(57)【要約】【課題】液体噴射ヘッドのアクチュエータを単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜の積層構造で構成することにより、半導体プロセスによる微細加工を可能にして高密度なマルチヘッドを実現する。【解決手段】液体噴射ヘッドの本体基板部１には、液吐出口２、圧力室３等が形成され、各圧力室３の開口部４をふさぐように、アクチュエータ１０を構成する振動板１１、下部電極１３、圧電膜１２、上部電極１４が成膜される。少なくとも下部電極１３を単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜にすることで、その上に成膜される圧電膜１２も単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜にすることが可能となり、圧電膜１２を１〜４μｍまで薄くしても充分な圧電特性を得ることができるため、半導体プロセスによる微細加工をアクチュエータの形成に適用できる。【選択図】　　　図３
2004071945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に振動板、下部電極、圧電体および上部電極を順次積層した積層構造を有し、前記圧電体に接合される前記２つの電極のうちの少なくとも一方が、単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜であることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
圧電体と下部電極が、それぞれ、単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜であることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
圧電体の膜厚が５００ｎｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載のアクチュエータ。
【請求項４】
基体上に振動板、下部電極、圧電体および上部電極を順次積層した積層構造を有し、前記圧電体が、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓｃのうちの少なくとも１つと、Ｐｂを含む単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載のアクチュエータ。
【請求項５】
酸化物薄膜が、ペロブスカイト構造であることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載のアクチュエータ。
【請求項６】
２つの電極のうちの少なくとも一方が、ＳｒおよびＲｕを含む単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜であることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載のアクチュエータ。
【請求項７】
振動板が、Ｚｒを含む単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜であることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載のアクチュエータ。
【請求項８】
振動板が、ＺｒおよびＹを含む単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜であることを特徴とする請求項１ないし７いずれか１項記載のアクチュエータ。
【請求項９】
液吐出口に連通され一部に開口部が形成された圧力室を有する本体基板部と、前記開口部をふさぐように前記圧力室に接合されたアクチュエータとを備える液体噴射ヘッドにおいて、前記アクチュエータは、前記本体基板部に振動板、下部電極、圧電体および上部電極を順次積層した積層構造を有し、前記圧電体に接合される前記２つの電極のうちの少なくとも一方が、単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体噴射記録装置等に使用されるアクチュエータおよび液体噴射ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンなどの印刷装置として、液体噴射記録装置を用いたプリンタが、印字性能がよく取り扱いが簡単でかつ低コストである等の理由から広く普及している。この液体噴射記録装置には、熱エネルギーによってインク等の液体中に気泡を発生させ、その気泡による圧力波により液滴を吐出させるもの、静電力により液滴を吸引吐出させるもの、圧電素子のような振動子による圧力波を利用したもの等、種々の方式がある。
