JP2014054802A - 電気機械変換素子、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト化を図ると共に安定したインク吐出特性を得る。
【解決手段】金属から成り、基板２０１または成膜振動板２０２との界面に密着層２０３を介して設けられる第１の電極２０４と、酸化物から成る第２の電極２０５と、電気―機械変換膜２０６と、酸化物から成る第３の電極２０７と、金属から成る第４の電極２０８と、がこの順に形成される電気機械変換素子２００であって、第４の電極２０８、第３の電極２０７から電気−機械変換膜２０６までをエッチングして個別化する際に、第２の電極２０５をエッチングストップ層とし、第３の電極２０７および第４の電極２０８を個別電極２１３、第１の電極２０４および第２の電極２０５を共通電極２１４とし、個別電極２１３および共通電極２１３に、コンタクトホール２１２を有する絶縁保護膜２０９を形成するに際し、共通電極２１４の最表面が第２の電極２０５となり、個別電極２１３の最表面が第４の電極２０８となるようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気機械変換素子、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置に関する。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、これらの複合機等の画像形成装置として、例えば、液滴吐出ヘッド（液体吐出ヘッド）で構成した液滴吐出装置を用いて、記録材（以下、用紙ともいうが材質を限定するものではなく、記録媒体、シート、被記録媒体、記録用紙、転写材、記録紙なども同義で使用する）を搬送しながら、液体としてのインクを記録材に付着させて画像形成（記録、印刷、印写、印字も同義語で用いる）を行なう、いわゆるインクジェット方式の画像形成装置（以下、インクジェット記録装置ともいう）が知られている。なお、本明細書における「記録」には、文字や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を被記録媒体に付与することも含むものとする。

インクジェット記録装置の液滴吐出ヘッドの従来構成の一例について、図１１を参照して説明する。図１１に示す液滴吐出ヘッドは、インク滴を吐出するノズル９０２、ノズル９０２が形成されるノズル板９０３、このノズル９０２が連通する圧力室（加圧室、インク流路、加圧液室、吐出室、液室等とも称す）９０１、圧力室９０１が形成される圧力室基板（Ｓｉ基板）９０４、圧力室９０１内のインクを加圧する圧電素子であって、下部電極９０６、電気−機械変換膜９０７および上部電極９０８からなる電気機械変換素子９０９、インク流路の壁面を形成する振動板（下地）９０５から構成される。

この液滴吐出ヘッドは、下部電極９０６と上部電極９０８に電圧を印加して電気−機械変換素子９０９を振動させてエネルギーを発生させ、圧力室９０１内のインクを加圧することによってノズル９０２からインク滴を吐出させるものである。

インクジェット式の液滴吐出ヘッドには、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との２種類の液滴吐出ヘッドが知られている。

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亘って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力室に対応する形状に切り分けて各圧力室に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。

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としては、例えば、共通電極である下部電極（下電極）と、下部電極上に形成されたＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）膜（圧電体層）と、ＰＺＴ膜上に形成された個別電極である上部電極（上電極）とで構成され、さらに、上部電極上には層間絶縁膜（絶縁保護膜）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が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

しかしながら、上記特許文献に記載される共通電極である下部電極としては主に白金（Ｐｔ）などの金属電極を用いたものであり、このような構成ではＰＺＴに含まれる鉛（Ｐｂ）の拡散によるＰｔの特性劣化への影響があるため、疲労特性に対する保証が懸念されるほか、金属電極と圧電体層との密着性が十分でなく信頼性に課題があった。

特許文献３には、インクジェット式記録ヘッドを構成する振動板の初期撓みを低減するため、振動板を介して設けられる圧電素子（下部電極−圧電体層−上部電極）の圧電体層と共に用いられる少なくとも一層を、圧縮応力を有する圧縮膜とすること、さらにこれに関連して、圧縮膜を鉛の拡散を防止する金属酸化膜とすることが開示されている。

しかしながら、下部電極を金属酸化膜とする場合、下部電極が複数の圧電素子に共通して設けられているため、多数の圧電素子を同時に駆動して多数のインク滴を一度に吐出させると、電圧降下が発生して圧電素子の変位量が不安定となり、インク吐出特性が低下するという問題があった。さらに、下部電極に酸化物電極を用いた場合、酸化物電極の比抵抗値が金属電極に比べて約１０^１〜１０^３倍高くなるため、このような問題が特に生じやすい。

この点に対し、特許文献４には、独立した素子構成体（酸化物から成る第１の電極と、該第１の電極上に電気−機械変換膜と、該電気−機械変換膜上に酸化物から成る第２の電極とが順次設けられた構成体）を複数有し、少なくとも酸化物から成る第１の電極に金属から成る第３の電極が共通電極として導通形成されている電気−機械変換素子が開示されている。

