JP2000079689A - 機能性薄膜、圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、プリンタ、圧電体素子の製造方法およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法、 - Google Patents
機能性薄膜、圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、プリンタ、圧電体素子の製造方法およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法、Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造工数が少なく信頼性を向上できる圧電体
素子の提供。 【解決手段】 １層以上の圧電体薄膜層(43)と、２層以
上の電極層(42,44)と、を備える圧電体素子(40)であ
る。隣接する層間には、それぞれの層の成分が混合した
混合層(512,523,534)が形成されている。
素子の提供。 【解決手段】 １層以上の圧電体薄膜層(43)と、２層以
上の電極層(42,44)と、を備える圧電体素子(40)であ
る。隣接する層間には、それぞれの層の成分が混合した
混合層(512,523,534)が形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
記録ヘッド等に用いられる圧電体素子の製造方法に係
り、特に、積層構造総ての結晶化を一時に行うことによ
り製造効率を上げることができる圧電体素子等の製造方
法およびその製造品に関する。
記録ヘッド等に用いられる圧電体素子の製造方法に係
り、特に、積層構造総ての結晶化を一時に行うことによ
り製造効率を上げることができる圧電体素子等の製造方
法およびその製造品に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電体素子は、電気機械変換機能を呈す
る素子であり、結晶化したジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）等の圧電性セラミックスを電極間に挟んで構成され
ている。この圧電体素子を製造するために、基板上に振
動板層、下電極層、圧電体薄膜層および上電極層を次々
成膜していく。一般に圧電体素子の製造方法では、各層
の組成が異なるために、層それぞれに異なる製造方法が
採用される。例えば、振動板層は熱酸化法によって形成
され、電極層はスパッタ法等によって形成される。また
圧電体薄膜層は、いわゆるゾルゲル法が採用される。ゾ
ルゲル法は、有機金属の前駆体であるゾルを塗布し、そ
のゾルを乾燥、脱脂し、最後に高速熱処理して結晶化さ
せるものである。
る素子であり、結晶化したジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）等の圧電性セラミックスを電極間に挟んで構成され
ている。この圧電体素子を製造するために、基板上に振
動板層、下電極層、圧電体薄膜層および上電極層を次々
成膜していく。一般に圧電体素子の製造方法では、各層
の組成が異なるために、層それぞれに異なる製造方法が
採用される。例えば、振動板層は熱酸化法によって形成
され、電極層はスパッタ法等によって形成される。また
圧電体薄膜層は、いわゆるゾルゲル法が採用される。ゾ
ルゲル法は、有機金属の前駆体であるゾルを塗布し、そ
のゾルを乾燥、脱脂し、最後に高速熱処理して結晶化さ
せるものである。
【０００３】なお、薄膜一般の製造方法については、例
えば、論文Philips J. Res. 47('93),pp263-285などに
記載されている。
えば、論文Philips J. Res. 47('93),pp263-285などに
記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧電体素子の製造方法では、各層の成膜が完了してから
次の層の成膜がされるため、層ごとに結晶構造が完結し
層間の密着性が弱いという問題があった。層間の密着性
が低いと、製造工程中で剥離が生じて歩留まりを悪くし
たり使用中に剥離が生じて信頼性を低くしたりしてい
た。そのため密着性の高い製造方法が望まれる。
圧電体素子の製造方法では、各層の成膜が完了してから
次の層の成膜がされるため、層ごとに結晶構造が完結し
層間の密着性が弱いという問題があった。層間の密着性
が低いと、製造工程中で剥離が生じて歩留まりを悪くし
たり使用中に剥離が生じて信頼性を低くしたりしてい
た。そのため密着性の高い製造方法が望まれる。
【０００５】また、各層ごとに結晶化まで行いながら積
層していくため、圧電体製造の全体に要する工程数が多
くならざるを得なかった。工程数が多くため、必然的に
製造コストの上昇をもたらすことになっていた。そのた
め工程数を少なくする製造方法が望まれる。
層していくため、圧電体製造の全体に要する工程数が多
くならざるを得なかった。工程数が多くため、必然的に
製造コストの上昇をもたらすことになっていた。そのた
め工程数を少なくする製造方法が望まれる。
【０００６】ところで、論文"Application of Hydrothe
rmal Mechanism for Tailor-makingPerovskite Titanat
e Films", IEEE Proc. of the 9th Int'l Symp. on Ele
ctrets, Shanghai, China, Sept. 25-30, pp. 617-622
(1996), W-ping Xu, Masanori Okuyama, et al.,には、
基板上に塗布し脱脂した圧電性セラミックスを、所定の
アルカリ溶液中に圧電体素子を入れて結晶化させる方法
が記載されている。このようにアルカリ溶液中で結晶化
させる方法を水熱法という。この水熱法によればゾルゲ
ル法に比べ比較的低い温度で結晶化が可能であるため、
数々の利点が存在する。本願発明の発明者は、この水熱
法を利用することで、多層構造の圧電体素子を一時に結
晶化させうることに想到し、その製法について確認実験
に成功した。
rmal Mechanism for Tailor-makingPerovskite Titanat
e Films", IEEE Proc. of the 9th Int'l Symp. on Ele
ctrets, Shanghai, China, Sept. 25-30, pp. 617-622
(1996), W-ping Xu, Masanori Okuyama, et al.,には、
基板上に塗布し脱脂した圧電性セラミックスを、所定の
アルカリ溶液中に圧電体素子を入れて結晶化させる方法
が記載されている。このようにアルカリ溶液中で結晶化
させる方法を水熱法という。この水熱法によればゾルゲ
ル法に比べ比較的低い温度で結晶化が可能であるため、
数々の利点が存在する。本願発明の発明者は、この水熱
法を利用することで、多層構造の圧電体素子を一時に結
晶化させうることに想到し、その製法について確認実験
に成功した。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記事情に鑑み本発明の
第１の課題は、層間の密着性が高く信頼性の高い機能性
薄膜、圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよび
プリンタを提供することである。
第１の課題は、層間の密着性が高く信頼性の高い機能性
薄膜、圧電体素子、インクジェット式記録ヘッドおよび
プリンタを提供することである。
【０００８】本発明の第２の課題は、製造総工程が従来
品製造時より少なく、製造コストの低い圧電体素子の製
造方法およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法を
提供することである。
品製造時より少なく、製造コストの低い圧電体素子の製
造方法およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法を
提供することである。
【０００９】上記第１の課題を解決する発明は、異なる
成分で形成された薄膜層の間に、それぞれの薄膜層の成
分が混合した混合層を備えていることを特徴とする機能
性薄膜である。「機能性薄膜」に限定はなく、圧電体素
子の他、複数の薄膜を使用するあらゆる用途の薄膜を意
味する。薄膜構造のうち層間の界面に、両層の成分が混
合した一定の厚みの領域を備えている。
成分で形成された薄膜層の間に、それぞれの薄膜層の成
分が混合した混合層を備えていることを特徴とする機能
性薄膜である。「機能性薄膜」に限定はなく、圧電体素
子の他、複数の薄膜を使用するあらゆる用途の薄膜を意
味する。薄膜構造のうち層間の界面に、両層の成分が混
合した一定の厚みの領域を備えている。
【００１０】上記第１の課題を解決する発明は、少なく
とも１層の圧電体薄膜層と、少なくとも２層の電極層
と、を備え、隣接する層間には、それぞれの層の成分が
混合した混合層が形成されていることを特徴とする圧電
体素子である。混合層では両層の結晶が複雑に絡み合う
ので、層間の密着性が高くなる。
とも１層の圧電体薄膜層と、少なくとも２層の電極層
と、を備え、隣接する層間には、それぞれの層の成分が
混合した混合層が形成されていることを特徴とする圧電
体素子である。混合層では両層の結晶が複雑に絡み合う
ので、層間の密着性が高くなる。
【００１１】また上記第１の課題を解決する発明は、少
なくとも１層の振動板層をさらに備え、当該振動板層と
隣接する電極層との間にそれぞれの層の成分が混合した
混合層が形成されている圧電体素子である。
なくとも１層の振動板層をさらに備え、当該振動板層と
隣接する電極層との間にそれぞれの層の成分が混合した
混合層が形成されている圧電体素子である。
【００１２】ここで上記混合層の厚みは、例えば５ｎｍ
以上である。従来の製造方法であれば組成が混合する部
分の厚みは３ｎｍより低かったので、この厚い混合層の
存在により、層間の密着性が高くなる。
以上である。従来の製造方法であれば組成が混合する部
分の厚みは３ｎｍより低かったので、この厚い混合層の
