JP2008192868A - 圧電体膜及びそれを用いた圧電素子、液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電性能に優れた圧電体膜を提供する。
【解決手段】本発明の圧電体膜は、ペロブスカイト型酸化物からなり（不可避不純物を含んでいてもよい。）、（００１）配向及び／又は（１００）配向の結晶配向性を有する圧電体膜において、Ｘ線回折のロッキングカーブ法による（００１）ピーク及び／又は（１００）ピークの半価幅が３°以上であることを特徴とするものである。
【選択図】なし

Description

本発明は、（００１）配向及び／又は（１００）配向の結晶配向性を有する圧電体膜と、この圧電体膜を用いた圧電素子及び液体吐出装置に関するものである。

近年、微細加工技術の進展と相まって、半導体素子のみならず圧電素子に関しても小型化のニーズが高まっている。例えば、電界強度の増減に伴って伸縮する圧電性を有する圧電体と、圧電体に対して電界を印加する電極とを備えた圧電素子が、インクジェット式記録ヘッドに搭載されるアクチュエータ等として使用されている。インクジェット式記録ヘッドにおいて、より高画質化するためには圧電素子の高密度化が必要である。そのためには、加工精度の関係から、圧電素子に用いられる圧電体はできるだけ薄い方が好ましく、従って、圧電性の良好で、且つ、膜厚の薄い圧電体膜が求められている。

圧電体膜の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等のペロブスカイト型酸化物が用いられている。かかる圧電材料は電圧無印加時において自発分極性を有する強誘電体であり、強誘電体の自発分極軸に合わせた方向に電界を印加することで自発分極軸方向に伸びる圧電歪（電界誘起歪）が得られる。

そのため、従来は、自発分極軸方向と電界印加方向とが合うように材料設計を行うことが重要とされてきた。すなわち、圧電体膜としては、自発分極軸方向と電界印加方向とが一致する結晶配向性を有するものが好ましく、その結晶配向性が高い程好ましいとされてきた。

例えば、正方晶系であれば自発分極軸方向と電界印加方向とが一致するのは（００１）配向である。非特許文献１、２等には、ＭｇＯ等の酸化物単結晶基板を用いることにより高配向度の（００１）ＰＺＴ膜（配向度８０％以上）が成膜できることが記載されている。

一方、より大きな歪変位量を得るために、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転を利用した圧電素子が提案されている。１８０°ドメイン回転では分極軸の上下の向きが変わるだけで、ドメイン回転による圧電歪は生じないのに対して、９０°ドメイン回転等の非１８０°ドメイン回転ではドメイン回転による圧電歪が生じる。

非１８０°ドメイン回転自体は従来より知られているが、非１８０°ドメイン回転はユニポーラ駆動においては通常不可逆であるため、その有用性は低かった。特許文献１及び非特許文献３には、移動性の点欠陥が、その短範囲秩序の対称性が強誘電体相の結晶対称性に一致するように配置された圧電材料が開示されている。

特許文献１及び非特許文献３では、（１）ＢａＴｉＯ_３単結晶をフラックス法により作製し、冷却後にキュリー点以下の温度で時効処理したサンプル（実施例１）、（２）ＢａＴｉＯ_３にＫを少量添加した（ＢａＫ）ＴｉＯ_３単結晶をフラックス法により作製し、冷却後にキュリー点以下の温度で時効処理したサンプル（実施例２）、（３）（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３セラミックス（ＰＬＺＴ）を室温で３０日間時効したサンプル（実施例３）、（４）ＢａＴｉＯ_３にＦｅを少量添加した単結晶（Ｆｅ−ＢＴ）を作製し、８０℃の温度で５日間時効処理したサンプル（実施例５）などが調製されている。

上記圧電材料では、自発分極軸方向と電界印加方向とが９０°ずれたａドメイン構造（＝（１００）配向）の正方晶相が形成され、このドメインの可逆的９０°ドメイン回転が起こることが報告されている。特許文献２の図６には、可逆的９０°ドメイン回転を利用することで、強誘電体の分極軸に合わせた方向に電界を印加することで分極軸方向に伸びる通常の電界誘起歪のみを利用するよりも、はるかに大きな圧電歪が得られることが示されている。
特開2004-363557号公報 Sakashita et al, J. Appl. Phys. Vol. 69, No.12, p.8352, 1991. I.Kanno et al Applied Phys. Lett., Vol. 70, No.11, p.1378, 1997. Xiaobing Ren, Nature-Materials 3,91(2004)

