(57)【要約】  圧電アクチュエータ（２１ａ）は、基板（２２）上に、下部電極（２４）、圧電薄膜（２５）および上部電極（２６）をこの順で有している。圧電薄膜（２５）は、複数の結晶を含む多結晶膜（２５ｐ）と、複数の結晶の一体的な変質によって粒界が消滅した変質膜（２５ｍ）とを有している。変質膜（２５ｍ）は、下部電極（２４）上の圧電薄膜（２５）において、上部電極（２６）の外形からはみ出したテラス領域（Ｒ１）に少なくとも形成されており、かつ、テラス領域（Ｒ１）において基板（２２）とは反対側の表面に露出している。
2015182228.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、下部電極、圧電薄膜および上部電極をこの順で有する圧電アクチュエータであって、
前記圧電薄膜は、複数の結晶を含む多結晶膜と、複数の結晶の一体的な変質によって粒界が消滅した変質膜とを有しており、
前記変質膜は、前記下部電極上の前記圧電薄膜において、前記上部電極の外形からはみ出した領域に少なくとも形成されており、かつ、前記領域において前記基板とは反対側の表面に露出している、圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記変質膜は、非晶質構造を持つ、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記領域において、前記圧電薄膜は、前記基板側から前記多結晶膜と前記変質膜とをこの順で有している、請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記上部電極は、その外形よりも内側で一部が除去されており、
前記変質膜は、前記上部電極の一部の除去によって前記圧電薄膜が露出する露出領域にさらに形成されており、
前記露出領域において、前記圧電薄膜は、前記基板側から前記多結晶膜と前記変質膜とをこの順で有している、請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記変質膜の厚みは、該変質膜よりも前記基板側に形成される前記多結晶膜の厚みよりも薄い、請求項３または４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記変質膜の厚みは、５ｎｍ以上である、請求項１から５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の圧電アクチュエータと、
前記圧電アクチュエータの前記基板に形成される開口部に収容されるインクを外部に吐出するためのノズル孔を有するノズル基板とを備えている、インクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させる、インクジェットプリンタ。
【請求項９】
基板上に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に、複数の結晶を含む多結晶膜を成膜して圧電薄膜を形成する工程と、
前記圧電薄膜において、上部電極の外形からはみ出す領域が形成されるように、前記圧電薄膜上に前記上部電極を形成する工程と、
前記領域の前記基板とは反対側の表面を加熱して、前記多結晶膜に含まれる複数の結晶を一体的に変質させることにより、粒界が消滅した変質膜を、前記領域の少なくとも前記表面に形成する工程とを有している、圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
前記上部電極の形成後、前記上部電極の外形よりも内側の一部を加熱によって除去し、その後、前記上部電極の一部の除去によって露出する前記圧電薄膜の表面を加熱して、前記多結晶膜に含まれる複数の結晶を一体的に変質させることにより、粒界が消滅した変質膜を前記表面に形成する工程をさらに有している、請求項９に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１１】
前記圧電薄膜の表面の加熱を、レーザー光の照射によって行う、請求項９または１０に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１２】
前記レーザー光の波長は、前記圧電薄膜を透過するときの透過率が５０％以下となる波長である、請求項１１に記載の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、基板上に、下部電極、圧電薄膜および上部電極を有する圧電アクチュエータと、その圧電アクチュエータの製造方法と、インクジェットヘッドと、インクジェットプリンタとに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、駆動素子やセンサなどの電気機械変換素子として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電体が用いられている。また、近年、装置の小型化、高密度化、低コスト化などの要求に応えて、シリコン（Ｓｉ）基板を用いたＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）素子が増加している。ＭＥＭＳ素子に圧電体を応用するには、圧電体を薄膜化することが望ましい。圧電体を薄膜化することで、成膜、フォトリソグラフィーなど半導体プロセス技術を用いた高精度な加工が可能となり、小型化、高密度化を実現できる。また、大面積のウェハに素子を一括加工できるため、コストを低減できる。さらに、機械電気の変換効率が向上し、駆動素子の特性や、センサの感度が向上する等の利点がある。【０００３】
このようなＭＥＭＳ素子を用いたデバイスの応用例として、インクジェットプリンタが知られている。インクジェットプリンタでは、液体インクを吐出する複数のチャネルを有するインクジェットヘッドを、用紙や布などの記録メディアに対して相対的に移動させながらインクの吐出を制御することで、二次元の画像が記録メディアに形成される。【０００４】
インクの吐出は、圧力式のアクチュエータ（圧電式、静電式、熱変形など）を利用したり、熱によって管内のインクに気泡を発生させることで行うことができる。中でも、圧電式のアクチュエータは、出力が大きい、変調が可能、応答性が高い、インクを選ばない、などの利点を有しており、近年よく利用されている。特に、高解像度（小液滴で良い）で小型、低コストのプリンタを実現するには、薄膜の圧電体を用いたインクジェットヘッドの利用が適している。【０００５】
さらに近年、インクジェットプリンタには、より高速に高精細な画像を形成することが求められている。そのためには、インクジェットヘッドに対して、１０ｃｐ（０．０１Ｐａ・ｓ）以上の高粘度のインクを吐出する性能が求められる。高粘度のインクの吐出を実現するためには、圧電薄膜（強誘電体薄膜）に高い圧電特性（圧電定数ｄ31）と変位発生力（膜厚１μｍ以上）が必要となる。【０００６】
