(57)【要約】【課題】  圧電素子のｄ３１特性を向上させることができる圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータの製造方法、このような圧電アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】  下部電極８４上には、硬度制御材料が成膜され、拘束力緩衝層８６が形成される（図４（ｃ））。拘束力緩衝層８６は、例えば、形状記憶ポリマーである。この拘束力緩衝層８６上には、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電膜８８が、堆積法（ＡＤ法）により形成される（図４（ｄ））。この圧電膜８８の成膜時の温度は、拘束力緩衝層８６に用いられる形状記憶ポリマーのガラス転移点Ｔｇ以下のガラス領域にして成膜を行う。液体吐出ヘッド９６の駆動時には、拘束力緩衝層８６の形状記憶ポリマーは、弾性率が低いゴム領域となり、圧電膜８８を膜面方向に拘束する基板拘束の拘束力を低減する緩衝層となる。なお、硬度制御材料により振動板８２を形成してもよい。【選択図】      図４
2007005632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
硬度が低い硬度制御材料により前記基材上に形成された拘束力緩衝層と、
前記拘束力緩衝層上に直接形成された圧電素子と、
を備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
硬度が低い硬度制御材料により形成された基材と、
前記基材上に直接形成された圧電素子と、
を備えることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記硬度制御材料のビッカース硬度は、約４００Ｈｖ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記圧電素子は、堆積法により形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記硬度制御材料は、前記圧電素子の形成時の温度条件において硬度が高いことを特徴とする請求項４記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記硬度制御材料の前記圧電素子の形成時の温度条件におけるビッカース硬度は、約４００Ｈｖ以上であることを特徴とする請求項４又は５記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記硬度制御材料は、樹脂材料、形状記憶ポリマー又はポリウレタン系形状記憶ポリマーのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記硬度制御材料は、形状記憶ポリマーであり、
前記形状記憶ポリマーのガラス転移点は、前記圧電アクチュエータの駆動時における温度以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項記載の圧電アクチュエータを備えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項１０】
温度条件により硬度が変化する硬度制御材料により、基材上に拘束力緩衝層を形成するステップと、
前記拘束力緩衝層を冷却又は加熱して、前記拘束力緩衝層の硬度を高めるステップと、
前記硬度が高められた拘束力緩衝層上に、堆積法により圧電素子を形成するステップと、
を備えることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１１】
温度条件により硬度が変化する硬度制御材料により、基材を形成するステップと、
前記基材を冷却又は加熱して、前記基材の硬度を高めるステップと、
前記硬度が高められた基材上に、堆積法により圧電素子を形成するステップと、
を備えることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法及び液体吐出ヘッドに係り、特に圧電特性を高める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子を利用した圧電アクチュエータが開発されている。このような圧電アクチュエータでは、圧電体の膜（圧電膜）が基材の上に直接成膜されているため、圧電膜の膜面方向の変位が拘束され（以下の説明では、基板拘束と記載する）、圧電特性が低下することが報告されている（非特許文献１参照）。非特許文献１では、圧電素子をエピタキシャル成長させた、圧電特性の高い膜を用いることにより、基板拘束等に起因する圧電特性の低下を補う技術について開示されている。