しかしながら、非特許文献１には圧電性能についての評価は記載されておらず、また、非特許文献２等に記載の高配向度の（００１）ＰＺＴ膜の圧電定数ｄ_３１は１００ｐｍ／Ｖ程度である。更なる小型化、高密度化へむけて、圧電体膜にはより高い圧電性能が求められている。

特許文献１及び非特許文献３では、結晶配向度に関する記載がない。また、バルク単結晶あるいはバルクセラミックスについてのみサンプルが調製されており、可逆的非１８０°ドメイン回転が起こる圧電体膜の製法など、可逆的非１８０°ドメイン回転構造の圧電体膜への応用については具体的に記載されていない。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであり、圧電性能に優れた圧電体膜を提供することを目的とするものである。

本発明の圧電体膜は、ペロブスカイト型酸化物からなり（不可避不純物を含んでいてもよい。）、（００１）配向及び／又は（１００）配向の結晶配向性を有する圧電体膜において、
Ｘ線回折のロッキングカーブ法による（００１）ピーク及び／又は（１００）ピークの半価幅が３°以上であることを特徴とするものである。

本明細書において、「結晶配向性を有する」とは、Ｌｏｔｇｅｒｌｉｎｇ法により測定される配向率Ｆが、８０％以上であることと定義する。
配向率Ｆは、下記式（ｉ）で表される。
Ｆ（％）＝（Ｐ−Ｐ０）／（１−Ｐ０）×１００・・・（ｉ）
式（ｉ）中、Ｐは、配向面からの反射強度の合計と全反射強度の合計の比である。（００１）配向の場合、Ｐは、（００ｌ）面からの反射強度Ｉ（００ｌ）の合計ΣＩ（００ｌ）と、各結晶面（ｈｋｌ）からの反射強度Ｉ（ｈｋｌ）の合計ΣＩ（ｈｋｌ）との比（｛ΣＩ（００ｌ）／ΣＩ（ｈｋｌ）｝）である。例えば、ペロブスカイト結晶において（００１）配向又は（１００）配向の場合、Ｐ＝［Ｉ（００１）＋Ｉ（１００）］／［Ｉ（００１）＋Ｉ（１００）＋Ｉ（１０１）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１１１）］である。
Ｐ０は、完全にランダムな配向をしている試料のＰである。
完全にランダムな配向をしている場合（Ｐ＝Ｐ０）にはＦ＝０％であり、完全に配向をしている場合（Ｐ＝１）にはＦ＝１００％である。

本発明の圧電体膜は、少なくとも（１００）配向の結晶配向性を有し、Ｘ線回折のロッキングカーブ法による（１００）ピークの半価幅が３°以上であることが好ましい。

本発明の圧電体膜としては、下記一般式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物を主成分とするものが挙げられる。
ＡＢＯ_３・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｓｒ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｍｇ，及びＫからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉ，及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｏ：酸素元素、
Ａサイト元素のモル数が１．０であり、かつＢサイト元素のモル数が１．０である場合が標準であるが、Ａサイト元素とＢサイト元素のモル数はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）
本明細書において、「主成分」は、含量９０モル％以上の成分と定義する。

また、本発明の圧電体膜としては、（００１）配向及び／又は（１００）配向の結晶配向性を有する相の結晶構造が正方晶系であるものが挙げられる。

本発明の圧電体素子は、上記本発明の圧電体膜と、該圧電体膜に対して膜厚方向に電界を印加する電極とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の液体吐出装置は、上記本発明の圧電素子と、液体が貯留される液体貯留室及び該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口を有する液体貯留吐出部材とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の圧電体膜では、Ｘ線回折のロッキングカーブ法による（００１）ピーク及び／又は（１００）ピークの半価幅が３°以上であることを特徴としている。かかる構成の本発明によれば、圧電性能に優れた圧電体膜を提供することができる。Ｘ線回折のロッキングカーブ法による回折ピークの半価幅が小さい程、分極軸が揃った高結晶性であることを意味する。従来は結晶性が高い程好ましいとされていたが、本発明者は従来の常識とは異なり、上記半価幅が３°以上である方が高い圧電性能が得られることを見出している。

