(57)【要約】【課題】ゾルゲル液を用いた主配向方向が（１１１）方向の圧電膜の製造方法等を提供すること。【解決手段】本圧電膜の製造方法は、鉛（Ｐｂ）とチタン（Ｔｉ）とジルコニウム（Ｚｒ）とを含む複合酸化物を主成分とする圧電膜の製造方法であって、被処理体上にゾルゲル液から塗布膜を形成する工程と、前記塗布膜を熱処理してアモルファス膜を形成する工程と、前記アモルファス膜を熱処理して結晶化し、前記圧電膜を形成する工程と、を有し、前記アモルファス膜を形成する工程では、前記塗布膜を２８０℃以下の温度で熱処理する。【選択図】図１
2014175550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛（Ｐｂ）とチタン（Ｔｉ）とジルコニウム（Ｚｒ）とを含む複合酸化物を主成分とする圧電膜の製造方法であって、
被処理体上にゾルゲル液から塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜を熱処理してアモルファス膜を形成する工程と、
前記アモルファス膜を熱処理して結晶化し、前記圧電膜を形成する工程と、を有し、
前記アモルファス膜を形成する工程では、前記塗布膜を２８０℃以下の温度で熱処理することを特徴とする圧電膜の製造方法。
【請求項２】
前記アモルファス膜を形成する工程では、前記塗布膜を２５０℃以下の温度で熱処理することを特徴とする請求項１記載の圧電膜の製造方法。
【請求項３】
前記圧電膜を形成する工程では、前記アモルファス膜にレーザ光を照射して、主配向方向が（１１１）方向の圧電膜を形成することを特徴とする請求項１又は２記載の圧電膜の製造方法。
【請求項４】
前記塗布膜を形成する工程、前記アモルファス膜を形成する工程では、前記塗布膜を含む前記被処理体の温度を２８０℃以下に保つことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の圧電膜の製造方法。
【請求項５】
前記アモルファス膜を形成する工程では、前記塗布膜を前記ゾルゲル液の主溶媒の沸点以上の温度で熱処理することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載の圧電膜の製造方法。
【請求項６】
前記ゾルゲル液の主溶媒はメトキシエタノールであり、前記沸点は１２４℃であることを特徴とする請求項５記載の圧電膜の製造方法。
【請求項７】
前記ゾルゲル液の主溶媒は１−ブタノールであり、前記沸点は１１７℃であることを特徴とする請求項５記載の圧電膜の製造方法。
【請求項８】
前記ゾルゲル液の主溶媒は２−ブトキシエタノールであり、前記沸点は１７１℃であることを特徴とする請求項５記載の圧電膜の製造方法。
【請求項９】
第１の電極膜上に圧電膜を形成する工程と、
前記圧電膜上に第２の電極膜を形成する工程と、を有し、
前記圧電膜を形成する工程では、請求項１乃至８の何れか一項記載の圧電膜の製造方法により前記圧電膜を形成することを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
鉛（Ｐｂ）とチタン（Ｔｉ）とジルコニウム（Ｚｒ）とを含む複合酸化物を主成分とする圧電膜であって、
２８０℃以下の温度で熱処理されて形成されたアモルファス膜が結晶化された、主配向方向が（１１１）方向の結晶膜であることを特徴とする圧電膜。
【請求項１１】
Ｐｂ（Ｚｒｘ、Ｔｉ１−ｘ）Ｏ３を主成分として、Ｌａ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｇｄ、Ｓｒ、Ｇｅのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１０記載の圧電膜。
【請求項１２】
第１の電極膜と、
前記第１の電極膜上に形成された請求項１０又は１１記載の圧電膜と、
前記圧電膜上に形成された第２の電極膜と、を有することを特徴とする圧電素子。
【請求項１３】
前記第１の電極膜は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔｉのうち少なくとも１つの金属を含む金属膜又金属酸化物膜であることを特徴とする請求項１２記載の圧電素子。
【請求項１４】
請求項１２又は１３記載の圧電素子を有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１５】
請求項１４記載の液滴吐出ヘッドを有することを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電膜及びその製造方法、圧電素子及びその製造方法、並びに前記圧電素子を有する液滴吐出ヘッド、及び前記液滴吐出ヘッドを有する液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電材料は電気信号と変位又は圧力とを変換する特性を有することから、センサやアクチュエータ等を含む各種デバイスに使用されている。圧電材料としては、例えば、ＰＺＴが使用されている。
