JP2003298136A - 圧電体素子、液体吐出ヘッド及び圧電体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した高い圧電特性を備えた圧電体素子お
よびこれを用いた液体吐出ヘッドを提供する。 【解決手段】 ＺｒＯ_２膜３２上に、下部電極４２（Ｉ
ｒを含む）、４ｎｍ以上６ｎｍ以下のＴｉ層、圧電体薄
膜４３、および上部電極４４、を順次積層し、圧電体薄
膜形成環境の湿度を３０％Ｒｈ以下とすることで、Ｘ線
回折広角法により測定した圧電体膜４３の１００面配向
度が７０％以上、１１０面配向度が１０％以下、１１１
面配向度がこれらの残部である圧電体膜を安定して再現
性良く形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機械変換機能
を有する圧電体素子に係り、特に、インクジェット式記
録ヘッド等の液体吐出ヘッドに用いた際に優れた圧電特
性が得られる圧電体素子、液体吐出ヘッド、および圧電
体素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式記録ヘッドは、プリン
タのインク吐出の駆動源として圧電体素子を用いる。こ
の圧電体素子は、一般的に、圧電体薄膜とこれを挟んで
配置される上部電極および下部電極とを備えて構成され
る。

【０００３】従来、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）か
らなる薄膜の結晶構造を規定したり、下部電極上にＴｉ
核を形成させることにより、特性改善を図った圧電体素
子があるたとえば、菱面体晶系の結晶構造を備えかつ所
定の配向度を備えたＰＺＴ薄膜がある（特許文献１参
照。）。また、Ｉｒの下部電極上にＴｉ核を形成した圧
電体素子がある（特許文献２参照。）。

【０００４】

【特許文献１】特開平１０−８１０１６号公報

【特許文献２】特開平８−３３５６７６号公報

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の圧電体
素子製造工程では、圧電体薄膜の所望の結晶面配向度を
安定して得ることが困難であるという問題があった。こ
のような圧電体素子は、結晶面の配向度が安定しない結
果、高い圧電特性を安定して得ることが難しく、インク
ジェット式記録ヘッドないしはプリンタの印字性能を十
分に得られない要因となっている。

【０００５】本発明の目的は、圧電体薄膜形成工程の湿
度を制御することにより、圧電体薄膜の配向度を安定し
て再現性良く得ることで上記問題点を解消して、安定し
た高い圧電特性を備えた圧電体素子及びこれを用いた液
体吐出ヘッド並びに圧電体素子の製造方法を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電体素子は、
ＺｒＯ_２膜上に形成された下部電極と、該下部電極上に
形成された圧電体薄膜と、該圧電体薄膜上に形成された
上部電極とを備え、前記圧電体薄膜は、膜形成時の湿度
が３０％Ｒｈ以下の範囲に選択されることにより、Ｘ線
回折広角法により測定した１００面配向度が７０％以上
である圧電体薄膜を安定して得ることができる。

【０００７】ただし、湿度は室温２５℃における相対湿
度を指すもので、厳密には大気中に存在する水分量、す
なわち絶対湿度に依存するものである。

【０００８】なお、１００面、１１０面、１１１面の各
面配向度は、各面のＸ線回折広角法で測定した回折強度
の和を１００％としたときの割合で示すものとする。

【０００９】また、前記圧電体薄膜の１００面以外の面
配向度は、１１０面配向度が１０％以下、１１１面配向
度はそれらの残部として与えられることが望ましい。

【００１０】また、前記下部電極は、Ｉｒ／Ｐｔ／Ｉ
ｒ、Ｉｒ／Ｐｔ、Ｐｔ／Ｉｒなど、少なくともＩｒ層を
含むものからなることが望ましい。

【００１１】また、前記下部電極上に形成するＴｉ核の
厚みは３〜７ｎｍとするのが望ましく、更に好ましくは
４〜６ｎｍとする。

【００１２】また、本発明は、前記下部電極形成後Ｔｉ
核形成前に、下部電極にパターニングを施すことで基板
上に形成された下部電極膜の所望の領域をＺｒＯ_２膜上
より除去し、その後に該下部電極上にＴｉ核を成長し、
更に該Ｔｉ核上にゾルゲル法により圧電体薄膜を形成す
る。これにより、圧電体薄膜の１００面配向度の安定し
た制御を可能とすることができる。

