JP6531978B2 - 液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置 - Google Patents

液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置 Download PDF

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本発明は、液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置に関するものである。
従来、ノズル板と液室基板と振動板とを積層した液滴吐出ヘッドが知られている。液室基板は、所定の配列方向に配列する複数の液室をそれぞれ形成するように互いに独立した複数の開口部を有し、ノズル板は、複数の液室にそれぞれ連通する複数のノズルを有する。振動板は、液室基板側とは反対側に、複数の液室それぞれに対応するように配列した複数の電気機械変換素子（圧電素子）が設けられている。
特許文献１には、振動板（弾性膜）を介して液室基板を支持する支持部材（裏打ち部材）を備えた液滴吐出ヘッド（液体噴射ヘッド）が記載されている。この支持部材は、液室基板の複数の液室（圧力発生部）が形成される開口部を区画する複数の隔壁それぞれに対応するように振動板の液室基板側とは反対側に接合された複数の補強壁を有する。この液滴吐出ヘッドでは、前記隔壁の剛性を高めることができるとされている。
しかしながら、上記特許文献１の液滴吐出ヘッドでは、前記配列方向における液室基板の両端部の近くに位置する液室（開口部）に対応する振動板の液室内壁を構成している液室内壁部分の変位量が、他の液室に対応する振動板の液室内壁部分の変位量よりも大きくなる特異的な変位特性を有することがわかった。振動板の液室内壁部分の変位特性は、液室の圧力変化に影響するため、液室から吐出される液滴の吐出量や液滴吐出時の吐出速度などの液滴吐出特性に大きく影響する。そのため、前記液室基板の両端部の近くに位置する液室（開口部）に対応する振動板の液室内壁部分の特異的な変位特性は、前記配列方向における液滴吐出特性のバラツキの原因となる。
上記課題を解決するために、本発明は、所定の配列方向に配列する複数の液室をそれぞれ形成するように互いに独立した複数の開口部を有する液室基板と、前記液室基板の複数の液室それぞれに連通する複数のノズルを有し、前記液室基板の一方の面側で各液室の内壁を構成するように設けられたノズル板と、前記液室基板の他方の面側で各液室の内壁を構成するように設けられた振動板と、前記振動板の前記液室基板側とは反対側の表面に、前記複数の液室それぞれに対応するように配列させて設けられた複数の電気機械変換素子と、前記複数の電気機械変換素子それぞれを非接触状態で囲んで個別化するように設けられ、前記液室基板の前記配列方向における複数の開口部が形成されていない複数の非開口部に対応するように、前記振動板の前記液室基板側とは反対側に直接又は中間層を介して接合された複数の補強壁を有する支持基板と、を備えた液滴吐出ヘッドであって、前記配列方向における前記液室基板の両端部それぞれの近くに位置する一又は複数の開口部に隣接する複数の非開口部に対応する複数の補強壁の互いに隣り合う補強壁間の間隔は、その他の複数の非開口部に対応する複数の補強壁の互いに隣り合う補強壁間の間隔よりも大きいことを特徴とするものである。
本発明によれば、液室基板の液室が形成される開口部に隣接する非開口部の剛性を高めることができるとともに、液室基板の液室の配列方向における液滴吐出特性のバラツキを抑制することができる。
本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを構成する圧電アクチュエータの積層構成の一例を示す断面図。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係る電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッドの要部の概略構成の一例を示す断面図。 （ａ）は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドに組み込まれた圧電アクチュエータの概略構成の一例を示す断面図。（ｂ）は、その圧電アクチュエータの上面図。 本実施形態に係る複数ノズルタイプの液体吐出ヘッドの複数の主要構成要素が配列している配列方向における中央部の一構成例を示す部分断面図。 液滴吐出ヘッドの電気機械変換素子の配列方向における変形特性（表面変位特性）のバラツキの説明図。 本実施形態に係る液体吐出ヘッドの電気機械変換素子の配列方向における端部の一構成例を示す部分断面図。 本実施形態に係る液体吐出ヘッドの電気機械変換素子の配列方向における端部の他の構成例を示す部分断面図。 本実施形態に係る液体吐出ヘッドの電気機械変換素子の配列方向における端部の更に他の構成例を示す部分断面図。 本実施形態に係る液体吐出ヘッドの電気機械変換素子の配列方向における端部の更に他の構成例を示す部分断面図。 （ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、実施形態に係る電気機械変換素子の製造工程において電気機械変換層の分極処理に用いられる分極処理装置４０の概略構成例を示す斜視図及び正面図。 分極処理装置における分極処理の説明図。 （ａ）は、分極処理を行う前の電気機械変換素子のＰ−Ｅヒステリシスループの一例を示す特性図。（ｂ）は、分極処理後の電気機械変換素子のＰ−Ｅヒステリシスループの一例を示す特性図。 本実施形態に係る液滴吐出装置（画像形成装置）の一例を示す斜視図。 図１３の液滴吐出装置（画像形成装置）の機構部の一例を示す側面図。
以下、本発明に係る液滴吐出ヘッドの実施形態について説明する。本実施形態の液滴吐出ヘッドは、例えば、画像形成装置（液滴吐出装置）としてのインクジェット記録装置に使用することができる。
インクジェット記録装置は、騒音が極めて小さくかつ高速印字が可能であり、更には画像形成用の液体であるインクの自由度があり、安価な普通紙を使用できるなど多くの利点がある。そのために、インクジェット記録装置は、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像形成装置として広く展開されている。
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は、画像形成用の液滴（インク滴）を吐出するノズルと、ノズルに連通する液室と、液室内のインクを吐出するための圧力を発生する圧力発生手段とを備えている。液室は、インク流路、加圧液室、加圧室、圧力室、吐出室、個別液室等とも称される。本実施形態における圧力発生手段は、液室の壁面の一部を構成する振動板と、その振動板を変形させる圧電体からなる薄膜の電気機械変換膜を有する電気機械変換素子と、を備えたピエゾ方式の圧力発生手段である。この電気機械変換素子は、所定の電圧が印加されることにより自らが変形し、液室に対して振動板の表面を変位させることで液室内の液体に圧力を発生させる。この圧力により、液室に連通したノズルから液滴（インク滴）を吐出させることができる。
上記電気機械変換膜を構成する圧電体は、電圧の印加によって変形する圧電特性を有する材料である。この圧電体として、本実施形態では、ペロブスカイト結晶構造を有する三元系金属酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１−ｘ）Ｏ３）を用いている。このＰＺＴからなる電気機械変換膜（以下「ＰＺＴ膜」という。）を有する電気機械変換素子に駆動電圧を印加したときの振動モードとしては、前述のように複数種類の振動モードがある。例えば、圧電定数ｄ３３による膜厚方向の変形を伴う縦振動モード（プッシュモード）や、圧電定数ｄ３１によるたわみ変形を伴う横振動モード（ベンドモード）がある。更には、膜の剪断変形を利用したシェアモード等もある。また、上記ＰＺＴ膜を有する電気機械変換素子は、例えば半導体プロセスやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の技術を利用し、Ｓｉ基板に液室及び電気機械変換素子を直接作り込むことができる。この電気機械変換素子により、液室内に圧力を発生させる圧力発生手段としての薄膜の圧電アクチュエータを形成することができる。
図１は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを構成する圧電アクチュエータ２０の積層構成の一例を示す断面図である。
図１において、圧電アクチュエータ２０は、液室基板２１と振動板（成膜振動板）２２と電気機械変換素子２００とが積層されている。電気機械変換素子２００は、液室基板２１上に振動板２２を介して形成された第１の電極としての下部電極２３と、下部電極２３上に形成された電気機械変換膜２４と、電気機械変換膜２４上に形成された第２の電極としての上部電極２５とを有している。なお、電気機械変換素子２００の下部電極２３と振動板２２との間には、下部電極２３と振動板２２との密着性を高める密着層を設けてもよい。
下部電極２３は、電気機械変換膜２４の第１の表面としての下面に直接又は下地層などの中間層を介して設けられた金属層などからなる電極層である。また、上部電極２５は、電気機械変換膜２４の第２の表面としての上面に直接又は中間層を介して設けられた金属層などからなる電極層である。下部電極２３と上部電極２５との間に電圧を印加することにより、電気機械変換膜２４の膜厚方向に電界を形成することができる。
図２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態に係る電気機械変換素子２００を備えた液滴吐出ヘッドの要部の概略構成の一例を示す断面図である。図２（ａ）の構成例では、下部電極２３が複数の電気機械変換素子２００について共有に用いられるように１つの共通電極として構成され、上部電極２５が電気機械変換素子２００ごとに対応した互いに独立した個別電極として構成された構成例を示している。また、図２（ｂ）は、上部電極２５が複数の電気機械変換素子２００について共有に用いられるように１つの共通電極として構成され、下部電極２３が電気機械変換素子２００ごとに対応した互いに独立した個別電極として構成された構成例を示している。
図２において、本実施形態の液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズル２６ａが形成されたノズル基板２６と、ノズル２６ａが連通する液室２１ａと、液室２１ａ内の液体を昇圧させる吐出駆動手段（圧力発生手段）と、を備えている。そして、前記吐出駆動手段が、液室２１ａの壁の一部を構成する振動板２２と、振動板２２に配置された電気機械変換素子２００と、を有する。
また、本実施形態の液滴吐出ヘッドは、液室基板２１の部分に液室２１ａが形成され、液室２１ａの下端部分には、液滴を吐出するノズル２６ａが設けられたノズル板２６が配置されている。そして、電気機械変換素子２００に電圧が印加され、電気機械変換膜２４が変位すると、振動板２２が変形（表面変位）して液室２１ａの液体をノズル２６ａから吐出するように構成されている。