【０００３】
圧電膜であるＰＺＴ結晶膜の作製手法としては、ゾルゲル法（ＣＳＤ法）、スパッタリング法、ＣＶＤ法等が用いられている。特に、ゾルゲル法は、他の方法に比べると、多元系酸化物を設計通りの組成で、低コストで広い面積に均一に被覆するメリットを有するため、非常に有効な成膜法として広く採用されている。
【０００４】
ところで、ＰＺＴ結晶膜を作製するためには、例えば、基板上に形成した結晶化していないＰＺＴ膜を電気炉やＲＴＡ（Rapid Thermal Annealing）装置等で外部加熱することにより、６００℃以上一定時間以上のアニーリング処理を行う。アニーリング処理の際には、基板全体が加熱されることを回避するため、例えば、ＰＺＴ膜のみにレーザを照射することにより結晶化する。
【０００５】
このような方法の一例として、スパッタリング法で形成したアモルファス状のＰＺＴ膜を、ＸｅＣｌパルスレーザーを照射することにより結晶化することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。結晶されたＰＺＴ膜は、主に（１１１）面である。
【０００６】
又、他の例として、ゾルゲル法でＬＮＯ／Ｓｉ基板上に結晶化していないＰＺＴ膜を形成し、５００℃で加熱しながらパルス発振エキシマレーザを照射してＰＺＴ（１００）膜を形成することが開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
更に、他の例として、Ｐｔ／Ｔｉ／石英基板上にゾルゲル法で塗布された結晶化していないＰＺＴ膜を１２０℃で５分間、３５０℃で３０分間加熱処理する。その後、連続波グリーンレーザ照射によりＰＺＴ（１００）膜を形成することが開示されている（例えば、非特許文献２参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、非特許文献１や非特許文献２に示されている主配向方向が（１００）方向のＰＺＴ膜は、変位量は大きいが圧電定数が電場強度により大きく変わるため、デバイスに応用する場合、安定性及び制御性の面で課題がある。
【０００９】
一方、特許文献１では、スパッタリング法で形成したアモルファス状のＰＺＴを、ＸｅＣｌパルスレーザーを照射することにより主配向方向が（１１１）方向のＰＺＴ膜を結晶化している。主配向方向が（１１１）方向のＰＺＴ膜は、安定性及び制御性に優れている。しかし、ゾルゲル液を用いる場合には、基板、塗布膜のアモルファス化条件等によって、形成される結晶膜の配向性や結晶質が異なり、結晶化されたＰＺＴ膜の主配向方向が常に（１１１）方向になるとは限らない。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ゾルゲル液を用いた主配向方向が（１１１）方向の圧電膜の製造方法等を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本圧電膜の製造方法は、鉛（Ｐｂ）とチタン（Ｔｉ）とジルコニウム（Ｚｒ）とを含む複合酸化物を主成分とする圧電膜の製造方法であって、被処理体上にゾルゲル液から塗布膜を形成する工程と、前記塗布膜を熱処理してアモルファス膜を形成する工程と、前記アモルファス膜を熱処理して結晶化し、前記圧電膜を形成する工程と、を有し、前記アモルファス膜を形成する工程では、前記塗布膜を２８０℃以下の温度で熱処理することを要件とする。
【発明の効果】
【００１２】
開示の技術によれば、ゾルゲル液を用いた主配向方向が（１１１）方向の圧電膜の製造方法等を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施の形態に係る圧電膜の製造方法を説明するための図である。
【図２】ＰＺＴ膜のＸ線回折結果を例示する図である。
【図３】第２の実施の形態に係る圧電素子を例示する断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る圧電素子のＰ−Ｅヒステリシス曲線を例示するグラフである。
【図５】第３の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを例示する断面図である。
【図６】図５の液滴吐出ヘッドを複数個配置した例を示す断面図である。
【図７】インクジェット記録装置を例示する斜視図である。
【図８】インクジェット記録装置の機構部を例示する側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１５】
