JP5724490B2 - 圧電アクチュエータおよびその作製方法、液体吐出ヘッドおよび記録装置 - Google Patents

Description

この発明は、圧電アクチュエータおよびその作製方法、圧電アクチュエータを用いる液体吐出ヘッドおよび記録装置に関する。

インクジェットプリンタに用いられる液体吐出ヘッドは、インクが導入される加圧室の壁面をなす振動板を圧電アクチュエータにより変形させて、加圧室内のインクに圧力を印加し、加圧室内のインクを「加圧室に連通するノズル」を通して吐出させ記録媒体に付着させる。

振動板を基板とする圧電アクチュエータは一般に、電圧の印加により変形する圧電膜の両面を１対の電極膜で挟持した構成となっている。圧電膜を構成する圧電体としては「ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）セラミックス」などが用いられ、これらは複数の金属酸化物を主成分としているので一般に「金属複合酸化物」と呼ばれている。

圧電アクチュエータを作製する方法は、従来から種々の方法が提案されている。
出願人は先に「基板上に１以上の連通溝を有する隔壁を設けて複数の圧電素子形成領域を画成し、インクジェット方式により共通電極材料前駆体液を、圧電素子形成領域及び連通溝に塗布・焼成して共通電極を形成し、インクジェット方式により圧電体ゾルゲル液を、圧電素子形成領域に塗布・焼成して圧電材料層を形成し、さらに、インクジェット方式により個別電極材料前駆体液を、圧電素子形成領域に塗布・焼成して個別電極を形成する作製方法」を提案した（特許文献１）。

この発明は、特許文献１に開示された作製方法における「連通溝を有する隔壁」の形成を不要とし、より容易に圧電アクチュエータを作製できる新規な圧電アクチュエータ作製方法の提供、かかる作製方法により作製される圧電アクチュエータ、およびこれを用いる液体吐出ヘッド、かかる液体吐出ヘッドを用いるインクジェットプリンタの実現を課題とする。

この発明の圧電アクチュエータ作製方法は「電圧の印加により変形可能な圧電膜を有する圧電アクチュエータを作製する方法」であって、第１電極膜形成工程、単分子膜形成工程、パターニング工程、塗布工程、圧電膜化工程および第２電極膜形成工程を有する（請求項１）。

「第１電極膜形成工程」は、圧電アクチュエータを形成する基板上に、第１電極となる第１電極膜を形成する工程である。基板上に形成する圧電アクチュエータが複数個ある場合、第１電極膜は、第１電極膜形成工程により「複数の圧電アクチュエータに共通」して形成される。基板上に単一のアクチュエータが形成される場合、第１電極膜は「圧電膜の矩形形状よりも広い領域」に形成される。

「単分子膜形成工程」は、第１電極膜形成工程で基板上に形成された第１電極膜上の所望のエリアに、自己組織化による単分子膜を形成する工程である。「所望のエリア」は、１以上の圧電アクチュエータの圧電膜が形成される領域である。

「自己組織化による単分子膜」はＳＡＭ膜として知られており、単分子膜形成工程は第１電極膜上にＳＡＭ膜を形成する工程である。ＳＡＭ膜を形成する処理を「ＳＡＭ処理」とも言う。

「パターニング工程」は、第１電極膜上に形成された単分子膜に「圧電膜の矩形形状」をパターニングし、第１電極膜を「矩形状に露出」させる工程である。

このパターニング工程は、例えば、後述するように、周知の「フォトリソグラフィの手法と酸素プラズマ照射の手法」等により容易に実行可能である。

「塗布工程」は、矩形状に露出した第１電極膜部分に「圧電膜となる圧電膜材料の前駆液」をインクジェット方式で塗布する工程である。
「圧電膜化工程」は、塗布された前駆液を圧電膜に変質させる工程である。

「第２電極膜形成工程」は、圧電膜化された圧電膜の上に第２電極となる第２電極膜を形成する工程である。

「圧電膜材料の前駆液」と「第１電極膜の材料」と「単分子膜」の材料は、前駆液に対して第１電極膜が親液性で、単分子膜が疎液性となるように調整される。

前駆液、第１電極膜、単分子膜の材料がこのように調整されていると、前駆液をインクジェット方式で「矩形状に露出した第１電極面」に塗布するとき、前駆液は単分子膜の疎液性により弾かれて単分子膜には付着せず、第１電極膜の親液性により「露出している第１電極膜」には良好に付着して第１電極膜を濡らす。