「圧電素子、インクジェット式記録ヘッド」
図１を参照して、本発明に係る実施形態の圧電素子及びインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）の構造について説明する。図１は、インクジェット式記録ヘッドの要部断面図である。視認しやすくするため、構成要素の縮尺は実際のものとは適宜異ならせてある。

本実施形態の圧電素子１は、基板１１の表面に、下部電極１２と圧電体膜１３と上部電極１４とが順次積層された素子である。圧電体膜１３は、下部電極１２と上部電極１４とにより膜厚方向に電界が印加されるようになっている。

圧電アクチュエータ２は、圧電素子１の基板１１の裏面に、圧電体膜１３の伸縮により振動する振動板１６が取り付けられたものである。圧電アクチュエータ２には、圧電素子１を駆動する駆動回路等の制御手段１５も備えられている。

インクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）３は、概略、圧電アクチュエータ２の裏面に、インクが貯留されるインク室（液体貯留室）２１及びインク室２１から外部にインクが吐出されるインク吐出口（液体吐出口）２２を有するインクノズル（液体貯留吐出部材）２０が取り付けられたものである。
インクジェット式記録ヘッド３では、圧電素子１に印加する電界強度を増減させて圧電素子１を伸縮させ、これによってインク室２１からのインクの吐出や吐出量の制御が行われる。

基板１１とは独立した部材の振動板１６及びインクノズル２０を取り付ける代わりに、基板１１の一部を振動板１７及びインクノズル２０に加工してもよい。例えば、基板１１を裏面側からエッチングしてインク室２１を形成し、基板自体の加工により振動板１６とインクノズル２０とを形成することができる。

基板１１としては特に制限なく、シリコン，ガラス，ステンレス（ＳＵＳ），イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ），ＳｒＴｉＯ_３，アルミナ，サファイヤ，及びシリコンカーバイド等の基板が挙げられる。基板１１としては、シリコン基板上にＳｉＯ_２膜とＳｉ活性層とが順次積層されたＳＯＩ基板等の積層基板を用いてもよい。また、基板１１と下部電極１２との間に、格子整合性を良好にするためのバッファ層や、電極と基板との密着性を良好にするための密着層等を設けても構わない。

下部電極１２の主成分としては特に制限なく、Ａｕ，Ｐｔ，Ｉｒ，ＩｒＯ_２，ＲｕＯ_２，ＬａＮｉＯ_３，及びＳｒＲｕＯ_３等の金属又は金属酸化物、及びこれらの組合せが挙げられる。上部電極１３の主成分としては特に制限なく、下部電極１２で例示した材料，Ａｌ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｕ等の一般的に半導体プロセスで用いられている電極材料、及びこれらの組合せが挙げられる。下部電極１２と上部電極１４の厚みは特に制限なく、５０〜５００ｎｍであることが好ましい。

本実施形態において、圧電体膜１３はペロブスカイト型酸化物からなる膜（不可避不純物を含んでいてもよい。）である。

圧電体膜１３は、下記一般式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物を主成分とすることが好ましい。
ＡＢＯ_３・・・（Ｐ）
（式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｓｒ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｍｇ，及びＫからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉ，及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
Ｏ：酸素元素、
Ａサイト元素のモル数が１．０であり、かつＢサイト元素のモル数が１．０である場合が標準であるが、Ａサイト元素とＢサイト元素のモル数はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）

上記一般式で表されるペロブスカイト型酸化物としては、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、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、ニッケルニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、亜鉛ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等の鉛含有化合物、及びこれらの混晶系；
チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸ビスマスカリウム、ニオブ酸ナトリウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム等の非鉛含有化合物、及びこれらの混晶系が挙げられる。

電気特性が良好となることから、圧電体膜１３は、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｂｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｗ，及びＬｎ（＝ランタニド元素（Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，及びＬｕ））等の金属イオンを１種又は２種以上含むものであることが好ましい。

本実施形態において、圧電体膜１３は（００１）配向及び／又は（１００）配向の結晶配向性を有し、かつ、Ｘ線回折（ＸＲＤ）のロッキングカーブ法による（００１）ピーク及び／又は（１００）ピークの半価幅が３°以上の膜である。圧電体膜１３のＸＲＤのロッキングカーブ法による（００１）ピーク及び／又は（１００）ピークの半価幅は好ましくは５°以上である。
圧電体膜１３の結晶構造は特に制限されず、正方晶系の強誘電体相を含むことが好ましい。