〈第１の実施の形態〉
まず、圧電膜の製造方法について説明する。本実施の形態に係る圧電膜は、鉛（Ｐｂ）とチタン（Ｔｉ）とジルコニウム（Ｚｒ）とを含む複合酸化物を主成分としている。
【００１６】
図１は、第１の実施の形態に係る圧電膜の製造方法を説明するための図である。まず、図１（ａ）に示す工程では、ＰＺＴ（１１１）圧電膜を形成するための下地基板を準備する。下地基板としては、例えば、シリコン基板１１（Ｓｉ基板）上に、シリコン酸化膜１２（ＳｉＯ２膜）、酸化チタン膜１３（ＴｉＯｘ膜）、及び白金膜１４（Ｐｔ膜）が順次積層された積層体を用いることができる。
【００１７】
シリコン基板１１の厚さは、例えば、６５０μm程度とすることができる。シリコン酸化膜１２の厚さは、例えば、６００ｎm程度とすることができる。酸化チタン膜１３の厚さは、例えば、５０ｎm程度とすることができる。白金膜１４の厚さは、例えば、１００ｎm程度とすることができる。
【００１８】
次に、図１（ｂ）に示す工程では、白金膜１４上にアモルファスＰＺＴ膜１５を形成する。具体的には、まず、例えば、酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物を出発材料に使用し、共通溶媒（主溶媒）としてメトキシエタノール（例えば、２−メトキシエタノール）に溶解させて均一溶媒を作製する。この均一溶媒をＰＺＴゾルゲル液又はＰＺＴ前駆体溶液と称する。なお、共通溶媒（主溶媒）として、１−ブタノールや２−ブトキシエタノール等を用いることも可能である。
【００１９】
ＰＺＴゾルゲル液の複合酸化物固体分濃度は、例えば、０．１〜０．５モル／リットルとすることができる。なお、酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物の混合量は、所望のＰＺＴの組成（ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率）に応じて、当業者が適宜選択できるものである。例えば、前述のＰＺＴ（５３／４７）を用いることができる。
【００２０】
なお、ＰＺＴとは、鉛（Ｐｂ）とチタン（Ｔｉ）とジルコニウム（Ｚｒ）とを含む複合酸化物である。より詳しくは、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）の固溶体であり、ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率によって、ＰＺＴの特性が異なる。例えば、ＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ０．５３、Ｔｉ０．４７）Ｏ３、一般にはＰＺＴ（５３／４７）と示されるＰＺＴ等を使用することができる。
【００２１】
次に、例えば、スピンコート法等により、被処理体である白金膜１４上にＰＺＴゾルゲル液を塗布して塗布膜を形成する。そして、塗布膜を例えば１２０℃程度のホットプレートで１分間程度熱処理する。その後、更に、メトキシエタノールの沸点温度(１２４℃)以上２８０℃以下の温度（好ましくは２５０℃以下の温度）のホットプレートで１〜１０分間程度熱処理することにより、塗布膜が熱分解され、白金膜１４上にアモルファスＰＺＴ膜１５が形成される。アモルファスＰＺＴ膜１５の膜厚は、例えば、３０〜８０ｎｍ程度とすることができる。
【００２２】
なお、本実施の形態で用いたＰＺＴゾルゲル液の塗布膜の熱分解可能な温度は主溶媒であるメトキシエタノールの沸点１２４℃以上である。そこで、本実施の形態では、１２４℃以上２８０℃以下の温度で熱処理することによりアモルファスＰＺＴ膜１５を形成する。アモルファスＰＺＴ膜１５を形成する際に、塗布膜を２８０℃以下の温度（好ましくは２５０℃以下の温度）で熱処理することの技術的意義については後述する。
【００２３】
主溶媒がメトキシエタノール以外のゾルゲル液を使用する場合も、塗布膜の熱処理温度は、その主溶媒の沸点以上２８０℃以下の温度（好ましくは２５０℃以下の温度）である。例えば、１−ブタノールが主溶媒であると、塗布膜の処理温度は１−ブタノールの沸点である１１７℃以上２８０℃以下の温度（好ましくは２５０℃以下の温度）である。２−ブトキシエタノールが主溶媒であると、塗布膜の処理温度は２−ブトキシエタノールの沸点である１７１℃以上２８０℃以下の温度（好ましくは２５０℃以下の温度）である。
【００２４】
次に、図１（ｃ）に示す工程では、アモルファスＰＺＴ膜１５を熱処理して結晶化し、圧電膜であるＰＺＴ膜１６を形成する。具体的には、例えば、アモルファスＰＺＴ膜１５が形成された下地基板をステージ５００上に載置し、ステージ５００を移動させながら、レーザ照射装置６００からアモルファスＰＺＴ膜１５にレーザ光６００ｘを照射する。
