(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極と下部電極に挟まれる圧電体膜を備える圧電体素子において、前記圧電体膜は（１００）面方位に優先配向処理された多結晶体から構成され、さらに上部電極と下部電極の少なくとも一方が圧電体膜内部に圧縮応力を与える薄膜で構成されていることを特徴とする圧電体素子。
【請求項２】
前記薄膜は、熱アニール処理された導電性薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の圧電体素子。
【請求項３】
上部電極と下部電極に挟まれる圧電体膜を備える圧電体素子において、前記圧電体膜は（１１１）面方位に優先配向処理された多結晶体から構成され、さらに上部電極と下部電極の少なくとも一方が圧電体膜内部に引っ張り応力を与える薄膜で構成されていることを特徴とする圧電体素子。
【請求項４】
前記薄膜は、酸化処理或いは窒化処理された導電性薄膜であることを特徴とする請求項３に記載の圧電体素子。
【請求項５】
前記圧電体素子は上部電極よりも下部電極の方が広いテーパ形状となっており、エッジ部分のテーパ角が４５°未満であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の圧電体素子。
【請求項６】
上部電極と下部電極に挟まれる圧電体膜を備える圧電体素子の製造方法において、前記圧電体膜を（１００）面方位に優先配向処理して成膜する工程と、上部電極と下部電極の少なくとも一方を圧電体膜内部に圧縮応力を与える薄膜で成膜する工程を備えた圧電体素子の製造方法。
【請求項７】
上部電極と下部電極に挟まれる圧電体膜を備える圧電体素子の製造方法において、前記圧電体膜を（１００）面方位に優先配向処理して成膜する工程と、上部電極と下部電極の少なくとも一方を熱アニール処理することで圧電体膜内部に圧縮応力を与える薄膜とする工程を備えた圧電体素子の製造方法。
【請求項８】
上部電極と下部電極に挟まれる圧電体膜を備える圧電体素子の製造方法において、前記圧電体膜を（１１１）面方位に優先配向処理して成膜する工程と、上部電極と下部電極の少なくとも一方を圧電体膜内部に引っ張り応力を与える薄膜で成膜する工程を備えた圧電体素子の製造方法。
【請求項９】
上部電極と下部電極に挟まれる圧電体膜を備える圧電体素子の製造方法において、前記圧電体膜を（１１１）面方位に優先配向処理して成膜する工程と、上部電極と下部電極の少なくとも一方を酸化処理或いは窒化処理することで圧電体膜内部に引っ張り応力を与える薄膜とする工程を備えた圧電体素子の製造方法。
【請求項１０】
圧電体素子全体を上部電極よりも下部電極の方が広いテーパ形状とし、且つエッジ部分のテーパ角を４５°未満にする工程を備えた請求項６乃至請求項９のうち何れか１項に記載の圧電体素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項５のうち何れか１項に記載の圧電体素子と、当該圧電体素子の機械的変位によって内容積が変化する加圧室と、当該加圧室に連通してインク滴を吐出する吐出口とを備えたインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１２】
前記吐出口は、主走査方向と略平行にライン状に列設されていることを特徴とする請求項１１に記載のインクジェット式記録ヘッド。
【請求項１３】
請求項１１又は請求項１２に記載のインクジェット式記録ヘッドを印字機構に備えたインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電セラミックス等の圧電体を利用した圧電体素子に係わり、特に、圧電体素子を構成する上部電極及び下部電極の改良技術に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