【０００３】
一般に、圧電素子を用いたものは、例えば、液体供給室に連通した圧力室（液室）とその圧力室に連通した液吐出口とを備え、その圧力室に圧電素子が接合された振動板が設けられて構成されている。このような構成において、圧電素子に所定の電圧を印加して圧電素子を伸縮させることにより、たわみ振動を起こさせて圧力室内の液体を圧縮することにより液吐出口から液滴を吐出させている。
【０００４】
近時カラーの液体噴射装置が普及してきたが、その印字性能の向上、特に高解像度化および高速印字さらには液体噴射ヘッドの長尺化が求められている。そのため液体噴射ヘッドを微細化したマルチノズルヘッド構造を用いて高解像度および高速印字を実現することが試みられている。液体噴射ヘッドを微細化するためには、液体を吐出させるための圧電素子を小型化することが必要になる。
【０００５】
圧電素子を用いたアクチュエータおよび液体噴射ヘッドにおいて、圧電素子を小型化するためには、圧電体自身がより緻密であり、小型化しても駆動能力が低くならないような高い圧電定数を持つ必要がある。
【０００６】
このためには、圧電体を構成する薄膜が結晶性の優れた膜であることが必要である。結晶性が優れた膜とは、同一方向に配向した単一配向結晶薄膜や、単結晶薄膜である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の圧電素子の圧電膜は、ＰｂＯ、ＺｒＯ２　およびＴｉＯ２　の粉末のペーストをシート状に成型加工したグリーンシートを焼結することにより形成する方法が採用されていたことから、圧電膜を例えば１０μｍ以下に薄く形成することが困難であった。
【０００８】
また、グリーンシートの焼結には１０００℃以上の温度で行うため、圧電体が収縮してしまうという問題があった。このため、圧電体と液室等の構造体とを数ミクロンオーダーでの寸法精度で位置合わせをすることは困難であり、これが、圧電素子自体の小型化を阻む一因となっていた。
【０００９】
また、グリーンシートを焼結することにより形成されたセラミックス圧電膜は、その厚さが薄くなるにしたがって、結晶粒界の影響が無視できないようになり、良好な圧電特性を得ることができなかった。その結果、グリーンシートを焼結することにより形成された圧電膜は、１０μｍ以下になると記録液を吐出させるための充分な圧電特性を得ることができないという問題点があった。
【００１０】
このため、充分な記録液の吐出に必要な特性を有する小型の液体噴射ヘッドをこれまで実現することができなかった。
【００１１】
現在報告されている圧電体薄膜の作製方法としてＣＶＤ法やゾル−ゲル法などの方法がある。しかし、これらの方法によって作製した圧電体も、その密度が低いために、微細化加工が非常に困難である。また、圧電体の能力を表す圧電定数も小さいため、小型化すると、一定電圧に対する変位量も小さくなるため、上記のＣＶＤ法等を小型のアクチュエータおよび液体噴射ヘッドの圧電体薄膜の作製に用いることは困難である。
【００１２】
さらに、従来技術では、圧電体薄膜とこれに接合される電極との間の密着性が低いという問題がある。アクチュエータおよび液体噴射ヘッドの圧電体としての繰り返し応力に耐え得るためには、電極と圧電体薄膜との間に高い密着性が必要である。
【００１３】
また、スパッタ法を用いた半導体プロセスでの微細加工による液体噴射ヘッドの構成とその製造方法は、特開平１１−３４８２８５号公報に提案されている。この液体噴射ヘッドは、単結晶のＭｇＯ上に白金を配向成膜して、その上にＺｒ層を含まないペロブスカイトの層とＰＺＴの層の積層体とすることを特徴としている。
【００１４】
しかし、前記公報に記載の製造方法では、再現性よく安定した単一配向結晶あるいは単結晶のＰＺＴが得られない。さらに、単結晶のＭｇＯ等の非常に高価な単結晶基板上にしか配向したＰＺＴ層が得られず、非常に高価なプロセスとなってしまう。しかも、ＭｇＯの単結晶基板は大きさに限界があり、大面積の基板を得ることができない。