一方、ＰＺＴなどの圧電体をＳｉなどの基板上に成膜する方法としては、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法などの化学的成膜法、スパッタ法やイオンプレーティング法といった物理的な方法、ゾルゲル法などの液相での成長法が知られている。これらの製法により得られる薄膜の膜厚の上限は１０μｍ程度である。それ以上の膜厚になると、クラックや膜剥がれが生じてしまい、所望の特性が得られない。【０００７】
成膜されたＰＺＴは、結晶がペロブスカイト構造となるときに良好な圧電効果を発揮する。なお、ペロブスカイト構造とは、理想的には立方晶系の単位格子を有し、立方晶の各頂点に配置される金属Ａ、体心に配置される金属Ｂ、立方晶の各面心に配置される酸素Ｏとから構成されるＡＢＯ3型の結晶構造である。ペロブスカイト構造の結晶には、立方晶が歪んだ正方晶、斜方晶、菱面体晶等も含まれるものとする。【０００８】
Ｓｉ基板上の電極の上に成膜されたＰＺＴの薄膜は、電極の結晶との格子定数の違いから、複数の結晶の集合体からなる多結晶となる。この多結晶は、製法にもよるが、粒径が数百ｎｍの粒状の結晶（粒状結晶）が寄り集まって構成されたり、幅は数百ｎｍで膜厚方向には１つの細長い結晶粒である柱状結晶が寄り集まって構成される。【０００９】
ところで、基板上に、下部電極、圧電薄膜、上部電極を有する圧電式のアクチュエータでは、圧電薄膜の側面（端面）が露出していると、大気中の水分が圧電薄膜の上記側面から内部に取り込まれる。このため、圧電薄膜の端部では、上記水分によって絶縁破壊が生じてリーク電流が発生しやすくなる。つまり、圧電薄膜の側面と上部電極の側面とを面一（同一平面上）に構成した場合は、上部電極と下部電極との間に電界を印加したときに、圧電薄膜の側面を介して上部電極と下部電極との間でリーク電流（側面リーク）が発生しやすくなる。【００１０】
そこで、特許文献１では、下部電極上に、圧電薄膜および上部電極を覆うように絶縁体層を形成している。絶縁体層により、圧電薄膜の側面が大気と遮断されるため、大気中の水分の取り込みによる側面リークの発生を防止することができる。しかし、絶縁体層で圧電薄膜を覆う構成では、絶縁体層によって圧電薄膜の変位（伸縮）が阻害されるため、圧電特性が低下する。【００１１】
一方、特許文献２では、圧電薄膜の表面を研磨し、平滑化することで、上部電極と下部電極との間で電界が集中する箇所（圧電薄膜の表面の凹部領域）を無くし、これによって、圧電特性を低下させずに耐電圧性を向上させるようにしている。【００１２】
また、特許文献３では、圧電薄膜を、粒径の異なる結晶が混在した多結晶体で構成している。大粒径の結晶に小粒径の結晶を混在させることにより、大粒径の結晶間の粒界に隙間が形成されることを防止し、圧電薄膜の絶縁性および圧電特性を向上させるようにしている。【００１３】
さらに、特許文献４では、圧電薄膜の粒界が露出する領域に低誘電性物質を形成することで、圧電薄膜の粒界を介して流れるリーク電流を減らし、耐電圧性を向上させるようにしている。なお、上記の低誘電性物質は、圧電薄膜の焼成による結晶成長過程で生じた余剰組成物が、圧電薄膜の結晶粒が成長するにしたがって粒界へと追いやられ、上記粒界を介して最終的に表層面に押し出されたものと考えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−２２６０７１号公報（請求項１、６、段落〔０００６〕、〔００２３〕、〔００２５〕、〔００３８〕、図２、図３等参照）
【特許文献２】特開平１０−２６４３８５号公報（請求項１、段落〔００３２〕、〔００３４〕、〔００５４〕、図３等参照）
【特許文献３】特開２００２−０８４０１２号公報（請求項１、２、段落〔０００４〕、〔０００６〕、〔００３４〕、〔００６５〕、図３、図６、図７等参照）
【特許文献４】特開平１０−２１７４５８号公報（請求項１、段落〔０００７〕、〔００３５〕、図２、図３、図５等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところが、特許文献２〜４は、いずれも、圧電薄膜の側面が露出し、かつ、圧電薄膜の側面と上部電極の側面とが面一（同一平面上）となっている構成である。この構成では、前述のように、取り込んだ大気中の水分に起因して側面リークが発生する。【００１６】
また、側面リークの発生を抑えるために、例えば、下部電極上で圧電薄膜を上部電極から張り出すように形成する構成が考えられる（圧電薄膜の側面に電界がかからないため）。しかし、この場合は、圧電薄膜の張り出し部分の表面（下部電極とは反対側の表面）から、大気中の水分が内部に取り込まれるため、上部電極と下部電極との間に電界がかかったときに、上部電極の端部と下部電極との間で圧電薄膜の絶縁破壊が起こりやすくなり、この部分でリーク電流が発生しやすくなる。【００１７】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、圧電薄膜の変位を阻害して圧電特性を低下させることなく、圧電薄膜の絶縁破壊およびリーク電流（側面リークを含む）の発生を抑えて、耐電圧性を向上させることができる圧電アクチュエータおよびその製造方法と、その圧電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドと、インクジェットプリンタとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の一側面に係る圧電アクチュエータは、基板上に、下部電極、圧電薄膜および上部電極をこの順で有する圧電アクチュエータであって、前記圧電薄膜は、複数の結晶を含む多結晶膜と、複数の結晶の一体的な変質によって粒界が消滅した変質膜とを有しており、前記変質膜は、前記下部電極上の前記圧電薄膜において、前記上部電極の外形からはみ出した領域に少なくとも形成されており、かつ、前記領域において前記基板とは反対側の表面に露出している。【００１９】
本発明の他の側面に係る圧電アクチュエータの製造方法は、基板上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に、複数の結晶を含む多結晶膜を成膜して圧電薄膜を形成する工程と、前記圧電薄膜において、上部電極の外形からはみ出す領域が形成されるように、前記圧電薄膜上に前記上部電極を形成する工程と、前記領域の前記基板とは反対側の表面を加熱して、前記多結晶膜に含まれる複数の結晶を一体的に変質させることにより、粒界が消滅した変質膜を、前記領域の少なくとも前記表面に形成する工程とを有している。
【発明の効果】
【００２０】
上記の構成および製造方法によれば、圧電薄膜の変位を阻害して圧電特性を低下させることなく、絶縁破壊およびリーク電流の発生を抑えて、耐電圧性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の一形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す説明図である。
【図２】上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドのアクチュエータの概略の構成を示す平面図、およびその平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。