【非特許文献１】吉村武、外１名、「高いキュリー温度を有する強誘電体エピタキシャル薄膜の圧電特性」、電気学会論文誌Ｅ（センサ・マイクロマシン準部門誌）、社団法人電気学会、２００４年４月、第１２４巻、４号、１１７−１２３頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記非特許文献１は、圧電膜そのものの圧電特性を高める技術であり、基板拘束が圧電膜に与える影響を低減するものではなかった。すなわち、圧電膜が膜面方向に伸縮する際の変位が、基板拘束により制限されることに起因するｄ３１特性の低下を解決するのには不十分であった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、圧電素子のｄ３１特性を向上させることができる圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータの製造方法、このような圧電アクチュエータを備えた液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１に係る圧電アクチュエータは、基材と、硬度が低い硬度制御材料により前記基材上に形成された拘束力緩衝層と、前記拘束力緩衝層上に直接形成された圧電素子とを備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項１に係る圧電アクチュエータによれば、硬度が低い拘束力緩衝層を設けたことにより、基材が圧電膜を膜面方向に拘束する基板拘束の拘束力を低減することができる。これにより、圧電膜のｄ３１特性を向上させることができる。
【０００７】
請求項２に係る圧電アクチュエータは、硬度が低い硬度制御材料により形成された基材と、前記基材上に直接形成された圧電素子とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る圧電アクチュエータによれば、基材を硬度が低い材料を用いて形成したことにより、基板拘束による拘束力を低減することができる。これにより、圧電膜のｄ３１特性を向上させることができる。
【０００９】
請求項３に係る圧電アクチュエータは、請求項１又は２において、前記硬度制御材料のビッカース硬度は、約４００Ｈｖ以下であることを特徴とする。請求項３は、硬度制御材料のビッカース硬度を約４００Ｈｖ以下に限定したものである。
【００１０】
請求項４に係る圧電アクチュエータは、請求項１から３において、前記圧電素子は、堆積法により形成されることを特徴とする。請求項４は、圧電素子の形成方法を限定したものである。
【００１１】
請求項５に係る圧電アクチュエータは、請求項４において、前記硬度制御材料は、前記圧電素子の形成時の温度条件において硬度が高いことを特徴とする。
【００１２】
堆積法により圧電素子を形成する際には、圧電素子が形成される面がある程度の強度を有する必要がある。請求項５に係る圧電アクチュエータによれば、圧電素子の形成時の温度条件において圧電素子が形成される面の硬度が高くなるため、堆積法により圧電素子を形成することができる。
【００１３】
請求項６に係る圧電アクチュエータは、請求項４又は５において、前記硬度制御材料の前記圧電素子の形成時の温度条件におけるビッカース硬度は、約４００Ｈｖ以上であることを特徴とする。請求項６は、圧電素子の形成時の硬度制御材料の硬度を限定したものである。
【００１４】
請求項７に係る圧電アクチュエータは、請求項１から６において、前記硬度制御材料は、樹脂材料、形状記憶ポリマー又はポリウレタン系形状記憶ポリマーのうちの少なくとも１つであることを特徴とする。請求項７は、硬度制御材料の種類を限定したものである。
【００１５】
請求項８に係る圧電アクチュエータは、請求項１から６において、前記硬度制御材料は、形状記憶ポリマーであり、前記形状記憶ポリマーのガラス転移点は、前記圧電アクチュエータの駆動時における温度以下であることを特徴とする。
【００１６】
請求項８に係る圧電アクチュエータによれば、駆動時の温度条件において拘束力緩衝層がガラス転移領域からゴム領域になるため、基板拘束による拘束力を低減できる。さらに、圧電素子の形成時の温度をガラス転移点以下にすることにより、堆積法による圧電素子の形成を行うことができる。
【００１７】
請求項９に係る液体吐出ヘッドは、請求項１から８のいずれか１項記載の圧電アクチュエータを備えることを特徴とする。請求項９に係る液体吐出ヘッドは、上記の圧電アクチュエータを備えることによりｄ３１特性が向上するという利点がある。
【００１８】
請求項１０に係る圧電アクチュエータの製造方法は、温度条件により硬度が変化する硬度制御材料により、基材上に拘束力緩衝層を形成するステップと、前記拘束力緩衝層を冷却又は加熱して、前記拘束力緩衝層の硬度を高めるステップと、前記硬度が高められた拘束力緩衝層上に、堆積法により圧電素子を形成するステップとを備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項１０に係る圧電アクチュエータの製造方法によれば、圧電素子の形成時の温度を制御して拘束力緩衝層の硬度を高めることができるため、堆積法により圧電素子の形成を行うことができる。
【００２０】
請求項１１に係る圧電アクチュエータの製造方法は、温度条件により硬度が変化する硬度制御材料により、基材を形成するステップと、前記基材を冷却又は加熱して、前記基材の硬度を高めるステップと、前記硬度が高められた基材上に、堆積法により圧電素子を形成するステップとを備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項１１に係る圧電アクチュエータの製造方法によれば、圧電素子の形成時の温度を制御して基材の硬度を高めることができるため、堆積法により圧電素子の形成を行うことができる。さらに、請求項１０及び１１に係る圧電アクチュエータの製造方法により製造された圧電アクチュエータは、駆動時に拘束力緩衝層の高度を下げることにより、基板拘束によるｄ３１特性の低下を防止できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法によれば、硬度制御材料により形成された拘束力緩衝層又は基材の硬度を圧電素子の形成時に上げることができるため、堆積法により圧電素子の形成を行うことができる。さらに、本発明の圧電アクチュエータによれば、駆動時に上記拘束力緩衝層又は基材の硬度を下げることにより、基材が圧電膜を膜面方向に拘束する基板拘束の拘束力を低減することができる。これにより、圧電膜のｄ３１特性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面に従って本発明に係る圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法及び液体吐出ヘッドの好ましい実施の形態について説明する。