【００１５】
本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、膜厚が薄くても大きな圧電特性を有する圧電体を有し、これと密着性のよい酸化物薄膜を電極とする積層構造を用いることで、半導体プロセスで一般に用いられている微細加工によるアクチュエータの製作を可能とし、高密度に形成された液吐出口を有し、しかも性能が安定した信頼性の高い液体噴射ヘッドを実現できるアクチュエータおよび液体噴射ヘッドを提供することを目的とするものである。
【００１６】
本発明の目的は、アクチュエータを構成する単一配向結晶あるいは単結晶の圧電体薄膜を再現性よく安定して製作可能にすることである。
【００１７】
本発明のさらに別の目的は圧電体薄膜と電極との密着性を向上させることで、耐久性にすぐれたアクチュエータおよび液体噴射ヘッドを実現することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のアクチュエータは、基体上に振動板、下部電極、圧電体および上部電極を順次積層した積層構造を有し、前記圧電体に接合される前記２つの電極のうちの少なくとも一方が、単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜であることを特徴とする。
【００１９】
圧電体と下部電極が、それぞれ、単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜であるとよい。
【００２０】
圧電体の膜厚が５００ｎｍ以上１０μｍ以下であるとよい。
【００２１】
また、基体上に振動板、下部電極、圧電体および上部電極を順次積層した積層構造を有し、前記圧電体が、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｓｃのうちの少なくとも１つと、Ｐｂを含む単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜であることを特徴とするアクチュエータでもよい。
【００２２】
本発明の液体噴射ヘッドは、液吐出口に連通され一部に開口部が形成された圧力室を有する本体基板部と、前記開口部をふさぐように前記圧力室に接合されたアクチュエータとを備える液体噴射ヘッドにおいて、前記アクチュエータは、前記本体基板部に振動板、下部電極、圧電体および上部電極を順次積層した積層構造を有し、前記圧電体に接合される前記２つの電極のうちの少なくとも一方が、単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜であることを特徴とする。
【００２３】
【作用】
アクチュエータを小型化し、半導体プロセスで用いる微細加工の技術を用いて液体噴射ヘッドを製造可能にするためには、膜厚が薄くても大きな圧電特性を有する圧電体として単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜を用いることが必要である。また、圧電体に接合される下部電極や上部電極との密着性が良好であることも要求される。
【００２４】
そこで、緻密で圧電特性にすぐれた単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜の圧電体を再現性よく安定して製作することを可能にするとともに、電極との密着性や電極自身の強度向上のために、少なくとも一方の電極として単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜を用いる。
【００２５】
特に、圧電体の下層である下部電極が単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜であれば、その上に成膜される圧電体が結晶化しやすい状況となり、圧電体を、配向性の高い単結晶または単一配向結晶に再現性よく安定して成膜することができる。
【００２６】