【図３】上記インクジェットヘッドの断面図である。
【図４】上記アクチュエータの詳細な構成を示す断面図である。
【図５】上記アクチュエータの圧電薄膜を構成する多結晶膜および変質膜の水平断面を模式的に示す説明図である。
【図６】上記変質膜を持たない圧電アクチュエータの断面図である。
【図７】上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】ＰＺＴの分光透過率を示すグラフである。
【図９】上記変質膜を有する圧電アクチュエータの他の構成を示す断面図である。
【図１０】上記圧電アクチュエータのさらに他の構成を示す断面図である。
【図１１】圧電薄膜に異物が含まれた圧電アクチュエータの断面図である。
【図１２】上記異物の周辺の上部電極を除去した圧電アクチュエータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をＡ〜Ｂと表記した場合、その数値範囲に下限Ａおよび上限Ｂの値は含まれるものとする。
【００２３】
〔インクジェットプリンタの構成〕
図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド部２において、インクジェットヘッド２１が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。
【００２４】
インクジェットプリンタ１は、上記のインクジェットヘッド部２と、繰り出しロール３と、巻き取りロール４と、２つのバックロール５・５と、中間タンク６と、送液ポンプ７と、貯留タンク８と、定着機構９とを備えている。
【００２５】
インクジェットヘッド部２は、インクジェットヘッド２１から記録媒体Ｐに向けてインクを吐出させ、画像データに基づく画像形成（描画）を行うものであり、一方のバックロール５の近傍に配置されている。なお、インクジェットヘッド２１の詳細については後述する。
【００２６】
繰り出しロール３、巻き取りロール４および各バックロール５は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール３は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Ｐを、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール３は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Ｐを図１のＸ方向へ繰り出して搬送する。
【００２７】
巻き取りロール４は、繰り出しロール３より繰り出されて、インクジェットヘッド部２によってインクが吐出された記録媒体Ｐを周面に巻き取る。
【００２８】
各バックロール５は、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に配設されている。記録媒体Ｐの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール５は、繰り出しロール３によって繰り出された記録媒体Ｐを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール５は、インクジェットヘッド部２との対向位置から巻き取りロール４に向けて、記録媒体Ｐを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。
【００２９】
中間タンク６は、貯留タンク８より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク６は、複数のインクチューブ１０と接続され、各インクジェットヘッド２１におけるインクの背圧を調整して、各インクジェットヘッド２１にインクを供給する。
【００３０】
送液ポンプ７は、貯留タンク８に貯留されたインクを中間タンク６に供給するものであり、供給管１１の途中に配設されている。貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７によって汲み上げられ、供給管１１を介して中間タンク６に供給される。
【００３１】
定着機構９は、インクジェットヘッド部２によって記録媒体Ｐに吐出されたインクを当該記録媒体Ｐに定着させる。この定着機構９は、吐出されたインクを記録媒体Ｐに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにＵＶ（紫外線）を照射することによりインクを硬化させるためのＵＶランプ等で構成されている。
【００３２】
上記の構成において、繰り出しロール３から繰り出される記録媒体Ｐは、バックロール５により、インクジェットヘッド部２との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド部２から記録媒体Ｐに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Ｐに吐出されたインクは定着機構９によって定着され、インク定着後の記録媒体Ｐが巻き取りロール４によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ１では、インクジェットヘッド部２を静止させた状態で、記録媒体Ｐを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Ｐに画像が形成される。
【００３３】
なお、インクジェットプリンタ１は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。
【００３４】
〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、上記したインクジェットヘッド２１の構成について説明する。図２は、インクジェットヘッド２１のアクチュエータ２１ａ（圧電アクチュエータ）の概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図とを併せて示したものである。また、図３は、図２のアクチュエータ２１ａにノズル基板３１を接合してなるインクジェットヘッド２１の断面図である。
【００３５】
インクジェットヘッド２１は、複数の圧力室２２ａ（開口部）を有する基板２２上に、熱酸化膜２３、下部電極２４、圧電薄膜２５、上部電極２６をこの順で有している。
【００３６】
基板２２は、厚さが例えば３００〜７５０μｍ程度の単結晶Ｓｉ（シリコン）単体からなる半導体基板またはＳＯＩ（Silicon  on  Insulator）基板で構成されている。なお、図２では、基板２２をＳＯＩ基板で構成した場合を示している。ＳＯＩ基板は、酸化膜を介して２枚のＳｉ基板を接合したものである。基板２２における圧力室２２ａの上壁（圧力室２２ａよりも圧電薄膜２５の形成側に位置する壁）は、従動膜となる振動板２２ｂを構成しており、圧電薄膜２５の駆動（伸縮）に伴って変位（振動）し、圧力室２２ａ内のインクに圧力を付与する。
【００３７】
