(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜内部に生じた応力に起因して結晶構造が相転移し、歪みを生じる相転移膜と、逆圧電効果により圧電歪みを生じ、前記相転移膜に応力を与える圧電体膜との積層構造を有するアクチュエータ。
【請求項２】
前記相転移膜の歪みによって延びる方向は、電圧が印加されたときの前記圧電体膜の歪みによって延びる方向に概略一致することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記相転移膜の歪みによって延びる方向は、電圧が印加されたときの前記圧電体膜の歪みによって延びる方向に概略直交することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記相転移膜の組成は、チタン酸バリウム、ジルコニウム酸鉛、チタン酸バリウム・ストロンチウム、チタン酸バリウム・スズうち何れかであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記圧電体膜の組成は、チタン酸鉛、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、又は、ジルコン酸チタン酸鉛にタングステン、ニッケル、マンガン、亜鉛、コバルトのうち何れか２つの元素を含む系のうち何れかであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記薄膜の積層構造は、上部電極／相転移膜／圧電体膜／下部電極であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記薄膜の積層構造は、上部電極／圧電体膜／相転移膜／下部電極であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記薄膜の積層構造は、上部電極／圧電体膜／下部電極／相転移膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
加圧室を複数備えた加圧室基板と、前記加圧室に対応して設けられた請求項１乃至請求項８のうち何れか１項に記載のアクチュエータと、を備えるインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１０】
前記加圧室と前記アクチュエータの間に振動板膜を介在させたことを特徴とする請求項９に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１１】
請求項９又は請求項１０に記載のインクジェット式記録ヘッドを備えたインクジェットプリンタ。
【請求項１２】
請求項３に記載のアクチュエータと、略台形状の電圧変化特性を有する駆動信号で前記アクチュエータを駆動する制御回路と、を備えたインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は結晶構造の相転移に起因する薄膜の体積変化を利用してアクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）を構成する技術に係わる。特に、オンデマンド方式のインクジェット式記録ヘッドに好適なアクチュエータの構造に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
オンデマンド方式のインクジェット式記録ヘッドは、一般的に、多数の個別インク通路（インクキャビティ、インク溜り等）が形成された加圧室基板と、インク通路を覆うようにヘッド基台に取付けた振動板膜と、振動板膜の個別インク通路上に対応して被着形成された圧電アクチュエータ（圧電体素子）を備えて構成されている。圧電アクチュエータはインクジェット式記録ヘッドのインク吐出駆動源として機能する電気機械変換素子であり、チタン酸ジルコン酸鉛、ジルコニウム酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の圧電性セラミックスを主成分とする。中心対称性を持たない結晶点群に属する物質、特に、ペロブスカイト結晶構造を有する圧電性セラミックスはこの作用を顕著に示すものが多いため、圧電アクチュエータに用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、チタン酸バリウム、ジルコン酸鉛等は圧力や温度条件に応じて相転移を示すことが知られている。このような相転移膜の体積歪みと縦歪みには下式に示す関係がある。
