JP5998531B2 - 電気−機械変換素子と液滴吐出ヘッドと液滴吐出装置 - Google Patents

Description

この発明は、電気機械変換機能を有する電気−機械変換素子と、この電気−機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置とに関する。

従来から、インクジェットプリンターのプリンターヘッドに使用する電気−機械変換素子が知られている（特許文献１参照）。

かかる電気−機械変換素子は、基板と、この基板の上に形成された下部電極層と、この下部電極層の上に形成された電気−機械変換膜と、この電気−機械変換膜の上に形成された上部電極層とを有する。

この電気−機械変換素子は、上下部の電極を介して電気−機械変換膜に電界を印加することで薄膜アクチュエータとなり、これらはインクジェットヘッドに使われる。

しかしながら、この電気−機械変換素子は信頼性（繰り返し電界印加回数の増加にともない、圧電特性が劣化する）の面で不十分であるという問題があった。

この発明の目的は、信頼性の向上が十分に得られる電気−機械変換素子と、この電気−機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッドと、この液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置とを提供することにある。

請求項１の発明は、基板または下地膜と、この基板または下地膜上に第１の密着層を介して形成された下部電極と、この下部電極上に形成された電気−機械変換膜と、この電気−機械変換膜上に形成された上部電極とを備えた電気−機械変換素子であって、
前記下部電極は、前記第１の密着層上に形成されるとともに金属膜からなる第１の電極と、この第１の電極上に形成された酸化物からなる第２の電極と、この第２の電極上に形成された第２の密着層と、この第２の密着層上に形成された第３の電極とを有し、
前記上部電極は、前記電気−機械変換膜上に形成された酸化物からなる第４の電極と、この第４の電極上に形成された金属からなる第５の電極とを有することを特徴とする。

この発明によれば、電気−機械変換素子の信頼性の向上を図ることができる。

この発明に係るインクジェット記録装置の主要部の外観を示した斜視図であり。 図１に示すインクジェット記録装置の構成を示した断面図である。 図１に示すインクジェット記録装置のインクジェットヘッドの電気−機械変換素子の構成を概念的に示した断面図である。 図３に示すインクジェットヘッドを集積化した構成を概略的に示した説明図である。 ２θ＝３２°に固定したときのＰsiと回折強度との関係を示すグラフである。 ＸＲＤにて結晶構造を調べた場合の２θと回折強度との関係を示すグラフである。 積層膜を示した説明図である。 第１実施例の液滴吐出ヘッドの構成を示した断面図である。 （Ａ）液滴吐出ヘッドの構成を示した断面図、（Ｂ）その平面図である。 実施例の代表的なＰ−Ｅヒステリシス曲線を示したグラフである。 実施例と比較例の耐久性評価を示した表である。

以下、この発明に係る電気−機械変換素子（圧電体素子）の実施の形態である実施例を図面に基づいて説明する。

図３は、この発明に係る電気−機械変換素子を用いた液滴吐出ヘッドである記録ヘッド（インクジェットヘッド）９４の構成を示す。
［記録ヘッド］
記録ヘッド９４は、圧力室（加圧室）２２１を形成するとともに下部が開口された断面コ字状の圧力室基板２２０と、圧力室基板２２０の下部の開口を閉塞したノズル板２１０とを有し、この圧力室基板２２０はＳi基板で形成されるとともに、Ｓi基板からなる下地である基板２３０を有している。ノズル板２１０には、インクの吐出口であるノズル孔２１１が形成されている。

基板２３０の上には下地膜である成膜振動板２３１が形成され、この成膜振動板２３１上に第１の密着層２３２が形成されている。また、第１の密着層２３２上に第１の電極２３３が層状に形成され、この第１の電極２３３上に第２の電極２３４が層状に形成され、この第２の電極２３４上に第２の密着層２３５が形成され、この第２の密着層２３５上に第３の電極２３６が層状に形成されている。