熱酸化膜２３は、例えば厚さが０．１μｍ程度のＳｉＯ2（酸化シリコン）からなり、基板２２の保護および絶縁の目的で形成されている。
【００３８】
下部電極２４は、複数の圧力室２２ａに共通して設けられるコモン電極であり、Ｔｉ（チタン）層とＰｔ（白金）層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、熱酸化膜２３とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１μｍ程度である。
【００３９】
圧電薄膜２５は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる強誘電体薄膜で構成されており、各圧力室２２ａに対応して設けられている。圧電薄膜２５の膜厚は、例えば１μｍ以上１０μｍ以下である。
【００４０】
上部電極２６は、各圧力室２２ａに対応して設けられる個別電極であり、Ｔｉ層とＰｔ層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、圧電薄膜２５とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１〜０．２μｍ程度である。上部電極２６は、下部電極２４との間で圧電薄膜２５を膜厚方向から挟むように設けられている。なお、Ｐｔ層の代わりに、金（Ａｕ）からなる層を形成してもよい。
【００４１】
下部電極２４、圧電薄膜２５および上部電極２６は、圧力室２２ａ内のインクを外部に吐出させるための薄膜圧電素子２７を構成している。この薄膜圧電素子２７は、駆動回路２８から下部電極２４および上部電極２６に印加される電圧（駆動信号）に基づいて駆動される。インクジェットヘッド２１は、薄膜圧電素子２７および圧力室２２ａを縦横に並べることにより形成される。
【００４２】
圧力室２２ａの振動板２２ｂとは反対側には、ノズル基板３１が接合されている。ノズル基板３１には、圧力室２２ａに収容されるインクをインク滴として外部に吐出するための吐出孔（ノズル孔）３１ａが形成されている。圧力室２２ａには、中間タンク６より供給されるインクが収容される。
【００４３】
上記の構成において、駆動回路２８から下部電極２４および上部電極２６に電圧を印加すると、圧電薄膜２５が、下部電極２４と上部電極２６との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向（基板２２の面に平行な方向）に伸縮する。そして、圧電薄膜２５と振動板２２ｂとの長さの違いにより、振動板２２ｂに曲率が生じ、振動板２２ｂが厚さ方向に変位（湾曲、振動）する。
【００４４】
したがって、圧力室２２ａ内にインクを収容しておけば、上述した振動板２２ｂの振動により、圧力室２２ａ内のインクに圧力波が伝搬され、圧力室２２ａ内のインクが吐出孔３１ａからインク滴として外部に吐出される。
【００４５】
本実施形態のインクジェットヘッド２１ａにおいては、後述するように、圧電アクチュエータ２１ａの圧電薄膜２５の耐電圧性が高いため、圧電薄膜２５に高い電界を印加することが可能となる。これにより、高粘度のインクを用いたインク吐出が可能となり、高速で高精細な描画に有利なインクジェットプリンタ１を実現することが可能となる。
【００４６】
〔圧電アクチュエータの詳細について〕
次に、上記した圧電アクチュエータ２１ａの詳細について説明する。図４は、圧電アクチュエータ２１ａの詳細な構成を示す断面図である。なお、同図では、便宜上、熱酸化膜２３の図示を省略している。
【００４７】
圧電アクチュエータ２１ａの圧電薄膜２５は、多結晶膜２５ｐと、変質膜２５ｍとを有している。多結晶膜２５ｐは、複数の結晶（例えば柱状結晶）の集合体からなる膜である。変質膜２５ｍは、複数の結晶の一体的な変質によって粒界が消滅した膜であり、例えば非晶質構造（アモルファス）の膜である。なお、変質とは、一般的に、物質の性質が変わることを言うが、ここでは、粒界を持つ複数の結晶の集合（多結晶構造）を一体的に、粒界を持たない構造（例えば非晶質構造）に変化させることにより、粒界を介して大気中の水分を透過させる性質を無くすことを指す。このような変質は、後述するように、所定波長のレーザー光を多結晶構造の膜に照射して加熱し、照射部分を溶融、固化させることによって実現できる。
【００４８】
図５は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning  Electron  Microscope）により観察される多結晶膜２５ｐおよび変質膜２５ｍの水平断面を模式的に示している。同図のように、多結晶膜２５ｐにおいては、結晶と結晶との間に粒界が存在しているが、変質膜２５ｍにおいては、多結晶膜２５ｐで見られたような粒界のない非晶質構造となっている。
【００４９】
また、圧電薄膜２５は、下部電極２４上において、上部電極２６の外形からはみ出したテラス領域Ｒ１（圧電薄膜２５が上部電極２６に覆われずに張り出した部分）を有している。すなわち、圧電薄膜２５は、テラス領域Ｒ１以外の部分において下部電極２４と上部電極２６とで挟まれている。
【００５０】
上記の変質膜２５ｍは、少なくともテラス領域Ｒ１に形成されている。より詳しくは、圧電薄膜２５のテラス領域Ｒ１では、基板２２側から多結晶膜２５ｐと変質膜２５ｍとがこの順で積層されている。この結果、変質膜２５ｍは、テラス領域Ｒ１において、基板２２とは反対側の表面に露出している。
【００５１】
このように、圧電薄膜２５がテラス領域Ｒ１を有している場合、上部電極２６の側面（端面）が圧電薄膜２５の側面（端面）から離れ、これらの側面が同一面上に位置しない。これにより、上部電極２６と下部電極２４との間に電界をかけたときに、圧電薄膜２５の側面に電界がかかることはない。このため、たとえ大気中の水分が圧電薄膜２５の側面から内部に取り込まれても、圧電薄膜２５の側面をリーク電流が流れることはない。
【００５２】
また、図６は、テラス領域Ｒ１に変質膜２５ｍが形成されていない場合の圧電アクチュエータ２１ａ’の断面図である。この構成では、テラス領域Ｒ１において、大気中の水分が圧電薄膜２５の基板２２とは反対側の表面から、多結晶膜２５ｐの結晶粒界を介して内部に取り込まれるため、取り込まれた水分によって圧電薄膜２５の絶縁破壊が生じ、上部電極２６の端部と下部電極２４との間でリーク電流が発生しやすくなると考えられる。
【００５３】
これに対して、図４のように、テラス領域Ｒ１に変質膜２５ｍが形成されており、この変質膜２５ｍがテラス領域Ｒ１において基板２２とは反対側の表面に露出する構成では、大気中の水分が圧電薄膜２５の上記表面から内部に取り込まれるのを、粒界を持たない変質膜２５ｍによって抑えることができる。これにより、上記水分に起因する圧電薄膜２５の絶縁破壊およびリーク電流の発生を抑えて、耐電圧性を向上させることができる。つまり、圧電薄膜２５の側面以外におけるリーク電流の発生も抑えることができる。
【００５４】
また、例えば絶縁体層などで圧電薄膜２５を覆って大気と遮断する構成を採らなくても、大気中の水分の吸収に起因してリーク電流が発生するのを抑えることができるため、絶縁体層を設ける従来のように、圧電薄膜２５の変位の阻害による圧電特性の低下が生じることはない。