インク吐出用の駆動源、即ち、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する素子として、従来からチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体素子を使用したインクジェット式記録ヘッドがある。このインクジェット式記録ヘッドは、一般には、多数の個別インク通路（インクキャビティやインク溜り等）を形成した加圧室基板と、全ての個別インク通路を覆うように加圧室基板に取り付けた振動板膜と、この振動板膜の前記個別インク通路上に対応する各部分に被着形成した圧電体素子（電気機械変換素子）とを備えて構成されている。この構成のインクジェット式記録ヘッドは、圧電体素子に電界を加えて振動板を変位させることにより、個別インク通路内に収容されているインクを、個別インク通路に設けられたノズルプレートに開口しているノズルから吐出すように設計されている。
【０００３】
ところで、ＰＺＴのような圧電体材料の選定は、誘電率、電気機械結合係数、圧電歪定数や、電界誘起による機械的変位の大きな結晶構造を探索することによって行われる。圧電体材料の結晶構造が圧電特性に与える影響を考慮し、特開平１０−８１０１６号公報において、優先配向方位が（１１１）面方位、或いは（１００）面方位である菱面体晶系のＰＺＴ系圧電材料が良好な圧電特性を示すことが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、圧電体膜を（１００）面方位に優先配向すると、分極軸が変位方向（加圧室を圧縮する方向）に対してやや傾きを持つため、その状態で変位を生じさせても圧電体膜が有する本来の変位量を得ることができない。
【０００５】
また、圧電体膜を（１１１）面方位に優先配向すると、圧電体膜の変位は（１１１）方向（変位方向）への変位と分極軸の反転によって生じるが、この場合、（１１１）方向の分極軸は圧電体膜の内部応力により伸び切っており、また、分極軸の反転は圧電体膜内の内部応力により抑制されているため、さらなる変位量の向上は期待することができない。
【０００６】
そこで、本発明は（１００）面方位或いは（１１１）面方位に優先配向している圧電体膜を有する圧電体素子において、従来の構成よりも変位量を向上させることのできる圧電体素子及びその製造方法を提供することを課題とする。また、当該圧電体素子をインク吐出駆動源とするインクジェット式記録ヘッド及びインクジェットプリンタを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するべく、本発明の圧電体素子は、上部電極と下部電極に挟まれる圧電体膜を備えており、前記圧電体膜は（１００）面方位に優先配向処理された多結晶体から構成され、さらに上部電極と下部電極の少なくとも一方が圧電体膜内部に圧縮応力を与える薄膜で構成されていることを特徴とする。
【０００８】
上部電極と下部電極の少なくとも一方を上記の薄膜で構成することで、圧電体膜は圧縮応力を受ける膜となる。（１００）面方位に優先配向された圧電体膜は圧縮応力を受けることで分極軸がより変位方向（例えば、加圧室を加圧する方向）へ向くため、圧電体素子の変位量を向上させることができる。
【０００９】
本発明の他の形態として、圧電体膜を（１１１）面方位に優先配向処理された多結晶体から構成し、さらに上部電極と下部電極の少なくとも一方を圧電体膜内部に引っ張り応力を与える薄膜で構成する。
【００１０】
上部電極と下部電極の少なくとも一方を電極内部に圧縮応力を生じる薄膜とすることで、圧電体膜は引っ張り応力を受ける膜となる。（１１１）面方位に優先配向された圧電体膜は（１１１）方向（圧電体素子の変位方向）へ分極軸が反転することで圧電体素子の変位を生じるが、当該圧電体膜は引っ張り応力を受けることで、内部応力により飽和していた（１１１）方向の分極軸の伸びが緩和され、さらに結晶が面内方向へ拡がることで分極軸の反転に必要な空間的余裕が形成されるため圧電体素子の変位量を向上させることができる。
【００１１】