【００１３】更に、本発明の圧電体素子製造システム
は、下部電極上に圧電体薄膜を形成する工程を実行可能
な製造装置と、当該圧電体薄膜の形成環境を湿度３０％
Ｒｈ以下に調整する湿度調整装置とを備えたことを特徴
とする。

【００１４】なお、本願にいう「１００面配向度」と
は、Ｘ線回折広角法においてＣｕＫα線を用いたときの
ＸＹＺ面に対応するピーク（２θ）の回折強度をＩ（Ｘ
ＹＺ）と表記したとき、Ｉ（１００）の、Ｉ（１００）
とＩ（１１０）とＩ（１１１）の和に対する比率を意味
する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を、図面を参照しながら説明する。

【００１６】＜１．インクジェットプリンタの全体構成
＞図１は、本実施形態の圧電体素子が使用される液体吐
出装置であるプリンタの構造を説明する斜視図である。
このプリンタには、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、本発明の液体吐出ヘッドの一例であるインクジェ
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。

【００１７】インクジェット式記録ヘッド１は基板上に
形成された複数の圧電体素子を備え、制御回路８から供
給される吐出信号に対応して、ノズルからインク等の液
体を吐出可能に構成されている。

【００１８】本体２は、プリンタの筐体であって、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に印字可能なようにインクジェット式記録ヘ
ッド１を配置している。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。

【００１９】供給機構６は、モータ６００、ローラ６０
１・６０２、その他の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
６００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。

【００２０】制御回路８は、図示しないＣＰＵ、ＲＯ
Ｍ、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、駆動信号を供給機構６に供給した
り、吐出信号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。

【００２１】本実施形態のプリンタは、後述の安定した
高い圧電特性を有し良好な印字性能を有するインクジェ
ット式記録ヘッドを備えているので、性能の高いプリン
タとなっている。

【００２２】＜２．インクジェット式記録ヘッドの構成
＞図２は、本発明の一実施形態によるインクジェット式
記録ヘッドの主要部の構造を示す分解斜視図である。

【００２３】図２に示すように、インクジェット式記録
へッドは、ノズル板１０、圧力室基板２０、振動板３０
を備えて構成される。

【００２４】圧力室基板２０は、圧力室（キャビティ）
２１、側壁２２、リザーバ２３および供給口２４を備え
ている。圧力室２１は、シリコン等の基板をエッチング
することにより、インクなどを吐出するために貯蔵する
空間として形成されたものである。側壁２２は、圧力室
２１を仕切るよう形成されている。リザーバ２３は、イ
ンクを共通して各圧力室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から各圧力室２１
へインクを導入可能に形成されている。

【００２５】ノズル板１０は、圧力室基板２０に設けら
れた圧力室２１の各々に対応する位置にそのノズル１１
が配置されるよう、圧力室基板２０の一方の面に形成さ
れている。

【００２６】振動板３０は、後述するように酸化膜３１
とＺｒＯ_２膜３２とを積層して形成されたものであり、
圧力室基板２０の他方の面に形成されている。振動板３
０には、図示しないインクタンク口が設けられて、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。

【００２７】ノズル板１０および振動板３０が設けられ
た圧力室基板２０は、さらに筐体２５に収められてイン
クジェット式記録ヘッド１を構成している。

【００２８】＜３．圧電体素子の構成＞図３は、上記イ
ンクジェット式記録ヘッドの圧電体素子部分を拡大した
平面図（ａ）、そのｉ−ｉ線断面図（ｂ）及びii−ii線
断面図（ｃ）である。

【００２９】図３に示すように、圧電体素子４０は、酸
化膜３１上にＺｒＯ_２膜３２、下部電極４２、圧電体薄
膜４３および上部電極４４を順次積層して構成されてい
る。

【００３０】酸化膜３１は、例えば厚さ２２０μｍの単
結晶シリコンからなる圧力室基板２０上に絶縁膜として
形成する。好適には、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）からなる
膜を１．０μｍの厚さに形成して得る。

【００３１】ＺｒＯ_２膜３２は、弾性を備える層であっ
て、酸化膜３１と一体となって振動板３０を構成してい
る。このＺｒＯ_２膜３２は、弾性を与える機能を備える
ため、好ましくは、２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の厚
みを有する。

【００３２】ＺｒＯ_２膜３２と下部電極４２の間には、
双方の層を密着するような金属、好ましくは、チタンま
たはクロムからなる密着層（図示しない）を設けてもよ
い。密着層は、圧電体素子の設置面への密着性を良くす
るために形成するものであり、当該密着性が確保できる
場合には形成しなくてもよい。また、密着層を設ける場
合、好ましくは、１０ｎｍ以上の厚みとする。

