JP2009088290A - 圧電アクチュエータの製造方法、液体吐出ヘッド、及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電体膜の膜剥離を防止しつつ、圧電特性を向上させる。
【解決手段】上部電極膜と下部電極膜との間に圧電体膜が設けられてなる圧電アクチュエータの製造方法であって、下部電極膜上に一般式ＡＢＯ３（但し、Ａは、Ｐｂ及びＢａのうちの少なくとも一方を含み、Ｂは、Ｚｒ及びＴｉのうち少なくとも一方を含む。）で示されるペロブスカイト型の結晶構造を有する圧電体膜を成膜した後、酸素雰囲気中で前記成膜時に前記圧電体膜に加えた温度以下で前記圧電体膜をアニール処理する工程を含むことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法を提供することにより、前記課題を解決する。
【選択図】 図２
【解決手段】上部電極膜と下部電極膜との間に圧電体膜が設けられてなる圧電アクチュエータの製造方法であって、下部電極膜上に一般式ＡＢＯ３（但し、Ａは、Ｐｂ及びＢａのうちの少なくとも一方を含み、Ｂは、Ｚｒ及びＴｉのうち少なくとも一方を含む。）で示されるペロブスカイト型の結晶構造を有する圧電体膜を成膜した後、酸素雰囲気中で前記成膜時に前記圧電体膜に加えた温度以下で前記圧電体膜をアニール処理する工程を含むことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法を提供することにより、前記課題を解決する。
【選択図】 図２
Description
本発明は、上部電極膜と下部電極膜との間に圧電体膜が設けられてなる圧電アクチュエータの製造方法、液体吐出ヘッド、及び画像形成装置に関する。
従来より、上部電極膜と下部電極膜との間に圧電体膜が設けられてなる圧電アクチュエータが知られており、例えば、インクジェット記録方式の記録ヘッド（インクジェットヘッド）に利用されている。この圧電アクチュエータは、一般に、圧力室の一壁面を構成する振動板上に下部電極膜、圧電体膜、及び上部電極膜が順に積層された構造となっており、圧電体膜に電界が印加されると、圧電体膜が厚み方向と垂直な方向に伸縮して振動板が圧力室側に凸状に撓むように変形し、これにより、圧力室内のインクが加圧され、該圧力室に連通するノズルからインク滴が吐出される。
上記のような圧電アクチュエータの製造方法としては、振動板となる基板上に下部電極膜、圧電体膜、及び上部電極膜を順次スパッタ法等により薄膜状に形成する方法が知られており、圧電アクチュエータを薄膜化することができ、インクジェットヘッドの小型化が可能となる。例えば、スパッタ法によりパイロクロア型の結晶構造を有する圧電体膜を低い温度（例えば、３００℃）で成膜してから、成膜時の温度以上（例えば、６５０℃）で該圧電体膜をアニール処理することでペロブスカイト型に結晶化させる方法がある。
近年、高解像、高品質な画像記録を実現するために、インクジェットヘッドに設けられる圧電アクチュエータの高性能化、高信頼化が技術課題の１つとして挙げられている。具体的には、スパッタ法等により成膜された圧電体膜の圧電特性を向上させるとともに、膜剥離を防止して信頼性の高い圧電アクチュエータを実現することが求められている。
特許文献１には、厚み方向に遠心力が作用する基板上に圧電材料を成膜して、アニール処理する工程を複数回繰り返すことで圧電体膜を形成する方法が記載されている。
特許文献２には、スパッタ法により形成されたＰｂ、Ｚｒ及びＴｉを含むペロブスカイト型構造を有する圧電体膜を成膜後に、成膜時の温度以上で熱処理を行う方法が記載されている。
特許文献３には、圧電薄膜材料を成膜後に熱処理による結晶化工程なしに直接的に、例えば、スパッタ法等で、結晶構造と優先配向面を制御した圧電体層を形成する方法が記載されている。
特開２００１−１８５７７４号公報
特開２００２−２１７４６９号公報
特開２００３−１８８４２９号公報
一般に、スパッタ法等で成膜した圧電体膜の結晶性を向上させるためにアニール処理が行われているが、単にアニール処理するだけでは圧電体膜に膜剥離が生じてしまったり、十分な圧電特性を得られなかったりするという問題がある。
スパッタ法によりパイロクロア型の結晶構造を有する圧電体膜を成膜してから該圧電体膜をアニール処理することでペロブスカイト型に結晶化させる方法では、成膜時の温度以上で圧電体膜をアニール処理する必要があり、圧電体膜が成膜される基板との線膨張係数との差によって膜剥離が生じやすいという問題がある。
特許文献１に記載の発明は、同一真空装置内で基板上に圧電材料を成膜する工程とアニール処理する工程を繰り返しており、圧電体格子内の酸素欠陥によって十分な圧電特性を得られないという問題がある。また、成膜及びアニール処理の繰り返しは成膜に時間がかかり、生産効率が低下するという問題もある。
特許文献２に記載の発明は、上述したスパッタ法によりパイロクロア型の結晶構造を有する圧電体膜を成膜してから該圧電体膜をアニール処理することでペロブスカイト型に結晶化させる方法と同様に、成膜時の温度以上で圧電体膜をアニール処理しているため、圧電体膜の膜剥離が生じやすいという問題がある。