ここで、本明細書における膜応力の定義をする。薄い基板に薄膜が成膜されると、基板には当該薄膜の膜応力による反りが現れるのが一般的である。この反りの基板に対する方向により引張り応力と圧縮応力を区別する。例えば、基板が薄膜を内側にして反る場合を膜内に引張り応力が存在すると定義し、基板が薄膜を外側にして反る場合を膜内に圧縮応力が存在すると定義する。基板を加圧室に喩えると、薄膜に引張り応力が存在する場合には薄膜は加圧室を加圧する方向に反り、薄膜に圧縮応力が存在する場合には薄膜は加圧室を減圧する方向に反ることになる。以上の定義は、“薄膜の力学的特性評価技術（株）リアライズ社  第２１８頁〜２１９頁  平成４年３月１９日発行”に基づいている。
【００１２】
また、本発明の圧電体素子は上部電極よりも下部電極の方が広いテーパ形状となっており、エッジ部分のテーパ角が４５°未満であることを特徴とする。かかる構成により、上部電極或いは下部電極による圧電体膜中の応力状態を保持することができる。
【００１３】
本発明の圧電体素子の製造方法は、上部電極と下部電極に挟まれる圧電体膜を備える圧電体素子の製造方法において、前記圧電体膜を（１００）面方位に優先配向処理して成膜する工程と、上部電極と下部電極の少なくとも一方を圧電体膜内部に圧縮応力を与える薄膜で成膜する工程を備える。当該薄膜は導電性薄膜を熱アニール処理することで圧電体膜内部に圧縮応力を与える薄膜とすることができる。
【００１４】
本発明の他の形態として、圧電体膜を（１１１）面方位に優先配向処理して成膜する工程と、上部電極と下部電極の少なくとも一方を圧電体膜内部に引っ張り応力を与える薄膜で成膜する工程とを備える。当該薄膜は導電性薄膜を熱酸化処理或いは窒化処理することで圧電体膜内部に引っ張り応力を与える薄膜とすることができる。
【００１５】
本発明のインクジェット式記録ヘッドは、本発明の圧電体素子と、当該圧電体素子の機械的変位によって内容積が変化する加圧室と、当該加圧室に連通してインク滴を吐出する吐出口とを備える。当該出口は、主走査方向と略平行にライン状に列設されていることが好ましい。また、本発明のインクジェットプリンタは本発明のインクジェット式記録ヘッドを印字機構に備える。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、各図を参照して本実施の形態について説明する。
【００１７】
図１にインクジェットプリンタの構成図を示す。インクジェットプリンタは、主にインクジェット式記録ヘッド１００、本体１０２、トレイ１０３、ヘッド駆動機構１０６を備えて構成されている。インクジェット式記録ヘッド１００は、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの計４色のインクカートリッジ１０１を備えており、フルカラー印刷が可能なように構成されている。また、このインクジェットプリンタは、内部に専用のコントローラボード等を備えており、インクジェット式記録ヘッド１００のインク吐出タイミング及びヘッド駆動機構１０６の走査を制御し、高精度なインクドット制御、ハーフトーン処理等を実現する。また、本体１０２は背面にトレイ１０３を備えるとともに、その内部にオートシードフィーダ（自動連続給紙機構）１０５を備え、記録用紙１０７を自動的に送り出し、正面の排出口１０４から記録用紙１０７を排紙する。記録用紙１０７として、普通紙、専用紙、推奨ＯＨＰシート、光沢紙、光沢フィルム、レベルシート、官製葉書等が利用できる。
【００１８】
次に、インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図を図２に示す。ここではインクの共通通路が加圧室基板内に設けられるタイプを示す。同図に示すように、インクジェット式記録ヘッドは加圧室基板１、ノズルプレート２及び基体３から構成される。加圧室基板１はシリコン単結晶基板がエッチング加工された後、各々に分離される。加圧室基板１には複数の短冊状の加圧室１０が設けられ、全ての加圧室（キャビティ）１０にインクを供給するための共通通路１２を備える。加圧室１０の間は側壁１１により隔てられている。加圧室基板１の基体３側にはインク吐出駆動源として圧電体素子が取り付けられている。各圧電体素子からの配線はフレキシブルケーブルである配線基板４に収束され、プリントエンジン部によって制御される。
