

本実施の形態では、振動板の膜厚分布の状態によっては、ウェハ外周部の圧力室の長さＬを長くしたり短くしたりするが、これついてはエッチングを実施するときのレジストマスクでの長さの調整（マスク設計の段階からウェハ外周部の長さを任意に長くしたり短くしたりする）により対応することができる。

又、圧力室１０ｘの長さＬの平均であるＡｖｅ_Ｌは５０μm以上７０μm以下が好ましく、５５μｍ以上６５μｍ以下が更に好ましい。この値より大きくなると、残留振動が大きくなり高周波での吐出性能確保が難しくなり、この値より小さくなると、電気機械変換素子の変位量が低下し、十分な吐出電圧が確保できなくなる。

振動板２０は、電気機械変換膜３２によって発生した力を受けて変形変位し、圧力室１０ｘ内のインク滴を吐出させる。そのため、振動板２０としては所定の強度を有したものであることが好ましい。具体的には、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４等をＣＶＤ法等により作製したものが挙げられる。

振動板２０の剛性を確保するために、剛性の高い膜を含めて複数の積層膜で構成することができる。つまり、高周波での吐出性能を確保するためには振動板２０のヤング率を７５ＧＰａ以上とすることが好ましいが、１層だけで高い剛性膜を実現しようとした場合、膜が厚くなると剥がれ等の課題が生じるため、若干剛性の低い膜を間に入れて調整することができる。

更に、振動板２０の材料としては、下部電極３１、電気機械変換膜３２の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。

特に、電気機械変換膜３２としてＰＺＴを使用する場合には、振動板２０の材料として、ＰＺＴの線膨張係数８×１０^−６（１／Ｋ）に近い５×１０^−６（１／Ｋ）〜１０×１０^−６（１／Ｋ）程度の線膨張係数を有した材料を選択することが好ましい。７×１０^−６（１／Ｋ）〜９×１０^−６（１／Ｋ）程度の線膨張係数を有した材料を選択することが更に好ましい。

振動板２０の具体的な材料としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化オスミウム、酸化レニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム及びそれらの化合物等を挙げられる。これらは、スパッタ法若しくはＳｏｌ−ｇｅｌ法を用いてスピンコーターにて作製することができる。

振動板２０の膜厚としては１〜３μｍが好ましく、１．５〜２．５μｍが更に好ましい。この範囲より小さいと圧力室１０ｘの加工が難しくなり、この範囲より大きいと変形変位し難くなり、インク滴の吐出が不安定になる。

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

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

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

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

又、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。この膜厚範囲よりも薄いと初期変位や変位劣化特性については十分な特性が得られない。この範囲を超えると、ＰＺＴの絶縁耐圧が非常に悪く、リークしやすくなる。

電気機械変換膜３２としては、好適にはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いることができる。なお、ＰＺＴとはジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）の固溶体であり、ＰｂＺｒＯ_３とＰｂＴｉＯ_３の比率によって、ＰＺＴの特性が異なる。例えば、ＰｂＺｒＯ_３とＰｂＴｉＯ_３の比率が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ_０．５３、Ｔｉ_０．４７）Ｏ_３、一般にはＰＺＴ（５３／４７）と示されるＰＺＴ等を使用することができる。

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

ＰＺＴをＳｏｌ−ｇｅｌ法により作製する場合には、まず、出発材料に酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を用いる。そして、共通溶媒であるメトキシエタノールに溶解させ均一溶液を得ことで、ＰＺＴ前駆体溶液が作製できる。金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、ＰＺＴ前駆体溶液に安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミン等を適量、添加してもよい。

下部電極３１の全面にＰＺＴ膜を形成する場合、スピンコート等の溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことで得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で１００ｎｍ以下の膜厚が得られるようにＰＺＴ前駆体の濃度の調整が必要になる。

電気機械変換膜３２の膜厚としては１μｍ以上３μｍ以下が好ましく、１．５μｍ以上２．５μｍ以下が更に好ましい。この範囲より小さいと圧力室１０ｘの加工が難しくなり、この範囲より大きいと変形変位し難くなり、インク滴の吐出が不安定になる。

