(57)【要約】【課題】電極間に圧電体薄膜が挟み込まれた電気−機械変換素子を振動板上に設ける際に、振動板上に下部電極を酸化チタン膜を密着層として積層することにより、下部電極に空孔のない緻密な柱状構造膜を実現することができ、下部電極の導電性酸化物の結晶性を向上させることができる圧電体薄膜素子とその製造方法、該圧電体薄膜素子を用いた液滴吐出ヘッドおよびインクジェット記録装置を提供すること。【解決手段】成膜振動板３と、成膜振動板３上に設けられた導電性酸化物からなる下部電極５と、下部電極５上に設けられる多結晶体からなる圧電体薄膜６と、圧電体薄膜６上に設けられた上部電極７を有する。しかも、下部電極５は、成膜振動板３上に形成された酸化チタン密着層８と、酸化チタン密着層８の上に形成された白金電極５ａと、白金電極５ａの上に形成された導電性酸化物よりなり、且つ空孔のない緻密な導電性酸化物膜５ｂである。【選択図】  図１
2013197522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、
前記振動板上に設けられた導電性酸化物からなる下部電極と、
前記下部電極上に設けられる多結晶体からなる圧電体薄膜と、
前記圧電体薄膜上に設けられた上部電極を有する圧電体薄膜素子であって、
前記下部電極は、
前記振動板上に形成された酸化チタン膜と、
前記酸化チタン膜の上に形成された白金膜と、
前記白金膜の上に形成された導電性酸化物よりなり、且つ空孔のない緻密な膜であることを特徴とする圧電体薄膜素子。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電体薄膜素子において、
前記基板にはＳｉ基板が用いられていると共に、前記振動板は前記Ｓｉ基板上に設けられていることを特徴とする圧電体薄膜素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧電体薄膜素子において、
前記導電性酸化物は前記白金膜と格子定数が整合する材料から形成され、前記導電性酸化物の横方向の平均粒子径を前記白金膜の横方向の平均粒子径よりも大きく形成されていることを特徴とする圧電体薄膜素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか1項に記載の圧電体薄膜素子において、
前記導電性酸化物がルテニウム酸ストロンチウム（SRO）であることを特徴とする圧電体薄膜素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか1項に記載の圧電体薄膜素子において、
前記導電性酸化物は、ルテニウム酸ストロンチウム（SRO）からなり且つペロブスカイト構造を有する（１１１）が優先配向していることを特徴とする圧電体薄膜素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか1項に記載の圧電体薄膜素子において、
白金膜の厚さが250nm以下であることを特徴とする圧電体薄膜素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか1項に記載の圧電体薄膜素子において、
前記圧電体薄膜がゾルゲル法により成膜されたものであることを特徴とする圧電体薄膜素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか1項に記載の圧電体薄膜素子において、
前記導電性酸化物は450から600℃にてスパッタ成膜することにより形成されていることを特徴とする圧電体薄膜素子の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか1項に記載の前記酸化チタン膜は、絶縁膜上にチタン膜を形成した後に、該チタン膜をRTAにて熱酸化することにより形成されていることを特徴とする請求項１〜4記載の圧電体薄膜素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項２〜９のいずれか1項に記載の圧電体薄膜素子の基板に上下に開放する加圧室が設けられ、前記加圧室の上部開放端が前記振動板で閉成され、前記加圧室の下部開放端がノズル板で閉成され、前記ノズル板に前記加圧室に連通する液滴吐出用のノズルが設けられていて、前記キャビティ内に供給される液体を前記振動板から作用する圧力により前記ノズルから滴下させることが可能に設けられていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０に記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェット記録ヘッド等に用いられる圧電体薄膜素子とその製造方法、該圧電体薄膜素子を用いた液滴吐出ヘッドおよびインクジェット記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばプリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置や画像形成装置等には液体吐出ヘッド（液体滴下ヘッド）としてインクジェット記録ヘッドが設けられたインクジェット記録装置を用いたものがある。このようなインクジェット記録ヘッド（インク滴下ヘッド）には、圧電膜（以下、場合により圧電体又は圧電体薄膜という）の軸方向に伸長・収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものや、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したもののと２種類が実用化されている。
【０００３】
この縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したインクジェット記録ヘッドは、振動板上に電気−機械変換素子を積層した圧電体素子（圧電体薄膜素子）を有する。この電気−機械変換素子は、軸方向（縦方向）に伸長・収縮（膨張・収縮）する縦振動モードの圧電膜（圧電体）と、圧電膜（圧電体）を上下から挟持する電極を有する。このインクジェット記録ヘッドでは、圧電膜の膨張・収縮で加圧室内のインクを加圧することにより、加圧室内のインクをノズルから滴を吐出させるようになっている。
【０００４】
また、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電膜を圧電材料層として形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて各圧力発生室に独立するように圧電体素子を形成したものが知られている。
【０００５】
ところで、特許文献１には、表面にチタンが島状に析出したチタン含有貴金属電極上に圧電膜を成膜することで、結晶配向性に優れた圧電膜を成膜できることが開示されている。 また、特許文献２には、基板としてＭｇＯ基板を用いることで、結晶配向性に優れた圧電膜を成膜できることが開示されている。 更に、特許文献３には、アモルファス強誘電体膜を成膜し、その後、急速加熱法によって該膜を結晶化させることにより圧電膜としての強誘電体膜の製造方法が開示されている。 また、特許文献４には、前記成膜工程においては、正方晶系、斜方晶系、及び菱面体晶系のうちいずれかの結晶構造を有するペロブスカイト型複合酸化物（不可避不純物を含んでいてもよい）からなり、（１００）面、（００１）面、及び（１１１）面のうちいずれかの面に優先配向し、配向度が９５％以上である前記圧電膜を成膜することを特徴とする圧電膜の製造方法について開示されている。
【０００６】
上記特許文献１〜４における圧電膜の多くは白金上にPZT膜を作製するようにしている。また、電極材料としては、従来からＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｒｈ、Ｐｄ等の金属材料が用いられてきた。一般的に白金が利用されているが、白金が多用された背景は最密充填構造である面心立方格子（ＦＣＣ）構造をとるため自己配向性が強く、振動板の材料であるＳｉＯ2のようなアモルファス上に成膜しても（１１１）に強く配向し、その上の圧電体膜も配向性が良い為である。
【０００７】
しかし、配向性が強いため柱状結晶が成長し、粒界に沿ってＰｂなどが下地電極に拡散しやすくなるといった問題もあった。
【０００８】
また、圧電体薄膜（圧電膜、圧電体）の動作時に、経時的に圧電体薄膜（圧電膜、圧電体）中の酸素欠損が増大するという可能性が従来技術として示されている。その欠損酸素成分の補給源として導電性の酸化物電極が利用されるに至っている。
【０００９】