存在により、層間の密着性が高くなる。
【００１３】例えば圧電体薄膜層を構成する金属アルコ
キシドは、ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔ
ｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌ
ａ）ＴｉＯ３）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，
Ｌａ）ＺｒＯ３）、ジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン
（（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＬＺＴ）また
はマグネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐ
ｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺ
Ｔ）のうちいずれかの圧電性セラミックスである。
キシドは、ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔ
ｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌ
ａ）ＴｉＯ３）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，
Ｌａ）ＺｒＯ３）、ジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン
（（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＬＺＴ）また
はマグネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐ
ｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺ
Ｔ）のうちいずれかの圧電性セラミックスである。
【００１４】例えば、本発明の圧電体素子は、圧電体薄
膜層を２層以上かつ電極層を３層以上備え、電極層の間
に少なくとも一層の圧電体薄膜層が挟まれて構成され
る。このような構造を一般にバイモルフという。
膜層を２層以上かつ電極層を３層以上備え、電極層の間
に少なくとも一層の圧電体薄膜層が挟まれて構成され
る。このような構造を一般にバイモルフという。
【００１５】上記第１の課題を解決する発明は、本発明
の圧電体素子を圧電アクチュエータとして備えたインク
ジェット式記録ヘッドである。例えば、 ａ）圧力室が形成された圧力室基板と、 ｂ）圧力室の一方の面に設けられた振動板と、 ｃ）振動板の圧力室に対応する位置に設けられ、当該振
動板を変形させることが可能に構成された圧電体素子
と、を備える。
の圧電体素子を圧電アクチュエータとして備えたインク
ジェット式記録ヘッドである。例えば、 ａ）圧力室が形成された圧力室基板と、 ｂ）圧力室の一方の面に設けられた振動板と、 ｃ）振動板の圧力室に対応する位置に設けられ、当該振
動板を変形させることが可能に構成された圧電体素子
と、を備える。
【００１６】上記第１の課題を解決する発明は、本発明
のインクジェット式記録ヘッドを印字手段として備えた
プリンタである。例えば、 ａ）記録媒体を供給および搬出が可能に構成された記録
媒体搬送機構と、 ｂ）記録媒体搬送機構により供給された記録媒体上の任
意の位置にインクジェット式記録ヘッドにより印字させ
るヘッド制御回路と、を備える。
のインクジェット式記録ヘッドを印字手段として備えた
プリンタである。例えば、 ａ）記録媒体を供給および搬出が可能に構成された記録
媒体搬送機構と、 ｂ）記録媒体搬送機構により供給された記録媒体上の任
意の位置にインクジェット式記録ヘッドにより印字させ
るヘッド制御回路と、を備える。
【００１７】上記第２の課題を解決する発明は、少なく
とも１層の圧電体薄膜層と少なくとも２層の電極層とを
備える圧電体素子の製造方法であって、 ａ）各圧電体薄膜層の未結晶状態である未結晶圧電体薄
膜層を形成する工程と、 ｂ）各電極層の未結晶状態である未結晶電極層を形成す
る工程と、各未結晶圧電体薄膜層と各未結晶電極層とを
積層したのち、水熱合成により未結晶圧電体薄膜層およ
び未結晶電極層を結晶化させる水熱合成工程と、を備え
たことを特徴とする圧電体素子の製造方法。
とも１層の圧電体薄膜層と少なくとも２層の電極層とを
備える圧電体素子の製造方法であって、 ａ）各圧電体薄膜層の未結晶状態である未結晶圧電体薄
膜層を形成する工程と、 ｂ）各電極層の未結晶状態である未結晶電極層を形成す
る工程と、各未結晶圧電体薄膜層と各未結晶電極層とを
積層したのち、水熱合成により未結晶圧電体薄膜層およ
び未結晶電極層を結晶化させる水熱合成工程と、を備え
たことを特徴とする圧電体素子の製造方法。
【００１８】また上記第２の課題を解決する発明は、少
なくとも１層の振動板層をさらに備える圧電体素子の製
造方法であって、振動板層の未結晶状態である未結晶振
動板層を形成する工程をさらに備え、水熱合成工程で
は、各未結晶圧電体薄膜層と各未結晶電極層との他に、
未結晶振動板層を積層したのち、水熱合成により当該未
結晶振動板層、未結晶圧電体薄膜層および未結晶電極層
を結晶化させる。
なくとも１層の振動板層をさらに備える圧電体素子の製
造方法であって、振動板層の未結晶状態である未結晶振
動板層を形成する工程をさらに備え、水熱合成工程で
は、各未結晶圧電体薄膜層と各未結晶電極層との他に、
未結晶振動板層を積層したのち、水熱合成により当該未
結晶振動板層、未結晶圧電体薄膜層および未結晶電極層
を結晶化させる。
【００１９】例えば、上記未結晶圧電体薄膜層を形成す
る工程は、ゾルゲル法、ＭＯＤ（Metal-organic Deposi
tion）または共沈法によって有機金属溶液からなる前駆
体を塗布する工程と、当該前駆体を乾燥・脱脂する工程
と、を備えている。
る工程は、ゾルゲル法、ＭＯＤ（Metal-organic Deposi
tion）または共沈法によって有機金属溶液からなる前駆
体を塗布する工程と、当該前駆体を乾燥・脱脂する工程
と、を備えている。
【００２０】例えば、上記前駆体を乾燥・脱脂する工程
では、前駆体を１５０℃以上かつ２００℃以下で乾燥さ
せ、乾燥させた前駆体を３００℃以上かつ５００℃以下
で脱脂する。
では、前駆体を１５０℃以上かつ２００℃以下で乾燥さ
せ、乾燥させた前駆体を３００℃以上かつ５００℃以下
で脱脂する。
【００２１】上記水熱合成工程では、例えば、脱脂され
た前駆体を、所定のアルカリ性溶液に浸して一定条件下
で結晶化を促進させる。
た前駆体を、所定のアルカリ性溶液に浸して一定条件下
で結晶化を促進させる。
【００２２】ここで例えば、上記アルカリ性溶液は、Ｋ
ＯＨ、Ｂａ（ＯＨ）２、Ｂａ（ＯＨ）２＋Ｐｂ（ＯＨ）
２またはＫＯＨ＋Ｐｂ（ＯＨ）２のうちいずれかを含
む。
ＯＨ、Ｂａ（ＯＨ）２、Ｂａ（ＯＨ）２＋Ｐｂ（ＯＨ）
２またはＫＯＨ＋Ｐｂ（ＯＨ）２のうちいずれかを含
む。
【００２３】上記水熱合成工程の一定条件は、例えば、
１００℃乃至２００℃の温度下であって、かつ、１０気
圧以下の圧力下である。
１００℃乃至２００℃の温度下であって、かつ、１０気
圧以下の圧力下である。
【００２４】本発明は、上記未結晶圧電体薄膜層を形成
する工程を少なくとも２回以上、かつ、上記未結晶電極
層を形成する工程を少なくとも３回以上繰り返して、未
結晶電極層に未結晶圧電体薄膜層が狭持された構造を製
造する。
する工程を少なくとも２回以上、かつ、上記未結晶電極
層を形成する工程を少なくとも３回以上繰り返して、未
結晶電極層に未結晶圧電体薄膜層が狭持された構造を製
造する。
【００２５】また上記第２の課題を解決する発明は、本
発明の製造方法で製造した圧電体素子を備えるインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法であって、 ａ）基板の一面に振動板を形成する工程と、 ｂ）振動板に圧電体素子を製造する工程と、 ｃ）圧電体素子が設けられた振動板が圧力室の一面を形
成するような配置で基板をエッチングし圧力室を形成す
る工程と、を備えたインクジェット式記録ヘッドの製造
方法である。
発明の製造方法で製造した圧電体素子を備えるインクジ
ェット式記録ヘッドの製造方法であって、 ａ）基板の一面に振動板を形成する工程と、 ｂ）振動板に圧電体素子を製造する工程と、 ｃ）圧電体素子が設けられた振動板が圧力室の一面を形
成するような配置で基板をエッチングし圧力室を形成す
る工程と、を備えたインクジェット式記録ヘッドの製造
方法である。
【００２６】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。本実施形態は、機能性薄膜と
して圧電体素子の層構造を例示するものである。水熱法
を利用した圧電体素子、それを使用したインクジェット
式記録ヘッドおよびプリンタに関する。 （実施形態１）まず、本発明の圧電体素子を有するイン
クジェット式記録ヘッドが使用されるプリンタの構造を
説明する。本形態のプリンタは、ラインプリンタとして
機能可能なように、図５に示すように、本体２に、トレ
イ３、排出口４および操作ボタン９が設けられている。
さらに本体２の内部には、インクジェット式記録ヘッド
１、供給機構６、制御回路８が備えられている。
の実施の形態を説明する。本実施形態は、機能性薄膜と
して圧電体素子の層構造を例示するものである。水熱法
を利用した圧電体素子、それを使用したインクジェット
式記録ヘッドおよびプリンタに関する。 （実施形態１）まず、本発明の圧電体素子を有するイン
クジェット式記録ヘッドが使用されるプリンタの構造を
説明する。本形態のプリンタは、ラインプリンタとして
機能可能なように、図５に示すように、本体２に、トレ
イ３、排出口４および操作ボタン９が設けられている。
さらに本体２の内部には、インクジェット式記録ヘッド
１、供給機構６、制御回路８が備えられている。
【００２７】インクジェット式記録ヘッド１は、本発明
の製造方法で製造された圧電体素子を備える。このヘッ