【００１９】
ノズルプレート２は加圧室基板１に貼り合わされる。ノズルプレート２における加圧室１０の対応する位置にはインク滴を吐出するためのノズル（吐出口）２１が形成されている。ノズル２１は印字の際のインクジェット式記録ヘッドの主走査方向と略平行方向にライン状に列設されており、ノズル間のピッチは印刷精度に応じて適宜設定される。各色のノズル数は、カラー印字精度に応じて定められ、例えば、黒色３２ノズル、カラー各色３２ノズル等が設定される。基体３はプラスチック等で形成されており、加圧室基板１の取付台となる。
【００２０】
インクジェット式記録ヘッドの主要部の断面図を図３（Ｆ）に示す。加圧室基板１には加圧室１０がエッチング加工により形成されている。加圧室１０の上面には振動板膜５及び下地層６を介して圧電体素子１３が形成されている。圧電体素子１３の機械的変位は加圧室１０内の内容積を変化させ、加圧室１０に充填されているインクをノズル２１から吐出する。
【００２１】
圧電体素子１３は下部電極７１、チタン層８、圧電体膜９及び上部電極７２を備えて構成されている。圧電体膜９の種類としては、少なくともチタン、鉛を構成成分に有する強誘電体が好ましく、例えば、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、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）Ｏ３）等が好適である。特に、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）が好適である。上部電極７２或いは下部電極７１として用いる電極材料としては、白金、イリジウム、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、オスミウム及びその酸化物等がある。
【００２２】
圧電体膜９は（１００）面方位或いは（１１１）面方位に優先配向処理される。圧電体膜９が（１００）面方位に優先配向処理された場合には、上部電極７２又は／及び下部電極７１を電極内部に引っ張り応力を生じる薄膜材料、例えば白金を用いることができる。白金以外の導電性材料であっても、熱アニール処理により電極内部の応力が引っ張り応力となる薄膜とすることができる。
【００２３】
一方、圧電体膜９が（１１１）面方位に優先配向処理された場合には、上部電極７２又は／及び下部電極７１を電極内部に圧縮応力を生じる薄膜材料、例えば、イリジウムを用いることができる。イリジウム以外の導電性材料であっても、酸化、窒化処理により電極内部が圧縮応力となる薄膜とすることができる。
【００２４】
また、同図（Ｅ）に示すように、圧電体素子１３は下部電極７１側が上部電極７２側よりも広いテーパ形状となっており、圧電体素子１３のエッジ部分のテーパ角θは４５°よりも小さい角度になっている。圧電体素子１３をかかる構成とすることで上部電極７２又は／及び下部電極７１の引っ張り応力（或いは圧縮応力）による圧電体膜９内に生じた圧縮応力（或いは引っ張り応力）を保持することができる。
【００２５】
尚、同図に図示してないが、圧電体素子１３及び表面に露出している下地層６の全面を覆うようにパッシベーション膜で被覆してもよい。パッシベーション膜としてフッ素樹脂、シリコン酸化膜、エポキシ樹脂等が好適である。
（実施例）