この圧電体薄膜を形成するためには、圧電体薄膜直下の導電性酸化物電極が重要となる。中でもＳｒＲｕＯ3（ルテニウム酸ストロンチウム）は、ＰＺＴと同じペロブスカイト型結晶構造を有しているので、界面での接合性に優れ、ＰＺＴのエピタキシャル成長を実現し易く、Ｐｂの拡散バリア層としての特性にも優れている（例えば、特許文献５〜７参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した振動板上に設けられる下部電極としては、チタン，白金及び導電性酸化物ＳｒＲｕＯ3膜を順に振動板上に形成した積層構造が使われていた。このチタン膜を用いるのは、振動板と下部電極の密着性を改善させるためである。このようにチタン膜を密着層とした場合には、ＳｒＲｕＯ3成膜後に、下部電極膜中および下部電極表面に100nm以下の微小な空孔が発生していることが走査電子顕微鏡観察によって確認された。これは、SrRuＯ3膜の高温成膜時に、白金膜内へチタンが拡散するため、この拡散により白金膜に空孔が形成されたものである。
【００１１】
このようなＳｒＲｕＯ3膜は、一般的にはスパッタ法にて成膜される。このスパッタ法により（111）面に強く配向した結晶性のよいＳｒＲｕＯ3膜を形成するには、450から650℃の高温成膜が必要となる。そのため、450から650℃に高温にした後に、ＳｒＲｕＯ3膜がスパッタ法により成膜される。
【００１２】
しかし、スパッタ法では、ＳｒＲｕＯ3膜の成膜前に450から650℃に高温にした際、上述したように白金膜内へチタンが拡散し、白金膜に空孔が形成される。
【００１３】
このように白金に空孔が形成される場合、空孔により導電性酸化物結晶の連続性が阻害され、導電性酸化物ＳｒＲｕＯ3膜の平均粒子径は白金膜の平均粒子径よりも大きくすることが困難であった。この場合、導電性酸化物結晶の結晶性は、その直上に形成される圧電体薄膜（圧電体）の膜質に影響を与える。
【００１４】
従って、圧電体薄膜を有する圧電体素子（圧電体薄膜素子）の特性をさらに向上させるには、導電性酸化物ＳｒＲｕＯ3膜の結晶粒を大きくして、結晶性を良好にすることが必要となる。
【００１５】
一方、導電性酸化物ＳｒＲｕＯ3膜の平均粒子径の小さく、導電性酸化物の表面粗さが大きい場合、導電性酸化物ＳｒＲｕＯ3の粒界が多くなる。このような導電性酸化物ＳｒＲｕＯ3の粒界が多いほどリーク電流が大きくなる。また、表面の粗い導電性酸化物ＳｒＲｕＯ3の空孔部分は電界集中を発生させ、一つの電極間に圧電薄膜が介装された圧電体素子の耐電圧を減少させる。
【００１６】
また、白金膜に発生した空孔により、PZT膜における鉛成分が下部電極表面の空孔や白金中の空孔に過剰にトラップされる。そのため、下部電極近傍においては、ゾルゲル液において、鉛成分を化学量論から要求される量よりも２０モル％まで過剰にする必要があった。
【００１７】
この圧電体素子では、下部電極中にPbが過剰に拡散させることにより、リークパスの形成や電界集中を発生させ、圧電体素子の耐電圧を減少させようにしている。しかし、この圧電体素子を圧電アクチュエータとして用いたインクジェット記録ヘッド（インク滴下ヘッド）では、液滴速度の劣化を促進させている。
【００１８】
上述した問題を解消するためには、白金膜厚を厚くすることにより、下部電極表面での空孔は無くすことができる。しかし、高価な金属である白金電極の膜厚上昇はコスト増大につながり、望ましくない。
【００１９】
また、上述した問題を解消するためには、チタン膜の膜厚を薄くすることにより、白金膜へのチタンの拡散量を抑制することはできる。しかし、チタン膜の膜厚を薄くししぎると、密着性が悪化し、下部電極に剥離が生じる。
【００２０】
そこで、本発明は、電極間に圧電体薄膜（圧電体）が挟み込まれた電気−機械変換素子を振動板上に設ける際に、振動板上に下部電極を酸化チタン膜を密着層として積層することにより、下部電極に空孔のない緻密な柱状構造膜を実現することができると共に、下部電極の導電性酸化物の結晶性を向上させることができる圧電体薄膜素子とその製造方法、該圧電体薄膜素子を用いた液滴吐出ヘッドおよびインクジェット記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
この目的を達成するため、この発明は、振動板と、前記振動板上に設けられた導電性酸化物からなる下部電極と、前記下部電極上に設けられる多結晶体からなる圧電体薄膜と、前記圧電体薄膜上に設けられた上部電極を有する圧電体薄膜素子を有する。しかも、前記下部電極は、前記振動板上に形成された酸化チタン膜と、前記酸化チタン膜の上に形成された白金膜と、前記白金膜の上に形成された導電性酸化物よりなり、且つ空孔のない緻密な膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
この構成の圧電体薄膜素子によれば、電極間に圧電体薄膜（圧電体）が挟み込まれた電気−機械変換素子を振動板上に設ける際に、振動板上に下部電極を酸化チタン膜を密着層として積層することにより、下部電極に空孔のない緻密な柱状構造膜を実現することができると共に、下部電極の導電性酸化物の結晶性を向上させることができる。
【００２３】
そして、この構成の圧電体薄膜素子では、圧電体薄膜素子を形成する際に導電性酸化物は450から600℃にてスパッタ成膜しても、下部電極に空孔のない緻密な柱状構造膜を実現することができる。
【００２４】
また、このような圧電体薄膜素子を有する液滴吐出ヘッドおよびインクジェット記録装置では、インク吐出特性を良好に保持できると共に連続吐出しても安定したインク吐出特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施例１に係る圧電体薄膜素子の概略断面図である。
【図２】図１の圧電体薄膜素子のより具体的な断面図である。
【図３】図１，２に示した実施例１の圧電体薄膜素子を圧電アクチュエータとして備える実施例２のインクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）の概略断面図である。
【図４】（ａ）は実施例１のＳｒＲｕＯ3膜の表面のSEM像、（ｂ）は実施例１のＳｒＲｕＯ3膜の断面のSEM像である。
【図５】（ａ）は比較例１のＳｒＲｕＯ3膜の表面のSEM像、（ｂ）は比較例１のＳｒＲｕＯ3膜の断面のSEM像である。
【図６】実施例２のインクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）を複数並設して構成した実施例３のカラーインクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）の概略断面図である。
【図７】図６のカラーインクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）に用いた実施例１の圧電体薄膜素子（圧電アクチュエータ）の一部の構造を変更して構成した実施例４の圧電体薄膜素子（圧電アクチュエータ）の断面図である。
【図８】図７の圧電体薄膜素子（圧電アクチュエータ）を用いたカラーインクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）の配線パターンを示す部分平面図である。
【図９】図８のＡ１−Ａ１線に沿う断面図である。
【図１０】図３のインクジェット・ヘッド単体すなわちインクジェット記録ヘッド（液滴下ヘッド）Ｈｄの他の構造を示す実施例５の概略断面図である。
【図１１】図１０に示すインクジェット記録ヘッド（液滴下ヘッド）の概略的な分解斜視図である。
【図１２】実施例５のインクジェット記録ヘッド（液滴下ヘッド）を備える実施例６のインクジェット記録装置の斜視図である。
【図１３】図１２のインクジェット記録装置の機構部を側方から見た概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る圧電体薄膜素子とその製造方法、該圧電体薄膜素子を用いた液滴吐出ヘッドおよびインクジェット記録装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２７】
図１はこの発明に係る圧電体薄膜素子（圧電体素子）の概略的な構成を示し、図２は図１に示した圧電体薄膜素子のより具体的な構造を示したものである。
【００２８】
この図１の圧電体薄膜素子（圧電アクチュエータ）は、基板１と、基板１上に設けられた圧電体薄膜素子（圧電素子）２を有する。圧電体薄膜素子（圧電素子）２は、基板１上に設けられ（積層され）た成膜振動板３と、成膜振動板３上に設けられ（積層され）た電気−機械変換素子４を有する。この電気−機械変換素子４は、成膜振動板３上に設けられ（積層され）た下部電極５と、下部電極５上に設けられ（積層され）た圧電体薄膜（以下、場合により圧電体又は圧電膜という）６と、圧電体薄膜６上に設けられ（積層され）た上部電極７を有する。