前駆液は、インクジェット方式により塗布されるので、第１電極膜が露出している部分に位置精度良く塗布でき、塗布量を高精度に調整できる。

「圧電膜化工程」は、塗布された前駆液を乾燥し、熱分解する「乾燥・熱分解工程」と、熱分解された圧電膜材料を結晶化させる「結晶化工程」を含む。

即ち、塗布された前駆液は、乾燥・熱分解工程後は「固体状の膜」となるが、この固体状の膜が「結晶化工程」で結晶化されることにより「圧電膜」に変質する。

上記の方法において、単分子膜形成工程から乾燥・熱分解工程まで、もしくは単分子膜形成工程から結晶化工程までを行なった後、必要に応じ「必要厚の圧電膜」を得るために「単分子膜形成工程と塗布工程と乾燥・熱分解工程」もしくは「単分子膜形成工程と塗布工程と乾燥・熱分解工程と結晶化工程」を「繰り返し工程」として繰り返して行なうことができる。この繰り返し工程では「パターニング工程」を行なう必要は無い。

請求項１記載の圧電アクチュエータ作製方法は、アクチュエータを形成する基板をＳｉ基板とし、第１電極膜、第２電極膜の材料を「白金族元素もしくはその酸化物」とし、単分子膜の材料を「アルカンチオール材料」とし、圧電膜の前駆液を「金属の複合酸化物の前駆液」として実施することができる（請求項２）。

この請求項２記載の圧電アクチュエータ作製方法は、第１電極膜の材料を白金族金属とし、圧電膜材料の前駆液を「ＰＺＴ前駆体溶液」として良好に実現できる（請求項３）。

上記請求項１〜３に記載の圧電アクチュエータ作製方法は何れも、「複数回の単分子膜形成工程」と「複数回の塗布工程」と「複数回の乾燥・熱分解工程」と「１回以上の結晶化工程」とを行なって、複数の圧電膜を「階層的に積層」して形成し、階層的に積層される複数の圧電膜の「長手方向（矩形の長手方向）の大きさが「上層の圧電膜ほど小さく」なるように、インクジェット方式による複数回の塗布工程を制御することを特徴とする。

請求項１〜３の任意の１に記載の圧電アクチュエータ作製方法においては、第２電極膜を「圧電膜上にインクジェット方式で形成」することができる（請求項４）。

この発明の圧電アクチュエータは、請求項１〜４の任意の１に記載の圧電アクチュエータ作製方法により基板上に作成された圧電アクチュエータである（請求項５）。

この発明の「液体吐出ヘッド」は、請求項５記載の圧電アクチュエータを用いた液体吐出ヘッドである（請求項６）。

この発明の記録装置は、請求項６に記載の液体吐出ヘッドを備えた記録装置である。

以上に説明したように、この発明によれば新規な圧電アクチュエータ作製方法を提供できる。この作製方法では、第１電極膜上への前駆液の塗布を、インクジェット方式で行なうので、塗布位置に正確且つ適量に前駆液を塗布できる。塗布された前駆液は、単分子層の疎液性により弾かれるので、露出された第１電極膜部分に適正に留まり、圧電膜化工程により良好な圧電膜とすることができる。このように、この発明の作製方法では、基板上に良好な圧電アクチュエータを容易に且つ低コストで作製できる。

液体吐出ヘッドの圧電アクチュエータをこの作製方法で作製することで、液体吐出ヘッドやこれを用いる記録装置のコストを低減化できる。

圧電アクチュエータの作製方法を説明するための図である。 圧電アクチュエータの作製方法を説明するための図である。 実施の形態２の圧電膜の形態を説明するための図である。 実施の形態２の圧電アクチュエータのＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す図である。 実施の形態２、３の圧電アクチュエータの長手方向の変位量を示す図である。 圧電アクチュエータに形成されうる保護膜を説明するための図である。 実施の形態３の圧電膜の形態を説明するための図である。 実施の形態３の圧電アクチュエータのＰ−Ｅヒステリシス曲線を示す図である。 第２電極膜をインクジェット方式で形成する場合の説明図である。 インクジェット塗布装置を説明するための図である。 液体吐出ヘッドを説明するための図である。 液体吐出ヘッドを説明するための図である。 インクジェットプリンタを説明するための図である。 インクジェットプリンタを説明するための図である。