【００２５】
なお、ステージ５００は、例えば、ＸＹステージであり、レーザ照射装置６００との相対的な位置関係を変えることが可能に構成されている。又、レーザ照射装置６００は、例えば、波長９８０ｎｍ付近の連続発振レーザ光であるレーザ光６００ｘを照射可能な装置である。レーザ光６００ｘのスポット形状は、例えば、略長方形とすることができる。
【００２６】
波長９８０ｎｍ付近のレーザ光６００ｘは、アモルファスＰＺＴ膜１５には殆ど吸収されないため、アモルファスＰＺＴ膜１５の下層である白金膜１４に到達する。一方、白金膜１４は、波長９８０ｎｍ付近の吸収係数が非常に大きく、およそ７×１０５ｃｍ−１である。又、例えば、膜厚１００ｎｍの白金膜１４において、波長９８０ｎｍ付近の光の透過率は１％以下である。従って、白金膜１４に照射された波長９８０ｎｍ付近のレーザ光６００ｘの光エネルギーは殆ど白金膜１４に吸収される。
【００２７】
白金膜１４に吸収されたレーザ光６００ｘの光エネルギーは、熱に変わって白金膜１４を加熱する。白金膜１４の熱は、白金膜１４上に形成されているアモルファスＰＺＴ膜１５に伝わり（拡散し）、アモルファスＰＺＴ膜１５が結晶化されＰＺＴ膜１６となる。ＰＺＴ膜１６の膜厚は、例えば、３０〜８０ｎｍ程度とすることができる。なお、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示す工程を繰り返し実行することにより、膜厚３０〜８０ｎｍ程度の結晶化されたＰＺＴ膜１６を複数層積層することができる。
【００２８】
一般的に、アモルファスＰＺＴ膜の結晶化温度は約６００℃〜８５０℃であり、白金の融点（１７６８℃）よりかなり低い。従って、白金膜１４に入射するレーザ光６００ｘのエネルギー密度及び照射時間の制御によって、白金膜１４にダメージを与えることなく、アモルファスＰＺＴ膜１５を加熱して結晶化できる。レーザ光６００ｘのエネルギー密度は、例えば、１００〜１０００Ｗ／ｃｍ２程度とすることができる。レーザ光６００ｘの照射時間は、例えば、１ｍｓ〜２００ｍｓ程度とすることができる。
【００２９】
ここで、図１（ｂ）に示す工程において、アモルファスＰＺＴ膜１５を形成する際に、塗布膜を２８０℃以下の温度（好ましくは２５０℃以下の温度）で熱処理することの技術的意義について、実験結果に基づいて説明する。
【００３０】
まず、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示す工程を３回繰り返し実行することにより、結晶化された３層のＰＺＴ膜を複数種類作製した。具体的には、図１（ｂ）に示す工程でアモルファスＰＺＴ膜１５を形成する際に塗布膜を熱処理する温度（熱分解温度）を２００℃から４５０℃の範囲の所定温度とした。
【００３１】
そして、塗布膜を所定温度で熱処理して形成したアモルファスＰＺＴ膜１５を図１（ｃ）に示す工程で結晶化する工程を３回繰り返し実行することにより、結晶化された３層のＰＺＴ膜を複数種類作製した。なお、１つのＰＺＴ膜において、所定温度は３回とも同一温度である。その後、作製した複数種類のＰＺＴ膜（３層）の各々について、Ｘ線回折を行った。但し、３層のＰＺＴ膜を作製したのは一例であり、更に多層のＰＺＴ膜を積層してもよい。
【００３２】
図２は、ＰＺＴ膜のＸ線回折結果を例示する図である。なお、図２の縦軸は（１１１）ロットゲーリングファクタ（Lotgering Factor）、横軸は熱分解温度（熱処理温度）である。
【００３３】
ここで、ロットゲーリングファクタとは、Ｘ線回折で得られた各配向のピーク強度の総和を１とした時の各配向の比率を表し、分母を各配向のピーク強度の総和とし、分子を任意の配向のピーク強度とした場合の平均配向度である。本実施の形態では、分子を（１１１）配向としている。ここでは、分子を（１１１）配向とした場合のロットゲーリングファクタを、（１１１）ロットゲーリングファクタと称する。
【００３４】
図２に示すように、塗布膜を熱処理してアモルファスＰＺＴ膜１５を形成する際の温度（熱分解温度）を２８０℃以下とした場合には、その後結晶化されたＰＺＴ膜の（１１１）ロットゲーリングファクタは０．５以上（５０％以上）である。つまり、結晶化されたＰＺＴ膜の主配向方向は（１１１）方向である。なお、本願において、『主配向方向が（１１１）方向』とは、（１１１）ロットゲーリングファクタが５０％以上であることを指す。
【００３５】
又、塗布膜を熱処理してアモルファスＰＺＴ膜１５を形成する際の温度（熱分解温度）を２５０℃以下とした場合には、その後結晶化されたＰＺＴ膜の（１１１）ロットゲーリングファクタは０．９以上（９０％以上）となり、更に好ましい。つまり、結晶化されたＰＺＴ膜の（１１１）配向度が強くなり、更に好ましい。