【００３３】下部電極４２は、ここでは少なくともＩｒ
を含む層、例えば最下層からＩｒを含む層／Ｐｔを含む
層／Ｉｒを含む層の層構造となっている。下部電極４２
の全体の厚みは、例えば１００ｎｍとする。

【００３４】下部電極４２の層構造はこれに限らず、Ｉ
ｒを含む層／Ｐｔを含む層、またはＰｔを含む層／Ｉｒ
を含む層なる２層構造でもよい。また、Ｉｒを含む層の
みで構成しても良い。

【００３５】圧電体薄膜４３は圧電性セラミックスの結
晶で構成された強誘電体であり、好ましくは、チタン酸
ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、こ
れに酸化ニオブ、酸化ニッケルまたは酸化マグネシウム
等の金属酸化物を添加したものからなる。圧電体薄膜４
３の組成は圧電体素子の特性、用途等を考慮して適宜選
択する。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チ
タン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ジル
コニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン
（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛
ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）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）Ｏ_３）等が好適に用いら
れる。また、チタン酸鉛やジルコニウム酸鉛にニオブ
（Ｎｂ）を適宜添加することにより、圧電特性に優れた
膜を得ることができる。

【００３６】圧電体薄膜４３は、Ｘ線回折広角法により
測定した１００面配向度が７０％以上の膜であり、特に
８０％以上が好ましい。そして、１１０面配向度は１０
％以下、１１１面配向度が残部である。但し、１００面
配向度、１１０面配向度及び１１１面配向度の和は１０
０％とする。

【００３７】圧電体薄膜４３の厚みは、製造工程でクラ
ックが発生しない程度に抑え、一方、十分な変位特性を
呈する程度に厚くする必要があり、例えば１０００ｎｍ
以上１５００ｎｍ以下とする。

【００３８】上部電極４４は、下部電極４２と対になる
電極であり、好適には、ＰｔまたはＩｒにより構成され
る。上部電極４４の厚みは、好適には５０ｎｍ程度であ
る。

【００３９】下部電極４２は各圧電体素子に共通な電極
となっている。これに対して配線用下電極４２ａは下部
電極４２と同じ高さの層に位置するが、下部電極４２や
他の配線用下電極４２ａとは分離され、細帯電極４５を
介して上部電極４４に導通可能になっている。

【００４０】＜４．インクジェット式記録ヘッドの動作
＞上記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
号が供給されず圧電体素子の下部電極４２と上部電極４
４との間に電圧が印加されていない場合、圧電体膜４３
には変形を生じない。吐出信号が供給されていない圧電
体素子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１１からインク滴は吐出されな
い。

【００４１】一方、制御回路８から吐出信号が供給され
圧電体素子の下部電極４２と上部電極４４との間に一定
電圧が印加された場合、圧電体膜４３に変形を生じる。
吐出信号が供給された圧電体素子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１
１からインク滴が吐出される。ヘッド中で印刷させたい
位置の圧電体素子に吐出信号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。

【００４２】＜５．製造方法＞次に、本発明の圧電体素
子の製造方法を説明する。図４及び図５は、本発明の一
実施形態による圧電体素子及びインクジェット式記録ヘ
ッドの製造方法を示す断面模式図である。

【００４３】圧電体薄膜の形成を含む下記の圧電体前駆
体膜を形成する工程（Ｓ５）と焼成工程（Ｓ６）は、湿
度３０％Ｒｈ以下の環境下で実行される。

【００４４】酸化膜形成工程（Ｓ１） この工程は、シリコン基板２０を酸素或いは水蒸気を含
む酸化性雰囲気中で高温処理し、酸化珪素（ＳｉＯ_２）
からなる酸化膜３１を形成する工程である。この工程に
は通常用いる熱酸化法の他、ＣＶＤ法を使用することも
できる。

【００４５】ＺｒＯ_２膜を形成する工程（Ｓ２） 圧力室基板２０の一面上に形成された酸化膜３１の上
に、ＺｒＯ_２膜３２を形成する工程である。このＺｒＯ
_２膜３２は、スパッタ法または真空蒸着法等によりＺｒ
の層を形成したものを酸素雰囲気中で高温処理して得ら
れる。

【００４６】下部電極を形成する工程（Ｓ３） ＺｒＯ_２膜３２上に下部電極４２を形成する。例えば、
まずＩｒを含む層を形成し、次いでＰｔを含む層を形成
し、更にＩｒを含む層を形成する。

