(57)【要約】【課題】製造後の初期における電圧印加時の変形量を高めることができるとともに、その電圧印加時の変形量の経時的な低下を抑制できる電気機械変換素子を提供する。【解決手段】基板又は下地膜上に形成された第１の電極４０５と、第１の電極４０５上に形成されたペロブスカイト結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜４０６と、電気機械変換膜４０６上に形成された第２の電極４０７と、を備える電気機械変換素子であって、電気機械変換膜４０６は、厚さ方向と直交するように｛１１１｝面及び｛１００｝面が混在して配向し、｛１１１｝面の配向率が７２％以上９１％以下である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板又は下地膜上に形成された第１の電極と、前記第１の電極上に形成されたペロブスカイト結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜と、前記電気機械変換膜上に形成された第２の電極と、を備える電気機械変換素子であって、
前記電気機械変換膜は、厚さ方向と直交するように｛１１１｝面及び｛１００｝面が混在して配向し、｛１１１｝面の配向率が７２％以上９１％以下であることを特徴とする電気機械変換素子。
【請求項２】
請求項１の電気機械変換素子において、
前記第１の電極はＰｔを含むことを特徴とする電気機械変換素子。
【請求項３】
請求項２の電気機械変換素子において、
前記Ｐｔは、厚さ方向と直交する結晶面として｛１１１｝面及び｛２００｝面が混在して配向し、｛２００｝面の配向率が１％以上４％以下であることを特徴とする電気機械変換素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかの電気機械変換素子において、
前記第１の電極と前記電気機械変換膜との間にルテニウム酸ストロンチウムを含む層を有することを特徴とする電気機械変換素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかの電気機械変換素子において、
前記基板上に、単層又は複数層の絶縁体層からなる下地膜が形成され、
前記下地膜と前記第１の電極との間のバッファ層として、スパッタリングにより成膜されたＴｉを熱酸化することで得られるＴｉＯ２膜を有することを特徴とする電気機械変換素子。
【請求項６】
ノズルと該ノズルに連通する加圧液室と該加圧液室内の液体に圧力を発生させる圧力発生手段とを備えた液滴吐出ヘッドであって、
前記圧力発生手段として、請求項１乃至５のいずれかの電気機械変換素子を備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項６の液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置。
【請求項８】
請求項６の液滴吐出ヘッドを備えた画像形成装置。
【請求項９】
基板又は下地膜上に、厚さ方向と直交する結晶面として｛１１１｝面及び｛２００｝面とが混在して配向したＰｔを含む第１の電極を形成するステップと、
前記第１の電極上に、厚さ方向と直交する結晶面として｛１１１｝面及び｛１００｝面とが混在して配向したペロブスカイト型結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜を形成するステップと、
を含む電気機械変換素子の製造方法であって、
前記Ｐｔの厚さ方向と直交する｛２００｝面の配向率が１％以上４％以下であり、
前記電気機械変換膜の厚さ方向と直交する｛１１１｝面の配向率が７２％以上９１％以下であることを特徴とする電気機械変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体からなる電気機械変換膜を備えた電気機械変換素子、その電気機械変換素子を備えた液滴吐出ヘッド、液滴吐出装置及び画像形成装置、並びに、電気機械変換素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像形成装置として、画像形成用の液体であるインクの液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置が知られている。液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズルと、このノズルに連通する液室（個別液室、加圧液室、圧力室、吐出室等ともいう。）と、液室内の液体に圧力を発生させる圧力発生手段と、を備える。この圧力発生手段としては、例えば液室の壁面の一部を構成する振動板に、圧電体からなる電気機械変換膜を有するピエゾ方式の電気機械変換素子を設けたものが知られている。また、ピエゾ方式の電気機械変換素子としては、縦振動モード（プッシュモード）を利用したものと、横振動モードを利用したものとがある。縦振動モードは、電気機械変換膜の厚さ方向（電界の方向）の伸張・圧縮を主に利用した振動モードである。横振動モードは、電気機械変換膜の厚さ方向（電界の方向）と直交する方向の伸張・圧縮を主に利用した振動モードである。横振動モードは、電気機械変換膜の全体がたわむように振動する振動モードであるため、たわみ振動モードやベントモードとも呼ばれる。これらの振動モードで電気機械変換素子が変形することにより、電気機械変換素子が設けられた振動板の液室側の表面が変位し、液室内の液体に圧力を発生させることができる。
【０００３】
上記電気機械変換膜の圧電体の材料としては、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）が広く用いられている。このＰＺＴは、主要な結晶面として、｛１００｝面、｛１１０｝面及び｛１１１｝面を有する。電気機械変換膜にＰＺＴを用いる場合、上記３つの主要結晶面のうち｛１００｝面や｛１１１｝面が主に用いられ、これらの結晶面が電気機械変換膜の厚さ方向と直交するように配向させてＰＺＴ膜が形成される。例えば、特許文献１、２には、膜の厚さ方向と直交するように｛１００｝面を配向させたＰＺＴ膜（以下「｛１００｝配向ＰＺＴ膜」という。）が開示されている。また、特許文献３、４には、膜の厚さ方向と直交するように｛１１１｝面を配向させたＰＺＴ膜（以下「｛１１１｝配向ＰＺＴ膜」という。）が開示されている。また、特許文献５、６、７には、厚さ方向と直交するように｛１００｝面及び｛１１１｝面を混在させて配向させたＰＺＴ膜（以下「混在配向ＰＺＴ膜」という。）が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記｛１００｝配向ＰＺＴ膜や上記｛１００｝面が配向している部分が多い混在配向ＰＺＴ膜を有する電気機械変換素子では、製造後の初期における電圧印加時の変形は十分に大きいが、その変形の経時的な劣化が大きい。すなわち、電気機械変換素子に駆動電圧を印加する駆動を繰り返し行うと、電気機械変換素子に所定の駆動電圧を印加したときの変形が経時的に大きく低下していく。このように電気機械変換素子の変形が低下すると、振動板の液室側の表面を十分に変位させることができず、液室内の液体の圧力を十分に高めることができない。