【００５５】
また、変質膜２５ｍは、粒界を持たない非晶質構造であるため、大気中の水分が変質膜２５ｍを介して多層膜２５ａ側に取り込まれるのを確実に抑えることができる。その結果、上記水分に起因する絶縁破壊およびリーク電流の発生を抑えて耐電圧性を向上させるなどの上記の効果を確実に得ることができる。
【００５６】
また、下部電極２４上のテラス領域Ｒ１においては、圧電薄膜２５の基板２２側には下部電極２４および基板２２が存在し、大気と接触しない。一方、圧電薄膜２５の基板２２とは反対側は、大気と直接接触する。このため、テラス領域Ｒ１では、圧電薄膜２５において大気と接触する表面側にのみ変質膜２５ｍを形成する構成とすることで、変質膜２５ｍの基板２２側に多層膜２５ａが形成されていても、リーク電流の発生を抑える上述の効果を得ることができる。したがって、テラス領域Ｒ１全体を変質膜２５ｍで構成する必要がなくなる。
【００５７】
また、変質膜２５ｍは、多結晶膜２５ｐを構成するＰＺＴの変質によって形成されるものであり、材料自体は多結晶膜２５ｐと同じである。したがって、基板２２側から多結晶膜２５ｐと変質膜２５ｍとがこの順で構成され、同じ材料の積層構造となるため、これらの膜の密着性を高く確保することが可能となる。
【００５８】
ところで、上記した変質膜２５ｍは、上述のように、レーザー光の照射によって多結晶構造を変質させることによって形成される（圧電アクチュエータ２１ａの全体の製造方法については後述する）。このとき、変質膜２５ｍを厚くする場合は、多結晶膜２５ｐの下層に位置する下部電極２４や基板２２が、レーザー光の照射時の高熱により劣化することが懸念される。このため、変質膜２５ｍの厚みは、その下層の（変質膜２５ｍよりも基板２２側に形成される）多結晶膜２５ｐの厚みよりも薄いことが望ましい。
【００５９】
具体的には、圧電薄膜２５の全体厚さは１〜１０μｍであるが、このうち、変質膜２５ｍの厚さは、圧電薄膜２５の全体厚さの１／１０以下であることが望ましく、１／５０以下であることがより望ましい。これにより、変質膜２５ｍはその下層の多結晶膜２５ｐよりも確実に薄くなるため、変質膜２５の形成時の高熱によって、下部電極２４および基板２２が劣化するのを抑えることができる。
【００６０】
また、変質膜２５ｍの厚みは、５ｎｍ以上であることが望ましく、１０ｎｍ以上であることがより望ましく、２０ｎｍ以上であることがさらに望ましい。変質膜２５ｍに防湿効果を発揮する機能を確実に持たせるためには、変質膜２５ｍの厚みとして少なくとも５ｎｍを確保することが望まれる。
【００６１】
〔インクジェットヘッドの製造方法〕
次に、上記の圧電アクチュエータ２１ａを備えたインクジェットヘッド２１の製造方法について以下に説明する。図７は、インクジェットヘッド２１の製造工程を示す断面図である。
【００６２】
まず、基板２２を用意する。基板２２としては、ＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）に多く利用されている結晶シリコン（Ｓｉ）を用いることができ、ここでは、酸化膜２２ｅを介して２枚のＳｉ基板２２ｃ・２２ｄが接合されたＳＯＩ構造のものを用いている。
【００６３】
基板２２を加熱炉に入れ、１５００℃程度に所定時間保持して、Ｓｉ基板２２ｃ・２２ｄの表面にＳｉＯ2からなる熱酸化膜２３ａ・２３ｂをそれぞれ形成する。次に、一方の熱酸化膜２３ａ上に、ＴｉおよびＰｔの各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極２４を形成する。
【００６４】
続いて、基板２２を６００℃程度に再加熱し、変位膜となるＰＺＴの層２５ａをスパッタ法で成膜する。なお、ＰＺＴからなる層２５ａは、複数の結晶の集合体からなる多結晶膜２５ｐである。次に、基板２２に感光性樹脂３５をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂３５の不要な部分を除去し、形成する圧電薄膜２５の形状を転写する。その後、感光性樹脂３５をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層２５ａの形状を加工し、圧電薄膜２５とする。
【００６５】
次に、圧電薄膜２５を覆うように下部電極２４上に、ＴｉおよびＰｔの各層をスパッタ法で順に成膜し、層２６ａを形成する。続いて、層２６ａ上に感光性樹脂３６をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂３６の不要な部分を除去し、形成する上部電極２６の形状を転写する。その後、感光性樹脂３６をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層２６ａの形状を加工し、上部電極２６を形成する。このとき、圧電薄膜２５において、上部電極２６の外形からはみ出すテラス領域Ｒ１が形成されるように、圧電薄膜２５上に上部電極２６を形成する。
【００６６】
次に、圧電薄膜２５におけるテラス領域Ｒ１の基板２２とは反対側の表面を、レーザー光の照射によって加熱することにより、多結晶膜２５ｐを構成する複数の結晶を一体的に変質させ、テラス領域Ｒ１の表面に、粒界が消滅した変質膜２５ｍを形成する。
【００６７】
次に、基板２２の裏面（熱酸化膜２３ｂ側）に感光性樹脂３７をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって、感光性樹脂３７の不要な部分を除去し、形成しようとする圧力室２２ａの形状を転写する。そして、感光性樹脂３７をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて基板２２の除去加工を行い、圧力室２２ａを形成してアクチュエータ２１ａとする。
【００６８】
その後、アクチュエータ２１ａの基板２２と、吐出孔３１ａを有するノズル基板３１とを、接着剤等を用いて接合する。これにより、インクジェットヘッド２１が完成する。なお、吐出孔３１ａに対応する位置に貫通孔を有する中間ガラスを用い、熱酸化膜２３ｂを除去して、基板２２と中間ガラス、および中間ガラスとノズル基板３１とをそれぞれ陽極接合するようにしてもよい。この場合は、接着剤を用いずに３者（基板２２、中間ガラス、ノズル基板３１）を接合することができる。
【００６９】
上記のように、圧電薄膜２５において、上部電極２６の外形からはみ出すテラス領域Ｒ１を形成することにより、上部電極２６の側面と圧電薄膜２５の側面とが離れるため、圧電薄膜の側面に電界がかかることはない。これにより、圧電薄膜の側面でリーク電流が発生するのを抑えることができる。
【００７０】
また、圧電薄膜２５のテラス領域Ｒ１において基板２２とは反対側の表面を加熱することにより変質膜２５ｍを形成しているので、大気中の水分が圧電薄膜２５の上記表面から内部に取り込まれるのを抑えることができる。これにより、上記水分に起因する絶縁破壊、および圧電薄膜２５の側面以外でのリーク電流の発生を抑えることができる。なお、圧電薄膜２５を覆う絶縁体層を形成しないので、上記の絶縁体層による圧電特性の低下の問題は発生しない。