図３を参照しながら圧電体素子の製造工程について、インクジェット式記録ヘッドの主要部の製造工程と併せて説明する。まず、同図（Ａ）に示すように、加圧室基板１に振動板膜５、下地層６を成膜した。加圧室基板１として、例えば、直径１００ｍｍ、厚さ２２０μｍのシリコン単結晶基板を用いた。振動板膜５は、１１００℃の炉の中で、乾燥酸素を流して２２時間程度熱酸化させ、約１μｍの膜厚の熱酸化膜を形成した。この他に、ＣＶＤ法等の成膜法を適宜選択して成膜してもよい。また、振動板膜５として、二酸化珪素膜に限られず、酸化タンタル膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜でもよい。次に、下地層６として酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を成膜するため、ジルコニウムをターゲットとし、酸素ガスの導入による反応性スパッタリング法等で膜厚４００ｎｍ程度に成膜した。他の成膜法として、酸化ジルコニウムターゲットでＲＦスパッタリング法で成膜したり、ＤＣスパッタリング法でジルコニウムをを成膜した後、熱酸化してもよい。
【００２６】
次に、下地層６上に下部電極７１を成膜した（同図（Ｂ））。下部電極７１は複数の導電性材料からなる積層構造を有している。下部電極７１として、下地層６側からチタン（膜厚２０ｎｍ）、イリジウム（膜厚２０ｎｍ）、白金（膜厚６０ｎｍ）、イリジウム（膜厚２０ｎｍ）を順次成膜した。
【００２７】
続いて、下部電極７１上にチタン層８を積層した（同図（Ｃ））。チタン層８の成膜は、ＤＣマグネトロンスパッタ法を利用して５ｎｍの膜厚に成膜した。本発明者の実験により、チタン層の膜厚を２ｎｍ〜１０ｎｍの範囲で成膜すれば、圧電体膜９を（１００）面方位に優先配向にできることが確認されている。また、チタン層８の膜厚を１０ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚で成膜すれば圧電体膜９は（１１１）面方位に優先配向することができる。チタン層８の成膜は、ＣＶＤ法、蒸着法等の成膜法を利用することもできる。
【００２８】
次に、チタン層８上に圧電体膜９、上部電極７２を成膜した（同図（Ｄ））。本実施例では圧電体膜９としてＰＺＴ膜をゾル・ゲル法で成膜した。ゾル・ゲル法とは、一般には、金属アルコキシド等の金属有機化合物を溶液系で加水分解、重縮合させて金属−酸素−金属結合を成長させ、最終的に焼結することにより完成させる無機酸化物の作製方法である。具体的には、基板上に金属有機化合物を含む溶液を塗布し、乾燥したあと焼結を行う。用いられる金属有機化合物としては、無機酸化物を構成する金属のメトキシド、エトキシド、プロポキシド、ブトキシド等のアルコキシドやアセテート化合物等があげられる。硝酸塩、しゅう酸塩、過塩素酸塩等の無機塩でも良い。これら化合物から無機酸化物を作製するには加水分解および重縮合反応を進める必要があるため、塗布溶液中には水の添加が必要となる。添加量は系により異なるが多すぎると反応が速く進むため得られる膜質が不均一となり易く、また反応速度の制御が難しい。水の添加量が少なすぎても反応のコントロールが難しく、適量がある。さらに、加水分解の加速触媒や金属原子に配位するキレート剤を添加して反応速度及び反応形態の制御ができる。加速触媒としては一般の酸および塩基が用いられる。触媒の種類により膜質が大きく影響される。また、キレート剤としては、アセチルアセトン、エチルアセトアセテート、ジエチルマロネート等があげられる。溶媒としては、上記材料が沈澱しないもの、すなわち相溶性に優れたものが望ましい。溶液濃度は塗布方法にもよるが、スピンコート法の場合、溶液粘度が数ｃＰ〜数十ｃＰとなるように調整すると良い。コーティングした膜は焼結することにより有機物の脱離及び結晶化が促進される。焼結温度は材料により異なるが、通常の金属酸化物粉末の焼成にかかる温度より低温で作製できる。
【００２９】
本実施例では圧電体膜９の組成をＰｂ（Ｚｒ０．５６Ｔｉ０．４４）Ｏ３とし、ジルコン酸鉛とチタン酸鉛のモル混合比が５６％：４４％となる２成分系のＰＺＴとした。圧電体膜９を成膜するために、上記ＰＺＴを構成する金属成分の水酸化物の水和錯体、即ち、ゾルを調整した。このゾルを調整するため、２−ｎ−ブトキシエタノールを主溶媒として、これにチタニウムテトライソプロポキシド、テトラ−ｎ−プロポキシジルコニウムを混合し、室温下で２０分間攪拌した。次いで、ジエタノールアミンを加えて室温で更に２０分間攪拌し、更に酢酸鉛を加え、８０℃に加熱した。加熱した状態で２０分間攪拌し、その後、室温になるまで自然冷却した。