特許文献３に記載の発明は、酸素雰囲気中で加熱処理が行われていないため、十分な圧電特性を得られないという問題がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、圧電体膜の膜剥離を防止しつつ、圧電特性を向上させた信頼性の高い圧電アクチュエータの製造方法、液体吐出ヘッド、及び画像形成装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、上部電極膜と下部電極膜との間に圧電体膜が設けられてなる圧電アクチュエータの製造方法であって、前記下部電極膜上に一般式ＡＢＯ３（但し、Ａは、Ｐｂ及びＢａのうちの少なくとも一方を含み、Ｂは、Ｚｒ及びＴｉのうち少なくとも一方を含む。）で示されるペロブスカイト型の結晶構造を有する圧電体膜を成膜した後、酸素雰囲気中で前記成膜時に前記圧電体膜に加えた温度以下で前記圧電体膜をアニール処理する工程を含むことを特徴とする。
本発明によれば、酸素雰囲気中で圧電体膜を所定の加熱温度（成膜温度）以下でアニール処理することにより、圧電体膜の膜剥離を防止することができるとともに、圧電特性を向上させることができる。これにより、信頼性の高い圧電アクチュエータを実現することができる。
圧電体膜をアニール処理するときの加熱温度（アニール温度）は該圧電体膜の成膜温度以下が好ましく、圧電体膜の膜剥離を確実に防止することができる。また、アニール温度は１００℃以上が好ましく、アニール処理による圧電特性の向上効果を得ることができる。
ペロブスカイト型の結晶構造を有する圧電体膜の成膜方法には、スパッタ法、ゾルーゲル法、ＣＶＤ法、エアロゾルデポジション法などが挙げられる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の圧電アクチュエータの製造方法の一態様に係り、前記圧電体膜をスパッタ法により成膜することを特徴とする。
本発明において、圧電体膜の成膜方法はスパッタ法が好ましく、ペロブスカイト型の結晶構造を有する圧電体膜を容易に形成することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の圧電アクチュエータの製造方法の一態様に係り、前記酸素雰囲気の酸素濃度は１０体積％以上であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明によれば、アニール処理によって圧電特性を更に向上させることができる。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータの製造方法の一態様に係り、前記圧電体膜上に上部電極膜が形成される前に前記アニール処理を行うことを特徴とする。
請求項４に記載の発明によれば、圧電体膜上に上部電極膜が形成された後にアニール処理を行う場合に比べて圧電特性を向上させることができる。
請求項５に記載の発明に係る液体吐出ヘッドは、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータの製造方法によって製造された圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする。
請求項５に記載の発明によれば、吐出特性に優れるとともに信頼性の高い液体吐出ヘッドを実現することができる。
請求項６に記載の発明に係る画像形成装置は、請求項５に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。
請求項６に記載の発明によれば、高品質な画像形成が可能となる。
本発明によれば、酸素雰囲気中で圧電体膜を所定の加熱温度（成膜温度）以下でアニール処理することにより、圧電体膜の膜剥離を防止することができるとともに、圧電特性を向上させることができる。これにより、信頼性の高い圧電アクチュエータを実現することができる。
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
本発明に係る液体吐出ヘッドの一実施形態として、本発明が適用される圧電アクチュエータを備えたインクジェットヘッド（以下、「記録ヘッド」と称する。）の構成について説明し、次いで、その記録ヘッドの製造方法について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る記録ヘッドの要部構成を示した断面図である。図１に示すように、本実施形態の記録ヘッド１０は、インクの吐出口となるノズル１２と、ノズル１２に連通する圧力室１４と、圧力室１４内の容積を変化させる圧電アクチュエータ１６とから主に構成される。
図示は省略するが、記録ヘッド１０の吐出面（ノズル面）には複数のノズル１２が２次元状（マトリクス状）に設けられている。記録ヘッド１０内部には、各ノズル１２にそれぞれ対応する圧力室１４が設けられており、各ノズル１２はそれぞれ対応する圧力室１４に連通している。各圧力室１４の一端（図１においてノズル１２が連通する側とは反対側の端部）にはそれぞれインク供給口１８が形成されている。各圧力室１４はそれぞれインク供給口１８を介して共通流路２０と連通しており、共通流路２０内のインクが各圧力室１４にそれぞれ分配供給される。なお、共通流路２０には、図７に示すインク貯蔵／装填部２１４に配置されるインクタンク（不図示）からインク供給が行われる。