【００２４】
まず、本発明に係る液体吐出ヘッドが適用されるインクジェット記録装置について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、インクジェット記録装置の全体構成図である。
【００２５】
同図に示すインクジェット記録装置１０は、インクの色ごとに設けられた複数の液体吐出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という）１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６とを備えている。
【００２６】
給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残る（カールする）。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。
【００２７】
図１に示すインクジェット記録装置は、記録紙１６としてロール紙を使用するため、裁断用のカッター（第１のカッター）２８が設けられている。このカッター２８によってロール紙（記録紙１６）は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、この固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されている。固定刃２８Ａは記録紙１６の印字面の裏面側に設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置される。なお、記録紙１６としてカット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。
【００２８】
デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラ３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。
【００２９】
ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図１に示すように、ローラ３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。
【００３０】
ベルト３３が巻かれているローラ３１、３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は図１の左から右へと搬送される。
【００３１】
縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。
【００３２】
吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
【００３３】
印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙送り方向と直交方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている（図２参照）。各印字ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、図２に示すように、インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドにより構成されている。
【００３４】
記録紙１６の搬送方向に沿って上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応したヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。
【００３５】
印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのラインセンサを含んでいる。このラインセンサによって読み取られた打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックすることができる。
【００３６】
以下、再び図１を参照して説明する。印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
【００３７】
後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段である。記録紙１６の画像面は、この加熱・加圧部４４によって加熱されながら、表面に所定の凹凸形状を有する加圧ローラ４５によって加圧される。これにより、記録紙１６の画像面に加圧ローラ４５の表面の凹凸形状が転写される。
【００３８】