ド１は特にラインプリンタ用のヘッドであり、供給可能
な用紙の幅を覆う長さに形成されている。すなわち、こ
のヘッドは、本発明の製造方法によって従来不可能であ
った大きさ（長さ）に形成されたものである。インクジ
ェット式記録ヘッド１は、制御回路８から供給される吐
出信号Ｓｈに対応して、用紙の幅いっぱいに設けられた
ノズルからインクを吐出可能に構成されている。
の製造方法で製造された圧電体素子を備える。このヘッ
ド１は特にラインプリンタ用のヘッドであり、供給可能
な用紙の幅を覆う長さに形成されている。すなわち、こ
のヘッドは、本発明の製造方法によって従来不可能であ
った大きさ（長さ）に形成されたものである。インクジ
ェット式記録ヘッド１は、制御回路８から供給される吐
出信号Ｓｈに対応して、用紙の幅いっぱいに設けられた
ノズルからインクを吐出可能に構成されている。
【００２８】本体２は、ヘッド１の筐体であって、用紙
５をトレイ３から供給可能な位置に供給機構６を配置
し、用紙５の幅を覆って印字可能なようにラインプリン
タ用のインクジェット式記録ヘッド１をそれぞれ配置し
ている。トレイ３は、印字前の用紙５を供給機構６に供
給可能に構成され、排出口４は、印刷が終了した用紙５
を排出する出口である。
５をトレイ３から供給可能な位置に供給機構６を配置
し、用紙５の幅を覆って印字可能なようにラインプリン
タ用のインクジェット式記録ヘッド１をそれぞれ配置し
ている。トレイ３は、印字前の用紙５を供給機構６に供
給可能に構成され、排出口４は、印刷が終了した用紙５
を排出する出口である。
【００２９】供給機構６は、モータ６００、ローラ６０
１・６０２および図示しない機械構造を備えている。モ
ータ６００は、制御回路８から供給される駆動信号Ｓｄ
に対応して回転可能になっている。機械構造は、モータ
６００の回転力をローラ６０１・６０２に伝達可能に構
成されている。ローラ６０１および６０２は、モータ６
００の回転力が伝達されると回転するようになってお
り、回転によりトレイ３に載置された用紙５を引き込
み、ヘッド１によって印刷可能に供給するようになって
いる。
１・６０２および図示しない機械構造を備えている。モ
ータ６００は、制御回路８から供給される駆動信号Ｓｄ
に対応して回転可能になっている。機械構造は、モータ
６００の回転力をローラ６０１・６０２に伝達可能に構
成されている。ローラ６０１および６０２は、モータ６
００の回転力が伝達されると回転するようになってお
り、回転によりトレイ３に載置された用紙５を引き込
み、ヘッド１によって印刷可能に供給するようになって
いる。
【００３０】制御回路８は、図示しないが、ＣＰＵ、Ｒ
ＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース回路などを備え、図示
しないコネクタを介してコンピュータから供給される印
字情報に対応させて、駆動信号Ｓｄを供給機構６に供給
したり、吐出信号Ｓｈをインクジェット式記録ヘッド１
に供給したりできるようになっている。また、制御回路
８は操作パネル９からの操作信号に対応させて動作モー
ドの設定、リセット処理などが行えるようになってい
る。次いで、本発明のインクジェット式記録ヘッドの構
造を説明する。インクジェット式記録ヘッド１は、図６
の主要部斜視図一部断面図に示すように、ノズル板１
０、圧力室基板２０および振動板３０を備えて構成され
ている。このヘッドは、オンデマンド形のピエゾジェッ
ト式ヘッドを構成している。ただしこの形式に限定され
るものではなく、連続的にインクを吐出させ偏向電極で
インクの付着を制御するコンティニュアス形のプリンタ
ヘッドであったり、また気泡によりインクを吐出させる
バブル形ヘッドであったりしてもよい。
ＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース回路などを備え、図示
しないコネクタを介してコンピュータから供給される印
字情報に対応させて、駆動信号Ｓｄを供給機構６に供給
したり、吐出信号Ｓｈをインクジェット式記録ヘッド１
に供給したりできるようになっている。また、制御回路
８は操作パネル９からの操作信号に対応させて動作モー
ドの設定、リセット処理などが行えるようになってい
る。次いで、本発明のインクジェット式記録ヘッドの構
造を説明する。インクジェット式記録ヘッド１は、図６
の主要部斜視図一部断面図に示すように、ノズル板１
０、圧力室基板２０および振動板３０を備えて構成され
ている。このヘッドは、オンデマンド形のピエゾジェッ
ト式ヘッドを構成している。ただしこの形式に限定され
るものではなく、連続的にインクを吐出させ偏向電極で
インクの付着を制御するコンティニュアス形のプリンタ
ヘッドであったり、また気泡によりインクを吐出させる
バブル形ヘッドであったりしてもよい。
【００３１】圧力室基板２０は、キャビティ（圧力室）
２１、側壁（隔壁）２２、リザーバ２３および供給口２
４を備えている。キャビティ２１は、シリコン等の基板
をエッチングすることにより形成されたインクなどを吐
出するために貯蔵する空間となっている。側壁２２はキ
ャビティ２１間を仕切るよう形成されている。リザーバ
２３は、インクを共通して各キャビティ２１に充たすた
めの流路となっている。供給口２４は、リザーバ２３か
ら各キャビティ２１にインクを導入可能に形成されてい
る。
２１、側壁（隔壁）２２、リザーバ２３および供給口２
４を備えている。キャビティ２１は、シリコン等の基板
をエッチングすることにより形成されたインクなどを吐
出するために貯蔵する空間となっている。側壁２２はキ
ャビティ２１間を仕切るよう形成されている。リザーバ
２３は、インクを共通して各キャビティ２１に充たすた
めの流路となっている。供給口２４は、リザーバ２３か
ら各キャビティ２１にインクを導入可能に形成されてい
る。
【００３２】なお、キャビティ２１などの形状はインク
ジェット方式によって種々に変形可能である。例えば平
面的な形状のカイザー（Kyser）形であっても円筒形の
ゾルタン（Zoltan）形でもよい。またキャビティが１室
形用に構成されていても２室形に構成されていてもよ
い。
ジェット方式によって種々に変形可能である。例えば平
面的な形状のカイザー（Kyser）形であっても円筒形の
ゾルタン（Zoltan）形でもよい。またキャビティが１室
形用に構成されていても２室形に構成されていてもよ
い。
【００３３】ノズル板１０は、圧力室基板２０に設けら
れたキャビティ２１の各々に対応する位置にそのノズル
穴１１が配置されるよう、圧力室基板２０の一方の面に
貼り合わせられている。ノズル板１０を貼り合わせた圧
力室基板２０は、さらに図示しない筐体に納められて、
インクジェット式記録ヘッド１を構成している。
れたキャビティ２１の各々に対応する位置にそのノズル
穴１１が配置されるよう、圧力室基板２０の一方の面に
貼り合わせられている。ノズル板１０を貼り合わせた圧
力室基板２０は、さらに図示しない筐体に納められて、
インクジェット式記録ヘッド１を構成している。
【００３４】振動板３０は圧力室基板２０の他方の面に
貼り合わせられている。振動板３０には圧電体素子４０
が設けられている。振動板３０には、インクタンク口３
１が設けられて、図示しないインクタンクに貯蔵されて
いるインクを圧力室基板２０内部に供給可能になってい
る。
貼り合わせられている。振動板３０には圧電体素子４０
が設けられている。振動板３０には、インクタンク口３
１が設けられて、図示しないインクタンクに貯蔵されて
いるインクを圧力室基板２０内部に供給可能になってい
る。
【００３５】図１に、本発明のインクジェット式記録ヘ
ッドおよび圧電体素子のさらに具体的な構造を説明する
断面図を示す。この断面図は、図６のＡ−Ａ切断面から
観察した層構造のうち、一つの圧電体素子の断面を拡大
したものである。図１上段に示すように、振動板３０
は、振動板層４１および下部電極層４２を積層して構成
され、圧電体素子４０は圧電体薄膜層４３および上部電
極層４４を積層して構成されている。特にこのインクジ
ェット式記録ヘッド１は、印刷対象となる用紙の幅を覆
うことが可能なように、圧電体素子４０、キャビティ２
１およびノズル１１が一定のピッチで連設されて構成さ
れている。このノズル間のピッチは、印刷精度に応じて
適時設計変更が可能である。例えば４００ｄｐｉになる
ように配置される。
ッドおよび圧電体素子のさらに具体的な構造を説明する
断面図を示す。この断面図は、図６のＡ−Ａ切断面から
観察した層構造のうち、一つの圧電体素子の断面を拡大
したものである。図１上段に示すように、振動板３０
は、振動板層４１および下部電極層４２を積層して構成
され、圧電体素子４０は圧電体薄膜層４３および上部電
極層４４を積層して構成されている。特にこのインクジ
ェット式記録ヘッド１は、印刷対象となる用紙の幅を覆
うことが可能なように、圧電体素子４０、キャビティ２
１およびノズル１１が一定のピッチで連設されて構成さ
れている。このノズル間のピッチは、印刷精度に応じて
適時設計変更が可能である。例えば４００ｄｐｉになる
ように配置される。
【００３６】振動板層４１は、導電性のない材料、例え
ば二酸化珪素（ＳｉＯ２）や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ
２）等により構成され、圧電体層への電圧印加により変
形し、キャビティ２１の内部の圧力を瞬間的に高めるこ
とが可能に構成されている。振動板層の結晶化を水熱合
成法により行うのであれば、この水熱合成法により結晶
化が可能な材料であることを要する。
ば二酸化珪素（ＳｉＯ２）や酸化ジルコニウム（ＺｒＯ
２）等により構成され、圧電体層への電圧印加により変
形し、キャビティ２１の内部の圧力を瞬間的に高めるこ
とが可能に構成されている。振動板層の結晶化を水熱合
成法により行うのであれば、この水熱合成法により結晶
化が可能な材料であることを要する。
【００３７】下部電極層４２は、圧電体層に電圧を印加
するための一方の電極であり、導電性を有する材料、例
えば、酸化錫（ＳｎＯ）や酸化バナジウム（ＶＯ２）な
どにより構成されている。特に水熱合成法により結晶化
が可能な材料であることを要する。下部電極層４２は、