特許文献４に記載の発明によれば、多数の電気−機械変換素子（圧電素子）を同時に駆動して多数のインク滴を一度に吐出させた場合でも圧電素子の変位量が安定し、良好なインク吐出特性が得られ、特に、電気−機械変換膜としてＰＺＴを使用した場合においても、鉛（Ｐｂ）の拡散を抑制することができるため、長期間使用しても疲労による特性低下が抑制され、信頼性が高くインク吐出特性が良好に維持することができる。

すなわち、下部電極としては、酸化物電極単層のみで構成する場合は十分な厚みを確保することが必要となるため、特許文献４のように、酸化物電極と金属電極の２層で構成することが好ましい。

また、圧電体層としては、個別化した構成で形成されることが好ましい。圧電体層がベタ膜で構成されている場合と個別化されているときでは、圧力発生させるときの変位量で大きな違いが生じるからである。しかしながら、例えば、スピンコートやスパッタ工法を用いて成膜した後に、リソグラフィ法により圧電体層を個別化する際には、圧電体層のオーバーエッチングによって下部電極もエッチングされてしまうという問題がある。この場合、層間絶縁膜に開口されたコンタクトホールを介して下部電極に電気的に接続される配線が設けられた構造では、オーバーエッチングにより下部電極が十分な厚みが確保されていないため、インク吐出において不具合が発生しやすいという問題がある。

このため、圧電体層と下部電極との選択比が十分取れない場合においては、下部電極の膜厚を十分厚くする必要が出てくる。この場合、Ｐｔをベースとした金属電極を下部電極として使用する場合においては、Ｐｔの膜厚を厚くする必要が出てくるため、コストアップにも繋がってしまう。

また、Ｐｔの膜厚を十分厚くした場合において、圧電体層をＰＺＴから構成される材料としたときには、ＰＺＴ膜の配向性等を十分制御することが出来ず、十分な膜特性を得ることができないという問題が生じ得る。

そこで本発明は、下部電極を酸化物電極と金属電極の２層から構成し、酸化物電極層を圧電体層のエッチングストップ層としての機能を有するようにして、酸化物電極層の下に位置する金属電極層のオーバーエッチングによる膜厚の減少を抑制して薄膜化を可能とし、低コスト化を図ると共に、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、液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明に係る電気機械変換素子は、金属から成り、基板または下地膜上との界面に密着層を介して設けられる第１の電極と、酸化物から成る第２の電極と、電気―機械変換膜と、酸化物から成る第３の電極と、金属から成る第４の電極と、がこの順に形成される電気機械変換素子であって、前記第４の電極、前記第３の電極から前記電気−機械変換膜までをエッチングして個別化する際に、前記第２の電極をエッチングストップ層とし、前記第３の電極および前記第４の電極を個別電極、前記第１の電極および第２の電極を共通電極とし、前記個別電極および前記共通電極に、コンタクトホールを有する絶縁保護膜を形成するに際し、前記コンタクトホールを通じた前記共通電極の最表面が前記第２の電極となり、前記接続部と接触する前記個別電極の最表面が前記第４の電極となるようにしたものである。

本発明によれば、低コスト化を図ると共に安定したインク吐出特性を得ることができる。

本実施形態に係る電気機械変換素子の層構成を示す模式図である。 電気機械変換素子の構成の一例を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）上面図である。 電気機械変換素子の構成の他の例を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）上面図である。 ＳＲＯ結晶性を示すグラフである。 電気機械変換素子の構成の他の例を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）上面図である。 本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの断面構成を示す模式図である。 電気機械変換素子を有する液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置の一例を示す斜視説明図である。 インクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。 比較例に係る電気機械変換素子の構成を示す（Ａ）断面図、（Ｂ）上面図である。 実施例で作製した電気−機械変換素子の代表的なＰ−Ｅヒステリシス曲線を示すグラフである。 液滴吐出ヘッドの従来構成を示す模式図である。

以下、本発明に係る構成を図１から図１０に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。

（電気機械変換素子）
本実施形態に係る電気機械変換素子（電気機械変換素子２００）は、金属から成り、基板（基板２０１）または下地膜（成膜振動板２０２）上との界面に密着層（密着層２０３）を介して設けられる第１の電極（第１の電極２０４）と、酸化物から成る第２の電極（第２の電極２０５）と、電気―機械変換膜（電気―機械変換膜２０６）と、酸化物から成る第３の電極（第３の電極２０７）と、金属から成る第４の電極（第４の電極２０８）と、がこの順に形成される電気機械変換素子であって、第４の電極、第３の電極から電気−機械変換膜までをエッチングして個別化する際に、第２の電極をエッチングストップ層とし、第３の電極および第４の電極を個別電極（個別電極２１４）、第１の電極および第２の電極を共通電極（共通電極２１３）とし、個別電極および共通電極に、コンタクトホール（コンタクトホール２１２）を有する絶縁保護膜（絶縁保護膜２０９）を形成するに際し、コンタクトホールを通じた共通電極の最表面が第２の電極となり、個別電極の最表面が第４の電極となるようにしたものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。