【０００５】
一方、上記｛１１１｝配向ＰＺＴ膜や上記｛１１１｝面が配向している部分が多い混在配向ＰＺＴ膜を有する電気機械変換素子では、上記電圧印加時の変形の経時的な低下は抑制できるが、その製造後の初期における電圧印加時の変形は小さい。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、製造後の初期における電圧印加時の変形量を高めることができるとともに、その電圧印加時の変形量の経時的な低下を抑制できる電気機械変換素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、基板又は下地膜上に形成された第１の電極と、前記第１の電極上に形成されたペロブスカイト結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜と、前記電気機械変換膜上に形成された第２の電極と、を備える電気機械変換素子であって、前記電気機械変換膜は、厚さ方向と直交するように｛１１１｝面及び｛１００｝面が混在して配向し、｛１１１｝面の配向率が７２％以上９１％以下であることを特徴とするものである。
【０００８】
なお、本明細書において、｛ｈｋｌ｝面は、圧電体の結晶における自発分極の方向は考慮しない対称性から（ｈｋｌ）面及びその（ｈｋｌ）面に等価な複数の結晶面を代表するものとして表している。また、｛ｈｋｌ｝面は、（ｈｋｌ）面及びその（ｈｋｌ）面に等価な複数の結晶面のいずれか一つの結晶面であってもよいし、（ｈｋｌ）面及びその（ｈｋｌ）面に等価な複数の結晶面から選択された複数の結晶面であってもよい。
例えば、ペロブスカイト結晶構造を有する圧電体において、｛１１１｝面は、（１１１）面とその（１１１）面に等価な他の７つの結晶面とを含む複数の結晶面のいずれか一つ又は複数を表している。また、｛１００｝面は、（１００）面とその（１００）面に等価な他の５つの結晶面とを含む複数の結晶面のいずれか一つ又は複数を表している。
【０００９】
また、本明細書において、膜の厚さ方向と直交するように｛ｈｋｌ｝面が配向することを適宜「｛ｈｋｌ｝配向」といい、膜の厚さ方向と直交するように（ｈｋｌ）面が配向することを適宜「（ｈｋｌ）配向」という。例えば、膜の厚さ方向と直交するように｛１００｝面、｛１１１｝面及び｛２００｝面が配向することをそれぞれ、｛１００｝配向、｛１１１｝配向及び｛２００｝配向という。
【００１０】
また、本明細書において、電気機械変換膜における厚さ方向と直交するように配向したある特定の結晶面の「配向率」は、次のような測定によって定義された値である。すなわち、電気機械変換膜についてＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ‐Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）のθ−２θスキャン測定を行う。そして、得られた２θスペクトル曲線上で観測される上記特定の結晶面に対応するピークの面積と、２θスペクトル曲線上で観測されるすべてのピーク又は主要なピークそれぞれの面積とを求める。この特定の結晶面に対応するピークの面積を上記すべてのピーク又は主要なピークそれぞれの面積の和で割った値を百分率で表したものが、上記特定の結晶面の「配向率」である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、製造後の初期の変形量を高めることができるとともに、その変形量の経時的な低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＰＺＴ膜のＸ線回折のθ−２θスキャン測定結果を示すグラフ。
【図２】Ｐｔ膜及びＰＺＴ膜のＸＲＤのθ−２θスキャン測定結果を示すグラフ。
【図３】Ｐｔ膜の｛２００｝面の配向率とＰＺＴ膜の｛１００｝面の配向率との関係性を示すグラフ。
【図４】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成の一例を示す断面図。
【図５】液滴吐出ヘッドを複数個配置した構成例を示す断面図。
【図６】本実施形態に係るインクジェット記録装置の一例を示す斜視図。
【図７】同インクジェット記録装置の機構部を側面から見た説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を画像形成装置（液滴吐出装置）としてのインクジェット記録装置に使用される液滴吐出ヘッドの一構成要素である電気機械変換素子に適用した実施形態を説明する。
【００１４】
インクジェット記録装置は、騒音が極めて小さくかつ高速印字が可能であり、更には画像形成用の液体であるインクの自由度があり、安価な普通紙を使用できるなど多くの利点がある。そのために、インクジェット記録装置は、プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像形成装置として広く展開されている。
【００１５】
インクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドは、画像形成用の液滴（インク滴）を吐出するノズルと、ノズルに連通する加圧液室と、加圧液室内のインクを吐出するための圧力を発生する圧力発生手段とを備えている。本実施形態における圧力発生手段は、加圧液室の壁面の一部を構成する振動板と、その振動板を変形させる圧電体からなる薄膜の電気機械変換膜を有する電気機械変換素子と、を備えたピエゾ方式の圧力発生手段である。この電気機械変換素子は、所定の電圧が印加されることにより自らが変形し、加圧液室に対して振動板の表面を変位させることで加圧液室内の液体に圧力を発生させる。この圧力により、加圧液室に連通したノズルから液滴（インク滴）を吐出させることができる。
【００１６】
上記電気機械変換膜を構成する圧電体は、電圧の印加によって変形する圧電特性を有する材料である。この圧電体として、本実施形態では、ペロブスカイト結晶構造を有する三元系金属酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１?ｘ）Ｏ３）を用いている。このＰＺＴからなる電気機械変換膜（以下「ＰＺＴ膜」という。）を有する電気機械変換素子に駆動電圧を印加したときの振動モードとしては、前述のように複数種類の振動モードがある。例えば、圧電定数ｄ３３による膜厚方向の変形を伴う縦振動モード（プッシュモード）や、圧電定数ｄ３１によるたわみ変形を伴う横振動モード（ベンドモード）がある。更には、膜の剪断変形を利用したシェアモード等もある。また、上記ＰＺＴ膜を有する電気機械変換素子は、後述のように、半導体プロセスやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の技術を利用し、Ｓｉ基板に加圧液室及び電気機械変換素子を直接作り込むことができる。これにより、電気機械変換素子を、加圧液室内に圧力を発生させる薄膜の圧電アクチュエータとして形成することができる。
【００１７】