【０００４】
0003551357.tif 000002
ここで、Ｖは相転移膜の単位格子の体積であり、ａは結晶系（立方晶系）の一辺の長さである。このため、Ｖ＝ａ３の関係を満たす。εは縦方向の歪みであり、νはポアソン比である。ε２、ε３≪１であるから上式のε２項、ε３項を無視すると、体積歪み（ΔＶ／Ｖ）と縦歪み（ε）の間には、
ΔＶ／Ｖ＝（１−２ν）ε
の関係がある。相転移膜に伴う体積歪みは０．３％〜０．４％程度であるから、体積歪みを効率良く縦歪みに変換したとすると、縦歪みは０．７５％〜１．０％程度になる（但し、νを０．３程度で計算）。圧電体膜の逆圧電効果で得られる縦歪みはせいぜい０．４％程度であるから、相転移膜の変位量は圧電体膜の変位量を大きく上回る。このため、インク吐出駆動源として相転移膜を利用したアクチュエータを用いることで、従来よりもインク吐出特性に優れたインクジェット式記録ヘッドを提供することができると考えられる。
【０００５】
そこで、本発明は従来の圧電アクチュエータよりも変位量が大きく、駆動特性に優れたアクチュエータ、インクジェット式記録ヘッド及びインクジェットプリンタを提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、膜内部に生じた応力に起因して結晶構造が相転移し、歪みを生じる相転移膜と、逆圧電効果により圧電歪みを生じ、相転移膜に応力を与える圧電体膜との積層構造を有するアクチュエータによって解決できる。圧電体膜は電圧の印加により圧電歪みを生じ（逆圧電効果）、このときの歪みによって相転移膜に応力（引張り応力又は圧縮応力）が掛かる。かかる応力により相転移膜は結晶構造が相転移（強誘電的相転移）するため、体積変化が生じる。相転移膜の体積変化は効率良く縦歪みに変換できるため、従来の圧電アクチュエータよりも大きな変位を得ることができる。
【０００７】
ここで、相転移とは、多形（ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ）のことをいい、化学組成が同一で結晶構造が異なる現象をいう。同質多形、同質異形、同質多像ともいう。多形の原因は主に温度、圧力等の物理的化学的条件による。
【０００８】
本発明のアクチュエータは、少なくとも上記の積層構造を備えていればよく、圧電体膜と相転移膜の積層順序や積層数等は問わない。例えば、上部電極／相転移膜／圧電体膜／下部電極となる積層構造や、上部電極／圧電体膜／相転移膜／下部電極となる積層構造、更には、上部電極／圧電体膜／下部電極／相転移膜となる積層構造でもよい。尚、本明細書において下部電極とは、アクチュエータの設置面（例えば、インクジェット式記録ヘッドのアクチュエータであれば振動板膜）側に形成されている電極をいい、上部電極とは圧電体膜又は／及び相転移膜を介して下部電極に対向して配置された電極をいうものとする。
【０００９】
本発明の好適な形態として、相転移膜の歪みによって延びる方向を、電圧が印加されたときの圧電体膜の歪みによって延びる方向と概略一致させる。かかる構成により、相転移膜の体積変化を効率良く縦歪みに変換できるため、従来の圧電アクチュエータよりも大きな変位を得ることができる。
【００１０】
また、転移膜の歪みによって延びる方向を、電圧が印加されたときの圧電体膜の歪みによって延びる方向に概略直交させるように構成してもよい。かかる構成によれば、後述する“引き打ち”を簡単な駆動制御で実現することができる。
【００１１】
相転移膜の組成は、膜内部に生じる応力によって相転移する薄膜、例えば、チタン酸バリウム、ジルコニウム酸鉛、チタン酸バリウム・ストロンチウム、チタン酸バリウム・スズのうち何れかが好ましい。また、圧電体膜は逆圧電効果を示す薄膜、例えば、チタン酸鉛、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、又は、ジルコン酸チタン酸鉛にタングステン、ニッケル、マンガン、亜鉛、コバルトのうち何れか２つの元素を含む系のうち何れかが好ましい。