本実施形態に係る電気機械変換素子（圧電素子）２００の層構成を図１に示す。電気機械変換素子２００は、第１の電極２０４、第２の電極２０５、電気−機械変換膜２０６、第３の電極２０７および第４の電極２０８をこの順で有している。第１の電極２０４および第２の電極２０５が下部電極（共通電極２１３）、第３の電極２０７および第４の電極２０８が上部電極（個別電極２１４）に相当する（詳細は後述する）。また、第１の電極２０４以下には、密着層２０３、成膜振動板２０２、基板２０１がこの順で形成される。なお、以下の説明において、密着層２０３を含めて電気機械変換素子２００とする場合もある。

さらに、電気機械変換素子２００は、絶縁保護膜（層間絶縁膜）２０９、引き出し配線としての第５の電極２１０および第６の電極２１１を有している。図２（Ａ）は電気機械変換素子２００の構成を示す断面図、（Ｂ）は上面図である。なお、共通電極２１３は第５の電極２１０、第２の電極２０５および第１の電極２０４からなり、個別電極２１４は第６の電極２１１、第４の電極２０８および第３の電極２０７からなる（詳細は後述する）。

絶縁保護膜２０９には、コンタクトホール２１２が形成されており、図２（Ａ）に示すように、コンタクトホール２１２を介して第２の電極２０５と第５の電極２１０、第４の電極２０８と第６の電極２１１とが導通した構成となっている。コンタクトホール２１２は、例えば、１０μｍ×１０μｍで形成される。

電気−機械変換膜２０６としてＰＺＴを材料として抽出した場合（以下、ＰＺＴ２０６とも称す）、第２の電極２０５に酸化物電極を用いることでＰｂ拡散を防止するとともに、ＰＺＴ２０６を図２のようにリソグラフィ法によりパターニングする際に、第２の電極２０５にＰＺＴ２０６のオーバーエッチングを抑制するためのエッチングストップ層として機能を持たせることで、第１の電極２０４までエッチングされることを抑制している。

第１の電極２０４としては、Ｐｔ等の比抵抗（電気抵抗率）の十分低い金属膜を設けることで、共通電極２１３に対して十分な電流を供給している。このため第１の電極２０４までのオーバーエッチングを抑制することにより、オーバーエッチングを見越した膜厚を確保する必要がなくなるため、Ｐｔ等の高価な材料系を成膜するときには、非常にコスト的なメリットが得られ、低コスト化を図ることができる。

さらに、第１の電極２０４自体の厚みが厚くなってくると、第２の電極２０５、ＰＺＴ２０６の結晶配向性を制御することが困難になり、結果的にインク吐出として十分な変位が得られていない等の不具合が発生しやすくなる。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、共通電極２１３に相当するところについて、絶縁保護膜２０９に開口されたコンタクトホール２１２を介して、第２の電極２０５と第５の電極２１０が導通した構成としている。

絶縁保護膜２０９にコンタクトホール２１２を作製する際に、絶縁保護膜２０９をリソグラフィ法等によりパターニングを行うが、第２の電極２０５としては、絶縁保護膜２０９のオーバーエッチングにより、第２の電極２０５の膜厚は若干薄くなってくる。ここで配線とエッチングストップ層、すなわち、ＰＺＴ２０６、絶縁保護膜２０９のオーバーエッチングの影響を受けた第２の電極界面と第５の電極界面で十分な接触抵抗が確保されることが非常に重要となる。十分な接触抵抗が取れなければ、インク吐出において不具合が発生しやすいといえるからである。

そこで、本実施形態では、以下に詳細に述べるように、酸化物電極層である第２の電極２０５の材料、成膜方式、成膜条件、比抵抗等を所定の条件とすることで、配線とエッチングストップ層の接触抵抗において十分な特性を得て、インク吐出特性を良好に保持できるようにしている。

また、図３に示すように、共通電極２１３に相当するところについて、絶縁保護膜２０９に開口されたコンタクトホール２１２を介して、第１の電極２０４と第５の電極２１０が導通した構成としても良い。なお、共通電極２１３でのコンタクトホール２１２での接触抵抗としては、第１の電極２０４と第５の電極２１０が接触して導通した方が、接触抵抗としては安定しやすいが、反面、絶縁保護膜２０９のオーバーエッチング量のプロセス管理は難しい。

以下に、図２に示した電気機械変換素子２００、基板２０１、振動版２０２等の各構成の材料、工法等について具体的に説明する。

［基板］
基板２０１としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましい。また、その厚みは、通常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、本実施形態においては、主に（１００）の面方位を持つ単結晶基板を主に使用した。

また、基板２０１に圧力室２１６（図６参照）を作製する場合、エッチング法を利用してシリコン単結晶基板に加工を施していくが、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。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）では深い溝を掘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おり、(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。ただし、この場合は、マスク材であるＳｉＯ_２もエッチングされてしまう点に留意すべきである。