【００７１】
また、圧電薄膜２５の表面の加熱を、レーザー光の照射によって行っているので、圧電薄膜２５を表面のみ加熱する局所加熱を行って、変質膜２５ｍを形成することができる。このような局所加熱により、圧電薄膜２５の下層の基板２２や下部電極２４に余分な高熱がかからないようにできるため、これらの部材の劣化を防ぐことができる。
【００７２】
ここで、図８は、圧電薄膜２５の構成材料であるＰＺＴの分光透過率を示すグラフである。圧電薄膜２５（テラス領域Ｒ１）の局所加熱に用いるレーザー光としては、ＰＺＴを透過せず、ＰＺＴに吸収されてその表面を加熱できる波長であればよい。なお、圧電薄膜２５を透過する波長のレーザー光を照射すると、レーザー光が圧電薄膜２５を透過して下地（下部電極２４、基板２２）を破損させてしまうおそれがある。この観点では、用いるレーザー光の波長は、圧電薄膜２５を透過するときの透過率が５０％以下となる波長であることが望ましい。したがって、ＰＺＴを加熱する場合は、図８より、４００ｎｍ以下の波長のレーザー光を用いることが望ましく、３６０ｎｍ以下の波長のレーザー光を用いることがより望ましい。なお、オーブンやホットプレートは、瞬間的な局所加熱が難しいため、用いないほうがよい。
【００７３】
〔圧電アクチュエータの他の構成〕
図９は、圧電アクチュエータ２１ａの他の構成を示す断面図である。同図のように、変質膜２５ｍは、テラス領域Ｒ１の膜厚方向の全体にわたって形成されていてもよい。つまり、変質膜２５ｍが、テラス領域Ｒ１の膜厚方向の全体にわたって形成されて、テラス領域Ｒ１の基板２２とは反対側の表面が露出していてもよい。ただし、この場合は、上述したように、変質膜２５ｍの形成時の高熱によって変質膜２５ｍの下層（下部電極２４、基板２２）が劣化することが懸念されるが、テラス領域Ｒ１での大気中の水分の吸収を変質膜２５ｍにより防止して、絶縁破壊およびリーク電流の発生を防止し、これによって耐電圧性が向上することに変わりはない。
【００７４】
また、図１０は、圧電アクチュエータ２１ａのさらに他の構成を示す断面図である。同図のように、変質膜２５ｍは、圧電薄膜２５における基板２２とは反対側の表面全体に形成されていてもよい。つまり、テラス領域Ｒ１に加えて、下部電極２４と上部電極２６とで挟まれる駆動領域Ｒ２においても、圧電薄膜２５は、基板２２側から、多結晶膜２５ｐと変質膜２５ｍとをこの順で積層して構成されていてもよい。なお、この構成は、下部電極２４上に圧電薄膜２５を形成した後、圧電薄膜２５の表面全体にレーザー光を照射して表面全体に変質膜２５ｍを形成し、その後、テラス領域Ｒ１が形成されるように上部電極２６を形成することで実現することができる。この構成であっても、テラス領域Ｒ１の変質膜２５ｍによって大気中の水分の吸収を防止するため、絶縁破壊およびリーク電流の発生を防止して、耐電圧性を向上させることができる。
【００７５】
また、圧電薄膜２５は、多結晶であるほうが圧電特性に優れている。したがって、駆動領域Ｒ２に変質膜２５ｍを形成する場合は、変質膜２５ｍの厚みは、その基板側の多結晶膜２５ｐの厚みよりも薄いことが望ましい。具体的には、駆動領域Ｒ２における変質膜２５ｍの厚さは、テラス領域Ｒ１に形成する場合と同様に、圧電薄膜２５の全体厚さの１／１０以下であることが望ましく、１／５０以下であることがより望ましい。また、駆動領域Ｒ２における変質膜２５ｍの厚さは、５ｎｍ以上であることが望ましく、１０ｎｍ以上であることがより望ましく、２０ｎｍ以上であることがさらに望ましい。
【００７６】
ところで、図１１は、圧電薄膜２５に異物Ｑが含まれる場合の圧電アクチュエータ２１ａの断面図である。圧電薄膜２５に異物Ｑが含まれた状態で、上部電極２６および下部電極２４の間に電界をかけると、異物Ｑや異物Ｑの界面、または異物Ｑの周辺の粒界を電流がリークしやすくなり、絶縁破壊が発生しやすい。なお、圧電薄膜２５に異物Ｑが存在すると、上部電極２６の一部が異物Ｑのある箇所で隆起するため、異物Ｑの有無は、圧電アクチュエータ２１ａの外観検査によって確認できる。
【００７７】
そこで、圧電薄膜２５に異物Ｑが存在することが確認された場合は、上部電極２６の形成後、上部電極２６の外形よりも内側の一部（異物Ｑによって隆起した部分）をレーザー光の照射による加熱によって除去する。異物Ｑの周辺部の上部電極２６を蒸散させて除去することにより、異物Ｑの周辺に電界がかからなくなる。その後、上部電極２６の一部の除去によって露出する領域（露出領域Ｒ３）の圧電薄膜２５の表面を、レーザー光の照射によって加熱（局所加熱）して、複数の結晶を一体的に変質させることにより、上記表面に変質膜２５ｍをさらに形成する。
【００７８】
図１２は、異物Ｑの周辺の上部電極２６を除去して、圧電薄膜２５の露出領域Ｒ３に変質膜２５ｍを形成した圧電アクチュエータ２１ａの断面図である。露出領域Ｒ３では、圧電薄膜２５は、基板２２側から、多結晶膜２５ｐと変質膜２５ｍとがこの順で積層された形で構成される。なお、露出領域Ｒ３における変質膜２５の厚みの範囲（上限、下限）については、テラス領域Ｒ１および駆動領域Ｒ２における変質膜２５の厚みの範囲と同様に考えることができる。
【００７９】
露出領域Ｒ３において、圧電薄膜２５の大気側の表面に変質膜２５ｍを形成することにより、大気中の水分が圧電薄膜２５の内部に取り込まれるのを抑えることができる。これにより、異物Ｑの存在によって上部電極２６の一部を除去し、下層の圧電薄膜２５が露出する場合でも、上記水分に起因する、露出領域Ｒ３での圧電薄膜２５の絶縁破壊およびリーク電流の発生を抑えることができる。
【００８０】
以上のことから、図１２の圧電アクチュエータ２１ａにおいては、上部電極２６は、その外形よりも内側で一部が除去されており、変質膜２５ｍは、上部電極２６の一部の除去によって圧電薄膜が露出する露出領域Ｒ３にさらに形成されており、露出領域Ｒ３において、圧電薄膜２５は、基板２２側から多結晶膜２５ｐと変質膜２２ｍとをこの順で有していてもよいと言える。
【００８１】
図１２においては、圧電薄膜２５がテラス領域Ｒ１を有する例で説明したが、上部電極２６の一部を除去し、露出領域Ｒ３に変質膜２５ｍを形成して圧電薄膜上部からの水分吸着によるリーク電流を防止することは、テラス領域Ｒ１を持たない圧電薄膜、すなわち圧電薄膜の側面と上部電極の側面とが面一になっている構成においても適用できる。
【００８２】
〔実施例〕
次に、図４および図１２で示した構成において、変質膜２５ｍを形成する具体的な実施例を、それぞれ実施例１および２として説明する。
【００８３】
（実施例１）
図７で示した方法で、基板２２上に、下部電極２４、圧電薄膜２５、上部電極２６を順に形成した後、圧電薄膜２５のテラス領域Ｒ１にレーザー光を照射して変質膜２５ｍを形成し、図４で示した構成の圧電アクチュエータ２１ａを製造した。このとき、Ｓｉからなる振動板２２ｂの厚みを５μｍとし、Ｐｔを含む下部電極２４の厚みを０．１μｍとし、ＰＺＴからなる圧電薄膜２５の厚みを５μｍとし、Ａｕを含む上部電極の厚みを０．３μｍとした。
【００８４】