【００１２】
本発明のインクジェット式記録ヘッドは、加圧室（キャビティ）を複数備えた加圧室基板と、加圧室に対応して設けられた本発明のアクチュエータとを備える。好ましくは、加圧室とアクチュエータの間に振動板膜を介在させる。
【００１３】
本発明のインクジェットプリンタは、本発明のインクジェット式記録ヘッドを備えている。また、他の形態における本発明のインクジェットプリンタは、相転移膜の歪みによって延びる方向を、電圧が印加されたときの圧電体膜の歪みによって延びる方向に概略直交させるように構成された本発明のアクチュエータと、略台形状の電圧変化特性を有する駆動信号で前記アクチュエータを駆動する制御回路とを備えている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、各図を参照して本実施の形態について説明する。図１にインクジェットプリンタの構成図を示す。インクジェットプリンタは、主にインクジェット式記録ヘッド１００、本体１０２、トレイ１０３、ヘッド駆動機構１０６を備えて構成されている。インクジェット式記録ヘッド１００は、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの計４色のインクカートリッジ１０１を備えており、フルカラー印刷が可能なように構成されている。また、このインクジェットプリンタは、内部にイメージ生成部、ワークメモリ、プリントエンジン部等を備えている。イメージ生成部等は図示していないが、専用のコントローラボード等で構成されている。イメージ生成部は外部から供給された印刷ジョブデータをワークメモリにバッファリングし、ラスタイメージデータを生成する。プリントエンジン部はラスタイメージデータを基に、インクジェット式記録ヘッド１００のインク吐出タイミング、及び、ヘッド駆動機構１０６の走査を制御し、高精度なインクドット制御、ハーフトーン処理等を実現する。また、本体１０２は背面にトレイ１０３を備えるとともに、その内部にオートシートフィーダ（自動連続給紙機構）１０５を備え、記録用紙１０７を自動的に送り出し、正面の排出口１０４から記録用紙１０７を排紙する。
【００１５】
次に、インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図を図２に示す。ここではインクの共通通路が加圧室基板内に設けられるタイプを示す。同図に示すように、インクジェット式記録ヘッドは加圧室基板１、ノズルプレート２及び基体３から構成される。加圧室基板１はシリコン単結晶基板がエッチング加工された後、各々に分離される。加圧室基板１には複数の短冊状の加圧室１０が設けられ、全ての加圧室１０にインクを供給するための共通通路１２を備える。加圧室１０の間は側壁１１により隔てられている。加圧室基板１の基体３側にはインク吐出駆動源としてアクチュエータが設けられている。また、各アクチュエータからの配線はフレキシブルケーブルである配線基板４に収束され、インク吐出制御回路（図示せず）に接続される。インク吐出制御回路はプリントエンジン部により制御され、所定の駆動信号でアクチュエータを駆動する。駆動信号の詳細については後述する。
【００１６】
ノズルプレート２は加圧室基板１に貼り合わされる。ノズルプレート２における加圧室１０の対応する位置にはインク滴を吐出するためのノズル２１が形成されている。ノズル２１間のピッチは印刷精度に応じて適宜設定され、例えば、４００ｄｐｉ等の解像度が設定されている。基体３はプラスチック等で形成されており、加圧室基板１の取付台となる。
【００１７】
インクジェット式記録ヘッドの主要部の断面図を図３に示す。加圧室基板１には加圧室１０がエッチング加工により形成されている。加圧室１０の上面には振動板膜５を介してアクチュエータ１３が形成されている。アクチュエータ１３の振動は振動板膜５を介して加圧室１０内のインクに伝達される。アクチュエータ１３はインク圧を瞬時に高めることでインク滴をノズル２１から吐出する。同図に図示してないが、アクチュエータ１３及び表面に露出している下部電極６の全面を覆うようにパッシベーション膜で被覆してもよい。パッシベーション膜としてフッ素樹脂、シリコン酸化膜、エポキシ樹脂等が好適である。