圧力室基板２０上に形成される複数の圧電体素子４０に
共通な電極として機能するように振動板層４１と同じ領
域に形成される。ただし、圧電体薄膜層４３と同様の大
きさに、すなわち上部電極層４４と同じ形状に形成する
ことも可能である。上部電極層４４は、圧電体層に電圧
を印加するための他方の電極となり、導電性を有する材
料、例えば酸化錫（ＳｎＯ）や酸化バナジウム（Ｖ
Ｏ２）などにより構成されている。特に水熱合成法によ
り結晶化が可能な材料であることを要する。
するための一方の電極であり、導電性を有する材料、例
えば、酸化錫（ＳｎＯ）や酸化バナジウム（ＶＯ２）な
どにより構成されている。特に水熱合成法により結晶化
が可能な材料であることを要する。下部電極層４２は、
圧力室基板２０上に形成される複数の圧電体素子４０に
共通な電極として機能するように振動板層４１と同じ領
域に形成される。ただし、圧電体薄膜層４３と同様の大
きさに、すなわち上部電極層４４と同じ形状に形成する
ことも可能である。上部電極層４４は、圧電体層に電圧
を印加するための他方の電極となり、導電性を有する材
料、例えば酸化錫（ＳｎＯ）や酸化バナジウム（Ｖ
Ｏ２）などにより構成されている。特に水熱合成法によ
り結晶化が可能な材料であることを要する。
【００３８】圧電体素子４０は、例えばペロブスカイト
構造を持つ圧電性セラミックスの結晶であり、振動板３
０上に所定の形状で形成されて構成されている。特に、
本発明の圧電体薄膜層４３は、水熱合成法で結晶化させ
られるため、柱状をなす結晶粒子（柱状結晶粒）が主と
して膜厚方向に[１１０]配向を呈するか、あるいは結晶
方向の一定しないランダムな配向をしている。例えば、
これら柱状結晶粒は、電極膜に平行な面方向の幅、すな
わち平均粒径ｄが１００ｎｍ乃至１５０００ｎｍの範囲
にある。圧電体薄膜層４３の上部電極層４４と接するこ
ととなる面は、従来の水熱法に比べ平坦化されている。
例えば、表面粗さが最大高さで２０ｎｍ以下になってい
る。表面粗さが小さいことも、ゾルゲル法を併用した本
水熱法による結晶構造の特徴である。
構造を持つ圧電性セラミックスの結晶であり、振動板３
０上に所定の形状で形成されて構成されている。特に、
本発明の圧電体薄膜層４３は、水熱合成法で結晶化させ
られるため、柱状をなす結晶粒子（柱状結晶粒）が主と
して膜厚方向に[１１０]配向を呈するか、あるいは結晶
方向の一定しないランダムな配向をしている。例えば、
これら柱状結晶粒は、電極膜に平行な面方向の幅、すな
わち平均粒径ｄが１００ｎｍ乃至１５０００ｎｍの範囲
にある。圧電体薄膜層４３の上部電極層４４と接するこ
ととなる面は、従来の水熱法に比べ平坦化されている。
例えば、表面粗さが最大高さで２０ｎｍ以下になってい
る。表面粗さが小さいことも、ゾルゲル法を併用した本
水熱法による結晶構造の特徴である。
【００３９】圧電体薄膜層の組成は、例えばジルコニウ
ム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、
チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３）、ジル
コニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ３）、ジ
ルコニウム酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚ
ｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＬＺＴ）またはマグネシウムニオブ
酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）（Ｚ
ｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺＴ）のうちいずれかの圧
電性セラミックスなどである。ただし本発明は製造方法
に特徴があり、上記組成に限定されるものではない。
ム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、
チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３）、ジル
コニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ３）、ジ
ルコニウム酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚ
ｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＬＺＴ）またはマグネシウムニオブ
酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）（Ｚ
ｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺＴ）のうちいずれかの圧
電性セラミックスなどである。ただし本発明は製造方法
に特徴があり、上記組成に限定されるものではない。
【００４０】特に本発明の圧電体素子は、図１中段に示
すように、各層間に両層の組成が混合された混合層を備
えている点を特徴的な構造としている。例えば、振動板
層４１と下部電極層４２との間には混合層５１２が、下
部電極層４２と圧電体薄膜層４３との間には混合層５２
３が、圧電体薄膜層４３と上部電極層４４との間には混
合層５３４がそれぞれ存在している。これら混合層は、
図１下段に示すように、上下の層における結晶粒が互い
に混じり合った界面領域を形成している。この混合層は
後述する製造方法に従って未結晶状態で積層していった
際に、双方の組成が混じり合って結晶化が促進されたた
めに形成されたものとなっている。
すように、各層間に両層の組成が混合された混合層を備
えている点を特徴的な構造としている。例えば、振動板
層４１と下部電極層４２との間には混合層５１２が、下
部電極層４２と圧電体薄膜層４３との間には混合層５２
３が、圧電体薄膜層４３と上部電極層４４との間には混
合層５３４がそれぞれ存在している。これら混合層は、
図１下段に示すように、上下の層における結晶粒が互い
に混じり合った界面領域を形成している。この混合層は
後述する製造方法に従って未結晶状態で積層していった
際に、双方の組成が混じり合って結晶化が促進されたた
めに形成されたものとなっている。
【００４１】上記圧電体素子４０を有するインクジェッ
ト式記録ヘッド１の構成において、印刷動作を説明す
る。制御回路８から駆動信号Ｓｄが出力されると、供給
機構６が動作し用紙５がヘッド１によって印刷可能な位
置まで搬送される。制御回路８から吐出信号Ｓｈが供給
されず圧電体素子４０の下部電極層４２と上部電極層４
４との間に電圧が印加されていない場合、圧電体薄膜層
４３には変形を生じない。吐出信号Ｓｈが供給されてい
ない圧電体素子４０が設けられているキャビティ２１に
は、圧力変化が生じず、そのノズル穴１１からインク滴
は吐出されない。
ト式記録ヘッド１の構成において、印刷動作を説明す
る。制御回路８から駆動信号Ｓｄが出力されると、供給
機構６が動作し用紙５がヘッド１によって印刷可能な位
置まで搬送される。制御回路８から吐出信号Ｓｈが供給
されず圧電体素子４０の下部電極層４２と上部電極層４
４との間に電圧が印加されていない場合、圧電体薄膜層
４３には変形を生じない。吐出信号Ｓｈが供給されてい
ない圧電体素子４０が設けられているキャビティ２１に
は、圧力変化が生じず、そのノズル穴１１からインク滴
は吐出されない。
【００４２】一方、制御回路８から吐出信号Ｓｈが供給
され圧電体素子４０の下部電極層４２と上部電極層４４
との間に一定電圧が印加された場合、圧電体薄膜層４３
に変形を生じる。吐出信号が供給された圧電体素子４０
が設けられているキャビティ２１ではその振動板３０が
大きくたわむ。このためキャビティ２１内の圧力が瞬間
的に高まり、ノズル穴１１からインク滴が吐出される。
細長いヘッド中で印刷させたい位置の圧電体素子に吐出
信号Ｓｈを個別に供給することで、任意の文字や図形を
印刷させることができる。
され圧電体素子４０の下部電極層４２と上部電極層４４
との間に一定電圧が印加された場合、圧電体薄膜層４３
に変形を生じる。吐出信号が供給された圧電体素子４０
が設けられているキャビティ２１ではその振動板３０が
大きくたわむ。このためキャビティ２１内の圧力が瞬間
的に高まり、ノズル穴１１からインク滴が吐出される。
細長いヘッド中で印刷させたい位置の圧電体素子に吐出
信号Ｓｈを個別に供給することで、任意の文字や図形を
印刷させることができる。
【００４３】（製造方法の説明）次に、圧電体素子の製
造方法を、インクジェット式記録ヘッドの製造方法と併
せて説明する。図２にこの圧電体素子の製造工程断面図
を示す。
造方法を、インクジェット式記録ヘッドの製造方法と併
せて説明する。図２にこの圧電体素子の製造工程断面図
を示す。
【００４４】振動板層形成工程（図２（ａ））： 振動
板層形成工程は、シリコン基板２０に振動板層４１を形
成する工程である。シリコン基板２０は、特にラインプ
リンタ用に細長く成形されたものを用いる。その厚みは
側壁の高さが高くなりすぎないように、例えば２００μ
ｍ程度のものを使用する。振動板層４１は例えば１μｍ
程度の厚みに形成する。絶縁膜の製造には公知の熱酸化
法等を用いる。なお、振動板層の材料に酸化ジルコニウ
ム等を用いる場合には、このゾルを一定の厚みに塗布
し、後の水熱合成処理によって結晶化させて製造しても
よい。
板層形成工程は、シリコン基板２０に振動板層４１を形
成する工程である。シリコン基板２０は、特にラインプ
リンタ用に細長く成形されたものを用いる。その厚みは
側壁の高さが高くなりすぎないように、例えば２００μ
ｍ程度のものを使用する。振動板層４１は例えば１μｍ
程度の厚みに形成する。絶縁膜の製造には公知の熱酸化
法等を用いる。なお、振動板層の材料に酸化ジルコニウ
ム等を用いる場合には、このゾルを一定の厚みに塗布
し、後の水熱合成処理によって結晶化させて製造しても
よい。
【００４５】下部電極層形成工程（図２(ｂ)）： 下部
電極形成工程では、振動板層４１の上に下部電極層４２