【００３６】
このように、第１の実施の形態では、ゾルゲル液から形成された塗布膜を２８０℃以下の温度（好ましくは２５０℃以下の温度）で熱処理してアモルファス膜を形成し、更にアモルファス膜にレーザ光を照射して局部加熱する。これにより、主配向方向が（１１１）方向の圧電膜（ＰＺＴ結晶膜）を作製できる。配向方向が（１１１）方向の圧電膜（ＰＺＴ結晶膜）は制御しやすい特性を有するため、センサやアクチュエータ等に適用すると好適であり、特に精密制御が行われる微小デバイスに適用すると好適である。
【００３７】
又、アモルファスＰＺＴ膜は局部加熱され、加熱処理が不要な他の部材（他の構造や素子等）まで加熱されないので、熱的なダメージや熱応力による寸法精度のずれ等が生じ難く、デバイスの性能低下を回避できる。この点でも、加熱処理が不要な構造や素子等を有するデバイスであるセンサやアクチュエータ等に適用すると好適であり、特に精密制御が行われる微小デバイスに適用すると好適である。
【００３８】
又、直接基板上の所定の位置を狙ってレーザ光を走査することにより、任意の圧電膜のパターンを形成できる点でも好適である。
【００３９】
なお、上記説明では、アモルファスＰＺＴ膜１５に連続発振のレーザ光６００ｘを照射したが、連続発振のレーザ光６００ｘに代えて、パルス発振のレーザ光を照射してもよい。又、レーザ光６００ｘの波長は、９８０ｎｍ付近以外としても構わない。
【００４０】
又、上記説明では、圧電材料としてＰＺＴを用いたが、Ｐｂ（Ｚｒｘ、Ｔｉ１−ｘ）Ｏ３を主成分として、Ｌａ、Ｎｂ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｇｄ、Ｓｒ、Ｇｅのうち少なくとも１つを含む圧電材料を用いてもよい。又、上記説明では、下地基板の表面を白金膜１４としたが、白金膜１４に代えて、例えば、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔｉのうち少なくとも１つの金属を含む金属膜又金属酸化物膜を用いても構わない。又、上記説明では、ＰＺＴ膜１６を白金膜１４上に直接形成したが、ＰＺＴ膜１６と白金膜１４との間に酸化膜シード層等を設けてもよい。
【００４１】
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、圧電素子の例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【００４２】
図３は、第２の実施の形態に係る圧電素子を例示する断面図である。図３を参照するに、第２の実施の形態に係る圧電素子１において、シリコン基板１１（Ｓｉ基板）上に、シリコン酸化膜１２（ＳｉＯ２膜）、酸化チタン膜１３（ＴｉＯｘ膜）、白金膜１４（Ｐｔ膜）、ＰＺＴ膜１６、及び白金膜１７（Ｐｔ膜）が順次積層されている。
【００４３】
シリコン基板１１（Ｓｉ基板）、シリコン酸化膜１２（ＳｉＯ２膜）、酸化チタン膜１３（ＴｉＯｘ膜）、白金膜１４（Ｐｔ膜）、及びＰＺＴ膜１６については、第１の実施の形態で説明した通りである。圧電素子１において、白金膜１４は下部電極として機能し、白金膜１７は上部電極として機能する。
【００４４】
なお、ＰＺＴ膜１６は、第１の実施の形態で説明した工程で膜厚約１５０ｎｍに形成されている。つまり、ＰＺＴ膜１６は、ゾルゲル液から形成された塗布膜を２８０℃以下の温度で熱処理してアモルファス膜を形成し、更にアモルファス膜にレーザ光を照射して局部加熱する工程を必要数繰り返すことにより、膜厚約１５０ｎｍに形成されている。又、ＰＺＴ膜１６は、所定形状にパターンニングされている。
【００４５】
上部電極として機能する白金膜１７は、ＰＺＴ膜１６上に、例えば、スパッタリング法等により形成できる。白金膜１７の膜厚は、例えば、１００ｎｍ程度とすることができる。なお、白金膜１４は本発明に係る第１の電極膜の代表的な一例であり、白金膜１７は本発明に係る第２の電極膜の代表的な一例である。
【００４６】
次に、圧電素子１の電気特性、電気−機械変換能（圧電定数）の評価を行った。まず、Ｘ線解析により、圧電素子１のＰＺＴ膜１６の主配向方向が（１１１）方向であることを確認した。又、電気機械変換膜の比誘電率が１２００、誘電損失が０．０７８、残留分極が６１μＣ／ｃｍ２、抗電界が２０７．６ｋＶ／ｃｍであった。これは、従来の製造工程で作製した圧電素子と同等の特性である。なお、図４は、第２の実施の形態に係る圧電素子のＰ−Ｅヒステリシス曲線を例示するグラフである。又、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で測定したＰＺＴ膜１６の圧電定数ｄ３３も、従来の製造工程で作製したＰＺＴ膜と同等の値であることを確認した。