以下、実施の形態を説明する。
以下に挙げる実施の形態１、２、３のうち、実施の形態１は、第１電極膜形成工程、単分子膜形成工程、パターニング工程、塗布工程、圧電膜化工程および第２電極膜形成工程の各工程を説明するための図であり、実施の形態２、３が、発明の実施の形態である。

「実施の形態１」
図１以下を参照して、実施の形態１を説明する。
図１は「単分子膜形成工程」と「パターニング工程」を説明するための図である。
図１（ａ）は、Ｓｉ基板１の表面に「第１電極膜形成工程」により第１電極膜１Ａを均一に形成された状態を示している。

第１電極膜形成工程では「電極材料である白金」をスパッタによりＳｉ基板１の表面に成膜して第１電極膜１Ａとしている。即ち、第１電極膜１Ａは白金膜である。

この白金膜の表面に「単分子膜形成工程」を行い単分子膜であるＳＡＭ膜を形成する。

ＳＡＭ膜は、基板１の表面の第１電極膜１Ａを「アルカンチオール液にディップして自己配列させる」ことにより得られる。

この実施の形態では、アルカンチオール液として「ＣＨ_３(ＣＨ_２)−ＳＨ」を用いた。

図１（ｂ）は、「ＣＨ_３(ＣＨ_２)−ＳＨ」の分子（ＭＬ）が自己配列してＳＡＭ膜２が形成された状態を示している。

このように形成されたＳＡＭ膜２の上にフォトレジスト３の層を形成し、フォトリソグラフィにより「除去すべきＳＡＭ膜部分の上部のフォトレジスト」を除去する。

図１（ｃ）は、このようにフォトレジスト３を除去した状態を示している。

この状態において、例えば「酸素プラズマ」を照射することにより、フォトレジストに覆われていないＳＡＭ膜２を「形成すべき圧電膜の矩形状」に除去する。
そうすると、基板１の表面に形成された白金膜（第１電極膜）１Ａの表面が露出する。
白金膜の「露出した部分の形状」は、圧電膜の矩形形状に合同な形状である。
さらに、酸素プラズマ照射の際に「マスク」として用いられたフォトレジスト３を除去する。図１（ｄ）の左図はこの状態を示し、符号１Ａ１で示す領域で白金膜１Ａの表面が露出している。白金膜１Ａの露出した領域１Ａ１の形状は「矩形状」であり、その長手方向は、図１（ｄ）左図において図面に直交する方向である。

図１（ｄ）右図は、ＳＡＭ膜２に囲繞されて「矩形状に露出」した白金膜１Ａ１を示している。この矩形の形状は、長手方向の長さが１ｍｍ、幅（短手方向の長さ）は８０μｍである。

なお、ＳＡＭ膜２の除去は、上記酸素プラズマの照射に限らず、例えば「ＵＶ光照射」で実行することもできる。

続いて、図１（ｅ）に示すように、インクジェット塗布装置の液体吐出ヘッド４を用いて、前駆液６の塗布を行なう。

前駆液を構成するための「溶液」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る。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水し、化学量論組成に対し鉛量を１０モル％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、上記「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前駆液（圧電膜となる圧電膜材料の前駆液）」を合成した。このＰＺＴ濃度は０．１モル／リットルにした。

以下では前駆液６を、ＰＺＴ前駆液６と記すこともある。

ＳＡＭ膜６は「前駆液６に対して」に対して疎液性であり、露出した白金膜１Ａ１の表面は「前駆液６に対して」親液性である。

このため、露出した白金膜１Ａ１に液体吐出ヘッド４によりＰＺＴ前駆液６を塗布すると、前駆液６は、露出した「親液性の白金膜１Ａ１」の表面を濡らして付着するが、ＳＡＭ膜２には、疎液性により弾かれて付着しない。
図１（ｅ）は、露出した白金膜１Ａ１の表面に前駆液６が塗布された状態を示す。接触角のコントラスト（親液性と疎液性の差）により、前駆液６は親液部である白金膜１Ａ１にのみに広がり矩形状のパターンを形成する。

このように塗布された前駆液６に対し「第１加熱（溶媒乾燥）工程として１２０℃で処理」した後、有機物の熱分解処理を行う。
第１過熱工程で熱処理されると、塗布された前駆液６は乾燥して「厚み」を減じ、膜状になる。この膜状のものを、便宜上以下においては「前駆膜」と称する。