［振動板（下地、成膜振動板）
上述のように、電気機械変換素子２００によって発生した力を受けて、振動板（下地、成膜振動板）２０２が変形変位して、圧力室のインク滴を吐出させる。そのため、下地２０２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。

材料としては、Ｓｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４をＣＶＤ法により作製したものが挙げられる。さらに、後述する下部電極（第１の電極２０４、第２の電極２０５）、電気−機械変換膜２０６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２０６としては、一般的に材料としてＰＺＴが使用されることから線膨張係数８×１０^−６［１／Ｋ］に近い線膨張係数が適当であり、５×１０^−６〜１０×１０^−６［１／Ｋ］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［１／Ｋ］の線膨張係数を有した材料がより好ましい。

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であり、これらをスパッタ法もしくは、Ｓｏ
ｌ−ｇｅｌ法（ゾルゲルプロセス）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０．１〜１０μｍが好ましく、０．５〜３μｍがさらに好ましい。この範囲より小さいと圧力室の加工が難しくなり、この範囲より大きいと振動板２０２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ためである。

［密着層］
密着層２０３は、チタン（Ｔｉ）をスパッタ成膜後、ＲＴＡ（rapid thermal
annealing)装置を用いて、６５０〜８００℃（７５０℃以上が好ましい）、１〜３０分、Ｏ_２雰囲気でチタン膜を熱酸化して、チタン膜を酸化チタン膜にする。

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望ましい。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を必要とするためである。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チタンＯ_２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。したがって、昇温速度の速いＲＴＡ装置による酸化の方が良好な結晶を形成するために有利である。またＴｉ以外の材料としては、Ｔａ，Ｉｒ，Ｒｕ等の材料を用いることも好ましい。

密着層２０３の膜厚としては、１０〜５０ｎｍが好ましく、１５〜３０ｎｍがさらに好ましい。この範囲以下の場合においては、密着性に懸念が生じ、この範囲以上となるとその上で作製する電極膜の結晶の質に影響が生じるおそれがあるためである。

［第１の電極、第４の電極］
第１の電極２０４および第４の電極２０８には金属材料が用いられる。金属材料としては、高い耐熱性と低い反応性を有する白金を用いることが一般的であるが、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、これら合金膜を用いても良い。なお、白金を使用する場合には下地（特にＳｉＯ_２）との密着性が悪いために、先の密着層２０３を先に積層することが好ましい。

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。第１の電極２０４の膜厚としては、８０〜２００ｎｍが好ましく、１００〜１５０ｎｍがより好ましい。この範囲より薄い場合においては、共通電極２１３として十分な電流を供給することができないおそれがあり、インク吐出をする際に不具合が発生するおそれがあるためである。

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場合においては、コストアップとなる点や、白金を材料とした場合においては、膜厚を厚くしていたったときに表面粗さが大きくなり、その上に作製する第２の電極２０５やＰＺＴ２０６の表面粗さや結晶配向性に影響を及ぼして、インク吐出に十分な変位が得られないような不具合が発生するおそれがあるためである。

第４の電極２０８の膜厚としては、３０〜２００ｎｍが好ましく、５０〜１２０ｎｍがより好ましい。この範囲より薄い場合においては、個別電極２１４として十分な電流を供給することができないおそれがあり、インク吐出をする際に不具合が発生するおそれがあるためである。

一方、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場合においては、コストアップとなる点や白金を材料とした場合においては、膜厚を厚くしていたったときに表面粗さが大きくなり、絶縁保護膜２０９を介して第６の電極２１１を作製する際に、膜剥がれ等のプロセス不具合が発生するおそれがあるためである。

［第２の電極、第３の電極］
第２の電極２０５および第３の電極２０７には、ＳｒＲｕＯ_３を用いることが好ましい。また、Ｓｒ_ｘ（Ａ）_{（１−ｘ）}Ｒｕ_ｙ（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を用いることもできる。

成膜方法としては、スパッタ法を用いることができる。スパッタ条件によってＳｒＲｕＯ_３薄膜の膜質が変わるが、特に結晶配向性を重視し、第１の電極２０４のＰｔ（１１１）にならってＳｒＲｕＯ_３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、参考文献（特許第３７８２４０１号公報）では、ＳＲＯ（ルテニウム酸ストロンチウム）成膜条件について、室温成膜で、その後、ＲＴＡ処理にて結晶化温度（６５０℃）で熱酸加している。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）が優先配向しやすくなり、その上に成膜したＰＺＴについても（１１０）配向しやすくなる。

Ｐｔ（１１１）上に作製したＳＲＯ結晶性については、ＰｔとＳＲＯで格子定数が近いため、通常のθ−２θ法（分光回折法）による測定では、ＳＲＯ（１１１）とＰｔ（１１１）の２θ位置が重なってしまい判別が難しい。つまり、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。

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４は、２θ＝３２°に固定し、Ｐｓｉを振ったときのピーク強度を示す。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、上述した室温成膜と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た。