【００４７】
このように、第２の実施の形態では、第１の実施の形態で説明した工程で製造された圧電膜を有する圧電素子について、従来の製造工程で作製した圧電素子と同等の特性が得られることが確認された。
【００４８】
〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態では、圧電素子を用いた液滴吐出ヘッドの例を示す。なお、第３の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
【００４９】
図５は、第３の実施の形態に係る液滴吐出ヘッドを例示する断面図である。図５を参照するに、液滴吐出ヘッド２は、ノズル板２０と、圧力室基板３０と、振動板４０と、圧電素子５０とを有する。ノズル板２０には、インク滴を吐出するノズル２１が形成されている。
【００５０】
ノズル板２０は、例えばＮｉ電鋳等で形成できる。ノズル板２０、圧力室基板３０、及び振動板４０により、ノズル２１に連通する圧力室３１（インク流路、加圧液室、加圧室、吐出室、液室等と称される場合もある）が形成されている。振動板４０は、インク流路の壁面の一部を形成している。換言すれば、圧力室３１は、ノズル２１が連通してなり、圧力室基板３０（側面を構成）、ノズル板２０（下面を構成）、振動板４０（上面を構成）で区画されてなる。
【００５１】
圧力室３１は、例えば、エッチングを利用してシリコン単結晶基板を加工することにより作製できる。この場合のエッチングとしては、異方性エッチングを用いると好適である。異方性エッチングとは結晶構造の面方位に対してエッチング速度が異なる性質を利用したものである。例えばＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬させた異方性エッチングでは、（１００）面に比べて（１１１）面は約１／４００程度のエッチング速度となる。その後、ノズル２１を有するノズル板２０を接合する。なお、図５において、液体供給手段、流路、流体抵抗等についての記述は省略している。
【００５２】
圧電素子５０は、密着層５１と、下部電極５２（下部電極膜）と、圧電膜５３と、上部電極５４（上部電極膜）とを含んで構成され、圧力室３１内のインクを加圧する機能を有する。密着層５１は、例えばＴｉ、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ｔａ、Ｔａ２Ｏ５、Ｔａ３Ｎ５等からなる層であり、下部電極５２と振動板４０との密着性を向上する機能を有する。但し、密着層５１は、圧電素子５０の必須の構成要素ではない。
【００５３】
なお、圧電膜５３は、第１の実施の形態で説明した工程で形成されている。つまり、圧電膜５３は、ゾルゲル液から形成された塗布膜を２８０℃以下の温度で熱処理してアモルファス膜を形成し、更にアモルファス膜にレーザ光を照射して局部加熱する工程を必要数繰り返すことにより所定の膜厚に形成されている。
【００５４】
圧電素子５０において、下部電極５２と上部電極５４との間に電圧が印加されると、圧電膜５３が機械的に変位する。圧電膜５３の機械的変位にともなって、振動板４０が例えば横方向（ｄ３１方向）に変形変位し、圧力室３１内のインクを加圧する。これにより、ノズル２１からインク滴を吐出させることができる。
【００５５】
なお、図６に示すように、液滴吐出ヘッド２を複数個並設し、液滴吐出ヘッド３を構成することもできる。
【００５６】
〈第４の実施の形態〉
第４の実施の形態では、液滴吐出ヘッド３（図６参照）を備えた液滴吐出装置の一例としてインクジェット記録装置を例示する。図７は、インクジェット記録装置を例示する斜視図である。図８は、インクジェット記録装置の機構部を例示する側面図である。
【００５７】
図７及び図８を参照するに、インクジェット記録装置４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９３、キャリッジ９３に搭載した液滴吐出ヘッド３の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド９４を収納する。又、インクジェット記録装置４は、インクジェット記録ヘッド９４へインクを供給するインクカートリッジ９５等で構成される印字機構部８２等を収納する。
【００５８】
記録装置本体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８４（或いは給紙トレイでもよい）を抜き差し自在に装着することができる。又、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。
【００５９】