図１（ｆ）において符号６Ａは「熱分解処理で得られた前駆膜」を示している。

１度の塗布工程で塗布される前駆液に第１過熱工程を行なって得られる前駆膜６Ａの厚さは、膜の長手方向中心部で１００ｎｍ前後が好ましい。液体吐出ヘッド４により１度の塗布工程で塗布される前駆液６における前駆体濃度は「成膜面積と前駆体塗布量の関係」に応じて適正化しておく。
説明中の実施の形態では、熱分解処理後の矩形状の「前駆膜６Ａ」は、長手方向の中心部で膜厚：９０ｎｍであった。

引き続き「繰返し工程」を行う。

図１（ｆ）の状態で「イソプロピルアルコールによる洗浄」を行なうと、白金膜１Ａ上のＳＡＭ膜２が除去されて図２（ａ）に示す如き状態となる。
洗浄後、上記と同様の浸漬処理によりＳＡＭ膜２を再度形成する。
ＳＡＭ膜２は、第１電極膜である白金膜１Ａとアルカンチオール分子との組み合わせで形成されるものであり、前駆膜６Ａ上には形成されない。従って、繰り返し工程における２度目以降の単分子膜形成工程では、ＳＡＭ膜２は「自動的に矩形形状をパターニングされた状態」で形成される。このように自動的にパターニングされたＳＡＭ膜の状態を図２（ｂ）に示している。

即ち、ＳＡＭ膜２は「前駆液に対して疎液性」で、熱分解処理後の前駆膜６Ａは「前駆液に対して親液性」である。

この状態で、１度目に形成した前駆膜６Ａに位置合わせして、インクジェット塗布装置の液体吐出ヘッド４によりＰＺＴ前駆体６を塗布する。

図２（ｃ）は、この状態を示している。塗布された前駆液６は前駆膜６Ａ上に重ね塗りされた状態となる。

続いて、１回目と同じ加熱プロセスにより乾燥・熱分解工程を実施すると、重ね塗りされた前駆液６が乾燥・熱分解されて、先に形成されている前駆膜６Ａと一体となって前駆膜６Ｂが得られる。このときの膜厚は１８０ｎｍであった。

この状態を図２（ｄ）の左図に示す。同図右図は、ＳＡＭ膜２の「矩形形状にパターニングされた部分」に前駆膜６Ｂが形成されている様子を示している。

上記の工程を６回繰り返して「厚さ：５４０ｎｍの前駆膜」を得たのち「結晶化工程」として７００℃の温度での結晶化熱処理をＲＴＡ（急速熱処理）で行なった。この処理において「前駆膜のクラックの発生」等の不良は生じなかった。

結晶化工程により「厚さ：５４０ｎｍの前駆膜」は、その前駆成分が結晶化して「ＰＺＴ結晶」となり、圧電膜に変質する。図２（ｅ）は、Ｓｉ基板１上の白金膜による第１電極膜１Ａの表面に圧電膜６Ｄが形成された状態を示している。

このようにして、圧電膜６Ｄを形成したのち、図２（ｆ）に示すように、圧電膜６Ｄ上に白金により第２電極膜１Ｂを形成して圧電アクチュエータとした。

図２（ｅ）、（ｆ）においては、図の左右方向が矩形形状の長手方向である。
圧電膜６Ｄの厚さは、長手方向の中央部から長手方向の両端部の極く近傍に至るまで、同じ厚さ（１８０ｎｍ）であり、第２電極膜１Ｂの長手方向の両端部１Ｂ１、１Ｂ２における圧電膜６Ｄの厚さ（「端部膜厚」と呼ぶ。）も１８０ｎｍであった。

「端部膜厚」は、圧電膜の長手方向の長さをＸとするとき、長手方向両端部から０．１Ｘ（長さ：Ｘの１０％）だけ中心部側へ変位した位置における膜厚である。

なお、第２電極膜１Ｂは、公知の適宜の方法で形成することが可能であるが、インクジェット方式で形成することができる。

「実施の形態２」
図２（ｄ）の状態から、上記の繰り返し工程を更に４回繰り返して、膜厚：５４０ｎｍの圧電膜を形成した。なお、結晶化工程は、全部で６層の前駆膜を形成した後、一括して行った。