詳細は後述するが、圧電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。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２ｎｍ以下となる。なお、粗さについては原子間力顕微鏡（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。

表面粗さとしては、非常にフラットにはなっているが、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。表面粗さとしては、４〜１５ｎｍになっていることが好ましく、６〜１０ｎｍ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、リークしやすくなる。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℃〜７００℃、好ましくは５２０℃〜６００℃の範囲で成膜を実施している。

成膜後のＳｒとＲｕ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おそれがある。

第２の電極２０５としてのＳＲＯ膜の膜厚としては、４０〜１５０ｎｍが好ましく、５０〜８０ｎｍがさらに好ましい。この膜厚範囲よりも薄い場合、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点や、ＰＺＴのオーバーエッチングを抑制するためのエッチングストップ層としての機能が得られにくくなるおそれがある。一方、この膜厚範囲を超えると、その後成膜したＰＺＴの絶縁耐圧が悪く、リークしやすくなるおそれがある。

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好ましい。この範囲よりも大きくなると共通電極２１３として、第５の電極２１０との界面で接触抵抗が十分得られず、共通電極２１３として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おそれがある。

また、第３の電極２０７としてのＳＲＯ膜の膜厚としては、２０〜８０ｎｍが好ましく、４０〜６０ｎｍがさらに好ましい。この膜厚範囲よりも薄い場合、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おそれがある。一方、この膜厚範囲を超えると、その後成膜したＰＺＴの絶縁耐圧が悪く、リークしやすくなるおそれがある。

［電気−機械変換膜］
電気−機械変換膜２０６の材料としては、ＰＺＴを主に使用する。ＰＺＴとはジルコン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）とチタン酸（ＰｂＴｉＯ_３）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ＰｂＴｉＯ_３とＰｂＴｉＯ_３の比率が５３:４７の割合である。化学式では、Ｐｂ（Ｚｒ_０．５３，Ｔｉ_０．４７)Ｏ_３、一般には、ＰＺＴ（５３／４７）と示される。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できる。

これら材料は一般式ＡＢＯ_３（Ａ＝Ｐｂ，Ｂａ，Ｓｒ、Ｂ＝Ｔｉ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｎｂを主成分とする）で記述される複合酸化物が該当する。その具体例としては、（Ｐｂ_1-xＢａ_x）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３、（Ｐｂ_1-xＳｒ_x）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３などが挙げられ、これらはＡサイトのＰｂを一部ＢａやＳｒで置換したものである。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。

電気−機械変換膜２０６の作製方法としては、スパッタ法もしくは、Ｓｏｌ−ｇｅｌ法（ゾルゲルプロセス）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。

電気−機械変換膜２０６としてＰＺＴ膜をＳｏｌ−ｇｅｌ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。

下地基板全面に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前駆体濃度の調整が必要になる。

電気−機械変換膜２０６の膜厚としては０．５〜５μｍが好ましく、さらに好ましくは１〜２μｍとなる。この範囲より小さいと十分な変位を発生することができないおそれがあり、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ことに繋がる。

［絶縁保護膜］
絶縁保護膜２０９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・アルミナ膜、シリコン酸化膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等）とする必要がある。なお、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適さない。絶縁保護膜２０９を厚い膜とした場合、振動板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ヘッドなってしまうためである。

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、絶縁保護膜２０９の下地となる、電極材料、圧電体材料、振動板材料と密着性が高い材料を選定する必要がある。

また、絶縁保護膜２０９の成膜方法も圧電素子を損傷しない成膜方法を選定する必要があるため、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といえる。

絶縁保護膜２０９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法がより好ましい。好ましい材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，Ｙ_２Ｏ_３，Ｔａ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２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。また、ＡＬＤ法を用いることにより、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。

絶縁保護膜２０９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２０２の変位を阻害しないように可能な限り薄くする必要がある。絶縁保護膜２０９の好ましい膜厚は２０〜１００ｎｍの範囲である。１００ｎｍより厚い場合は、振動板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り、一方、２０ｎｍより薄い場合は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おそれがある。

また、図５に示すように、２層目の絶縁保護膜２１５を設け、絶縁保護膜を２層にすることも好ましい。この場合、２層目の絶縁保護膜２１５を厚くするため、振動板２０２の振動変位を著しく阻害しないように第３、第４の電極部付近において２層目の絶縁保護膜２１５を開口するような構成としても良い。

２層目の絶縁保護膜２１５としては、任意の酸化物，窒化物，炭化物またはこれらの複合化合物を用いることができるが、半導体デバイスで一般的に用いられるＳｉＯ_２を用いることができる。成膜方法は任意の方法を用いることができ、例えば、ＣＶＤ法，スパッタリング法によれば良く、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。

また、２層目の絶縁保護膜２１５の膜厚は共通電極および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。すなわち絶縁保護膜２０９に印加される電界強度を、絶縁破壊しない範囲に設定する必要がある。さらに、２層目の絶縁保護膜２１５の下地の表面性やピンホール等を考慮すると膜厚は２００ｎｍ以上必要であり、さらに好ましくは５００ｎｍ以上である。

