JP2014241317A - 分極処理装置、圧電素子、液滴吐出ヘッド、及びインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ステージ電極のレイアウト変更が容易で、低コストな分極処理装置を提供する。
【解決手段】本実施形態の分極処理装置は、圧電素子に分極処理を施す分極処理装置であって、複数の貫通孔を含み、圧電素子を載置するステージと、貫通孔を介して圧電素子に電圧を印加するステージ電極と、ステージに対してコロナ放電するワイヤ電極と、圧電素子と対向し、ワイヤ電極とステージ電極との間に形成されるグリッド電極と、を有することにより上記課題を解決する。
【選択図】図４

Description

本発明は、分極処理装置、圧電素子、液滴吐出ヘッド、及びインクジェット記録装置に関する。

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インクジェット記録装置及び液滴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。電気機械変換素子は、例えば、下部電極上に電気機械変換膜及び上部電極を積層した構造を有する。

連続駆動後、圧電素子に生じる変位量劣化を抑制するために、予め、素子に分極処理を施す技術が知られている。分極処理が施された圧電体結晶は、分極の向きが揃うドメインの集合体を多く含む（図１参照）。

複数の針状電極（コロナ電極）と下部電極（ステージ電極）との間のコロナ放電を利用し、放電により生じたイオンを、針状電極と下部電極との間に設けたグリッド電極を用いて分散することで、被分極材料に均一な分極処理を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

ステージ電極の電圧（ステージ電圧）が大きい程、分極処理時間を短縮できる（図２参照）。又、ステージ電圧が、圧電素子に対して適切に印加されないと、分極処理が不十分となり、電気機械変換膜にクラックが生じることがある（図３参照）。

ステージ上に載置される圧電素子のレイアウトを変更する場合、適切な分極処理を圧電素子に施すためには、ステージ電極のレイアウトも変更する必要がある。レイアウト変更の度に、新たなステージを製造すると、コストや手間がかかる。

特許文献１におけるコロナ分極処理装置において、ステージ電極のレイアウト変更は、困難である。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ステージ電極のレイアウト変更が容易で、低コストな分極処理装置を提供することを目的とする。

本実施の形態の分極処理装置は、圧電素子に分極処理を施す分極処理装置であって、複数の貫通孔を含み、圧電素子を載置するステージと、貫通孔を介して圧電素子に電圧を印加するステージ電極と、ステージに対してコロナ放電するワイヤ電極と、圧電素子と対向し、ワイヤ電極とステージ電極との間に形成されるグリッド電極と、を有することを要件とする。

本実施の形態によれば、ステージ電極のレイアウト変更が容易で、低コストな分極処理装置を提供することができる。

分極処理前後での分域の変化を例示する模式図である。 ステージ電圧と、分極処理時間との関係を示すグラフである。 分極処理の不具合を例示する図である。 実施の形態１に係る分極処理装置を例示する図である。 実施の形態１に係るステージを例示する図である。 実施の形態１に係るステージ電極を例示する図である。 実施の形態１に係るステージ電極を例示する図である。 実施の形態１に係るステージ電極を例示する図である。 実施の形態１に係る分極処理装置を例示する図である。 実施の形態１に係るＰ−Ｅヒステリシス曲線を示すグラフである。 実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドを例示する図である。 実施の形態２に係る圧電素子を例示する図である。 実施の形態２に係る液滴吐出ヘッドを例示する図である。 実施の形態２に係る角度と回折強度との関係を示すグラフである。 実施の形態３に係るインクジェット記録装置を例示する斜視図である。 実施の形態３に係るインクジェット記録装置の、機構部を例示する側面図である。 実施例１に係る圧電素子を例示する図である。 実施例１に係るステージ電極を例示する図である。 実施例１に係るステージ電極を例示する図である。 実施例１に係るステージ電極を例示する図である。 実施例１に係るステージ電極を例示する図である。 実施例１に係るステージ電極を例示する図である。 実施例１に係るＰ−Ｅヒステリシス曲線を示すグラフである。 実施例３に係る圧電素子とステージ電極を例示する図である。 実施例４に係るステージ電極を例示する図である。 実施例６に係る圧電素子とステージ電極を例示する図である。

以下、図面及び表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〉
[分極処理装置の構成]
本実施の形態に係る分極処理装置の構成について図４乃至図８を用いて説明する。

分極処理装置１００は、コロナ電極（ワイヤ電極）１０１と、グリッド電極１０２と、ステージ１０３と、コロナ電源１０４と、グリッド電源１０５と、ステージ電源１０６と、ステージ電極１０７を含む。ステージ１０３上には、圧電素子１０８が載置される。圧電素子１０８のレイアウトは、任意に設定することが可能である。又、圧電素子１０８の構造は、特に限定されず、例えば、バイモルフ構造、ユニモルフ構造等であっても良い。

コロナ電極１０１は、ステージ１０３（ステージ電極１０７）と対向し、間にグリッド電極１０２を介して形成される。

グリッド電極１０２は、ステージ表面（圧電素子が形成される面）と対向して形成される。又、グリッド電極１０２は、コロナ電極１０１とステージ電極１０７との間に形成される。

コロナ電極１０１には、コロナ電源１０４からコロナ電圧が供給される。又、グリッド電極１０２には、グリッド電源１０５からグリッド電圧が供給される。又、ステージ電極１０７には、ステージ電源１０６からステージ電圧が供給される。

コロナ電極１０１と、ステージ電極１０７には、逆極性の電圧が供給されることが好ましい。逆極性とすることで、コロナ電極１０１で発生するイオンの状態（コロナ放電の状態）を変化させずに、圧電素子１０８に生じる内部電圧差を大きくできる。その結果、分極処理時間を短縮することもできる。

コロナ電極１０１におけるコロナ放電の強弱は、コロナ電圧及びグリッド電圧の大きさ、ステージ１０３とコロナ電極１０１との間の距離、ステージ１０３とグリッド電極１０２との間の距離、等により適宜制御することが可能である。

グリッド電極１０２は、メッシュ加工が施されている。このため、コロナ放電するコロナ電極１０１の周りに発生するイオンを、効率良く且つ均一に分散させて、圧電素子１０８（ステージ１０３）に対して降り注ぐことができる。

ステージ１０３は、絶縁体で構成され、貫通孔を複数含む。電流密度を増加させ、分極処理時間を短縮するため、貫通孔における開口部の形状は、六角形であることが好ましい。具体的には、図５（Ａ）に示す様に、上面の形状が、正六角形を、隣接させた形状を有し、図５（Ｂ）に示す様に、断面の形状が、長方形を、隣接させた形状を有していることが好ましい。