なお、図２の液滴吐出ヘッドの液室基板２１又はその周辺の部材に、液室２１ａにインクなどの液体を供給する液体供給手段や液体が流れる流路を形成してもよい。流路を設ける場合は液体の流体抵抗を考慮してもよい。
図３は、本実施形態の液滴吐出ヘッドにおける圧電アクチュエータ２０及びその周辺の配線の具体的構成の一例を示す図である。図３（ａ）は、実施形態に係る液滴吐出ヘッドに組み込まれた圧電アクチュエータ２０の概略構成の一例を示す断面図である。また、図３（ｂ）は、その圧電アクチュエータ２０の上面図である。なお、図３（ｂ）については、電気機械変換素子２００の構成が分かり易いように、第１、第２の絶縁保護膜（層間絶縁膜）３１、３８が除去された状態の図になっている。また、図３（ａ）は、図３（ｂ）のＩ−Ｉ’矢視断面図である。
図３（ａ）に示すように、圧電アクチュエータ２０は、下部電極２３と電気機械変換膜２４と上部電極２５を備えた電気機械変換素子２００を有している。また、図３（ｂ）に示すように、かかる構成の複数の電気機械変換素子２００が、基板２１の面に沿った所定の方向に配列するように設けられている。この複数の電気機械変換素子２００は、基板２１上に振動板２２を介して形成されている。
下部電極２３及び上部電極２５のうちのいずれか一方の電極については、複数の電気機械変換素子２００について共有に用いられるように１つの共通電極として構成することができる。この場合、下部電極２３及びび上部電極２５のうちの他方の電極はそれぞれの電気機械変換素子２００に対応した互いに独立した個別電極として別個に構成されることとなる。なお、図２の構成例では、下部電極２３を共通電極として構成し、上部電極２５を電気機械変換素子２００毎に独立した別個の個別電極として構成した例を示している。
上部電極２５及び下部電極２３の上の所定エリアには層間絶縁膜としての第１の絶縁保護膜３１が設けられている。第１の絶縁保護膜３１は後述するように無機化合物により構成してもよい。また、第１の絶縁保護膜３１の所定位置には、上部電極２５および下部電極２３が他の電極と電気的に接続できるようにコンタクトホール３２が形成されている。
図３において、個別電極である上部電極２５はそれぞれ、外部回路に接続するための個別電極パッド３４に接続されている。上部電極（個別電極）２５と個別電極パッド３４との間は例えば接続部材３５により電気的に接続することができる。
また、図３において、共通電極である下部電極２３は、外部回路に接続するための共通電極パッド３６に接続されている。と接続された構成とすることができ、下部電極（共通電極）２３と共通電極パッド３６との間は例えばパッド間接続部材３７により電気的に接続することができる。
共通電極パッド３６及び個別電極パッド３４の上には、第２の絶縁保護膜３８が設けられている。第２の絶縁保護膜３８は例えば無機化合物により構成してもよい。また、第２の絶縁保護膜３８には、共通電極パッド３６及び個別電極パッド３４それぞれの一部を露出させる開口部が設けられている。
図４は、本実施形態に係る複数ノズルタイプの液体吐出ヘッドの複数の主要構成要素が配列している配列方向における中央部の一構成例を示す部分断面図である。なお、図４は、前述の図２（ａ）に例示した主要構成要素（圧電素子）を所定の方向に複数配列した例を示しているが、図２（ｂ）に例示した主要構成要素を複数配列するように構成してもよい。
図４において、本実施形態の液体吐出ヘッドの液室基板２１は、所定の配列方向（図中の左右方向）に配列するように隔壁２１ｂで区画された液室２１ａを形成するための複数の開口部２１ａ’を有する。液室基板２１の一方の面（図中の下面）側で液室２１ａの一部を構成するように、複数の液室２１ａそれぞれに連通する複数のノズル２６ａを有するノズル板２６が設けられている。また、液室基板２１の他方の面（図中の上面）側で液室２１ａの一部を構成するように振動板２２が設けられている。振動板２２の液室基板２１とは反対側の表面には、複数の液室２１ａそれぞれに対応するように前記所定方向（図中の左右方向）に配列する複数の電気機械変換素子２００が設けられている。また、本実施形態の液体吐出ヘッドは、振動板２２の液室基板２１側とは反対側から液室基板２１の隔壁２１ｂに対応するように接合された複数の補強壁２８ａを有する支持基板（「保持基板」ともいう。）２８を備えている。振動板２２上に共通電極として形成されている下部電極２３の上面には、液室基板２１の隔壁２１ｂに対応するように凸状の段差部２７が形成され、その段差部２７を介して支持基板２８の補強壁２８ａが接合されている。段差部２７は、例えば配線として用いられる金属電極２７ａと、その金属電極を囲むように形成された絶縁膜２７ｂとを用いて形成され、絶縁保護膜３１（又は絶縁保護膜３８）を介して下部電極２３上に形成されている。
なお、支持基板２８の補強壁２８ａは、振動板２２の電気機械変換素子２００によって駆動されない非活性部分に対応するように設けてもよい。この場合、補強壁２８ａの位置によって影響を受ける、電気機械変換素子２００の駆動による振動板２２の変位量のバラツキを抑制できる。
上記構成の液滴吐出ヘッドについて本発明者らが実験・検討したところ、次に示すように、上記配列方向における液室基板２１の両端部側で振動板２２が特異的な変形特性を有することがわかった。この特異的な変形は、上記配列方向における液室基板２１の両端部それぞれの近くに位置する液室２１ａに対応する振動板２２の液室内壁部分の変位量が、その他の液室２１ａに対応する振動板２２の液室内壁部分より大きくなる変形特性である。前述のように振動板２２の液室基板２１側とは反対側から液室基板２１の隔壁２１ｂに対応するように複数の補強壁２８ａが接合されて隔壁２１ｂの剛性を高めている。ところが、補強壁２８ａが接合されていることにより、製造時に上記配列方向における液室基板２１の両端部側が他の部分（例えば中央部寄りの部分）よりも図中上方に大きく反ってしまう。
上記反りは例えば次のようなメカニズムで発生すると考えられる。上記複数の開口部２１ａ’を有する液室基板２１の２つの面のうち振動板２２側の面は、上記隔壁（非開口部）２１ｂの剛性を高めるための支持基板２８の補強壁２８ａが接合されている。このため、液室基板２１の振動板２２側の面はその面に沿った方向に延びにくい。一方、液室基板２１のノズル板２６側の面は、比較的薄いノズル板２６が取り付けられているものの、上記補強壁を有する支持基板は取り付けられていないため、その面に沿った方向に延びやすい。この液室基板２１の２つ面における面方向の延びに関する特性差により、製造時に液室基板２１が振動板２２側に曲がる反りが発生する。特に、前記配列方向における液室基板２１の両端部側では、上記延びを規制する力が弱いため、上記反りが大きくなる。
上記液室基板２１の反りが大きくなると、その両端部側において振動板２２の液室基板２１の隔壁２１ｂと支持基板２８の補強壁２８ａとで挟まれた挾持部分に対する拘束力がより強くなる。この振動板２２の挾持部分における拘束力が強いと、図５に示すように配列方向における両端部側において電気機械変換素子２００で駆動される駆動時の振動板２２の振動が上記挾持部分から逃げにくくなるため、振動板２２の液室内壁部分の変位量が大きくなる。振動板２２の液室内壁部分の変位特性は、その液室内壁部分に対応する液室２１ａから吐出される液滴の吐出量や液滴吐出時の吐出速度などの液滴吐出特性に大きく影響する。そのため、液室基板２１の両端部の近くに位置する液室２１ａに対応する振動板２２の液室内壁部分の特異的な変位特性は、前記配列方向における液滴吐出特性のバラツキの原因となる。
そこで、本実施形態では、前記配列方向における液室基板２１の両端部それぞれの近くに位置する開口部２１ａ’に隣接する複数の隔壁２１ｂに対応する複数の補強壁２８ａの互いに隣り合う補強壁間の間隔Ｌ１を大きくしている。より具体的には、液室基板２１の両端部それぞれの近くに位置する補強壁間の間隔Ｌ１を、その他の複数の隔壁２１ｂに対応する複数の補強壁２８ａの互いに隣り合う補強壁間の間隔Ｌ０よりも大きくしている。
図６は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの電気機械変換素子の配列方向における端部の一構成例を示す部分断面図である。
図６の構成例では、電気機械変換素子２００の配列方向の一方の端部（図中の左端部）Ａにおける補強壁２８ａの間隔Ｌ１を、両端部以外における補強壁２８ａの間隔Ｌ０よりも大きくしている。また、図５では省略されているが、電気機械変換素子２００の配列方向のもう一方の端部における補強壁２８ａの間隔Ｌ１についても、両端部以外における補強壁２８ａの間隔Ｌ０よりも大きくしている。これにより、液室基板２１の両端部側での反りを抑制し、その反りの影響で高まりやすい補強壁２８ａによる上記振動板２２の液室内壁部分に隣接する挾持部分に対する拘束力を低下させている。この振動板２２の挾持部分に対する拘束力の低下により、液室基板２１の両端部両端部の近くに位置する液室２１ａに対応する振動板２２の液室内壁部分の変位量を、その他の液室２１ａに対応する振動板２２の液室内壁部分の変位量と同程度まで抑えることができる。従って、上記配列方向における液滴吐出特性のバラツキを抑制することができる。
図７は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの電気機械変換素子の配列方向における端部の他の構成例を示す部分断面図である。なお、図７において、前述の図６と同様な部分については同じ符号を付し、説明を省略する。
図７の構成例では、電気機械変換素子２００の配列方向の端部（図中の左端部）Ａでは、液室２１に連通するノズルを形成していない。また、図７では省略されているが、電気機械変換素子２００の配列方向のもう一方の端部においても、液室２１に連通するノズルを形成していない。この構成の場合、上記液室基板２１の両端部では液滴が吐出されないので、その両端部側において隔壁２１ａの剛性が若干低下しても、その剛性低下によるクロストークなどの液滴吐出特性の問題を解消することができる。
なお、図６及び図７の構成例において、前記間隔が大きくなっている補強壁間に対応する液室（開口部）２１ａ及び電気機械変換素子２００は２個以上であってもよい。例えば液室基板２１の両端部側それぞれに位置する２個又は３個以上の開口部２１ａ’に隣接する複数の隔壁２１ｂに対応する複数の補強壁２８ａの互いに隣り合う補強壁間の間隔Ｌ１を、他の補強壁間の間隔Ｌ０よりも大きくしてもよい。
図８は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの電気機械変換素子の配列方向における端部の他の構成例を示す部分断面図である。なお、図８において、前述の図６と同様な部分については同じ符号を付し、説明を省略する。