図１に示す圧電アクチュエータ１６は、圧力室１４の壁面（図１の上面）を構成する振動板２２上の各圧力室１４にそれぞれ対応する位置に下部電極膜３０、圧電体膜３２、及び上部電極膜３４が順次積層された構造となっている。各圧力室１４に対応する下部電極膜３０、圧電体膜３２、及び上部電極膜３４は圧電素子３６を構成し、圧力室１４内のインクを加圧する圧力発生手段として機能する。
下部電極膜３０及び上部電極膜３４は、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ等の電極材料で構成され、上述したように各圧力室１４に対応する位置にそれぞれ設けられている。
本実施形態では、下部電極膜３０が共通電極であり、上部電極膜３４が個別電極である構造（上部アドレス構造）が採用されており、上部電極膜（個別電極）３４には外部配線（例えばフレキシブルケーブルなど）３８が接続される。一方、各圧力室１４に対応する下部電極膜（共通電極）３０は、不図示の位置において互いに電気的に接続されて接地されている。下部電極膜３０が共通電極となる態様の場合、振動板２２上の全面に下部電極膜３０が形成されていてもよい。
圧電体膜３２は、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型の結晶構造（以下、「ペロブスカイト構造」という。）を有する金属酸化物からなる圧電体である。ここで、Ａは、Ｐｂ及びＢａのうちの少なくとも一方を含み、Ｂは、Ｚｒ及びＴｉのうちの少なくとも一方を含むことができる。更に、Ｂは、Ｖ、Ｎｂ、及びＴａのうち少なくとも一種を含むこともできる。より具体的には、圧電体は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ、（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）などが挙げられる。なお、「ペロブスカイト構造」とは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）においてＡＢＯ３のピークが第一ピークになっているものである。
ヘッドドライバ（図１中不図示、図９に符号２８４で記載）から外部配線３８を介して所定の駆動信号が圧電素子３６の上部電極膜（個別電極）３４に供給され、下部電極膜３０及び上部電極膜３４の間に配置された圧電体膜３２に電界が印加されると、圧電体膜３２の伸縮によって振動板２２が圧力室１４側に凸状となるように変形し、これにより、圧力室１４内のインクが加圧され、圧力室１４に連通するノズル１２からインク滴が吐出される。インク吐出後、振動板２２が元の状態に復帰する際、共通流路２０からインク供給口１８を介して圧力室１４に新しいインクが供給され、次のインク吐出動作に備えられる。
次に、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法について説明する。
図２及び図３は、本発明の実施形態に係る記録ヘッド１０の製造方法の一例を示した工程図であり、本発明に係る圧電アクチュエータの製造方法を含むものである。
まず、表面に絶縁層１０８が形成されたＳＯＩ基板１００を用意する（図２（ａ））。ＳＯＩ基板１００は、シリコン基板（Ｓｉ基板）で構成される支持体１０２と、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）で構成されるＢｏｘ層１０４と、シリコン基板（Ｓｉ基板）で構成される活性層１０６とから構成される多層基板である。本例の絶縁層１０８はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）で構成され、熱酸化法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの方法で形成することができる。絶縁層１０８は、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの酸化物、ＳｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＡｌＣｒＮなどの窒化物、ＳｉＯＮなどの酸窒化物、樹脂などで構成されていてもよい。
次に、絶縁層１０８の表面全体に下部電極膜１１０を形成する（図２（ｂ））。下部電極膜１１０の材料としては、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ等の電極材料が挙げられる。下部電極膜１１０の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などの方法がある。下部電極膜１１０の厚さは、例えば１００〜３００ｎｍである。続いて、エッチングにより下部電極膜１１０のパターニングを行う（図２（ｃ））。具体的には、ドライエッチング（ＲＩＥ）により下部電極膜１１０を圧力室１４（図１参照）毎に個別化する。絶縁層１０８上に下部電極膜１１０をベタ成膜してエッチングする工程に代えて、レジストを用いたリフトオフ成膜によって下部電極膜１１０を各圧力室１４にそれぞれ対応する位置に形成してもよい。