【００１８】
同図に示すアクチュエータ１３は、振動板膜５側から順に下部電極６、圧電体膜７、相転移膜８及び上部電極９の積層構造を構成している。圧電体膜７は電圧の印加により圧電歪みの生じる薄膜、例えば、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）、ニッケル・ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｎｉ，Ｎｂ）Ｏ３−Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＮＮ−ＰＺＴ））、又は、ジルコン酸チタン酸鉛にＷ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｏのうち何れか２つの元素を含む系等を使用できる。また、相転移膜８として、応力（引張り応力又は圧縮応力）の印加により結晶構造が相転移する薄膜、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸バリウム・ストロンチウム（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ２）、チタン酸バリウム・スズ（Ｂａ（Ｔｉ，Ｓｎ）Ｏ２）等を使用できる。相転移膜の種類としては、例えば、正方晶系から菱面体晶系へ（或は菱面体晶系から正方晶系へ）又は菱面体晶系から立方晶系へ（或は立方晶系から菱面体晶系へ）転移する薄膜を用いることができる。特に、後者の相転移は強誘電体と常誘電体間の相転移に相当する。また、キュリー点を境に存在する強誘電相（ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｈａｓｅ）と常誘電相（ｐａｒａｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｈａｓｅ）の間で相転移する強誘電体も使用することができる。
【００１９】
ここで、本明細書における膜応力の定義をする。薄い基板に膜が成膜されると、基板には膜応力による反りが現れるのが一般的である。この反りの基板に対する方向により引張り応力と圧縮応力を区別する。例えば、図９（Ａ）に示すように、基板が膜を内側にして反る場合を膜内に引張り応力（Ｔ応力）が存在すると定義し、同図（Ｂ）に示すように、基板が膜を外側にして反る場合を膜内に圧縮応力（Ｃ応力）が存在すると定義する。基板を加圧室に喩えると、膜に引張り応力が存在する場合には膜は加圧室を加圧する方向に反り、膜に圧縮応力が存在する場合には膜は加圧室を減圧する方向に反ることになる。以上の定義は、“薄膜の力学的特性評価技術（株）リアライズ社  第２１８頁〜２１９頁  平成４年３月１９日発行”に基づいている。
【００２０】
本発明のアクチュエータ１３の駆動方法について説明する。相転移膜８として、例えば、（１１１）方向に引張り応力を受けると正方晶系から菱面体晶系へ転移する任意のペロブスカイト型結晶を選んだ場合を説明する。この相転移膜８は、（１１１）方向に圧縮応力を受けると菱面体晶系から正方晶系へ転移する性質をも備える。この相転移膜８は正方晶系の結晶構造を（１００）配向（ａ軸配向）処理をして成膜される。下部電極６と上部電極９に電圧を印加すると、圧電体膜７は電界方向に延び、その影響で振動板膜５及び相転移膜８は膜面方向（膜厚方向と垂直方向）に引張り応力を受ける。すると、振動板膜５は引張り応力の影響により加圧室１０側に撓む。一方、相転移膜８に生じる引張り応力の方向（膜面方向）は（１１１）方向と３５°の角度があるものの、引張り応力の影響により結晶系は（１００）配向した菱面体晶系へ相転移を起こす。この結果、相転移膜８は膜厚方向に延び、振動板膜５に生じる引張り応力を増大させるため、振動板膜５の撓みをより一層増大させることができる。相転移膜８の体積変化は効率良く縦歪みに変換できるため、圧電体膜７の歪みによって延びる方向と相転移膜８の歪みによって延びる方向を概略一致させることで、振動板膜５の変位量を従来のアクチュエータ（圧電体膜のみを使用した圧電アクチュエータ）よりも大幅に増大させることができる。
