JP2015056453A - Piezoelectric actuator and droplet discharge head, and image forming apparatus - Google Patents

Piezoelectric actuator and droplet discharge head, and image forming apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator that can prevent the occurrence of a pin hole in a Pt film of an upper electrode to avoid the occurrence of the floating of film on an interface, and thereby holding good piezoelectric characteristics of a piezoelectric thin film.SOLUTION: A piezoelectric actuator includes a diaphragm 23, a lower electrode 18 provided on the diaphragm 23, a piezoelectric thin film 17 provided on the lower electrode 18, and an upper electrode 16 provided on the piezoelectric thin film 17, where the upper electrode 16 includes conductive oxide and a platinum film formed on the conductive oxide, and the platinum film has the average particle diameter in the lateral direction smaller than the thickness.

Description

本発明は、圧電アクチュエータ、及びその圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッド、並びにその液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator, a droplet discharge head including the piezoelectric actuator, and an image forming apparatus equipped with the droplet discharge head.

プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置には、一般に液滴吐出ヘッドとしてインクジェットヘッドが設けられている。このようなインクジェットヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、インクが溜められたインク液室と、インク液室の壁面の一部を構成する振動板と、インク液室内のインクを加圧するためのアクチュエータ素子(圧電素子)とを備えている。そして、アクチュエータ素子を駆動させ、インク液室内を振動板を介して加圧することによって、ノズルからインク滴を吐出する。   In general, an image recording apparatus such as a printer, a facsimile, or a copying apparatus is provided with an ink jet head as a droplet discharge head. Such an inkjet head includes a nozzle that ejects ink droplets, an ink liquid chamber in which ink is stored, a vibration plate that forms part of the wall surface of the ink liquid chamber, and a pressure for pressurizing ink in the ink liquid chamber. And an actuator element (piezoelectric element). Then, by driving the actuator element and pressurizing the ink liquid chamber through the vibration plate, ink droplets are ejected from the nozzle.

例えば、ピエゾ式のインクジェットヘッドには、圧電素子の軸方向に伸長・収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、ベンドモードの圧電アクチュエータを使用したものの2種類が知られている。このうち、後者のベンドモードの圧電アクチュエータを更に薄膜化した薄膜ピエゾアクチュエータは、基板上への種々の薄膜層の成膜とパターニングが繰り返され、積層成膜が形成された薄膜のデバイスである。   For example, there are two known types of piezo-type ink jet heads, one using a longitudinal vibration mode piezoelectric actuator that extends and contracts in the axial direction of the piezoelectric element and one using a bend mode piezoelectric actuator. Among these, a thin film piezoelectric actuator obtained by further thinning the latter bend mode piezoelectric actuator is a thin film device in which film formation and patterning of various thin film layers on a substrate are repeated to form a multilayer film formation.

そのため、薄膜ピエゾアクチュエータにおいては、積層膜の界面の密着性を制御することが重要であり、界面の清浄度が悪かったり、膜の密着性が低かったりすると、界面剥離が発生することがある。   Therefore, in a thin film piezoelectric actuator, it is important to control the adhesion at the interface of the laminated film. If the cleanliness of the interface is poor or the adhesion of the film is low, interface peeling may occur.

なお、基板上に振動板を形成するとともに、その振動板上に、下部電極、圧電体薄膜、及び上部電極を形成した圧電アクチュエータにおいて、上部電極が圧電体薄膜を十分覆うようにするために、上部電極の厚さを圧電体薄膜の表面粗さ(Rmax)の0.5〜2倍とすることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In the piezoelectric actuator in which the diaphragm is formed on the substrate and the lower electrode, the piezoelectric thin film, and the upper electrode are formed on the diaphragm, in order for the upper electrode to sufficiently cover the piezoelectric thin film, It has been proposed that the thickness of the upper electrode be 0.5 to 2 times the surface roughness (Rmax) of the piezoelectric thin film (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、上記従来の技術では、各層での低い密着性、もしくは膜そのものや構造起因の高い応力により、上部電極と、上部電極の上面を覆う絶縁保護膜(Al23)との界面において、膜浮き又は膜剥がれ(以下、膜浮き等という)が発生するという問題がある。 However, in the above conventional technique, due to low adhesion in each layer, or high stress due to the film itself or structure, at the interface between the upper electrode and the insulating protective film (Al 2 O 3 ) covering the upper surface of the upper electrode, There is a problem that film floating or film peeling (hereinafter referred to as film floating or the like) occurs.

膜浮き等が生じている部位を詳細に確認してみると、数十nmレベルのピンホールが上部電極のPt膜に存在している。このような微細なピンホールにフォトレジストや剥離液が一度入ってしまうと、その除去が困難であるとともに、膜浮き等の発生要因となっている。   When the part where the film floating or the like occurs is confirmed in detail, a pinhole of several tens of nm level exists in the Pt film of the upper electrode. Once a photoresist or stripping solution enters such a fine pinhole, it is difficult to remove it, and it becomes a cause of film floating and the like.

また、特許文献1の技術においては、上部電極の厚さと圧電体薄膜の表面粗さとの関係を規定しているだけで、上部電極のPt膜中にピンホールが生じるという問題に対しては何ら解決できていない。その結果、特許文献1の技術では、圧電体薄膜素子の上部電極と絶縁保護膜(Al23)との界面に膜浮き等が生じる虞がある。 Further, in the technique of Patent Document 1, only the relationship between the thickness of the upper electrode and the surface roughness of the piezoelectric thin film is defined, and there is no problem with respect to the problem that pinholes are generated in the Pt film of the upper electrode. It has not been solved. As a result, in the technique of Patent Document 1, there is a risk that film floating or the like may occur at the interface between the upper electrode of the piezoelectric thin film element and the insulating protective film (Al 2 O 3 ).

本発明の課題は、上部電極のPt膜にピンホールが生じるのを防ぐことで界面に膜浮き等が生じるのを回避して、圧電体薄膜の圧電特性を良好に保持することのできる圧電アクチュエータを提供することである。   An object of the present invention is to avoid the occurrence of film floating at the interface by preventing the occurrence of pinholes in the Pt film of the upper electrode, and to maintain the piezoelectric characteristics of the piezoelectric thin film satisfactorily Is to provide.

また、本発明は、圧電体薄膜の圧電特性を良好に保持することで、インク吐出特性を良好に保持し、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液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置を実現することも課題としている。   The present invention also provides a liquid droplet ejection head that can maintain a good ink ejection characteristic by maintaining the piezoelectric characteristics of the piezoelectric thin film, and can obtain a stable ink ejection characteristic even when continuously ejected, and Another object is to realize an image forming apparatus equipped with a droplet discharge head.

上記課題を解決するために、本発明は、振動板と、前記振動板上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられる圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜上に設けられた上部電極と備えた圧電アクチュエータであって、前記上部電極は、導電性酸化物と、該導電性酸化物の上に形成された白金膜とを有し、前記白金膜は、横方向の平均粒子径が膜厚よりも小さいことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention provides a diaphragm, a lower electrode provided on the diaphragm, a piezoelectric thin film provided on the lower electrode, and an upper part provided on the piezoelectric thin film. A piezoelectric actuator provided with an electrode, wherein the upper electrode has a conductive oxide and a platinum film formed on the conductive oxide, and the platinum film has an average particle diameter in a lateral direction. Is smaller than the film thickness.

本発明によれば、上部電極の白金膜は、横方向の平均粒子径が膜厚よりも小さく設定されており、白金原子の粒子径が小さくなっている。これにより、白金原子を隙間なく埋めることができるので、上部電極のPt膜にピンホールが生じるのが回避され、圧電体薄膜の圧電特性を良好に保持した圧電アクチュエータを得ることができる。   According to the present invention, the platinum film of the upper electrode is set such that the average particle diameter in the lateral direction is smaller than the film thickness, and the particle diameter of platinum atoms is small. As a result, platinum atoms can be filled without gaps, so that pinholes can be avoided in the Pt film of the upper electrode, and a piezoelectric actuator that maintains the piezoelectric characteristics of the piezoelectric thin film can be obtained.