次に、絶縁層１０８上の下部電極膜１１０を覆うようにして、ＳＯＩ基板１００の上面側に圧電体膜１１２を形成する（図２（ｄ））。具体的には、上述した一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型の結晶構造を有する金属酸化物からなる圧電体膜１１２を成膜する。このようなペロブスカイト構造を有する圧電体膜１１２の成膜方法としては、スパッタ法、ゾルーゲル法、ＣＶＤ法、エアロゾルデポジション法などが挙げられ、これらの中でも厚み及び圧電特性の観点からスパッタ法が好ましい。本例では、スパッタ法によりペロブスカイト構造を有する圧電体膜１１２を成膜し、該圧電体膜１１２を成膜するときの温度（成膜温度）は５５０℃である。また、圧電体膜１１２の膜厚は、例えば１〜５μｍである。
次に、ペロブスカイト構造を有する圧電体膜１１２を成膜した後、酸素雰囲気中で所定の加熱温度（アニール温度）で該圧電体膜１１２のアニール処理を行う。アニール温度は、圧電体膜１１２の成膜温度以下である。これにより、圧電体膜１１２の膜剥離を防止することができるとともに、圧電特性を向上させることができる。また、アニール処理が行われる酸素雰囲気中の酸素濃度は１０体積％以上であることが好ましく、圧電体膜１１２の圧電特性を更に向上させることができる。
次に、圧電体膜１１２の表面全体に上部電極膜１１４を形成する（図２（ｅ））。上部電極膜１１４の材料は、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｕ等の電極材料が挙げられる。上部電極膜１１４の形成方法は、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などがある。上部電極膜１１４の厚みは、例えば１００〜３００ｎｍである。
本発明の実施に際して、圧電体膜１１２をアニール処理する工程と上部電極膜１１４を形成する工程が行われる順序は特に限定されるものではなく、本製造方法とは逆の順序、即ち、上部電極膜１１４を形成した後に圧電体膜１１２をアニール処理するようにしてもよい。但し、本製造方法の如く、圧電体膜１１２をアニール処理してから上部電極膜１１４を形成する順序で行われることが好ましく、アニール処理によって圧電体膜１１２の圧電特性を更に向上させることができる。
次に、エッチングにより上部電極膜１１４のパターニングを行う（図３（ａ））。具体的には、フッ素系ガス又は塩素系ガスを用いたドライエッチング（ＲＩＥ）によって上部電極膜１１４をパターニングする。圧電体膜１１２上に上部電極膜１１４をベタ成膜してエッチングする工程に代えて、レジストを用いたリフトオフ成膜によって上部電極膜１１４を圧電体膜１１２上に形成してもよい。
次に、エッチングにより圧電体膜１１２のパターニングを行う（図３（ｂ））。具体的には、上部電極膜１１４と同様、フッ素系ガス又は塩素系ガスを用いたドライエッチング（ＲＩＥ）によって上部電極膜１１４をパターニングする。このとき、絶縁層１０８上に圧電体膜１１２が残らないようにエッチングにより除去することが好ましく、圧電体膜１１２の剥離を防止することができる。また、図示は省略するが、上部電極膜１１４及び圧電体膜１１２を同時にエッチングする態様もある。
次に、ＳＯＩ基板１００の下面側を構成する支持体（シリコン基板）１０２に対して、エッチング等により圧力室１４となる開口部１１６を形成する（図３（ｃ））。続いて、ノズル１２や共通流路２０などが形成された流路形成基板１１８をＳＯＩ基板１００の下面側に接合する（図３（ｄ））。
最後に、導電性接着剤を用いて上部電極膜１１４に外部配線３８の一端を接着することにより、本実施形態の記録ヘッド１０を得ることができる（図３（ｅ））。
本製造方法によれば、ペロブスカイト構造を有する圧電体膜１１２を成膜した後、酸素雰囲気中で所定の加熱温度（圧電体膜１１２の成膜温度以下）でアニール処理を行うことにより、圧電体膜１１２の膜剥離を防止することができるとともに、圧電特性を向上させることができる。また、酸素濃度が１０体積％以上である酸素雰囲気中でアニール処理が行われることが好ましく、圧電体膜１１２の圧電特性を更に向上させることができる。
ここで、アニール処理が行われるときの加熱温度（アニール温度）を変化させたときの圧電特性の変化について評価実験を行った結果について説明する。
［評価実験１］
評価実験１では、スパッタ法を用いてＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３で示されるペロブスカイト構造を有する圧電体膜（ＰＺＴ膜）を成膜した後、上部電極膜を形成する前に、所定の加熱温度（アニール温度）で３０分間アニール処理を行った後の圧電体膜の圧電定数ｄ３１を測定した。その際、アニール処理が行われる雰囲気中の酸素濃度が０、３、７、１０体積％である場合についてそれぞれ測定を行った。なお、圧電体膜を成膜したときの温度（成膜温度）は５５０℃である。
［評価実験１］
評価実験１では、スパッタ法を用いてＰｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３で示されるペロブスカイト構造を有する圧電体膜（ＰＺＴ膜）を成膜した後、上部電極膜を形成する前に、所定の加熱温度（アニール温度）で３０分間アニール処理を行った後の圧電体膜の圧電定数ｄ３１を測定した。その際、アニール処理が行われる雰囲気中の酸素濃度が０、３、７、１０体積％である場合についてそれぞれ測定を行った。なお、圧電体膜を成膜したときの温度（成膜温度）は５５０℃である。