第１の電極２３３と第２の電極２３４と第２の密着層２３５と第３の電極２３６とで下部電極３００が構成されている。

第３の電極２３６上に電気−機械変換膜２４３が形成され、この電気−機械変換膜２４３上に第４の電極２４４が層状に形成され、この第４の電極２４４上に第５の電極２４５が層状に形成されている。この第４の電極２４４と第５の電極２４５とで上部電極４００が構成され、下部電極３００と電気−機械変換膜２４３と上部電極４００とで電気−機械変換素子５００が構成されている。

また、基板２３０と電気−機械変換素子５００とで圧力室２２１の液体(図示せず)を昇圧させる吐出駆動手段が構成されている。

図４は、図３に示すインクジェットヘッド（単ビット）を集積化したものの一例を示す。
［圧力室基板］
圧力室基板２２０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、本構成においては、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１に示すような圧力室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一般的である。異方性エッチングとは結晶構造の面方位に対してエッチング速度が異なる性質を利用したものである。例えばＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬させた異方性エッチングでは、（１００）面に比べて（１１１）面は約１/４００程度のエッチング速度となる。従って、面方位（１００）では約５４°の傾斜を持つ構造体が作製できるのに対して、面方位（１１０）では深い溝をほることができるため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くすることができることが分かっており本構成としては(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。但し、この場合、マスク材であるSiO2もエッチングされてしまうということが挙げられるため、この辺りも留意して利用している。
［振動板］
振動板である基板２３０は、図３に示すように電気−機械変換膜２４３によって発生した力を受けて、下地である基板２３０が変形変位して、圧力室２２１のインク滴を吐出させる。そのため、下地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、ＳｉＯ2、Ｓｉ３Ｎ４をＣＶＤ（化学気相成長）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３００、電気−機械変換膜２４３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２４３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)に近い線膨張係数として、5×10＾−6〜10×10＾−6の線膨張係数を有した材料が好ましく、さらには7×10＾−6〜9×10＾−6の線膨張係数を有した材料がより好ましい。

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、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０．１〜１０μｍ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図１に示すような圧力室の加工が難しくなり、この範囲より大きいと下地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。
［第１の密着層］
第１の密着層２３２としては、Tiをスパッタ成膜後、RTA（rapid thermal annealing)装置（急速熱処理装置）を用いて、６５０〜８００℃、1〜30分、O2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。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O2膜の結晶性が良好になる。なぜなら、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（急速熱処理）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。またTi以外の材料としてはTa、Ir、Ru等の材料でも好ましい。

膜厚としては、１０nm〜５０nmが好ましく、１５nm〜３０nmがさらに好ましい。この範囲以下の場合においては、密着性に懸念があるのと、この範囲以上になってくるとその上で作製する電極膜の結晶の質に影響が出てくる。

第１,第５の電極２３３,２４５としては、金属材料としては従来から高い耐熱性と低い反応性を有する白金が用いられているが、鉛に対しては十分なバリア性を持つとはいえない場合もあり、イリジウムや白金−ロジウムなどの白金族元素や、これら合金膜も挙げられる。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、先の密着層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，第４の電極膜厚としては、０．０５〜１μｍが好ましく、０．１〜０．５μｍがさらに好ましい。
［第２の密着層］
第２の密着層２３５としては、Tiをスパッタで作製することが望ましい。このときTiを成膜後、真空を破らず、次の第３の電極２３６を連続して成膜し、第３の電極２３６を５００℃以上基板加熱させた状態で作製させることが、重要である。これはこの後に作製した電気-機械変換膜２４３の結晶の質をさらに高めることが出来ており、それにより圧電アクチュエーターとしての連続駆動後の変位劣化に非常に効果が得られているからである。

膜厚としては、１nm〜２０nmが好ましく、５nm〜１５nmがさらに好ましい。この範囲を超えた場合、電気−変換膜の結晶の質に影響が出てくる。
［第２,第３,第４の電極］
第２,第３,第４の電極２３４,２３６,２４４としては、ＳｒＲｕＯ３（ＳＲＯ）を材料として用いている。左記以外にも、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についても挙げられる。成膜方法についてはスパッタ法により作製される。スパッタ条件によってＳｒＲｕＯ３薄膜の膜質が変わるが、特に結晶配向性を重視し、第１電極のＰｔ（１１１）にならってＳｒＲｕＯ３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特許第３２４９４９６号公報に記載されている。以下、その概略を説明する。