＜圧電体薄膜素子２のより具体的な構成および製造方法＞
[構成]
また、図２に示したように圧電体薄膜素子（圧電アクチュエータ）は、図１の基板１と、基板１上に設けられた圧電体薄膜素子（圧電素子）２を有する。そして、圧電体薄膜素子２下部電極５は、図２におけるように金属製の第１の電極である白金電極５ａ（白金電極層である白金電極薄膜すなわち白金膜）と、白金電極５ａ上に設けられ（積層され）た第2の電極である導電性酸化物膜５ｂを有する。そして、この白金電極５ａは酸化チタン密着層（酸化チタン膜）８を介して成膜振動板３上に設けられ（積層され）ている。
[製造方法]
次に、圧電体薄膜素子（圧電素子）２の製造方法を図２を用いて説明する。
【００２９】
まず、基板１にＳｉ材料製のＳｉ基板を用いて、基板１の表面を熱酸化することによりＳｉＯ2絶縁膜を基板１に形成した。このＳｉＯ2膜が成膜振動板３となる。このときのＳｉＯ2膜厚は２μｍとした。このＳｉＯ2膜上にチタン膜（膜厚５０ｎｍ）をスパッタ成膜で形成し、続いてＲＴＡ（rapid thermal annealing)装置を用いて700℃、5分、O2雰囲気でチタン膜を熱酸化させて、成膜振動板３の上に酸化チタン膜製の酸化チタン密着層８とさせる。この酸化チタン密着層８上には、下部電極５となる白金電極５ａを白金膜（膜厚125ｎｍ）スパッタ成膜に形成する。
【００３０】
次に、白金電極５ａ上に導電性酸化物膜５ｂをＳＲＯすなわちＳｒＲｕＯ膜(膜厚５０nm)のスパッタ成膜により形成する。このスパッタ成膜時の基板加熱温度については５５０℃にて成膜を実施した。
【００３１】
次に圧電体薄膜６としてPb：Zr：チタン＝110：53：47の組成比で調合した溶液を準備した。この溶液の具体的な前駆体塗布液の合成については、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水はメトキシエタノールに溶解後、脱水した。化学両論組成に対し鉛量を過剰にしてある。これは熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。
【００３２】
イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、先記の酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することでＰＺＴ前駆体溶液を合成した。このＰＺＴ濃度は０．５モル／リットルにした。この液を用いて、スピンコートにより成
膜し、成膜後、１２０℃乾燥→５００℃熱分解を行った。３層目の熱分解処理後に、結晶化熱処理（温度７５０℃）をＲＴＡ（急速熱処理）にて行った。このときPZTの膜厚は２４０nmであった。この工程を計８回（２４層）実施し、約２μmのPZT膜厚を得た。
【００３３】
次に上部電極７としてＳＲＯ膜すなわちＳｒＲｕＯ膜(膜厚４０nm)をスパッタ成膜により形成した。このスパッタ成膜時の基板温度については３００℃にて成膜を実施した。その後ＲＴＡ処理にて酸素雰囲気中で５５０℃/３００ｓのポストアニール処理をした。
【００３４】
このような製造方法により、図２に示した圧電体薄膜素子（圧電素子）を形成した。この圧電体薄膜素子（圧電素子）は、基板１、成膜振動板３、酸化チタン密着層８、白金電極５ａ、導電性酸化物膜５ｂ、圧電体薄膜６、上部電極７がこの順に積層された構成となっている。
【実施例２】
【００３５】
図３は、図１の圧電アクチュエータを有するインクジェット記録ヘッド（液滴下ヘッド）Ｈｄの概略的な構成を示したものである。
【００３６】
この図３のインクジェット記録ヘッドＨｄは、図１，図２に示した構成の圧電アクチュエータが用いられている。この図３インクジェット記録ヘッドＨｄでは、基板１に上下端が開放する圧力室（加圧室）１ａが設けられている。そして、圧力室１ａの下開放端を閉成可能に基板１の下端にノズル板９が取り付けられ、圧力室１ａに連通して圧力室１ａ内のインクを滴下させるノズル９ａがノズル板９に設けられている。また、圧力室１ａの上部開放端は成膜振動板３で閉成されている。
【００３７】
尚、図1，図２の基板１及び圧電体薄膜素子２のより具体的な材料や製造プロセスは、図1，図２の基板１に圧力室１ａがないだけで、以下に説明する図３のインクジェット記録ヘッドＨｄの製造プロセスと同じである。次に、図３のインクジェット記録ヘッドＨｄの製造プロセスについて説明する。
【００３８】
基板１に用いるＳｉ基板としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、通常１００〜６5０μｍの厚みを持つことが好ましい。また、図３に示すような圧力室１ａを作製していく場合、シリコン単結晶基板が用いられた基板１をエッチングを利用して加工する。この場合のエッチング方法としては、異方性エッチングを用いる。
【００３９】
この圧電体薄膜素子（圧電素子）を図３の実施例２におけるインクジェット記録ヘッド（液滴下ヘッド）に適用する場合、基板１内には圧力室１ａが形成される。この場合、成膜振動板（振動板）３としては、圧電体薄膜６によって発生した力を受けて、成膜振動板（下地）３が変形変位して、基板１内に形成される図３の圧力室１ａのインク滴を吐出させるため、成膜振動板（下地）３としては所定の強度を有したものであることが好ましい。
【００４０】
成膜振動板（下地）３の材料としては、Ｓｉ、ＳｉＯ2、Ｓｉ３Ｎ４をＣＶＤ法により作製したものが挙げられる。さらに成膜振動板（下地）３の材料としては、図１に示すような下部電極５、圧電体薄膜６の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。特に、圧電体薄膜６としては、一般的に材料としてＰＺＴが使用されることから線膨張係数8×10＾−6(1/K)に近い線膨張係数として、5×10＾−6〜10×10＾−6の線膨張係数を有した材料が好ましく、さらには7×10＾−6〜9×10＾−6の線膨張係数を有した材料がより好ましい。具体的な材料としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化オスミウム、酸化レニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム及びそれらの化合物等であり、これらをスパッタ法もしくは、Ｓｏｌ−ｇｅｌ法を用いてスピンコーターにて作製することができる。膜厚としては０．１〜１０μｍが好ましく、０．５〜３μｍがさらに好ましい。この範囲より小さいと図３に示すような圧力室１ａの加工が難しくなり、この範囲より大きいと下地が変形変位しにくくなり、インク滴の吐出が不安定になる。
【００４１】
次に、圧電体薄膜素子の下部電極５を形成する前に、まず、厚さ5〜100ｎｍのチタン膜をスパッタ法により成膜振動板（振動板）３上に形成する。
【００４２】
続いて、ＲＴＡ（rapid thermal annealing)装置を用いて６50〜800℃、1〜30分、O2雰囲気でチタン膜を熱酸化してチタン膜を酸化チタン膜にし、成膜振動板（振動板）３上に酸化チタン膜製の酸化チタン密着層８を形成する。
【００４３】
この酸化チタン膜を作成するには反応性スパッタでもよいがチタン膜の高温による熱酸化法が望ましい。この酸化チタン膜を作成するには反応性スパッタによる作成では、Ｓｉ（シリコン）基板を高温で加熱する必要があるため、特別なスパッタチャンバ構成を必要とする。さらに、一般の炉による酸化よりも、ＲＴＡ装置による酸化の方がチタンO2膜（酸化チタン膜）の結晶性が良好になる。なぜなら、通常の加熱炉による酸化によれば、酸化しやすいチタン膜は、低温においてはいくつもの結晶構造を作るため、一旦、それを壊す必要が生じるためである。したがって、昇温速度の速いＲＴＡによる酸化の方が良好な結晶を形成するために有利になる。
【００４４】
次に、チタンO2膜である酸化チタン密着層８上に下部電極５である１５０ｎｍ以下の厚さの白金膜をスパッタ法により白金電極５ａとして形成する。次に、白金電極５ａとしての白金膜上にＳｒＲｕＯ3をスパッタ法により導電性酸化物膜５ｂとして形成する。
【００４５】
スパッタ条件によってＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ3）薄膜（以下、場合により単にＳＲＯと略称する。）の膜質が変わるが、特に結晶配向性を重視し、白金電極の（１１１）配向にならってＳｒＲｕＯ3膜についても（１１１）配向させるためには、成膜温度については450〜600℃での基板加熱を行い、成膜することが好ましい。このＳｒＲｕＯ3薄膜すなわちＳＲＯ成膜条件については、室温成膜で形成した後、ＲＴＡ処理にて結晶化温度（６５０℃）で熱酸化させることもある。この場合、ＳＲＯ膜としては、十分結晶化され、電極としての比抵抗としても十分な値が得られるが、ＳＲＯ膜の結晶配向性としては（１１０）配向が優先配向しやすくなり、その上に成膜したＰＺＴについても（１１０）配向しやすくなる。