図４は、評価実験１の結果を示したグラフであり、アニール温度と圧電定数ｄ３１の関係を表している。図５は、図４に示したグラフの詳細データを示した表であり、各アニール温度に対する圧電定数ｄ３１とともに膜剥離について評価した結果を表している。なお、図５において、（ａ）は酸素濃度が７体積％である場合、（ｂ）は酸素濃度が１０体積％である場合をそれぞれ表している。
図４に示すように、アニール処理が行われるときの加熱温度（アニール温度）が成膜温度（５５０℃）前後である場合に圧電定数ｄ３１は最も大きくなり、アニール処理による圧電特性の向上効果が高いことが分かる。しかしながら、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、アニール温度が５７０℃（成膜温度＋２０℃）以上では圧電体膜１１２に膜剥離が生じてしまう（評価×）。一方、アニール温度が５６０℃（成膜温度＋１０℃）の場合には微小な膜剥離が若干生じたものの信頼性に影響のない程度である（評価△）。また、アニール温度が５５０℃（成膜温度）以下の場合には膜剥離は全く生じていない（評価○）。なお、図示は省略したが、酸素濃度が３％である場合についても、酸素濃度が７％、１０％である場合と同様な結果である。
また、図４において、アニール処理が行われる雰囲気中の酸素濃度が０体積％である場合には、圧電定数ｄ３１はアニール温度に関係なく略一定であり、アニール処理による圧電特性の向上効果をほとんど得ることができない。
一方、アニール処理が行われる雰囲気中の酸素濃度が３、７、１０体積％である場合には、酸素濃度が０体積％である場合に比べて圧電定数ｄ３１は大きくなっている。また、酸素濃度が高くなるに従って圧電定数ｄ３１は大きくなり、アニール処理が行われる雰囲気中の酸素濃度が高いほど圧電特性を向上させることができることが分かる。特に、酸素濃度が７％以下である場合に比べて酸素濃度が１０％である場合には圧電定数ｄ３１が大幅に大きくなっている。これにより、酸素濃度が１０％以上である場合には圧電特性を向上させる効果が非常に高くなると推測することができる。従って、アニール処理が行われる雰囲気中の酸素濃度が１０％以上であることが好ましく、圧電特性を更に向上させることができる。
また、アニール温度は１００℃以上であることが好ましい。アニール温度が１００℃未満である場合には圧電特性の向上効果を得ることは難しいためである。なお、アニール処理が行われる雰囲気中の酸素濃度が７％以下である場合には、アニール温度は３００℃以上であることが好ましい。
なお、ペロブスカイト構造を有する圧電体膜として、ＰＺＴにＮｂ、Ｌａなどを添加したもの（（Pb,La)(Zr,Ti)O3）、及びPb(Zr,Nb)O3-PbTiO3）を適用した場合でも上述した結果とほとんど変わらない結果を得ることができた。
以上の結果を整理すると、酸素雰囲気中で所定の加熱温度（圧電体膜の成膜温度以下）でアニール処理を行うことにより、圧電体膜の膜剥離を防止することができるとともに、圧電特性を向上させることができる。また、酸素濃度が１０体積％以上である酸素雰囲気中でアニール処理を行うことが好ましく、圧電体膜の圧電特性を更に向上させることができる。また、アニール温度は１００℃以上であることが好ましく、アニール処理による圧電特性の向上効果を得ることができる。なお、酸素濃度が７％以下である酸素雰囲気中でアニール処理を行う場合にはアニール温度は３００℃以上が更に好ましい。
［評価実験２］
評価実験２では、アニール処理を行う工程と上部電極膜を形成する工程の順序を変えたときの圧電特性について評価を行った。具体的には、スパッタ法を用いてペロブスカイト構造を有する圧電体膜（ＰＺＴ膜）を成膜した後、上部電極膜を形成する前にアニール処理を行う場合と、上部電極膜を形成した後にアニール処理を行う場合とについて、それぞれ圧電体膜の圧電定数ｄ３１を測定した。なお、いずれも酸素濃度が１０体積％である雰囲気中でアニール処理を３０分間行ったときの結果である。
［評価実験２］
評価実験２では、アニール処理を行う工程と上部電極膜を形成する工程の順序を変えたときの圧電特性について評価を行った。具体的には、スパッタ法を用いてペロブスカイト構造を有する圧電体膜（ＰＺＴ膜）を成膜した後、上部電極膜を形成する前にアニール処理を行う場合と、上部電極膜を形成した後にアニール処理を行う場合とについて、それぞれ圧電体膜の圧電定数ｄ３１を測定した。なお、いずれも酸素濃度が１０体積％である雰囲気中でアニール処理を３０分間行ったときの結果である。
図６に評価実験２の結果を示す。図６から分かるように、上部電極膜を形成した後にアニール処理を行った場合に比べて、上部電極膜を形成する前にアニール処理を行った場合は、同一アニール温度における圧電定数ｄ３１が大きくなっている。これは、焦電効果及び上部電極膜と圧電体膜の線膨張係数の違いによる応力発生がもたらす圧電特性の低下を防止しながら、圧電体膜の結晶性を向上させることができるためと考えられる。
以上より、上部電極膜を形成する前にアニール処理を行うことが好ましく、圧電特性を更に向上させることができる。
次に、本発明に係る画像形成装置としての一実施形態であるインクジェット記録装置について説明する。