また、アクチュエータの圧電体、上下電極に加えて、振動板も結晶性の高い酸化物薄膜とすることで、極めて密着性が良好で電極強度も十分である積層構造となり、耐久性や吐出性能にすぐれた高密度な液体噴射ヘッドを実現できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１ないし図３は一実施の形態による液体噴射ヘッドを示すもので、この液体噴射ヘッドＥは、基体である本体基板部１に設けられた複数の液吐出口（ノズル）２と、各液吐出口２に対応する複数の圧力室（液室）３と、各圧力室３にそれぞれ対応するように設けられたアクチュエータ１０とから構成されている。圧力室３は、本体基板部１に液吐出口２にそれぞれ対応するように並列して形成されている。本実施の形態では、液吐出口２が下面側に設けられているが、側面側に設けることもできる。また、本体基板部１の上面には各圧力室３にそれぞれ対応した開口部４が形成され、本体基板部１の上面において開口部４をふさぐようにアクチュエータ１０が位置付けられている。
【００２９】
アクチュエータ１０は、振動板１１と圧電体である圧電膜１２を有し、圧電膜１２の下に下部電極１３、圧電膜１２の上には上部電極１４が積層されており、２つの電極１３、１４のうちの少なくとも一方に単一配向結晶あるいは単結晶の酸化物薄膜を用いている。
【００３０】
このように電極に酸化物薄膜を用いているため、機械的変位を繰り返して微小な亀裂が発生しても電極自身強度や、圧電膜との密着性が保持される。
【００３１】
また、下部電極１３の上に成膜されている圧電膜１２も単一配向結晶あるいは単結晶の酸化物薄膜であり、電極薄膜との格子定数のマッチングが良い材料を選ぶことができる。加えて、振動板１１も、本体基板部１上に成膜された単一配向結晶あるいは単結晶の酸化物薄膜である。アクチュエータ１０は、このような薄膜の積層構造によって構成されているため、各薄膜１１〜１４どうし、および本体基板部１との密着力が劣化せず、耐久性にすぐれたアクチュエータ１０を実現できる。
【００３２】
振動板１１と圧電膜１２との間に、双方に対して格子マッチングがよく、かつ単一配向結晶または単結晶の薄膜による下部電極１３を用いることで、圧電膜１２を配向度の高い単一配向結晶または単結晶にすることが可能となる。
【００３３】
単一配向結晶あるいは単結晶とは、ＸＲＤ（Ｘ線回折）のθ−２θ測定により膜の優先配向度が８０％以上あるものであり、好ましくは９５％以上、より好ましくは９６％以上のものである。
【００３４】
特に９６％以上の場合は、酸化物薄膜の導電性が良好となり、アクチュエータとしての駆動電圧を十分に供給することができる。
【００３５】
また、圧電膜１２の上に設けられる上部電極１４も単一配向結晶あるいは単結晶の薄膜であるとよい。
【００３６】
このように、本体基板部に順次、結晶配向の方位のそろった膜を成膜することで、液体噴射ヘッドの各ノズル毎のアクチュエータの性能のばらつきが少なくかつ密着強度の強いデバイスを得ることができ、加えて、アクチュエータの小型化に充分な圧電特性および機械特性をも得ることができる。
【００３７】
また、単一配向結晶あるいは単結晶の酸化物薄膜を圧電膜に用いることで、圧電膜自体の耐久性を向上させることができる。
【００３８】
下部電極１３および上部電極１４を構成する薄膜材料としては、例えば、ＳｒおよびＲｕを含む酸化物（ＳＲＯ）が好ましい。
【００３９】
さらに上記の酸化物薄膜がペロブスカイト構造であるとよい。
【００４０】
本発明で使用する圧電膜としては以下の物質が選択できる。
【００４１】
例えば、ＰＺＴ［Ｐｂ（Ｚｒｘ　Ｔｉ１−ｘ　）Ｏ３　］、ＰＭＮ［Ｐｂ（Ｍｇｘ　Ｎｂ１−ｘ）Ｏ３　］、ＰＮＮ［Ｐｂ（Ｎｂｘ　Ｎｉ１−ｘ　）Ｏ３　］、ＰＳＮ［Ｐｂ（ＳｃｘＮｂ１−ｘ　）Ｏ３　］、ＰＺＮ［Ｐｂ（Ｚｎｘ　Ｎｂ１−ｘ　）Ｏ３　］、ＰＭＮ−ＰＴ｛（１−ｙ）［Ｐｂ（Ｍｇｘ　Ｎｂ１−ｘ　）Ｏ３　］−ｙ［ＰｂＴｉＯ３　］｝、ＰＳＮ−ＰＴ｛（１−ｙ）［Ｐｂ｛Ｓｃｘ　Ｎｂ１−ｘ　｝Ｏ３　］−ｙ［ＰｂＴｉＯ３　］｝、ＰＺＮ−ＰＴ｛（１−ｙ）［Ｐｂ（Ｚｎｘ　Ｎｂ１−ｘ　）Ｏ３　］−ｙ［ＰｂＴｉＯ３　］｝である。ここで、ｘおよびｙは１以下で０以上の数である。例えば、ＰＺＴの場合、ｘは０．３〜０．７で、ＰＭＮでは、ｘは０．２〜０．５で、ＰＳＮでは、ｘは０．４〜０．７が好ましく、ＰＭＮ−ＰＴのｙは０．２〜０．４、ＰＳＮ−ＰＴのｙは０．３５〜０．５、ＰＺＮ−ＰＴのｙは０．０３〜０．３５が好ましい。
【００４２】