液滴吐出ヘッドを用いた画像形成装置（インクジェット記録装置）における電気機械変換素子における重要な特性として、印加される駆動電圧に対する表面変位量と、連続駆動における表面変位の経時的な劣化への耐性とが挙げられる。
ここで、駆動電圧に対する表面変位量は、加圧液室からノズルを介して吐出される液滴の体積や液滴の速度に大きく影響するため、吐出対象への液滴の着弾精度の向上つまり描画される画像の精彩の向上を図る上で重要である。また、駆動電圧に対する表面変位量、画像形成装置（液滴吐出装置）の低消費電力化を図る上でも重要である。
また、電気機械変換素子の連続駆動における表面変位の劣化への耐性は、画像の精彩の向上だけでなく、信頼性を高める上で重要である。
【００１８】
本実施形態では、上記課題を解決すべく、以下に示すように駆動電圧に対する表面変位量を高めるとともにその表面変位の経時的な劣化に対して良好な耐性を有するように電気機械変換素子を形成している。
【００１９】
本実施形態の電気機械変換素子に用いているＰＺＴ膜は、圧電性を持つ酸化物であり、その結晶は基本的には多結晶であるが、厚さ方向と直交するように主として｛１００｝面、｛１１０｝面及び｛１１１｝面が配向している。これらの面が配向している結晶部分のうち、電気機械変換素子の加圧液室側の表面変位に寄与しているのは、厚さ方向と直交するように｛１００｝面及び｛１１１｝面がそれぞれ配向している部分である。そこで、｛１１０｝面が配向している部分を取り除きつつ、｛１００｝面の配向と｛１１１｝面の配向とを制御することにより、上記特性の向上に繋がると考えられる。
【００２０】
ＰＺＴ膜の成膜方法としては様々な方法で開示されているが、それらの方法は、厚さ方向と直交するように主として｛１００｝面及び｛１１１｝面のどちらか一方の面のみを配向させる方法である。厚さ方向と直交するように主として｛１００｝面を配向させたＰＺＴ膜を形成した場合、駆動電圧に対する表面変位量は大きいが、その表面変位の劣化が大きく、また脆性が高い。一方、厚さ方向と直交するように主として｛１１１｝面を配向させたＰＺＴ膜を形成した場合、表面変位の劣化及び脆性それぞれに対する耐性は高いが、駆動電圧に対する表面変位量が小さい。
【００２１】
また、厚さ方向と直交するように｛１００｝面及び｛１１１｝面が混在して配向した混在配向ＰＺＴ膜における配向制御を行う方法として、例えば特許文献８に開示されているシリコンプロセスを応用した方法が知られている。この方法は、ＰＺＴ膜と下部電極とのの間にＴｉ／Ｉｒの層を積層し、Ｔｉの膜厚によってＰＺＴ膜の｛１１１｝面の配向率を制御する方法である。しかし、この方法では、Ｔｉの膜厚を５［ｎｍ］〜２０［ｎｍ］の範囲で制御する必要があり、その膜厚の範囲は従来の成膜プロセスにおいて制御が非常に難しい。更に、このＰＺＴ膜の成膜メカニズムは核生成プロセスを用いており、ＰＺＴ膜のウェハ面内における均一性はＰＺＴの焼成プロセスの均一性が大きく寄与する。このようにシリコンプロセスを応用してＰＺＴ薄膜を作製するためには、ウェハ面内に対するＴｉの膜厚の均一性及びＰＺＴの焼成プロセスの均一性の両方を厳しく制御しなければ、圧電アクチュエータを安定して提供することが困難である。つまり、同一な特性を持つ圧電アクチュエータをウェハ面内で安定して作成するために、ＰＺＴの結晶面の配向をウェハ面内で容易に制御可能なプロセスが必要とされている。
【００２２】
そこで、本実施形態では、｛１１１｝面の配向率が７２％以上９１％以下であるＰＺＴ膜を有する圧電アクチュエータの作製プロセスを、以下に示すように行っている。
【００２３】
前述のとおり、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）は圧電性を持つ酸化物であり、厚さ方向と直交する結晶面として｛１００｝面、｛１１０｝面及び｛１１１｝面が支配的な配向となっている。これらの結晶面のうち、ＰＺＴ膜が設けられる振動板の表面変位に寄与しない｛１１０｝面の配向成分を取り除きつつ、｛１００｝面及び｛１１１｝面の配向を制御することが、特性の向上に繋がると考えられる。
【００２４】
シリコンプロセスにおける配向制御は様々な分野で行われており、その方法は基本的には、ある材料について１つの配向面に制御して成長させるといった方法である。その原理は非常に簡単で、ある材料Ａの上にもう１つの材料Ｂを成膜する場合、材料Ｂは材料Ａの格子定数に近い配向面が優先配向になるエピタキシャル成長の原理を利用している。本実施形態では、このシリコンプロセスのエピタキシャル成長方法を応用し、成長させたいＰＺＴの下地膜となる材料を多結晶化させ、その下地に２種の配向面を持たせている。これにより、下地膜上に成膜されるＰＺＴも２種の結晶面｛１００｝と｛１１１｝が混ざった多結晶状態に制御することができる。
【００２５】
本実施形態では、ＰＺＴを利用した圧電アクチュエータに関するものであるため、その圧電アクチュエータの第１の電極としての下地膜は基本的には電極材料となる。その電極材料としてはＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕなど様々な金属が挙げられるが、良好な耐熱性及び安定性が得られ、狙いの電気抵抗率を得るために、Ｐｔが電極材料として最も望ましい。
【００２６】
表１は、Ｐｔ膜の結晶面と、ＰＺＴ膜の結晶面と、その面に相当するＸ線回折（ＸＲＤ）の回折角と、その回折角に相当する格子間隔とをまとめたものである。表１より、ＰＺＴの｛１１１｝面の格子間隔はＰｔの｛１１１｝面の格子間隔と非常に近い値を示しており、また、ＰＺＴの｛２００｝面の格子間隔はＰｔの｛２００｝面と非常に近い格子間隔を持つことが窺える。
【表１】
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【００２７】
図１は、ＰＺＴ膜のＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ‐Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）のθ−２θスキャン測定結果を示すグラフである。図１の測定対象は次にように成膜した。まず表面と平行になるようにすなわち膜厚方向と直交するように｛１１１｝面を完全配向させたＰｔ膜（Ｐｔ電極）を成膜した。そして、そのＰｔ膜上にＳＲＯ（ルテニウム酸ストロンチウム）膜を成膜し、更に、そのＳＲＯ膜上に測定対象のＰＺＴを成膜した。
【００２８】
また、図２は、Ｐｔ膜及びＰＺＴ膜のＸＲＤのθ−２θスキャン測定結果を示すグラフである。図２の測定対象であるＰｔ膜は、表面と平行になるようにすなわち膜厚方向と直交するように｛１１１｝面と｛２００｝面とを混在させて配向させたＰｔ膜である。また、そのＰｔ電極上にＳＲＯ膜を成膜した後、そのＳＲＯ膜上に測定対象のＰＺＴ膜を成膜した。
【００２９】
図１及び図２中の「Ｐｔ（１１１）」のピークはＸ線（ＣｕＫα）に対するＰｔ膜の｛１１１｝面の回折ピークであり、「ＰＺＴ（１１１）」のピークはＸ線（ＣｕＫα）に対するＰＺＴ膜の｛１１１｝面の回折ピークである。また、図２中の「Ｐｔ（２００）」のピークはＸ線（ＣｕＫα）に対するＰｔ膜の｛２００｝面の回折ピークであり、「ＰＺＴ（２００）」のピークはＸ線（ＣｕＫα）に対するＰＺＴ膜の｛２００｝面の回折ピークである。