図７は、インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。図７に示すように、このインクジェット記録装置２００は、インクの色毎に設けられた複数の記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙを有する印字部２１２と、各記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部２１４と、記録紙２１６を供給する給紙部２１８と、記録紙２１６のカールを除去するデカール処理部２２０と、前記印字部２１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙２１６の平面性を保持しながら記録紙２１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２２と、印字部２１２による印字結果を読み取る印字検出部２２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２２６と、を備えている。各記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙはそれぞれ図１に示した記録ヘッド１０に相当するものである。
図７では、給紙部２１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
ロール紙を使用する装置構成の場合、図７のように、裁断用のカッター２２８が設けられており、該カッター２２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２２８は、記録紙２１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２２８Ａと、該固定刃２２８Ａに沿って移動する丸刃２２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２２８は不要である。
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。
給紙部２１８から送り出される記録紙２１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム２３０で記録紙２１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
デカール処理後、カットされた記録紙２１６は、吸着ベルト搬送部２２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２２は、ローラー２３１、２３２間に無端状のベルト２３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部２１２のノズル面及び印字検出部２２４のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。
ベルト２３３は、記録紙２１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図７に示したとおり、ローラー２３１、２３２間に掛け渡されたベルト２３３の内側において印字部２１２のノズル面及び印字検出部２２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー２３４が設けられており、この吸着チャンバー２３４をファン２３５で吸引して負圧にすることによってベルト２３３上の記録紙２１６が吸着保持される。
ベルト２３３が巻かれているローラー２３１、２３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト２３３は図７において、時計回り方向に駆動され、ベルト２３３上に保持された記録紙２１６は、図７の左から右へと搬送される。
縁無しプリント等を印字するとベルト２３３上にもインクが付着するので、ベルト２３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部２３６が設けられている。ベルト清掃部２３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。
なお、吸着ベルト搬送部２２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
吸着ベルト搬送部２２２により形成される用紙搬送路上において印字部２１２の上流側には、加熱ファン２４０が設けられている。加熱ファン２４０は、印字前の記録紙２１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙２１６を加熱する。印字直前に記録紙２１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
印字部２１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。印字部２１２を構成する各記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙは、本インクジェット記録装置２００が対象とする最大サイズの記録紙２１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている（図８参照）。