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

結晶配向については、ρ（ｈｋｌ）＝Ｉ（ｈｋｌ）／ΣＩ（ｈｋｌ）によって表される。ここで、ρ（ｈｋｌ）は（ｈｋｌ）面方位の配向度、Ｉ（ｈｋｌ）は任意の配向のピーク強度、ΣＩ（ｈｋｌ）は各ピーク強度の総和である。Ｘ線回折法のθ−２θ測定で得られる各ピーク強度の総和を１としたときの各々の配向のピーク強度の比率に基づいて算出される（１００）配向の配向度は、０．７５以上であることが好ましく、０．８５以上であることが更に好ましい。これ以下になるときには、圧電歪が十分得られず、電気機械変換素子の変位量を十分確保できなくなる。

電気機械変換膜３２として、ＰＺＴ以外のＡＢＯ_３型ペロブスカイト型結晶質膜を用いてもよい。ＰＺＴ以外のＡＢＯ_３型ペロブスカイト型結晶質膜としては、例えば、チタン酸バリウム等の非鉛複合酸化物膜を用いても構わない。この場合は、バリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することが可能である。

これら材料は一般式ＡＢＯ_３で記述され、Ａ＝Ｐｂ、Ｂａ、ＳｒＢ＝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）Ｏ_３、（Ｐｂ１−ｘ、Ｓｒ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３、と表され、これはＡサイトのＰｂを一部ＢａやＳｒで置換した場合である。このような置換は２価の元素であれば可能であり、その効果は熱処理中の鉛の蒸発による特性劣化を低減させる作用を示す。

ここで、配線等を含めた液体吐出ヘッドの構成について説明する。図９は、第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドの配線等を例示する図であり、図９（ａ）は断面図、図９（ｂ）は平面図である。なお、図９（ｂ）において、絶縁保護膜４０及び７０の図示は省略されている。

図９を参照するに、絶縁保護膜４０上には複数の配線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又は上部電極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９（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。

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

次に、分極処理装置について説明する。図１０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。

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。

図１１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。

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。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１２を用いて説明する。図１２（ａ）は分極処理前のＰ−Ｅヒステリシスループを例示し、図１２（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。

具体的には、まず、図１２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。

分極率Ｐｒ−Ｐｉｎｄは、１０μＣ／ｃｍ^２以下であることが好ましく、５μＣ／ｃｍ^２以下であることが更に好ましい。分極率Ｐｒ−Ｐｉｎｄがこの値より大きい場合には、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。

なお、図１１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。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、応用例として、液体吐出ヘッド２（図３参照）を備えた液体を吐出する装置を例示する。

まず、第２の実施の形態に係る液体を吐出する装置の一例について図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は同装置の要部平面説明図、図１４は同装置の要部側面説明図である。

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

このキャリッジ４０３には、第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッド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。又、液体吐出ヘッド２は、複数のノズル５１からなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

このように、この装置では、第１の実施の形態に係る液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。

次に、第２の実施の形態に係る液体吐出ユニットの他の例について図１５を参照して説明する。図１５は同ユニットの要部平面説明図である。

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

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

次に、第２の実施の形態に係る液体吐出ユニットの更に他の例について図１６を参照して説明する。図１６は同ユニットの正面説明図である。

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

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

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

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

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

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

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

又、「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、又は、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。

又、「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。

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

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

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

例えば、液体吐出ユニットとして、図１４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。又、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。

又、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。

又、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。又、図１５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。

又、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。

又、液体吐出ユニットとして、図１６で示したように、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。

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

又、「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。

又、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。

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

このとき、各層の単層での剛性と膜厚からトータル厚みでの等価ヤング率を計算した。更に、単層で最も高い剛性が得られているＳｉＮの膜厚分布と、トータル厚みとしての膜厚分布の測定を行った。

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３００℃でスパッタ装置にて成膜し、下部電極３１を作製した。

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

具体的な前駆体塗布液の合成については、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学両論組成に対し鉛量を過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。

イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、先記の酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することでＰＺＴ前駆体溶液を合成した。このＰＺＴ濃度は０．５モル／リットルにした。ＰＴの溶液に関してもＰＺＴ同様に作製し、これらの液を用いて、最初にＰＴ層をスピンコートにより成膜し、成膜後、１２０℃乾燥を実施し、その後ＰＺＴの液をスピンコートにより成膜し、１２０℃乾燥→４００℃熱分解を行った。