【００３０】
図１のように膜厚方向と直交するように｛１１１｝面が完全配向したＰｔ膜の場合は、ＰＺＴ膜も厚さ方向と直交するように｛１１１｝面のみに配向している。一方、図２のように膜厚方向と直交するように｛１１１｝面と｛２００｝面とが混在して配向しているＰｔ膜の場合、ＰＺＴ膜は、膜厚方向に＜１１１＞方向の他に＜２００＞方向も成長している。すなわち、ＰＺＴ膜は、厚さ方向と直交するように｛１１１｝面と｛２００｝面とが混在して配向している。結晶方位の＜２００＞方向は基本的には＜１００＞方向と同じ方向であるため、これらの方向はほぼ同様のものとして扱うことができる。以上のグラフから分かるように、第１の電極としてのＰｔ膜を｛１１１｝配向と｛２００｝配向とが混在して配向するように成膜することにより、その上に成膜されるＰＺＴ膜も｛１１１｝配向と｛１００｝配向とが混在して成長すると考えられる。
【００３１】
図３は、Ｐｔ膜の｛２００｝面の配向率とＰＺＴ膜の｛１００｝面の配向率との関係性を示すグラフである。図３において、Ｐｔ膜の｛２００｝面の配向率が増加することにより、ＰＺＴ膜の｛１００｝面の配向率も増加することが分かる。以上の結果から、Ｐｔ膜の｛１１１｝配向と｛２００｝配向との配向率を所定範囲に制御することにより、ＰＺＴ膜の｛１１１｝配向と｛１００｝配向との配向率を狙いの範囲に制御することができる。例えば、Ｐｔ膜の｛２００｝面の配向率を１％以上４％以下の範囲に制御することにより、ＰＺＴ膜の｛１１１｝面の配向率を狙いの７２％以上９１％以下の範囲に制御することができる。
【００３２】
次に、本発明の一実施形態に係る電気機械変換素子としての圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドの構造の一例を説明する。
図４は本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成の一例を示す断面図である。本実施形態の液滴吐出ヘッドは、基板４０１と、振動板４０２と、ノズル板４０３と、加圧液室（圧力室）４０４と、第１の電極としての下部電極４０５と、電気機械変換膜としてのＰＺＴ膜４０６と、第２の電極としての上部電極４０７とを備える。加圧液室４０４は、基板４０１に形成された隔壁部４０１ａと、振動板４０２と、ノズル板４０３とで囲まれるように形成され、ノズル板４０３のノズル４０３ａに連通している。
【００３３】
基板４０１の材料としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、通常１００［μｍ］以上６００［μｍ］以下の範囲の厚みを持つことが好ましい。基板４０１の表面の面方位としては、（１００）面、（１１０）面、（１１１）面と３種あるが、半導体産業では一般的に（１００）面、（１１１）面が広く使用されており、本実施形態においては、表面の面方位が主に（１００）面である単結晶基板を主に使用した。また、図４に示すような加圧液室４０４を作製していく場合、エッチングを利用してシリコン単結晶基板を加工していくが、この場合のエッチング方法としては、異方性エッチングを用いることが一般的である。異方性エッチングとは、結晶構造の複数種類の面方位に対してエッチング速度が互いに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。従って、｛１００｝面では約５４°の傾斜を持つ構造体が作製できるのに対して、｛１１０｝面では深い溝をほることができるため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くすることができることが分かっている。本実施形態では、表面の面方位が｛１１０｝面である単結晶基板を使用することも可能である。但し、この場合、マスク材であるＳｉＯ２もエッチングされてしまうということが挙げられるため、この点も留意して利用している。
【００３４】
振動板４０２は、ＰＺＴ膜４０６によって発生した力を受けて変形して表面が変位することにより、加圧液室４０４の液体に圧力を発生させてノズル４０３ａから液滴を吐出させるため、所定の強度を有したものであることが好ましい。振動板４０２の材料としては、Ｓｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により作製したものが挙げられる。更に、振動板４０２の材料としては、下部電極４０５及びＰＺＴ膜４０６の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。特に、ＰＺＴ膜４０６は一般的に材料としてＰＺＴが使用される。そのため、振動板４０２は、線膨張係数８×１０−６［１／Ｋ］に近い線膨張係数すなわち５×１０−６［１／Ｋ］以上１０×１０−６［１／Ｋ］以下の線膨張係数を有した材料が好ましい。さらには、振動板４０２は、７×１０−６［１／Ｋ］以上９×１０−６［１／Ｋ］以下の線膨張係数を有した材料がより好ましい。
【００３５】
また、振動板４０２は引張応力あるいは圧縮応力を持つ複数の膜を減圧（ＬＰ：Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）ＣＶＤにより積層させることで構築されていることが望ましい。その理由は、次のとおりである。単層膜の振動板４０２の場合、材料として例えばＳＯＩウェハが挙げられる。この場合、ウェハのコストが非常にかかり、また曲げ剛性を揃えようとしたときに任意の膜応力に設定できない。一方、積層の振動板４０２の場合、その積層構成を最適化することにより、振動板４０２の剛性と膜応力とを所望の値に設定する自由度を得ることができる。そのため、振動板４０２の全体の剛性と応力の制御とを、積層化と膜厚及び積層構成との組み合わせで実現できる。従って、圧電アクチュエータ（圧電素子）を構成する電極層及び強誘電体層の材料及び膜厚に適時対応できる。そして、圧電アクチュエータ（圧電素子）の焼成温度による振動板４０２の剛性及び応力の変動が少なく安定した振動板４０２が得られることから、液滴吐出特性を高精度にでき、かつ安定した液滴吐出ヘッドを実現できる。
【００３６】
第１の電極としての下部電極４０５は、金属材料の層と、密着層と、導電性酸化物層とを有する。金属材料としては従来から高い耐熱性と低い反応性を有する白金（Ｐｔ）が用いられているが、鉛に対しては十分なバリア性を持つとはいえない場合もあり、イリジウムや白金−ロジウムなどの白金族元素や、これら合金膜も挙げられる。白金（Ｐｔ）を使用する場合には、その下地（特にＳｉＯ２）との密着性が悪いために、Ｔｉ、ＴｉＯ２、Ｔａ、Ｔａ２Ｏ５、Ｔａ３Ｎ５等を先に積層することが好ましい。下部電極４０５の作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜が一般的である。下部電極４０５の膜厚としては、０．０２［μｍ］以上０．１［μｍ］以下が好ましく、０．０５［μｍ］以上０．１［μｍ］以下がさらに好ましい。また、ＰＺＴ膜４０６の変形の経時的な疲労特性に対する懸念から、下部電極４０５とＰＺＴ膜４０６との間にルテニウム酸ストロンチウムなどの導電性酸化物を電極部として積層することが好ましい。