図８の構成例では、前記配列方向における液室基板２１の両端部側それぞれに位置する２個の開口部２１ａ’の互いに隣り合う部分の隔壁２１ｂに対応する位置に、補強壁が設けられていない。すなわち、電気機械変換素子２００の配列方向の端部（図中の左端部）Ａにおける２個の電気機械変換素子２００の素子間に補強壁が設けられていない。また、図８では省略されているが、電気機械変換素子２００の配列方向のもう一方の端部においても、電気機械変換素子２００の素子間に補強壁が設けられていない。このように補強壁を設けないことにより、液室基板２１の両端部側での反りを抑制し、その反りの影響で高まりやすい補強壁２８ａによる上記振動板２２の液室内壁部分に隣接する挾持部分に対する拘束力を低下させている。これにより、液室基板２１の両端部それぞれの近くに位置する液室２１ａに対応する振動板２２の液室内壁部分の変位量を、その他の液室２１ａに対応する振動板２２の液室内壁部分の変位量と同程度まで抑えることができる。従って、上記液室基板２１の液室２１ａの配列方向における液滴吐出特性のバラツキを抑制することができる。特に、この構成の場合は、前記配列方向の両端部におけるサイズを大きくすることなく、前記配列方向における両端部の液滴吐出特性のバラツキを抑制することができる。
図９は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドの電気機械変換素子の配列方向における端部の他の構成例を示す部分断面図である。なお、図９において、前述の図６及び図８と同様な部分については同じ符号を付し、説明を省略する。
図９の構成例では、電気機械変換素子２００の配列方向の端部（図中の左端部）Ａでは、液室２１に連通するノズルを形成していない。また、図９では省略されているが、電気機械変換素子２００の配列方向のもう一方の端部においても、液室２１に連通するノズルを形成していない。この構成の場合、両端部では液滴が吐出されないので、両端部において隔壁２１ａの剛性が若干低下しても、その剛性低下によるクロストークなどの液滴吐出特性の問題を解消することができる。
なお、図８及び図９の構成例において、両端部における素子間に補強壁が設けられていない電気機械変換素子の個数は、３個以上であってもよい。
また、図８及び図９の構成例において、両端部における素子間に補強壁が設けられていない電気機械変換素子の個数は、液滴吐出ヘッド全体の電気機械変換素子の総数（例えば８０個以上）の１／２０以下であってもよい。この場合、液室基板２１の両端部側以外において振動板２２の変形量が過剰に低下することによる液滴吐出特性のバラツキを防止できる。
また、図６及び図７の構成例において、前記間隔が大きくなっている補強壁間に位置する電気機械変換素子２００は液滴吐出に用いられないダミーの電気機械変換素子であってもよい。図８及び図９の構成例において、前記補強壁２８ａが設けられていない部分に対応する隔壁２１ｂに隣接する複数の液室（開口部）２１ａそれぞれに対応する電気機械変換素子２００は、液滴吐出に用いられないダミーの電気機械変換素子であってもよい。これらの場合、液室基板２１の両端部側の液室から液滴が吐出されないので、液室基板２１の両端部側において隔壁２１ａの剛性が若干低下しても、その剛性低下によるクロストークなどの液滴吐出特性の問題を解消することができる。
なお、上記ダミーの電気機械変換素子については、両端部の電気機械変換素子より内側の電気機械変換素子に設けられていてもよく、変位特性ならびに吐出特性を考慮して決めればよい。
次に、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの製造方法及び構成要素の具体例について説明する。
本実施形態の電気機械変換素子２００は、液室基板２１上に振動板２２を介して形成される。まず、液室基板２１上に接合された振動板２２上に、下部電極２３の電極層、電気機械変換膜２４及び上部電極２５の電極層が形成される。その後、上部電極２５、電気機械変換膜２４及び下部電極２３を所望の形状にエッチングした後に、絶縁保護膜を作製し、液室基板２１側からエッチングし、図２に示すような液体を吐出させるための液室２１ａを作製している。
高周波での液滴吐出性能を確保するためには、振動板２２、電気機械変換膜２４及び絶縁保護膜の剛性を高める必要があり、高いヤング率や厚膜化する必要が出てくる。特に振動板２２に関しては、応力設計も考慮し、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｐｏｌｙ−Ｓｉの材料からなる複数の層から形成される。また、振動板２２は膜厚が１μｍ以上３μｍ以下の範囲で作製され、さらには振動板２２のヤング率を７５ＧＰａ以上９５ＧＰａ以下の範囲にすることで高周波での吐出性能を確保している。
基板２１の材料としては特に限定されるものではないが、加工の容易性や、入手しやすさ等を鑑みると、シリコン単結晶基板を用いることが好ましい。シリコン単結晶基板としては、面方位が｛１００｝、｛１１０｝、｛１１１｝の３種あるが、特に限定されるものではなく、加工の内容等に応じて適切な基板を選択することができる。
例えば、基板２１に対してエッチング加工を要する場合には、エッチング加工の内容にあわせて所定の面方位を有する基板を選択することができる。後述する液滴吐出ヘッドを形成する場合を例に説明すると、通常エッチングにより基板に液室を作製するが、この際のエッチング方法としては一般的に異方性エッチングが用いられている。ここで、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り、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、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。このため、例えば液滴吐出ヘッドを構成する基板の場合には｛１１０｝の面方位を持ったシリコン単結晶基板を好ましく用いることができる。
基板２１の厚さは用途等により選択することができ、特に限定されるものではないが、例えば、１００〜６００［μｍ］の厚みを持つものであってもよい。
液室２１ａの幅は、例えば、５０μｍ以上７０μｍ以下の範囲に設定し、さらに好ましくは５５μｍ以上６５μｍ以下になる。この値より大きくになると、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、振動板２２の変形量（表面変位量）が低下し、十分な吐出電圧が確保できなくなる。
振動板２２としては、電気機械変換素子２００によって発生した力を受けて、下地膜である振動板２２が変形（表面変位）して、圧力室のインク滴を吐出させる機能を有する。そのため、下地膜としては所定の強度を有するものでもよい。振動板２２の材料としては、Ｓｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により作製したものが挙げられる。さらに、前述の図１等に示すような下部電極２３及び電気機械変換膜２４の線膨張係数に近い線膨張係数を有する材料を選択してもよい。特に、電気機械変換膜２４の材料としては、一般的にＰＺＴが使用されることから、ＰＺＴの線膨張係数８×１０−６（１／Ｋ）に近い５×１０−６〜１０×１０−６（１／Ｋ）の線膨張係数を有する材料で振動板２２を形成してもよい。さらには、７×１０−６〜９×１０−６（１／Ｋ）の線膨張係数を有する材料で振動板２２を形成してもよい。振動板２２の具体的な材料は、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である。これらの材料を用い、スパッタ法により、又はゾルゲル（Ｓｏｌ−ｇｅｌ）法を用いてスピンコーターにより、振動板２２を作製することができる。振動板２２の膜厚は０．１〜１０［μｍ］の範囲でもよいし、さらには０．５〜３［μｍ］の範囲でもよい。この範囲より小さいと前述の圧力室の加工が難しくなり、この範囲より大きいと下地膜として変形（表面変位）しにくくなり、液滴吐出装置に用いた場合に液滴（インク滴）の吐出が不安定になる。
下部電極２３及び上部電極２５については、特に限定されるものではなく、任意に選択することができる。例えば、下部電極２３及び上部電極２５は、金属膜や酸化物電極膜により構成することができ、特に金属膜と酸化物電極膜の積層体で構成してもよい。また、下部電極２３及び上部電極２５はそれぞれ、電気的な抵抗が十分小さい金属層を有してもよい。金属層の金属材料としては、高い耐熱性と低い反応性を有する白金が用いることができる。但し、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、これら合金膜を金属層に使用してもよい。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、中間層としてＴｉ、ＴｉＯ２、Ｔａ、Ｔａ２Ｏ５、Ｔａ３Ｎ５等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法等を用いることができる。膜厚は、０．０５〜１［μｍ］の範囲に設定してもよいし、０．１〜０．５［μｍ］の範囲に設定してもよい。
また、下部電極２３及び上部電極２５は、電気機械変換膜２４との界面に導電性を有した酸化物電極層を有してもよい。酸化物電極層の材料としては、例えばＳｒＲｕＯ３やＬａＮｉＯ３を用いることができる。酸化物電極膜の成膜方法についても特に限定されるものではないが、例えばスパッタ法により成膜することができる。
下部電極２３を構成する酸化物電極層は、その上に作製する電気機械変換膜２４（ＰＺＴ膜）の配向制御にも影響してくるため、配向優先させたい方位によっても選択される材料は異なってくる。本実施形態においては、ＰＺＴ膜を｛１００｝面に優先配向させたいため、酸化物電極層としては、ＬａＮｉＯ３、ＴｉＯ２又はＰｂＴｉＯ３からなるシード層を金属層上に作製し、その後ＰＺＴ膜を形成してもよい。
上部電極２５を構成する酸化物電極層としてはＳＲＯを用いることできる。酸化物電極層の膜厚は２０［ｎｍ］〜８０［ｎｍ］の範囲でもよいし、また３０［ｎｍ］〜５０［ｎｍ］の範囲でもよい。この膜厚範囲よりも薄いと初期の変形量（表面変位量）や経時おける変形量（表面変位量）劣化特性については十分な特性が得られない。また、この膜厚範囲を超えると、その後に成膜したＰＺＴ膜の絶縁耐圧が非常に悪く、リークしやすくなるおそれがある。
電気機械変換膜２４（圧電体膜）の材料としては、Ｐｂを含んだ酸化物（例えば、ＰＺＴ）で形成することができる。以下、ＰＺＴで形成したときの電気機械変換膜を適宜「ＰＺＴ膜」と記載する。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、一般的にはＰＺＴ（５３／４７）とも示される。
電気機械変換膜２４の材料としては、上記ＰＺＴ以外の複合酸化物としてチタン酸バリウムなども挙げられる。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。
本実施形態では、電気機械変換膜２４としてＰＺＴを使用し、ＰＺＴの｛１００｝面を優先配向とする場合について例示している。この場合、Ｚｒ／Ｔｉの組成比率：Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）は、０．４５（４５％）以上及び０．５５（５５％）以下の範囲に設定してもよいし、更には０．４８（４８％）以上及び０．５２（５２％）以下の範囲に設定してもよい。