【００２１】
一方、相転移膜８の歪みによって延びる方向を圧電体膜７の歪みによって延びる方向と概略直交させることでいわゆる“引き打ち”を実現することができる。“引き打ち”とは、インク滴を吐出する前に一旦加圧室を減圧する方向に振動板膜を変位させ、次の瞬間に加圧室を加圧してインク滴を吐出することをいう。従来の圧電アクチュエータで“引き打ち”を実現するためには、図６（Ｂ）に示す駆動波形で圧電アクチュエータを駆動していた。圧電アクチュエータの“引き打ち”動作を図８と併せて説明する。時刻０≦Ｔ≦Ｔ１では、圧電アクチュエータ１４にオフセット電圧Ｖ０が印加されており、振動板膜５は微少距離ｄｘだけ変位した位置でインク吐出の待機状態になっている（図８（Ａ））。インク吐出の直前、即ち、時刻Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２では、圧電アクチュエータ１４に印加される電圧を０Ｖにまで減少させ、加圧室内の圧力を瞬時に低下させる。このステップにより、振動板膜５は元の位置に戻り、変位量は０になる。このときノズル２１近傍にはメニスカス６１が形成される（同図（Ｂ））。時刻Ｔ２≦Ｔ≦Ｔ３では、印加電圧をＶＨまで瞬時に上昇させることで、圧電アクチュエータ１４は膜厚方向に延びる向きに歪みが生じる。すると、振動板膜５は引張り応力により、加圧室側に撓み、インク滴６２を吐出する（同図（Ｃ））。時刻Ｔ３≦Ｔ≦Ｔ４において圧電アクチュエータ１４の印加電圧ＶＨを保持した後、時刻Ｔ４≦Ｔ≦Ｔ５において印加電圧をオフセット電圧Ｖ０に戻す。
【００２２】
次に、簡単な駆動波形で“引き打ち”を容易に実現する本実施の形態のアクチュエータについて説明する。前述したように、相転移膜８はその歪みによって延びる方向が圧電体膜７の歪みによって延びる方向と概略直交するように成膜する。例えば、正方晶系の結晶を（００１）配向（ｃ軸配向）処理をして相転移層８を成膜する。圧電体膜７に電圧を印加すると、圧電体膜７が電界方向（膜厚方向）に延びることにより相転移膜８は膜面方向に引張り応力を受けて（１００）配向した菱面体晶系へ相転移する。この結果、相転移膜８は膜厚方向に縮み、膜面方向に延びる。即ち、相転移膜８の歪みによって延びる方向は圧電体膜７の歪みによって延びる方向と概略直交することになる。
【００２３】
本アクチュエータの“引き打ち”の動作説明を図６（Ａ）及び図７を参照して説明する。加圧室１０内にはインク７０が充填されている。時刻Ｔ≦Ｔ１においてはアクチュエータ１３には電圧が印加されておらず、インク吐出待機時にある（図７（Ａ））。時刻Ｔ１≦Ｔ≦Ｔ２において印加電圧を０からＶＰまで上昇させると、圧電体膜７が電界方向（膜厚方向）に延びる影響で振動板膜５及び相転移膜８は引張り応力を受ける。振動板膜５内に生じる引張り応力により振動板膜５は加圧室１０を加圧する方向に撓む（同図（Ｂ））。さらに印加電圧を上昇させると、時刻Ｔ２≦Ｔ≦Ｔ４において、膜面方向に引張り応力を受けた相転移膜８は（１００）配向した菱面体晶系へ相転移し、膜厚方向に縮み、膜面方向に延びる。この結果、相転移膜８には膜面方向に圧縮応力が掛かり、加圧室を減圧する方向に撓む。このとき、ノズル２１にはメニスカス７１が形成される（同図（Ｃ））。時刻Ｔ４≦Ｔ≦Ｔ５において、印加電圧を０にすると、振動板膜５等に掛かっている圧縮応力が開放され、振動板膜５は元の状態に戻る。このとき加圧室１０内のインク圧は瞬時に高められ、ノズル２１からインク滴７２が吐出される（同図（Ｄ））。
【００２４】
このように、本実施の形態のアクチュエータによれば、“引き打ち”のような複雑な制御を略台形状の電圧変化特性を有する駆動信号で実現することができる。このため、制御回路の部品点数を減少させることができ、インクジェットプリンタの製造コストを下げることができる。また、従来のようにインク吐出の待機時にオフセット電圧を印加する必要はないため、アクチュエータの寿命が短くなる問題を解消できる。
【００２５】