又、貫通孔における開口部の形状は、正六角形に限定されるものではない。例えば、六角形、円形、楕円形、四角形、長方形、三角形、等であっても良い。

ステージ１０３には、温度調節機能が付加されていることが好ましい。温度調節機能により、設定される温度は、５０℃以上１５０℃以下であることが好ましい。昇温させたステージ１０３上で、分極処理を行うことで、分極処理時間を短縮し、分極処理の効率を高められる。

ステージ電極１０７は、ステージ１０３の貫通孔を利用して形成される。例えば、ステージ電極１０７は、図６に例示する様に形成されても良い。図６（Ａ）は、ステージ電極１０７の上面図、図６（Ｂ）はステージ電極１０７の断面図である。圧電素子１０８のレイアウトに合わせて、貫通孔に、取り外し可能なロッド電極１０７ａを、複数挿入し、ロッド電極１０７ａの下面と、共通電極１０７ｂを接触させることにより、ステージ電極１０７とする。挿入するロッド電極１０７ａの数や位置を任意に選択することで、ステージ電極１０７のレイアウト変更を容易に行うことができる。

又、例えば、ステージ電極１０７は、図７に例示する様に形成されても良い。図７（Ａ）は、ステージ電極１０７の上面図、図７（Ｂ）は、ステージ電極１０７の断面図である。圧電素子１０８のレイアウトに合わせて、電極板１０７ｃを配設し、貫通孔に、取り外し可能なロッド電極１０７ａを、複数挿入する。電極板１０７ｃとロッド電極１０７ａとは、導電性ペースト等により接着しても良いし、貫通孔を介して、真空密着させても良い。ロッド電極１０７ａの下面と、共通電極１０７ｂを接触させることにより、ステージ電極１０７とする。配設する電極板１０７ｃの位置や形状を任意に選択することで、ステージ電極１０７のレイアウト変更を容易に行うことができる。図７の場合、図６の場合と比べて、挿入するロッド電極１０７ａの数を減らすことができる。

又、例えば、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に例示する様に、ロッド電極１０７ａを挿入していない貫通孔に、絶縁体ロッド１１０を挿入しても良い。絶縁体ロッド１１０を挿入することで、ロッド電極１０７ａ間、電極板１０７ｃ間の絶縁性を高めることができるため、ステージ電極１０７を、高密度に形成することが可能になる。又、共通電極１０７ｂから圧電素子１０８に、不要な電圧が印加される可能性を低減できる。

なお、貫通孔間の間隔が大きすぎると分極状態に差が生じる。そのため、貫通孔間の間隔は、５０μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましい。

ロッド電極１０７ａ及び電極板１０７ｃの材料としては、金属等の導電性材料を用いることが好ましい。例えば、銅、プラチナ、タングステン、ステンレス、アルミニウム合金、イリジウム合金、金、グラファイト等が挙げられる。

導電性ペーストしては、金ペースト、銀ペースト等が挙げられる。なお、導電性ペーストは、ロッド電極と電極板との接着に用いるだけでなく、導電性ペースト自体を、貫通孔に充填し、ステージ電極を形成しても良い。導電性ペーストをステージ電極として用いることで、貫通孔における開口部の形状を細かくできるため、ステージ電極を高密度に形成できる。

ステージ電極１０７が、ステージ１０３の貫通孔を利用して形成されることで、圧電素子のレイアウト変更に合わせて、容易にステージ電極１０７のレイアウト変更をすることができる。即ち、レイアウト変更の度に、新たなステージを製造する、新たなステージに合わせて、電極等を繋ぎ直す等というコストや手間を省くことができる。又、圧電素子１０８に、的確にステージ電圧を印加することができるため、適切な分極処理を施し、圧電素子１０８の性能を高めることができる。

[分極処理の原理]
分極処理装置１００による分極処理の原理の一例について図９を用いて説明する。分極処理装置１００は、コロナ放電及びステージ電圧により、圧電素子に分極処理を施す。

コロナ電極１０１に、コロナ電圧が印加されると、コロナ放電により、大気中の分子１０９がイオン化され、陽イオン１０９ａ及び陰イオン１０９ｂが発生する。これらのイオンが、メッシュ加工が施され、グリッド電圧が印加されたグリッド電極１０２を介して、ステージ１０３に降り注ぐ。

陽イオン１０９ａが、圧電素子１０８の共通電極ＰＡＤ及び個別電極ＰＡＤ（図示せず）を介して、圧電素子１０８に注入されることで、逆極性の電荷が圧電素子１０８の上部電極及び下部電極に蓄積する。又、貫通孔を介して、ステージ電極１０７から、圧電素子１０８に、ステージ電圧が印加されると、圧電素子１０８の上部電極と下部電極との間に、更に大きな内部電圧差が生じ、圧電素子は分極する。

圧電素子１０８に、分極処理を施すために必要な電圧は、上部電極又は下部電極に蓄積する電荷の量（電荷量Ｑ[Ｃ]）に比例する。電荷量Ｑ[Ｃ]は、１Ｅ^−８[Ｃ]以上であることが好ましく、４Ｅ^−８[Ｃ]以上であることがより好ましい。電荷量Ｑ[Ｃ]が、１Ｅ^−８[Ｃ]未満である場合は、圧電素子に、十分な分極処理を施すことができない。

図１０（Ａ）は、圧電素子１０８に対して、分極処理を施す前の状態を示すＰ−Ｅヒステリシスループである。又、図１０（Ｂ）は、圧電素子１０８に対して、分極処理を施した後の状態を示すＰ−Ｅヒステリシスループである。横軸は、印加電圧Ｅ（単位：[ｋＶ／ｃｍ]）、縦軸は、分極Ｐ（単位：[μＣ／ｃｍ^２]）である。

最初に、印加電圧Ｅ＝０[ｋＶ／ｃｍ]とした場合の分極をＰｉｎｄとする。又、印加電圧Ｅ＝１５０[ｋＶ／ｃｍ]とし、更に、印加電圧Ｅ＝０[ｋＶ／ｃｍ]とした場合の分極をＰｒとする。

分極Ｐｒと分極Ｐｉｎｄとの差を、分極率（Ｐｒ−Ｐｉｎｄ）とする。Ｐ−Ｅヒステリシスループから読み取れる、分極率から、分極処理の状態を判断することができる。

分極率（Ｐｒ−Ｐｉｎｄ）は、１０以下であることが好ましく、５以下であることが、より好ましい。分極率が、１０より大きい場合、圧電素子１０８を連続駆動させた後の変位量劣化が大きくなってしまう。

〈第２の実施の形態〉
本実施の形態では、第１の実施の形態に係る分極処理装置により分極処理が施された圧電素子を搭載する液滴吐出ヘッドについて説明する。圧電素子は、インクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドの構成部品として用いられる。