ロッキングカーブ法は、薄膜試料における結晶の配向性を評価する測定法である。この方法では、膜の法線方向からの結晶方位のずれを測定することができ、従って配向結晶の配向の度合いを評価することができる。薄膜試料において、ロッキングカーブ法によりある特定の面方位のピークが検出された場合、そのピークの半価幅が狭ければ狭いほど、その薄膜における結晶軸の特定の面方位からのずれが少なく、配向性が良いことを示している。

「背景技術」の項において、正方晶系では、圧電体膜を高度に（００１）配向させて、自発分極軸と電界印加方向とを揃えることにより、電界誘起歪が効果的に得られることを述べた。正方晶系ではまた、自発分極軸と電界印加方向とが９０°ずれた（１００）配向とすることで、可逆的９０°ドメイン回転の効果が得られ、大きな圧電歪が得られることを述べた。

（００１）配向と（１００）配向のいずれにせよ、従来は、その結晶配向度が高く分極軸が揃っている程好ましいとされていた。このことは、ＸＲＤのロッキングカーブ法による（００１）ピーク及び／又は（１００）ピークの半価幅はできるだけ狭い方が好ましいことを意味する。例えば、結晶配向度が極めて高いエピタキシャル膜では、ＸＲＤのロッキングカーブ法によるピークの半価幅は通常１°以下である。

しかしながら、本発明者は、圧電体膜のＸＲＤのロッキングカーブ法による結晶解析結果と圧電特性との関係について研究を行った結果、従来の常識とは異なり、結晶配向度が高くともピークがシャープすぎないとき、具体的にはピークの半価幅が３°以上、好ましくは５°以上であるときに、高い圧電特性を有することを見いだした（実施例１の図５及び比較例１の図７を参照。）。

圧電体膜１３の成膜方法は制限なく、スパッタ法、ＭＯＣＶＤ法、パルスレーザデポジション法、ゾルゲル法、及び有機金属分解法等が挙げられる。

圧電体膜１３の配向の度合いは、基板の種類、基板の表面平滑性等によって、調整することができる。基板の表面平滑性が良好であるほど、圧電体膜１３の結晶軸の向きが揃って配向性が良くなることから、ある程度粗面化させた基板、あるいは基板表面の結晶面を低指数面からオフカットした基板等を用いることにより、結晶軸の向きにぶれを生じさせて、配向性にばらつきを与えることができる。

圧電体膜１３をスパッタ法により成膜する場合は、基板温度、酸素分圧、イオンエネルギー等の成膜条件によっても、調整することができる。例えば、基板温度が高いほど、成膜される膜の結晶性が良くなる。従って、低めの基板温度で成膜することにより、配向性をばらつかせてロッキングカーブ法によるピークの半価幅を大きくすることができる。

基板１１としてＳｉ単結晶基板を用い、圧電体膜１３としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜を成膜する場合の材料の組み合わせの例を下記に示す。
基板１１：Ｓｉ単結晶基板、
密着層：Ｔｉ、
下部電極１２：Ｉｒ、
圧電体膜１３：ＰＺＴ

本実施形態において、圧電体膜１３は、（００１）配向及び／又は（１００）配向の結晶配向性を有するものである。
圧電素子１において、電界印加方向は膜厚方向、つまり［００１］方向であるので、圧電体膜１３が（００１）配向の正方晶である場合は、基本的には自発分極軸と電界印加方向が略一致したｃドメイン構造、（１００）配向の正方晶である場合は、基本的には自発分極軸方向と電界印加方向とが９０°ずれたａドメイン構造となる。

本実施形態の圧電体膜１３では、ＸＲＤのロッキングカーブ法による（００１）ピーク及び／又は（１００）ピークの半価幅が３°以上であるので、完全なｃドメイン構造あるいは完全なａドメイン構造からドメインの角度が若干ばらついた構造を有する。

図２（ａ）及び（ｂ）を参照して、完全なａドメイン構造からドメインの角度が若干ばらついた構造が好適である理由について説明する。
図２（ａ），（ｂ）は、正方晶の１個の結晶格子を模式的に示す図である。図中、Ｅは、電界印加方向を示す符号である。矢印Ｐ０は、電界無印加時の分極方向を示している。図２（ａ）は完全なａドメイン構造を示す図であり、図２（ｂ）は完全なａドメイン構造からドメインがθ傾斜したドメイン構造を示す図である。このθのばらつきの度合いが、ＸＲＤのロッキングカーブ法による（１００）ピークの半価幅に対応している。