記録紙２１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図７の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙが配置されている。記録紙２１６を搬送しつつ各記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙２１６上にカラー画像を形成し得る。
このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部２１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙２１６と印字部２１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙２１６の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。
なお本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する記録ヘッドを追加する構成も可能である。
図７に示したように、インク貯蔵／装填部２１４は、各記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部２１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
印字検出部２２４は、印字部２１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。
本例の印字検出部２２４は、少なくとも各記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
印字検出部２２４は、各色の記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。
印字検出部２２４の後段には、後乾燥部２４２が設けられている。後乾燥部２４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。
多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
後乾燥部２４２の後段には、加熱・加圧部２４４が設けられている。加熱・加圧部２４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー２４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
このようにして生成されたプリント物は、排紙部２２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置２００では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２２６Ａ、２２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（不図示）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）２４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター２４８は、排紙部２２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター２４８の構造は前述した第１のカッター２２８と同様であり、固定刃２４８Ａと丸刃２４８Ｂとから構成されている。また、図示を省略したが、本画像の排出部２２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。
図９は、インクジェット記録装置２００の制御系を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置２００は、通信インターフェース２７０、システムコントローラ２７２、画像メモリ２７４、モータドライバ２７６、ヒータドライバ２７８、プリント制御部２８０、画像バッファメモリ２８２、ヘッドドライバ２８４等を備えている。
通信インターフェース２７０は、ホストコンピュータ２８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース２７０にはＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。ホストコンピュータ２８６から送出された画像データは通信インターフェース２７０を介してインクジェット記録装置２００に取り込まれ、一旦画像メモリ２７４に記憶される。
画像メモリ２７４は、通信インターフェース２７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ２７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ２７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