【００３７】
第２電極としての上部電極４０７も、上記下部電極４０５と同様に白金（Ｐｔ）などの金属材料を用い、白金の膜とＰＺＴ膜４０６との間にルテニウム酸ストロンチウムなどの導電性酸化物を積層させて構成される。
【００３８】
ＰＺＴ膜４０６は、ペロブスカイト結晶構造を有する圧電体であり、ジルコン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）とチタン酸（ＰｂＴｉＯ３）の固溶体で、その比率により特性が異なる。一般的に優れた圧電特性を示す組成はＰｂＺｒＯ３とＰｂＴｉＯ３の比率が５３：４７の割合で、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ０．５３Ｔｉ０．４７）Ｏ３、一般ＰＺＴ（５３／４７）と示される。ＰＺＴ以外の複合酸化物としてはチタン酸バリウムなどが挙げられ、この場合はバリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。これら材料は一般式ＡＢＯ３で記述され、Ａ＝Ｐｂ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｂ＝Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｎｂを主成分とする複合酸化物が該当する。その具体的な記述として（Ｐｂ１−ｘ，Ｂａｘ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｐｂ）（Ｚｒｘ，Ｔｉｙ，Ｎｂ１−ｘ−ｙ）Ｏ３、これはＡサイトのＰｂを一部Ｂａで置換した場合およびＢサイトのＺｒ、Ｔｉを一部Ｎｂで置換した場合である。このような置換はＰＺＴの変形特性（変位特性）の応用に向けた材料改質で行なわれる。作製方法としては、スパッタ法もしくは、ゾルゲル法を用いてスピンコータにて作製することができる。この場合は、パターニング化が必要となるので、フォトリソエッチング等により所望のパターンを得る。
【００３９】
ＰＺＴ膜４０６をゾルゲル法により作製した場合、例えば出発材料に酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させ均一溶液を得ことで、ＰＺＴ前駆体溶液が作製できる。金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、前駆体溶液に安定化剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミンなどを適量添加しても良い。下地基板の全面にＰＺＴ膜を得る場合、スピンコートなどの溶液塗布法により塗膜を形成し、溶媒乾燥、熱分解、結晶化の各々の熱処理を施すことで得られる。塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るには一度の工程で１００［ｎｍ］以下の膜厚が得られるように前駆体濃度の調整が必要になる。ＰＺＴ膜の膜厚としては、０．５［μｍ］以上５［μｍ］以下が好ましく、さらに好ましくは１［μｍ］以上２［μｍ］以下がよい。ＰＺＴ膜の膜厚が好適な範囲より小さいと、図４に示すような加圧液室４０４の加工が難しくなる。また、ＰＺＴ膜の膜厚が上記好適な範囲より大きいと、下地の振動板が変形変位しにくくなり液滴の吐出が不安定になるほか、十分な変位を発生することができなくなる。また、ＰＺＴ膜の膜厚が上記好適な範囲より大きいと、何層も積層させていくため、工程数が多くなりプロセス時間が長くなる。
【００４０】
次に、本発明の実施形態のより具体的な実施例について比較例とともに説明する。
〔実施例１〕
実施例１では、まず、基板としてのシリコンウエハに、ＳｉＯ２（膜厚：６００［ｎｍ］）、Ｓｉ３Ｎ４（膜厚：２５０［ｎｍ］）、ＳｉＯ２（膜厚：６００［ｎｍ］）、Ｓｉ（膜厚：２００［ｎｍ］）、ＳｉＯ２（膜厚：５００［ｎｍ］）の積層膜を形成した。この最表面のＳｉＯ２層にプラズマで表面処理を行った後、これに電極下地層として、Ｔｉを５０［ｎｍ］成膜し、ＲＴＡ（急速熱処理）により７００［℃］で酸化チタンを作製した。ＴｉＯ２膜は、ＳｉＯ２膜とＰｔ膜との間の密着層としての役割を持つ。引続き、下部電極４０５としては｛２００｝面の配向率が２％となるＰｔ膜（膜厚：１６０［ｎｍ］）と、ＳＲＯ膜（膜厚：６０［ｎｍ］）とを順次スパッタ法により成膜した。ここで、Ｐｔ膜の｛２００｝面の配向率は、前述のように、Ｐｔ膜の｛２００｝面に対応するＸＲＤピーク面積を、Ｐｔ膜の｛１１１｝面に対応するＸＲＤピーク面積と｛２００｝面に対応するＸＲＤピーク面積との和で割った値の百分率と定義される。また、ＸＲＤの測定に用いたＸＲＤ装置はＰｈｉｌｉｐｓ社製の「Ｘ’Ｐｅｒｔ  ＭＲＤ」であり、Ｘ線源はＣｕＫα、Ｘ線の波長は１．５４１［Å：オングストローム］（０．１５４１［ｎｍ］）であった。
【００４１】
次に、ＰＺＴ膜４０６の材料としてＰｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１５０：５３：４７の組成比で調合した溶液を準備した。具体的な前駆体塗布液の合成については、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た。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学両論組成に対し鉛量を過剰にしてある。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、先記の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前駆体溶液を合成した。このＰＺＴ濃度は０．３［ｍｏｌ／ｌ］にした。この液をスピンコートでウェハに塗布し、ホットプレートにより１２０［℃］乾燥→４００［℃］熱分解を行った。３層目の熱分解処理後に、結晶化熱処理（温度７４０［℃］）をＲＴＡにて行った。このときＰＺＴの膜厚は２４０［ｎｍ］であった。この工程を計１０回（３０層）実施し、膜厚が約２．０［μｍ］のＰＺＴ膜４０６を得た。
【００４２】
次に、上部電極４０７としてＳｒＲｕＯ３膜（膜厚：４０［ｎｍ］）及び白金膜（膜厚：１２５［ｎｍ］）を順次スパッタ成膜した。スパッタ成膜時の基板温度については３００［℃］にて成膜を実施した。ＳｒＲｕＯ３膜については、急速加熱アニーリング（ＲＴＡ：Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）処理にて酸素雰囲気中で５５０［℃］／３００［ｓ］のポストアニール処理をした。その後、東京応化社製のフォトレジスト（ＴＳＭＲ８８００）をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した後、ＩＣＰエッチング装置（サムコ社製）を用いてパターンを作製した。
【００４３】
次に、後の加圧液室（圧力室）４０４を形成するために、アルカリ溶液（ＫＯＨ溶液、あるいはＴＭＨＡ溶液）で異方性ウェットエッチングを行った。このエッチングにより、短手方向の幅が６０［μｍ］となる加圧液室（圧力室）４０４を形成し、図４に示すような、薄膜のＰＺＴ膜４０６を有する圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを作製した。