このように形成された厚さ：５４０ｎｍの圧電膜に対して、さらに、上記ＳＡＭ膜形成工程、前駆液塗布工程、１２０℃での乾燥工程、５００℃での熱分解工程、７００℃での結晶化工程を６回行ない、厚さ：９０ｎｍの圧電膜を全体で７層に形成した。

第１電極膜上に直接に形成されている第１層の膜厚は上記の５４０ｎｍであり、その上に積層された６層の圧電膜の厚さは何れも９０ｎｍである。

第１層の上に積層される６層の圧電膜は、その長手方向の長さが「直前の層の長手方向の長さよりも２０％短くなる」ようにインクジェット塗布装置による塗布を制御した。

この塗布処理は、ＰＺＴ膜断面形状が「長手方向に左右対称」になるように、両端部で塗布条件を同じにした。結晶化処理が施された膜にクラックなどの不良は生じなかった。

図３に、このように形成した全７層構造の圧電膜を説明図的に示す。
７層の圧電膜を、図の如く下から第１層Ｌ１、第２層Ｌ３・・・第７層Ｌ７とする。図の左右方向が長手方向であり、第ｉ層（ｉ=１〜７）の長手方向の長さをＸ_ｉとすると、上記の如く、
Ｘ_ｉ+1＝０．８Ｘ_ｉ
である。

中心部膜厚は１０８０ｎｍに達し、端部膜厚（第１層Ｌ１の端部膜厚）は５４０ｎｍである。各層Ｌ１〜Ｌ７の長手方向の中央位置は揃っている。

図３に示した７層構造の圧電膜の第７層Ｌ７の上面に白金による第２電極膜を形成し、
圧電膜の電気特性、電気−機械変換能（圧電定数）の評価を行った。

電気特性として圧電膜の比誘電率は１１６３、誘電損失は０．０３、残留分極は１６．５μＣ／ｃｍ^２、抗電界は１０．７ｋＶ／ｃｍであり「通常のセラミック焼結体と同等の特性」を持つ。
図４に、「Ｐ−Ｅヒステリシス曲線」を示す。横軸は「印加電界」、縦軸は「分極率」を示す。

「電気−機械変換能」は電界印加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。その圧電定数ｄ３１（結晶軸ｄ３１方向の圧電係数）は１２０ｐｍ／Ｖとなり、セラミック焼結体と同等の値であった。
図３のような、圧電膜の長さが上層ほど短くなるようにすると、長手方向中心部の変形が、端部からの拘束を軽減されるため中心部変形量を大きくすることができる。

図５の破線は、実施の形態２の圧電アクチュエータの長手方向の変形量を示す。中心部変形量は、セラミック焼結体（実線）に比べ２０％向上している。これは液体吐出ヘッドの圧電アクチュエータとして十分設計できうる特性値である。

図３の圧電膜に第２電極膜を形成したのと同種の圧電アクチュエータで、長手方向中心部膜厚：Ｔ_Ｃと端部膜厚Ｔ_ｅの倍率Ｒ（＝Ｔ_Ｃ／Ｔ_ｅ）が「１．２５＜Ｒ＜３．０」の範囲にあるようにすると、上記の端部からの拘束を軽減して、中心部変形量を大きくする効果が認められた。

図３に即して説明した「圧電膜の上に白金膜による第２電極膜を形成した圧電アクチュエータ」の第２電極膜側に、窒化シリコンによる厚み：２００ｎｍの保護膜をスパッタリングで形成した。この保護膜付き圧電アクチュエータの断面観察をしたところ、長手方向の最端部のＰＺＴは、図６（ａ）に示すように、中心部に向かって８．５°のテーパを有していた。このテーパは、中心部（図の右方）に向かって４．４μｍに渡って連続し、それ以降は第１層の端部膜厚である５４０ｎｍでテーパは見られなかった。

圧電膜上に成膜した保護膜を観察すると、第１層の最端部のテーパ（８．５°）が小さいため、圧電膜と保護膜の界面から最表面までの保護層の膜厚（「実効膜厚」）が、長手方向の位置に依存せずほぼ一定の大きさを維持していた。
具体的には、実効膜厚は１９８ｎｍであり、成膜膜厚に対する実効膜厚は９９．４％であった。
比較のために、スピンコートやスパッタで成膜したＰＺＴの圧電膜を用意した。この場合は、レジストパターニングのドライエッチングの際に、オーバーエッチングが発生し、圧電膜端部にテーパが生じる。これらのテーパは５０〜７０°程度の高いテーパを有するため上記「低いテーパを有するＰＺＴ圧電膜」の場合と同条件で成膜した保護膜の実効膜厚は６８．４ｎｍで、成膜膜厚に対する実行膜厚は３４．２％であった。