電気機械変換膜２４におけるＰＺＴの（１００）配向の配向度ρ（１００）は、例えば０．７５以上であり、更に０．８５以上であってもよい。結晶配向の配向度ρ（ｈｋｌ）は、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である次式（１）で算出される。
ρ（ｈｋｌ）＝Ｉ（ｈｋｌ）／ΣＩ（ｈｋｌ）・・・（１）
ここで、ρ（ｈｋｌ）は（ｈｋｌ）面方位の配向度である。また、Ｉ（ｈｋｌ）は、Ｘ線回折法のθ−２θ測定における任意の配向に対応するピーク強度であり、ΣＩ（ｈｋｌ）は各ピーク強度の総和である。
ＰＺＴの（１００）配向の配向度ρ（１００）が０．７５よりも小さいと、圧電歪が十分得られず、変位量を十分確保できなくなる。
電気機械変換膜２４の圧電材料は一般式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，Ｂａｘ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ１−ｘ，Ｓｒｘ）（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補償する作用を示す。
電気機械変換膜２４の作製方法としては特に限定されるものではないが、例えばスパッタ法により、又は、ゾルゲル（Ｓｏｌ−ｇｅｌ）法を用いてスピンコーターにより作製することができる。いずれの場合でも、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（ＰＺＴ膜）２４をゾルゲル（Ｓｏｌ−ｇｅｌ）法により作製する場合は、例えば次の手順で作製する。まず、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これらの出発材料を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。
下部電極等が形成された下地基板全面に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１００［ｎｍ］以下の膜厚が得られるように前駆体溶液の濃度を調整することが好ましい。
また、インクジェット工法により作製していく場合については、酸化物電極層と同様の作製フローにてパターニングされた膜を得ることができる。表面改質材については、下地の金属層の材料によっても異なるが、酸化物を下地とする場合は、主にシラン化合物を選定し、金属を下地とする場合は主にアルカンチオールを選定することができる。
電気機械変換膜２４の膜厚としては特に限定されるものではなく、要求される変形量（表面変位量）等により任意に選択することができる。例えば、その膜厚は１〜３［μｍ］の範囲でもよいし、さらには１．５［μｍ］〜２．５［μｍ］の範囲でもよい。この範囲より小さいと図２に示すような液室２１ａ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、液滴の吐出が不安定になる。
第１の絶縁保護膜３１、第２の絶縁保護膜３８及び接続部材３５、３７は、例えば次のように作製することができる。
第１の絶縁保護膜３１は、成膜及びエッチングの工程による電気機械変換素子２００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用いてもよい。このため、例えば緻密な無機材料（無機化合物）を用いてもよい。また、第１の絶縁保護膜３１は、薄膜で高い保護性能を得るには、酸化物、窒化物、炭化膜を用いてもよい。また、第１の絶縁保護膜３１と接触する下地の材料（上部電極２５及び下部電極２３及び電気機械変換膜２４の材料や基板２１上面の材料）と密着性が高い材料であってもよい。このような材料としては、例えば、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挙げられる。
第１の絶縁保護膜３１の成膜方法は特に限定されるものではないが、電気機械変換素子２００を損傷しない成膜方法を選択してもよい。例えば、蒸着法又はＡＬＤ法を用いることができ、中でも適用できる材料の選択肢が多いＡＬＤ法により成膜してもよい。特にＡＬＤ法によれば、膜密度の非常に高い薄膜を作製することができ、プロセス中での電気機械変換素子へのダメージを抑制することができる。
第１の絶縁保護膜３１の膜厚は特に限定されるものではないが、電気機械変換素子の保護性能を確保できる十分な厚さであり、かつ、電気機械変換素子の変位を阻害しないように可能な限り薄くしてもよい。例えば、第１の絶縁保護膜３１の膜厚は２０［ｎｍ］以上、１００［ｎｍ］以下の範囲であってもよい。１００［ｎｍ］より厚い場合は、電気機械変換素子２００の変位を阻害する場合がある。一方、２０［ｎｍ］より薄い場合は電気機械変換素子２００の保護層としての機能が十分ではなく、電気機械変換素子２００の性能が低下する場合がある。
また、第１の絶縁保護膜３１を複数層からなる構成としてもよい。例えば２層から構成する場合、２層目の絶縁保護膜を厚くするため、電気機械変換素子の振動変位を著しく阻害しないように上部電極付近において２層目の絶縁保護膜に開口部を形成する構成も挙げられる。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る。例えば半導体デバイスで一般的に用いられるＳｉＯ２を用いてもよい。成膜は任意の手法を用いることができ、ＣＶＤ法、スパッタリング法等により成膜することができる。特に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法を用いてもよい。２層目の絶縁保護膜の膜厚についても特に限定されるものではなく、各電極に印加される電圧を考慮し、絶縁破壊されない膜厚を選択することができる。例えば、絶縁保護膜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。さらに、絶縁保護膜の下地の表面性やピンホール等を考慮すると膜厚は２００［ｎｍ］以上にしてもよく、更には５００［ｎｍ］以上にしてもよい。
接続部材３５、３７の材料は特に限定されるものではなく、各種導電性材料を用いることができる。例えば、接続部材３５、３７は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｇ合金、Ａｌ合金から選択されるいずれかの金属電極材料で構成することができる。
又は接続部材３５、３７の作製方法についても特に限定されるものではなく、任意の方法により形成することができる。例えば、接続部材３５、３７は、スパッタ法又は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ことができる。
また、接続部材３５、３７の膜厚についても特に限定されるものではなく、例えば０．１［μｍ］以上及び２０［μｍ］以下の範囲でもよく、さらには、０．２［μｍ］以上及び１０［μｍ］以下の範囲でもよい。この範囲よりも膜厚が薄いと、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い場合がある。また、上記範囲よりも膜厚が厚いと製造プロセスに時間を要するため生産性が低下する場合がある。
また、第１の絶縁保護膜３１を設ける場合、接続部材３５、３７はそれぞれ、第１の絶縁保護膜３１にコンタクトホール部を設け、このコンタクトホール部において共通電極及び個別電極と接続することができる。コンタクトホール部のサイズは特に限定されるものではないが、例えば１０［μｍ］×１０［μｍ］の大きさとすることができる。また、コンタクトホール部における接触抵抗として、共通電極については１０［Ω］以下、個別電極については１［Ω］以下となるように構成してもよい。このような範囲とすることにより、各電極に十分な電流を安定して供給できる。特に、共通電極については５［Ω］以下、個別電極については０．５［Ω］以下としてもよい。この範囲より大きいと、十分な電流を供給することができなくなり、液滴を吐出する際に不具合が発生する場合がある。
第２の絶縁保護膜３８は、接続部材３５、３７を保護する機能を有するパシベーション層である。第２の絶縁保護膜３８は、個別電極パッド３４及び共通電極パッド３６の部分を除き、接続部材３５、３７上を被覆する。これにより、これらの接続部材３５、３７に安価なＡｌもしくはＡｌを主成分とする合金材料を用いた場合でも、電気機械変換素子２００の信頼性を高めることができる。また、これらの接続部材３５、３７に安価な材料を用いることができるため、電気機械変換素子２００のコストを低減することができる。
第２の絶縁保護膜３８の材料としては、特に限定されるものではなく、任意の無機材料、有機材料を使用することができ、例えば透湿性の低い材料を使用してもよい。無機材料としては、例えば、酸化物、窒化物、炭化物等を用いることができる。また、有機材料としては、例えば、ポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる。但し、有機材料の場合、絶縁保護膜として機能させるためには、その膜厚が厚くなり、パターニングを行うことが困難な場合がある。このため、薄膜で配線保護機能を発揮できる無機材料を用いてもよい。特に、接続部材３５、３７としてＡｌ配線を用いた場合には、第２の絶縁保護膜としては半導体デバイスで実績のあるＳｉ３Ｎ４を用いてもよい。
第２の絶縁保護膜３８の膜厚は２００［ｎｍ］以上としてもよく、さらには５００［ｎｍ］以上としてもよい。この範囲よりも膜厚が薄い場合は、十分なパシベーション機能を発揮できないため、接続部材の腐食による断線が発生する等して信頼性を低下させてしまう場合がある。
また、第２の絶縁保護膜３８は、電気機械変換素子２００上に開口部をもつ構造であってもよい。また、後述する液滴吐出ヘッドに適用する場合、第２の絶縁保護膜３８はさらに振動板の部分にも開口部を有する構造としてもよい。これにより、より高効率かつ高信頼性の電気機械変換素子とすることができる。
また、第２の絶縁保護膜３８は、共通電極パッド３６及び個別電極パッド３４を露出するための開口部を形成してもよい。この開口部の形成には、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、共通電極パッド３６及び個別電極パッド３４の面積については特に限定されるものではない。但し、共通電極パッド３６及び個別電極パッド３４と第２の絶縁保護膜３８とを形成した後に分極処理を行う場合、各パッド３６、３４から電荷が供給されるため、分極処理が十分に行えるように面積を設定してもよい。例えば、各パッドの大きさは５０×５０［μｍ２］以上に設定してもよく、さらには１００×３００［μｍ２］以上に設定してもよい。共通電極パッド３６及び個別電極パッド３４の面積が、上記範囲よりも小さいと、十分な分極処理を行うことができず、連続駆動後の経時における変形量（表面変位量）の劣化が大きくなる場合がある。
ここまで作製された圧電素子に対して、分極処理装置を用いて分極処理を行う。
図１０（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、実施形態に係る電気機械変換素子の製造工程において電気機械変換層の分極処理に用いられる分極処理装置４０の概略構成例を示す斜視図及び正面図である。