を形成する工程である。まず下部電極層を形成するため
のゾルを製造する。このゾルは、塩化錫（ＳｎＣｌ２・
Ｈ２Ｏ）を所定の濃度、例えば０．５Ｍ[mol/l]の濃度
でエタノールに溶解させ、ジルコニウムイソプロポキシ
ド（Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４）を１〜２[mol％]錫
に対してドーピングして製造される。ゾルの製造方法は
上記に限定されない。
電極形成工程では、振動板層４１の上に下部電極層４２
を形成する工程である。まず下部電極層を形成するため
のゾルを製造する。このゾルは、塩化錫（ＳｎＣｌ２・
Ｈ２Ｏ）を所定の濃度、例えば０．５Ｍ[mol/l]の濃度
でエタノールに溶解させ、ジルコニウムイソプロポキシ
ド（Ｚｒ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４）を１〜２[mol％]錫
に対してドーピングして製造される。ゾルの製造方法は
上記に限定されない。
【００４６】次いで、スピンコート法、ダイコート法、
スプレーコート法、ロールコート法等任意の塗布法で振
動板層４１上に上記ゾルを塗布する。例えば、スピンコ
ート法により、厚みが２[μｍ]程度になるようにゾルを
塗布する。塗布後、溶媒を蒸発させるため、所定温度
（例えば１８０℃）で所定時間（例えば１０分間）程度
乾燥させる。さらに金属元素に配位した有機物を乖離さ
せるために乾燥したゾルを所定温度（例えば３００℃）
で所定時間（例えば１０分間）脱脂させる。このような
処理を行って形成された下部電極層４２では、ドーパン
トの金属元素Ｚｒが導電性を向上させる働きをする。
スプレーコート法、ロールコート法等任意の塗布法で振
動板層４１上に上記ゾルを塗布する。例えば、スピンコ
ート法により、厚みが２[μｍ]程度になるようにゾルを
塗布する。塗布後、溶媒を蒸発させるため、所定温度
（例えば１８０℃）で所定時間（例えば１０分間）程度
乾燥させる。さらに金属元素に配位した有機物を乖離さ
せるために乾燥したゾルを所定温度（例えば３００℃）
で所定時間（例えば１０分間）脱脂させる。このような
処理を行って形成された下部電極層４２では、ドーパン
トの金属元素Ｚｒが導電性を向上させる働きをする。
【００４７】圧電体薄膜層形成工程（図２（ｃ））：
圧電体薄膜層形成工程は、ゾルの塗布とその乾燥・脱脂
とを繰り返して、複数の薄膜からなる圧電体薄膜層を形
成する工程である。まず、圧電体薄膜層の原料となる圧
電性セラミックスのゾルを製造する。例えば、２−ｎ−
ブトキシエタノールを主溶媒としイミノジエタノールを
添加した溶媒に、酢酸鉛三水和物（Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯ
Ｏ）２・３Ｈ２Ｏ）、チタニウムテトライソプロポキシ
ド（Ｔｉ（ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）４）、ペンタエトキ
シニオブ（Ｎｂ（ＯＣ２Ｈ５）５）、テトラ−ｎ−プロ
ポキシジルコニウム（Ｚｒ（Ｏ−ｎ−Ｃ３Ｈ７）４）お
よび酢酸マグネシウム（Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・５Ｈ
２Ｏ）を溶かして圧電体セラミックスのゾルを製造す
る。ただし、ゾルの製造方法は上記に限定されるもので
はない。
圧電体薄膜層形成工程は、ゾルの塗布とその乾燥・脱脂
とを繰り返して、複数の薄膜からなる圧電体薄膜層を形
成する工程である。まず、圧電体薄膜層の原料となる圧
電性セラミックスのゾルを製造する。例えば、２−ｎ−
ブトキシエタノールを主溶媒としイミノジエタノールを
添加した溶媒に、酢酸鉛三水和物（Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯ
Ｏ）２・３Ｈ２Ｏ）、チタニウムテトライソプロポキシ
ド（Ｔｉ（ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）４）、ペンタエトキ
シニオブ（Ｎｂ（ＯＣ２Ｈ５）５）、テトラ−ｎ−プロ
ポキシジルコニウム（Ｚｒ（Ｏ−ｎ−Ｃ３Ｈ７）４）お
よび酢酸マグネシウム（Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・５Ｈ
２Ｏ）を溶かして圧電体セラミックスのゾルを製造す
る。ただし、ゾルの製造方法は上記に限定されるもので
はない。
【００４８】次いで上記のようにして製造したゾルを下
部電極層４２上に一定の厚みに塗布する。塗布法は上記
したように各種用いることができる。例えばスピンコー
ト法を用いる場合には、毎分５００回転で３０秒、毎分
１５００回転で３０秒、最後に毎分５００回転で１０秒
間塗布する。塗布した段階では、ＰＺＴを構成する各金
属原子は有機金属錯体として分散している。塗布後、所
定温度（例えば１８０℃）で所定時間（例えば１０分
間）乾燥させる。乾燥後、さらに大気雰囲気下において
所定温度（例えば３００℃）で所定時間（例えば１０分
間）脱脂する。このゾルの塗布→乾燥→脱脂の各工程を
所定回数、例えば２０回繰り返して圧電体薄膜層４３を
所定の厚み（例えば２μｍ）に積層する。多層化するの
はクラックの発生を防止しながら厚膜化するためであ
る。
部電極層４２上に一定の厚みに塗布する。塗布法は上記
したように各種用いることができる。例えばスピンコー
ト法を用いる場合には、毎分５００回転で３０秒、毎分
１５００回転で３０秒、最後に毎分５００回転で１０秒
間塗布する。塗布した段階では、ＰＺＴを構成する各金
属原子は有機金属錯体として分散している。塗布後、所
定温度（例えば１８０℃）で所定時間（例えば１０分
間）乾燥させる。乾燥後、さらに大気雰囲気下において
所定温度（例えば３００℃）で所定時間（例えば１０分
間）脱脂する。このゾルの塗布→乾燥→脱脂の各工程を
所定回数、例えば２０回繰り返して圧電体薄膜層４３を
所定の厚み（例えば２μｍ）に積層する。多層化するの
はクラックの発生を防止しながら厚膜化するためであ
る。
【００４９】上部電極層形成工程（図２(ｃ)）： 上部
電極形成工程では、圧電体薄膜層４３の上に上部電極層
４４を形成する工程である。上記下部電極層を形成する
ためのゾルと同様のゾルを用い、下部電極形成工程と同
様にしてスピンコート等の塗布法によりゾルを一定の厚
み（例えば０．２[μｍ]）に形成する。そして乾燥や脱
脂を上記下部電極形成工程と同様に施す。
電極形成工程では、圧電体薄膜層４３の上に上部電極層
４４を形成する工程である。上記下部電極層を形成する
ためのゾルと同様のゾルを用い、下部電極形成工程と同
様にしてスピンコート等の塗布法によりゾルを一定の厚
み（例えば０．２[μｍ]）に形成する。そして乾燥や脱
脂を上記下部電極形成工程と同様に施す。
【００５０】水熱合成工程（図２（ｅ））： 水熱処理
工程は、所定のアルカリ溶液中で熱処理することによ
り、上記電極層および圧電体薄膜層の結晶化を一時に行
う工程である。まず、アルカリ性溶液１０１を、圧力を
加えることが可能に構成されている水槽１００に満た
す。そして上記の工程で積層された圧電体素子の積層構
造を基板ごと水槽１００に浸し、オートクレーブ（auto
clave）中で一定条件で結晶化を促進させる。処理液
は、アルカリ性溶液を用いる場合には、溶質として、Ｋ
ＯＨ、Ｂａ（ＯＨ）２、Ｂａ（ＯＨ）２とＰｂ（ＯＨ）
２の混合液またはＫＯＨとＰｂ（ＯＨ）２の混合液のう
ちいずれかを用いる。これらのアルカリ性溶液で圧電性
セラミックスが結晶することが確認されているからであ
る。アルカリ溶液の濃度としては、２Ｍ[ｍｏｌ／ｌ]よ
り低い濃度に調整する。これ以上の濃度であると、アル
カリが強く、圧電体薄膜膜および基板などを侵食するお
それがあるからである。例えば、０．５Ｍ[ｍｏｌ／ｌ]
の濃度に調整する。水熱処理の温度は、１００℃以上で
２００℃以下に設定する。この範囲より低い温度では結
晶化が促進されず、この範囲より高い温度では、圧電体
薄膜層およびシリコン基板がエッチングされるからであ
る。例えば処理温度を１４０℃程度にする。水熱処理の
圧力は、２ｋｇ／ｃｍ２以上で１０ｋｇ／ｃｍ２以下に
設定する。この範囲からはずれる圧力では、良好な結晶
が得られないからである。例えば圧力を４ｋｇ／ｃｍ２
程度にする。水熱処理の時間は、１０分以上で６０分以
下に設定する。この範囲より短い時間では十分な結晶が
できず、この範囲より長い時間では圧電体薄膜層や基板
が侵食されたりするおそれがあるからである。例えば処
理時間を３０分程度にする。
工程は、所定のアルカリ溶液中で熱処理することによ
り、上記電極層および圧電体薄膜層の結晶化を一時に行
う工程である。まず、アルカリ性溶液１０１を、圧力を
加えることが可能に構成されている水槽１００に満た
す。そして上記の工程で積層された圧電体素子の積層構
造を基板ごと水槽１００に浸し、オートクレーブ（auto
clave）中で一定条件で結晶化を促進させる。処理液
は、アルカリ性溶液を用いる場合には、溶質として、Ｋ
ＯＨ、Ｂａ（ＯＨ）２、Ｂａ（ＯＨ）２とＰｂ（ＯＨ）
２の混合液またはＫＯＨとＰｂ（ＯＨ）２の混合液のう
ちいずれかを用いる。これらのアルカリ性溶液で圧電性
セラミックスが結晶することが確認されているからであ
る。アルカリ溶液の濃度としては、２Ｍ[ｍｏｌ／ｌ]よ
り低い濃度に調整する。これ以上の濃度であると、アル
カリが強く、圧電体薄膜膜および基板などを侵食するお
それがあるからである。例えば、０．５Ｍ[ｍｏｌ／ｌ]
の濃度に調整する。水熱処理の温度は、１００℃以上で
２００℃以下に設定する。この範囲より低い温度では結
晶化が促進されず、この範囲より高い温度では、圧電体
薄膜層およびシリコン基板がエッチングされるからであ
る。例えば処理温度を１４０℃程度にする。水熱処理の
圧力は、２ｋｇ／ｃｍ２以上で１０ｋｇ／ｃｍ２以下に
設定する。この範囲からはずれる圧力では、良好な結晶
が得られないからである。例えば圧力を４ｋｇ／ｃｍ２
程度にする。水熱処理の時間は、１０分以上で６０分以
下に設定する。この範囲より短い時間では十分な結晶が
できず、この範囲より長い時間では圧電体薄膜層や基板
が侵食されたりするおそれがあるからである。例えば処
理時間を３０分程度にする。