【００４６】
白金電極５ａの（１１１）配向上に作製したSRO結晶性については、白金電極５ａとＳＲＯで格子定数が近いため、通常のθ-2θ測定では、ＳＲＯ（１１１）配向と白金（１１１）配向の２θ位置が重なってしまい判別が難しい。白金電極５ａについては消滅則の関係からＰｓｉ＝３５°傾けた２θが約３２°付近の位置には回折線が打ち消し合い、回折強度が見られない。そのため、Ｐｓｉ方向を約３５°傾けて、２θが約３２°付近のピーク強度で判断することでＳＲＯが(111)方向に優先配向しているかを確認することが出来る。
【００４７】
このＳＲＯの膜厚としては、密着層−電極層−酸化物電極層の総和で５０〜４００ｎｍ程度の範囲で形成することができる。
【００４８】
圧電体薄膜（圧電体）６としては、Ｚｒ：チタン比が５２：４８のチタン酸ジルコン酸鉛（ｌｅａｄ  Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  チタンｔａｎａｔｅ、以下ＰＺＴという）が通常良く用いられ、圧電性能も良好で特性も安定しているため主流として用いられている。チタン酸ジルコン酸鉛として、上記組成にこだわらず、鉛、ジルコニウム、チタンを構成元素として含む酸化物として、様々な比率により、また、添加物を混合したり置換したりして用いられている。その他の材料系としては、一般式ＡＢＯ3（Ａは、Ｐｂを含み、Ｂは、Ｚｒおよびチタンを含む。）で示されるペロブスカイト型酸化物が好適に用いられ、Ｎｂを用いたニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴＮ）、 などが知られている。さらに、環境対応の観点からＰｂを用いないＢａチタンＯ3（チタン酸バリウム、ＢＴ）、バリウム、スロトンチウム、チタンの複合酸化物（ＢＳＴ）、スロトンチウム、ビスマス、タンタルの複合酸化物（ＳＢＴ）なども用いることができる。
【００４９】
尚、上述した圧電体薄膜（圧電体）６の製造プロセスとしては、ゾルゲル法すなわちゾル‐ゲル液のスピンコーティング法を用いている。ＰＺＴを例に取ると、Ｐｂ、Ｚｒ、およびチタンをそれぞれ含有する有機金属化合物を溶媒に溶解させた溶液を下部電極膜（下部電極５の膜）上に塗布し、その後、コーティングした圧電体膜の固化のための焼成工程、次に圧電体膜の結晶化のための焼成工程を経ることにより、圧電体層を圧電体薄膜６として形成することができる。この固化のための焼成工程は通常塗布一層ごとに行う。圧電体層の結晶化のための焼成工程は固化焼成数層分まとめて行う。固化工程をＭ回、結晶化のための焼成をＮ回行い、一連の工程を繰り返すことにより、所望の膜厚の圧電体層を得ることができる。乾燥工程の温度は３５０〜５５０℃、結晶化加熱処理工程の温度は６５０〜８００℃程度である。加熱時間的には、ＲＴＡを用いる場合、数十秒〜数分程度である。圧電体層の膜厚は、たとえば数十ｎｍ〜数μｍとすることができる。
【００５０】
圧電体層（圧電体薄膜６）の上層には、上部電極層（上部電極７）を形成する。上部電極層（上部電極７）の材料は、下部電極層（下部電極５）の材料と同じ材料を用いることができる。上部電極７の材料は、下部電極材料層とは異なり、圧電体層（圧電体薄膜６）を形成する際のような高温のプロセスが後の工程で無く、圧電体（圧電体薄膜６）との格子定数マッチングも必要とならないため材料選択幅が下部電極５に比較し広くなる。ただし、圧電体（圧電体薄膜６）動作時に、経時的に圧電体（圧電体薄膜６）中の酸素欠損が増大するという可能性が従来技術として示されているので、その欠損酸素成分の補給源として導電性の酸化物電極が利用されるに至っている。すなわち、下部電極（下部電極５）材料の項で記載した酸化物電極層（導電性酸化物膜５ｂ）が誘電体材料との接触界面で用いられる様になってきている。したがって、具体的に使用される材料系は、下部電極５と同じで、酸化物電極層（導電性酸化物膜５ｂ）としてＩｒＯ2、ＬａＮｉＯ3、ＲｕＯ2、ＳｒＯ、ＳｒＲｕＯ3、ＣａＲｕＯ3などが用いられる。
【００５１】
上部電極７の形成プロセスは、主にスパッタ成膜方式が取られている。その他、真空蒸着法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉチタンｏｎ）法などの公知の方法で行うことができる。また、上部電極７の膜厚としては、酸化物電極層−電極層の総和で５０〜３００ｎｍ程度の範囲で形成することができる。
【００５２】
通常、下部電極５の形成後に、圧電体薄膜６すなわち圧電体層素子部の形成を行い、この圧電体層素子部の上に上部電極７を形成する。この素子部（圧電体薄膜６）は、通常、感光性レジストのパターニングによりエッチング時のマスク層を下部電極５の上に形成した後、ドライまたはウエットのエッチングを施すことにより、下部電極５の上に形成する。
【００５３】
ここで、感光性レジストの下部電極５上へのパターニングは、公知のフォトリソグラフィー技術により実施することができる。すなわち、エッチング対象試料基板の下部電極５上に感光性レジストをスピンコータまたはロールコータにより塗布し、その後予め所望のパターンが形成されたガラスフォトマスクにより紫外線露光後、パターン現像→水洗→乾燥して感光性レジストマスク層を下部電極５上に形成することにより、実施できる。
【００５４】
この感光性レジストマスク層は、そのパターンの端部傾斜が、エッチング時の傾斜断面に影響するので、所望の傾斜角度に応じ、レジスト選択比(被エッチング材料とマスク材料のエッチングレートの比)を考慮して選択すれば良い。エッチング後、下部電極膜上に残った感光性レジストは、専用の剥離液または酸素プラズマ・アッシングにより下部電極５上から除去することができる。
【００５５】
また、エッッチングは、形状の安定性から反応性ガスをエッチングガスとして用いたドライエッチングが選択される。このエッチングガスは塩素系、フッ素系などハロゲン系のガスあるいはハロゲン系のガスにＡｒや酸素を混合させたガスにより実施する事ができる。
【００５６】
この際、エッチングガスあるいはエッチング条件を変化させることにより、上部電極７をさらに圧電体（圧電体薄膜６）と連続してエッチングする事もできる。また、一度レジストパターンをやり直して数回に分けてエッチングを実施することもできる。尚、圧電体層（圧電体薄膜６）の形成後、上部電極７の層を圧電体層（圧電体薄膜６）の上に成膜することにより、圧電体層（圧電体薄膜６）上に連続して上部電極７の形状を形成するというプロセスの順序としても良い。
(比較例1)
上述したように下部電極５にＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ3）膜が形成された実施例１（実施例2）の圧電体薄膜素子２に対して、下部電極５にＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ3）膜が形成されていない圧電体薄膜素子を比較例１として作成して、実施例１（実施例2）と比較例１の粒子径や空孔の有無、耐電圧等を以下に説明するように測定して比較した。以下、この測定の比較結果を説明する。
【００５７】
表１に示したように、実施例１、比較例１で作製した圧電体薄膜素子について、圧電体薄膜素子の製造（制作）プロセス過程において下部電極として白金を成膜した直後、およびＳｒＲｕＯ3膜を成膜した直後に日本ビーコ社製  NanoScope IIIaＡＦＭを用いて粒子径について評価を行った。即ち、この比較例では、ＡＦＭの膜構成と、この膜構成における粒子径（ｎｍ）の粒子径について評価を行った。
【００５８】
この比較例にいて、チタンをスパッタ成膜し、その後のRTA処理は行わなかったこと以外は、実施例１と同様に圧電体薄膜素子を作製した。ＡＦＭ測定において、測定モードはタッピングモード、測定範囲は３mm×３mm、走査速度は１Ｈｚとした。これらの詳細結果について表１にまとめた。
【００５９】
【表１】
2013197522.tif 000003
【００６０】