実施例1による圧電アクチュエータの分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a piezoelectric actuator according to Example 1. FIG. 図1のSA−SA線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the SA-SA line of FIG. シリコン基板上に振動板を形成した様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the diaphragm was formed on the silicon substrate. 振動板上に、下部電極、圧電体薄膜、及び上部電極を形成した様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the lower electrode, the piezoelectric material thin film, and the upper electrode were formed on the diaphragm. 上部電極上にレジストパターンを形成した様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the resist pattern was formed on the upper electrode. リソ・エッチングを施したときの様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode when performing litho etching. 上部電極上にアクチュエータ素子を形成した様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the actuator element was formed on the upper electrode. アクチュエータ素子及び振動板上に絶縁保護膜を形成した様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the insulating protective film was formed on the actuator element and the diaphragm. 絶縁保護膜上にメタル配線を形成した様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the metal wiring was formed on the insulating protective film. メタル配線にパッシベーション膜を形成した様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the passivation film was formed in metal wiring. サブフレーム基板のサブフレーム接合部に接着剤を塗布した様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the adhesive agent was apply | coated to the sub-frame junction part of a sub-frame board | substrate. サブフレーム基板のサブフレーム接合部をアクチュエータ基板の接合面段差に接合した様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the sub-frame junction part of the sub-frame board | substrate was joined to the joint surface level | step difference of an actuator board | substrate. シリコン基板の下面に研磨加工を行い、その研磨加工面にレジストパターンを形成した様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the lower surface of the silicon substrate was grind | polished and the resist pattern was formed in the grind | polished surface. エッチングを施して、接合面段差の下方位置に隔壁を形成した様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the etching was given and the partition was formed in the downward position of the joint surface level | step difference. ノズル基板をアクチュエータ基板の隔壁に接合した様子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a mode that the nozzle substrate was joined to the partition of an actuator substrate. 上部電極のPt膜の横断面を示しており、ピンホールが生じた様子を示す図である。It is a figure which shows the cross section of Pt film | membrane of an upper electrode, and a mode that the pinhole produced. 上部電極のPt膜の縦断面を示しており、ピンホールが生じた様子を示す図である。It is the figure which shows the longitudinal cross-section of Pt film | membrane of an upper electrode, and shows a mode that the pinhole produced. 上部電極のPt膜の横断面を示しており、ピンホールが生じていない様子を示す図である。It is a figure which shows the cross section of Pt film | membrane of an upper electrode, and a mode that the pinhole has not arisen. 実施例2による画像形成装置を側方から見たときの全体構成図である。FIG. 3 is an overall configuration diagram when an image forming apparatus according to a second embodiment is viewed from a side. 図8の画像形成装置の要部を示す平面図である。It is a top view which shows the principal part of the image forming apparatus of FIG.

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本実施例に係る圧電アクチュエータはアクチュエータ素子を有し、このアクチュエータ素子は、下部電極、圧電体薄膜(PZT膜)、及び上部電極が積層されてパターニングされた構造になっている。下部電極は電極材料としてのTiO2/Pt/SRO(SrRuO3:ルテニウム酸ストロンチウム)が積層され、また、上部電極は電極材料としてのPt/SRO(SrRuO3)が積層されている。さらに、圧電体薄膜は多結晶体で形成されている。このように、圧電アクチュエータは、基板上に下部電極/圧電体/上部電極が積層された構成を成している。 The piezoelectric actuator according to this embodiment has an actuator element, and this actuator element has a structure in which a lower electrode, a piezoelectric thin film (PZT film), and an upper electrode are laminated and patterned. The lower electrode is laminated with TiO 2 / Pt / SRO (SrRuO 3 : strontium ruthenate) as an electrode material, and the upper electrode is laminated with Pt / SRO (SrRuO 3 ) as an electrode material. Furthermore, the piezoelectric thin film is formed of a polycrystalline body. Thus, the piezoelectric actuator has a configuration in which the lower electrode / piezoelectric body / upper electrode are stacked on the substrate.

上記のように構成された圧電アクチュエータの課題の一つに、下部電極/圧電体薄膜/上部電極の各層界面での低い密着性、もしくは高い応力による各層界面での膜浮き等がある。また、上部電極とその上面を覆う絶縁保護膜(Al23)との界面においても、密着性が低く膜浮き等が発生するという課題がある。 One of the problems of the piezoelectric actuator configured as described above is low adhesion at each layer interface of the lower electrode / piezoelectric thin film / upper electrode, or film floating at each layer interface due to high stress. In addition, there is a problem that film adhesion or the like occurs at the interface between the upper electrode and the insulating protective film (Al 2 O 3 ) covering the upper surface of the upper electrode with low adhesion.

膜浮き等の原因を探る過程で、界面の清浄度が悪いと、密着性が低下して、界面剥離が発生することが分かっている。具体的には、フォトレジストやフォトレジスト剥離液成分が残留し、界面の清浄度が悪くなっている場合、膜浮き等が生じる。   In the process of searching for causes such as film floatation, it has been found that if the cleanliness of the interface is poor, the adhesiveness is lowered and interface peeling occurs. Specifically, when the photoresist or the photoresist stripping liquid component remains and the cleanliness of the interface is deteriorated, film floating or the like occurs.

膜浮き等が生じている部位を確認すると、例えば上部電極においては、数十nmレベルのピンホールがPt膜に存在していることが分かった。そして、数十nmレベルの小さなピンホールにフォトレジストやフォトレジスト剥離液が一度入ってしまうと、その除去が非常に困難となる。つまり、上部電極のPt膜に数十nmレベル以下のピンホールが存在するということに問題がある。   When the part where the film floating etc. occurred was confirmed, for example, in the upper electrode, it was found that pinholes of several tens of nm level existed in the Pt film. Then, once a photoresist or a photoresist stripping solution enters a small pinhole on the order of several tens of nm, it is very difficult to remove it. That is, there is a problem that pinholes of several tens of nm level or less exist in the Pt film of the upper electrode.

そこで、本実施例においては、上部電極のPt膜のピンホールをなくすため、Pt膜の横方向の平均粒径を当該Pt膜の膜厚以下にすることで、圧電体薄膜(PZT膜)の圧電特性は良好に保持したまま、膜浮き等の発生を防止するようにしている。   Therefore, in this embodiment, in order to eliminate pinholes in the Pt film of the upper electrode, the average grain size in the lateral direction of the Pt film is made equal to or less than the film thickness of the Pt film, thereby reducing the piezoelectric thin film (PZT film). The generation of film floating or the like is prevented while the piezoelectric characteristics are kept good.

このようにPt膜の横方向の平均粒径を膜厚以下にすることにより、圧電体薄膜(PZT膜)の圧電特性が良くなって、インク吐出特性を良好に保持できるとともに、インクを連続吐出させても安定したインク吐出特性を得ることができる。   Thus, by making the average particle size in the lateral direction of the Pt film equal to or less than the film thickness, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric thin film (PZT film) are improved, the ink ejection characteristics can be maintained well, and the ink is continuously ejected. Even if it is made, it is possible to obtain stable ink ejection characteristics.

次に、本実施例における圧電アクチュエータ、及びその圧電アクチュエータが設けられた液滴吐出ヘッドについて説明する。   Next, the piezoelectric actuator in this embodiment and the droplet discharge head provided with the piezoelectric actuator will be described.