図２（ａ）に示すように、ａ軸と電界印加方向とが完全に一致した完全なａドメイン（（１００）配向）に対して、その自発分極軸方向に対して垂直方向に電界を印加すると（Ｅ＞０）、ｃ軸が電界印加方向に配向したｃドメインに９０°ドメイン回転する。この場合、結晶格子の長軸方向が９０°回転して、通常の圧電歪よりも大きな圧電歪が得られる。図２（ｂ）に示す系では、自発分極軸方向は［００１］方向（ｃ軸方向）であり、電界印加方向は［１００］方向（ａ軸方向）である。

図２（ｂ）に示すように、図２（ａ）に示すａドメイン構造からθ傾斜したドメインに対して、基板面に対して垂直方向に電界を印加すると、ｃドメインからθ傾斜したドメインに９０°ドメイン回転する。図２（ｂ）に示すドメインでは自発分極軸に電界印加方向に対して平行なベクトル成分が存在するので、自発分極軸方向に伸びる通常の電界誘起歪も得られる。また、自発分極軸に電界印加方向に対して平行なベクトル成分が存在することで、分極軸が電界印加方向に対して伸びやすくなり、かかるベクトル成分がない図２（ａ）に示す可逆的９０°ドメイン回転構造よりも、可逆的９０°ドメイン回転が起こりやすく、可逆的９０°ドメイン回転による圧電歪がより効率的に起こると考えられる。以上の効果が相俟って、完全なａドメイン構造からドメインの角度が若干ばらついた構造とすることで、完全なａドメイン構造よりも大きな圧電性能が得られると考えられる。

本実施形態の圧電体膜１３では、完全なａドメイン構造でなく、ａドメインとｃドメインを両方含む系においても、ドメインの角度が若干ばらついた構造を有していれば同様の効果が得られる。

従って、圧電体膜１３において、少なくともａドメイン構造を有し、ａドメイン構造からドメインの角度が若干ばらついた構造を有している、つまり少なくとも（１００）配向の結晶配向性を有し、Ｘ線回折のロッキングカーブ法による（１００）ピークの半価幅が３°以上である場合は、良好な圧電性能が得られ、好ましい。

本実施形態の圧電素子１及びインクジェット式記録ヘッド２は、以上のように構成されている。
本実施形態の圧電体膜１３では、ＸＲＤのロッキングカーブ法による（００１）ピーク及び／又は（１００）ピークの半価幅が３°以上であることを特徴としている。かかる構成によれば、圧電性能に優れた圧電体膜１３を提供することができる。ＸＲＤのロッキングカーブ法による回折ピークの半価幅が小さい程、分極軸が揃った高結晶性であることを意味する。従来は結晶性が高い程好ましいとされていたが、本発明者は従来の常識とは異なり、上記半価幅が３°以上である方が高い圧電性能が得られることを見出している。

「インクジェット式記録装置」
図３及び図４を参照して、上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド３を備えたインクジェット式記録装置の構成例について説明する。図３は装置全体図であり、図４は部分上面図である。

図示するインクジェット式記録装置１００は、インクの色ごとに設けられた複数のインクジェット式記録ヘッド（以下、単に「ヘッド」という）３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙを有する印字部１０２と、各ヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、記録紙１１６を供給する給紙部１１８と、記録紙１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、印字部１０２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１１６の平面性を保持しながら記録紙１１６を搬送する吸着ベルト搬送部１２２と、印字部１０２による印字結果を読み取る印字検出部１２４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１２６とから概略構成されている。

印字部１０２をなすヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙが、各々上記実施形態のインクジェット式記録ヘッド３である。

デカール処理部１２０では、巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム１３０により記録紙１１６に熱が与えられて、デカール処理が実施される。
ロール紙を使用する装置では、図３のように、デカール処理部１２０の後段に裁断用のカッター１２８が設けられ、このカッターによってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター１２８は、記録紙１１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃１２８Ａと、該固定刃１２８Ａに沿って移動する丸刃１２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃１２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃１２８Ｂが配置される。カット紙を使用する装置では、カッター１２８は不要である。