図１０において、分極処理装置４０は、コロナ電極４１と、グリッド電極４２と、対向電極を有するステージ４３とを備えている。コロナ電極４１及びグリッド電極４２はそれぞれコロナ電極用電源４１１及びグリッド電極用電源４２１に接続されている。コロナ電極４１は例えばワイヤー形状を有するものであってもよい。グリッド電極４２については、メッシュ加工を施し、コロナ電極４１に高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を効率良く下のサンプルステージに降り注ぐように構成してもよい。また、放電処理対象（試料）である多数の電気機械変換素子が形成されたウェハ基板４５に対して電荷が流れやすくするように、ウェハ基板４５を設置するステージ４３にはアース線４４が接続された構成にしてもよい。また、ステージ４３には、ウェハ基板４５を加熱できるように温調機能を設けてもよい。この際の加熱温度は特に限定されるものではないが、最大３５０［℃］まで加熱できるように構成してもよい。
コロナ電極４１及びグリッド電極４２それぞれに印加する電圧の大きさや、ウェハ基板４５と各電極間の距離は特に限定されるものではない。例えば、ウェハ基板４５に対して十分に分極処理を施すことができるように、コロナ電極４１及びグリッド電極４２それぞれに印加する電圧の大きさやウェハ基板４５と各電極間の距離は試料に応じて調整し、コロナ放電の強弱をつけるようにしてもよい。
図１１は、分極処理装置４０における分極処理の説明図である。
図１１に示すように、コロナ電極４１（例えば、コロナワイヤー）を用いてコロナ放電させる場合、分極処理は、大気中の分子４０１をイオン化させることで陽イオンを発生する。発生した陽イオンは、ウェハ基板の電気機械変換素子２００の例えば共通電極パッドや個別電極パッドを介して電気機械変換膜に流れ込み、電気機械変換素子２００に電荷が蓄積した状態となる。そして、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、分極処理が行われる。
上記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、例えば電気機械変換素子２００に１．０×１０−８［Ｃ］以上の電荷量が蓄積されるようにしてもよい。また、電気機械変換素子２００に４．０×１０−８［Ｃ］以上の電荷量が蓄積されるようにしてもよい。このような範囲の電荷量を電気機械変換素子２００に蓄積させることにより、より確実に後述の分極率となるように分極処理を行うことができる。蓄積される電荷量が、１．０×１０−８［Ｃ］に満たない場合、電気機械変換素子の連続駆動後の変位劣化について十分な特性が得られない場合がある。
電気機械変換素子２００の分極処理の状態については、電気機械変換素子２００のＰ−Ｅヒステリシスループから判断することができる。
図１２は、電気機械変換素子２００の分極処理の状態を判断することができるＰ−Ｅヒステリシスループの例を示している。図１２（ａ）は、分極処理を行う前の電気機械変換素子のＰ−Ｅヒステリシスループの一例を示す特性図であり、図１２（ｂ）は、分極処理後の電気機械変換素子のＰ−Ｅヒステリシスループの一例を示す特性図である。
図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、電気機械変換素子に電圧を印加して±１５０［ｋＶ／ｃｍ］の電界強度かけてヒステリシスループを測定した場合に、電気機械変換素子に電圧を印加する前の０［ｋＶ／ｃｍ］時の分極をＰｉｎｉとする。また、電気機械変換素子に＋１５０［ｋＶ／ｃｍ］の電圧印加後に０［ｋＶ／ｃｍ］まで戻したときの０［ｋＶ／ｃｍ］時の分極をＰｒとする。このとき、Ｐｒ−Ｐｉｎｉの値を「分極率」として定義し、この分極率により、分極の状態が適切であるか否かを判断することができる。具体的には、図１２（ｂ）に示すように、分極処理を行った後の電気機械変換素子について測定した分極率Ｐｒ−Ｐｉｎｉの値が所定値以下になった場合に、分極の状態が適切であると判断することができる。例えば、分極率Ｐｒ−Ｐｉｎｉの値が１０［μＣ／ｃｍ２］以下になった場合に分極の状態が適切であると判断してよい。また、分極率Ｐｒ−Ｐｉｎｉの値が５［μＣ／ｃｍ２］以下となった場合に、分極の状態が適切であると判断してよい。Ｐｒ−Ｐｉｎｉの値が十分に小さくなっていない場合は、分極が十分になされておらず、電気機械変換素子の所定駆動電圧に対する変形量（表面変位量）が安定しない状態となる。また、電気機械変換素子の連続駆動後の変形量（表面変位量）の劣化を抑制できない場合がある。
次に、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドのより具体的な実施例について、比較例とともに説明する。
〔実施例１〕
実施例１における電気機械変換素子２００の部分の構成は、前述の図２（ｂ）の構成を採用し、図６、７に示すように電気機械変換素子２００の配列方向の両端部における液室の隔壁のみを大きくした。
実施例１では、６インチシリコンウェハにＳｉＯ２（膜厚：６００［ｎｍ］）、Ｓｉ（膜厚：２００［ｎｍ］）、ＳｉＯ２（膜厚：１００［ｎｍ］）、ＳｉＮ（膜厚：１５０［ｎｍ］）、ＳｉＯ２（膜厚：１３００［ｎｍ］）、ＳｉＮ（膜厚：１５０［ｎｍ］）、ＳｉＯ２（膜厚：１００［ｎｍ］）、Ｓｉ（膜厚：２００［ｎｍ］）、ＳｉＯ２（膜厚：６００［ｎｍ］）の順に形成した振動板２２を作製した。
次に、振動板２２上に下部電極２３を次のように形成した。まず、下部電極２３の密着膜として、チタン膜（膜厚：２０［ｎｍ］）を成膜温度３５０℃でスパッタ装置にて成膜した。その後、ＲＴＡを用いて７５０℃にて熱酸化し、引き続き金属膜として白金膜（膜厚１６０［ｎｍ］）を成膜温度４００℃でスパッタ装置にて成膜した。
次に、下地層となるＰｂＴｉＯ３層（ＰＴ層）としてＰｂ：Ｔｉ＝１：１に調整した溶液（ＰＴ溶液）を準備した。更に、電気機械変換膜（ＰＺＴ層）２４としてＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１１５：４９：５１に調整された溶液（ＰＺＴ前駆体塗布液）とを準備した。これらの溶液を用いてスピンコート法により膜を成膜した。
ＰＺＴの具体的なＰＺＴ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（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。この工程を計８回（２４層）実施し、約２［μｍ］のＰＺＴ膜厚を得た。
次に、第３、４の電極の酸化物膜としてＳｒＲｕＯ３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。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、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。その後、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチング装置（サムコ株式会社製）を用いて例えば前述の図３に示すようなパターンを作製した。次に、第１の絶縁保護膜として、ＡＬＤ（原子層堆積）工法を用いてＡｌ２Ｏ３膜を５０［ｎｍ］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Ｏ３を交互に積層させることで、成膜を進めた。その後、図３に示すように、エッチングによりコンタクトホール部を形成する。その後、第５、第６の電極およびメタル配線として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、第２の絶縁膜としてＳｉ３Ｎ４をプラズマＣＶＤ法により５００［ｎｍ］成膜し、電気機械変換素子２００を作製した。電気機械変換素子２００は１つのチップ内に３００個一列に並ぶようにレイアウトした。
また、同様の工程により、支持基板２８を接合するための段差部（接合面段差）２７を形成する。この段差部２７は液室２１ａの隔壁２１ｂに対応する位置に設けられている。第１の絶縁保護膜を形成する工程で、液室２１ａの隔壁２１ｂに対応する位置に、第１の絶縁保護膜、メタル配線、第２の絶縁保護膜の各層と同じ層を形成している。すなわち、段差部２７は、第１の絶縁保護膜と同じ層、メタル配線と同じ層、第２の絶縁保護膜と同じ層を積層したもので構成されている。また、段差部２７は、電気機械変換素子２００の活性部には設けられていなく、かつ、液室２１ａの隔壁２１ｂに対応する部分の配列方向における外側に設けられていない。すなわち、段差部２７は、振動板２２の変形領域に影響を及ぼさない位置で形成されている。
この後、前述の図１１の装置を用いて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φ５０［μｍ］のタングステンのワイヤを用い、グリッド電極としてステンレス製の開口率６０％のグリッド電極を用いた。分極処理条件としては、処理温度８０［℃］、コロナ電圧９［ｋＶ］、グリッド電圧１．５［ｋＶ］、処理時間３０［ｓ］、コロナ電極−グリッド電極間距離４［ｍｍ］、グリッド電極−ステージ間距離４［ｍｍ］にて行った。
また第５、第６の電極に接続するための共通電極、個別電極パッドを形成したが、個別電極間パッドの距離は８０［μｍ］とした。
その後、液室基板２１の裏面のＳｉをエッチングし、図２に示すように液室２１ａ（幅：６０［μｍ］）まで形成された電気機械変換素子２００を作製した。このとき液室２１ａを有する液室基板２１を支持するため、前述の図６に示すように支持基板２８を接合した後に、ウエハ裏面からＳｉエッチングを実施した。
実施例１では、電気機械変換素子２００の配列方向の両端部以外における補強壁２８ａの間隔Ｌ０（電気機械変換素子２００を覆う開口部の隔壁の幅）は７５［μｍ］とした。これに対し、電気機械変換素子２００の配列方向の両端部における補強壁２８ａの間隔Ｌ１は上記Ｌ０よりも大きい１５０［μｍ］とした。その後、ダイシングすることで基板をチップ化し、個別化された液滴吐出ヘッドが得られた。
〔実施例２〕
実施例２では、電気機械変換素子２００の配列方向の両端部における補強壁２８ａの間隔Ｌ１を２２５［μｍ］とした以外は、実施例１と同等である。
〔実施例３〕
実施例３では、下部電極２３の電極層を形成したあと、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（サムコ株式会社製）を用いて下部電極２３をパターン化した。その後、実施例１と同様にＰＺＴを成膜し、ＰＺＴ膜をパターン化して電気機械変換膜２４とし、その後、上部電極２５を成膜した。上部電極２５はＰＺＴ膜に沿ってパターン化は実施していない。その後は実施例１と同等の方法で作製した。
また、実施例３では、電気機械変換素子２００の配列方向の両端部における補強壁２８ａの間隔Ｌ１を１５０［μｍ］とした。
〔実施例４〕