下部電極２４上にスパッタ法で成膜される圧電薄膜２５は、下部電極２４から上側に伸びる柱状の結晶が集まった多結晶膜２５ｐ（粒径：数十ｎｍ〜１μｍ程度、結晶配向：＜１００＞方向）を有しており、また、圧電薄膜２５において、上部電極２６で覆われていないテラス領域Ｒ１のＰＺＴ表面には、アモルファスの状態のＰＺＴ、すなわち、粒界のない領域（変質膜２５ｍ）が形成されていることが、ＳＥＭ画像等から確認された。なお、変質膜２５ｍの厚みは、２０ｎｍであった。
【００８５】
ここで、変質膜２５ｍは、ＰＺＴの多結晶膜２５ｐを局所加熱（表面のみを加熱）することにより形成されるが、このときの局所加熱は、ＨＯＹＡ製のＹＡＧレーザー照射機（ＬＲ−３１００ＳＵＶ）を用い、パルスレーザーを照射して行った。レーザー光の波長は２６６ｎｍであり、パルス幅は５ｎｓｅｃであり、光量は０．１ｍＪであった。ＰＺＴの融点は、一般的には１３００〜１６００℃と言われているが、上記のレーザー光を用いることにより、局所加熱によってＰＺＴ表面を確実に融解し、固化させて、ＰＺＴ表面の粒界を無くすことができた。
【００８６】
ＰＺＴ透過率の高い波長（吸収の少ない波長）での加工は、光のほとんどがＰＺＴを透過して、ＰＺＴの表面にかかる熱が非常に小さくなるので好適ではない。ＰＺＴの局所加熱に使用できるレーザー光の波長は、上述のように４００ｎｍ以下であることが望ましい。このようなレーザー光の例としては、以下のものが挙げられる。
（１）ＹＡＧレーザー（固体レーザーの一種で、波長１０６４ｎｍを基本波とするレーザー）
ＹＡＧ第３高調波：波長３５５ｎｍ（ＹＡＧ基本波を３分の１の波長に変換したもの）
ＹＡＧ第４高調波：波長２６６ｎｍ（ＹＡＧ基本波を４分の１の波長に変換したもの）
ＹＡＧ第５高調波：波長２１３ｎｍ（ＹＡＧ基本波を５分の１の波長に変換したもの）
（２）エキシマレーザー（気体レーザーの一種で、使う媒質により波長が異なる）
媒質Ｎ2    ：波長３３７ｎｍ
媒質ＸｅＣｌ：波長３０８ｎｍ
媒質ＫｒＦ  ：波長２４８ｎｍ
媒質ＫｒＣｌ：波長２２２ｎｍ
媒質ＡｒＦ  ：波長１９３ｎｍ
【００８７】
また、ＰＺＴ表面に十分な熱が加わるように照射光量を上げると、ＰＺＴ表面だけでなく、その下地（下部電極２４、振動板２２ｂ等）および照射エリア周辺が、加熱の影響を受けて、素子性能が劣化する場合がある。このため、照射光量についても適切に設定する必要がある。
【００８８】
このようにして作製した圧電アクチュエータ２１ａの耐電圧性を以下のようにして調べた。すなわち、上部電極２６と下部電極２４との間に、周波数１００ｋＨｚの矩形波で２０Ｖの電圧を３０分印加して、絶縁破壊が発生するかどうかのテストを行った。絶縁破壊が発生しなかった場合は、印加電圧をさらに５Ｖ上げてテストを行い、最大５０Ｖまで上げてテストを行った。なお、テスト環境は、２３℃湿度５０％ＲＨであった。
【００８９】
また、実施例１において、変質膜２５ｍを形成しなかったものを比較例１の圧電アクチュエータ（図６参照）とし、この圧電アクチュエータについても上記と同様にして耐電圧性を調べた。その結果、実施例１では、印加電圧を５０Ｖまで上げても絶縁破壊は発生しなかったが、比較例１では、印加電圧が３５Ｖのときに絶縁破壊が発生した。したがって、実施例１のようにテラス領域Ｒ１に変質膜２５ｍを形成する構成では、変質膜２５ｍを形成しない場合に比べて、耐電圧性が１５Ｖ以上向上すると言える。
【００９０】
なお、圧電変位については、実施例１と比較例１とで同じ値であり、変質膜２５ｍを形成したことによる圧電変位への影響はないことが確認された。
【００９１】
（実施例２）
圧電アクチュエータ２１ａの完成後、圧電薄膜２５に異物Ｑは混入していることが外観検査で確認されたときに、レーザー光を照射して、異物Ｑの周辺の上部電極２６を除去し、その後、むき出しとなったＰＺＴの表面にもレーザー光を照射して、ＰＺＴの粒界を無くした変質膜２５ｍを形成した（図１２参照）。このようにすることで、異物起因のリーク電流の発生を抑えることができる。
【００９２】
上部電極２６の除去およびＰＺＴ表面における変質膜２５ｍの形成は、ＨＯＹＡ製のＹＡＧレーザー照射機（ＬＲ−３１００ＳＵＶ）を用い、パルスレーザーを照射して行った。レーザー光の波長は２６６ｎｍであり、パルス幅は５ｎｓｅｃであり、光量は０．５ｍＪであった。レーザー光の照射光量を実施例１よりも上げることにより、異物Ｑの周辺の上部電極２６の除去と、ＰＺＴ表面の変質膜２５の形成（粒界をなくす処理）とを一括して（連続して）行うことができる。なお、上部電極２６の除去と、ＰＺＴ表面の変質膜２５の形成とを非連続的に（時間を空けて）行ってもよい。
【００９３】
上記のように処理することで、実施例２では、印加電圧を５０Ｖまで上げても絶縁破壊は発生せず、良好な耐電圧性が得られることが確認された。
【００９４】
以上で説明した本実施形態の圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタは、以下のように表現することができ、これによって以下の作用効果を奏する。
【００９５】
本実施形態の圧電アクチュエータは、基板上に、下部電極、圧電薄膜および上部電極をこの順で有する圧電アクチュエータであって、前記圧電薄膜は、複数の結晶を含む多結晶膜と、複数の結晶の一体的な変質によって粒界が消滅した変質膜とを有しており、前記変質膜は、前記下部電極上の前記圧電薄膜において、前記上部電極の外形からはみ出した領域に少なくとも形成されており、かつ、前記領域において前記基板とは反対側の表面に露出している。
【００９６】
圧電薄膜は、下部電極上で上部電極の外形からはみ出した領域を有している。この構成では、上部電極の側面（端面）が、圧電薄膜の側面（端面）と同一面上になく、離れているため、上部電極と下部電極との間に電界をかけたときに、圧電薄膜の側面に電界がかかることはない。このため、たとえ大気中の水分が圧電薄膜の側面から内部に取り込まれても、その水分に起因して側面リークが発生するのを抑えることができる。
【００９７】
また、圧電薄膜の少なくとも上記の領域に、複数の結晶の一体的な変質によって粒界が消滅した変質膜が形成されており、この変質膜が上記領域において基板とは反対側の表面に露出している。なお、変質膜が上記表面に露出するのであれば、変質膜は上記領域において圧電薄膜の膜厚方向全体に形成されていてもよいし、表面側にのみ形成されていてもよい（基板側は多結晶膜であってもよい）。
【００９８】
圧電薄膜の表面に多結晶膜が存在する場合は、大気中の水分が多結晶膜の粒界を介して内部に取り込まれる。しかし、変質膜は粒界を持たないため、大気中の水分が圧電薄膜の上記表面から内部に取り込まれるのを抑えることができる。これにより、上記水分に起因して圧電薄膜に絶縁破壊が生じてリーク電流が発生するのを抑えることができ、耐電圧性を向上させることができる。つまり、上部電極と下部電極との間に電界をかけたときに、上部電極の端部と下部電極との間で圧電薄膜の絶縁破壊が発生するのを抑えて、圧電薄膜の側面以外におけるリーク電流の発生も抑えることができる。しかも、従来のように、絶縁体層で圧電薄膜を覆うことなく、リーク電流の発生を抑えることができるので、上記の絶縁体層によって圧電薄膜の変位が阻害され、圧電特性が低下するということは起こり得ない。