《実施例1》
図1及び図2は、実施例1による液滴吐出ヘッドであって、ここでは液滴吐出ヘッドの一例としてインクジェットヘッド10を示している。インクジェットヘッド10は、サブフレーム基板11と、サブフレーム基板11の下方に配置されたアクチュエータ基板12と、アクチュエータ基板12の下方に配置されたノズル基板13とを備えている。そして、サブフレーム基板11及びノズル基板13はそれぞれアクチュエータ基板12に接着剤によって接合され、インクジェットヘッド10は、サブフレーム基板11、アクチュエータ基板12、及びノズル基板13が積層された構造を成している。
Example 1
1 and 2 show a droplet discharge head according to the first embodiment, and here, an inkjet head 10 is shown as an example of the droplet discharge head. The ink jet head 10 includes a subframe substrate 11, an actuator substrate 12 disposed below the subframe substrate 11, and a nozzle substrate 13 disposed below the actuator substrate 12. The sub-frame substrate 11 and the nozzle substrate 13 are bonded to the actuator substrate 12 with an adhesive, respectively, and the inkjet head 10 has a structure in which the sub-frame substrate 11, the actuator substrate 12, and the nozzle substrate 13 are stacked. .

サブフレーム基板11はシリコンで形成され、アクチュエータ基板12との接合面側(図において下面側)にアクチュエータ保護キャビティ14及びサブフレーム接合部15が設けられている。図示してないが、サブフレーム基板11は、外部よりインクを供給するためのインク供給孔、外部への電気配線の取り回し用開口、及びアクチュエータ基板12とのアライメント用マーク等も設けられている。   The sub-frame substrate 11 is made of silicon, and an actuator protection cavity 14 and a sub-frame bonding portion 15 are provided on the side of the bonding surface with the actuator substrate 12 (the lower surface side in the drawing). Although not shown, the sub-frame substrate 11 is also provided with an ink supply hole for supplying ink from the outside, an opening for routing the electric wiring to the outside, an alignment mark with the actuator substrate 12, and the like.

アクチュエータ基板12もシリコンで形成され、このアクチュエータ基板12の一側の面(図において上面)には、上部電極16、圧電体薄膜(PZT膜)17、及び下部電極18の積層構造から成るアクチュエータ素子19が設けられている。   The actuator substrate 12 is also made of silicon, and an actuator element having a laminated structure of an upper electrode 16, a piezoelectric thin film (PZT film) 17, and a lower electrode 18 on one side surface (upper surface in the drawing) of the actuator substrate 12. 19 is provided.

また、アクチュエータ基板12の上面には、アクチュエータ素子19以外に、基本構成として、絶縁保護膜20、外部駆動回路からの信号を伝達するメタル配線21、及びメタル配線21を保護するためのパッシベーション膜22が形成されている。絶縁保護膜20は、アクチュエータ基板12の上面及びアクチュエータ素子19の外表面を覆うように形成され、メタル配線21は絶縁保護膜20の上に配置されている。   Further, on the upper surface of the actuator substrate 12, in addition to the actuator element 19, as a basic configuration, an insulating protective film 20, a metal wiring 21 for transmitting a signal from an external drive circuit, and a passivation film 22 for protecting the metal wiring 21. Is formed. The insulating protective film 20 is formed so as to cover the upper surface of the actuator substrate 12 and the outer surface of the actuator element 19, and the metal wiring 21 is disposed on the insulating protective film 20.

アクチュエータ基板12の他側の面(図において下面)には、振動板23が設けられ、この振動板23の下面に複数の隔壁24が形成されている。また、隔壁24の下面には、ノズル孔25を有するノズル基板13が設けられている。そして、振動板23、左右2つの隔壁24、及びノズル基板13によって、インク液室26が形成され、このインク液室26はノズル基板13のノズル孔25を介して外部に連通している。   A vibration plate 23 is provided on the other surface (lower surface in the drawing) of the actuator substrate 12, and a plurality of partition walls 24 are formed on the lower surface of the vibration plate 23. A nozzle substrate 13 having nozzle holes 25 is provided on the lower surface of the partition wall 24. An ink liquid chamber 26 is formed by the diaphragm 23, the left and right partition walls 24, and the nozzle substrate 13, and the ink liquid chamber 26 communicates with the outside through the nozzle holes 25 of the nozzle substrate 13.

また、アクチュエータ基板12において、メタル配線21およびパッシベーション膜22から成る接合面段差27は、隔壁24が設けられた位置の上方に配置されている。その接合面段差27の上面が、サブフレーム基板11のサブフレーム接合部15の下面に接着剤28によって接合されている。   In the actuator substrate 12, the joint surface step 27 made of the metal wiring 21 and the passivation film 22 is disposed above the position where the partition wall 24 is provided. The upper surface of the bonding surface step 27 is bonded to the lower surface of the subframe bonding portion 15 of the subframe substrate 11 with an adhesive 28.

なお、ノズル基板13は、周知のプレス加工あるいはNi電鋳工法等によってノズル孔25が形成されており、アクチュエータ基板12の隔壁24に接着剤によって接合されている。   The nozzle substrate 13 has nozzle holes 25 formed by a known press process or Ni electroforming method, and is bonded to the partition wall 24 of the actuator substrate 12 with an adhesive.

本実施例では、上部電極16、圧電体薄膜(PZT膜)17、下部電極18から成るアクチュエータ素子19、及び振動板23が圧電アクチュエータを構成している。   In the present embodiment, the upper electrode 16, the piezoelectric thin film (PZT film) 17, the actuator element 19 including the lower electrode 18, and the diaphragm 23 constitute a piezoelectric actuator.

次に、本実施例に係るインクジェットヘッド10の製造方法について、図を参照しつつ説明する。   Next, a method for manufacturing the inkjet head 10 according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.

先ず、図3Aに示すように、シリコン基板24’上に振動板23を形成する。シリコン基板24’は<100>625um厚のシリコンウェハを用いている。また、振動板23は、熱酸化膜及びCVDによって、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、ポリシリコン膜が各々積層された構成を成している。   First, as shown in FIG. 3A, the diaphragm 23 is formed on the silicon substrate 24 '. As the silicon substrate 24 ′, a silicon wafer having a thickness of <100> 625 μm is used. The diaphragm 23 has a structure in which a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a polysilicon film are laminated by thermal oxide film and CVD.

次に、図3Bに示すように、振動板23上に、上部電極層16’、圧電体薄膜層17’、及び下部電極層18’を形成する。下部電極層18’として、Ti層、Pt層、SrRuO3層(SRO層)がスパッタによって形成されている。下部電極層18’の上には圧電体薄膜層17’が積層され、この圧電体薄膜層17’は、ゾルゲル法によってPZT膜が所望の厚みに形成されている。さらに、圧電体薄膜層17’のPZT膜の上には、上部電極層16’として、SRO層、Pt層が形成されている。 Next, as shown in FIG. 3B, the upper electrode layer 16 ′, the piezoelectric thin film layer 17 ′, and the lower electrode layer 18 ′ are formed on the vibration plate 23. As the lower electrode layer 18 ′, a Ti layer, a Pt layer, and a SrRuO 3 layer (SRO layer) are formed by sputtering. A piezoelectric thin film layer 17 ′ is laminated on the lower electrode layer 18 ′, and a PZT film having a desired thickness is formed on the piezoelectric thin film layer 17 ′ by a sol-gel method. Further, an SRO layer and a Pt layer are formed as the upper electrode layer 16 ′ on the PZT film of the piezoelectric thin film layer 17 ′.

下部電極層18’において、スパッタ条件によってSRO層(つまりSrRuO3膜)の膜質が変わる。特に結晶配向性を重視して、Pt(111)に倣って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450〜600℃で基板加熱を行い、成膜することが好ましい。SRO成膜条件については、室温成膜して、その後、RTA処理にて結晶化温度(650℃)で熱酸化することもある。 In the lower electrode layer 18 ′, the film quality of the SRO layer (that is, the SrRuO 3 film) varies depending on the sputtering conditions. In particular, in order to place the SrRuO 3 film in the (111) orientation following the Pt (111) with emphasis on the crystal orientation, the substrate is heated at a film formation temperature of 450 to 600 ° C. to form a film. preferable. Regarding SRO film formation conditions, film formation may be performed at room temperature, and then thermal oxidation may be performed at a crystallization temperature (650 ° C.) by RTA treatment.