実施例４では、電気機械変換素子２００の配列方向の両端部において電気機械変換素子２００を覆う支持基板の開口は、３つの電気機械変換素子２００が含められるように形成した。すなわち、電気機械変換素子２００の配列方向の両端部における補強壁２８ａの間隔Ｌ１を、両端部以外における補強壁２８ａの間隔Ｌ０（７５［μｍ］）の３倍の２２５［μｍ］にした。それ以外の構成は、実施例１と同等である。
〔実施例５〕
実施例５では、前述の図８に示すように、電気機械変換素子２００の配列方向の両端部において電気機械変換素子２００を覆う支持基板２８の開口は、２つの電気機械変換素子２００が含められるように形成した。すなわち、電気機械変換素子２００の配列方向の両端部における補強壁２８ａの間隔Ｌ１を、両端部以外における補強壁２８ａの間隔Ｌ０（７５［μｍ］）の２倍の１５０［μｍ］にした。それ以外の構成は、実施例１と同等である。
〔実施例６〕
実施例６では、下部電極２３の電極層を形成したあと、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（サムコ株式会社製）を用いて下部電極２３をパターン化した。その後、実施例１と同様にＰＺＴを成膜し、ＰＺＴ膜をパターン化して電気機械変換膜２４とし、その後、上部電極２５を成膜した。上部電極２５はＰＺＴ膜に沿ってパターン化は実施していない。その後は実施例１と同等の方法で作製した。
また、実施例６では、実施例５同様に、電気機械変換素子２００の配列方向の両端部において電気機械変換素子２００を覆う支持基板の開口は、２つの電気機械変換素子２００が含められるように形成した。すなわち、電気機械変換素子２００の配列方向の両端部における補強壁２８ａの間隔Ｌ１を、両端部以外における補強壁２８ａの間隔Ｌ０（７５［μｍ］）の２倍の１５０［μｍ］にした。それ以外の構成は、実施例１と同等である。
〔比較例１〕
比較例１では、電気機械変換素子２００の配列方向の両端部における補強壁２８ａの間隔Ｌ１を、両端部以外における補強壁２８ａの間隔Ｌ０と同じ７５［μｍ］とした以外は、実施例１と同等である。
〔比較例２〕
電気機械変換素子２００の配列方向の両端部において電気機械変換素子２００を覆う支持基板の開口は、２０個の電気機械変換素子２００が含められるように形成した。すなわち、電気機械変換素子２００の配列方向の両端部における補強壁２８ａの間隔Ｌ１を、両端部以外における補強壁２８ａの間隔Ｌ０（７５［μｍ］）の２０倍の１５００［μｍ］にした。それ以外の構成は、実施例４と同等である。
上記実施例１〜６及び比較例１、２で作製した電気機械変換素子２００を含む液滴吐出ヘッドについて、振動板２２の液室内壁部分及び電気機械変換素子２００の表面変位特性の配列方向におおけるバラツキの評価を行った。これらの表面変位は、液室基板２１の裏面側（例えば図６の下側）から掘加工を行い、振動評価を実施した。具体的には、電気機械変換素子２００に１５０［ｋＶ／ｃｍ］の電界を形成する所定のパルス波形（１［ｋＨｚ］の三角波）の駆動電圧を印加したときの振動板２２の液室内壁部分である下面の表面変形量を、レーザードップラー振動計で計測した。表面変位特性のバラツキの評価は、配列方向における振動板２２の液室内壁部分及び電気機械変換素子２００の表面変位の平均値に対する、両端部での電気機械変換素子２００の表面変位の増加量の比率（％）で評価した。すなわち、振動板２２の液室内壁部分及び電気機械変換素子２００の表面変位の平均値をＤａとし、両端部側での表面変位をＤｔとしたとき、（Ｄｔ−Ｄａ）／Ｄａの値（％）を表面変位特性のバラツキの値とした。
表１に、実施例１〜６及び比較例１、２における表面変位特性のバラツキの評価結果を示す。
表１の結果に示すように、実施例１〜６では、配列方向の端部における振動板２２の液室内壁部分及び電気機械変換素子２００の特異的な変位挙動は改善され、表面変位特性のバラツキを３．５％〜４．２％の範囲に抑制できることを確認した。但し、電気機械変換素子２００の配列方向における液室基板２１の両端部における補強壁２８ａの間隔Ｌ１を広げることによって液室基板２１の隔壁２１ａの剛性が低下して液滴の吐出特性に影響を及ぼす場合もある。そのため、上記両端部における補強壁２８ａの間隔Ｌ１を広げる場合は、液室基板２１の隔壁２１ａの剛性とつき合わせて考慮する必要がある。
表１の結果に示すように、上記表面変位特性のバラツキは、上部電極２５及び下部電極２３のパターニングのされ方によっても違いはなく、両端部における電気機械変換素子２００の特異的な変位挙動は改善されている。
一方、比較例１、２ではそれぞれ、上記表面変位特性のバラツキの値が１２．１％及び１０．８％に達し、両端部における電気機械変換素子２００が特異的な変位挙動を示したままとなった。
次に、本実施形態に係る液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置について説明する。
図１３は、本実施形態に係る液滴吐出装置の一例を示す斜視図であり、図１４は図１３の液滴吐出装置の機構部の一例を示す側面図である。図１３及び図１４の液滴吐出装置は、画像形成装置であるインクジェット記録装置の例である。
本実施形態の液滴吐出装置は、記録装置本体９１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、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、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部９２等を収納している。
記録装置本体９１の下方部には前方側から多数枚の用紙９３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）９４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙９３を手差しで給紙するための手差しトレイ９５を開倒することができる。そして、給紙カセット９４或いは手差しトレイ９５から給送される用紙９３を取り込み、印字機構部９２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９６に排紙する。
印字機構部９２は、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１０１と従ガイドロッド１０２とでキャリッジ１０３を主走査方向に摺動自在に保持している。キャリッジ１０３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液滴吐出ヘッドからなるヘッド１０４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ている。そして、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１０３にはヘッド１０４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１０５を交換可能に装着している。
インクカートリッジ１０５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いる。そして、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１０４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１０３は、後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１０１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１０２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１０３を主走査方向に移動走査するため、主走査モーター１０７で回転駆動される駆動プーリ１０８と従動プーリ１０９との間にタイミングベルト１１０を張装している。このタイミングベルト１１０をキャリッジ１０３に固定しており、主走査モーター１０７の正逆回転によりキャリッジ１０３が往復駆動される。
次に、給紙カセット９４にセットした用紙９３をヘッド１０４の下方側に搬送する機構について説明する。まず、給紙カセット９４から用紙９３を分離給装する給紙ローラ１１１及びフリクションパッド１１２と、用紙９３を案内するガイド部材１１３と、給紙された用紙９３を反転させて搬送する搬送ローラ１１４を有している。そして、この搬送ローラ１１４の周面に押し付けられる搬送コロ１１５及び搬送ローラ１１４からの用紙９３の送り出し角度を規定する先端コロ１１６と、を設けている。搬送ローラ１１４は、副走査モーター１１７によってギヤ列を介して回転駆動される。
キャリッジ１０３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１１４から送り出された用紙９３をヘッド１０４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１１９を設けている。この印写受け部材１１９の用紙搬送方向下流側には、用紙９３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１２１、拍車１２２を設けている。さらに用紙９３を排紙トレイ９６に送り出す排紙ローラ１２３及び拍車１２４と、排紙経路を形成するガイド部材１２５、１２６とを配設している。
記録時には、キャリッジ１０３を移動させながら画像信号に応じてヘッド１０４を駆動することにより、停止している用紙９３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙９３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９３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９３を排紙する。
また、キャリッジ１０３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１０４の吐出不良を回復するための回復装置１２７を配置している。回復装置１２７は、キャップング手段と吸引手段とクリーニング手段とを有している。キャリッジ１０３は印字待機中には、この回復装置１２７側に移動されてキャッピング手段でヘッド１０４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１０４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す。これにより、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。
本実施形態の液滴吐出装置においては、前述の液滴吐出ヘッドを備えている。このため、液滴吐出ヘッドの電気機械変換素子はインク吐出特性を良好に保持できる変形量（表面変位量）を十分確保すると共に、連続吐出しても変形量（表面変位量）の劣化が十分抑制されるので、液滴吐出装置は安定したインク吐出を行うことが可能になる。