システムコントローラ２７２は、通信インターフェース２７０、画像メモリ２７４、モータドライバ２７６、ヒータドライバ２７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ２７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ２８６との間の通信制御、画像メモリ２７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ２８８やヒータ２８９を制御する制御信号を生成する。
モータドライバ２７６は、システムコントローラ２７２からの指示に従ってモータ２８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ２７８は、システムコントローラ２７２からの指示に従って後乾燥部２４２その他各部のヒータ２８９を駆動するドライバである。
プリント制御部２８０は、システムコントローラ２７２の制御に従い、画像メモリ２７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（ドットデータ）をヘッドドライバ２８４に供給する制御部である。プリント制御部２８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ２８４を介して記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙのインク滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。
プリント制御部２８０には画像バッファメモリ２８２が備えられており、プリント制御部２８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ２８２に一時的に格納される。なお、図９において画像バッファメモリ２８２はプリント制御部２８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ２７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部２８０とシステムコントローラ２７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。
ヘッドドライバ２８４は、プリント制御部２８０から与えられるドットデータに基づいて各色の記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙの圧電素子３６（図１参照）を駆動するための駆動信号を生成し、圧電素子３６に生成した駆動信号を供給する。ヘッドドライバ２８４には記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
印字検出部２２４は、図７で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録紙２１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部２８０に提供する。
プリント制御部２８０は、必要に応じて印字検出部２２４から得られる情報に基づいて記録ヘッド２１２Ｋ、２１２Ｃ、２１２Ｍ、２１２Ｙに対する各種補正を行う。
以上、本発明の圧電アクチュエータの製造方法、液体吐出ヘッド、及び画像形成装置について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
１０…記録ヘッド、１２…ノズル、１４…圧力室、１６…圧電アクチュエータ、２０…共通流路、２２…振動板、３０…下部電極膜、３２…圧電体膜、３４…上部電極膜、３６…圧電素子、３８…外部配線、１００…ＳＯＩ基板、１０８…絶縁層、１１０…下部電極膜、１１２…圧電体膜、１１４…上部電極膜、２００…インクジェット記録装置
Claims (6)
- 上部電極膜と下部電極膜との間に圧電体膜が設けられてなる圧電アクチュエータの製造方法であって、
下部電極膜上に一般式ＡＢＯ３（但し、Ａは、Ｐｂ及びＢａのうちの少なくとも一方を含み、Ｂは、Ｚｒ及びＴｉのうち少なくとも一方を含む。）で示されるペロブスカイト型の結晶構造を有する圧電体膜を成膜した後、酸素雰囲気中で前記成膜時に前記圧電体膜に加えた温度以下で前記圧電体膜をアニール処理する工程を含むことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。 - 前記圧電体膜をスパッタ法により成膜することを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
- 前記酸素雰囲気の酸素濃度は１０体積％以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
- 前記圧電体膜上に上部電極膜が形成される前に前記アニール処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
- 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータの製造方法によって製造された圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
- 請求項５に記載の液体吐出ヘッドを備えたことを特徴とする画像形成装置。
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