【００４７】下部電極４２を構成する各層は、それぞれ
ＩｒまたはＰｔをＺｒＯ_２膜３２上に、スパッタ法等で
付着させて形成する。なお、下部電極４２の形成に先立
ち、チタン又はクロムからなる密着層（図示せず）をス
パッタ法又は真空蒸着法により形成しても良い。

【００４８】なお、圧電体薄膜４３の配向制御のために
下部電極中のＰｔを含む層の厚さを下部電極全体の厚み
に対して特定の割合にすることも考えられる。しかし、
本実施形態ではＰｔを含む層の厚さの下部電極全体の厚
みに対する割合に特に制限はないので、下部電極４２全
体の厚さも薄くすることができ、圧電体薄膜４３の歪み
を効果的に圧力室２１に伝達させることができる。

【００４９】下部電極形成後のパターニング工程（Ｓ
４） 下部電極形成後、これを配線用下電極４２ａと分離する
ため、まず下部電極層４２を所望の形状にマスクし、そ
の周辺をエッチングすることでパターニングを行う。具
体的には、まずスピンナー法、スプレー法等により均一
な厚みのレジスト材料を下部電極上に塗布し（図示せ
ず）、次いで、マスクを圧電体素子の形状に形成してか
ら露光・現像して、レジストパターンを下部電極上に形
成する（図示せず）。これに通常用いるイオンミリング
又はドライエッチング法等により下部電極をエッチング
除去しＺｒＯ_２膜３２を露出させる。

【００５０】更に、前記パターニング工程において下部
電極表面に付着した汚染物質や酸化部分等を除去するた
め、逆スパッタリングによるクリーニングを行う（図示
せず）。

【００５１】Ｔｉ核（層）を形成する工程 この工程は、スパッタ法等により、下部電極４２上にＴ
ｉ核（層）（図示せず）を形成する工程である。Ｔｉ核
（層）を形成するのは、Ｔｉ結晶を核としてＰＺＴを成
長させることにより、結晶成長が下部電極側から起こ
り、緻密で柱状の結晶が得られるからである。

【００５２】また、Ｔｉ核（層）の平均厚みは３〜７ｎ
ｍ、好ましくは４〜６ｎｍである。

【００５３】圧電体前駆体膜を形成する工程（Ｓ５） この工程は、ゾルゲル法により、圧電体前駆体膜４３’
を形成する工程である。

【００５４】まず、有機金属アルコキシド溶液からなる
ゾルをスピンコート等の塗布法によりＴｉ核上に塗布す
る。次いで、一定温度で一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発
させる。乾燥後、さらに大気雰囲気下において所定の高
温で一定時間脱脂し、金属に配位している有機の配位子
を熱分解させ、金属酸化物とする。この塗布、乾燥、脱
脂の各工程を所定回数、例えば２回繰り返して２層から
なる圧電体前駆体膜を積層する。これらの乾燥と脱脂処
理により、溶液中の金属アルコキシドと酢酸塩とは配位
子の熱分解を経て金属、酸素、金属のネットワークを形
成する。

【００５５】焼成工程（Ｓ６） 圧電体前駆体膜４３’の形成後、焼成して圧電体薄膜を
結晶化させる工程である。この焼成により、圧電体前駆
体膜４３’は、アモルファス状態から菱面体結晶構造を
とるようになり、電気機械変換作用を示す薄膜へと変化
し、Ｘ線回折広角法により測定した１００面配向度が８
０％の圧電体薄膜４３となる。

【００５６】以上のような前駆体膜の形成（Ｓ５）とそ
の焼成（Ｓ６）とを複数回繰り返すことにより、圧電体
薄膜を所望の膜厚とすることができる。例えば１回の焼
成につき塗布する前駆体膜の膜厚を２００ｎｍとし、こ
れを５回繰り返す。２回目以降の焼成により形成される
層は、順次下層の圧電体膜の影響を受けて結晶成長し、
圧電体薄膜全体にわたって、１００面配向度が８０％と
なる。

【００５７】上部電極形成工程（Ｓ７） 圧電体薄膜４３上に、電子ビーム蒸着法またはスパッタ
法により上部電極４４を形成する。

【００５８】圧電体薄膜及び上部電極除去工程（Ｓ８） 圧電体薄膜４３及び上部電極４４を、圧電体素子の所定
形状にパターニングする工程である。具体的には、上部
電極４４上にレジストをスピンコートした後、圧力室が
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４
４、圧電体薄膜４３をイオンミリング等でエッチングす
る。以上の工程で、圧電体素子４０が形成される。