本実施形態の画像形成装置（インクジェット記録装置）においては前述の実施形態及び実施例１〜６で作製した液滴吐出ヘッドを搭載している。従って、電気機械変換素子（圧電素子）２００の配列方向における変形量（表面変位量）のバラツキが抑制されているため、安定した濃度ムラのないインク滴吐出特性が得られ、画像品質が向上する。
また、上記実施例１〜６で作製した電気機械変換素子を用いて液体吐出ヘッドを作製し、液の吐出評価を行った。粘度を５［ｃｐ］に調整したインクを用いて、単純台形波形により−１０〜３０［Ｖ］の印加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。
なお、上記実施形態は、液滴吐出ヘッドから吐出した液滴を用紙に着弾させて画像を形成する画像形成装置に適用した場合について説明したが、上記実施形態で例示された構成などは、画像形成装置以外の液滴吐出装置にも適用することができる。例えば、上記実施形態で例示された構成などは、液滴を着弾させて付与する媒体が、用紙以外の媒体（記録媒体、転写材、記録紙）である液滴吐出装置の場合も同様に適用することができる。また、液滴を着弾させて付与する媒体が、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体である液滴吐出装置の場合も同様に適用することができる。また、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与する装置だけでなく、文字等の意味を持たないパターンを媒体に付与する（単に液滴を吐出する）装置にも適用することができる。また、パターニング用の液体レジストを吐出して被着弾媒体上に着弾させる装置にも適用することができる。また、遺伝子分析試料（ＤＮＡ試料）を吐出して被着弾媒体上に着弾させる液滴吐出装置や、三次元造型用の液滴吐出装置などにも適用することができる。また、上記実施形態に係る画像形成装置には、シリアル型画像形成装置及びライン型画像形成装置のいずれも含まれる。
以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
所定の配列方向に配列する複数の液室２１ａをそれぞれ形成するように互いに独立した複数の開口部２１ａ’を有する液室基板２１と液室基板２１の複数の液室２１ａそれぞれに連通する複数のノズル２６ａを有し、液室基板２１の一方の面側で各液室２１ａの内壁を構成するように設けられたノズル板２６と、液室基板２１の他方の面側で各液室２１ａの内壁を構成するように設けられた振動板２２と、振動板２２の液室基板２１側とは反対側の表面に、複数の液室２１ａそれぞれに対応するように配列させて設けられた複数の電気機械変換素子２００と、液室基板２１の前記配列方向における複数の開口部２１ａ’が形成されていない複数の隔壁２１ｂなどの非開口部に対応するように、振動板２２の液室基板２１側とは反対側に直接又は中間層を介して接合された複数の補強壁２８ａを有する支持基板２８と、を備えた液滴吐出ヘッドであって、前記配列方向における液室基板２１の両端部それぞれの近くに位置する一又は複数の開口部に隣接する複数の非開口部に対応する複数の補強壁２８ａの互いに隣り合う補強壁間の間隔Ｌ１は、その他の複数の非開口部に対応する複数の補強壁２８ａの互いに隣り合う補強壁間の間隔Ｌ０よりも大きい。
本態様Ａによれば、上記実施形態について説明したように、前記配列方向において液室基板の複数の開口部が形成されていない複数の非開口部に対応するように、振動板の液室基板側とは反対側に直接又は中間層を介して複数の補強壁が接合されている。これらの複数の補強壁により液室基板の複数の非開口部それぞれを補強し、非開口部の剛性を高めることができる。
また、以下に示すように補強壁間の間隔を規定することにより、前記配列方向における液室基板の両端部の近くに位置する液室に対応する振動板の液室内壁を構成している液室内壁部分の特異的な変位特性を抑制することができる。
前記配列方向における液室基板の両端部の近くに位置する液室（開口部）に対応する振動板の液室内壁部分は、他の液室に対応する振動板の液室内壁部分よりも駆動時の変位量が大きくなる特異的な変位特性を有するおそれがある。この振動板の液室内壁部分の特異的な変位特性の原因について、本発明者らが実験及び検討を行った結果、前記配列方向における液室基板の両端部側での液室基板の反りが影響していることがわかった。すなわち、上記構成の液滴吐出ヘッドでは、上記複数の開口部を有する液室基板の２つの面のうち振動板側の面は、振動板を介して、上記非開口部の剛性を高めるための支持基板の補強壁が接合されている。このため、液室基板の振動板側の面はその面に沿った方向に延びにくい。一方、液室基板のノズル板側の面は、比較的薄いノズル板が取り付けられているものの、上記補強壁を有する支持基板は取り付けられていないため、面に沿った方向に延びやすい。この液室基板の２つ面における面方向の延びに関する特性差により、製造時に液室基板が振動板側に曲がる反りが発生する。特に、前記配列方向における液室基板の両端部側では、上記延びを規制する力が弱いため、上記反りが大きくなる。この液室基板の両端部側で強い反りが発生すると、その両端部それぞれの近くに位置する液室に対応する振動板の液室内壁部分に隣接する挾持部分（液室基板の非開口部と支持基板の補強壁とで挟まれている部分）を拘束する拘束力がより強くなる。この振動板の挾持部分における上記拘束力が強いと、その振動板を電気機械変換素子で駆動したときに振動板の振動が上記挾持部分から逃げにくくなり、振動板の液室内壁部分に振動エネルギーがより集中し、振動板の液室内壁部分の変位量が大きくなる。従って、上記配列方向における液室基板の両端部それぞれの近くに位置する液室に対応する振動板の液室内壁部分の駆動時の変位量が、他の液室に対応する振動板の液室内壁部分よりも大きくなる特異的な変形特性を有する。以上示したように、上記配列方向における液室基板の両端部側での大きな反りの影響により、前記配列方向における液室基板の両端部の近くに位置する液室（開口部）に対応する振動板の液室内壁部分が上記特異的な変位特性を有することがわかった。
本態様Ａでは、前記配列方向における液室基板の両端部の近くに位置する液室に対応する振動板の液室内壁部分における特異的な変位特性について得られた知見により、次のように補強壁間の間隔を規定している。すなわち、前記配列方向における液室基板の両端部それぞれの近くに位置する一又は複数の開口部に隣接する複数の非開口部に対応する複数の補強壁の補強壁間の間隔を、その他の複数の非開口部に対応する複数の補強壁の補強壁間の間隔よりも大きくしている。このように液室基板の両端部それぞれの近くでの補強壁間の間隔を大きくすることにより、液室基板の振動板側の面に沿った方向の延びを規制する力を低下させ、前述の製造時に発生する液室基板の両端部側での反りを抑制できる。このように液室基板の両端部側での反りを抑制できるため、その反りの影響で高まりやすい前述の振動板の液室内壁部分に隣接している挾持部分に対する拘束力を低下させている。この振動板の挾持部分に対する拘束力の低下により、振動板を電気機械変換素子で駆動したときの振動板の振動が挾持部分を介して若干逃げるようになるため、前記振動板の液室内壁部分への振動エネルギーの集中を緩和できる。よって、液室基板の両端部それぞれの近くに位置する液室に対応する振動板の液室内壁部分の変位量を、他の液室に対応する振動板の液室内壁部分と同程度まで抑えることができる。従って、上記液室基板の液室の配列方向における液滴吐出特性のバラツキを抑制することができる。
以上のように、液室基板の液室が形成される開口部に隣接する非開口部の剛性を高めることができるとともに、液室基板の液室の配列方向における液滴吐出特性のバラツキを抑制することができる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、前記間隔が大きくなっている補強壁間に位置する電気機械変換素子は、液滴吐出に用いられないダミーの電気機械変換素子である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、前記間隔が大きくなっている補強壁間に位置する液室に圧力変化は発生しないことにより、当該液室に連通するノズルから液滴が吐出されない。従って、上記液室基板の両端部側において隔壁２１ａの剛性が若干低下しても、その剛性低下によるクロストークなどの液滴吐出特性の問題を解消することができる。
（態様Ｃ）
上記態様Ａ又はＢにおいて、前記ノズル板は、前記間隔が大きくなっている補強壁間に対応する開口部によって形成される液室に連通するノズルを有していない。
これによれば、上記実施形態について説明したように、前記間隔が大きくなっている補強壁間に位置する液室に隣接する隔壁の剛性が若干低下しても、その剛性低下によるクロストークなどの液滴吐出特性の問題を解消することができる。
（態様Ｄ）
所定の配列方向に配列する複数の液室２１ａをそれぞれ形成するように互いに独立した複数の開口部２１ａ’を有する液室基板２１と液室基板２１の複数の液室２１ａそれぞれに連通する複数のノズル２６ａを有し、液室基板２１の一方の面側で各液室２１ａの内壁を構成するように設けられたノズル板２６と、液室基板２１の他方の面側で各液室２１ａの内壁を構成するように設けられた振動板２２と、振動板２２の液室基板２１側とは反対側の表面に、複数の液室２１ａそれぞれに対応するように配列させて設けられた複数の電気機械変換素子２００と、液室基板２１の前記配列方向における複数の開口部２１ａ’が形成されていない複数の隔壁２１ｂなどの非開口部に対応するように、振動板２２の液室基板２１側とは反対側に直接又は中間層を介して接合された複数の補強壁２８ａを有する支持基板２８と、を備えた液滴吐出ヘッドであって、前記配列方向における前記液室基板の両端部側それぞれに位置する二以上の開口部の互いに隣り合う部分の非開口部に対応する位置に、前記補強壁が設けられていない。
これによれば、上記実施形態について説明したように、前記配列方向において液室基板の複数の開口部が形成されていない複数の非開口部に対応するように、振動板の液室基板側とは反対側に直接又は中間層を介して複数の補強壁が接合されている。これらの複数の補強壁により液室基板の複数の非開口部それぞれを補強し、非開口部の剛性を高めることができる。
また、本態様Ｄでは、前記配列方向における液室基板の両端部側それぞれに位置する二以上の開口部の互いに隣り合う部分の非開口部に対応する位置に、補強壁が設けられていない。このように補強壁を設けないことにより、液室基板の振動板側の面に沿った方向の延びを規制する力を低下させ、前述の製造時に発生する液室基板の両端部側での反りを抑制できる。このように液室基板の両端部側での反りを抑制できるため、その反りの影響で高まりやすい前述の振動板の液室内壁部分に隣接している挾持部分に対する拘束力を低下させている。この振動板の挾持部分に対する拘束力の低下により、振動板を電気機械変換素子で駆動したときの振動板の振動が挾持部分を介して若干逃げるようになるため、前記振動板の液室内壁部分への振動エネルギーの集中を緩和できる。よって、液室基板の両端部それぞれの近くに位置する液室に対応する振動板の液室内壁部分の変位量を、他の液室に対応する振動板の液室内壁部分と同程度まで抑えることができる。従って、上記液室基板の液室の配列方向における液滴吐出特性のバラツキを抑制することができる。