図１１は、電気機械変換素子を用いた液滴吐出ヘッド１を例示する断面図である。

図１２は、液滴吐出ヘッド１の構成部品である圧電素子１０８を例示する図である。図８（Ａ）は、圧電素子１０８の断面図であり、図８（Ｂ）は、圧電素子１０８の上面図である。

図１１及び図１２に示す様に、液滴吐出ヘッド１は、ノズル板１０と、圧力室基板２０と、振動板３０と、基板３１と、電気機械変換素子４４とを有する。

ノズル板１０には、インク滴を吐出するノズル１１が形成されている。ノズル板１０、圧力室基板２０、及び振動板３０により、ノズル１１に連通する圧力室２１（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３０は、インク流路の壁面の一部を形成している。

電気機械変換素子４４は、上部電極４１、電気機械変換膜４２、下部電極４３、密着層等を含んで構成され、圧力室２１内のインクを加圧する機能を有する。密着層は、例えばＴｉ、ＴｉＯ_２、ＴｉＮ、Ｔａ、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｔａ_３Ｎ_５等からなる層であり、下部電極４３と振動板３０との密着性を向上する機能を有する。但し、密着層は、圧電素子に必須の構成要素ではない。

電気機械変換素子４４において、下部電極４３と上部電極４１との間に電圧が印加されると、電気機械変換膜４２が機械的に変位する。電気機械変換膜４２の機械的変位にともなって、振動板３０が例えば横方向（ｄ３１方向）に変形変位し、圧力室２１内のインクを加圧する。これにより、ノズル１１からインク滴を吐出させることができる。

圧電素子１０８は、基板３１と、振動板３０と、電気機械変換素子４４と、第１の絶縁保護膜５１、第１の電極５２、第２の電極５３、第２の絶縁保護膜５４、共通電極ＰＡＤ５７、個別電極ＰＡＤ５８、図示しない引き出し配線、共通電極配線、個別電極配線等を含んで構成される。

第１の絶縁保護膜５１は、コンタクトホール５５を有しており、コンタクトホール５５を介して、下部電極４３と第１の電極５２とは電気的に接続され、又、上部電極４１と第２の電極５３とは電気的に接続されている。第２の絶縁保護膜５４は、コンタクトホール５６を有しており、コンタクトホール５６を介して、第１の電極５２と共通電極ＰＡＤとは電気的に接続され、又、第２の電極５３と個別電極ＰＡＤとは電気的に接続されている。第２の絶縁保護膜５４は、共通電極配線、及び個別電極配線を被覆し、保護層としての機能を有する。電極及び配線が、保護層に被覆されるため、電極材料として、安価なＡｌ、Ａｌを主成分とする合金材料等を選択することができる。共通電極ＰＡＤ５７は、共通電極配線用に作製され、個別電極ＰＡＤ５８は、個別電極配線用に作製される。

コンタクトホール５６は、圧電素子１０８の周囲に形成される。コンタクトホール５５、５６は、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを、組み合わせて形成することができる。電気機械変換素子４４は、第１の絶縁保護膜５１及び第２の絶縁保護膜５４により保護されているため、コンタクトホール５６が形成されても、電気機械変換素子４４にダメージは、ほぼ生じない。

共通電極ＰＡＤ５７、及び個別電極ＰＡＤ５８の面積は、５０μｍ×５０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ×３００μｍ以上であることがより好ましい。ＰＡＤの面積を広くする程、配線の機能を向上させ、適切な分極処理を行うことができる。

なお、図１３に示すように、液滴吐出ヘッド１を複数個並設し、液滴吐出ヘッド２を構成することもできる。

基板３１の材料としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、厚みは、約１００μｍ〜６００μｍであることが好ましい。面方位が、（１００）又は（１１１）であるシリコン単結晶基板を用いることがより好ましい。面方位は、シリコン単結晶基板を加工する際におけるエッチング（例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬させる異方性エッチング）の速度等を考慮して、選択することが好ましい。又、基板の剛性を保ちつつ、結晶の配列密度を高くできる面方位を有するシリコン単結晶基板を選択することが好ましい。

振動板３０の材料としては、ある程度の強度を有する材料を用いることが好ましく、例えば、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）等が挙げられる。又、熱膨張係数を考慮して、選択しても良い。具体的には、熱膨張係数が５×１０^−６[１／Ｋ]〜１０×１０^−６[１／Ｋ]の範囲を満たす材料を用いることが好ましく、７×１０^−６[１／Ｋ]〜９×１０^−６[１／Ｋ]の範囲を満たす材料を用いることがより好ましい。これらの材料として、例えば、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挙げられる。

振動板３０は、例えば、ＣＶＤ法、スパッタ法、ゾルゲル法等の方法により形成できる。振動板３０の膜厚は、約０．１μｍ〜１０μｍであることが好ましく、約０．５μｍ〜３μｍであることが、より好ましい。なお、振動板３０の表面を、例えば、厚さ約数百ｎｍ〜数μｍのシリコン酸化膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜又はこれらの膜を積層した膜等によって、絶縁処理してもよい。

密着層は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｒｕ等の材料を、スパッタ成膜後、ＲＴＡ装置を用いた熱酸化法等により形成することが好ましい。例えば、密着層として、Ｔｉをスパッタ成膜後、ＲＴＡ装置を用いて、成膜温度６５０℃〜８００℃、成膜時間１分〜３０分という条件下で、酸素雰囲気中でＴｉ膜を熱酸化することにより、ＴｉＯ_２膜を成膜しても良い。密着層の膜厚は、約１０ｎｍ〜５０ｎｍであることが好ましく、約１５ｎｍ〜３０ｎｍであることが、より好ましい。

下部電極４３は、金属膜と酸化物膜との積層膜から成ることが好ましい。

下部電極４３の金属材料としては、高い耐熱性を有し、低い反応性を有するルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、プラチナ（Ｐｔ）等の白金族金属や、これら白金族金属を含む合金材料等を用いることができる。金属膜は、スパッタ法や真空蒸着法等の真空成膜法を用いて形成することができる。金属膜の膜厚は、約８０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、約１００ｎｍ〜１５０ｎｍであることが、より好ましい。８０ｎｍより薄い場合、液滴吐出ヘッド２の吐出信頼性を低下させてしまう。又、２００ｎｍより厚い場合、コストが高くなる、金属膜の表面粗さが大きくなる、金属膜上に形成される酸化物膜及び電気機械変換膜の結晶配向性に悪影響を及ぼす等の不具合が生じる。