印字機構部８２は、図示し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する。キャリッジ９３には、インクジェット記録ヘッド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。なお、インクジェット記録ヘッド９４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。又、キャリッジ９３は、インクジェット記録ヘッド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を交換可能に装着している。
【００６０】
インクカートリッジ９５は、上方に大気と連通する図示しない大気口、下方にはインクジェット記録ヘッド９４へインクを供給する図示しない供給口を、内部にはインクが充填された図示しない多孔質体を有している。多孔質体の毛管力によりインクジェット記録ヘッド９４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。又、インクジェット記録ヘッド９４としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドを用いてもよい。
【００６１】
キャリッジ９３は、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、用紙搬送方向上流側を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ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、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。タイミングベルト１００は、キャリッジ９３に固定されている。
【００６２】
又、インクジェット記録装置４には、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、フリクションパッド１０２、用紙８３を案内するガイド部材１０３、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４を設けている。更に、インクジェット記録装置４には、搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５、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を設けている。これにより、給紙カセット８４にセットした用紙８３を、インクジェット記録ヘッド９４の下方側に搬送される。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。
【００６３】
用紙ガイド部材である印写受け部材１０９は、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をインクジェット記録ヘッド９４の下方側で案内する。この印写受け部材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を設けている。更に、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と、排紙経路を形成するガイド部材１１５、１１６とを配設している。
【００６４】
画像記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じてインクジェット記録ヘッド９４を駆動することにより、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。記録終了信号又は用紙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。
【００６５】
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は、インクジェット記録ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７を有する。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する。キャリッジ９３は、印字待機中に回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段でインクジェット記録ヘッド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。又、記録途中等に、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。