【００４４】
〔実施例２〕
実施例２では、実施例１の圧電アクチュエータの構成に対し、ＰＺＴ膜４０６の｛１００｝面の配向率が１０％以上３０％以下になるように、実施例１の方法で液滴吐出ヘッドを作製した。
【００４５】
〔実施例３〕
実施例３では、実施例１の圧電アクチュエータの構成に対し、下部電極４０５に｛２００｝面の配向率が３．９％となるＰｔ膜を用い、実施例１の方法で液滴吐出ヘッドを作製した。
【００４６】
〔比較例１〕
比較例１では、実施例１の圧電アクチュエータの構成に対し、下部電極４０５に｛２００｝面の配向率が０．８％となるＰｔ膜を用い、実施例１の方法で液滴吐出ヘッドを作製した。
【００４７】
〔比較例２〕
比較例２では、実施例１の圧電アクチュエータの構成に対し、下部電極４０５に｛２００｝面の配向率が０．１％となるＰｔ膜を用い、実施例１の方法で液滴吐出ヘッドを作製した。
【００４８】
〔比較例３〕
比較例３では、実施例１の圧電アクチュエータの構成に対し、下部電極４０５に｛２００｝面の配向率が４．５％となるＰｔ膜を用い、実施例１の方法で液滴吐出ヘッドを作製した。
【００４９】
上記実施例１〜３及び比較例１〜３で成膜されたＰＺＴ膜４０６の評価方法としては、ＸＲＤによる結晶面の配向率の測定を行い、その配向率のウェハ面内における分布評価を行った。具体的には、ＰＺＴ膜４０６に対して２０°≦θ≦５０°の範囲でＸＲＤのθ−２θスキャン測定を行った。そして、ＰＺＴ膜４０６の｛１００｝面、｛１１０｝面、｛１１１｝面それぞれに対するピークの面積を、それらの和で割ったものの百分率をそれぞれ、各結晶面の配向率と定義した。測定に用いたＸＲＤ装置はＰｈｉｌｉｐｓ社製の「Ｘ’Ｐｅｒｔ  ＭＲＤ」であり、Ｘ線源はＣｕＫα、Ｘ線の波長は１．５４１［Å］（０．１５４１［ｎｍ］）、Ｓｌｉｔ１／４、Ｍａｓｋ１５を用いた。結晶面の配向率の面内分布測定に関しては、面内の９ポイントで評価を行い、バラツキは変動係数（３σ／ａｖｅｒａｇｅ）で評価を行った。
【００５０】
圧電アクチュエータの変形（表面変位）及びその劣化特性は、次の方法で評価した。実施例１〜３及び比較例１〜３で作製された液滴吐出ヘッドを用いて、印加電界１５０［ｋＶ／ｃｍ］、立ち上がり時間１μｓ、立ち下がり時間１［μｓ］、パルス幅４［μｓ］及び繰り返し周波数１００［ｋＨｚ］のパルス波形の駆動電圧を印加した。そして、このパルス波形の駆動電圧を印加した連続駆動における圧電アクチュエータ（ＰＺＴ素子）の表面変位の経時的な変動の評価を行った。圧電アクチュエータ（ＰＺＴ素子）の表面変位はレーザードップラ振動計を用いて計測した。圧電アクチュエータ（ＰＺＴ素子）の表面変位の経時的な変動の評価は、測定の最初の圧電アクチュエータの変位（初期変位）の絶対値を初期値として１００％とした。そして、その後に上記パルス波形の駆動電圧を１０８回の繰り返し印加した後の圧電アクチュエータの表面変位の上記初期値からの低下率で評価した。この評価の合格基準である指標値として、圧電アクチュエータの表面変位の大きさについては、液滴を吐出するのに十分な変位量である０．１８０［μｍ］以上とした。また、圧電アクチュエータの表面変位の劣化については、液滴吐出ヘッドの液滴吐出能力を担保できる範囲である７％以内とした。また、上記圧電アクチュエータの表面変位の初期値については、ウェハ面内におけるバラツキ評価も行った。その評価はウェハ面内の１７箇所で行い、バラツキは変動係数で算出した。この圧電アクチュエータの表面変位の初期値のウェハ面内のバラツキに対する合格基準の指標値としては、液滴吐出ヘッドを実際に画像形成装置に適用した場合に画像の乱れに影響しないと想定される変位範囲±７％以内とした。
【００５１】
表２は実施例１〜３及び比較例１〜３における上記評価結果をまとめた一覧表である。具体的には、Ｐｔ膜の｛２００｝面の配向率及びそのウェハ面内のバラツキと、ＰＺＴ膜の｛１１１｝面の配向率及びそのウェハ面内のバラツキとを示している。更に、圧電アクチュエータの表面変位の初期値及びそのウェハ面内のバラツキと、ウェハ面中心における圧電アクチュエータの表面変位の経時的な低下率とを示している。なお、表２中の「Ｐｔ（２００）配向率」はＰｔ膜の｛２００｝面の配向率を示し、「ＰＺＴ（１１１）配向率」はＰＺＴ膜の｛１１１｝面の配向率を示している。
【表２】
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【００５２】
表２に示すように、Ｐｔ膜の｛２００｝面の配向率が１％以上３％以下の範囲で作製された実施例１〜３では、圧電アクチュエータの表面変位の大きさが０．１８０［μｍ］であり、そのウェハ面内バラツキが７％以内であった。更に、その表面変位の経時的な低下率（劣化率）は７％以内であった。
【００５３】
一方、Ｐｔ膜の｛２００｝面の配向率が１％未満である比較例１・２では、圧電アクチュエータの表面変位の経時的な低下（劣化）とウェハ面内のバラツキは抑えられているが、表面変位の初期値が０．１８［μｍ］以下である。すなわち、圧電アクチュエータの表面変位の変位特性が満足できていない。これは、ＰＺＴ膜４０６の｛１１１｝面の配向率すなわち｛１１１｝面の配向率は９０％より大きくなっていることから、表面変位に寄与するＰＺＴ膜４０６の｛１００｝面の配向は逆に少なくなるため、変位が小さくなっていると考えられる。
【００５４】
また、Ｐｔ膜の｛２００｝面の配向率が４％より大きい比較例３では、圧電アクチュエータの表面変位の初期値は０．２８８［μｍ］と大きいものが得られているが、その表面変位の経時的な劣化が１０．９％と大きい。さらに、圧電アクチュエータの表面変位の初期値のウェハ面内のバラツキも大きくなっている。これは、圧電アクチュエータの表面変位の経時的な劣化に耐性があるＰＺＴ膜の｛１１１｝面の配向率が７０％以下と小さくなっており、そのバラツキも大きくなっている。そのため、比較例３では、圧電アクチュエータの表面変位のウェハ面内のバラツキが大きく、かつ、その表面変位の経時的な劣化も大きくなったと考えられる。
【００５５】
図５は、上記図４で示したＰＺＴ膜４０６を有する圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを複数個配置した構成例を示す断面図である。図５の構成例によれば、電気機械変換素子としての圧電アクチュエータを簡便な製造工程でバルクセラミックスと同等の性能を持つように形成できる。更に、その後の加圧液室の形成のための裏面からのエッチング除去と、ノズル孔を有するノズル板の接合とを行うことで、複数の液滴吐出ヘッドが一括形成することができる。なお、図５中には液体供給手段、流路、流体抵抗についての図示を省略した。
【００５６】
次に、本発明の実施形態に係る液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置（液滴吐出装置）としてのインクジェット記録装置について説明する。
【００５７】