この比較例では、表１に示したように、実施例１のＡＦＭの膜構成として、白金電極５ａ／酸化チタン密着層８すなわち白金電極５ａと酸化チタン密着層８との膜構成をＰｔ／ＴｉＯ2とし、ＳＲＯ製の導電性酸化物膜５ｂ／白金電極５ａ／酸化チタン密着層８すなわちＳＲＯ製の導電性酸化物膜５ｂと白金電極５ａと酸化チタン密着層８との膜構成をＳＲＯ／Ｐｔ／ＴｉＯ2とした。また、比較例１のＡＦＭの膜構成として、白金電極５ａ／チタン層すなわち白金電極５ａとチタン層との膜構成をＰｔ／Ｔｉとし、ＳＲＯ製の導電性酸化物膜５ｂ／白金電極５ａ／チタン層すなわちＳＲＯ製の導電性酸化物膜５ｂと白金電極５ａとチタン層との膜構成をＳＲＯ／Ｐｔ／Ｔｉとした。
【００６１】
そして、表１に示したように、実施例１におけるＰｔ／ＴｉＯ2の膜構成における粒子径は１００〜８０ｎｍとなり、ＳＲＯ／Ｐｔ／ＴｉＯ2の膜構成における粒子径は１２０〜１７０ｎｍとなった。これに対して、比較例のＰｔ／Ｔｉの膜構成における粒子径は８０〜７０ｎｍとなり、ＳＲＯ／Ｐｔ／Ｔｉの膜構成における粒子径は８０〜７０ｎｍとなった。
【００６２】
実施例１、および比較例1において、下部電極としてＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ3）膜を成膜した直後に、ＳｒＲｕＯ3膜の表面を走査型電子顕微鏡すなわちＳＥＭ(scanning electron microscope)で観察した（以下、単にＳＥＭ観察と略称）。また、ＳｒＲｕＯ3膜を集束イオンビームすなわちFIB（Focused Ion Beam)で微細に断面加工（微細断面加工）して、ＳｒＲｕＯ3膜の断面をＳＥＭ（電子顕微鏡）で観察した。
【００６３】
図４（ａ）は実施例１のＳｒＲｕＯ3膜の表面のSEM像を示し、図４（ｂ）は実施例１のＳｒＲｕＯ3膜の断面のSEM像を示す。また、図５（ａ）は比較例１のＳｒＲｕＯ3膜の表面のSEM像を示し、図５（ｂ）は比較例１のＳｒＲｕＯ3膜の断面のSEM像を示す。空孔を確認するＳｒＲｕＯ3膜の断面観察においては、ＳＥＭの倍率としては100k倍以上で観察を行っている。
【００６４】
この観察例からわかるように、実施例1においては、図４（ａ），図4（ｂ）に示すように、空孔が観察されなかった。しかし、比較例1においては、図５（ａ），図５（ｂ）に示すように、白金電極（Ｐｔ）上に多数の空孔が確認され、SRO表面にも多数の空孔が確認されている。また、ＳＥＭ観察においても白金およびSROの粒子径の評価を行ったが、表１の結果と一致している。
【００６５】
このような表１の実施例１、比較例１で作製した圧電体薄膜素子の膜構成において、表２のような耐電圧（Ｖ），残留分極（Pr）、圧電定数ｄ３１（ｐｍ／Ｖ），液滴速度（液滴下速度）の劣化率（％）を比較した。この比較における圧電体薄膜は電界印加（150ｋV/cm）による変形量をレーザードップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出した。初期特性を評価した後に、耐久性(１０＾１０回繰り返し印可電圧を加えた直後の特性)評価を実施した。これらの詳細結果について表2にまとめた。
【００６６】
【表２】
2013197522.tif 000004
【００６７】
この表２から分かるように、実施例１については初期特性、耐久性試験後の結果についても一般的なセラミック焼結体と同等の特性を有していた。即ち、実施例１については、表２におけるように、耐電圧は２１４Ｖ、残留分極Prは４５〜５０ｕＣ／ｃｍ2、圧電定数は−１５５〜−１６０ｐｍ／Ｖ、液滴速度（液滴下速度）の劣化率は２．８（％）であった。
【００６８】
一方、比較例１については、初期特性としては十分な値が得られていたが、１０10回後（１０10回繰り返し印加電圧を加えた直後）の特性においては、残留分極及び圧電定数の双方において劣化しているのが確認された。即ち、比較例１については、表２におけるように、耐電圧は１１１Ｖ、残留分極Prは３６〜４５ｕＣ／ｃｍ2、圧電定数は−１３５〜−１５０ｐｍ／Ｖ、液滴速度（液滴下速度）の劣化率は１０．２（％）であった。
【実施例３】
【００６９】
図６は、図３のインクジェット記録ヘッド（液滴下ヘッド）Ｈｄを複数個並設することにより形成したカラーインクジェット記録ヘッドＣＨｄを示した実施例の断面図である。この図６において、成膜振動板３，ノズル板９および下部電極５は図６に示したように共通にすることができる。図６では、イエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）のインクジェット記録ヘッドＨｄが設けられている。
【実施例４】
【００７０】
図７は図２に示した圧電アクチュエータの構造を配線のために積層構造の一部変更した実施例を示し、図８は図７の圧電アクチュエータを図６の複数のインクジェット記録ヘッドＣＨｄの配線のために適用した電極パターン等の平面図を示し、図９は図８のＡ１−Ａ１線に沿う断面図を示したものである。
【００７１】
この実施例における図７の圧電アクチュエータは、基板１と、基板１上に設けられた圧電体薄膜素子（圧電素子）２を有する。圧電体薄膜素子（圧電素子）２は、図６に示したように、基板１上に設けられ（積層され）た成膜振動板３と、成膜振動板３上に設けられ（積層され）た電気−機械変換素子４を有する。この電気−機械変換素子４は、成膜振動板３上に設けられ（積層され）た下部電極５と、下部電極５上に設けられ（積層され）た圧電体薄膜（以下、場合により圧電体又は圧電膜という）６と、圧電体薄膜６上に設けられ（積層され）た上部電極７を有する。
【００７２】
しかも、図７に示したように圧電体薄膜素子２の下部電極５は、金属製(金属材料製）の第1の電極である白金電極５ａ（白金電極層である白金電極薄膜）と、白金電極５ａ上に設けられ（積層され）たＳｒＲｕＯ膜製の第2の電極である導電性酸化物膜５ｂを有する。そして、この白金電極５ａは酸化チタン密着層８を介して成膜振動板３上に設けられ（積層され）ている。
【００７３】
また、図７において上部電極７は、圧電体薄膜６上に設けられ（積層され）たＳｒＲｕＯ膜製の第3の電極である第１の上部電極７ａと、第１の上部電極７ａ上に設けられ（積層され）た金属製（金属材料製）の第４の電極である第２の上部電極７ｂを有する。この第１の上部電極７ａが図２の上部電極７に相当する。
【００７４】
第１の電極である白金電極５ａは下地である成膜振動板３（特にＳｉＯ２）との密着性が悪いために、上述したようにＴｉ、ＴｉＯ2、Ｔａ、Ｒｈ、Ｐｄ等が用いられている。Ｔｉ、ＴｉＯ2等を用いる場合には、Ｔｉ、ＴｉＯ2等のチタン膜を先に成膜振動板３上に積層して、このチタン膜を酸化させることにより成膜振動板３上に上述した酸化チタン密着層８を形成する。この酸化チタン密着層８の作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜が用いられている。
【００７５】
また、第４の電極としての第２の上部電極７ｂは、金属材料として白金Ｐｔが用いられている。この第２の上部電極７ｂは、白金膜（膜厚60nm）をスパッタ成膜することにより形成した。この後、東京応化社製フォトレジスト（ＴＳＭＲ８８００）をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した後、ＩＣＰエッチング装置を用いてパターンを作製した。この金属電極層として、Ｐチタンｒ、Ｒｕ、チタン、Ｔａ、Ｒｈ、Ｐｄ等が用いられている。
【００７６】
第１の電極である白金電極５ａと第４の電極である第２の上部電極７ｂは、図８に示したような配線パターンで配置されていると共に、図８，図９に示した配線電極層（配線材料層）となっている。
【００７７】
この配線電極層としての白金電極５ａおよび第２の上部電極７ｂは、電気的接続に必要な部分を除き耐環境性確保の為に、図９に示したように酸化物または窒化物の保護層（層間絶縁層）１０により被覆する。
【００７８】
この保護層１０は、電極に挟まれた圧電体素子部分および、素子の形状を形成したその断面部分を湿度等駆動環境から受ける影響から遮蔽する目的で配置される。保護層１０の材料は酸化物が用いられ、緻密性が要求される事から、特にＡＬＤ(Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉチタンｏｎ)法のプロセスが用いられている。具体的には、Ａｌ2Ｏ3のＡＬＤ膜が用いられる。膜厚は、３０〜１００ｎｍ程度である。
【００７９】
保護層（層間絶縁層）１０は、次工程で積層される配線電極と圧電体素子の上下電極とのコンタクトのための絶縁層として用いられる。材料としては、酸化物、窒化物あるいはこれらの混合物により形成される。膜厚は、３００〜７００ｎｍである。
【００８０】
絶縁保護膜としての保護層（層間絶縁層）１０は、パリレン膜(膜厚２μｍ)をＣＶＤ成膜することにより形成した。この保護層（層間絶縁層）１０の形成後、フォトレジストをスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した後、ＲＩＥを用いて図８のようなパターンを作製した。