【００６６】
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェット記録ヘッド９４の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出す。又、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。更に、吸引されたインクは、本体下部に設置された図示し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。
【００６７】
このように、インクジェット記録装置４は、液滴吐出ヘッド３の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド９４を搭載している。そのため、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、画像品質を向上できる。
【００６８】
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００６９】
例えば、本実施の形態に係る圧電素子は、前述のように、インクジェット記録装置等において使用する液滴吐出ヘッドの構成部品として用いることができるが、これには限定されない。本実施の形態に係る圧電素子を、例えば、マイクロポンプ、超音波モータ、加速度センサ、プロジェクター用２軸スキャナ、輸液ポンプ等の構成部品として用いてもよい。
【００７０】
又、レーザ光の照射以外の方法を用いて、アモルファスＰＺＴ膜を結晶化してもよい。例えば、フラッシュランプ等からの光照射により、アモルファスＰＺＴ膜を結晶化してもよい。又、オーブン等を用いて、アモルファスＰＺＴ膜を結晶化してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１  圧電素子
２、３  液滴吐出ヘッド
１１  シリコン基板
１２  シリコン酸化膜
１３  酸化チタン膜
１４、１７  白金膜
１５  アモルファスＰＺＴ膜
１６  ＰＺＴ膜
２０  ノズル板
２１  ノズル
３０  圧力室基板
３１  圧力室
４０  振動板
５０  圧電素子
５１  密着層
５２  下部電極
５３  圧電膜
５４  上部電極
８１  記録装置本体
８２  印字機構部
８３  用紙
８４  給紙カセット
８５  手差しトレイ
８６  排紙トレイ
９１  主ガイドロッド
９２  従ガイドロッド
９３  キャリッジ
９４  インクジェット記録ヘッド
９５  インクカートリッジ
９７  主走査モータ
９８  駆動プーリ
９９  従動プーリ
１００  タイミングベルト
１０１  給紙ローラ
１０２  フリクションパッド
１０３  ガイド部材
１０４  搬送ローラ
１０５  搬送コロ
１０６  先端コロ
１０７  副走査モータ
１０９  印写受け部材
１１１  搬送コロ
１１２  拍車
１１３  排紙ローラ
１１４  拍車
１１５、１１６  ガイド部材
１１７  回復装置
５００  ステージ
６００  レーザ照射装置
６００ｘ  レーザ光
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７２】
【特許文献１】特開平９−２２１３６６号公報
【非特許文献】
【００７３】
【非特許文献１】"Low-temperature crystallization of CSD-derived PZT thin film with laser assisted annealing", Journal of the Ceramic Society of Japan, 117, 950(2009)
【非特許文献２】"Ferroelectric properties of Lead Zirconate Titanate thin film on glass substrate crystallized by continuous-wave green laser annealing", Japanese Journal of Applied Physics, 49, 04DH14(2010)
【図１】
2014175550.tif 000003
【図２】
2014175550.tif 000004
【図３】
2014175550.tif 000005
【図４】
2014175550.tif 000006
【図５】
2014175550.tif 000007
【図６】
2014175550.tif 000008
【図７】
2014175550.tif 000009
【図８】
2014175550.tif 000010