【００５１】上記水熱合成処理により、各層の結晶化が
促進される。この処理がされる前には、各層が結晶化さ
れないまま積層されたので、隣接する層間の界面には両
層の組成が混合している部分が存在している。この混合
部分が水熱合成工程を経ることにより組成ごとに結晶粒
を形成し、図１に示したように、両層の結晶粒が緻密に
配置された混合層５２３，５３４が形成される。振動板
層をゾルの塗布で形成した場合には、混合層５１２も形
成される。
促進される。この処理がされる前には、各層が結晶化さ
れないまま積層されたので、隣接する層間の界面には両
層の組成が混合している部分が存在している。この混合
部分が水熱合成工程を経ることにより組成ごとに結晶粒
を形成し、図１に示したように、両層の結晶粒が緻密に
配置された混合層５２３，５３４が形成される。振動板
層をゾルの塗布で形成した場合には、混合層５１２も形
成される。
【００５２】上記工程で圧電体素子の層構造が完成す
る。上記の製造工程では各工程ごとに結晶化を促進する
ための熱処理を必要としないため、全体として製造工程
数が削減される。このためコストダウンが図れる。また
上記製造方法によって製造された圧電体素子４０は、層
間に混合層が存在するため層間の密着性がきわめて高
い。このため層の剥離が生じにくく製造工程における歩
留まりが向上する。また製品となった圧電体素子におい
て層間の剥離が生じにくいので信頼性が向上し、寿命を
延ばすことができる。
る。上記の製造工程では各工程ごとに結晶化を促進する
ための熱処理を必要としないため、全体として製造工程
数が削減される。このためコストダウンが図れる。また
上記製造方法によって製造された圧電体素子４０は、層
間に混合層が存在するため層間の密着性がきわめて高
い。このため層の剥離が生じにくく製造工程における歩
留まりが向上する。また製品となった圧電体素子におい
て層間の剥離が生じにくいので信頼性が向上し、寿命を
延ばすことができる。
【００５３】なお、所望の圧電体素子の形状にするため
に、上記で製造した層構造を、圧電体素子を適用する装
置に適合した形状にエッチング等で成形する。本実施形
態では、圧電体素子をインクジェット式記録ヘッドのア
クチュエータとして使用するため、さらに図３の製造工
程断面図で示す処理を行う。
に、上記で製造した層構造を、圧電体素子を適用する装
置に適合した形状にエッチング等で成形する。本実施形
態では、圧電体素子をインクジェット式記録ヘッドのア
クチュエータとして使用するため、さらに図３の製造工
程断面図で示す処理を行う。
【００５４】エッチング工程（図３(ａ)）： エッチン
グ工程は、圧電体素子４０を形成する工程である。ま
ず、上記圧電体素子の圧電体薄膜層４３および上部電極
層４４を圧力室基板２０に形成するキャビティに合わせ
た形状となるようマスクする。そしてその周囲をエッチ
ングし圧電体素子４０にする。具体的には、まずスピン
ナー法、スプレー法等の方法を用いて均一な厚さのレジ
スト材料を塗布する。次いでマスクを圧電体素子の形状
に形成してから露光し現像して、レジストパターンを上
部電極層４４上に形成する。マスクはレジスト材料がポ
ジ型かネガ型かに合わせて形成する。そして通常用いる
イオンミリング、あるいはドライエッチング法等を適用
して、上部電極層４４および圧電体薄膜層４３をエッチ
ングし除去する。以上でインクジェット式記録ヘッドに
適合した圧電体素子４０が形成できる。
グ工程は、圧電体素子４０を形成する工程である。ま
ず、上記圧電体素子の圧電体薄膜層４３および上部電極
層４４を圧力室基板２０に形成するキャビティに合わせ
た形状となるようマスクする。そしてその周囲をエッチ
ングし圧電体素子４０にする。具体的には、まずスピン
ナー法、スプレー法等の方法を用いて均一な厚さのレジ
スト材料を塗布する。次いでマスクを圧電体素子の形状
に形成してから露光し現像して、レジストパターンを上
部電極層４４上に形成する。マスクはレジスト材料がポ
ジ型かネガ型かに合わせて形成する。そして通常用いる
イオンミリング、あるいはドライエッチング法等を適用
して、上部電極層４４および圧電体薄膜層４３をエッチ
ングし除去する。以上でインクジェット式記録ヘッドに
適合した圧電体素子４０が形成できる。
【００５５】圧力室形成工程（図３（ｂ））： 圧力室
形成工程は、圧電体素子４０が形成された圧力室基板２
０の他方の面をエッチングしてキャビティ２１を形成す
る工程である。圧電体素子４０を形成した面と反対側か
ら、例えば異方性エッチング、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異方性エッチングを用
いて、キャビティ２１空間のエッチングを行う。エッチ
ングされずに残された部分が側壁２２になる。
形成工程は、圧電体素子４０が形成された圧力室基板２
０の他方の面をエッチングしてキャビティ２１を形成す
る工程である。圧電体素子４０を形成した面と反対側か
ら、例えば異方性エッチング、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異方性エッチングを用
いて、キャビティ２１空間のエッチングを行う。エッチ
ングされずに残された部分が側壁２２になる。
【００５６】ノズル板貼り合わせ工程（図３（ｃ））：
ノズル板貼り合わせ工程は、エッチング後のシリコン
基板２０にノズル板１０を接着剤で貼り合わせる工程で
ある。貼り合わせのときに各ノズル穴１１がキャビティ
２１各々の空間に配置されるよう位置合せする。最後
に、ノズル板１０が貼り合わせられた圧力室基板２０を
筐体に取り付け、インクジェット式記録ヘッド１を完成
させる。
ノズル板貼り合わせ工程は、エッチング後のシリコン
基板２０にノズル板１０を接着剤で貼り合わせる工程で
ある。貼り合わせのときに各ノズル穴１１がキャビティ
２１各々の空間に配置されるよう位置合せする。最後
に、ノズル板１０が貼り合わせられた圧力室基板２０を
筐体に取り付け、インクジェット式記録ヘッド１を完成
させる。
【００５７】なお、ノズル板と圧力室基板を一体的にエ
ッチングして形成する場合には、ノズル板の貼り合わせ
工程は不要である。すなわち、ノズル板と圧力室基板と
を併せたような形状に圧力室基板をエッチングし、最後
にキャビティに相当する位置にノズル穴を設ければよい
からである。
ッチングして形成する場合には、ノズル板の貼り合わせ
工程は不要である。すなわち、ノズル板と圧力室基板と
を併せたような形状に圧力室基板をエッチングし、最後
にキャビティに相当する位置にノズル穴を設ければよい
からである。
【００５８】（実施例）上記製造方法の実施例１とし
て、ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ０．５６Ｔｉ
０．４４）Ｏ３：ＰＺＴ）を圧電体薄膜層とする圧電体
素子を製造した。積層構造は上部から、上部電極膜Ｓｎ
Ｏ／圧電体薄膜層ＰＺＴ／下部電極層ＳｎＯ／振動板層
ＳｉＯ２／圧力室基板Ｓｉというものである。振動板層
のみ熱酸化法で製造し、残りの層にはスピンコート法に
より塗布を適用した。最後に水熱合成法により電極層と
圧電体薄膜層の結晶化を行った。
て、ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ０．５６Ｔｉ
０．４４）Ｏ３：ＰＺＴ）を圧電体薄膜層とする圧電体
素子を製造した。積層構造は上部から、上部電極膜Ｓｎ
Ｏ／圧電体薄膜層ＰＺＴ／下部電極層ＳｎＯ／振動板層
ＳｉＯ２／圧力室基板Ｓｉというものである。振動板層
のみ熱酸化法で製造し、残りの層にはスピンコート法に
より塗布を適用した。最後に水熱合成法により電極層と
圧電体薄膜層の結晶化を行った。
【００５９】また実施例２として、積層構造を上部か
ら、上部電極膜ＶＯ２／圧電体薄膜層ＰＺＴ／下部電極
層ＶＯ２／振動板層ＳｉＯ２／圧力室基板Ｓｉとした圧
電体素子を製造した。この実施例では、上部電極層およ
び下部電極層の組成が上記ＳｎＯと異なる。そのため上
記したＳｎＯのゾルに代わり、エタノール中に、トリエ
トキシバナジル（ＶＯ（ＯＣ２Ｈ５）３）およびドーパ
ントとしてチタニウムテトライソプロポキシド（Ｔｉ
（ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）４）を溶解させてゾルを形成
した。ゾルの塗布法等についてはＳｎＯの電極層形成方
法と同様である。
ら、上部電極膜ＶＯ２／圧電体薄膜層ＰＺＴ／下部電極
層ＶＯ２／振動板層ＳｉＯ２／圧力室基板Ｓｉとした圧
電体素子を製造した。この実施例では、上部電極層およ
び下部電極層の組成が上記ＳｎＯと異なる。そのため上
記したＳｎＯのゾルに代わり、エタノール中に、トリエ
トキシバナジル（ＶＯ（ＯＣ２Ｈ５）３）およびドーパ
ントとしてチタニウムテトライソプロポキシド（Ｔｉ
（ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）４）を溶解させてゾルを形成
した。ゾルの塗布法等についてはＳｎＯの電極層形成方
法と同様である。
【００６０】また実施例３として、積層構造を上部か
ら、上部電極膜ＳｎＯ／圧電体薄膜層ＰＺＴ／下部電極
層ＳｎＯ／振動板層ＺｒＯ／圧力室基板Ｓｉとした圧電
体素子を製造した。この実施例では、振動板層を熱酸化
法の代わりにゾルの塗布により製造した。この振動板層
形成のためのゾルは、２−ｎ−ブトキシエタノール中
に、テトラ−ｎ−プロポキシジルコニウム（Ｔｉ（ＣＨ
３ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）４）を溶解させて製造した。そして
振動板層の厚みが１μｍ程度になるようにスピンコーテ
ィング法により１０回程繰り返して塗布した。この実施
例では振動板層もゾルから形成されているので、振動板
層と下部電極層との間にも混合層が形成された。
ら、上部電極膜ＳｎＯ／圧電体薄膜層ＰＺＴ／下部電極
層ＳｎＯ／振動板層ＺｒＯ／圧力室基板Ｓｉとした圧電
体素子を製造した。この実施例では、振動板層を熱酸化
法の代わりにゾルの塗布により製造した。この振動板層
形成のためのゾルは、２−ｎ−ブトキシエタノール中
に、テトラ−ｎ−プロポキシジルコニウム（Ｔｉ（ＣＨ
３ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）４）を溶解させて製造した。そして
振動板層の厚みが１μｍ程度になるようにスピンコーテ
ィング法により１０回程繰り返して塗布した。この実施
例では振動板層もゾルから形成されているので、振動板
層と下部電極層との間にも混合層が形成された。
【００６１】上記実施例では、製造工程においてスピン
コート法を主体に塗布を行ったので、従来より製造装置
が少なくて済んだ。また熱処理が水熱合成一回だけなの
で、工数が少なくて済んだ。また、従来の熱処理を繰り
返すことによる膜の劣化ももちろんのこと観察されず、
信頼性向上に本発明の製造方法が有効であることが証明
できた。
コート法を主体に塗布を行ったので、従来より製造装置
が少なくて済んだ。また熱処理が水熱合成一回だけなの
で、工数が少なくて済んだ。また、従来の熱処理を繰り
返すことによる膜の劣化ももちろんのこと観察されず、
信頼性向上に本発明の製造方法が有効であることが証明
できた。
【００６２】（利点） ａ）本実施形態によれば、圧電体素子を構成するほとん
どの層を塗布法で形成可能なので、製造装置を多く用い
る必要がなく、コストダウンが図れる。
どの層を塗布法で形成可能なので、製造装置を多く用い
る必要がなく、コストダウンが図れる。
【００６３】ｂ）本実施形態によれば、各層を形成する
ごとに熱処理を加えず、積層完了後に水熱合成処理する
ので、製造工程数の削減がされ、コストダウンが図れ
る。
ごとに熱処理を加えず、積層完了後に水熱合成処理する
ので、製造工程数の削減がされ、コストダウンが図れ
る。
【００６４】ｃ）本実施形態によれば、結晶前の状態で
各層を積層してから一時に全体の結晶化がされるので、
各層間に両層の組成が混合された混合層が発生する。こ
の混合層では複雑に両層の結晶が密集しているので、層
間の密着性がよく剥離等を生じない。したがって製造時
には歩留まりがよくコストダウンが図れる。また製品と
しては信頼性が高く、寿命が長い。
各層を積層してから一時に全体の結晶化がされるので、
各層間に両層の組成が混合された混合層が発生する。こ
の混合層では複雑に両層の結晶が密集しているので、層
間の密着性がよく剥離等を生じない。したがって製造時
には歩留まりがよくコストダウンが図れる。また製品と
しては信頼性が高く、寿命が長い。
【００６５】ｄ）本実施形態によれば、水熱合成処理の
ため高熱処理をしないため下部電極元素が圧電体薄膜中
に拡散することがなく、圧電体素子の特性劣化を防止で
きる。
ため高熱処理をしないため下部電極元素が圧電体薄膜中
に拡散することがなく、圧電体素子の特性劣化を防止で
きる。
【００６６】ｅ）本実施形態によれば、高熱処理をしな
いので、各膜に特性変化や熱ストレスが発生することな
く、圧電体素子やインクジェット式記録ヘッドの信頼性
を向上させることができる。
いので、各膜に特性変化や熱ストレスが発生することな
く、圧電体素子やインクジェット式記録ヘッドの信頼性
を向上させることができる。
【００６７】ｆ）本実施形態によれば、高熱処理が不要
であり、また不良の発生率も少なくなるので、コストを
下げることができる。
であり、また不良の発生率も少なくなるので、コストを
下げることができる。
【００６８】ｇ）本実施形態によれば、高熱処理をせず
内部応力（熱応力を含む）の発生が少ないため、大面積
の圧電体素子を製造してもクラックが発生することがな
い。すなわちラインプリンタなどの大面積印刷装置に適
するインクジェット式記録ヘッドを提供可能である。
内部応力（熱応力を含む）の発生が少ないため、大面積
の圧電体素子を製造してもクラックが発生することがな
い。すなわちラインプリンタなどの大面積印刷装置に適
するインクジェット式記録ヘッドを提供可能である。
【００６９】（実施形態２）本発明の実施形態はいわゆ
るバイモルフとしての積層構造を備えた圧電体素子に関
する。図４に、本実施形態の圧電体素子の積層構造を説
明する断面図を示す。この断面図は、図６のＡ−Ａ切断
面から観察した層構造のうち、一つの圧電体素子の断面
を拡大したものである。上記実施形態１と同様の層構造
については同一の符号を付し説明を省略する。
るバイモルフとしての積層構造を備えた圧電体素子に関
する。図４に、本実施形態の圧電体素子の積層構造を説
明する断面図を示す。この断面図は、図６のＡ−Ａ切断
面から観察した層構造のうち、一つの圧電体素子の断面
を拡大したものである。上記実施形態１と同様の層構造
については同一の符号を付し説明を省略する。
【００７０】ただし、本実施形態の圧電体素子４０ｂ
は、図４に示すように、圧電体薄膜層４３と上部電極層
４４との間に、中間層４５と圧電体薄膜層４６をさらに
備えている。このような積層構造は一般にバイモルフと
呼ばれ、ひずみが拡大されるという作用効果を奏する。
は、図４に示すように、圧電体薄膜層４３と上部電極層
４４との間に、中間層４５と圧電体薄膜層４６をさらに
備えている。このような積層構造は一般にバイモルフと
呼ばれ、ひずみが拡大されるという作用効果を奏する。
【００７１】中間層４５は、下部電極層４２および上部
電極層４４と同様の組成および製造方法で製造される。
例えばＳｎＯやＶＯ２で製造することが可能である。圧
電体薄膜層４６は、圧電体薄膜層４３と同様のものでよ
いが、組成を異ならせたり、膜厚を異ならせたりしても
よい。
電極層４４と同様の組成および製造方法で製造される。
例えばＳｎＯやＶＯ２で製造することが可能である。圧
電体薄膜層４６は、圧電体薄膜層４３と同様のものでよ
いが、組成を異ならせたり、膜厚を異ならせたりしても
よい。
【００７２】さらに、圧電体薄膜層４３と中間層４５と
の間には混合層５３５が、中間層４５と圧電体薄膜層４
６との間には混合層５５６が、圧電体薄膜層４６と上部
電極層４４との間には混合層５６４がそれぞれ形成され
ている。これら混合層は、上記実施形態１で説明したの
と同様に、混合層を挟む両層の結晶が混じり合っている
層である。混合層の厚みについては上記実施形態１と同
様に考えることができる。
の間には混合層５３５が、中間層４５と圧電体薄膜層４
６との間には混合層５５６が、圧電体薄膜層４６と上部
電極層４４との間には混合層５６４がそれぞれ形成され
ている。これら混合層は、上記実施形態１で説明したの
と同様に、混合層を挟む両層の結晶が混じり合っている
層である。混合層の厚みについては上記実施形態１と同
様に考えることができる。
【００７３】上記積層構造を有する圧電体素子４０の製
造工程についても、上記実施形態１に準じて考えること
が可能である。ただし圧電体薄膜層４３のゾルを塗布し
乾燥および脱脂を行った後、上部電極層の代わりに上部
電極と同様の方法で中間層４５を形成する。中間層４５
の形成後、さらに圧電体薄膜層４３の形成と同様にして
圧電体薄膜層４６を形成する。水熱合成工程もついて
も、上記実施形態１と同様に考えることができる。この
ような製造方法によれば、結晶前の各層を積層して両層
の材料が混合された後に、水熱合成により結晶化が促進
されるので、製造工程を省略でき、コストダウンが図れ
る。また、各層間に混合層が存在するので層間の密着性
が高く、層の剥離が生じにくい。このため、製造工程に
おいては歩留まりを向上させることができ、製品におい
ては信頼性を向上させ、寿命を長くすることができる。
造工程についても、上記実施形態１に準じて考えること
が可能である。ただし圧電体薄膜層４３のゾルを塗布し
乾燥および脱脂を行った後、上部電極層の代わりに上部
電極と同様の方法で中間層４５を形成する。中間層４５
の形成後、さらに圧電体薄膜層４３の形成と同様にして
圧電体薄膜層４６を形成する。水熱合成工程もついて
も、上記実施形態１と同様に考えることができる。この
ような製造方法によれば、結晶前の各層を積層して両層
の材料が混合された後に、水熱合成により結晶化が促進
されるので、製造工程を省略でき、コストダウンが図れ
る。また、各層間に混合層が存在するので層間の密着性
が高く、層の剥離が生じにくい。このため、製造工程に
おいては歩留まりを向上させることができ、製品におい
ては信頼性を向上させ、寿命を長くすることができる。
【００７４】なお、本発明は上記層構造に限らず、さら
に多くてもよい。すなわち、上記実施形態では、圧電体
薄膜層は２層であるが、さらに３層以上であってもよ
い。圧電体薄膜層が１層増えるたびに電極層は中間層を
含めて１層増える。つまり圧電体薄膜層がｎ層（ｎは自
然数）であれば電極層はｎ＋１層存在することになる。
製造方法としては、上記実施形態１の方法を繰り返し適
用すればよい。
に多くてもよい。すなわち、上記実施形態では、圧電体
薄膜層は２層であるが、さらに３層以上であってもよ
い。圧電体薄膜層が１層増えるたびに電極層は中間層を
含めて１層増える。つまり圧電体薄膜層がｎ層（ｎは自
然数）であれば電極層はｎ＋１層存在することになる。
製造方法としては、上記実施形態１の方法を繰り返し適
用すればよい。
【００７５】（その他の変形例）本発明は、上記各実施
形態によらず種々に変形して適応することが可能であ
る。例えば、上記実施形態は、機能性薄膜として圧電体
素子を適用したものであるが、これに限定されることな
く、複数の薄膜を利用して一定の機能を奏する薄膜構造
一般に本発明を適用可能である。異なる成分の層間に混
合層が存在するため両層の密着性が極めて高く、界面で
剥離することが無い。このため、歪を生ずるような薄膜
であったりストレスが加えられたりしても層構造を保つ
ことができ、経年変化に強く信頼性の高い機能性薄膜を
提供可能である。
形態によらず種々に変形して適応することが可能であ
る。例えば、上記実施形態は、機能性薄膜として圧電体
素子を適用したものであるが、これに限定されることな
く、複数の薄膜を利用して一定の機能を奏する薄膜構造
一般に本発明を適用可能である。異なる成分の層間に混
合層が存在するため両層の密着性が極めて高く、界面で
剥離することが無い。このため、歪を生ずるような薄膜
であったりストレスが加えられたりしても層構造を保つ
ことができ、経年変化に強く信頼性の高い機能性薄膜を
提供可能である。
【００７６】なお、機能性薄膜の製造方法は、熱処理な
どによって両層の成分を拡散させ、両層の成分が混合し