下部電極４３の酸化物材料としては、導電性酸化物材料を用いることが好ましい。具体的には、化学式Ｓｒ_（ｘ）Ａ_{（１−ｘ）}Ｒｕ_{（ｙ（１−ｙ））}で記述され、Ａ＝Ｂａ、Ｃａ、 Ｂ＝Ｃｏ、Ｎｉ、 （ｙ＝０〜０．５）等の材料を用いることができる。又、化学式ＡＢＯ_３で記述され、Ａ＝Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｌａ、 Ｂ＝Ｒｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、を主成分とする複合酸化物があり、ＳｒＲｕＯ_３やＣａＲｕＯ_３、これらの固溶体である（Ｓｒ_１−ｘ Ｃａ_ｘ）Ｏ_３のほか、ＬａＮｉＯ_３やＳｒＣｏＯ_３、更にはこれらの固溶体である（Ｌａ， Ｓｒ）（Ｎｉ_１−ｙ Ｃｏ_ｙ）Ｏ_３ （ｙ＝１でも良い）が挙げられる。それ以外の酸化物材料として、ＩｒＯ_２、ＲｕＯ_２も挙げられる。特に、ＳＲＯ（ルテニウム酸ストロンチウム）を用いることが好ましい。

酸化物膜は、例えば、スパッタ法等を用いて形成することができる。成膜温度は、表面粗さや、結晶配向性を考慮して、適宜調整することが好ましい。成膜温度は、５００℃以上７００℃以下であることが好ましく、５２０℃以上６００以下であることがより好ましい。又、表面粗さは、約４ｎｍ〜１５ｎｍであることが好ましく、約６ｎｍ〜１０ｎｍであることが、より好ましい。

酸化物膜の膜厚は、約４０ｎｍ〜１５０ｎｍであることが好ましく、約５０ｎｍ〜８０ｎｍであることが、より好ましい。膜厚がこの範囲を満たす場合、連続駆動後の電気機械変換膜の変位量劣化を抑制でき、酸化物膜を、電気機械変換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十分に機能させることができる。

酸化物材料として、ＳＲＯを用いる場合、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。Ｓｒ／Ｒｕが、この範囲を満たさないと、ＳＲＯ膜において、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。比抵抗は、５×１０^-３Ω・ｃｍ以下であることが好ましく、１×１０^-３Ω・ｃｍ以下であることがより好ましい。又、ＳＲＯ膜の結晶配向性としては、（１１１）面の配向率が高いことが好ましい。（１１１）面の配向率が高い場合、２θ＝３２°で固定したＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ−ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定による測定結果において、Ｐｓｉ＝３５°付近で、回折強度のピークを確認できる（図１４参照）。

電気機械変換膜４２の材料としては、例えば、ＰＺＴを用いることができる。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。ＰｂＺｒＯ_３とＰｂＴｉＯ_３の比率によって、ＰＺＴの特性が異なる。

電気機械変換膜４２としてＰＺＴを使用する場合、出発材料に酢酸鉛三水和物、ジルコニウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物を使用しても良い。これらの出発材料を、共通溶媒に溶解させることで、ＰＺＴ前駆体ゾルゲル溶液を作製する。酢酸鉛三水和物、ジルコニウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物の混合量は、所望のＰＺＴの組成（ＰｂＺｒＯ_３とＰｂＴｉＯ_３の比率）に応じて、当業者が適宜選択できるものである。なお、金属アルコキシド化合物は、大気中の水分により容易に分解する。そのため、ＰＺＴ前駆体ゾルゲル溶液に、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添加してもよい。

電気機械変換膜４２の材料として、例えば、チタン酸バリウム等を用いても構わない。この場合は、バリウムアルコキシド化合物、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ゾルゲル溶液を作製することが可能である。又、例えば、チタン酸バリウムとビスマスペロブスカイトの固溶体等を用いても構わない。

これら材料は一般式ＡＢＯ_３で記述され、Ａ＝Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｂｉ 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。その具体的な記述として（Ｐｂ_１−ｘ、Ｂａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３、（Ｐｂ_１−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。

電気機械変換膜４２は、例えば、スパッタ法、ゾルゲル法等の溶液塗布法を用いて、前駆体塗膜を下部電極上に形成し、該前駆体塗膜に対して、溶媒乾燥、熱分解、結晶化等の熱処理を施すことで形成することができる。一般的に、前駆体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ためには一度の工程で、１００ｎｍ以下の膜厚となるように、前駆体ゾルゲル溶液の濃度調整を行うことが好ましい。

電気機械変換膜４２の膜厚は、約０．５μｍ〜５μｍであることが好ましく、約１μｍ〜２μｍであることが、より好ましい。この範囲より小さいと十分な変位量を得られない。この範囲より大きいと工程数が多くなりプロセス時間が長くなる。

電気機械変換膜４２の比誘電率は、６００以上２０００以下であることが好ましく、２００以上１６００以下であることが、より好ましい。

上部電極４１は、下部電極４３と同様に、金属膜と酸化物膜との積層膜から成ることが好ましい。金属材料及び酸化物材料としては、下部電極４３と同様の材料を用いることができる。金属膜の膜厚は、約３０ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、約５０ｎｍ〜１２０ｎｍであることが、より好ましい。酸化物膜の膜厚は、約２０ｎｍ〜８０ｎｍであることが好ましく、約４０ｎｍ〜６０ｎｍであることが、より好ましい。

第１の絶縁保護膜５１の材料としては、大気中の水分が透過し難い緻密な無機材料等を用いることが好ましい。このような材料を用いることで、成膜工程、及びエッチング工程中における、電気機械変換素子４４へのダメージを防ぐことができる。又、第１の絶縁保護膜５１の材料としては、薄膜で高い保護性能を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、酸化物、窒化物、炭化物、等が挙げられる。又、第１の絶縁保護膜５１の材料としては、電極、電気機械変換膜、基板、振動板、等と密着性が高い材料を用いることが好ましい。具体的には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等の酸化物材料が挙げられる。これらの酸化物材料を用いることで、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によるプロセス中のダメージを抑制し、膜密度の非常に高い第１の絶縁保護膜５１を作製することができる。

第１の絶縁保護膜５１は、例えば、蒸着法、ＡＬＤ法等の方法により形成することができる。

第１の絶縁保護膜５１の膜厚は、圧電素子１０８の保護層としての機能を、十分に確保できる程度に厚くする必要があり、且つ振動板３０の機械的変位を阻害しない程度に薄くする必要がある。このため、膜厚は、約２０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。なお、膜厚が１００ｎｍより厚い場合、振動板３０の機械的変位は阻害され、液滴吐出ヘッド１の吐出効率は悪化する。一方、膜厚が２０ｎｍより薄い場合、圧電素子１０８の性能が悪化する。