圧電膜は単一組成であってもよいし、２種類以上の組み合わせでもよい。また、結晶構造制御のために異種の組成のアンカー層を成膜したのちに成膜してもよい。例えばＰＺＴを単結晶成膜させる場合などはＺｒ成分が最初析出しやすくなるためにＰｂＴｉＯ３　のアンカー層を成膜したのちに成膜することが望ましい。
【００４３】
さらに圧電膜の膜厚は、５００ｎｍから１０μｍで好ましくは１μｍから５μｍである。
【００４４】
また、上記主成分に微量の元素をドーピングした組成物であってもよい。
【００４５】
次にアクチュエータの具体的な層構成と各層の結晶方位を列挙する。層構成の表示は、上部電極／／圧電膜／／下部電極／振動板となっている。
例１　Ｐｔ／／ＰＺＴ（００１）／ＰＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＹＳＺ（１００）／Ｓｉ（１００）
例２　Ａｕ／／ＰＺＴ（００１）／ＰＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＹＳＺ（１００）／Ｓｉ（１００）
例３　ＳＲＯ（１００）／／ＰＺＴ（００１）／ＰＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＹＳＺ（１００）／Ｓｉ（１００）
例４　ＳＲＯ（１１１）／／ＰＺＴ（１１１）／ＰＴ（１１１）／／Ｐｔ　（１１１）　／／ＹＳＺ（１００）／Ｓｉ（１００）
例５　Ｐｔ／／ＰＺＴ（００１）／ＰＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＳＴＯ（１００）／Ｓｉ（１００）
例６　Ａｕ／／ＰＺＴ（００１）／ＰＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＳＴＯ（１００）／Ｓｉ（１００）
例７　ＳＲＯ（１００）／／ＰＺＴ（００１）／ＰＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＳＴＯ（１００）／Ｓｉ（１００）
例８　ＳＲＯ（１００）／／ＰＺＴ（００１）／ＰＴ（００１）／／Ｐｔ／／ＳＴＯ（１００）／Ｓｉ（１００）
例９　Ｐｔ／／ＰＺＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＹＳＺ（１００）／Ｓｉ（１００）
例１０　Ａｕ／／ＰＺＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＹＳＺ（１００）／Ｓｉ（１００）
例１１　ＳＲＯ（１００）／／ＰＺＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＹＳＺ（１００）／Ｓｉ（１００）
例１２　Ｐｔ／／ＰＺＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＳＴＯ（１００）／Ｓｉ（１００）
例１３　Ａｕ／／ＰＺＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＳＴＯ（１００）／Ｓｉ（１００）
例１４　ＳＲＯ（１００）／／ＰＺＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＳＴＯ（１００）／Ｓｉ（１００）
例１５　ＳＲＯ（１００）／／ＰＺＴ（００１）／／Ｐｔ／／ＳＴＯ（１００）／Ｓｉ（１００）
【００４６】
上記具体例としては圧電膜をＰＺＴあるいはＰＺＴ／ＰＴの積層構造を例示したが、これらが前述のＰＭＮ、ＰＺＮ、ＰＳＮ、ＰＮＮ、ＰＭＮ−ＰＴ、ＰＳＮ−ＰＴ、ＰＺＮ−ＰＴに適宜変更させた層構成でもよい。
【００４７】
例えば、Ｐｔ／／ＰＭＮ（００１）／ＰＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＹＳＺ（１００）／Ｓｉ（１００）、
Ａｕ／／ＰＭＮ−ＰＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＹＳＺ（１００）／Ｓｉ（１００）　、
ＳＲＯ（１００）／／ＰＭＮ−Ｐｔ（００１）／ＰＴ（００１）／／ＳＲＯ（１００）／／ＹＳＺ（１００）／Ｓｉ（１００）
等のようにである。
【００４８】