SrRuO3膜としては、十分結晶化され、電極としての比抵抗も十分な値が得られるが、膜の結晶配向性としては、(110)が優先配向しやすくなり、その上に成膜したPZTについても(110)配向しやすくなる。 The SrRuO 3 film is sufficiently crystallized and has a sufficient specific resistance as an electrode. However, as the crystal orientation of the film, (110) is likely to be preferentially oriented, and PZT formed thereon is formed. As for (110), it becomes easy to orient.

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方向を約35°傾けて、2θが約32°付近のピーク強度で判断することでSROが(111)に優先配向しているかを確認することができる。   Regarding SRO crystallinity produced on Pt (111), since the lattice constants of Pt and SRO are close to each other, in the normal θ-2θ measurement, the 2θ positions of SRO (111) and Pt (111) are overlapped, so that discrimination is possible. difficult. With respect to Pt, diffraction lines cancel each other at a position where 2θ tilted by Psi = 35 ° is about 32 ° due to the disappearance rule, and no diffraction intensity is observed. Therefore, it is possible to confirm whether the SRO is preferentially oriented to (111) by tilting the Psi direction by about 35 ° and judging from the peak intensity where 2θ is about 32 °.

なお、上部電極16のSRO層についても、成膜温度については450〜600℃で基板加熱を行い、成膜することが好ましい。   Note that the SRO layer of the upper electrode 16 is also preferably formed by heating the substrate at a deposition temperature of 450 to 600 ° C.

ここで、本実施例の特徴部分である上部電極16におけるPt層の形成について説明する。   Here, formation of the Pt layer in the upper electrode 16 which is a characteristic part of the present embodiment will be described.

上部電極16のPt層については、250〜600℃で基板加熱を行い、成膜することが好ましい。上部電極16のPt層を250℃未満で成膜した場合には、上部電極16におけるPt層とSRO層との界面において、膜浮き等が発生しやすくなる。   The Pt layer of the upper electrode 16 is preferably formed by heating the substrate at 250 to 600 ° C. When the Pt layer of the upper electrode 16 is formed at a temperature lower than 250 ° C., film floating or the like tends to occur at the interface between the Pt layer and the SRO layer in the upper electrode 16.

そこで、本実施例では、上部電極16におけるPt層(Pt膜)の粒径を大きく変化させている。上部電極16のPt膜の粒径を大きく変化させるには、基板加熱温度により変化させることができる。具体的には、基板加熱が高温であるほど、上部電極16のPt膜の粒径が大きくなる。上部電極16のPt膜の厚さは成膜する時間により制御する。   Therefore, in this embodiment, the particle size of the Pt layer (Pt film) in the upper electrode 16 is greatly changed. In order to greatly change the particle size of the Pt film of the upper electrode 16, it can be changed by the substrate heating temperature. Specifically, the higher the substrate heating, the larger the particle size of the Pt film of the upper electrode 16. The thickness of the Pt film of the upper electrode 16 is controlled by the film formation time.

次に、図3Cに示すように、上部電極層16’上にレジストパターン31を形成する。そして、図3Dに示すように、リソ・エッチングを施して、図3Eに示すように、周辺部がカットされたパターンのアクチュエータ素子19を形成する。このアクチュエータ素子19は、下部電極18、圧電体薄膜(PZT膜)17、上部電極16が積層された構造を成している。   Next, as shown in FIG. 3C, a resist pattern 31 is formed on the upper electrode layer 16 '. Then, as shown in FIG. 3D, lithographic etching is performed to form an actuator element 19 having a pattern in which the peripheral portion is cut as shown in FIG. 3E. The actuator element 19 has a structure in which a lower electrode 18, a piezoelectric thin film (PZT film) 17, and an upper electrode 16 are laminated.

次に、図3Fに示すように、パターン形成されたアクチュエータ素子19上に絶縁保護膜20を形成する。絶縁保護膜20は、ALD法によって形成されるAl23膜と、CVD法によって形成されるシリコン酸化膜とから成る二層構造である。 Next, as shown in FIG. 3F, an insulating protective film 20 is formed on the patterned actuator element 19. The insulating protective film 20 has a two-layer structure composed of an Al 2 O 3 film formed by the ALD method and a silicon oxide film formed by the CVD method.

次に、図3Gに示すように、外部回路の信号を伝播するための配線としてメタル配線21を、アクチュエータ素子19の両側に配置して所望のパターンを形成する。ここでは、メタル配線21は、サブフレーム基板11のサブフレーム接合部15(図1、図2参照)との間で接合段差を設けることを狙いとしており、電気回路としての機能は有していない。また、これらメタル配線21は、隔壁24(図1、図2参照)の上方に位置している。   Next, as shown in FIG. 3G, metal wirings 21 are arranged on both sides of the actuator element 19 as wirings for propagating signals of an external circuit, thereby forming a desired pattern. Here, the metal wiring 21 is intended to provide a junction step between the subframe substrate 11 and the subframe junction 15 (see FIGS. 1 and 2), and does not have a function as an electric circuit. . Further, these metal wirings 21 are located above the partition walls 24 (see FIGS. 1 and 2).

そして、図3Hに示すように、メタル配線21の絶縁保護として、メタル配線21の上面、側面、及び側面下部周辺にパッシベーション膜22を形成する。本実施例では、アクチュエータ素子19の変位効率を高めるために、アクチュエータ素子19の上面、側面、及び側面下部周辺のパッシベーション膜22は取り除かれた構成としている。なお、本実施例におけるプロセスでは、パッシベーション膜22として、プラズマCVD法によるシリコン窒化膜(SiN)を成膜している。この成膜方法は、処理温度(340℃)が最も高温なプロセスになっている。   Then, as shown in FIG. 3H, a passivation film 22 is formed around the upper surface, the side surface, and the lower portion of the side surface of the metal wiring 21 as insulation protection for the metal wiring 21. In this embodiment, in order to increase the displacement efficiency of the actuator element 19, the passivation film 22 around the upper surface, the side surface, and the lower portion of the side surface of the actuator element 19 is removed. In the process of the present embodiment, a silicon nitride film (SiN) is formed as the passivation film 22 by plasma CVD. This film forming method is a process having the highest processing temperature (340 ° C.).

ここで、上部電極16の界面での膜の密着性評価をスクラッチ法によって行った。ダイヤモンド圧子に荷重を負荷しながら試料表面を引っ掻き、膜が剥離したときの垂直荷重(剥離臨界荷重)の大きさによって密着性を評価した。   Here, the film adhesion at the interface of the upper electrode 16 was evaluated by the scratch method. The surface of the sample was scratched while applying a load to the diamond indenter, and the adhesion was evaluated by the magnitude of the vertical load (peeling critical load) when the film peeled.

本実施例では、Pt膜とPZT膜との界面で、膜が剥離したときの垂直荷重は4mN以上であった。なお、従来のインクジェットヘッドにおいては、パッシベーション膜下部の上部電極SRO膜を除去していない構成であり、このような構成の場合、Pt膜とSRO膜との界面で、膜が剥離したときの垂直荷重は2.5mN程度であった。このように本実施例のインクジェットヘッド10では、従来のインクジェットヘッドに比べて、密着性が向上していることが分かる。   In this example, the vertical load when the film peeled at the interface between the Pt film and the PZT film was 4 mN or more. The conventional inkjet head has a configuration in which the upper electrode SRO film below the passivation film is not removed. In such a configuration, the vertical direction when the film peels off at the interface between the Pt film and the SRO film. The load was about 2.5 mN. Thus, it can be seen that the adhesion of the inkjet head 10 of this example is improved as compared with the conventional inkjet head.