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（チタン酸ジルコン酸鉛）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。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（あおり角）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出来る。図５に、２θ＝３２°に固定し、Ｐｓｉを振ったときのデータを示す。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。

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。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ー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、４nm〜１５nmになっていることが好ましく、６nm〜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。従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。

第３の電極２３６は、第２の密着層２３５の作製後に第の２電極２３４と全く同じスパッタ条件にて成膜を実施している。このとき、第２の電極２３４と第３の電極２３６の合計のＳＲＯ膜の膜厚としては、４０nm〜１５０nmが好ましく、５０nm〜８０nm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ない。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。また第２の電極２３４と第３の電極２３６の各膜厚としては、ほぼ同じ膜厚で構成されていることが好ましく、両者の膜厚差としては±１０nm内に収まっていることが好ましい。この範囲から外れてくると、第２の密着層２３５の膜厚の最適値がずれてしまうため、その後作成される電気-機械変換膜質に影響が及び、十分な特性が得られなくなる。

第４の電極２４４としてＳＲＯ膜の膜厚としては、４０nm〜８０nmが好ましく、５０nm〜６０nm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、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。
［電気−機械変換膜］
電気−機械変換膜２４３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)の固溶体で、その比率により特性が異なる。一般的に優れた圧電特性を示す組成はPbZrO3とPbTiO3の比率が53:47の割合で、化学式で示すとPb(Zr0.53,Ti0.47)O3、一般ＰＴＺ(53/47)と示される。ＰＴＺ以外の複合酸化物としてはチタン酸バリウムなどが挙げられ、この場合はバリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。

これら材料は一般式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。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。

作製方法としては、スパッタ法もしくは、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２４３の膜厚としては０．５〜５μｍが好ましく、さらに好ましくは１μｍ〜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出来なくなり、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。

第２の電極２３４上にＰＺＴをＳｏｌ−ｇｅｌ法により作製した溶液を用いてスピンコートにより1μm成膜した後のＸＲＤについて図６に示す。例えば図３に示す構成で見たときに、第２の密着層２３５の有無で比較をしたときに、第２の密着層２３５を入れたときの方が、結晶の質をさらに高めることが出来ていることが分かる。
［作成方法］
次に、電気−機械変換素子５００の作成方法の実施例について説明する。
＜実施例１＞
先ず、シリコンウェハに熱酸化膜（膜厚１ミクロン）を形成し、第１の密着層２３２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２３３として白金膜（膜厚１５０ｎｍ）、第２の電極２３４としてＳｒＲｕＯ膜(膜厚３０nm)、第２の密着層２３５として、チタン膜（膜厚１０nm）、第３の電極２３６としてＳｒＲｕＯ膜(膜厚３０nm)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２４３として以下の２種の溶液を用意し、図７に示すような積層膜を作製した。

ＰＺＴ（１）（Pb：Zr：Ti＝110：53：47）
ＰＺＴ（２）（Pb：Zr：Ti＝120：53：47）
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。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→５００℃熱分解を行った。図７に示すように、1、２層目にＰＺＴ（１）溶液を用いて、３層目にＰＺＴ（２）溶液を用いた。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４の電極２４４としてＳｒＲｕＯ膜(膜厚４０nm)、第５の電極２４５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）を用いてパターンを作製した。

次に絶縁保護膜１００８として、パリレン膜(膜厚２μｍ)をＣＶＤ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、ＲＩＥ
（サムコ製）を用いて図８に示すパターンを作製した。