［第５の電極、第６の電極］
第５の電極２０９および第６の電極２１０は、Ａｇ合金，Ｃｕ，Ａｌ，Ａｌ合金，Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒのいずれかから成る金属電極材料であることが好ましい。作製方法としては、スパッタ法、スピンコート法を用いて作製し、その後フォトリソグラフィ、エッチング等により所望のパターンを得る。

また、第５の電極２０９および第６の電極２１０は、同一プロセス中に作製されることが好ましい。これにより、電極作製におけるプロセスの効率化を図ることができる。

第５の電極２０９および第６の電極２１０の膜厚としては、０．１〜２０μｍが好ましく、０．２〜１０μｍがさらに好ましい。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、ヘッド吐出が不安定になるおそれがあり、この範囲より大きいとプロセス時間が長くなることに繋がる。

また、共通電極２１３、個別電極２１４としてコンタクトホール２１２での接触抵抗として、共通電極２１３としては１０Ω以下、個別電極２１４としては１Ω以下が好ましく、さらには、共通電極２１３としては５Ω以下、個別電極２１４としては０．５Ω以下が好ましい。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、インク吐出をする際に不具合が発生するおそれがある。

以上説明した、本実施形態に係る電気機械変換素子によれば、下部電極を酸化物電極と金属電極の２層から構成し、酸化物電極層を圧電体層のエッチングストップ層としての機能を有するようにして、酸化物電極層の下に位置する金属電極層のオーバーエッチングによる膜厚の減少を抑制して、金属電極層の薄膜化を可能とすることで、低コスト化を図ると共に安定したインク吐出特性を得ることができる。また、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電気−機械変換素子が形成できる。また、酸化物電極層の材料、成膜方式、成膜条件、比抵抗等を所定の条件とすることで、配線とエッチングストップ層の接触抵抗において十分特性を得ることができ、インク吐出特性を良好に保持して、高密度に配列可能な電気機械変換素子とすることができる

（液滴吐出ヘッド）
図６に液滴吐出ヘッドが複数配置された液滴吐出ヘッドを示す。以上説明した電気機械変換素子２００（２０４〜２１１（２１５））を吐出駆動手段として用い、密着層２０３、振動板２０２、基板２０１を形成し、さらに、圧力室２１６を形成するために裏面からのエッチング除去、ノズル２１７を有するノズル板２１８を接合することで、１ノズルの液滴吐出ヘッドが構成される。なお、液体供給手段、流路、流体抵抗等の図示は省略している。

（インクジェット記録装置）
次に、以上説明した電気機械変換素子２００（２０４〜２１１（２１５））を有する液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置（液滴吐出装置、画像形成装置）の一例について図７および図８を参照して説明する。なお、図７はインクジェット記録装置の斜視説明図、図８はインクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。

インクジェット記録装置は、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９３、キャリッジに搭載した液滴吐出ヘッドからなる記録ヘッド９４、記録ヘッド９４へインクを供給するインクカートリッジ９５等で構成される印字機構部８２等を収納し、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（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、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。

印字機構部８２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を主走査方向に摺動自在に保持し、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記録ヘッド９４を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し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。また、キャリッジ９３には記録ヘッド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を交換可能に装着している。

インクカートリッジ９５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ヘッドへ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を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、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個のヘッドでもよい。

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、このキャリッジ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を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定しており、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。

一方、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と、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とを設けている。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。

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を設けている。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を設け、さらに用紙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とを配設している。

記録時には、キャリッジ９３を移動させ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を行う。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を排紙する。

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を配置している。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。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。

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はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。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。

このように、本実施形態に係るインクジェット記録装置においては上述の電気機械変換素子２００を有する液滴吐出ヘッドを用いて作製したインクジェットヘッドを搭載しているので、インク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質を向上させることができる。

尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。

例えば、本発明に係る液滴吐出装置は、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、これらの複合機などにも適用することができる。また、インク以外の液体、例えばＤＮＡ試料やレジスト、パターン材料などを吐出する液滴吐出ヘッドや液滴吐出装置、或いはこれらを備える画像形成装置にも適用することができる。

また、画像形成装置としてインクジェットプリンタを例として説明したが、インクジェットコピー、インクジェットファックス、あるいはそれらの複合型記録装置にも適用できる。また、画像形成装置以外にも、インクジェット技術を用いたカラーフィルター製造装置、金属配線製造装置、捺染装置、ＤＮＡチップ製造装置など工業用製造装置にも適用できる。

また、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミック等の被記録媒体に対して記録を行うプリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリント部を有するワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業用記録装置にも適用することができる。

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。

＜実施例１＞
シリコンウェハに熱酸化膜（膜厚１μｍ）を形成し、層間膜（密着層２０３）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℃にて熱酸化し、引き続き第１の電極２０４として白金膜（膜厚１００ｎｍ）、第２の電極２０５としてＳｒＲｕＯ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。次に、電気−機械変換膜２０６として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。