また、圧電体性能については、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(1010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。本実施例によるインクジェットヘッド10では、初期特性、耐久性試験後の結果についても一般的なセラミック焼結体と同等の特性を有していた(残留分極Pr:20〜25uC/cm2、圧電定数は−130〜−160pm/V)。 In addition, the piezoelectric performance was calculated by measuring the amount of deformation by applying an electric field (150 kV / cm) with a laser Doppler vibrometer and fitting it by simulation. After evaluating the initial properties were carried out (the characteristic immediately after the repeated application voltage added 10 10 times) Evaluation durability. The ink jet head 10 according to this example had the same characteristics as a general ceramic sintered body with respect to the initial characteristics and the results after the durability test (residual polarization Pr: 20 to 25 uC / cm 2 , piezoelectric constant). Is -130 to -160 pm / V).

一方、サブフレーム基板11は、<100>400umのシリコンウェハを用い、アクチュエータ素子19に対応する領域を空隙としたアクチュエータ保護キャビティ14とサブフレーム接合部15のパターンをリソ・エッチングによって形成している。上記以外にも外部よりインクを供給するためのインク供給孔(図示省略)、駆動IC実装用の開口エリア(図示省略)が形成されているものである。   On the other hand, the subframe substrate 11 uses a silicon wafer of <100> 400 μm, and the pattern of the actuator protection cavity 14 and the subframe joint 15 having a space corresponding to the actuator element 19 as a gap is formed by lithography. . In addition to the above, an ink supply hole (not shown) for supplying ink from the outside and an opening area (not shown) for mounting a drive IC are formed.

次に、上記のように形成されたアクチュエータ基板12に、サブフレーム基板11を接合する手順について説明する。   Next, a procedure for joining the sub-frame substrate 11 to the actuator substrate 12 formed as described above will be described.

先ず、図4Aに示すように、サブフレーム基板11のサブフレーム接合部15の下部先端面に接着剤28を塗布する。接着剤28は、周知のフレキソ印刷技術によってサブフレーム接合部15の下部先端面にのみ塗布される。ここでは、接着剤28の塗布厚は3um(μm)に設定されている。   First, as shown in FIG. 4A, an adhesive 28 is applied to the lower end surface of the subframe joining portion 15 of the subframe substrate 11. The adhesive 28 is applied only to the lower end surface of the subframe joint 15 by a known flexographic printing technique. Here, the coating thickness of the adhesive 28 is set to 3 μm (μm).

そして、サブフレーム接合部15の下部先端面が、アクチュエータ基板12(図1参照)の接合面段差27に一致するよう、サブフレーム基板11とアクチュエータ基板12との位置合わせを行う。   Then, the sub-frame substrate 11 and the actuator substrate 12 are aligned so that the lower end surface of the sub-frame bonding portion 15 matches the bonding surface step 27 of the actuator substrate 12 (see FIG. 1).

次に、ウエハ接合装置によって、図4Bに示すように、サブフレーム接合部15の下部先端面をアクチュエータ基板12(図1参照)の接合面段差27の上面に接合して、アクチュエータ基板12とサブフレーム基板11とを一体化する。   Next, as shown in FIG. 4B, the lower end surface of the sub-frame bonding portion 15 is bonded to the upper surface of the bonding surface step 27 of the actuator substrate 12 (see FIG. 1) by the wafer bonding apparatus. The frame substrate 11 is integrated.

次に、図4Cに示すように、シリコン基板24’の下面に研磨加工を行い、その研磨加工面にレジストパターン32を形成する。その後、図4Dに示すように、エッチングを施して、接合面段差27の下方位置に隔壁24を形成するとともに、隣り合う隔壁24の間にインク液室26を形成する。隔壁24は、アクチュエータ素子19の下方には形成されていないが、メタル配線21及びパッシベーション膜22から成る接合面段差27の下方に形成されている。すなわち、隔壁24は、サブフレーム基板11のサブフレーム接合部15が接合された接合面段差27を下側から支持する構成となっている。なお、シリコン基板24’の下面に対する上記研磨加工は、シリコン基板24’の高さを調整することにより、インク液室26を所望の大きさにするために行われる。   Next, as shown in FIG. 4C, polishing is performed on the lower surface of the silicon substrate 24 ', and a resist pattern 32 is formed on the polished surface. Thereafter, as shown in FIG. 4D, etching is performed to form the partition wall 24 below the joint surface step 27, and the ink liquid chamber 26 is formed between the adjacent partition walls 24. The partition wall 24 is not formed below the actuator element 19, but is formed below the joint surface step 27 including the metal wiring 21 and the passivation film 22. That is, the partition wall 24 is configured to support the joint surface step 27 to which the subframe joint portion 15 of the subframe substrate 11 is joined from below. The polishing process for the lower surface of the silicon substrate 24 ′ is performed to adjust the height of the silicon substrate 24 ′ so that the ink liquid chamber 26 has a desired size.

最後に、図4Eに示すように、ノズル孔25が形成されたノズル基板13を、アクチュエータ基板12の隔壁24の下面に接合する。以上のようにして、インクジェットヘッド10が製造される。   Finally, as shown in FIG. 4E, the nozzle substrate 13 in which the nozzle holes 25 are formed is bonded to the lower surface of the partition wall 24 of the actuator substrate 12. As described above, the inkjet head 10 is manufactured.

次に、表1に示す条件で実験例1〜4及び比較例1〜3のようなサンプルを作製した。各実験例1〜4及び比較例1〜3のサンプルに対して、上部電極成膜後に上部電極のPt膜にピンホールが生じているか否かを調べた。また、各実験例1〜4及び比較例1〜3のサンプルに対して、上部電極と絶縁保護膜(Al23)との界面での上部電極のPt膜に膜浮き等が生じているか否かについて調べた。なお、密着力の測定は、ナノインデンターを用いたスクラッチ試験により行った。密着力が大きいほど密着性を維持できる。 Next, samples as in Experimental Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3 were produced under the conditions shown in Table 1. For each sample of Experimental Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, it was examined whether or not a pinhole was generated in the Pt film of the upper electrode after the upper electrode was formed. Also, with respect to the samples of each of Experimental Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3, is there a film floating or the like on the Pt film of the upper electrode at the interface between the upper electrode and the insulating protective film (Al 2 O 3 )? I investigated whether or not. In addition, the measurement of the adhesive force was performed by the scratch test using a nano indenter. The greater the adhesion, the more the adhesion can be maintained.

比較例1では、上部電極膜の成膜温度は150℃、Pt膜の平均粒子径48nm、Pt膜の膜厚40nmである。このとき、密着力は3mNであり、上部電極のPt膜にはピンホール及び膜浮き等が共に「あり」であった。   In Comparative Example 1, the deposition temperature of the upper electrode film is 150 ° C., the average particle diameter of the Pt film is 48 nm, and the film thickness of the Pt film is 40 nm. At this time, the adhesion was 3 mN, and the Pt film of the upper electrode was “existent” both with pinholes and film floating.

実験例1では、上部電極膜の成膜温度は150℃、Pt膜の平均粒子径50nm、Pt膜の膜厚60nmである。このとき、密着力は15mNであり、上部電極のPt膜にはピンホール及び膜浮き等が共に「なし」であった。   In Experimental Example 1, the deposition temperature of the upper electrode film is 150 ° C., the average particle diameter of the Pt film is 50 nm, and the film thickness of the Pt film is 60 nm. At this time, the adhesive force was 15 mN, and the Pt film of the upper electrode was “none” for both pinholes and film floating.