【００９９】
前記変質膜は、非晶質構造を持っていてもよい。この場合、変質膜は確実に粒界を持たないため、上記の効果を確実に得ることができる。
【０１００】
前記領域において、前記圧電薄膜は、前記基板側から前記多結晶膜と前記変質膜とをこの順で有していてもよい。
【０１０１】
下部電極上の上記領域においては、圧電薄膜の基板側は大気と接触せず（下部電極および基板が存在するため）、基板とは反対側が大気と接触する。このため、上記領域では、圧電薄膜の膜厚方向全体を変質膜で形成しなくても、つまり、基板側を多結晶膜とし、基板とは反対側を変質膜とした構成であっても、上述の効果を得ることができる。
【０１０２】
前記上部電極は、その外形よりも内側で一部が除去されており、前記変質膜は、前記上部電極の一部の除去によって前記圧電薄膜が露出する露出領域にさらに形成されており、前記露出領域において、前記圧電薄膜は、前記基板側から前記多結晶膜と前記変質膜とをこの順で有していてもよい。
【０１０３】
例えば、圧電薄膜に存在する異物を介してリーク電流が発生するのを防止するために、上部電極の外形よりも内側で、上部電極の一部（異物の上方の箇所）が除去される場合がある。上部電極の一部の除去によって圧電薄膜が露出する領域（露出領域）では、基板側に多結晶膜を位置させ、大気側に変質膜を位置させることで、大気中の水分が圧電薄膜の内部に取り込まれるのを抑えることができる。これにより、圧電薄膜の上記露出領域での絶縁破壊およびリーク電流の発生を抑えることができる。
【０１０４】
前記変質膜の厚みは、該変質膜よりも前記基板側に形成される前記多結晶膜の厚みよりも薄いことが望ましい。変質膜は、例えばレーザー光の照射により、複数の結晶を一体的に変質させる（例えば非晶質化させる）ことによって形成される。変質膜を厚くする場合は、多結晶膜の下層（下部電極、基板）がレーザー光の照射時の高熱により劣化することが懸念されるため、変質膜は多結晶膜よりも薄くすることが望ましい。
【０１０５】
前記変質膜の厚みは、５ｎｍ以上であることが望ましい。変質膜の厚みが少なくとも５ｎｍあれば、変質膜を、大気中の水分の侵入を防ぐ膜として確実に機能させることができる。
【０１０６】
本実施形態のインクジェットヘッドは、上述した圧電アクチュエータと、前記圧電アクチュエータの前記基板に形成される開口部に収容されるインクを外部に吐出するためのノズル孔を有するノズル基板とを備えている。上述した圧電アクチュエータでは、耐電圧性を向上させることができるため、高い電界を印加してインク吐出を行うことが可能となる。これにより、高粘度のインクを用いたインク吐出が可能となる。
【０１０７】
本実施形態のインクジェットプリンタは、上記のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させる。上記のインクジェットヘッドを備えていることにより、高速で高精細な描画に有利なインクジェットプリンタを実現できる。
【０１０８】
本実施形態の圧電アクチュエータの製造方法は、基板上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に、複数の結晶を含む多結晶膜を成膜して圧電薄膜を形成する工程と、前記圧電薄膜において、上部電極の外形からはみ出す領域が形成されるように、前記圧電薄膜上に前記上部電極を形成する工程と、前記領域の前記基板とは反対側の表面を加熱して、前記多結晶膜に含まれる複数の結晶を一体的に変質させることにより、粒界が消滅した変質膜を、前記領域の少なくとも前記表面に形成する工程とを有している。
【０１０９】
圧電薄膜には、上部電極の外形からはみ出した領域が形成されており、上部電極の側面と圧電薄膜の側面とが離れるため、圧電薄膜の側面に電界がかかることはない。このため、たとえ大気中の水分が圧電薄膜の側面から内部に取り込まれても、その水分に起因する側面リークの発生を抑えることができる。
【０１１０】
また、圧電薄膜の上記領域の基板とは反対側の表面に、粒界が消滅した変質膜が形成されるので、大気中の水分が圧電薄膜の上記表面から内部に取り込まれるのを抑えることができる。したがって、上記水分に起因する絶縁破壊およびリーク電流の発生を抑えて、耐電圧性を向上させることができる。つまり、上部電極の端部と下部電極との間で圧電薄膜の絶縁破壊が発生するのを抑えて、圧電薄膜の側面以外におけるリーク電流の発生も抑えることができる。しかも、従来のように、絶縁体層で圧電薄膜を覆うことなく、リーク電流の発生を抑えることができるので、上記の絶縁体層によって圧電薄膜の変位が阻害され、圧電特性が低下するということは起こり得ない。
【０１１１】
上記の製造方法は、前記上部電極の形成後、前記上部電極の外形よりも内側の一部を加熱によって除去し、その後、前記上部電極の一部の除去によって露出する前記圧電薄膜の表面を加熱して、前記多結晶膜に含まれる複数の結晶を一体的に変質させることにより、粒界が消滅した変質膜を前記表面に形成する工程をさらに有していてもよい。
【０１１２】
この場合、上部電極の一部の除去によって露出した圧電薄膜の内部に大気中の水分が取り込まれるのを、表面の変質膜で抑えることができる。これにより、上部電極の一部の除去によって露出した領域での圧電薄膜の絶縁破壊およびリーク電流の発生を抑えることができる。
【０１１３】
前記圧電薄膜の表面の加熱を、レーザー光の照射によって行うことが望ましい。レーザー光の照射により、圧電薄膜（多結晶膜）を局所的に加熱して、つまり、圧電薄膜の膜厚方向の一部（例えば表面のみ）を瞬間的に加熱して、変質膜を形成することができる。このような局所加熱により、構成部材である基板や下部電極に余分な高熱がかからないようにできるため、これらの部材の劣化を防ぐことができる。
【０１１４】
前記レーザー光の波長は、前記圧電薄膜を透過するときの透過率が５０％以下となる波長であることが望ましい。圧電薄膜が吸収する波長のレーザー光を照射することにより、圧電薄膜を確実に局所加熱できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明の圧電アクチュエータは、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタに利用可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１      インクジェットプリンタ
２１      インクジェットヘッド
２１ａ    アクチュエータ（圧電アクチュエータ）
２２      基板
２２ａ    圧力室（開口部）
２４      下部電極
２５      圧電薄膜
２５ｐ    多結晶膜
２５ｍ    変質膜
２６      上部電極
３１      ノズル基板
３１ａ    吐出孔（ノズル孔）
Ｒ１      テラス領域
Ｒ３      露出領域
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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