た混合層を形成するなどの方法を利用する。
どによって両層の成分を拡散させ、両層の成分が混合し
た混合層を形成するなどの方法を利用する。
【００７７】圧電体素子はＰＺＴを適用したが、他の強
誘電性の圧電性セラミックスについても同様に水熱法に
よる結晶化が可能である。
誘電性の圧電性セラミックスについても同様に水熱法に
よる結晶化が可能である。
【００７８】本発明で製造した圧電体素子は上記インク
ジェット式記録ヘッドの圧電体素子のみならず、不揮発
性半導体記憶装置、薄膜コンデンサ、パイロ電気検出
器、センサ、表面弾性波光学導波管、光学記憶装置、空
間光変調器、ダイオードレーザ用周波数二倍器等のよう
な強誘電体装置、誘電体装置、パイロ電気装置、圧電装
置、および電気光学装置の製造に適応することができ
る。すなわち、本発明の圧電体素子は大面積化が可能で
コストダウンを図れるため、従来品にない用途を提供し
たり、従来の機能をさらに安く提供したりできる。
ジェット式記録ヘッドの圧電体素子のみならず、不揮発
性半導体記憶装置、薄膜コンデンサ、パイロ電気検出
器、センサ、表面弾性波光学導波管、光学記憶装置、空
間光変調器、ダイオードレーザ用周波数二倍器等のよう
な強誘電体装置、誘電体装置、パイロ電気装置、圧電装
置、および電気光学装置の製造に適応することができ
る。すなわち、本発明の圧電体素子は大面積化が可能で
コストダウンを図れるため、従来品にない用途を提供し
たり、従来の機能をさらに安く提供したりできる。
【００７９】
【発明の効果】本発明によれば、各層間に結晶構造の混
在した混合層が存在するので層間の密着性が高い。した
がって信頼性が高く寿命の長い機能性薄膜、圧電体素
子、インクジェット式記録ヘッドおよびプリンタを提供
することができる。
在した混合層が存在するので層間の密着性が高い。した
がって信頼性が高く寿命の長い機能性薄膜、圧電体素
子、インクジェット式記録ヘッドおよびプリンタを提供
することができる。
【００８０】また本発明によれば、結晶化に必要な工程
が複数層を積層した後に行う水熱合成工程のみであるた
め、製造総工程が従来品製造時より少ない。したがっ
て、製造コストの低い圧電体素子の製造方法およびイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法を提供することがで
きる。
が複数層を積層した後に行う水熱合成工程のみであるた
め、製造総工程が従来品製造時より少ない。したがっ
て、製造コストの低い圧電体素子の製造方法およびイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法を提供することがで
きる。
【図１】実施形態１の圧電体素子の層構造を説明する断
面図である。
面図である。
【図２】本発明の圧電体素子の製造方法を説明する製造
工程断面図である。
工程断面図である。
【図３】本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造方
法を説明する製造工程断面図である。
法を説明する製造工程断面図である。
【図４】実施形態２の圧電体素子の層構造を説明する断
面図である。
面図である。
【図５】本発明のプリンタの構造を説明する斜視図であ
る。
る。
【図６】本発明のインクジェット式記録ヘッドの斜視図
一部断面図である。
一部断面図である。
１０…ノズル板 ２０…圧力室基板 ３０…振動板 ４０、４０ｂ…圧電体素子 ４１…振動板層 ４２…下部電極層 ４３、４６…圧電体薄膜層 ４４…上部電極層、 ４５…中間層 ５２１，５２３，５３４，５３５，５５６，５６４…混
合層
合層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 41/22
Claims (17)
- 【請求項１】 異なる成分で形成された薄膜層の間に、
それぞれの薄膜層の成分が混合した混合層を備えている
ことを特徴とする機能性薄膜。 - 【請求項２】 少なくとも１層の圧電体薄膜層と、少な
くとも２層の電極層と、を備え、隣接する前記層間に
は、それぞれの層の成分が混合した混合層が形成されて
いることを特徴とする圧電体素子。 - 【請求項３】 少なくとも１層の振動板層をさらに備
え、当該振動板層と隣接する前記電極層との間にそれぞ
れの層の成分が混合した混合層が形成されている請求項
２に記載の圧電体素子。 - 【請求項４】 前記混合層の厚みは、５ｎｍ以上である
請求項２に記載の圧電体素子。 - 【請求項５】 前記圧電体薄膜層を構成する金属アルコ
キシドは、ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔ
ｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌ
ａ）ＴｉＯ３）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ、
Ｌａ）ＺｒＯ ３）、ジルコニウム酸チタン酸鉛ランタン
（（Ｐｂ、Ｌａ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＬＺＴ）また
はマグネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛（Ｐ
ｂ（Ｍｇ、Ｎｂ）（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺ
Ｔ）のうちいずれかの圧電性セラミックスである請求項
２に記載の圧電体素子。 - 【請求項６】 前記圧電体薄膜層を２層以上かつ前記電
極層を３層以上備え、 前記電極層の間に少なくとも一層の前記圧電体薄膜層が
挟まれて構成される請求項１または請求項３に記載の圧
電体素子。 - 【請求項７】 請求項２または請求項３のいずれか一項
に記載の圧電体素子を備えたインクジェット式記録ヘッ
ドにおいて、 圧電体素子を、インクを吐出させるための圧電アクチュ
エータとして備えていることを特徴とするインクジェッ
ト式記録ヘッド。 - 【請求項８】 請求項７に記載のインクジェット式記録
ヘッドを印字手段として備えたことを特徴とするプリン
タ。 - 【請求項９】 少なくとも１層の圧電体薄膜層と少なく
とも２層の電極層とを備える圧電体素子の製造方法であ
って、 各前記圧電体薄膜層の未結晶状態である未結晶圧電体薄
膜層を形成する工程と、 各前記電極層の未結晶状態である未結晶電極層を形成す
る工程と、 各前記未結晶圧電体薄膜層と各前記未結晶電極層とを積
層したのち、水熱合成により前記未結晶圧電体薄膜層お
よび前記未結晶電極層を結晶化させる水熱合成工程と、
を備えたことを特徴とする圧電体素子の製造方法。 - 【請求項１０】 少なくとも１層の振動板層をさらに備
える圧電体素子の製造方法であって、 前記振動板層の未結晶状態である未結晶振動板層を形成
する工程をさらに備え、 前記水熱合成工程では、各前記未結晶圧電体薄膜層と各
前記未結晶電極層との他に、前記未結晶振動板層を積層
したのち、水熱合成により当該未結晶振動板層、前記未
結晶圧電体薄膜層および前記未結晶電極層を結晶化させ
る請求項９に記載の圧電体素子の製造方法。 - 【請求項１１】 前記未結晶圧電体薄膜層を形成する工
程は、ゾルゲル法、ＭＯＤ法または共沈法によって有機
金属溶液からなる前駆体を塗布する工程と、当該前駆体
を乾燥・脱脂する工程と、を備えている請求項９に記載
の圧電体素子の製造方法。 - 【請求項１２】 前記前駆体を乾燥・脱脂する工程で
は、前記前駆体を１５０℃以上かつ２００℃以下で乾燥
させ、乾燥させた前駆体を３００℃以上かつ５００℃以
下で脱脂する請求項１１に記載の圧電体素子の製造方
法。 - 【請求項１３】 前記水熱合成工程では、脱脂された前
記前駆体を、所定のアルカリ性溶液に浸して一定条件下
で結晶化を促進させる請求項９または請求項１０のいず
れか一項に記載の圧電体素子の製造方法。 - 【請求項１４】 前記アルカリ性溶液は、ＫＯＨ、Ｂａ
（ＯＨ）２、Ｂａ（ＯＨ）２＋Ｐｂ（ＯＨ）２またはＫ
ＯＨ＋Ｐｂ（ＯＨ）２のうちいずれかを含む請求項１３
に記載の圧電体素子の製造方法。 - 【請求項１５】 前記水熱合成工程の一定条件は、１０
０℃乃至２００℃の温度下であって、かつ、１０気圧以
下の圧力下である請求項１３に記載の圧電体素子の製造
方法。 - 【請求項１６】 前記未結晶圧電体薄膜層を形成する工
程を少なくとも２回以上、かつ、前記未結晶電極層を形
成する工程を少なくとも３回以上繰り返して、前記未結
晶電極層に前記未結晶圧電体薄膜層が狭持された構造を
製造する請求項９または請求項１０のいずれか一項に記
載の圧電体素子の製造方法。 - 【請求項１７】 請求項９乃至請求項１６のいずれか一
項に記載の製造方法で製造した圧電体素子を備えるイン
クジェット式記録ヘッドの製造方法であって、 基板の一面に振動板を形成する工程と、 前記振動板に前記圧電体素子を製造する工程と、 前記圧電体素子が設けられた振動板が前記圧力室の一面
を形成するような配置で前記基板をエッチングし前記圧
力室を形成する工程と、を備えたインクジェット式記録
ヘッドの製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16386799A JP3379479B2 (ja) | 1998-07-01 | 1999-06-10 | 機能性薄膜、圧電体素子、インクジェット式記録ヘッド、プリンタ、圧電体素子の製造方法およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法、 |
| US09/345,405 US6402303B1 (en) | 1998-07-01 | 1999-07-01 | Functional thin film with a mixed layer, piezoelectric device, ink jet recording head using said piezoelectric device, and ink jet printer using said recording head |
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