JP6232866B2 - アクチュエータ素子、圧電アクチュエータ、液滴吐出ヘッド、並びに画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータ素子、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。

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。

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。

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。

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）。

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（Ａｌ₂Ｏ₃）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。

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。

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（Ａｌ₂Ｏ₃）との界面に膜浮き等が生じる虞がある。

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アクチュエータ素子、圧電アクチュエータを提供することである。

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。

上記課題を解決するために、本発明は、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アクチュエータ素子であって、前記上部電極は、白金膜を有し、前記白金膜は、横方向の平均粒子径が膜厚よりも小さく、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。

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。

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。 図１のＳＡ−ＳＡ線に沿った断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 図８の画像形成装置の要部を示す平面図である。

以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。

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。

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（Ａｌ₂Ｏ₃）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。

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。

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。

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。

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。

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。

《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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ａｌ₂Ｏ₃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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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に設定されている。

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。

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。

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。

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。

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（Ａｌ₂Ｏ₃）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（Ａｌ₂Ｏ₃）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

《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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、図８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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

特許第３２０９０８２号公報

Claims (8)

1. 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アクチュエータ素子であって、
   前記上部電極は、白金膜を有し、
   前記白金膜は、横方向の平均粒子径が膜厚よりも小さく、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アクチュエータ素子。
2. 前記上部電極は、前記白金膜の下に導電性酸化物を含み、
   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に記載のアクチュエータ素子。
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又は２に記載のアクチュエータ素子。
4. 振動上に、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアクチュエータ素子が積層されたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
5. 請求項４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。
6. 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。
7. 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、白金膜を有するアクチュエータ素子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、膜厚よりも小さく且つ５０ｎｍ以上とすることを特徴とするアクチュエータ素子の製造方法。
8. 前記上部電極は、前記白金膜の下に導電性酸化物を含み、
   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に記載のアクチュエータ素子の製造方法。