【００５９】細帯電極形成工程（Ｓ９） 次に、上部電極４４と配線用下電極４２ａを導通する細
帯電極４５を形成する。細帯電極４５の材質は剛性が低
く、電気抵抗が低い金が好ましい。他に、アルミニウ
ム、銅なども好適である。細帯電極４５は約０．２μｍ
の膜厚で成膜し、その後各上部電極と配線用下電極との
導通部が残るようにパターニングする。

【００６０】圧力室形成工程（Ｓ１０） 次に、圧電体素子４０が形成された圧力室基板２０の他
方の面に、異方性エッチングまたは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
を施し、圧力室２１を形成する。エッチングされずに残
された部分が側壁２２になる。

【００６１】ノズル板貼り合わせ工程（Ｓ１１） 最後に、エッチング後の圧力室基板２０にノズル板１０
を接着剤で貼り合わせる。貼り合わせのときに各ノズル
１１が圧力室２１各々の空間に配置されるよう位置合わ
せする。ノズル板１０が貼り合わせられた圧力室基板２
０を図示しない筐体に取り付け、インクジェット式記録
ヘッド１を完成させる。

【００６２】＜６．実施例＞図６に、ＺｒＯ_２膜上にパ
ターニングされた下部電極を形成後、Ｔｉ核を形成し、
更に圧電体薄膜であるＰＺＴ膜を形成した圧電体素子に
ついて、圧電体薄膜の１００面配向度と膜形成時の湿度
との関係を測定した結果を示す。

【００６３】圧電体薄膜の１００面配向度は湿度の上昇
と共に減少する傾向を示し、湿度が３０％Ｒｈ以下の範
囲において１００面配向度が７０％以上の膜が安定して
得られる。湿度の範囲を３０％Ｒｈ以下としたのは、湿
度が３０％Ｒｈより超える範囲の場合、圧電体前駆体膜
４３’に水分が吸着されやすくなり、焼成の際に１００
面の結晶成長が阻害されてしまうことを抑制するためで
ある。

【００６４】図７は圧電体薄膜の１１０面配向度と膜形
成時の湿度との関係である。１１０面配向度は湿度の上
昇につれて増加する傾向を示し、湿度３０％Ｒｈ以下に
おいて１１０面の配向度は１０％以下である。

【００６５】なお、ＰＺＴ膜の１１１面配向度は、１０
０面及び１１０面の配向度の残部により与えられる。

【００６６】図８は、１００面配向度と圧電ｄ_３１定数
との関係を示す図である。具体的には、種々の１００面
配向度を有する膜厚１．５μｍのＰＺＴ膜を用意し、こ
れらにまず電圧３０Ｖで、矩形波で１億パルスの電圧を
印加した後で、圧電ｄ_３１定数を、電圧２５Ｖの場合と
電圧３０Ｖの場合とで測定したものである。

【００６７】測定の結果、電圧が２５Ｖあるいは３０Ｖ
いずれの場合でも、１００面配向度が７０％以上の場合
に高い圧電定数を示した。また、１００面配向度が７０
％以上でも、特に圧電体膜に大きな電界のかかる電圧３
０Ｖの場合には、１００面配向度がより高い方が、より
高い圧電定数を示した。液体吐出ヘッドの高密度化に伴
い、圧電体膜が薄膜化されればされるほど、圧電体膜に
大きな電界をかけて駆動することになるが、そのような
大きな電界をかける場合を想定すると、１００面配向度
が８０％以上であることがより好ましい。

【００６８】なお、１億パルスの電圧を印加した後で上
記測定を行った理由は、圧力室２１をエッチングで形成
した際の応力を緩和させるとともに、ＰＺＴ膜の分極を
安定化させるためである。

【００６９】＜７．製造装置＞図９は、本発明の圧電体
素子製造システムの概念図である。圧電体素子製造シス
テムは、圧電体素子製造装置６０、湿度センサ７０、湿
度調整装置８０を備えている。

【００７０】圧電体薄膜製造装置６０は、下部電極上に
圧電体薄膜５０を形成する工程を実行可能に構成されて
いる。湿度センサ７０が圧電体薄膜製造装置６０内に取
り付けられ、湿度センサ７０により、圧電体薄膜形成環
境湿度を検知する。湿度センサ７０は検知信号を湿度調
整装置８０に送信し、湿度調整装置８０は受信信号によ
り圧電体薄膜形成環境湿度を制御する。