第１の絶縁保護膜５１は、２層の積層構造であっても良い。この場合、１層目の絶縁保護膜の膜厚を、２層目の絶縁保護膜の膜厚と比較して厚くすることが好ましい。１層目の絶縁保護膜の膜厚は、約２０ｎｍ以上であることが好ましい。又、２層目の絶縁保護膜の膜厚は、下部電極４３、個別電極ＰＡＤ５８等に印加される電界によって、絶縁破壊されない程度に厚くすることが好ましい。即ち、２層目の絶縁保護膜の膜厚は、約２００ｎｍ以上であることが好ましく、約５００ｎｍ以上であることが、より好ましい。

２層目の絶縁保護膜の材料としては、酸化物、窒化物、炭化物、又はこれらの複合化合物等を用いることができる。特に、酸化シリコンを用いることが好ましい。

２層目の絶縁保護膜は、公知の成膜方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挙げられる。電極が形成される部分に生じる段差を考慮した場合、等方的な成膜が可能であるＣＶＤ法を用いることが、より好ましい。

第２の絶縁保護膜５４の材料としては、透湿性の低い、無機材料又は有機材料を用いることができる。膜厚が薄い場合であっても、十分な配線保護機能を有する無機材料を用いることが、より好ましい。無機材料として、具体的には、酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられる。特に、Ｓｉ_３Ｎ_４を用いることが好ましい。有機材料として、具体的には、ポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。

第２の絶縁保護膜５４の膜厚は、約２００ｎｍ以上とすることが好ましく、約５００ｎｍ以上とすることがより好ましい。

なお、第２の絶縁保護膜５４の膜厚が、薄すぎると、保護層として十分に機能することができないため、配線材料の腐食による断線が発生し、液滴吐出ヘッド１の吐出信頼性が低下する。厚すぎると、振動板３１の機械的変位を阻害してしまう。

第１の電極５２及び第２の電極５３の材料としては、金属等を用いることができる。具体的には、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属や、銀（Ａｇ）を含む合金材料、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする合金材料等を用いることができる。

第１の電極５２及び第２の電極５３は、例えば、スパッタ法、スピンコート法等を用いて形成することができる。

第１の電極５２及び第２の電極５３の膜厚は、約０．１μｍ〜２０μｍであることが好ましく、約０．２μｍ〜１０μｍであることが、より好ましい。なお、膜厚が、薄すぎると第１の電極５２及び第２の電極５３の抵抗が大きくなり、十分な電流を流すことができなくなるため、液滴吐出ヘッド１の吐出信頼性が低下する。一方、膜厚が、厚すぎると成膜時間が長くなる。

第１の電極５２の、コンタクトホール（例えば、１０μｍ×１０μｍ）５６での接触抵抗は、１０Ω以下であることが好ましく、５Ω以下であることがより好ましい。

第２の電極５３の、コンタクトホール（例えば、１０μｍ×１０μｍ）５６での接触抵抗は、１Ω以下であることが好ましく、０．５Ω以下であることがより好ましい。

液滴吐出ヘッド１及び液滴吐出ヘッド２に、分極処理装置１００により分極処理が施された圧電素子１０８を用いることで、液滴吐出ヘッドの吐出信頼性を高められる。

〈第３の実施の形態〉
本実施の形態では、液滴吐出ヘッド１（図１１参照）を搭載したインクジェット記録装置の例を示す。図１５は、インクジェット記録装置を例示する斜視図である。図１６は、インクジェット記録装置の機構部を例示する側面図である。

図１５及び図１６を参照するに、インクジェット記録装置４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９３に搭載した液滴吐出ヘッド１の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド９４、インクジェット記録ヘッド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等を収納する。

記録装置本体８１の下方部には、多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット８４（或いは給紙トレイでもよい）を抜き差し自在に装着することができる。又、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。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する。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インクジェット記録ヘッド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。又、キャリッジ９３は、インクジェット記録ヘッド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図示しない大気口、下方にはインクジェット記録ヘッド９４へインクを供給する図示しない供給口を、内部にはインクが充填された図示しない多孔質体を有している。多孔質体の毛管力によりインクジェット記録ヘッド９４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。又、インクジェット記録ヘッド９４としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドを用いてもよい。

キャリッジ９３は、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、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、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。タイミングベルト１００は、キャリッジ９３に固定されている。

又、インクジェット記録装置４は、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、フリクションパッド１０２、用紙８３を案内するガイド部材１０３、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５、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、を設けている。これにより、給紙カセット８４にセットした用紙８３を、インクジェット記録ヘッド９４の下方側に搬送される。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。

用紙ガイド部材である印写受け部材１０９は、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をインクジェット記録ヘッド９４の下方側で案内する。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を設けている。更に、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。

画像記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じてインクジェット記録ヘッド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。記録終了信号又は用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。

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、インクジェット記録ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を有する。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する。キャリッジ９３は、印字待機中に回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でインクジェット記録ヘッド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。又、記録途中等に、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インクジェット記録ヘッド９４の吐出口を密封し、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す。又、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。更に、吸引されたインクは、本体下部に設置された図示しない廃インク溜に排出され、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、インクジェット記録装置４においては、薄膜製造装置３で製造した液滴吐出ヘッド１の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド９４を搭載しているので、振動板駆動不良による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るため、画像品質を向上できる。

〈実施例１〉
本実施例では、５種類の異なるステージ電極を作製した。各ステージ電極を、サンプル１〜サンプル５とした。ステージ電極の形状を変更しても、圧電素子に適切な分極処理が施されるか評価した。ステージ電極のレイアウトは、図１７に示す圧電素子のレイアウトに合わせた。圧電素子とステージは、貫通孔に設置した位置決めピンで固定した。この場合、別途圧電素子固定機能を、ステージに設置する必要がないため、圧電素子をステージ上に、比較的自由に載置できる。

［サンプル１］
サンプル１を図１８に示す。図１８（Ａ）は、上面図であり、図１８（Ｂ）は、断面図である。貫通孔の開口部の形状が、正六角形であるステージを利用した。

図１７に示す圧電素子のレイアウトに合わせて、貫通孔に、取り外し可能な金属ロッドＡを、複数挿入し、金属ロッドＡの下面と、一面に形成した共通電極Ｂとを接触させることにより、ステージ電極を形成した。金属ロッドＡの材料としては、銅を用いた。共通電極Ｂの材料としては、銅を用いた。

［サンプル２］
サンプル２を図１９に示す。図１９（Ａ）は、上面図であり、図１９（Ｂ）は、断面図である。貫通孔の開口部の形状が、正六角形であるステージを利用した。

貫通孔に、取り外し可能な金属ロッドＡを複数挿入した。サンプル１と比べて、挿入する金属ロッドＡの数を減らした。又、図１７に示す圧電素子のレイアウトに合わせて、電極板Ｃを配設し、金属ロッドＡと電極板Ｃとを導電性ペーストで接着した。又、金属ロッドＡの下面と、一面に形成した共通電極Ｂとを接触させることにより、ステージ電極を形成した。電極板Ｃの材料としては、銅を用いた。