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

次に、上部電極３３を構成する酸化物電極膜として、ＳｒＲｕＯ_３膜（膜厚４０ｎｍ）、金属膜として白金膜（膜厚１２５ｎｍ）をスパッタ法で成膜した。その後、東京応化社製フォトレジスト（ＴＳＭＲ８８００）をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した後、ＩＣＰエッチング装置（サムコ製）を用いて図９に示すようなパターンを作製した。これにより、振動板２０上に電気機械変換素子３０が作製された。

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

その後、図９に示すように、エッチングによりコンタクトホールＨを形成した。その後、Ａｌをスパッタ法で成膜し、エッチングによりパターニングして配線６０を形成し、絶縁保護膜７０としてＳｉ_３Ｎ_４をプラズマＣＶＤ法により５００ｎｍ成膜した。そして、絶縁保護膜７０に開口部７０ｘを設けて配線６０の一部を露出させ、電極パッド６１、６２及び６３とした。なお、電極パッド６１は共通電極パッドであり、電極パッド６２及び６３は個別電極パッドであり、個別電極間パッド間の距離は８０μｍとした。

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２．５ｋＶ、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。

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、液体吐出ヘッド２とした。このときに、レジストパターン作製時に使うマスクについてウェハ外周部を任意に長さを調整（長さＬの中心値＝６０μｍ）することで、表１に記載する範囲にΔＬ等の調整を行った。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。

［実施例２］
基板１０として６インチのシリコンウェハを準備し、基板１０にＳｉＯ_２（膜厚６００ｎｍ）、Ｓｉ（膜厚２００ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚９５ｎｍ）、ＳｉＮ（膜厚１６０ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚１２０ｎｍ）、ＳｉＮ（１６０ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚９５ｎｍ）、Ｓｉ（２００ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚６００ｎｍ）の膜を順に形成して振動板２０を作製した。それ以外は実施例１と同様にして、液体吐出ヘッド２（半完成状態）を作製した。

［実施例３］
基板１０として６インチのシリコンウェハを準備し、基板１０にＳｉＯ_２（膜厚６００ｎｍ）、Ｓｉ（膜厚３６０ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚１００ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚１３０ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚１００ｎｍ）、Ｓｉ（３６０ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚６００ｎｍ）の膜を順に形成して振動板２０を作製した。それ以外は実施例１と同様にして、液体吐出ヘッド２（半完成状態）を作製した。

［実施例４］
基板１０として６インチのシリコンウェハを準備し、基板１０にＳｉＯ_２（膜厚２９００ｎｍ）を形成し、ＳｉＯ_２単層で振動板２０を作製した。それ以外は実施例１と同様にして、液体吐出ヘッド２（半完成状態）を作製した。

［実施例５］
基板１０として６インチのシリコンウェハを準備し、基板１０にＳｉＯ_２（膜厚６００ｎｍ）、Ｓｉ（膜厚２００ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚９０ｎｍ）、ＳｉＮ（膜厚１７０ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚１１０ｎｍ）、ＳｉＮ（１７０ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚９０ｎｍ）、Ｓｉ（２００ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚６００ｎｍ）の膜を順に形成して振動板２０を作製した。それ以外は実施例１と同様にして、液体吐出ヘッド２（半完成状態）を作製した。

［比較例１］
基板１０として６インチのシリコンウェハを準備し、基板１０にＳｉＯ_２（膜厚６００ｎｍ）、Ｓｉ（膜厚２００ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚８５ｎｍ）、ＳｉＮ（膜厚１８０ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚１００ｎｍ）、ＳｉＮ（１８０ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚８５ｎｍ）、Ｓｉ（２００ｎｍ）、ＳｉＯ_２（膜厚６００ｎｍ）の膜を順に形成して振動板２０を作製した。それ以外は実施例１と同様にして、液体吐出ヘッド２（半完成状態）を作製した。

［実施例１〜５、比較例１の検討］
実施例１〜５及び比較例１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４に示したＣ１の位置（ウェハＷの外周側）に相当するチップを用いて、振動板２０の膜厚分布と圧力室１０ｘの長さＬを確認した。その後、電気機械変換素子３０について、電気特性及び変位特性（圧電定数）の評価を行った。

変位特性については、図３に示すように基板１０の裏面側から掘加工を行って圧力室１０ｘを形成し、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、膜厚分布同様変位分布についても確認を行った。評価結果を表１に示す。