【００７１】これにより、圧電体薄膜の形成環境を湿度
３０％Ｒｈ以下に調整することができる。

【００７２】＜８．その他の応用例＞本発明は、上記実
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、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。

【００７３】また、本発明の液体吐出ヘッドは、インク
ジェット記録装置に用いられるインクを吐出するヘッド
以外にも、液晶ディスプレイ等のためのカラーフィルタ
の製造に用いられる色材を含む液体を吐出するヘッド、
有機ＥＬディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）
等の電極形成に用いられる電極材料を含む液体を吐出す
るヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物を
含む液体を吐出するヘッド等、種々の液体を噴射するヘ
ッドに適用することが可能である。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、圧電体薄膜の１００面
配向度を安定して再現性良く得ることができる。ひいて
は、圧電体薄膜の１００面配向度と１１１面配向度との
比率を再現性良く得ることができる。これにより、高周
波および低周波のいずれにおいても安定した高い圧電特
性を備えた圧電体素子およびこれを用いた液体吐出ヘッ
ド並びに圧電体素子の製造方法を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態による圧電体素子が使用
されるプリンタの構造を説明する斜視図である。

【図２】 本発明の一実施形態によるインクジェット式
記録ヘッドの主要部の構造を示す分解斜視図である。

【図３】 上記インクジェット式記録ヘッドの圧電体素
子部分を拡大した平面図（ａ）、そのｉ−ｉ線断面図
（ｂ）及びii−ii線断面図（ｃ）である。

【図４】 本発明の一実施形態によるインクジェット式
記録ヘッドの製造方法を示す断面模式図である。

【図５】 本発明の一実施形態によるインクジェット式
記録ヘッドの製造方法を示す断面模式図である。

【図６】 １００面配向度と環境湿度との関係を示す図
である。

【図７】 １１０面配向度と環境湿度との関係を示す図
である。

【図８】 １００面配向度と圧電ｄ_３１定数との関係を
示す図である。

【図９】 圧電体素子製造システムの概念図である。

【符号の説明】

２０…圧力室基板、３０…振動板、３１…酸化膜、３２
…ＺｒＯ_２膜、４０…圧電体素子、４２…下部電極、４
３…圧電体薄膜、４４…上部電極、５０…圧電体薄膜、
６０…圧電体薄膜製造装置、７０…湿度センサ、８０…
湿度調整装置である。

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 41/187 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｄ 41/22 41/18 １０１Ｂ 41/24 １０１Ｃ １０１Ｄ １０１Ｊ Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ａ １０３Ｈ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下部電極と、前記下部電極上に形成され
   た圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜上に形成された上部電
   極と、を備えた圧電体素子において、 前記圧電体薄膜は、菱面体構造を有し、Ｘ線回折広角法
   により測定した１００面配向度が７０％以上であること
   を特徴とする圧電体素子。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記圧電体薄膜は、Ｘ線回折広角法により測定した１１
   ０面配向度が１０％以下であり、残部が１１１面配向で
   あることを特徴とする圧電体素子。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の圧電体素
   子を駆動素子として備えることを特徴とする液体吐出ヘ
   ッド。
4. 【請求項４】 ＺｒＯ_２膜上に少なくともＩｒ層を有す
   る下部電極を形成する工程と、 前記下部電極上に、Ｔｉ核を形成した後、湿度３０％Ｒ
   ｈ以下の環境下で圧電体薄膜を形成する工程と、 前記圧電体薄膜上に上部電極を形成する工程と、を備え
   たことを特徴とする圧電体素子の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記Ｔｉ核は、３ｎｍ以上７ｎｍ以下の厚さに形成する
   ことを特徴とする圧電体素子の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項４又は請求項５において、 前記圧電体薄膜は、ゾルゲル法により形成することを特
   徴とする圧電体素子の製造方法。
7. 【請求項７】 請求項４乃至請求項６の何れか一項に記
   載の製造方法により製造した圧電体素子を備える液体吐
   出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形成する工程と、 前記基板をエッチングし圧力室を形成する工程と、を備
   えた液体吐出ヘッドの製造方法。
8. 【請求項８】 下部電極上に圧電体薄膜を形成する工程
   を実行可能な製造装置と、当該圧電体薄膜の形成環境を
   湿度３０％Ｒｈ以下に調整する湿度調整装置とを備えた
   ことを特徴とする、圧電体素子製造システム。