【００３０】
このようにして得られたゾルをチタン層８上に塗布するためにスピンコートした。このとき、膜厚を均一にするために最初は５００ｒｐｍで３０秒間、次に１５００ｒｐｍで３０秒間、最後に５００ｒｐｍで１０秒間、スピンコーティングした。この工程で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。ゾルをチタン層８上に塗布した後、１８０℃で３０分間乾燥させ、ホットプレートを用いて空気中において３３０℃で１０分間脱脂した。スピンコートから脱脂までの工程を２回繰り返し、その後、環状炉にて酸素雰囲気中７００℃で３０分間結晶化熱処理を行った。この工程をさらに７回繰り返すことで合計１４層から成る膜厚１．６μｍの圧電体膜９を成膜した。
【００３１】
上記の工程により、圧電体膜は（１００）面方位に優先配向するため、上部電極を引っ張り応力を生じる導電性材料で成膜する。本実施例では、ＤＣスパッタ法を用いて圧電体膜９上に白金を５０ｎｍの厚みに成膜し、上部電極７２を形成した（同図（Ｄ））。膜内部に圧縮応力を生じる導電性材料、例えば、イリジウムのような金属材料であっても、熱アニール処理により膜内部に引っ張り応力を生じさせることができるため、上部電極７２の材料に用いることができる。上部電極７２のアニール処理は、例えば、上部電極７２の成膜後に７００℃程度の温度で６０分間の熱処理をすればよい。
【００３２】
次に、上部電極７２上にレジストをスピンコートし、加圧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７２、圧電体膜９、チタン層８及び下部電極７１をエッチングし、加圧室が形成されるべき位置に対応して圧電体素子１３を分離した（同図（Ｅ））。このとき、同図に示すように、圧電体素子１３のエッジ部分のテーパ角θを４５°未満となるテーパ形状とした。
【００３３】
続いて、加圧室が形成されるべき位置に合わせてエッチングマスクを施し、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ドライエッチングにより、予め定められた深さまで加圧室基板１をエッチングし、加圧室１０を形成した（同図（Ｅ））。エッチングされずに残った部分は側壁１１となる。加圧室基板１のエッチングは、５重量％〜４０重量％の水酸化カリウム水溶液等の高濃度アルカリ水溶液によるウエットエッチングでも可能である。
【００３４】
最後に、同図（Ｆ）に示すように、樹脂等を用いてノズルプレート２を加圧室基板１に接合した。ノズル２１はリソグラフィ法、レーザ加工、ＦＩＢ加工、放電加工等を利用してノズルプレート２の所定位置に開口することで形成することができる。ノズルプレート２を加圧室基板１に接合する際には、各ノズル２１が加圧室１０の各々の空間に対応して配置されるよう位置合せする。ノズルプレート２を接合した加圧室基板１を基体３に取り付ければ、インクジェット式記録ヘッドが完成する。
【００３５】
本発明の圧電体素子と従来の圧電体素子の圧電定数及び変位量を比較した。  圧電体膜９を（１００）面方位に優先配向処理し、上部電極７２を７００℃の熱アニール処理により引っ張り応力を生じる薄膜としたところ、圧電定数ｄ３１は駆動電圧１５Ｖにおいて、熱アニール処理前の値から約３０％向上した。また、駆動電圧２５Ｖでは熱アニール処理前の値から約２０％向上した。
【００３６】
一方、圧電体膜９を（１１１）面方位に優先配向処理し、上部電極７２を７００℃の熱アニール処理により引っ張り応力を生じる薄膜としたところ、圧電定数ｄ３１は駆動電圧１５Ｖにおいて、熱アニール処理前の値から約１０％低下した。また、駆動電圧２５Ｖでは熱アニール処理前の値から約１０％低下した。
【００３７】