実験例2では、上部電極膜の成膜温度は150℃、Pt膜の平均粒子径53nm、Pt膜の膜厚125nmである。このとき、密着力は17mNであり、上部電極のPt膜にはピンホール及び膜浮き等が共に「なし」であった。   In Experimental Example 2, the deposition temperature of the upper electrode film is 150 ° C., the average particle diameter of the Pt film is 53 nm, and the film thickness of the Pt film is 125 nm. At this time, the adhesion was 17 mN, and the Pt film of the upper electrode was “none” for both pinholes and film floating.

比較例2では、上部電極膜の成膜温度は300℃、Pt膜の平均粒子径94nm、Pt膜の膜厚80nmである。このとき、密着力は5mNであり、上部電極のPt膜にはピンホール及び膜浮き等が共に「あり」であった。   In Comparative Example 2, the deposition temperature of the upper electrode film is 300 ° C., the average particle diameter of the Pt film is 94 nm, and the film thickness of the Pt film is 80 nm. At this time, the adhesion was 5 mN, and the Pt film of the upper electrode was “existent” both with pinholes and film floating.

実験例3では、上部電極膜の成膜温度は300℃、Pt膜の平均粒子径105nm、Pt膜の膜厚125nmである。このとき、密着力は24mNであり、上部電極のPt膜にはピンホール及び膜浮き等が共に「なし」であった。   In Experimental Example 3, the deposition temperature of the upper electrode film is 300 ° C., the average particle diameter of the Pt film is 105 nm, and the film thickness of the Pt film is 125 nm. At this time, the adhesion was 24 mN, and the Pt film of the upper electrode was “none” for both pinholes and film floating.

比較例3では、上部電極膜の成膜温度は500℃、Pt膜の平均粒子径156nm、Pt膜の膜厚125nmである。このとき、密着力は4mNであり、上部電極のPt膜にはピンホール及び膜浮き等が共に「あり」であった。   In Comparative Example 3, the deposition temperature of the upper electrode film is 500 ° C., the average particle diameter of the Pt film is 156 nm, and the film thickness of the Pt film is 125 nm. At this time, the adhesion was 4 mN, and the Pt film of the upper electrode was “existent” both with pinholes and film floating.

実験例4では、上部電極膜の成膜温度は500℃、Pt膜の平均粒子径160nm、Pt膜の膜厚200nmである。このとき、密着力は28mNであり、上部電極のPt膜にはピンホール及び膜浮き等が共に「なし」であった。   In Experimental Example 4, the deposition temperature of the upper electrode film is 500 ° C., the average particle diameter of the Pt film is 160 nm, and the film thickness of the Pt film is 200 nm. At this time, the adhesion was 28 mN, and the Pt film of the upper electrode was “none” for both pinholes and film floating.

表1から明らかなように、Pt膜の横方向の粒径を膜厚以下にすることで、上部電極のPt膜にピンホールをなくし、上部電極と絶縁保護膜(Al23)との界面での上部電極の膜浮き等の発生を確実に防止することができる。 As is clear from Table 1, by making the lateral particle size of the Pt film equal to or less than the film thickness, pin holes are eliminated in the Pt film of the upper electrode, and the upper electrode and the insulating protective film (Al 2 O 3 ) Occurrence of the upper electrode film floating at the interface can be reliably prevented.

図5及び図6は従来技術によるもので、上部電極のPt膜の様子を示している。図5は、上部電極のPt膜の横断面を示しており、Pt膜に複数のピンホール(円形の破線で囲った部分)が生じていることが分かる。また図6は、上部電極のPt膜の縦断面を示しており、同様に、ピンホールが生じていることが分かる。   5 and 6 show the state of the Pt film of the upper electrode according to the prior art. FIG. 5 shows a cross section of the Pt film of the upper electrode, and it can be seen that a plurality of pinholes (portions surrounded by circular broken lines) are generated in the Pt film. FIG. 6 shows a longitudinal section of the Pt film of the upper electrode, and it can be seen that a pinhole is similarly generated.

これに対し、図7は本実施例によるもので、上部電極のPt膜の様子を示している。図7に示すように、上部電極のPt膜にはピンホールはまったく生じておらず、本実施例の効果が顕著に表れていることが分かる。   On the other hand, FIG. 7 shows a state of the Pt film of the upper electrode according to the present example. As shown in FIG. 7, it can be seen that no pinhole is generated in the Pt film of the upper electrode, and the effect of this example is remarkably exhibited.

本実施例によれば、上部電極16のPt膜の横方向の平均粒子径が膜厚よりも小さく設定されており、白金原子の粒子径が小さくなっている。これにより、白金原子を隙間なく埋めることができるので、上部電極16のPt膜にピンホールが生じるのが回避され、圧電体薄膜17の特性を劣化させること無く、膜浮き等を防止することができる。   According to the present embodiment, the average particle diameter in the lateral direction of the Pt film of the upper electrode 16 is set smaller than the film thickness, and the particle diameter of platinum atoms is small. As a result, platinum atoms can be filled without gaps, so that pinholes can be avoided in the Pt film of the upper electrode 16, and film floating and the like can be prevented without deteriorating the characteristics of the piezoelectric thin film 17. it can.

また、白金膜の横方向の平均粒子径50nm以上は、密着力を更に向上させることができる平均粒子径範囲であり、界面にて膜の密着性を高めて、膜浮き等をより一層防止できる。   Further, the average particle diameter of 50 nm or more in the lateral direction of the platinum film is an average particle diameter range in which the adhesion can be further improved, and the adhesion of the film can be enhanced at the interface to further prevent film floating and the like. .

また本実施例によれば、導電性酸化物にSrRuO3を用いることにより、インク吐出特性を良好に保持できるとともに、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。 In addition, according to the present embodiment, by using SrRuO 3 as the conductive oxide, it is possible to maintain good ink discharge characteristics and obtain stable ink discharge characteristics even when continuously discharged.

また、白金膜を250〜500℃の温度で成膜しているので、界面における膜の密着性が更に高められ、この点においても膜浮き等をより一層防止することができる。   In addition, since the platinum film is formed at a temperature of 250 to 500 ° C., the adhesion of the film at the interface is further enhanced, and in this respect also, film floating and the like can be further prevented.

《実施例2》
次に、実施例1のインクジェットヘッド10を搭載した画像形成装置について、図8及び図9を参照しつつ説明する。なお、図8は画像形成装置100を側方から見たときの全体構成図、図9は画像形成装置100の要部を示す平面図である。
Example 2
Next, an image forming apparatus equipped with the inkjet head 10 of Example 1 will be described with reference to FIGS. 8 is an overall configuration diagram when the image forming apparatus 100 is viewed from the side, and FIG. 9 is a plan view showing a main part of the image forming apparatus 100.

画像形成装置100には、図8において手前側と奧側に側板(図示省略)がそれぞれ設けられ、これら側板間にガイドロッド101とガイドレール102が掛け渡されている。ガイドロッド101とガイドレール102にはキャリッジ103が摺動自在に支持されている。そして、キャリッジ103は、主走査モータ104の回転力がタイミングベルト105を介して伝えられることにより、ガイドロッド101とガイドレール102に沿って、図9の矢印左右方向(主走査方向)に摺動する。   In the image forming apparatus 100, side plates (not shown) are provided on the front side and the heel side in FIG. 8, respectively, and a guide rod 101 and a guide rail 102 are spanned between these side plates. A carriage 103 is slidably supported on the guide rod 101 and the guide rail 102. The carriage 103 slides in the left-right direction (main scanning direction) in FIG. 9 along the guide rod 101 and the guide rail 102 when the rotational force of the main scanning motor 104 is transmitted via the timing belt 105. To do.