（　　）内の数字で示した結晶方位は前述したように８０％以上、好ましくは８５％以上、より好ましくは９５％以上の優先配向する結晶配向を示している。
【００４９】
上記の液体噴射ヘッドにおいては、圧電膜の圧電係数をさらに高めるために、前記第２層におけるジルコニウム／チタン比が、３０／７０以上７０／３０以下に設定されていることが好ましい。
【００５０】
この液体噴射ヘッドは、液吐出口に接続された圧力室を有する本体基板部の開口部をふさぐように設けられた鉛およびチタン、ジルコニウム等を含有する圧電膜をたわみ振動させることにより、前記液吐出口から記録液を吐出させる。
【００５１】
圧電膜等の成膜は、成膜時の温度を５００℃以上とし、成膜時の温度から少なくとも４５０℃までの間を３０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で急速冷却して成膜する。
【００５２】
上記の液体噴射ヘッドにおいては、圧電膜を１０μｍ以下の厚さに形成することができ、圧電膜等の形状を微細に加工することを可能にする。さらに、圧電膜を１μｍ以上５μｍ以下の厚さに形成することにより、アクチュエータを半導体プロセスによって微細に加工することが可能になるとともに、充分な液吐出力および充分な圧電素子としての信頼性が得られる。
【００５３】
特に、薄膜形成時の温度を５００℃以上とし、その冷却速度を成膜時の温度から４５０℃までの間を３０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で急速冷却することで、液体噴射ヘッドとしての圧電定数を低下させることのない極めて薄い圧電膜を得ることができる。
【００５４】
また、振動板が、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｉおよびそれらの酸化物や窒化物、酸化物、および高分子有機物からなる群から選ばれた少なくとも１つの材料の薄膜あるいはそれらの積層体からなることが好ましい。さらに、それらがスパッタリングにより形成されることが好ましい。
【００５５】
上記の液体噴射ヘッドの製造方法は、▲１▼シリコン基板上に振動板、下部電極、圧電膜、上部電極を成膜する工程、▲２▼圧電膜を分割する工程、▲３▼圧力室を形成する工程、▲４▼ノズルを形成する工程、を含む。
【００５６】
上記工程にある▲２▼圧電膜を分割する工程とは、上記工程▲１▼で成膜した圧電膜をパターニングする工程である。パターニングは各ノズル／各圧力室に対応した分割であっても、そうでなくてもよい。パターニング方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチングあるいは機械的切断等がある。ウェットエッチングおよびドライエッチングにおいては、パターニングのためにレジスト処理を施す。また、分割された圧電膜の間に圧電膜の伸縮を阻害しない剛性の低い樹脂等を充填してもよい。
【００５７】
圧力室の形状は、長方形、円形、楕円形等各種選択することができる。また、サイドシューターの場合の圧力室の断面形状をノズル方向に絞った形状にすることもできる。
【００５８】
▲４▼のノズル形成工程は、ノズルが空けられたノズルプレートを各圧力室部に対応して接合してもよいし、レジスト材料等でノズルを形成してもよい。また、ポリマー基板を張り合わせた後にレーザー加工により各圧力室に対応してノズルを形成してもよい。レジスト材料でノズルを形成する方法では、上記▲２▼の工程と同時に行う方法でもよい。▲２▼、▲３▼、▲４▼の工程の順序は、順不同であり、最後に▲２▼の圧電膜の分割工程を行う等の方法を採用してもよい。
【００５９】
上記のように圧電膜が単一配向結晶あるいは単結晶であるアクチュエータを用いることで、高密度で吐出力の大きい、かつ高周波数に対応できる液体噴射ヘッドを実現できる。
【００６０】
以下に実施例を説明する。
【００６１】
〔実施例１〜３〕
図４ないし図６に実施例１〜３によるアクチュエータの膜構成を示す。各膜の膜厚は、上部電極０．５μｍ／圧電膜３μｍ／下部電極０．５μｍ／振動板２μｍ／基板６００μｍである。
【００６２】
作製は、まず、基板にスパッタ法などで振動板を成膜した。このとき、基板を加熱し、５００℃以上の温度を保持しながら、成膜することによって、振動板はエピタキシャル成長し、単結晶化することができた。さらに、同様の方法で、下部電極を振動板に成膜することで、単結晶薄膜を得ることができた。さらに、同様の方法で、圧電膜を下部電極に成膜することで、圧電膜を単結晶薄膜にすることができた。上部電極も、同様の方法で単結晶薄膜を得ることができた。