［サンプル３］
サンプル３を図２０に示す。図２０（Ａ）は、上面図であり、図２０（Ｂ）は、断面図である。貫通孔の開口部の形状が、正六角形であるステージを利用した。

貫通孔に、取り外し可能な金属ロッドＡを複数挿入した。サンプル１と比べて、挿入する金属ロッドＡの数を減らした。又、図１７に示す圧電素子のレイアウトに合わせて、電極板Ｃを配設し、金属ロッドＡと電極板Ｃとを導電性ペーストで接着した。又、金属ロッドＡの下面と、貫通孔の各列に対して個別に多列化して形成した共通電極Ｂ（図２０（Ｃ）参照）とを接触させることにより、ステージ電極を形成した。

［サンプル４］
サンプル４を図２１に示す。図２１（Ａ）は、上面図であり、図２１（Ｂ）は、断面図である。貫通孔の開口部の形状が、正六角形であるステージを利用した。

貫通孔に、金属ロッドを絶縁体で覆ったロッドＤを複数挿入した。ロッドＤの上端部には、正六角形の電極ケーブル（図示せず）を取り付け、ロッドＤの下端部には、電極ケーブルＥを取り付けた。又、図１７に示す圧電素子のレイアウトに合わせて、電極板Ｃを配設し、正六角形の電極ケーブルと電極板Ｃとを導電性ペーストで接着することにより、ステージ電極を形成した。

［サンプル５］
サンプル５を図２２に示す。図２２（Ａ）は、上面図であり、図２２（Ｂ）は、断面図である。貫通孔の開口部の形状が、円形であるステージを利用した。

貫通孔に、金属ロッドを絶縁体で覆ったロッドＤを複数挿入した。ロッドＤの上端部には、円形の電極ケーブル（図示せず）を取り付け、ロッドＤの下端部には、電極ケーブルＥを取り付けた。又、図１７に示す圧電素子のレイアウトに合わせて、電極板Ｃを配設し、正六角形の電極ケーブルと電極板Ｃとを導電性ペーストで接着することにより、ステージ電極を形成した。

[圧電素子の作製]
次に、ステージに載置する圧電素子を作製した。

まず、６インチのシリコンウェハに、熱酸化膜（膜厚１μｍ）を形成した。本実施例では、主に（１００）面の面方位を有する単結晶シリコンウェハを使用した。

次に、密着層として、チタン膜（膜厚３０ｎｍ）を、スパッタ装置にて成膜した。成膜温度は、３５０℃とした。なお、スパッタ装置は、１つのチャンバーに対して、複数のターゲットが備え付けられている。

次に、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いて、７５０℃で、チタン膜に対して熱酸化を行った。

次に、第１の電極として、白金膜（膜厚１００ｎｍ）を、ＳＲＯ膜（膜厚５０ｎｍ）を、スパッタ装置にて成膜した。成膜温度は、５５０℃とした。

次に、ＰＺＴ前駆体溶液を作製するための、出発材料を準備した。出発材料としては、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。酢酸鉛の結晶水を、メトキシエタノールに溶解した溶液を脱水した。

なお、これらの出発材料は、Ｐｂ（Ｚｒ_０．５３、Ｔｉ_０．４７）Ｏ_３の化学両論組成に対し、鉛量が過剰になる組成となるように秤量した。これは、熱処理中の所謂、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た溶液に対して、アルコール交換反応、及びエステル化反応を進行させた。

次に、これらの溶液を、混合し、ＰＺＴ前駆体溶液を作製した。ＰＺＴ前駆体溶液は、０．５ｍｏｌ／ｌとした。又、ＰＺＴ前駆体溶液において、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、それぞれの組成比が、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１１４：５３：４７となる様に調整した。

次に、電気機械変換膜として、ＰＺＴ前駆体溶液を、スピンコート法により、成膜した。

次に、シリコンウェハを、ホットプレートに載せ、シリコンウェハ下面より第１の加熱処理を行った。昇温速度を、１０℃／ｍｉｎとして、室温から１２０℃まで温度上昇させた。ホットプレートの温度が、１２０℃に到達した後も、溶液が乾燥するまで、加熱処理を行った。次に、第２の加熱処理を行った。５００℃での加熱処理を行うことで、前駆体塗膜に含まれる有機物の熱分解処理を行った。次に、第３の加熱処理（結晶化処理）を行った。ＲＴＡ装置を用いて、７５０℃の急速加熱処理を行うことで、加熱処理された前駆体塗膜を結晶化させた。結晶化処理された前駆体塗膜の膜厚は、２４０ｎｍであった。

次に、ＰＺＴ前駆体溶液の成膜、加熱処理、という工程を８回繰り返し行った。この結果、膜厚約２μｍのＰＺＴ膜が得られた。

次に、第２の電極として、ＳＲＯ膜（膜厚４０ｎｍ）を、白金膜（膜厚１２５ｎｍ）を、スパッタ装置にて成膜した。成膜温度は、５５０℃とした。

次に、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、公知のフォトリソグラフィ法により、レジストパターンを形成した（図○参照）。レジストパターンに基づき、ＩＣＰエッチング装置（サムコ製）を用いてドライエッチングを行った。

次に、第１の絶縁保護膜として、ＡＬＤ法により、Ａｌ_２Ｏ_３膜（膜厚５０ｎｍ）を、成膜した。Ａｌについては、ＴＭＡ（シグマアルドリッチ社）と、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とを交互に積層させることで、Ａｌ_２Ｏ_３膜の成膜を行った。

次に、第１の絶縁保護膜に対して、エッチングを行い、コンタクトホールを形成した。

次に、第３の電極及び第４の電極として、Ａｌ膜（膜厚２μｍ）を、スパッタ装置にて成膜し、該Ａｌ膜に対して、エッチングを行った。

次に、第２の絶縁保護膜として、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、Ｓｉ_３Ｎ_４膜（膜厚５００ｎｍ）を、成膜した。

次に、第２の絶縁保護膜に対して、エッチングを行い、コンタクトホールを形成した。

これにより、圧電素子が作製できた。圧電素子のレイアウトは、図１７に示すレイアウトに合わせた。
［分極処理］
サンプル１〜サンプル５のステージ電極を用いて、分極処理装置により作製した圧電素子に対して、分極処理を施した。コロナ電極としては、線径５０μｍのタングステンのワイヤーを用いた。分極処理条件を表１に示す。