以上のように、液室基板の液室が形成される開口部に隣接する非開口部の剛性を高めることができるとともに、液室基板の液室の配列方向における液滴吐出特性のバラツキを抑制することができる。特に、本態様Ｄでは、液室基板の両端部における補強壁の位置を配列方向における外側に変更する必要がないため、液室基板の配列方向における大サイズ化を回避できる。
（態様Ｅ）
上記態様Ｄにおいて、前記液室基板に有する前記複数の開口部の総数は８０以上であり、前記補強壁が設けられていない部分に対応する前記非開口部に隣接する複数の開口部の個数は、前記複数の開口部の総数の１／２０以下である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、前記液室基板の両端部側の開口部以外において振動板の変形量が過剰に低下することを防止できる。
（態様Ｆ）
上記態様Ｄ又はＥにおいて、前記補強壁が設けられていない部分に対応する前記非開口部に隣接する複数の開口部それぞれに対応する電気機械変換素子は、液滴吐出に用いられないダミーの電気機械変換素子である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、前記補強壁が設けられていない部分に対応する非開口部に隣接する複数の液室に圧力変化は発生しないことにより、当該複数の液室に連通するノズルから液滴が吐出されない。従って、上記液室基板の両端部側において隔壁２１ａの剛性が若干低下しても、その剛性低下によるクロストークなどの液滴吐出特性の問題を解消することができる。
（態様Ｇ）
上記態様Ｄ乃至Ｆのいずれかにおいて、前記ノズル板は、前記補強壁が設けられていない部分に対応する前記非開口部に隣接する複数の開口部によってそれぞれ形成される複数の液室に連通するノズルを有していない。
これによれば、上記実施形態について説明したように、前記補強壁が設けられていない部分に対応する非開口部に隣接する複数の液室に隣接する隔壁の剛性が若干低下しても、その剛性低下によるクロストークなどの液滴吐出特性の問題を解消することができる。
（態様Ｈ）
上記態様Ａ乃至Ｇのいずれかにおいて、前記支持基板の補強壁は、前記振動板の前記電気機械変換素子によって駆動されない非活性部分に対応するように設けられている。
これによれば、上記実施形態について説明したように、補強壁の位置よって影響を受ける、電気機械変換素子の駆動による振動板の変形のバラツキを抑制できる。
（態様Ｉ）
上記態様Ａ乃至Ｈのいずれかにおいて、前記複数の電気機械変換素子が設けられた第１のウエハと、前記支持基板が設けられた第２のウエハとを接合し、その接合したウエハ接合部材を切断して個別化されている。
これによれば、上記実施形態について説明したように、ウエハ接合部材を切断して個別化されるときに発生しやすい上記配列方向の両端部における液室基板の反りを抑制することができる。
（態様Ｊ）
上記態様Ａ乃至Ｉのいずれかの液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、液室基板の液室を区画する隔壁の剛性不足による液室間のクロストークなどの液滴吐出特性の劣化を防止できるので、複数のノズルそれぞれから吐出される液滴の量や速度の精度を高めることができる。また、電気機械変換素子の配列方向における液滴吐出特性のバラツキを抑制できるので、複数のノズルそれぞれから吐出される液滴の前記配列方向の両端部における吐出ムラを低減することができる。
（態様Ｋ）
上記態様Ａ乃至Ｉのいずれかの液滴吐出ヘッドを有する画像形成装置である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、液室基板の液室を区画する隔壁の剛性不足による液室間のクロストークなどの液滴吐出特性の劣化を防止できる。従って、複数のノズルそれぞれから吐出される画像形成用の液滴の量や速度の精度を高めることができる。また、電気機械変換素子の配列方向における液滴吐出特性のバラツキを抑制できるので、複数のノズルそれぞれから吐出される画像形成用の液滴の前記配列方向の両端部における吐出ムラを低減することができる。従って、画像形成用の液滴吐出による濃度ムラの少ない所定濃度の画像を形成することができる。
２０ 圧電アクチュエータ
２１ 液室基板
２１ａ 液室
２１ａ’ 開口部
２１ｂ 隔壁（非開口部）
２２ 振動板
２３ 下部電極
２４ 電気機械変換膜（ＰＺＴ膜）
２５ 上部電極
２６ ノズル板
２６ａ ノズル
２７ 段差部
２８ 支持基板
２８ａ 補強壁
２００ 電気機械変換素子（圧電素子）
特開２００４−０８２６２３号公報

Claims (10)

  1. 所定の配列方向に配列する複数の液室をそれぞれ形成するように互いに独立した複数の開口部を有する液室基板と、
    前記液室基板の複数の液室それぞれに連通する複数のノズルを有し、前記液室基板の一方の面側で各液室の内壁を構成するように設けられたノズル板と、
    前記液室基板の他方の面側で各液室の内壁を構成するように設けられた振動板と、
    前記振動板の前記液室基板側とは反対側の表面に、前記複数の液室それぞれに対応するように配列させて設けられた複数の電気機械変換素子と、
    前記液室基板の前記配列方向における複数の開口部が形成されていない複数の非開口部に対応するように、前記振動板の前記液室基板側とは反対側に直接又は中間層を介して接合された複数の補強壁を有する支持基板と、を備えた液滴吐出ヘッドであって、
    前記配列方向における前記液室基板の両端部それぞれの近くに位置する一又は複数の開口部に隣接する複数の非開口部に対応する複数の補強壁の互いに隣り合う補強壁間の間隔は、その他の複数の非開口部に対応する複数の補強壁の互いに隣り合う補強壁間の間隔よりも大きく、
    前記間隔が大きくなっている補強壁間に位置する電気機械変換素子は、液滴吐出に用いられないダミーの電気機械変換素子であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  2. 請求項１の液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記ノズル板は、前記間隔が大きくなっている補強壁間に対応する開口部によって形成される液室に連通するノズルを有していないことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  3. 所定の配列方向に配列する複数の液室をそれぞれ形成するように互いに独立した複数の開口部を有する液室基板と、
    前記液室基板の複数の液室それぞれに連通する複数のノズルを有し、前記液室基板の一方の面側で各液室の内壁を構成するように設けられたノズル板と、
    前記液室基板の他方の面側で各液室の内壁を構成するように設けられた振動板と、
    前記振動板の前記液室基板側とは反対側の表面に、前記複数の液室それぞれに対応するように配列させて設けられた複数の電気機械変換素子と、
    前記液室基板の前記配列方向における複数の開口部が形成されていない複数の非開口部に対応するように、前記振動板の前記液室基板側とは反対側に直接又は中間層を介して接合された複数の補強壁を有する支持基板と、を備えた液滴吐出ヘッドであって、
    前記配列方向における前記液室基板の両端部それぞれの近くに位置する一又は複数の開口部に隣接する複数の非開口部に対応する複数の補強壁の互いに隣り合う補強壁間の間隔は、その他の複数の非開口部に対応する複数の補強壁の互いに隣り合う補強壁間の間隔よりも大きく、
    前記ノズル板は、前記間隔が大きくなっている補強壁間に対応する開口部によって形成される液室に連通するノズルを有していないことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  4. 所定の配列方向に配列する複数の液室をそれぞれ形成するように互いに独立した複数の開口部を有する液室基板と、
    前記液室基板の複数の液室それぞれに連通する複数のノズルを有し、前記液室基板の一方の面側で各液室の内壁を構成するように設けられたノズル板と、
    前記液室基板の他方の面側で各液室の内壁を構成するように設けられた振動板と、
    前記振動板の前記液室基板側とは反対側の表面に、前記複数の液室それぞれに対応するように配列させて設けられた複数の電気機械変換素子と、
    前記液室基板の前記配列方向における複数の開口部が形成されていない複数の非開口部に対応するように、前記振動板の前記液室基板側とは反対側に直接又は中間層を介して接合された複数の補強壁を有する支持基板と、を備えた液滴吐出ヘッドであって、
    前記配列方向における前記液室基板の両端部側それぞれに位置する二以上の開口部の互いに隣り合う部分の非開口部に対応する位置に、前記補強壁が設けられていないことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  5. 請求項４の液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記液室基板に有する前記複数の開口部の総数は８０以上であり、
    前記補強壁が設けられていない部分に対応する前記非開口部に隣接する複数の開口部の個数は、前記複数の開口部の総数の１／２０以下であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  6. 請求項４又は５の液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記補強壁が設けられていない部分に対応する前記非開口部に隣接する複数の開口部それぞれに対応する電気機械変換素子は、液滴吐出に用いられないダミーの電気機械変換素子であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  7. 請求項４乃至６のいずれかの液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記ノズル板は、前記補強壁が設けられていない部分に対応する前記非開口部に隣接する複数の開口部によってそれぞれ形成される複数の液室に連通するノズルを有していないことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  8. 請求項１乃至７のいずれかの液滴吐出ヘッドにおいて、
    前記支持基板の補強壁は、前記振動板の前記電気機械変換素子によって駆動されない非活性部分に対応するように設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
  9. 請求項１乃至８のいずれかの液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置。
  10. 請求項１乃至８のいずれかの液滴吐出ヘッドを有する画像形成装置。
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