【００８１】
即ち、保護層（層間絶縁層）１０の形成後、配線電極層である第５の電極１１の層と下部電極である白金電極５ａとのコンタクトの為のスルーホール１０ａ、及び配線電極層である第６の電極１２の層と第４の上部電極７ｂとのコンタクトの為のスルーホール１０ｂを形成する。このスルーホール１０ａ，１０ｂはフォトリソグラフィーを用いた後エッチングを行い形成する。残ったレジストは、酸素プラズマによるアッシング等を行い除去する。
【００８２】
第５の電極１１の層は、図６のイエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）のインクジェット記録ヘッドＨｄに跨るように設けられて、図６のイエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）のインクジェット記録ヘッドＨｄの強誘電体素子（電気−機械変換素子４）の共通電極の取り出しとして用いられる。また、第６の電極１２の層は図６のイエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ），ブラック（Ｂｋ）のインクジェット記録ヘッドＨｄ毎に設けられて、各インクジェット記録ヘッドＨｄの強誘電体素子（電気−機械変換素子４）の個別の電極の取り出しとして用いられる。
【００８３】
この第５，第６の電極１１，１２の層は、上下電極材料すなわち第１の電極である白金電極５ａや、第４の電極である第２の上部電極７ｂとオーミックなコンタクトが取れる材料を選択して成膜する。
【００８４】
具体的には第５，第６の電極１１，１２の層として、純ＡｌまたはＡｌに数ａｔｏｍｉｃ％のＳｉなどヒーロック形成阻止成分を含有させた配線材料を用いることができる。この第５、第６の電極１１，１２はＡｌ膜(膜厚５μｍ)をスパッタ成膜することにより形成した。
【００８５】
また、第５，第６の電極１１，１２の層としては、導電性の点からすれば、Ｃｕを主成分とした半導体用の配線材料を用いても良い。第５，第６の電極１１，１２の層の膜厚は、引き回し距離による抵抗分も考慮した圧電体駆動に支障の無い配線抵抗となる様に設定する。具体的には、Ａｌ系配線なら約１μｍの膜厚とする。このように形成された配線電極層は、フォトリソグラフィーの技術を用いて所望の形状を形成する。残ったレジストは、酸素プラズマによるアッシング等を行い除去する。
【００８６】
尚、液室部分すなわち図３の圧力室（加圧室）１ａは、フォトリソグラフィー技術を用いて成膜振動板３の部分まで、Ｓｉ基板をＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃチタンｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチングで深堀をして圧電体アクチュエータ素子が形成された基板が完成する。
【００８７】
それ以降の工程は、ノズル板、駆動回路、インク液供給機構を組み立てて、インクジェットヘッドとする。
【実施例５】
【００８８】
図１０は図３のインクジェット・ヘッド単体すなわちインクジェット記録ヘッド（液滴下ヘッド）Ｈｄの他の構造を示す実施例４の概略断面図である。図１１は、図１０に示すインクジェット記録ヘッド（液滴下ヘッド）Ｈｄの概略的な分解斜視図である。
【００８９】
この実施例におけるインクジェット記録ヘッドＨｄでは、図１，図２に示す圧電アクチュエータの構造のＳｉ基板（圧電アクチュエーター基板）１に図３の加圧室１ａとなる液室部分の加工を施していると共に、図３のノズル板９を追加している。このＳｉ基板（圧電アクチュエーター基板）１には、図３よりもより具体的な加圧室の構造を持たせている。
【００９０】
この図１０，図１１において、図３の基板１と同じＳｉ材料から形成された圧電アクチュエーター基板２０を有する。圧電アクチュエーター基板２０には、共通流路２１と、共通流路２１の延びる方向に並設され且つ共通流路２１に一端が連通する複数の加圧室２２が形成されている。この共通流路２１および加圧室２２は、図１０，図１１中上下に貫通している。そして、複数の加圧室２２の上部開放端は、図３の圧電体薄膜素子２の成膜振動板３で閉成されている。
【００９１】
また、圧電アクチュエーター基板２０の上面には、圧電素子カバー板３０が取り付けられる。この圧電素子カバー板３０には、共通流路２１に開口するインク供給口２３が形成されていると共に、複数の圧電体薄膜素子２を収容させる収容凹部２４が形成されている。更に、ノズル板９には複数の加圧室２２の他端部にそれぞれ開口させるノズル（ノズル穴）９ａが形成されている。
【００９２】
そして、図１０に示したように、圧電アクチュエーター基板２０を圧電素子カバー板３０とノズル板９で挟むように組み付けることにより、インクジェット記録ヘッドＨｄとしている。
【００９３】
この図１０，図１１のように、複数の加圧室２２を液室（インク室）とした構造の圧電体素子すなわちインクジェット記録ヘッドＨｄにおいても良好な特性を得る事ができた。
【００９４】
この実施例では、耐熱性密着層を用いる事により、電極層の剥離等が生じない為、断線による駆動不良が起きず安定したインクジェット記録ヘッドＨｄを得る事ができる。
【実施例６】
【００９５】
次に、本発明に係る図６のカラーインクジェット記録ヘッドＣＨｄを用いたインクジェット記録ヘッド９４（以下、単に記録ヘッド９４と略称）を搭載したインクジェット記録装置の一例について図１２及び図１３を参照して説明する。なお、図１２はインクジェット記録装置の斜視図、図１３は図１２のインクジェット記録装置の機構部を側方から見た概略説明図である。
【００９６】
この図１２のインクジェット記録装置は、記録装置本体８１を有すると共に、この記録装置本体８１の内部に印字機構部８２を収納している。この印字機構部８２は、記録装置本体８１の主走査方向に移動可能なキャリッジ９３と、このキャリッジ９３に搭載した記録ヘッド９４と、この記録ヘッド９４へインクを供給するインクカートリッジ９５を備えている。
【００９７】
また、インクジェット記録装置は、図１３に示したように、多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を有する。この給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４は、記録装置本体８１の下部に前方側から抜き差し自在に装着することができるようになっている。
【００９８】
更に、記録装置本体８１の前側には給紙カセット８４より上方に位置させて前側に開口する給紙口８１ａが設けられていて、この給紙口８１ａは支持軸８５ａを中心に起倒可能な手差しトレイ８５により開閉可能に設けられている。この手差しトレイ８５は前側に略水平に開倒することにより、用紙８３を手差しで給紙ローラ機構８５ｂに給紙することができるようになっている。そして、記録装置本体８１は、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ８６に排紙するようになっている。
【００９９】
印字機構部８２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持している。このキャリッジ９３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク滴を吐出する本発明に係る図６のカラーインクジェット記録ヘッドＣＨｄからなる記録ヘッド９４を有している。この記録ヘッド９４は、主走査方向と交差する方向に配列された複数のインク吐出口（ノズル）を有すると共に、複数のインク吐出口（ノズル）のインク滴吐出方向が下方に向くようにキャリッジ９３に装着されている。また、キャリッジ９３には、記録ヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５が交換可能に装着されている。
【０１００】
このインクカートリッジ９５は、上方の部分に設けられて大気と連通する大気口と、下方の部分に設けられて記録ヘッド９４へインクを供給する供給口を有すると共に、インクが充填された多孔質体を内部に有している。しかも、インクカートリッジ９５は、多孔質体の毛管力により記録ヘッド９４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、インクジェット記録ヘッドとしてここでは各色の記録ヘッド９４を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する１個のヘッドでもよい。
【０１０１】