サンプル１、２、４、５においては、圧電素子が載置されていない部分のステージ電圧をフロートとし、サンプル３においては、圧電素子が載置されていない部分のステージ電圧を５０Ｖとした。その他の分極処理条件は、全て等しくし、コロナ電圧は８．５ｋＶ、グリッド電圧は２．５ｋＶ、コロナ電極とグリッド電極との間の距離は４ｍｍ、グリッド電極とステージとの間の距離は４ｍｍ、処理温度（ステージの基板加熱温度）は室温、圧電素子が載置されている部分のステージ電圧は−１００Ｖ、とした。

分極処理時間は、コロナ放電処理を実施したときの分極率（Ｐｒ-Ｐｉｎｄ）が３．０に到達するのに要した時間とした。サンプル１、２、４、５においては、分極処理時間は、２０［ｓｅｃ］であり、サンプル３においては、分極処理時間は、１５［ｓｅｃ］であった。

従って、圧電素子が載置されていない部分と、圧電素子が載置されている部分とに、それぞれ逆極性のステージ電圧を印加することで、分極処理時間を短縮できることがわかった。

図２３は、サンプル１〜サンプル５におけるＰ−Ｅヒステリシス曲線である。残留分極は２０［μＣ／ｃｍ^２］、抗電圧は３０［ｋＶ／ｃｍ］であり、通常のセラミック焼結体と同等の特性を持つことがわかった。又、電気機械変換能は、電圧印加（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。圧電定数ｄ３１は、１５０［ｐｍ／Ｖ］となった。従って、圧電定数も通常のセラミック焼結体と同等の値であることがわかった。この値は、液滴吐出ヘッドに用いられる圧電素子として十分設計できうる特性値である。圧電素子を１×１０^１０回連続駆動させた後であっても、通常のセラミック焼結体と同等の特性値を維持していた。

従って、ステージ電極の形状を変更しても、圧電素子に、適切な分極処理を施すことができることがわかった。

又、粘度を５ｃｐに調整した機能性インクを用いて、単純Ｐｕｌｌ波形により−１０Ｖ〜−３０Ｖの印可電圧を加えた時の、液滴吐出ヘッドからの吐出状況を確認した所、全てのノズル孔から、液滴（機能性インク）が安定して吐出されていることを確認できた。

従って、適切な分極処理が施された圧電素子を使用して形成された液滴吐出ヘッドは、高い吐出信頼性を有することがわかった。

〈実施例２〉
本実施例では、サンプル６を作製した。サンプル５のステージ電極と形状は同一とし、正六角形の電極ケーブルと電極板Ｃとの接着方法を変更した。

貫通孔に電極板吸着機能を持たせ、貫通孔を介して、六角形の電極ケーブルと電極板Ｃとを真空密着させ固定した。

又、圧電素子とステージも、貫通孔を介して、真空密着させ固定した。貫通孔に、圧電素子の吸着機能を持たせることで、圧電素子へのダメージを抑制できると共に、別途圧電素子固定機能を、ステージに設ける必要がないため、圧電素子のレイアウトの自由度を高めることができる。

分極処理条件を表２に示す。

サンプル５、６において、分極処理条件は、全て等しくし、コロナ電圧は８．５ｋＶ、グリッド電圧は２．５ｋＶ、コロナ電極とグリッド電極との間の距離は４ｍｍ、グリッド電極とステージとの間の距離は４ｍｍ、処理温度は室温、圧電素子が載置されている部分のステージ電圧は−１００Ｖ、圧電素子が載置されていない部分のステージ電圧はフロート、とした。

分極処理時間は、コロナ放電処理を実施したときの分極率（Ｐｒ-Ｐｉｎｄ）が３．０に到達するのに要した時間とした。サンプル５、６において、分極処理時間は、２０［ｓｅｃ］であった。

従って、六角形の電極ケーブルと電極板Ｃとを導電性ペーストを用いて接着しても、真空密着させ固定しても、圧電素子に適切な分極処理を施せることがわかった。

〈実施例３〉
本実施例では、サンプル７を作製した。サンプル５のステージ電極と形状は同一としたが、一部のステージ電極にステージ電圧を印加しなかった。ステージ電圧を印加しなかった部分に載置されている圧電素子と、ステージ電圧を印加した部分に載置されている圧電素子とで、圧電素子の分極状態を比較した。

図２４に示す様に、ステージ電圧を印加しなかった部分に載置されている圧電素子を、モニター素子とした。

モニター素子では分極が発生せず、ステージ電圧を印加した部分に載置されている圧電素子では分極が発生した。従って、圧電素子が載置されている部分のステージ電極に、ステージ電圧を印加しないと、分極処理は、不十分となることがわかった。つまり、ステージ電圧は、圧電素子の分極状態に大きく寄与することが示唆される。

〈実施例４〉
本実施例では、サンプル８を作製した。サンプル８を図２５に示す。図２５（Ａ）は、上面図であり、図２５（Ｂ）は、断面図である。貫通孔の開口部の形状が、円形であるステージを利用した。

貫通孔に、金属ロッドを絶縁体で覆ったロッドＤを複数挿入した。ロッドＤの上端部には、円形の電極ケーブル（図示せず）を取り付け、ロッドＤの下端部には、電極ケーブルＥを取り付けた。又、図１７に示す圧電素子のレイアウトに合わせて、電極板Ｃを配設し、円形の電極ケーブルと電極板Ｃとを導電性ペーストで接着した。又、圧電素子が載置されていない部分に、電極板Ｆを配設し、円形の電極ケーブルと電極板Ｃとを導電性ペーストで接着することにより、ステージ電極を形成した。分極処理条件を表３に示す。

サンプル５においては、圧電素子が載置されていない部分のステージ電圧をフロートとし、サンプル８においては、圧電素子が載置されていない部分のステージ電圧を５０Ｖとした。その他の分極処理条件は、全て等しくし、コロナ電圧は８．５ｋＶ、グリッド電圧は２．５ｋＶ、コロナ電極とグリッド電極との間の距離は４ｍｍ、グリッド電極とステージとの間の距離は４ｍｍ、処理温度は室温、圧電素子が載置されている部分のステージ電圧は−１００Ｖ、とした。

分極処理時間は、コロナ放電処理を実施したときの分極率（Ｐｒ-Ｐｉｎｄ）が３．０に到達するのに要した時間とした。サンプル５においては、分極処理時間は、２０［ｓｅｃ］であり、サンプル３においては、分極処理時間は、１５［ｓｅｃ］であった。

従って、圧電素子が載置されていない部分と、圧電素子が載置されている部分とに、それぞれ逆極性のステージ電圧を、電極板Ｆを介して印加することで、分極処理時間を短縮できることがわかった。