アクチュエータ１３の変形例を図４に示す。図４（Ａ）はアクチュエータ１３を構成する各薄膜の積層順序を下部電極６／相転移膜８／圧電体膜７／上部電極９としたものであり、相転移膜８と圧電体膜７の積層順序が逆になっているが、図３に示したアクチュエータ１３と同様の動作特性を備えている。図４（Ｂ）に示すアクチュエータ１３では、圧電体膜７を上部電極９と下部電極６で挟んだ積層構造をなしているため、圧電体膜７に直接電圧を印加することができる。また、“引き打ち”を実現する相転移膜８として、（１１１）配向した菱面体晶系を（１１１）配向した正方晶系に相転移させる薄膜を選ぶこともできる。
【００２６】
また、本発明のアクチュエータでは、相転移膜と圧電体膜の積層構造を備えていればよく、積層順序や積層数等に制限はない。例えば、下部電極／圧電体膜／相転移膜／圧電体膜／相転移膜／上部電極、となる積層構造でもよく、下部電極／相転移膜／圧電体膜／相転移膜／圧電体膜／上部電極、となる積層構造でもよい。また、これら複数の圧電体膜及び相転移膜は組成の異なる膜を選んでもよい。また、圧電体膜を上部電極と下部電極で直接挟む構成以外では、相転移膜における電界のロスを減少させるため、相転移膜に導電性を与えることが好ましい。
【００２７】
尚、本発明のアクチュエータはインクジェット式記録ヘッドのインク吐出駆動源の他に、マイクロポンプ、マイクロスイッチ等の各種精密機器のアクチュエータとして使用することもできる。
【００２８】
次に、図５を参照してインクジェット式記録ヘッドの製造プロセスについて説明する。まず、同図（Ａ）に示すように、加圧室基板１に振動板膜５及び下部電極６を成膜する。加圧室基板として、例えば、直径１００ｍｍ、厚さ２２０μｍのシリコン単結晶基板を用いる。振動板膜５は、例えば、１１００℃の炉の中で、乾燥酸素を流して２２時間程度熱酸化させ、約１μｍの膜厚の熱酸化膜とすることで成膜する。あるいは、１１００℃の炉の中で、水蒸気を含む酸素を流して５時間程度熱酸化させ、約１μｍの膜厚の熱酸化膜を形成してもよい。その他、ＣＶＤ法等の成膜法を適宜選択して成膜してもよい。振動板膜５として、二酸化珪素膜に限られず、酸化ジルコニウム膜、酸化タンタル膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜でもよい。但し、振動板膜５は必ずしも必要ではなく、これを省略して下部電極自体に振動板膜の役割を兼ねてもよい。次に、金、白金又はアルミニウム等の導電性物質をターゲットとして振動板膜５の全面に下部電極をスパッタ成膜する。膜厚は０．３μｍ程度とする。この場合、振動板膜５と下部電極６間の密着力を高めるために、極薄のチタン、クロム等を中間層として介在させてもよい。
【００２９】
次に、同図（Ｂ）に示すように、下部電極６上に圧電体膜７を成膜する。成膜例として例えば、チタン酸鉛とジルコン酸鉛のモル混合比が４４％：５６％となるようなＰＺＴ系圧電体膜の前駆体（金属アルコキシド溶液）をゾル・ゲル法にて、最終的な膜厚が１．０μｍとなるまで６回の塗工／乾燥／脱脂を繰り返して成膜する。次に、圧電体膜前駆体を結晶させるため、基板全体を加熱する。本例では、赤外線輻射光源を用いて基板の両面から酸素雰囲気中で６５０℃に５分間保持した後、９００℃で１分間加熱し、自然降温させることで圧電体膜７の結晶化を行った。尚、圧電体膜前駆体の結晶化は水熱処理で行ってもよい。水熱処理とは、例えば、論文”Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｆｏｒ  Ｔａｉｌｏｒ−ｍａｋｉｎｇ  Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ  Ｔｉｔａｎａｔｅ  Ｆｉｌｍｓ”，  ＩＥＥＥ  Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ｔｈｅ  ９ｔｈ  Ｉｎｔ’ｌ  Ｓｙｍｐ．  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｅｔｓ，  Ｓｈａｎｇｈａｉ，  Ｃｈｉｎａ，  Ｓｅｐｔ．  ２５−３０，  ｐｐ．  ６１７−６２２（１９９６），  Ｗ−ｐｉｎｇ  Ｘｕ，  Ｍａｓａｎｏｒｉ  Ｏｋｕｙａｍａ，  ｅｔ  ａｌ．，に記述されているように、アルカリ水溶液に強誘電体膜前駆体を浸漬し、結晶化させる工程である。この水熱法によれば、比較的低温（例えば、２００℃以下）で圧電体膜前駆体を結晶化させることができる。また、ゾル・ゲル法の他に、高周波スパッタ成膜法や、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ）法、レーザアブレーション法、印刷法等を用いることができる。