ここで、キャリッジ９３は、後方側（用紙搬送方向下流側）の部分が主ガイドロッド９１に摺動自在に保持され、前方側（用紙搬送方向上流側）が従ガイドロッド９２に摺動自在に載置されている。しかも、印字機構部８２は、キャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主ガイドロッド９１の一端部側近傍に配設された主走査モータ９７と、この主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と、主ガイドロッド９１の他端部側近傍に配設された従動プーリ９９と、駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間に掛け渡されたタイミングベルト１００を有する。このタイミングベルト１００にはキャリッジ９３が固定されていて、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が主ガイドロッド９１の軸方向（延びる方向）に往復駆動される。
【０１０２】
一方、記録装置本体８１は、給紙カセット８４にセットした用紙８３を記録ヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１０１及びフリクションパッド１０２と、用紙８３を案内するガイド部材１０３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１０４と、この搬送ローラ１０４の周面に押し付けられる搬送コロ１０５及び搬送ローラ１０４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１０６を有する。搬送ローラ１０４は副走査モータ１０７によってギヤ列を介して回転駆動される。
【０１０３】
また、記録装置本体８１内には、記録ヘッド９４の下方側に位置させた印写受け部材１０９がキャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して設けられている。この印写受け部材１０９は、搬送ローラ１０４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方で受けて、排紙トレイ８６側に案内する用紙ガイド部材として機能する。この印写受け部材１０９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１１１、拍車１１２が設けられていると共に、用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１１３及び拍車１１４と、排紙経路を形成するガイド部材１１５，１１６が設けられている。
【０１０４】
そして、用紙８３への記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後次の行の記録を行うようになっている。しかも、記録終了信号または、用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙８３を排紙する。
【０１０５】
また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１１７が配置されている。回復装置１１７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。
【０１０６】
また、印字待機中には、キャリッジ９３が回復装置１１７側に移動させられると共に、記録ヘッド９４が図示しないキャッピング手段でキャッピングされて、記録ヘッド９４の吐出口部が湿潤状態に保たれることにより、記録ヘッド９４の吐出口部のインク乾燥による吐出不良を防止する。
【０１０７】
更に、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
【０１０８】
また、吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド９４の図示しない吐出口（ノズル）が密封されると共に、記録ヘッド９４の吐出口（図示せず）から気泡等が図示しない吸引手段により吸い出しチューブ（図示せず）を介してインクととも吸い出される一方、記録ヘッド９４の吐出口面に付着したインクやゴミ等がクリーニング手段（図示せず）により除去され吐出不良が回復されるようになっている。そして、吸い出されたインクは、記録装置本体８１の下部に設置された廃インク溜（不図示）に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体（図示せず）に吸収保持される。
【０１０９】
このように、このインクジェット記録装置においては耐熱性密着層を用いる事で、電極層の剥離が生じない為、駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られて、画像の抜け等もなく画像品質が向上する。
【０１１０】
以上説明したように、この発明の実施の形態の圧電体薄膜素子は、振動板（成膜振動板３）と、前記振動板（成膜振動板３）上に設けられた導電性酸化物からなる下部電極５と、前記下部電極５上に設けられる多結晶体からなる圧電体薄膜６と、前記圧電体薄膜６上に設けられた上部電極７を有する。しかも、前記下部電極５は、前記振動板（成膜振動板３）上に形成された酸化チタン膜（酸化チタン密着層８）と、前記酸化チタン膜（酸化チタン密着層８）の上に形成された白金膜（白金電極５ａ）と、前記白金膜（白金電極５ａ）の上に形成された導電性酸化物よりなり、且つ空孔のない緻密な膜（導電性酸化物膜５ｂ）である。
【０１１１】
この構成の圧電体薄膜素子によれば、電極間（下部電極５と上部電極７との間）に圧電体薄膜（圧電体）６が挟み込まれた構造の電気−機械変換素子４を振動板（成膜振動板３）上に設ける際に、振動板（成膜振動板３）上に下部電極５を酸化チタン膜（酸化チタン密着層８）を密着層として積層することにより、下部電極５に空孔のない緻密な柱状構造膜を実現することができると共に、下部電極５の導電性酸化物の結晶性を向上させることができる。
【０１１２】
そして、この構成の圧電体薄膜素子では、圧電体薄膜素子を形成する際に導電性酸化物膜は450から600℃にてスパッタ成膜しても、下部電極に空孔のない緻密な柱状構造膜を実現することができる。
【０１１３】
また、圧電体薄膜（圧電体すなわち圧電膜）６の自発分極軸のベクトル成分と電界印加方向とが一致するときに、電界印加強度の増減に伴う伸縮が効果的に起こり、大きな圧電定数が得られる。 この圧電体薄膜（圧電膜）６の自発分極軸と電界印加方向とは完全に一致することが最も好ましい。 また、インク吐出量のばらつき等を抑制するには、圧電体薄膜（圧電膜）６の圧電性能の面内ばらつきが小さいことが好ましい。 これらの点を考慮すれば、結晶配向性に優れた圧電膜が好ましい。
【０１１４】
尚、上述したように空孔の生じない圧電体薄膜素子を形成する必要がある。圧電体薄膜素子を形成する際に、酸化チタン密着層（酸化チタン膜）８を密着層とした場合、導電性酸化物（ＳＲＯすなわちＳｒＲｕＯ3）成膜後においても空孔は下部電極５の膜中および表面に空孔は走査電子顕微鏡断面観察によって確認されない。そのため、下部電極５中にPbが過剰に拡散することを低減し、リークパスの形成や電界集中を低減させ、圧電体素子の耐電圧を上げることができる。また、液滴速度の劣化率を減少させることができた。また、白金（白金電極５ａ）上に空孔がないため、空孔による導電性酸化物結晶の連続性が阻害されず、導電性酸化物（ＳＲＯすなわちＳｒＲｕＯ3）膜の平均粒子径を白金膜の平均粒子径よりも大きくすることが可能である。しかも、下部電極膜の表面粗さを小さくすることができる。
【０１１５】
また、この発明の実施の形態の圧電体薄膜素子において、前記基板１にはＳｉ基板が用いられていると共に、前記振動板（成膜振動板３）は前記Ｓｉ基板上に設けられている。
【０１１６】
この構成によれば、圧電体薄膜素子をインクジェット記録ヘッドに用いる圧電アクチュエータとする場合に、Ｓｉ基板に振動板（成膜振動板３）に臨むインク供給用の加圧室をエッチングにより容易に形成することができる。
【０１１７】
更に、この発明の実施の形態の圧電体薄膜素子において、前記導電性酸化物は前記白金膜（白金電極５ａ）と格子定数が整合する材料から形成され、前記導電性酸化物膜の横方向の平均粒子径を前記白金膜（白金電極５ａ）の横方向の平均粒子径よりも大きく形成されている。
【０１１８】
この構成によれば、導電性酸化物膜の結晶粒が大きくなるので、圧電体薄膜を有する圧電体素子（圧電体薄膜素子）の特性を向上させることができる。
【０１１９】