デカール処理され、カットされた記録紙１１６は、吸着ベルト搬送部１２２へと送られる。吸着ベルト搬送部１２２は、ローラ１３１、１３２間に無端状のベルト１３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１０２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）となるよう構成されている。

ベルト１３３は、記録紙１１６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（図示略）が形成されている。ローラ１３１、１３２間に掛け渡されたベルト１３３の内側において印字部１０２のノズル面及び印字検出部１２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバ１３４が設けられており、この吸着チャンバ１３４をファン１３５で吸引して負圧にすることによってベルト１３３上の記録紙１１６が吸着保持される。

ベルト１３３が巻かれているローラ１３１、１３２の少なくとも一方にモータ（図示略）の動力が伝達されることにより、ベルト１３３は図３上の時計回り方向に駆動され、ベルト１３３上に保持された記録紙１１６は図３の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト１３３上にもインクが付着するので、ベルト１３３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１３６が設けられている。
吸着ベルト搬送部１２２により形成される用紙搬送路上において印字部１０２の上流側に、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、印字前の記録紙１１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１１６を加熱する。印字直前に記録紙１１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後に乾きやすくなる。

印字部１０２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４を参照）。各印字ヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙは、インクジェット式記録装置１００が対象とする最大サイズの記録紙１１６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で構成されている。

記録紙１１６の送り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３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙが配置されている。記録紙１１６を搬送しつつ各ヘッド３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより、記録紙１１６上にカラー画像が記録される。

印字検出部１２４は、印字部１０２の打滴結果を撮像するラインセンサ等からなり、ラインセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まり等の吐出不良を検出する。
印字検出部１２４の後段には、印字された画像面を乾燥させる加熱ファン等からなる後乾燥部１４２が設けられている。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方が好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。

後乾燥部１４２の後段には、画像表面の光沢度を制御するために、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４では、画像面を加熱しながら、所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ１４５で画像面を加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

こうして得られたプリント物は、排紙部１２６から排出される。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することが好ましい。このインクジェット式記録装置１００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出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える選別手段（図示略）が設けられている。
大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列にプリントする場合には、カッター１４８を設けて、テスト印字の部分を切り離す構成とすればよい。
インクジェット記記録装置１００は、以上のように構成されている。

本発明に係る実施例及び比較例について説明する。
（実施例１）
基板として、（１００）Ｓｉウエハ上に３０ｎｍ厚のＴｉ密着層と１５０ｎｍ厚のＩｒ下部電極とが順次積層された電極付き基板を用意した。

スパッタリング装置を用い、真空度０．５Ｐａ、Ａｒ／Ｏ_２混合雰囲気（Ｏ_２体積分率２．５％）の条件下で、Ｐｂ_１．３Ｚｒ_０．５２Ｔｉ_０．４８Ｏ_３のターゲットを用いて、ＰＺＴからなる圧電体膜の成膜を行った（膜厚５．０μm）。基板温度を５２５℃とした。得られた膜の誘電率は９００であった。

得られた膜について、ロッキングカーブ法によるＸＲＤ測定を実施した。得られた膜のロッキングカーブパターンを図５に示す。得られた膜は（１００）配向であり、（１００）ピークの半価幅は５．９５°であった。

このＰＺＴ膜について、圧電体膜上にＰｔ上部電極をスパッタリング法にて１００ｎｍ厚で形成し、圧電体膜の圧電定数ｄ_３１を片持ち梁法により測定したところ、圧電定数ｄ_３１は１８０ｐｍ／Ｖと高く、良好であった。

（実施例２）
ターゲットとしてＰｂ_１．３Ｚｒ_０．４７Ｔｉ_０．４３Ｎｂ_０．１０Ｏ_３を用いた以外は実施例1と同様にして、ＮｂドープＰＺＴからなる圧電体膜の成膜を行った。以降、ＮｂドープＰＺＴは「Ｎｂ−ＰＺＴ膜」と略記する。得られた膜の誘電率は１２００であった。

得られた膜について、ロッキングカーブ法によるＸＲＤ測定を実施した。得られた膜のロッキングカーブパターンを図６に示す。得られた膜は（１００）配向であり、（１００）ピークの半価幅は５．６４°であった。

このＮｂ−ＰＺＴ膜について、圧電体膜上にＰｔ上部電極をスパッタリング法にて１００ｎｍ厚で形成し、圧電体膜の圧電定数ｄ_３１を片持ち梁法により測定したところ、圧電定数ｄ_３１は２５０ｐｍ／Ｖと高く、良好であった。