キャリッジ103には、例えば、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4個の記録ヘッド107が設けられている。記録ヘッド107は、複数のインク吐出口が主走査方向と交叉する方向に配列され、かつインク滴吐出方向が下方に向くよう装着されている。なお、記録ヘッド107は、実施例1で示したインクジェットヘッド10と同じものであり、圧電素子などの圧電アクチュエータが内蔵されている。   The carriage 103 is provided with, for example, four recording heads 107 that eject ink droplets of each color of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk). The recording head 107 is mounted such that a plurality of ink ejection openings are arranged in a direction crossing the main scanning direction, and the ink droplet ejection direction is directed downward. The recording head 107 is the same as the inkjet head 10 shown in the first embodiment, and includes a piezoelectric actuator such as a piezoelectric element.

また、キャリッジ103には、記録ヘッド107に各色のインクを供給するためのサブタンク108が搭載されている。このサブタンク108には、インク供給チューブ(図示省略)を介してメインタンク(インクカートリッジ)からインクが補充供給される。   In addition, a sub tank 108 for supplying ink of each color to the recording head 107 is mounted on the carriage 103. The sub tank 108 is supplementarily supplied with ink from a main tank (ink cartridge) via an ink supply tube (not shown).

画像形成装置100の下部には給紙カセット110が設けられ、この給紙カセット110などの用紙積載部(圧板)111上には用紙112が積載されている。用紙積載部111の端部近傍には、半月コロ(給紙ローラ)113と、給紙ローラ113に対向して分離パッド114が設けられている。分離パッド114は、摩擦係数の大きな材質で形成され、かつ給紙ローラ113側に付勢されている。そして、給紙ローラ113は、用紙積載部111から用紙112を1枚ずつ分離し、その分離した用紙112を分離パッド114に接続して設けられたガイド115へ給送する。   A paper feed cassette 110 is provided in the lower part of the image forming apparatus 100, and paper 112 is loaded on a paper stacking unit (pressure plate) 111 such as the paper feed cassette 110. Near the end of the paper stacking unit 111, a half-moon roller (paper feed roller) 113 and a separation pad 114 are provided to face the paper feed roller 113. The separation pad 114 is made of a material having a large friction coefficient and is urged toward the paper feed roller 113 side. The sheet feeding roller 113 separates the sheets 112 from the sheet stacking unit 111 one by one, and feeds the separated sheets 112 to a guide 115 provided connected to the separation pad 114.

ガイド115へ給送された用紙112は、カウンタローラ122と搬送ガイド123を介して搬送ベルト121へ送られる。カウンタローラ122は、ガイド115へ給送された用紙112を搬送ベルト121との間で挟んで搬送するためのものである。搬送ガイド123は、カウンタローラ122と搬送ベルト121間を略鉛直上方に送られる用紙112を、略90°方向転換させて搬送ベルト121上に倣わせるためのものである。また、押さえ部材124で搬送ベルト121側に付勢された先端加圧コロ125と、搬送ベルト121表面を帯電させるための帯電ローラ126とが設けられている。なお、搬送ベルト121は、用紙112を静電吸着して搬送する。   The paper 112 fed to the guide 115 is sent to the transport belt 121 via the counter roller 122 and the transport guide 123. The counter roller 122 is for sandwiching and transporting the paper 112 fed to the guide 115 with the transport belt 121. The conveyance guide 123 is for causing the sheet 112 fed substantially vertically upward between the counter roller 122 and the conveyance belt 121 to change the direction by approximately 90 ° to follow the conveyance belt 121. Further, a tip pressure roller 125 urged toward the conveying belt 121 by the pressing member 124 and a charging roller 126 for charging the surface of the conveying belt 121 are provided. The transport belt 121 transports the paper 112 by electrostatic adsorption.

搬送ベルト121は、無端状ベルトであり、搬送ローラ127とテンションローラ128との間に掛け渡されている。副走査モータ131からタイミングベルト132及びタイミングローラ133を介して搬送ローラ127が回転されることで、図9のベルト搬送方向(副走査方向)に周回するように構成されている。なお、搬送ベルト121の裏面側には、記録ヘッド107による画像形成領域に対応してガイド部材129が配置されている。   The conveyor belt 121 is an endless belt and is stretched between the conveyor roller 127 and the tension roller 128. The conveyance roller 127 is rotated from the sub-scanning motor 131 via the timing belt 132 and the timing roller 133, and is configured to circulate in the belt conveyance direction (sub-scanning direction) in FIG. Note that a guide member 129 is disposed on the back side of the conveyance belt 121 so as to correspond to an image forming area formed by the recording head 107.

また、図8に示すように、搬送ローラ127の軸には、スリット円板134が取り付けられ、このスリット円板134のスリットをセンサ135(図9参照)で検出する。これにより、搬送ローラ127の回転量(搬送ベルト121の移動量)を検知することができる。なお、スリット円板134やセンサ135はエンコーダ136を構成している。   As shown in FIG. 8, a slit disk 134 is attached to the shaft of the transport roller 127, and the slit of the slit disk 134 is detected by a sensor 135 (see FIG. 9). Thereby, the rotation amount of the conveyance roller 127 (the movement amount of the conveyance belt 121) can be detected. Note that the slit disk 134 and the sensor 135 constitute an encoder 136.

帯電ローラ126は、搬送ベルト121の表層に接触し、搬送ベルト121の回動に従動して回転するように配置されている。帯電ローラ126の軸両端には2.5Nの加圧力が掛けられている。   The charging roller 126 is disposed so as to come into contact with the surface layer of the transport belt 121 and to rotate following the rotation of the transport belt 121. A pressure of 2.5 N is applied to both ends of the charging roller 126 shaft.

また、図9に示すように、キャリッジ103の前方側にはスリットを形成したエンコーダスケール142が設けられ、キャリッジ103の前面側には前記スリットを検出する透過型フォトセンサからなるエンコーダセンサ143が設けられている。これらエンコーダスケール142やエンコーダセンサ143は、キャリッジ103の主走査方向位置(ホーム位置に対する位置)を検知するためのエンコーダ144を構成している。   Further, as shown in FIG. 9, an encoder scale 142 having slits is provided on the front side of the carriage 103, and an encoder sensor 143 including a transmission type photosensor for detecting the slits is provided on the front side of the carriage 103. It has been. The encoder scale 142 and the encoder sensor 143 constitute an encoder 144 for detecting the position of the carriage 103 in the main scanning direction (position with respect to the home position).

さらに、記録ヘッド107で記録された用紙112を排紙するために、搬送ベルト121から用紙112を分離するための分離部と、排紙ローラ152及び排紙コロ153と、排紙される用紙112をストックする排紙トレイ154とが設けられている。   Further, in order to discharge the paper 112 recorded by the recording head 107, a separation unit for separating the paper 112 from the conveying belt 121, a paper discharge roller 152 and a paper discharge roller 153, and a paper 112 to be discharged. And a paper discharge tray 154 for stocking.

また、画像形成装置100の背部(図の左側)には両面給紙ユニット161が着脱自在に装着されている。この両面給紙ユニット161は搬送ベルト121の逆方向回転で戻される用紙112を取り込んで反転させて、再度、カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙する。   A double-sided paper feeding unit 161 is detachably attached to the back of the image forming apparatus 100 (left side in the figure). The double-sided paper feeding unit 161 takes in the paper 112 returned by the reverse rotation of the conveying belt 121, reverses it, and feeds it again between the counter roller 122 and the conveying belt 121.

このように構成された画像形成装置100においては、用紙積載部111から用紙112が1枚ずつ分離給紙され、略鉛直上方に給紙された用紙112はガイド115で案内され、搬送ベルト121とカウンタローラ122との間に挟まれて搬送される。さらに、用紙112は、先端が搬送ガイド123で案内されて先端加圧コロ125で搬送ベルト121に押し付けられ、略90°搬送方向を転換される。   In the image forming apparatus 100 configured as described above, the sheets 112 are separated and fed one by one from the sheet stacking unit 111, and the sheet 112 fed substantially vertically upward is guided by the guide 115, and the conveyance belt 121. It is sandwiched between the counter roller 122 and conveyed. Further, the front end of the paper 112 is guided by the transport guide 123 and pressed against the transport belt 121 by the front end pressure roller 125, and the transport direction is changed by approximately 90 °.