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た。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、上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／ｌにした。この液を用いて、スピンコートにより成膜し、成膜後、１２０℃乾燥、次いで５００℃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、約２μｍのＰＺＴ膜厚を得た。

次に、第３の電極２０７としてＳｒＲｕＯ膜（膜厚４０ｎｍ）、第４の電極としてＰｔ膜（膜厚１２５ｎｍ）をスパッタ成膜した。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２に示すようなパターン（素子構成１とする）を作製した。

次に、絶縁保護膜２０９として、ＡＬＤ工法を用いてＡＬ２０３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２に示すように、エッチングによりコンタクトホール２１２を形成した。その後、第５の電極２０９、第６の電極２１０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、電気−機械変換素子２００を作製した。

＜実施例２＞
第１の電極２０４の膜厚を１８０ｎｍ、第２の電極２０５の膜厚を１５０ｎｍとした以外は実施例１と同様の電気−機械変換素子２００を作製した。

＜実施例３＞
第１の電極２０４の膜厚を１５０ｎｍ、第２の電極２０５の膜厚を５０ｎｍとした以外は実施例１と同様の電気−機械変換素子２００を作製した。

＜実施例４＞
第１の電極２０４の膜厚を８０ｎｍ、第２の電極２０５の膜厚を４０ｎｍとした以外は実施例１と同様の電気−機械変換素子２００を作製した。

＜実施例５＞
第４の電極２０８のスパッタ成膜後、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３に示すようなパターン（素子構成２とする）を作製した以外は、実施例１と同様の電気−機械変換素子２００を作製した。

＜実施例６＞
絶縁保護膜２０９として、ＡＬＤ工法を用いてＡＬ_２Ｏ_３膜を５０ｎｍ成膜した後に、２層目の絶縁保護膜２１５としてＣＶＤ法によりＳｉＯ_２膜を５００ｎｍ成膜し、図５（素子構成３とする）に示すように、エッチングによりコンタクトホール２１２を形成した以外は、実施例１と同様の電気−機械変換素子２００を作製した。

＜比較例１＞
第４の電極２０８のスパッタ成膜後、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）を用いて第２の電極２０５の形成範囲の異なる図９に示すようなパターン（素子構成４とする）を作製した以外は実施例１と同様の電気−機械変換素子を作製した。

＜比較例２＞
第１の電極２０４の膜厚を２８０ｎｍとした以外は実施例１と同様の電気−機械変換素子を作製した。

＜比較例３＞
第２の電極２０５の膜厚を３０ｎｍとした以外は実施例１と同様の電気−機械変換素子を作製した。

＜比較例４＞
第１の電極２０４の膜厚を１５０ｎｍ、第２の電極２０５の膜厚を２００ｎｍとした以外は実施例１と同様の電気−機械変換素子を作製した。

＜比較例５＞
第１の電極２０４の膜厚を３０ｎｍ、第２の電極膜厚を６０ｎｍとした以外は実施例１と同様の電気−機械変換素子を作製した。

＜評価＞
実施例１〜６、比較例１〜５で作製した電気−機械変換素子について、第２の電極膜を電気−機械変換素子の作製とは別にシリコンウェハに熱酸化膜（膜厚１μｍ）を形成したウェハ上に同条件で成膜を行い、４端子法にて第２の電極膜の比抵抗を測定した。

さらに作製した電気-機械変換素子を用いて電気特性、電気−機械変換能（圧電定数）の評価を行った。代表的なＰ−Ｅヒステリシス曲線を図９に示す。電気−機械変換能は電界印加（１５０ｋＶ／ｃｍ）による変形量をレーザードップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出した。初期特性を評価した後に、耐久性（１０^１０回繰り返し印可電圧を加えた直後の特性)評価を実施した。これらの詳細結果について表１にまとめた。

実施例１〜６については初期特性、耐久性試験後の結果についても一般的なセラミック焼結体と同等の特性を有していた。残留分極Ｐｒ：２０〜２７ｕＣ／ｃｍ^２、圧電定数は−１２０〜−１６０ｐｍ／Ｖである。

一方、比較例２〜３については、若干、初期特性としては一般的なセラミックス焼結体に比べて特性が劣る。さらに１０^１０回後（１０^１０回繰り返し印加電圧を加えた直後）の特性においては、実施例１〜６に比べて、比較例４は残留分極及び圧電定数の双方において大きく劣化しているのが確認された。また比較例１、５では、連続駆動中安定して電圧印加ができず長期駆動での評価が出来なかった。

実施例１〜６で作製した電気−機械変換素子２０を用いて、図６に示した液滴吐出ヘッドを作製し、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Ｐｕｓｈ波形により−１０〜−３０Ｖの印可電圧を加えたときの吐出状況を確認したところ、全てどのノズル孔からも吐出できていることを確認した。