最後に、第５,第６の電極２４５,１００９としてＡｌ膜(膜厚５μｍ)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ーでレジストパターンを形成した後、ＲＩＥ（サムコ製）を用いて図８（Ａ）,（Ｂ）のようなパターンを作製し、液滴吐出ヘッド１０００を作製した。１００９,１０１０は第６,第７電極端子である。
＜実施例２＞
第２の電極２３４、第３の電極２３６としてＳｒＲｕＯ膜(膜厚７０nm)とした以外は実施例１と同様に図８（Ａ）,（Ｂ）に示すような液滴吐出ヘッド１０００を作製した。
＜実施例３＞
第２の電極２３４、第３の電極２３６としてＳｒＲｕＯ膜(膜厚２５nm)とした以外は実施例１と同様に図８（Ａ）,（Ｂ）に示すような液滴吐出ヘッド１０００を作製した。
＜実施例４＞
第２の密着層２３５としてチタン膜(膜厚１５nm)とした以外は実施例１と同様に図８に示すような液滴吐出ヘッド１０００を作製した。
＜実施例５＞
第２の密着層としてチタン膜(膜厚２nm)とした以外は例１と同様に図８に示すような液滴吐出ヘッド１０００を作製した。
＜比較例１＞
第２の密着層２３５を設けないこと以外は実施例１と同様に図９（Ａ）,（Ｂ）に示すような液滴吐出ヘッド１１００を作製した。
＜比較例２＞
第２の電極２３４、第３の電極２３６としてＳｒＲｕＯ膜(膜厚85nm)とした以外は実施例１と同様に図９（Ａ）,（Ｂ）に示すような液滴吐出ヘッド１１００を作製した。
＜比較例３＞
第２の密着層２３５としてチタン膜(膜厚３０nm)とした以外は実施例１と同様に図９（Ａ）,（Ｂ）に示すような液滴吐出ヘッド１１００を作製した。
＜比較例４＞
第２の密着層２３５としてチタン膜(膜厚０．５nm)とした以外は実施例１と同様に図９（Ａ）,（Ｂ）に示すような液滴吐出ヘッド１１００を作製した。
＜比較例５＞
第２の電極２３４、第３の電極２３６としてＳｒＲｕＯ膜(膜厚１5nm)とした以外は実施例１と同様に図９（Ａ）,（Ｂ）に示すような液滴吐出ヘッド１１００を作製した。
＜比較例６＞
第２の密着層２３５として、チタン膜（膜厚１０nm）、第１の密着層２３２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処理を行わず、連続して第１の電極として白金膜（膜厚１５０ｎｍ）第２の電極２３４としてＳｒＲｕＯ膜(膜厚６０nm)をスパッタ成膜した以外は実施例１と同様に図９に示すような液滴吐出ヘッド１０００を作製した。

実施例１〜５、比較例１〜６で作製した液滴吐出ヘッドについて、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ヒステリシス曲線は図１０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図１１の表１にまとめた。

実施例１〜５、比較例１〜６ともに初期特性、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−ｃｍ２、圧電定数は−１２０〜−１４０ｐｍ−Ｖ）。

一方、比較例１〜６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１０１０回後（１０１０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１〜５に比べて、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。

すなわち、図３に示す電気−機械変換素子５００を備えた実施例１ないし実施例５の液滴吐出ヘッド１０００は、繰り返し電界印加回数の増加にともない、圧電特性が劣化するということがなく、信頼性の向上が十分に得られていることが図１１の表示１から分かる。つまり、電気−機械変換素子５００の信頼性の向上を図ることができる。
［インクジェット記録装置］
図１及び図２は、図３に示す電気−機械変換素子５００を有する記録ヘッド９４を搭載した液滴吐出装置であるインクジェット記録装置８０を示す。

インクジェット記録装置８０は、装置本体８１の内部に設けた印字機構部８２等を備えている。この印字機構部８２は、主走査方向に移動可能なキャリッジ９３と、このキャリッジ９３に搭載したインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）である記録ヘッド（プリンターヘッド）９４と、この記録ヘッド９４へインクを供給するインクカートリッジ９５等を有している。

また、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（或いは給紙トレイでもよい。）８４が抜き差し自在に装着されている。また、装置本体８１の前部には、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５が開倒可能に取り付けられている。