また、圧電体膜９を（１００）面方位に優先配向処理し、上部電極７２を７００℃の熱アニール処理により引っ張り応力を生じる薄膜としたところ、変位量は駆動電圧１５Ｖにおいて、熱アニール処理前の値２０８．３ｎｍから２５６．３ｎｍへと向上した。また、駆動電圧２５Ｖでは熱アニール処理前の値３２７．７ｎｍから３７３．３ｎｍへと向上し、駆動電圧３０Ｖでは熱アニール処理前の値３７１．０ｎｍから４１５．５ｎｍへと向上した。
【００３８】
一方、圧電体膜９を（１１１）面方位に優先配向処理し、上部電極７２を７００℃の熱アニール処理により引っ張り応力を生じる薄膜としたところ、変位量は駆動電圧１５Ｖにおいて、熱アニール処理前の値２０２．３ｎｍから１８２．３ｎｍへと低下した。また、駆動電圧２５Ｖでは熱アニール処理前の値２７９．７ｎｍから２４６．５ｎｍへと低下し、駆動電圧３０Ｖでは熱アニール処理前の値３０２．０ｎｍから２６６．５ｎｍへと低下した。
【００３９】
以上の実験結果から、圧電体膜９を（１００）面方位に優先配向処理した場合には、上部電極７２を引っ張り応力が生じる薄膜とすることで圧電体素子１３の圧電定数ｄ３１及び変位量を向上させることができるが確認できた。
【００４０】
尚、本実施例においては、圧電体膜９を（１００）優先配向処理し、上部電極７２を引っ張り応力を生じる膜としたが、下部電極７１を引っ張り応力を生じる膜としてもよい。この場合、下部電極は白金等のように膜内部に引っ張り応力を生じる膜で成膜すればよいが、膜内部に圧縮応力を生じる膜であっても熱アニール処理をすることで引っ張り応力を生じる膜とすることができる。かかる材料を用いる場合、下部電極の熱アニール処理は、圧電体膜の焼成工程におけるファイナルアニールの際、或いは圧電体膜の結晶化後において圧電体膜の焼成温度よりも高い温度で熱処理をすればよい。
【００４１】
また、圧電体膜９を（１００）面方位に優先配向する処理は上記のプロセスに限らず、例えば、加圧室基板１として（１００）面方位のシリコン単結晶基板を用いて圧電体膜９をエピタキシャル成長させるプロセスを用いてもよい。
【００４２】
また、本実施例においては、圧電体膜９を（１００）優先配向処理をする場合を説明したが、圧電体膜９を（１１１）優先配向処理をする場合には上述したように、上部電極７２又は／及び下部電極７１を圧縮応力を生じる薄膜材料、例えば、イリジウム等で構成すればよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、圧電体膜の結晶配向方位に応じて上部電極と下部電極の少なくとも一方の膜内部の応力状態を引っ張り応力或いは圧縮応力に設定することで圧電体素子の変位量を向上させることができる。また、圧電体素子のエッジ部分のテーパ角を４５°未満に調整することで上部電極或いは下部電極による圧電体膜中の応力状態を有効に保持することができる。
【００４４】
また、本発明によれば、駆動特性に優れたインクジェット式記録ヘッド及びインクジェットプリンタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットプリンタの構成図である。
【図２】インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図３】インクジェット式記録ヘッドの製造工程断面図である。
【符号の説明】
１…加圧室基板、２…ノズルプレート、３…基体、４…配線基板、５…振動板膜、６…下地層、７１…下部電極、８…チタン層、９…圧電体膜、７２…上部電極、１０…加圧室、１１…側壁、１２…共通流路、１３…圧電体素子、２１…ノズル、１００…インクジェット式記録ヘッド、１０１…インクカートリッジ、１０２…本体、１０３…トレイ、１０４…排出口、１０５…オートシートフィーダ、１０６…ヘッド駆動機構、１０７…記録用紙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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