こうして生成されたプリント物はカッター２８によって所定のサイズに切断された後、排紙部２６から排出される。なお、本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出されることが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排紙部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える不図示の選別手段が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（マスク用カッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。
【００３９】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造に使用する成膜装置について説明する。図３は、エアロゾルデポジション法（Aerosol Deposition (AD) method；以下の説明では、ＡＤ法と記載する）による成膜装置を示す模式図である。同図に示す成膜装置５０は、エアロゾルデポジション法によりシリコン（Ｓｉ）等の基板上に膜を形成するものである。
【００４０】
成膜装置５０は、原料（圧電体材料）の粉体５２が配置されるエアロゾル生成容器５４を有している。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことをいう。エアロゾル生成容器５４には、キャリアガス導入部５６、エアロゾル導出部５８、振動部６０が配設される。エアロゾル生成容器５４内にキャリアガス導入部５６から窒素ガス（Ｎ２）等の気体（キャリアガス）が導入されると、エアロゾル生成容器５４内に配置された原料の粉体５２が噴き上げられ、エアロゾルが生成される。その際に、振動部６０によってエアロゾル生成容器５４に振動が加えられて原料の粉体５２が攪拌され、効率よくエアロゾルが生成される。生成されたエアロゾルは、エアロゾル導出部５８を通って成膜チャンバ６２に導かれる。
【００４１】
成膜チャンバ６２には、排気管６４、ノズル６６、可動ステージ６８が設けられている。排気管６４は、図示せぬ真空ポンプに接続されており、成膜チャンバ６２内を排気する。エアロゾル生成容器５４において生成され、エアロゾル導出部５８を通って成膜チャンバ６２に導かれたエアロゾルは、ノズル６６から基材７０に向けて噴射される。これにより、原料の粉体５２が基材７０上に衝突して堆積する。基材７０は、３次元に移動可能な可動ステージ６８に載置されており、可動ステージ６８を制御することにより、基材７０とノズル６６との相対的位置が調節される。
【００４２】
次に、本発明に係る液体吐出ヘッドの製造方法について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す図である。図４（ａ）から図４（ｇ）は、液体吐出ヘッドの製造工程の各段階における断面図である。なお、実際には、１枚の基板から複数の液体吐出ヘッドが作成されるが、図４では１つに省略されている。
【００４３】
まず、インクが充填される圧力室の圧力室隔壁を構成する基板８０が形成される。基板８０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）ウエハから構成され、一例で厚さが２００μｍで６インチφである。この基板８０上には、図４（ａ）に示すように振動板８２が形成される。振動板８２は、例えば、ステンレスを成膜することにより形成され、振動板８２の表面は、表面粗さ（Ｒａ）が約５０ｎｍ以下となるように研磨される。研磨後の振動板８２の厚さは、一例で１５μｍである。なお、振動板８２は、基板８０上にステンレス板を貼り付けて、このステンレス板にエッチングを施すことにより形成してもよい。
【００４４】
なお、上記の基板８０及び振動板８２としては、それぞれ耐熱性及び耐食性を有する材料を用いることが好ましい。ここで、耐熱性を有する材料とは、のちのアニール工程において、変形や変質、組成変化が生じない材料をいう。また、耐食性を有する材料とは、液体吐出ヘッドに用いる液体（インク）に腐食性があっても溶解や変質しない材料をいう。このような耐熱性及び耐食性を有する材料としては、例えば、シリコン、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ムライト、マグネシア、窒化アルミニウム、窒化シリコン、サイアロン、窒化クロム（Ｃｒ２Ｎ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、珪化タンタル（ＴａＳｉ２）、珪化ジルコニウム（ＺｒＳｉ２）、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）等が列挙される。
【００４５】
次に、図４（ｂ）に示すように、振動板８２上には下部電極８４が形成される。下部電極８４は、例えば、白金（Ｐｔ）層：約２００ｎｍ／チタン（Ｔｉ）層：約５０ｎｍから構成され、スパッタ法により形成される。
【００４６】
この下部電極８４上には、図４（ｃ）に示すように硬度制御材料が成膜され、拘束力緩衝層８６が形成される。拘束力緩衝層８６は、ポリウレタン系の形状記憶ポリマーであり、スピンコートにより塗布される。この形状記憶ポリマーの膜厚は、スピンコートの回転数や、形状記憶ポリマーの粘度を調整することにより、数ｎｍから数μｍに制御される。この拘束力緩衝層８６上には、図４（ｄ）に示すように圧電膜８８が形成される。圧電膜８８は、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）であり、ＡＤ法により、室温において厚さが１０μｍとなるように成膜される。
【００４７】