即ち、実施の形態２で形成した低いテーパを有するＰＺＴ圧電膜の方が「必要な保護膜の膜厚を効率良く確保できる」ことを意味する。

「実施の形態３」
実施の形態２と同様の工程で、第１層を形成し、第１層の上にさらに６層の圧電膜を形成した。このとき形成した６層の圧電膜は、図７に示すように、第１層Ｌ１の上の第２層Ｌ２１〜第７層Ｌ２７の層の長さ（図の左右方向の長さ）が、１層あがるたびに「直下の層の長さ」を片側１０％ずつ短くなるようにし、圧電膜厚が、長手方向両端部側から中央部に向かって減少し、両端部で１０８０ｎｍ、中央部で最小膜厚：５４０ｎｍとなるようにした。

７層の圧電膜の断面形状が長手方向において左右対称になるように、両端部で同じ条件を用いて前駆液の塗布を行なった。結晶化処理による結晶化工程が施された圧電膜にクラックなどの不良は生じなかった。

この圧電膜上に第２電極膜を白金のスパッタリングで成膜し、電気特性、電気−機械変換能（圧電定数）の評価を行った。

圧電膜の比誘電率は１１６３、誘電損失は０．０３、残留分極は１９．３μＣ／ｃｍ２、抗電界は３．３ｋＶ／ｃｍであった。図８に「Ｐ−Ｅヒステリシス曲線」を図４にならって示す。

「電気−機械変換能」は、電界印加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。その圧電定数：ｄ３１は１２０ｐｍ／Ｖとなり、こちらもセラミック焼結体と同等の値であった。
また、長手方向の中心部膜厚：ＴＣと端部膜厚：Ｔｅの倍率Ｒ（＝ＴＣ／Ｔｅ）が「０．３３＜Ｒ＜０．６７」の範囲とすることにより、図５の「点線」のように、セラミック焼結体に比べて１０％の中心部変形量の向上が認められた。
図５から明らかなように、セラミック焼結体や実施の形態２に示した「１．２５＜Ｒ＜３．０」の範囲の圧電アクチュエータでは、長手方向の変形量が山形（実線と破線）になるが、実施の形態３の圧電アクチュエータでは点線で示すように変形量が「長手方向に水平」を保つ。このような変形量分布は「液体吐出ヘッドとして安定した振動モード」を実現でき、液体吐出ヘッドの圧電アクチュエータとして十分設計できうる特性値である。

第２電極膜は、請求項４記載のように「圧電膜上にインクジェット方式で形成」することができる。この場合の実施の１形態を、図９を参照して説明する。

図９は、圧電膜の長手方向から見た断面図であり、符号２５６は基板を支持する基体、符号２５５はＳｉ基板、符号２５４は第１電極膜を示し、符号２５３はＰＺＴ結晶による圧電膜を示している。

インクジェット塗布装置の液体吐出ヘッド２５０に「微細な白金微粒子をコロイド状に分散させた液体」を充填し、インクジェット方式で塗布する。この塗布においても前述の「接触角のコントラストを利用して塗布領域」を規制した。

第２電極膜は、短絡を防止するために「ＰＺＴ結晶の圧電膜２５３の膜パターンより小さい領域」に塗布する必要があるため「圧電膜２５３上にも上記液体を弾く疎液領域を設ける必要」がある。

これを実現するため、白金を塗布しない領域に「レジスト２５２をパターニング」し、レジスト２５２で覆われていない圧電膜表面に塗布を行い、１２０℃で白金の塗布液を乾燥処理した後にレジスト２５２を剥離し、最終的に２５０℃で焼結した。焼成後の白金膜の膜厚は０．５μｍであり、比抵抗は５×１０^−６Ωｃｍであった。