このとき、図示していない制御回路の高圧電源から、帯電ローラ126に対してプラス出力とマイナス出力とが交互に繰り返すように、つまり交番する電圧が印加される。これにより、搬送ベルト121は、交番する帯電電圧パターン、つまり周回方向である副走査方向にプラスとマイナスが所定の幅で帯状に交互に帯電されることになる。このプラス/マイナス交互に帯電した搬送ベルト121上に用紙112が給送されると、用紙112が搬送ベルト121に静電力で吸着され、搬送ベルト121の周回移動によって用紙112が副走査方向に搬送される。   At this time, a positive output and a negative output are alternately applied to the charging roller 126 from a high voltage power source of a control circuit (not shown), that is, an alternating voltage is applied. As a result, the conveying belt 121 is alternately charged in a strip shape with a predetermined width in the sub-scanning direction that is the rotating direction, that is, plus and minus in the alternating charging voltage pattern. When the paper 112 is fed onto the conveyance belt 121 charged alternately with plus and minus, the paper 112 is attracted to the conveyance belt 121 by electrostatic force, and the paper 112 is conveyed in the sub-scanning direction by the circular movement of the conveyance belt 121. Is done.

そこで、キャリッジ103を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド107を駆動することにより、停止している用紙112にインク滴を吐出して1行分を記録し、用紙112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112の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了して、用紙112を排紙トレイ154に排紙する。   Therefore, by driving the recording head 107 according to the image signal while moving the carriage 103, ink droplets are ejected onto the stopped paper 112 to record one line, and after the paper 112 is conveyed by a predetermined amount, Record the next line. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing edge of the paper 112 has reached the recording area, the recording operation is finished, and the paper 112 is discharged onto the paper discharge tray 154.

また、両面印刷の場合には、表面(最初に印刷する面)の記録が終了したときに、搬送ベルト121を逆回転させることで、記録済みの用紙112を両面給紙ユニット161に送り込む。両面給紙ユニット161では、用紙112を反転させて(裏面が印刷面となる状態にして)、再度、カウンタローラ122と搬送ベルト121との間に給紙する。そして、タイミング制御を行って、前述したと同様に搬送ベルト121上に搬送して裏面に記録を行った後、排紙トレイ154に排紙する。   In the case of duplex printing, when recording on the front surface (surface to be printed first) is completed, the recording sheet 112 is fed into the duplex feeding unit 161 by rotating the conveyance belt 121 in the reverse direction. In the double-sided paper feeding unit 161, the paper 112 is reversed (the back side becomes the printing surface), and is fed again between the counter roller 122 and the transport belt 121. Then, timing control is performed, and the sheet is conveyed onto the conveyor belt 121 and recorded on the back surface in the same manner as described above, and then discharged onto the sheet discharge tray 154.

以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、上記各実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明は上記各実施例の構成にのみ限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、本発明に含まれることは勿論である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, each of the above embodiments is only an example of the present invention, and the present invention is not limited only to the configuration of each of the above embodiments. . Needless to say, changes in design and the like within the scope of the present invention are included in the present invention.

例えば、実施例2における画像形成装置100は、プリンタ、ファクシミリ装置、複写装置、これらの複合機などにも適用することができる。   For example, the image forming apparatus 100 according to the second exemplary embodiment can be applied to a printer, a facsimile machine, a copying machine, and a multifunction machine of these.

また、本発明は、インク以外の液体、例えばDNA試料やレジスト、パターン材料などを吐出する液滴吐出ヘッドや液滴吐出装置、もしくは、これらを備える画像形成装置にも適用することができる。   The present invention can also be applied to a droplet discharge head or droplet discharge device that discharges a liquid other than ink, such as a DNA sample, a resist, or a pattern material, or an image forming apparatus including these.

10 インクジェットヘッド(液滴吐出ヘッド)
11 サブフレーム基板
12 アクチュエータ基板
13 ノズル基板
14 アクチュエータ保護キャビティ
15 サブフレーム接合部
16 上部電極
16’ 上部電極層
17 圧電体薄膜(PZT膜)
17’ 圧電体薄膜層
18 下部電極
18’ 下部電極層
19 アクチュエータ素子
20 絶縁保護膜
21 メタル配線
22 パッシベーション膜
23 振動板
24 隔壁
24’ シリコン基板
25 ノズル孔
26 インク液室
27 接合面段差
28 接着剤
31 レジストパターン
32 レジストパターン
100 画像形成装置
10 Inkjet head (droplet discharge head)
11 Subframe substrate 12 Actuator substrate 13 Nozzle substrate 14 Actuator protection cavity 15 Subframe junction 16 Upper electrode 16 'Upper electrode layer 17 Piezoelectric thin film (PZT film)
17 'Piezoelectric thin film layer 18 Lower electrode 18' Lower electrode layer 19 Actuator element 20 Insulating protective film 21 Metal wiring 22 Passivation film 23 Diaphragm 24 Partition wall 24 'Silicon substrate 25 Nozzle hole 26 Ink liquid chamber 27 Joint surface step 28 Adhesive 31 resist pattern 32 resist pattern 100 image forming apparatus

特許第3209082号公報Japanese Patent No. 3209082

Claims (8)

振動板と、
前記振動板上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられる圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜上に設けられた上部電極と備えた圧電アクチュエータであって、
前記上部電極は、導電性酸化物と、該導電性酸化物の上に形成された白金膜とを有し、前記白金膜は、横方向の平均粒子径が膜厚よりも小さいことを特徴とする圧電アクチュエータ。
A diaphragm,
A lower electrode provided on the diaphragm;
A piezoelectric thin film provided on the lower electrode;
A piezoelectric actuator provided with an upper electrode provided on the piezoelectric thin film,
The upper electrode has a conductive oxide and a platinum film formed on the conductive oxide, and the platinum film has a lateral average particle size smaller than the film thickness. Piezoelectric actuator.
前記白金膜の横方向の平均粒子径は、50nm以上であ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。   2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein an average particle diameter in a lateral direction of the platinum film is 50 nm or more. 前記導電性酸化物は、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO3)であることを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電アクチュエータ。 The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the conductive oxide is strontium ruthenate (SrRuO 3 ). 前記圧電体薄膜は、多結晶体からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。   The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric thin film is made of a polycrystalline body. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータを備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。   A droplet discharge head comprising the piezoelectric actuator according to claim 1. 請求項5に記載の液滴吐出ヘッドを搭載したことを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the droplet discharge head according to claim 5. 振動板と、
前記振動板上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられる圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜上に設けられた上部電極と備え、
前記上部電極が、導電性酸化物と、該導電性酸化物の上に形成された白金膜とから成る圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記白金膜を250〜500℃の温度で成膜して、前記白金膜の横方向の平均粒子径を膜厚よりも小さくすることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
A diaphragm,
A lower electrode provided on the diaphragm;
A piezoelectric thin film provided on the lower electrode;
With an upper electrode provided on the piezoelectric thin film,
The upper electrode is a method of manufacturing a piezoelectric actuator comprising a conductive oxide and a platinum film formed on the conductive oxide,
A method of manufacturing a piezoelectric actuator, wherein the platinum film is formed at a temperature of 250 to 500 ° C., and an average particle diameter in a lateral direction of the platinum film is made smaller than a film thickness.
前記導電性酸化物はルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO3)であり、該ルテニウム酸ストロンチウムを450〜600℃にてスパッタ成膜することを特徴とする請求項7に記載の圧電アクチュエータの製造方法。 The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 7, wherein the conductive oxide is strontium ruthenate (SrRuO 3 ), and the strontium ruthenate is formed by sputtering at 450 to 600 ° C.
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