図５は、形状記憶ポリマーの弾性率の温度依存性を模式的に示すグラフである。同図に示すように、形状記憶ポリマーは、温度の上昇に伴って、弾性率が高い（すなわち、硬度が高い）ガラス領域、ガラス転移領域、弾性率が低いゴム領域及び流動領域の順に変化する。
【００４８】
上述のように、ＡＤ法による成膜時には、高速に加速された原料（ＰＺＴ）の粉体が、拘束力緩衝層８６（図３の基材７０）の表面や、先に拘束力緩衝層８６上に堆積して形成された圧電膜８８等に衝突する。この衝突の際に、ＰＺＴの粉体や拘束力緩衝層８６の表面において結晶格子のずれが生じるか、あるいは、これらの表面が破砕されて活性面が現れ、この活性面同士が互いに接合される。このため、ＡＤ法により成膜を行う際には、基板がある程度の強度を有する必要がある。
【００４９】
形状記憶ポリマーは、一般に、ガラス転移点Ｔｇが約−５０℃から約１５０℃の範囲のものが合成可能であり、本実施形態では、硬度制御材料としてガラス転移点Ｔｇが約０℃のポリウレタン系形状記憶ポリマーを用いる。そして、圧電膜８８の成膜時の温度は、拘束力緩衝層８６に用いられるポリウレタン系形状記憶ポリマーのガラス転移点Ｔｇ以下とする。すなわち、液体窒素等による冷却機構を用いて成膜チャンバ６２を冷却して、成膜時の温度を約−２０℃とした。これにより、成膜時の拘束力緩衝層８６の状態はガラス領域となり、拘束力緩衝層８６の成膜面の硬度が高い状態（ビッカース硬度が約４００Ｈｖ以上）で成膜を行うことができる。
【００５０】
また、液体吐出ヘッドの駆動時の温度は、一般に、約１５℃から約６０℃（高くても約１００℃）である。このため、拘束力緩衝層８６の形状記憶ポリマーは、駆動時には弾性率が低いゴム領域となる。したがって、本実施形態では、拘束力緩衝層８６は、振動板８２及び下部電極８４が圧電膜８８を膜面方向に拘束する基板拘束の拘束力を低減する緩衝層となるため、圧電膜８８のｄ３１特性を向上させることができる。
【００５１】
なお、液体吐出ヘッドの駆動時において、拘束力緩衝層８６は、流動領域までには至らないことが好ましい。したがって、図５において、ゴム領域と流動領域の境界となる温度は、約６０℃から約１００℃以上であることが好ましい。
【００５２】
図４の説明に戻ると、次いで、レーザーアニール又は電磁加熱によりこの圧電膜８８に焼成処理が施される。これにより、圧電膜８８の特性がよくなり、圧電膜８８の残留応力が除去される。このレーザーアニールや電磁加熱を行う際には、光又は電磁波の照射条件を選択して、例えば、短パルス的な断続駆動方式等を用いる。これにより、振動板８２や拘束力緩衝層８６等に熱が伝導されないように、圧電膜８８を選択的に加熱することができる。例えば、レーザーアニールを用いる場合には、フェムト秒レーザーのような超短パルスレーザーを用いることにより、ポリウレタン系の形状記憶ポリマーの耐熱温度（約数百℃）を越えない程度に、熱の発生を抑えることができる。
【００５３】
この圧電膜８８上には、図４（ｅ）に示すように上部電極９０が形成される。この上部電極９０は、例えば、白金であり、リフトオフ法により形成される。上部電極９０の厚さは、一例で２００ｎｍである。
【００５４】
続いて、基板８０の図中下面にクロム（Ｃｒ）が成膜されて、このクロム膜（不図示）にパターニングが施される。そして、このクロム膜をマスクとしてフレオンガス（商標；例えば、テトラフルオロカーボン（ＣＦ４））を用いて、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）により基板８０のエッチングが行われる。このエッチングは、振動板８２の図中下面でストップし、平坦なエッチング面を出すことができた。すなわち、基板８０の材料（シリコン）と、エッチングストッパとしての振動板８２の材料（ステンレス）とのフレオンガス（商標）によるエッチング選択比が高いため、精度のよいエッチングを行うことができた。なお、エッチングにより基板８０の穿孔された部分は圧力室９２となり、基板８０の残った部分は圧力室隔壁８０Ａとなる。これにより、振動板８２、下部電極８４、拘束力緩衝層８６、圧電膜８８及び上部電極９０を備える圧電アクチュエータが形成される。
【００５５】
なお、上記圧力室９２や圧力室隔壁８０Ａを形成するためのエッチング方法としては、上記ＲＩＥのドライエッチングのほか、例えば、ウエットエッチングを用いてもよい。ドライエッチングを用いる場合には、基板８０の材料と振動板８２の材料とのエッチング選択比が２：１（好ましくは５：１）となるように、基板８０と振動板８２の材料やエッチングガスの選択をすることが好ましい。また、ウエットエッチングの場合を用いる場合には、エッチング選択比が５：１（好ましくは１０：１）となるように、基板８０と振動板８２の材料やエッチング液の選択をすることが好ましい。
【００５６】
最後に、図４（ｇ）に示すように、ノズル９４Ａを有するノズルプレート９４が、圧力室隔壁９０Ａの図中下面に接着剤により貼り付けられて、液体吐出ヘッド９６が作製される。
【００５７】
上記のようにして形成された液体吐出ヘッド９６において、下部電極８４及び上部電極９０に約３０ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加して、圧電膜８８を構成する結晶粒の自発分極の分極軸方向を揃えるポーリング処理を行った。これにより、液体吐出ヘッド９６の変位駆動を実現することができた。そして、変位駆動試験の結果、上記拘束力緩衝層８６を有しない液体吐出ヘッド９６の圧電定数ｄ３１が約５０ｐｍ／Ｖであったのに対して、拘束力緩衝層８６を有する液体吐出ヘッド９６の圧電定数ｄ３１は約８０ｐｍ／Ｖであった。これにより、本実施形態に係る圧電アクチュエータ及びこれを備える液体吐出ヘッド９６によれば、ｄ３１特性が向上したことが確認された。