図６は、本実施形態に係るインクジェット記録装置の一例を示す斜視図であり、図７は、同インクジェット記録装置の機構部を側面から見た説明図である。本実施形態のインクジェット記録装置は、記録装置本体８１の内部に印字機構部８２等を収納している。印字機構部８２は、主走査方向に移動可能なキャリッジと、キャリッジに搭載した液滴吐出ヘッド９４へ画像形成用の液体であるインクを供給する液体カートリッジとしてのインクカートリッジ９５等で構成されている。また、装置本体８１の下方部には、前方側から多数枚の記録媒体としての用紙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することができる。また、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。そして、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。
【００５８】
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している。このキャリッジ９３には、複数のインク吐出口としてのノズルを主走査方向と交差する方向に配列し液滴吐出方向を下方に向けるように、複数の液滴吐出ヘッド９４が装着されている。複数の液滴吐出ヘッド９４は、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）及びブラック（Ｂｋ）の各色の液滴を吐出するヘッド（インクジェットヘッド）である。また、キャリッジ９３には、液滴吐出ヘッド９４に各色の液体（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ている。
【００５９】
インクカートリッジ９５は上方に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、内部にはインクが充填された多孔質体を有している。この多孔質体の毛管力により液滴吐出ヘッド９４へ供給される液体（インク）をわずかな負圧に維持している。また、本実施形態では各色に対応させて４個の液滴吐出ヘッド９４を用いているが、各色の液滴を吐出する複数のノズルを有する１個の液滴吐出ヘッドを用いてもよい。
【００６０】
ここで、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が張装されている。このタイミングベルト１００はキャリッジ９３に固定されており、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。
【００６１】
一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、ガイド部材１０３と、搬送ローラ１０４と、先端コロ１０６とを備えている。給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２は、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装し、ガイド部材１０３は用紙８３を案内する。また、搬送ローラ１０４は、給紙された用紙８３を反転させて搬送する。先端コロ１０６は、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。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。
【００６２】
そして、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を液滴吐出ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１０９が設けられている。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が設けられている。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と、排紙経路を形成するガイド部材１１５，１１６とが配設されている。
【００６３】
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液滴吐出ヘッド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。
【００６４】
また、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、液滴吐出ヘッド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は印字待機中にはこの回復装置１１７側に移動されてキャッピング手段で液滴吐出ヘッド９４がキャッピングされ、吐出口であるノズル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。また、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。
【００６５】
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す。これにより、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。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜（不図示）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。
【００６６】
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の前述の実施形態及び実施例１〜３で作製した液滴吐出ヘッドを搭載している。従って、振動板の駆動不良によるインク滴の吐出不良がなく、圧電アクチュエータの表面変位の変動も抑制されているため、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。
【００６７】
なお、上記実施形態では、液滴吐出ヘッドから吐出した液滴を用紙に着弾させて画像を形成する画像形成装置に適用した場合について説明したが、本発明は、画像形成装置以外の液滴吐出装置にも適用することができる。例えば、本発明は、画像形成用の液滴を着弾させて付与する媒体が、用紙以外の媒体（記録媒体、転写材、記録紙）、例えば糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体である場合も同様に適用することができる。また、本発明は、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与すること場合だけでなく、文字等の意味を持たないパターンを媒体に付与する（単に液滴を吐出する）装置にも適用することができる。また、本発明は、パターニング用の液体レジストを吐出して被着弾媒体上に着弾させる装置にも適用することができる。また、本発明は、遺伝子分析試料を吐出して被着弾媒体上に着弾させる液滴吐出装置や、三次元造型用の液滴吐出装置などにも適用することができる。
【００６８】