（比較例１）
圧電体膜の成膜時の基板温度を５７５℃とした以外は、実施例１と同様の条件にてＰＺＴからなる圧電体膜の成膜を行った。得られた膜の誘電率は８００であった。

得られた膜について、ロッキングカーブ法によるＸＲＤ測定を実施した。得られた膜のロッキングカーブパターンを図７に示す。得られた膜は（１００）配向であり（これらのピークは重なっている。）、（１００）ピークの半価幅は２．７３°であった。

このＰＺＴ膜について、圧電体膜上にＰｔ上部電極をスパッタリング法にて１００ｎｍ厚で形成し、圧電体膜の圧電定数ｄ_３１を片持ち梁法により測定したところ、圧電定数ｄ_３１は１４０ｐｍ／Ｖであった。

（評価）
ＸＲＤのロッキングカーブ法による（１００）ピークの半価幅が５°以上である実施例１，２と、同半価幅が３°未満である比較例１とを比較すると、実施例１，２の方が大きい圧電定数ｄ_３１が得られた。この結果から、本発明の有効性が示された。

本発明の圧電体膜は、インクジェット式記録ヘッド，磁気記録再生ヘッド，ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical Systems）デバイス，マイクロポンプ，超音波探触子等に搭載される圧電アクチュエータ、及び振動板等に好ましく利用できる。

本発明に係る実施形態の圧電素子及びこれを備えたインクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）の構造を示す要部断面図 （ａ）特許文献１及び非特許文献１で提案されている可逆的９０°ドメイン回転の系における圧電歪の様子を示す図、（ｂ）は本発明の系における圧電歪の様子を示す図 図１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式記録装置の構成例を示す図 図３のインクジェット式記録装置の部分上面図 実施例１の圧電体膜のロッキングカーブ法によるＸＲＤパターン 実施例２の圧電体膜のロッキングカーブ法によるＸＲＤパターン 比較例１の圧電体膜のロッキングカーブ法によるＸＲＤパターン

符号の説明

１ 圧電素子
３，３Ｋ，３Ｃ，３Ｍ，３Ｙ インクジェット式記録ヘッド（液体吐出装置）
１２、１４ 電極
１３ 圧電体膜
２０ インクノズル（液体貯留吐出部材）
２１ インク室（液体貯留室）
２２ インク吐出口（液体吐出口）
１００ インクジェット式記録装置

Claims (6)

1. ペロブスカイト型酸化物からなり（不可避不純物を含んでいてもよい。）、（００１）配向及び／又は（１００）配向の結晶配向性を有する圧電体膜において、
   Ｘ線回折のロッキングカーブ法による（００１）ピーク及び／又は（１００）ピークの半価幅が３°以上であることを特徴とする圧電体膜。
2. 少なくとも（１００）配向の結晶配向性を有し、Ｘ線回折のロッキングカーブ法による（１００）ピークの半価幅が３°以上であることを特徴とする請求項１に記載の圧電膜。
3. 下記一般式（Ｐ）で表される１種又は２種以上のペロブスカイト型酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電体膜。
   ＡＢＯ_３・・・（Ｐ）
   （式中、Ａ：Ａサイトの元素であり、Ｐｂ，Ｂａ，Ｌａ，Ｓｒ，Ｂｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｃａ，Ｃｄ，Ｍｇ，及びＫからなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
   Ｂ：Ｂサイトの元素であり、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｓｃ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅ，Ｎｉ，及びランタニド元素からなる群より選ばれた少なくとも１種の元素、
   Ｏ：酸素元素、
   Ａサイト元素のモル数が１．０であり、かつＢサイト元素のモル数が１．０である場合が標準であるが、Ａサイト元素とＢサイト元素のモル数はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で１．０からずれてもよい。）
4. （００１）配向及び／又は（１００）配向の結晶配向性を有する相の結晶構造が正方晶系であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電体膜。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の圧電体膜と、該圧電体膜に対して膜厚方向に電界を印加する電極とを備えたことを特徴とする圧電素子。
6. 請求項５に記載の圧電素子と、
   液体が貯留される液体貯留室及び該液体貯留室から外部に前記液体が吐出される液体吐出口を有する液体貯留吐出部材とを備えたことを特徴とする液体吐出装置。

Images