【００３０】
次に、同図（Ｃ）に示すように、圧電体膜７上に相転移膜８及び上部電極９を成膜する。本例では、チタン酸バリウムをＭＯＤ法で成膜する方法を説明する。まず、相転移膜８の前駆体となるゾルを調整する。酢酸バリウム（Ｂａ（ＣＨ３ＣＯＯＨ）２）を酢酸に溶解させた溶液と、テトライソプロポキシチタン（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４）をブトキシエタノールに溶解させた溶液とを混合し、溶質濃度を１Ｍ、ＢａとＴｉのモル比を１：１としたゾルを調整する。このゾルを１５００ｒｐｍで０．１μｍの厚さにスピンコーティングし、４００℃の温度環境下で脱脂する。この工程を５回繰り返し、膜厚０．５μｍのゲルとする。最後にＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）で結晶化する。この処理は６５０℃で５分、又は、９００℃で１分とする。以上の工程を経て圧電体膜７上に膜厚０．５μｍの相転移膜８が成膜される。次に、相転移膜８上に白金をスパッタ成膜して上部電極９を得る。
【００３１】
次に、同図（Ｄ）に示すように、上部電極９上にレジストをスピンコートし、加圧室が形成されるべき位置に合わせて露光・現像してパターニングする。残ったレジストをマスクとして上部電極９、相転移膜８及び圧電体膜７をエッチングしてアクチュエータ１３を形成する。次に、加圧室が形成されるべき位置に合わせてエッチングマスク（図示せず）を施し、平行平板型反応性イオンエッチング等の活性気体を用いたドライエッチング、或は、５重量％〜４０重量％の水酸化カリウム水溶液等の高濃度アルカリ水溶液によるウエットエッチングで加圧室１０を形成する。エッチングされずに残った部分は側壁１１となる。最後に樹脂等を用いてノズルプレート２を加圧室基板１に接合する。このとき、各ノズル２１が加圧室１０の各々の空間に対応して配置されるよう位置合せする。ノズルプレート２を接合した加圧室基板１を基体３に取り付ければ、インクジェット式記録ヘッドが完成する
【発明の効果】
本発明によれば、圧電体膜の歪みを利用して相転移膜を相転移させ、このときの体積変化を利用してアクチュエータを駆動するため、従来の圧電アクチュエータよりも大きな変位を得ることができる。また、相転移膜の歪み方向と圧電体膜の歪み方向を概略直交させることで、簡単な駆動信号で“引き打ち”を実現することができる。また、応答速度が速いため、インク吐出スピードを向上させることができ、印字品質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットプリンタの構成図である。
【図２】インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図３】本発明のインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図４】本発明の他の形態に係わるインクジェット式記録ヘッドの断面図である。
【図５】本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造工程断面図である。
【図６】アクチュエータの駆動信号波形である。
【図７】本発明のアクチュエータの“引き打ち”の説明図である。
【図８】従来の圧電アクチュエータの“引き打ち”の説明図である。
【図９】膜応力の説明図である。
【符号の説明】
１…加圧室基板、２…ノズルプレート、３…基体、４…配線基板、５…振動板膜、６…下部電極、７…圧電体膜、８…相転移膜、９…上部電極、１０…加圧室、１１…側壁、１２…共通流路、１３…アクチュエータ、１４…圧電アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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