８１ 記録装置本体
８２ 印字機構部
８３ 用紙
８４ 給紙カセット
８５ 手差しトレイ
８６ 排紙トレイ
９１ 主ガイドロッド
９２ 従ガイドロッド
９３ キャリッジ
９４ 記録ヘッド
９５ インクカートリッジ
９７ 主走査モータ
９８ 駆動プーリ
９９ 従動プーリ
１００ タイミングベルト
１０１ 給紙ローラ
１０２ フリクションパッド
１０３ ガイド部材
１０４ 搬送ローラ
１０５ 搬送コロ
１０６ 先端コロ
１０７ 副走査モータ
１０９ 印写受け部材
１１１ 搬送コロ
１１２ 拍車
１１３ 排紙ローラ
１１４ 拍車
１１５，１１６ ガイド部材
２００ 電気機械変換素子
２０１ 基板
２０２ 成膜振動板（下地）
２０３ 密着層
２０４ 第１の電極
２０５ 第２の電極
２０６ 電気−機械変換膜
２０７ 第３の電極
２０８ 第４の電極
２０９ 絶縁保護膜
２１０ 第５の電極
２１１ 第６の電極
２１２ コンタクトホール
２１３ 共通電極（下部電極）
２１４ 個別電極（上部電極）
２１５ ２層目の絶縁保護膜
２１６ 圧力室
２１７ ノズル
２１８ ノズル板
９０１ 圧力室
９０２ ノズル
９０３ ノズル板
９０４ 圧力室基板（Ｓｉ基板）
９０５ 振動板（下地）
９０６ 下部電極
９０７ 電気−機械変換膜
９０８ 上部電極
９０９ 電気機械変換素子

特許第３３６５４８５号公報 特許第４２１８３０９号公報 特許第３０１９８４５号公報 特開２０１１−９１１３８号公報

Claims (10)

1. 金属から成り、基板または下地膜上との界面に密着層を介して設けられる第１の電極と、酸化物から成る第２の電極と、電気―機械変換膜と、酸化物から成る第３の電極と、金属から成る第４の電極と、がこの順に形成される電気機械変換素子であって、
   前記第４の電極、前記第３の電極から前記電気−機械変換膜までをエッチングして個別化する際に、前記第２の電極をエッチングストップ層とし、
   前記第３の電極および前記第４の電極を個別電極、前記第１の電極および第２の電極を共通電極とし、
   前記個別電極および前記共通電極に、コンタクトホールを有する絶縁保護膜を形成するに際し、
   前記コンタクトホールを通じた前記共通電極の最表面が前記第２の電極となり、前記個別電極の最表面が前記第４の電極となるようにしたことを特徴とする電気機械変換素子。
2. 金属から成り、基板または下地膜上との界面に密着層を介して設けられる第１の電極と、酸化物から成る第２の電極と、電気―機械変換膜と、酸化物から成る第３の電極と、金属から成る第４の電極と、がこの順に形成される電気機械変換素子であって、
   前記第４の電極、前記第３の電極から前記電気−機械変換膜までをエッチングして個別化する際に、前記第２の電極をエッチングストップ層とし、
   前記第３の電極および前記第４の電極を個別電極、前記第１の電極および第２の電極を共通電極とし、
   前記個別電極および前記共通電極に、コンタクトホールを有する絶縁保護膜を形成するに際し、
   前記コンタクトホールを通じた前記共通電極の最表面が前記第１の電極となり、前記個別電極の最表面が前記第４の電極となるようにしたことを特徴とする電気機械変換素子。
3. 前記共通電極として、前記コンタクトホールを介し、前記第２の電極、または第１の電極および前記第２の電極と導通する第５の電極と、
   前記個別電極として、前記コンタクトホールを介し、前記第４の電極と導通する第６の電極と、が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の電気機械変換素子。
4. 前記第２の電極は、ルテニウム酸ストロンチウムから構成され、電気抵抗率が５×１０^−３［Ω・ｃｍ］以下であることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の電気機械変換素子。
5. 前記第２の電極の膜厚は、４０〜１５０ｎｍであることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の電気機械変換素子。
6. 前記第１の電極は、白金から構成され、膜厚が８０〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１から５までのいずれか記載の電気機械変換素子。
7. 前記密着層が設けられ、
   該密着層は、チタンから構成され、膜圧が１０〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載の電気機械変換素子。
8. 前記絶縁保護膜は、アルミナ膜、シリコン酸化膜、窒化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜のいずれかからなる無機膜であることを特徴とする請求項１から７までのいずれかに記載の電気機械変換素子。
9. 液滴を吐出するノズルと、
   該ノズルが連通する加圧室と、
   該加圧室内の液体を昇圧させる吐出駆動手段と、を備えた液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記吐出駆動手段として、前記加圧室の壁の一部を振動板で構成し、
   該振動板に請求項１から８までのいずれかに記載の電気機械変換素子を配置したことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
10. 請求項９に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。