以下、上に説明したインクジェット塗布装置の１例を、図１０を参照して説明する。
図１０は、インクジェット塗布装置を説明するための斜視図である。
同図において、架台２００上に、Ｙ軸駆動手段２０１が設置され、その上に基板２０２（塗布対象）を搭載するステージ２０３がＹ軸方向に駆動可能に設置されている。ステージ２０３には図示されない「真空、静電気などを利用する吸着手段」が設けられており、基板２０２を固定する。

Ｘ軸支持部材２０４には、Ｘ軸駆動手段２０５が取り付けられており、これにＺ軸駆動手段２１１上に搭載されたヘッドベース２０６が取り付けられており、Ｘ軸方向に移動できるようになっている。
ヘッドベース２０６の上には「塗布液を吐出」させる液体吐出ヘッド２０８が搭載されている。液体吐出ヘッド２０８には、図示されない「液タンク」から供給用パイプ２１０を介して塗布液が供給される。
上記Ｘ、Ｙ、Ｚ駆動手段２０５、２０１、２１１により、塗布対象（塗布液が前駆液であるときには、ＳＡＭ膜をパターニングされて露出した第１電極膜表面、塗布液が白金液である場合には圧電膜表面）に対する位置調整を行い、液体吐出ヘッド２０８から塗布液を吐出して塗布を行なう。

図１１に、液体吐出ヘッドＰＨの構成を示す。図１２には、図１１の液体吐出ヘッドＰＨをアレイ配列した状態を示す。
図１１において、圧力室２１は、ノズル板１０、圧力室基板２０、振動板３０により４方を囲繞され、図面に直交する方向の両端部は板部材で閉ざされ、一方の板部材を貫通する導液管により塗布液を導入できるようになっている。圧力室基板２０および振動板３０は「Ｓｉの板」である。図１２に示すように、圧力室基板２０は、隣接する圧力室を隔てる隔壁となっている。

図１１において、圧力室２１は図面に直交する方向へ長い直方体状であって、その長さは１ｍｍより若干大きい。ノズル１１は、ノズル板１０における上記長手方向の１端部側に「小径の円孔」として穿設されている。

圧力室２１は、導入された塗布液により満たされており、振動板３０の変形により塗布液に圧力を作用させてノズル１１から吐出させる。

振動板３０の上部には密着層４１を介して第１電極膜４２が形成され、その上に形成された圧電膜４３および第２電極膜４４と、により圧電アクチュエータ４０が構成されている。

圧電アクチュエータ４０の変形により振動板３０を変形させて圧力室内の体積を変化させ、塗布液に圧力を作用させる。

上記圧電アクチュエータを上に説明した作製方法で作製でき、このようにして請求項６記載の液体吐出ヘッドを実現できる。圧電アクチュエータの部分は、図１１に示す形態のものに換えて、実施の形態２や３に示したものを適宜用いうることは言うまでもない。

なお、図１１、図１２に示した液体吐出ヘッドでは、先ず、Ｓｉ基板の表面に密着層４１を介して第１電極膜４２を形成し、その上に、先に説明したプロセスで圧電膜４３、第２電極膜４４が形成される。図１２の場合には、複数個の圧電アクチュエータが一度に形成される。

このようにして圧電アクチュエータを形成した後、Ｓｉ基板を裏面側からエッチングで侵刻して圧力室２１となるべき空間（その天井部分が振動板３０となる。）を形成し、しかるのちに、ノズル１１を穿設されたノズル板１０を接合して上記空間を閉ざして液体吐出ヘッドが形成される。

最後に、図１３、１４を参照して、「記録装置」の１例であるインクジェットプリンタの実施の１形態を説明する。
図１３は斜視図的説明図、図１４は機構部の側面説明図である。
インクジェットプリンタは、記録装置本体８１の内部に「主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した液体吐出ヘッドからなる記録ヘッド」、この記録ヘッドへ「吐出液であるインク」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８２等を収納している。
本体８１の下方部には、多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着でき、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができる。
給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙する。

印字機構部８２は、図示されない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持し、このキャリッジ９３にはイエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド）からなるヘッド９４を、複数のインク吐出口（ノズル）を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。
キャリッジ９３には、ヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５が交換可能に装着される。
インクカートリッジ９５は、上方には「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」を有し、内部には「インクが充填された多孔質体」を有し、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の圧力を「わずかな負圧」に維持している。
記録ヘッドとして、ここでは各色のヘッド９４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
キャリッジ９３は、後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置されており、キャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１００を張装し、このタイミングベルト１００をキャリッジ９３に固定し、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。
給紙カセット８４にセットされた用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するため、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの「用紙８３の送り出し角度」を規定する先端コロ１０６とを設けている。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。