なお、表１において、最上欄は各項目の好ましい範囲を示しており、最終的には、Δδ／δ_Ａｖｅを±８％以内に収めることが目標となる。ここで、δは電気機械変換膜３２に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素子３０の変位特性（変位量）であり、Δδは電気機械変換素子３０の変位特性δの前記配列方向の傾き（最大値と最小値との差）、δ_Ａｖｅは変位特性δの平均値である。

表１から分かるように、実施例１〜５については、Δδ／δ_Ａｖｅが目標とする±８％以内に収まっているが、比較例１についてはΔδ／δ_Ａｖｅが約±１５％となり、目標とする±８％を大きく超えていた。つまり、振動板の膜厚分布に対する圧力室の長さＬの寸法分布を適切に調整することにより、Δδ／δ_Ａｖｅを目標とする±８％以内に収められることが確認された。

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

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

１、２液体吐出ヘッド
１０基板
１０ｘ圧力室
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
３５吐出駆動手段
４０、７０絶縁保護膜
４０ｘ、７０ｘ開口部
５０ノズル板
５１ノズル
６０配線
６１、６２、６３電極パッド
４０１ガイド部材
４０３キャリッジ
４０５主走査モータ
４０６駆動プーリ
４０７従動プーリ
４０８タイミングベルト
４１０用紙
４１２搬送ベルト
４１３搬送ローラ
４１４テンションローラ
４１６副走査モータ
４１７タイミングベルト
４１８タイミングプーリ
４２０維持回復機構
４２１キャップ部材
４２２ワイパ部材
４４０液体吐出ユニット
４４１ヘッドタンク
４４２カバー
４４３コネクタ
４４４流路部品
４５０液体カートリッジ
４５１カートリッジホルダ
４５２送液ユニット
４５６チューブ
４９１Ａ、４９１Ｂ側板
４９１Ｃ背板
４９３主走査移動機構
４９４供給機構
４９５搬送機構

特開２００８−１５５４７２号公報

Claims

液体を吐出するノズルと、前記ノズルが連通する圧力室と、前記圧力室内の液体を昇圧させる吐出駆動手段と、を備えた構造体が複数個配列され、
夫々の前記構造体において、前記吐出駆動手段は、前記圧力室の壁の一部を構成する振動板と、前記振動板上に形成された電気機械変換素子と、を含み、
前記構造体の配列方向における夫々の前記圧力室の長さをＬとしたときに、前記Ｌが前記配列方向に傾きを有し、
前記配列方向での前記振動板の膜厚の傾きをΔｄｓ、前記配列方向での前記Ｌの傾きをΔＬとしたときに、Δｄｓ×ΔＬ＞０であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
液体を吐出するノズルと、前記ノズルが連通する圧力室と、前記圧力室内の液体を昇圧させる吐出駆動手段と、を備えた構造体が複数個配列され、
夫々の前記構造体において、前記吐出駆動手段は、前記圧力室の壁の一部を構成する振動板と、前記振動板上に形成された電気機械変換素子と、を含み、
前記構造体の配列方向における夫々の前記圧力室の長さをＬとしたときに、前記Ｌが前記配列方向に傾きを有し、
前記振動板は複数の層から形成され、
前記配列方向での、前記複数の層のうち最もヤング率の大きい層の膜厚の傾きをΔｄｓ_ｍａｘとしたときに、Δｄｓ_ｍａｘ×ΔＬが＞０であることを特徴とする液体吐出ヘッド。
前記振動板はＳｉＯ_２、ＳｉＮ、Ｐｏｌｙ−Ｓｉからなる層を含む複数の層から形成され、
前記振動板の膜厚が１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッド。
前記電気機械変換素子を構成する電気機械変換膜に１５０ｋｖ／ｃｍの電界強度かけて前記電気機械変換素子の変位特性δの評価を行ったときに、
前記電気機械変換素子の変位特性δの前記配列方向の傾きをΔδ、前記変位特性δの平均値をδ_Ａｖｅとしたときに、Δδ／δ_Ａｖｅが±８％以内であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
請求項１乃至４の何れか一項に記載の液体吐出ヘッドを備えていることを特徴とする液体吐出ユニット。
前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくとも何れか一つと前記液体吐出ヘッドとを一体化したことを特徴とする請求項５に記載の液体吐出ユニット。
請求項１乃至４の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項５若しくは６に記載の液体吐出ユニットを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。