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は、装置本体８１へ取り込まれ、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に排紙されるようになっている。

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および従ガイドロッド９２と、この主ガイドロッド９１および従ガイドロッド９２によって主走査方向に摺動自在に保持されているキャリッジ９３とを有している。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インクジェットヘッドである複数の記録ヘッド９４が装着され、各記録ヘッド９４は、主走査方向と交差する方向に配列したインク吐出口（ノズル）を有し、インク滴吐出方向は下方に向けられている。

また、キャリッジ９３には、各記録ヘッド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がそれぞれ交換可能に装着されている。

インクカートリッジ９５は、上方に大気と連通する大気口(図示せず)と、下方には記録ヘッド９４へインクを供給する供給口(図示せず)とを有し、内部にはインクが充填された多孔質体が設けられており、この多孔質体の毛管力により記録ヘッド９４へ供給されるインクがわずかな負圧に維持されている。

ここでは、記録ヘッドとして各色の記録ヘッド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。

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に固定している。そして、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を記録ヘッド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とが装置本体８１に設けられている。

搬送ローラ１０４は、副走査モータ１０７によってギヤ列(図示せず)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、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。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記録ヘッド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。

このインクジェット記録装置８０は、電気−機械変換素子５００を用いた記録ヘッド９４を搭載しているので、繰り返し電界印加回数の増加にともない、圧電特性が劣化することがなく、このため、長期間の使用によって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、画像品質が向上することになる。

電気−機械変換素子５００を搭載したインクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）であるプリンターヘッド９４と、液滴吐出装置であるインクジェット記録装置８０は、インク吐出特性を長期間に亘って良好に保持することができ、インクを連続吐出しても安定したインク吐出特性を得ることができる。

上記実施例では、基板２３０上に成膜振動板２３１を形成しているが、必ずしもこの成膜振動板２３１を形成しなくてもよい。

この発明は、上記実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

８０ インクジェット記録装置（液滴吐出装置）
９４ 記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
２３０ 基板（下地：振動板）
２３１ 成膜振動板（下地膜）
２３２ 第１の密着層
２３３ 第１の電極
２３４ 第２の電極
２３５ 第２の密着層
２３６ 第３の電極
２４３ 電気−機械変換膜
２４４ 第４の電極
２４５ 第５の電極
３００ 下部電極
４００ 上部電極
５００ 電気−機械変換素子

特開２００９-５４９３４号公報

Claims (8)

1. 基板または下地膜と、この基板または下地膜上に第１の密着層を介して形成された下部電極と、この下部電極上に形成された電気−機械変換膜と、この電気−機械変換膜上に形成された上部電極とを備えた電気−機械変換素子であって、
   前記下部電極は、前記第１の密着層上に形成されるとともに金属膜からなる第１の電極と、この第１の電極上に形成された酸化物からなる第２の電極と、この第２の電極上に形成された第２の密着層と、この第２の密着層上に形成された第３の電極とを有し、
   前記上部電極は、前記電気−機械変換膜上に形成された酸化物からなる第４の電極と、この第４の電極上に形成された金属からなる第５の電極とを有することを特徴とする電気−機械変換素子。
2. 前記第２の電極と第３の電極がルテニウム酸ストロンチウムからなることを特徴とする請求項１に記載の電気−機械変換素子。
3. 前記第２の電極と第３の電極の膜厚の合計が４０nm以上であって１５０nm以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気−機械変換素子。
4. 前記第２の密着層は、チタン膜であり、その膜厚が１nm以上であって２０nm以下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つに記載の電気−機械変換素子。
5. 前記第１の密着層は、膜厚が１０nm以上であって５０nm以下であ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つに記載の電気−機械変換素子。
6. 前記第１の密着層は、酸化チタン膜であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の電気−機械変換素子。
7. 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、
   前記吐出駆動手段は、前記加圧室の壁の一部を振動板で構成し、該振動板に前記請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の電気−機械変換素子を設けたものであることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
8. 請求項７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。