【００５８】
次に、液体吐出ヘッドの製造方法の別の実施形態について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す図である。図６（ａ）から図６（ｆ）は、液体吐出ヘッドの製造工程の各段階における断面図である。なお、以下の説明において、上記図４と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００５９】
まず、インクが充填される圧力室の圧力室隔壁を構成する基板８０が形成される。基板８０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）ウエハから構成され、一例で厚さが２００μｍで６インチφである。この基板８０上には、図６（ａ）に示すように、硬度制御材料をスピンコートすることにより振動板８２’が形成される。なお、上記の基板８０及び振動板８２’としては、それぞれ耐熱性及び耐食性を有する材料を用いることが好ましい。
【００６０】
次に、図６（ｂ）に示すように、振動板８２’上に下部電極８４が形成される。下部電極８４は、例えば、白金（Ｐｔ）層：約２００ｎｍ／チタン（Ｔｉ）層：約５０ｎｍから構成され、スパッタ法により形成される。なお、続く図６（ｃ）から図６（ｆ）の製造工程については、それぞれ上記図４（ｄ）から図４（ｇ）と同様であるため説明を省略する。
【００６１】
本実施形態によれば、振動板８２’が硬度制御材料により形成されるため、駆動時において振動板８２’の膜面方向に圧電膜８８を拘束する拘束力を低減することができる。これにより、本実施形態に係る圧電アクチュエータ及びこれを備える液体吐出ヘッド９６’によれば、上記第１の実施形態と同様、ｄ３１特性の向上を図ることができる。
【００６２】
上記の各実施形態では、硬度制御材料としてポリウレタン系の形状記憶ポリマーを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、駆動時（約１５℃から約１００℃）において硬度が低く（ビッカース硬度が約４００Ｈｖ以下）、圧電膜８８の成膜時において硬度が高く（ビッカース硬度が約４００Ｈｖ以上）なるような任意の物質を用いることができる。すなわち、圧電膜８８の成膜時の温度は、任意に設定できるため、硬度制御材料としては、駆動時の温度（約１５℃から約１００℃）以外の温度において硬度を高くできるような任意の物質を用いることができる。
【００６３】
また、液体吐出ヘッドの温度を調整する温度調整機構を設けて駆動時の温度を制御することにより、拘束力緩衝層８６及び振動板８２’の硬度を制御できるようにしてもよい。
【００６４】
また、硬度制御材料としては、例えば、光や電磁波の照射、電界の印加又は化学反応により硬度を制御可能な物質を用いてもよい。この場合、液体吐出ヘッド（９６及び９６’）をインクジェット記録装置１０等に取り付ける際に、光や電磁波の照射、電界の印加又は化学反応により、拘束力緩衝層８６及び振動板８２’の硬度を下げておくことにより、上記の実施形態と同様に、ｄ３１特性の向上を図ることができる。
【００６５】
また、圧電膜８８を成膜する方法として、上記のＡＤ法のほか、例えば、ガスデポジション法（Gas Deposition method）等の堆積法を用いる場合にも本発明を適用できる。
【００６６】
また、本発明に係る液体吐出ヘッドは、記録媒体に処理液又は水を噴射することにより画像を形成する画像形成用ヘッドや、基材に塗布液を噴射することで画像記録媒体を形成するための液体吐出ヘッドにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】インクジェット記録装置の全体構成図
【図２】インクジェット記録装置の印字部周辺の主要構成を示す平面図
【図３】エアロゾルデポジション法による成膜装置を示す模式図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す図
【図５】形状記憶ポリマーの弾性率の温度依存性を模式的に示すグラフ
【図６】本発明の第２の実施形態に係る液体吐出ヘッドの製造方法を示す図
【符号の説明】
【００６８】
１０…インクジェット記録装置、１２…印字部、１４…インク貯蔵／装填部、１６…記録紙、１８…給紙部、２０…デカール処理部、２２…吸着ベルト搬送部、２４…印字検出部、２６…排紙部、２８…裁断用のカッター（第１のカッター）、３０…加熱ドラム、３１、３２…ローラ、３３…ベルト、３４…吸着チャンバ、３５…ファン、３６…ベルト清掃部、４０…加熱ファン、４２…後乾燥部、４４…加熱・加圧部、４５…加圧ローラ、４８…マスク用カッター、５０…成膜装置、５２…原料（圧電体材料）の粉体、５４…エアロゾル生成容器、５６…キャリアガス導入部、５８…エアロゾル導出部、６０…振動部、６２…成膜チャンバ、６４…排気管、６６…ノズル、６８…可動ステージ、７０…基材、８０…基板、８０Ａ…圧力室隔壁、８２…振動板、８２’…振動板（硬度制御材料）、８４…下部電極、８６…拘束力緩衝層、８８…圧電膜、９０…上部電極、９２…圧力室、９４…ノズルプレート、９４Ａ…ノズル、９６、９６’…液体吐出ヘッド
【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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