〈実施例５〉
本実施例では、サンプル１を利用して、分極処理条件を変えて、各圧電素子に分極処理を施した。分極処理条件を表４に示す。

処理温度を、それぞれ、室温、８０℃とした。その他の分極処理条件は、全て等しくし、コロナ電圧は８．５ｋＶ、グリッド電圧は２．５ｋＶ、コロナ電極とグリッド電極との間の距離は４ｍｍ、グリッド電極とステージとの間の距離は４ｍｍ、圧電素子が載置されている部分のステージ電圧は−１００Ｖ、圧電素子が載置されていない部分のステージ電圧はフロート、とした。

分極処理時間は、コロナ放電処理を実施したときの分極率（Ｐｒ-Ｐｉｎｄ）が３．０に到達するのに要した時間とした。処理温度が室温での分極処理時間は、２０［ｓｅｃ］であり、処理温度が８０℃での分極処理時間は、１８［ｓｅｃ］であった。

従って、処理温度を高温にすることで、分極処理時間を短縮できることがわかった。圧電素子の機械的、電気的な変化を促進させ、分極処理の効率を向上させることができることが示唆される。

〈実施例６〉
本実施例では、圧電素子のレイアウトを変更した。レイアウト変更に合わせて、ステージ電極を変更し、サンプル９及びサンプル１０を作製した。サンプル９及びサンプル１０のステージ電極を用いて、各圧電素子に分極処理を施した。サンプル１とサンプル９とで、分極状態を比較した。図２６（Ａ）に、圧電素子のレイアウトＸと、サンプル９の断面図を示す。図２６（Ｂ）に、圧電素子のレイアウトＹと、サンプル１０の断面図を示す。

サンプル９及びサンプル１０では、貫通孔の開口部の形状が、正六角形であるステージを利用した。

貫通孔に、取り外し可能な金属ロッドＡを複数挿入した。圧電素子のレイアウトＹは、圧電素子のレイアウトＸと比べて、高密度であるため、サンプル１０において挿入した金属ロッドＡの数は、サンプル９において挿入した金属ロッドＡの数と比べて多くした。
又、圧電素子のレイアウトＸ及びＹに合わせて、電極板Ｃを、それぞれ配設し、金属ロッドＡと電極板Ｃとを導電性ペーストで接着した。又、金属ロッドＡの下面と、一面に形成した共通電極Ｂとを接触させることにより、サンプル９及びサンプル１０を形成した。

分極処理条件を表５に示す。

分極処理条件は、全て等しくし、コロナ電圧は８．５ｋＶ、グリッド電圧は２．５ｋＶ、コロナ電極とグリッド電極との間の距離は４ｍｍ、グリッド電極とステージとの間の距離は４ｍｍ、処理温度は室温、圧電素子が載置されている部分のステージ電圧は−１００Ｖ、圧電素子が載置されていない部分のステージ電圧はフロート、とした。

分極処理時間は、コロナ放電処理を実施したときの分極率（Ｐｒ-Ｐｉｎｄ）が３．０に到達するのに要した時間とした。分極処理時間は、２０［ｓｅｃ］であり、等しかった。

従って、圧電素子のレイアウト変更に合わせて、ステージ電極のレイアウト変更を行っても、適切な分極処理を、各圧電素子に施せることがわかった。ステージが備える貫通孔を利用することで、比較的容易にステージ電極のレイアウト変更が可能であるため、低コストな分極処理装置を実現できることが示唆される。

〈比較例〉
比較例として、サンプル１において、ステージ電極に電圧を印加せずに、圧電素子に分極処理を施した。分極処理条件を表６に示す。

分極処理条件は、コロナ電圧は８．５ｋＶ、グリッド電圧は２．５ｋＶ、コロナ電極とグリッド電極との間の距離は４ｍｍ、グリッド電極とステージとの間の距離は４ｍｍ、処理温度は室温、ステージ電圧はＧＮＤ（アース接地）、とした。

分極処理時間は、コロナ放電処理を実施したときの分極率（Ｐｒ-Ｐｉｎｄ）が３．０に到達するのに要した時間とした。分極処理時間は、３０［ｓｅｃ］であり、実施例と比べて長かった。ステージ電極にステージ電圧を印加しないと、適切な分極処理が圧電素子に施されないことがわかった。つまり、コロナ電極及びグリッド電極に電圧を印加するだけでなく、ステージ電極にも適切なステージ電圧を印加する必要があることがわかった。

実施例及び比較例の結果から、分極処理装置において、ステージが備える貫通孔を利用して、ステージ電極のレイアウト変更を行っても、ステージ電極の形状を変更しても、圧電素子の分極状態に悪影響は出ないことがわかった。圧電素子のレイアウトに合わせて、圧電素子に対してステージ電極から、的確にステージ電圧を印加することで、ステージに載置される圧電素子に適切な分極処理を施せることがわかった。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１ 液滴吐出ヘッド
４ インクジェット記録装置
１００ 分極処理装置
１０１ ワイヤ電極（コロナ電極）
１０３ ステージ
１０５ グリッド電極
１０７ ステージ電極
１０８ 圧電素子

特開平８−１８０９５９号公報

Claims (12)

1. 圧電素子に分極処理を施す分極処理装置であって、
   複数の貫通孔を含み、前記圧電素子を載置するステージと、
   前記貫通孔を介して前記圧電素子に電圧を印加するステージ電極と、
   前記ステージに対してコロナ放電するワイヤ電極と、
   前記圧電素子と対向し、前記ワイヤ電極と前記ステージ電極との間に形成されるグリッド電極と、
   を有する分極処理装置。
2. 前記貫通孔における開口部の形状は、六角形である
   請求項１記載の分極処理装置。
3. 前記貫通孔における開口部の形状は、円形である
   請求項１記載の分極処理装置。
4. 前記ワイヤ電極と、前記ステージ電極には、逆極性の電圧が印加される
   請求項１乃至３の何れか一項記載の分極処理装置。
5. 前記貫通孔は、金属ロッドが挿入される
   請求項１乃至４の何れか一項記載の分極処理装置。
6. 前記圧電素子と重なる金属ロッドと、前記圧電素子と重ならない金属ロッドには、逆極性の電圧が印加される
   請求項５記載の分極処理装置。
7. 前記貫通孔は、導電性ペーストで充填される
   請求項１乃至４の何れか一項記載の分極処理装置。
8. 前記貫通孔は、位置決めピンを備える
   請求項１乃至７の何れか一項記載の分極処理装置。
9. 前記ステージは、温度調節機能を備える
   請求項１乃至８の何れか一項記載の分極処理装置。
10. 請求項１乃至９の何れか一項記載の分極処理装置により分極処理が施される
    圧電素子。
11. 請求項１０記載の圧電素子を備えた液滴吐出ヘッド。
12. 請求項１１記載の液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置。