しかも、導電性酸化物膜の表面粗さが大きい場合、導電性酸化物膜に空孔が形成されないので、導電性酸化物膜の平均粒子径が小さくなることにより白金電極５ａに空孔が形成された場合に比べて、導電性酸化物膜の表面粗さを小さくして、導電性酸化物膜の粒界を少なくできる。このような導電性酸化物膜の粒界を少なくすることにより、導電性酸化物膜の粒界が多いものに比べて、リーク電流を小さくできる。この結果、導電性酸化物膜に空孔による電界集中部分が発生しないので、電極間に圧電体薄膜６が介装された圧電体素子の耐電圧が減少することはなく、耐電圧を向上させることができる。
【０１２０】
また、この発明の実施の形態の圧電体薄膜素子において、前記導電性酸化物膜はルテニウム酸ストロンチウムＳｒＲｕＯ3（すなわちＳＲＯ）である。
【０１２１】
この構成によれば、導電性酸化物ＳＲＯなわちＳｒＲｕＯ3膜の結晶粒が大きくなるので、圧電体薄膜を有する圧電体素子（圧電体薄膜素子）の特性を向上させることができる。例えば、ＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ3）膜の結晶粒が大きくなるので、圧電体薄膜を有する圧電体素子（圧電体薄膜素子）の特性を向上させることができる。
【０１２２】
即ち、導電性酸化物の表面粗さが大きい場合、導電性酸化物ＳＲＯの膜（ＳＲＯ膜）に空孔が形成されないので、ＳＲＯ膜の平均粒子径が小さくなることにより白金電極５ａに空孔が形成された場合に比べて、ＳＲＯ膜の表面粗さを小さくして、ＳＲＯ膜の粒界を少なくできる。このようなＳＲＯ膜の粒界を少なくすることにより、ＳＲＯ膜の粒界が多いものに比べて、リーク電流を小さくできる。この結果、ＳＲＯ膜に空孔による電界集中部分が発生しないので、電極間に圧電体薄膜６が介装された圧電体素子の耐電圧が減少することはなく、耐電圧を向上させることができる。
【０１２３】
尚、上述したように空孔の生じない圧電体薄膜素子を形成する必要があるが、酸化チタン密着層（酸化チタン膜）８を密着層とした場合には、導電性酸化物ＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ3成膜後においても空孔は下部電極５の膜中および表面に空孔は走査電子顕微鏡断面観察によって確認されない。そのため、下部電極５中にPbが過剰に拡散することを低減し、リークパスの形成や電界集中を低減させ、圧電体素子の耐電圧を上げることができる。また、液滴速度の劣化率を減少させることができた。また、白金（白金電極５ａ）上に空孔がないため、空孔による導電性酸化物結晶の連続性が阻害されず、導電性酸化物ＳｒＲｕＯ3膜の平均粒子径を白金膜の平均粒子径よりも大きくすることが可能である。しかも、下部電極膜の表面粗さを小さくすることができる。
【０１２４】
また、この発明の実施の形態の圧電体薄膜素子において、前記導電性酸化物は、ルテニウム酸ストロンチウム（SRO）からなり且つペロブスカイト構造を有する（１１１）が優先配向している。
【０１２５】
この構成によればＳｒＲｕＯ3（ルテニウム酸ストロンチウム）は、ペロブスカイト型結晶構造を有しているので、ＰＺＴと同じペロブスカイト型結晶構造となり、界面での接合性に優れ、ＰＺＴのエピタキシャル成長を実現し易く、Ｐｂの拡散バリア層としての特性にも優れている。しかも、白金は、最密充填構造である面心立方格子（ＦＣＣ）構造をとるため自己配向性が強く、振動板（成膜振動板３）の材料であるＳｉＯ2のようなアモルファス上に成膜しても（１１１）に強く配向している。この（１１１）配向の白金電極５ａの上に（１１１）配向の導電性酸化物であるルテニウム酸ストロンチウム（SRO）を設ける際の配向性が良い。
【０１２６】
また、この発明の実施の形態の圧電体薄膜素子において、白金膜の厚さが１50nm以下である。
【０１２７】
この構成によれば、白金膜（白金電極５ａ）は、膜厚さを１50nm以下としたので、膜圧が厚い場合に比べて、スパッタ法により下部電極（白金電極５ａ）として容易且つ迅速に形成できると共に、コスト低減を図ることができる。。
【０１２８】
また、この発明の実施の形態の圧電体薄膜素子において、前記圧電体薄膜がゾルゲル法により成膜されている。
【０１２９】
この構成によれば、所望の膜厚の圧電体薄膜の層を容易に得ることができる。
【０１３０】
また、この発明の実施の形態の圧電体薄膜素子の製造方法において、前記導電性酸化物膜は450から600℃にてスパッタ成膜することにより形成されている。
【０１３１】
この構成によれば、（111）面に強く配向した結晶性のよい導線性酸化物（ＳｒＲｕＯ3）膜を形成することができる。しかも、電極間に圧電体薄膜（圧電体）が挟み込まれた電気−機械変換素子を振動板上に設ける際に、下部電極に空孔のない緻密な柱状構造膜を実現することができる。また、高温側の温度を６５０°より十分低くできるので、加熱制御が容易となる。
【０１３２】
また、この発明の実施の形態の圧電体薄膜素子の製造方法において、前記酸化チタン膜は、絶縁膜上にチタン膜を形成した後に、該チタン膜をRTAにて熱酸化することにより形成されている。
【０１３３】
この製造方法によれば、一般の炉による酸化よりも、ＲＴＡ装置による酸化の方がチタンO2膜（酸化チタン膜）の結晶性が良好になる。なぜなら、通常の加熱炉による酸化によれば、酸化しやすいチタン膜は、低温においてはいくつもの結晶構造を作るため、一旦、それを壊す必要が生じるためである。したがって、昇温速度の速いＲＴＡによる酸化の方が良好な結晶を形成するために有利になる。
【０１３４】
また、この発明の実施の形態の液滴吐出ヘッド（インクジェット記録ヘッド）において、圧電体薄膜素子の基板に上下に開放する加圧室が設けられ、前記加圧室の上部開放端が前記振動板で閉成され、前記加圧室の下部開放端がノズル板で閉成され、前記ノズル板に前記加圧室に連通する液滴吐出用のノズルが設けられていて、前記キャビティ内に供給される液体を前記振動板から作用する圧力により前記ノズルから滴下させることが可能に設けられている。
【０１３５】
また、このような圧電体薄膜素子を有する液滴吐出ヘッド（インクジェット記録ヘッド）では、インク吐出特性を良好に保持できると共に連続吐出しても安定したインク吐出特性を得ることができる。
【０１３６】
また、この発明の実施の形態のインクジェット記録装置において、前記液滴吐出ヘッドを備える。
【０１３７】
また、このような圧電体薄膜素子を有するインクジェット記録装置では、インク吐出特性を良好に保持できると共に連続吐出しても安定したインク吐出特性を得ることができるので、記録状態を良好にすることができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１ 基板
1a 圧力室
２ 圧電体薄膜素子
３ 成膜振動板（振動板、下地）
４ 電気−機械変換素子
５ 下部電極
５ａ 白金電極（第1の電極）
５ｂ 導電性酸化物膜（第２の電極）
６ 圧電体薄膜
７ 上部電極
７ａ 第1の上部電極（第３の電極）
７ｂ 第２の上部電極（第４の電極）
８ 酸化チタン密着層
９ ノズル板
９ａ ノズル
１１ 第5の電極
１２ 第6の電極
２０ 圧電アクチュエーター基板
２１ 共通流路
２２ 加圧室（圧力室））
２３ インク供給口
２４ 収容凹部
３０ 圧電素子カバー板
８１ 記録装置本体
９４ インクジェット記録ヘッド（記録ヘッド）
ＣＨｄ カラーインクジェット記録ヘッド
Ｈｄ インクジェット記録ヘッド
ＳＲＯ 導電性酸化物（ＳｒＲｕＯ３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１３９】
【特許文献１】特開2004-186646号公報
【特許文献２】特開2004-262253号公報
【特許文献３】特開2003-218325号公報
【特許文献４】特開2007-258389号公報
【特許文献５】特許第３２４９４９６号
【特許文献６】特許第３４７２０８７号
【特許文献７】特開平１１−１９５７６８
【図１】
2013197522.tif 000005
【図２】
2013197522.tif 000006
【図３】
2013197522.tif 000007
【図４】
2013197522.tif 000008
【図５】
2013197522.tif 000009
【図６】
2013197522.tif 000010
【図７】
2013197522.tif 000011
【図８】
2013197522.tif 000012
【図９】
2013197522.tif 000013
【図１０】
2013197522.tif 000014
【図１１】
2013197522.tif 000015
【図１２】
2013197522.tif 000016
【図１３】
2013197522.tif 000017