【００６３】
実施例１〜３によるアクチュエータの各層の材料の構成とそれらに２０Ｖ印加したときの変位量を表１に示す。それぞれの層構成で０．３〜０．４μｍの変位を得ることができた。また、下部電極の結晶性はＸＲＤにより、いずれも９６％以上であった。
【００６４】
【表１】
2004071945.tif 000003
【００６５】
〔実施例４〜６〕
実施例４〜６は、それぞれ実施例１〜３のアクチュエータを用いた液体噴射ヘッドである。
【００６６】
各アクチュエータの各膜の膜厚は、前述のように、上部電極０．５μｍ／圧電膜３μｍ／下部電極０．５μｍ／振動板２μｍ／基板６００μｍ／である。また、１８０ｄｐｉを実現するために圧力室の幅は９０μｍ、圧力室壁は５０μｍとした。
【００６７】
また、実施例４〜６の各アクチュエータの作製方法は、実施例１〜３において説明した通りである。
【００６８】
表２に各層の材料の構成とアクチュエータに２０Ｖ、１０ｋＨｚで印加したときの液体噴射ヘッドの液滴の吐出量と吐出速度を示す。実施例４ないし実施例６の液体噴射ヘッドにおいて、吐出量１２〜１５ｐｌ、吐出速度１０〜１２ｍ／ｓｅｃを得ることができた。
【００６９】
【表２】
2004071945.tif 000004
【００７０】
表２における比較例は、下部電極にＳＲＯの多結晶（ｐｏｌｙ）を用いた膜構成のアクチュエータを用いた液体噴射ヘッドである。膜厚は実施例４、５、６と同様に、上部電極０．５μｍ／圧電膜３μｍ／下部電極０．５μｍ／振動板２μｍ／基板６００μｍである。
【００７１】
比較例のアクチュエータの作製は、まず、基板にスパッタ法などで振動板を成膜した。このとき、基板を加熱し、５００℃以上の温度を保持しながら、成膜することによって、振動板はエピタキシャル成長し、単結晶化することができた。次に、下部電極であるＳＲＯを室温で振動板に成膜すると、多結晶の薄膜となった。さらに、振動板の成膜と同様の方法で圧電膜を下部電極に成膜すると、圧電膜は多結晶薄膜となった。上部電極も、同様の方法で成膜すると多結晶薄膜となった。
【００７２】
このアクチュエータを用いた液体噴射ヘッドの吐出量と吐出速度の評価結果は、表２に示すように、吐出量は１０ｐｌ、吐出速度は８ｍ／ｓｅｃとなり、実施例４、５、６よりも小さい値となった。また、実施例４〜６と同様の吐出量、吐出速度を得るためには駆動電圧を２〜３倍にする必要があった。
【００７３】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００７４】
アクチュエータの上下電極の少なくとも一方に結晶性の高い酸化物薄膜を用いることで、圧電膜を、電極との密着性にすぐれた単一配向結晶または単結晶の酸化物薄膜にすることが可能となり、薄くてしかも必要な圧電特性を備えた圧電膜を有し、しかも密着性のよい積層構造を実現できる。
【００７５】
圧電膜を例えば４μｍ以下の薄膜にすることによって、アクチュエータの製造工程に半導体プロセスを用いた微細加工を適用することが可能となり、より一層精細化された高性能な液体噴射ヘッドを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形例による液体噴射ヘッドを示す斜視図である。
【図２】図１のアクチュエータの内部構成をＡ−Ａ線に沿ってとった断面で示す模式図である。
【図３】図１の液体噴射ヘッドの一部分を破断し、拡大して示す一部断面拡大斜視図である。
【図４】実施例１によるアクチュエータの膜構成を示す図である。
【図５】実施例２によるアクチュエータの膜構成を示す図である。
【図６】実施例３によるアクチュエータの膜構成を示す図である。
【符号の説明】
１　　本体基板部
２　　液吐出口
３　　圧力室
４　　開口部
１０　　アクチュエータ
１１　　振動板
１２　　圧電膜
１３　　下部電極
１４　　上部電極
【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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