キャリッジ９３の「主走査方向の移動範囲」に対応して、搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方側で案内する「用紙ガイド部材」として印写受け部材１０９を設けている。
印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２が設けられ、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６を配設している。
記録時には、キャリッジ９３を移動させつつ、画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動して、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。
キャリッジ９３の移動方向右端側の「記録領域を外れた位置」に、ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を配置している。
回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。
キャリッジ９３は、印字待機中には回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でヘッド９４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。
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９４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等がクリーニング手段により除去され、吐出不良が解消される。吸引されたインクは、本体下部に設置された図示されない廃インク溜に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
このように、このインクジェット記録装置においては、本発明を実施したインクジェットヘッドを搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像品質が向上する。

１ Ｓｉ基板
２ ＳＡＭ膜
３ フォトレジスト
１Ａ 第１電極膜
１Ａ１ ＳＡＭ膜をパターニングされて第１電極膜が露出した部分
６ ＰＺＴ結晶となるべき前駆液
６Ａ 前駆液に乾燥・熱分解工程を施した後の前駆膜

特開２０１１−０１８８３６号公報

Claims (7)

1. 電圧の印加により変形可能な圧電膜を有する圧電アクチュエータを作製する方法であって、
   前記圧電アクチュエータを形成する基板上に、第１電極となる第１電極膜を形成する第１電極膜形成工程と、
   前記第１電極膜形成工程により形成された前記第１電極膜上の所望のエリアに、自己組織化による単分子膜を形成する単分子膜形成工程と、
   該単分子膜形成工程により形成された前記単分子膜を矩形状にパターニングし、前記第１電極膜を前記矩形状に露出させるパターニング工程と、
   該パターニング工程により前記矩形状に露出した前記第１電極膜部分に、前記圧電膜となる圧電膜材料の前駆液をインクジェット方式で塗布する塗布工程と、
   該塗布工程により塗布された前記前駆液を圧電膜に変質させる圧電膜化工程と、
   該圧電膜化工程により圧電膜化された前記圧電膜の上に第２電極となる第２電極膜を形成する第２電極膜形成工程と、
   を備え、
   前記圧電膜材料の前駆液に対して、前記第１電極膜が親液性で、前記単分子膜が疎液性であり、
   前記圧電膜化工程が、
   前記塗布工程により塗布された前記前駆液を乾燥し、熱分解する乾燥・熱分解工程と、該乾燥・熱分解工程により熱分解された前記圧電膜材料を結晶化させる結晶化工程を有し、
   複数回の前記単分子膜形成工程と、
   複数回の前記塗布工程と、
   複数回の前記乾燥・熱分解工程と、
   １回以上の前記結晶化工程と、を行なって、複数の前記圧電膜を階層的に積層して形成し、
   階層的に積層される複数の前記圧電膜の、長手方向の大きさが、上層の圧電膜ほど小さくなるように、インクジェット方式による複数回の前記塗布工程を制御することを特徴とする圧電アクチュエータ作製方法。
2. 請求項１記載の圧電アクチュエータ作製方法において、
   前記圧電アクチュエータを形成する基板がＳｉ基板であり、
   前記第１電極膜、前記第２電極膜の材料が、白金族元素もしくはその酸化物であり、
   前記単分子膜の材料がアルカンチオール材料であり、
   前記圧電膜の前駆液が、金属の複合酸化物の前駆液であることを特徴とする圧電アクチュエータ作製方法。
3. 請求項２記載の圧電アクチュエータ作製方法において、
   前記第１電極膜の材料が白金族金属であり、
   前記圧電膜材料の前駆液がＰＺＴ前駆体溶液であることを特徴とする圧電アクチュエータ作製方法。
4. 請求項１〜３の任意の１に記載の圧電アクチュエータ作製方法において、
   前記第２電極膜を、前記圧電膜上にインクジェット方式で形成することを特徴とする圧電アクチュエータ作製方法。
5. 請求項１〜４の任意の１に記載の圧電アクチュエータ作製方法により前記基板上に作成された圧電アクチュエータ。
6. 請求項５記載の圧電アクチュエータを用いた液体吐出ヘッド。
7. 請求項６に記載の液体吐出ヘッドを備えた記録装置。

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