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
基板４０１又は下地膜上に形成された下部電極４０５等の第１の電極と、第１の電極上に形成されたペロブスカイト結晶構造を有する圧電体からなるＰＺＴ膜４０６等の電気機械変換膜と、電気機械変換膜上に形成された上部電極４０７等の第２の電極と、を備えるアクチュエータ素子等の電気機械変換素子であって、電気機械変換膜は、厚さ方向と直交するように｛１１１｝面及び｛１００｝面が混在して配向し、｛１１１｝面の配向率が７２％以上９１％以下である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械変換膜の｛１１１｝面の配向率が９１％以下であることにより、電気機械変換膜の製造後における電圧印加時の初期変形量を、次のように高めることができる。すなわち、当該電気機械変換膜を振動板に設けて所定のパルス波形の電圧を印加したときの振動板表面の変位量が０．１８０［μｍ］以上になる程度まで、電気機械変換膜の製造後の初期変形量を高めることができる。ここで、上記所定のパルス波形は、印加電界が１５０［ｋＶ／ｃｍ］、立ち下がり時間及び立ち下がり時間が１［μｓ］、パルス幅が４［μｓ］であるパルス波形である。
更に、電気機械変換膜の｛１１１｝面の配向率が７２％以上であることにより、電気機械変換膜の電圧印加時の変形量の経時的な劣化を、次のように抑制できる。すなわち、当該電気機械変換膜に上記所定のパルス波形の電圧を１０８回繰り返して印加したときの振動板表面の変位量の低下が初期変位量の７％以内になる程度まで、電気機械変換膜の電圧印加時の変形量の低下を抑制することができる。
以上のように、製造後の初期の変形量を高めることができるとともに、その変形量の経時的な低下を抑制できる。
（態様Ｂ）
上記態様Ａにおいて、前記第１の電極はＰｔを含む。
これによれば、上記実施形態について説明したように、高い耐熱性と低い反応性とを有する第１の電極を形成できる。
（態様Ｃ）
上記態様Ｂにおいて、前記Ｐｔは、厚さ方向と直交する結晶面として｛１１１｝面及び｛２００｝面が混在して配向し、｛２００｝面の配向率が１％以上４％以下である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、上記圧電体からなる電気機械変換膜が形成される下地として、｛２００｝面の配向率が１％以上４％以下であるＰｔを用いている。このように｛２００｝面の配向率が所定の範囲にあるＰｔを用いることにより、上記｛１１１｝面の配向率が７２％以上９１％以下である電気機械変換膜を、エピタキシャル成長のメカニズムを応用して確実に形成することができる。このように第１の電極であるＰｔの配向率のみを制御すればよいため、電気機械変換膜の形成プロセスの均一性はあまり厳しく制御する必要は無くなる。そのため、上記｛１１１｝面の配向率が所定範囲にある電気機械変換膜を広い面積にわたって安定して形成できる。
（態様Ｄ）
上記態様Ａ乃至Ｃのいずれかにおいて、第１の電極と電気機械変換膜との間にルテニウム酸ストロンチウムを含む層を有する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、電気機械変換膜の劣化を防止できる。
（態様Ｅ）
上記態様Ａ乃至Ｄのいずれかにおいて、シリコンウェハなどの基板上に、単層又は複数層の絶縁体層からなるＳｉＯ２膜などの下地膜が形成され、下地膜と第１の電極との間のバッファ層として、スパッタリングにより成膜されたＴｉを熱酸化することで得られるＴｉＯ２膜を有する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、基板上に形成した下地膜と第１の電極との間にＴｉＯ２膜からなるバッファ層有することにより、下地膜と第１の電極との密着性を高めることができる。
（態様Ｆ）
ノズル４０３ａとノズルに連通する加圧液室４０４と加圧液室内の液体に圧力を発生させる圧力発生手段とを備えた液滴吐出ヘッドであって、前記圧力発生手段として、上記態様Ａ乃至Ｅのいずれかの電気機械変換素子を備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、製造後の初期において高い液滴吐出機能を確保できるとともに、その液滴吐出機能の経時的な低下を抑制できる。
（態様Ｇ）
液滴吐出装置であって、上記態様Ｆの液滴吐出ヘッドを備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、製造後の初期において高い液滴吐出機能を確保できるとともに、その液滴吐出機能の経時的な低下を抑制できる。
（態様Ｈ）
画像形成装置であって、上記態様Ｆの液滴吐出ヘッドを備える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、製造後の初期において高い液滴吐出機能を確保できるとともに、その液滴吐出機能の経時的な低下を抑制でき、高品質の画像を長期にわたって安定して形成することができる。
（態様Ｉ）
基板又は下地膜上に、厚さ方向と直交する結晶面として｛１１１｝面及び｛２００｝面とが混在して配向したＰｔを含む第１の電極を形成するステップと、前記第１の電極上に、厚さ方向と直交する結晶面として｛１１１｝面及び｛１００｝面とが混在して配向したペロブスカイト型結晶構造を有する圧電体からなる電気機械変換膜を形成するステップと、を含む電気機械変換素子の製造方法であって、前記Ｐｔの厚さ方向と直交する｛２００｝面の配向率が１％以上４％以下であり、前記電気機械変換膜の厚さ方向と直交する｛１１１｝面の配向率が７２％以上９１％以下である。
これによれば、上記実施形態について説明したように、製造後の初期の変形量を高めることができるとともに、その変形量の経時的な低下を抑制できる。更に、上記｛１１１｝面の配向率が所定範囲にある電気機械変換膜を広い面積にわたって安定して形成できる。
【符号の説明】
【００６９】
９４  液滴吐出ヘッド
４０１，５０１  基板
４０１ａ，５０１ａ  隔壁部
４０２，５０２  振動板
４０３，５０３  ノズル版
４０４，５０４  加圧液室
４０５，５０５  下部電極
４０６，５０６  ＰＺＴ膜
４０７，５０７  上部電極
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７０】
【特許文献１】特開２００３−１８８４３１号公報
【特許文献２】特開２００４−１０４０６６号公報
【特許文献３】特開２００３−０１７７６７号公報
【特許文献４】特開２００３−０３１８６３号公報
【特許文献５】特開平１０−０８１０１６号公報
【特許文献６】特開２０１１−０５４９７７号公報
【特許文献７】特開２０１１−１０９１１２号公報
【特許文献８】特開２００１−８８２９４号公報
【図１】
2015005554.tif 000005
【図２】
2015005554.tif 000006
【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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