JP2003282987A

JP2003282987A - 電子デバイスおよびインクジェットプリンタ

Info

Publication number: JP2003282987A
Application number: JP2002084326A
Authority: JP
Inventors: Amamitsu Higuchi; 天光樋口; Setsuya Iwashita; 節也岩下; Hiroshi Miyazawa; 弘宮澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】各種特性に優れる電子デバイス、および、か
かる電子デバイスを備えるインクジェットプリンタを提
供すること。【解決手段】図３に示すインクジェット式記録ヘッド
Ｈの主要部は、複数のインク室２１０を形成するインク
室基板２００の一方の面にノズル板１００が、他方の面
に振動板３００がそれぞれ接合されている。また、振動
板３００のインク室基板２００と反対側の面には、各イ
ンク室２１０に対応する位置に圧電素子４００が接合さ
れている。各圧電素子４００は、それぞれ、圧電体層４
３０を上部電極４１０と下部電極４２０とで挟持して構
成されている。これらの振動板３００、下部電極４２０
および圧電体層４３０のいずれもが、ペロブスカイト構
造を有する金属酸化物を含むものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子デバイスおよ
びインクジェットプリンタに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、インクジェット式記録ヘッドに
用いられる圧電素子や、強誘電体メモリに用いられるキ
ャパシタ等の電子デバイスは、強誘電体材料により構成
された強誘電体層を一対の電極（上部電極および下部電
極）で挟持した構成とされている。

【０００３】この強誘電体材料としては、組成式ＡＢＯ
_３で示されるペロブスカイト構造を有する金属酸化物、
特に、Ａには鉛（Ｐｂ）、Ｂにジルコニウム（Ｚｒ）と
チタン（Ｔｉ）の混合を適用したチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）が広く用いられている。

【０００４】ところで、従来、このような電子デバイス
において、下部電極の構成材料としては、Ｐｔが用いら
れてきた。Ｐｔ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、ＳｉＯ_２
のようなアモルファス状態の物質で構成される層（Ｓｉ
Ｏ_２層）上に成膜しても、（１１１）に強く配向する。
このため、その上に形成する強誘電体層も配向性がよく
なる。

【０００５】しかし、Ｐｔは、配向性が非常に強いた
め、結晶粒が柱状構造となってしまい、粒界が上下方向
に揃ってしまう。このため、粒界に沿って強誘電体層中
のＰｂ等が下地（下部電極等）に拡散しやすくなってし
まう。また、この下部電極は、ＳｉＯ_２層との密着性も
悪いという問題がある。

【０００６】この下部電極とＳｉＯ_２層との密着性の改
善のために、これらの間にＴｉで構成される中間層を設
けたり、Ｐｂなどの拡散を防止するために、ＴｉＮで構
成されるバリア層を設けたり等することが行われること
もある。

【０００７】しかしながら、これらの場合、複雑な電極
構造になる上、Ｔｉの酸化、Ｔｉの下部電極への拡散等
が生じるとともに、これらに起因して強誘電体材料の結
晶性の低下が起こる。

【０００８】このような電子デバイスを、圧電素子に適
用した場合には、電界歪み特性等、また、キャパシタに
適用した場合には、分極電界（Ｐ−Ｅ）ヒステリシス特
性、リーク電流特性、ファティーグ特性等の各種特性が
劣化するという問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、各種
特性に優れる電子デバイス、および、かかる電子デバイ
スを備えるインクジェットプリンタを提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（１３）の本発明により達成される。

【００１１】（１）第１の電極と、該第１の電極に対
向する第２の電極との間に強誘電体層を介挿してなる積
層体と、前記第１の電極の前記強誘電体層と反対側に設
けられた単結晶層とを有する電子デバイスであって、前
記第１の電極、前記強誘電体層および前記単結晶層のい
ずれもが、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物を含
むものであることを特徴とする電子デバイス。

【００１２】（２）前記第１の電極に用いる前記金属
酸化物は、ルテニウム酸ストロンチウムである上記
（１）に記載の電子デバイス。

【００１３】（３）前記強誘電体層に用いる前記金属
酸化物は、チタン酸ジルコン酸鉛である上記（１）また
は（２）に記載の電子デバイス。

【００１４】（４）前記単結晶層に用いる前記金属酸
化物は、チタン酸ストロンチウムである上記（１）ない
し（３）のいずれかに記載の電子デバイス。

【００１５】（５）前記単結晶層と、前記第１の電極
との配向方位がほぼ一致している上記（１）ないし
（４）のいずれかに記載の電子デバイス。

【００１６】（６）前記第１の電極と、前記強誘電体
層との配向方位がほぼ一致している上記（５）に記載の
電子デバイス。

【００１７】（７）前記単結晶層、前記第１の電極お
よび前記強誘電体層のいずれもが、立方晶（１００）配
向または擬立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長
したものである上記（６）に記載の電子デバイス。

【００１８】（８）前記単結晶層、前記第１の電極お
よび前記強誘電体層のいずれもが、立方晶（１１０）配
向または擬立方晶（１１０）配向でエピタキシャル成長
したものである上記（６）に記載の電子デバイス。

【００１９】（９）前記単結晶層、前記第１の電極お
よび前記強誘電体層のいずれもが、立方晶（１１１）配
向または擬立方晶（１１１）配向でエピタキシャル成長
したものである上記（６）に記載の電子デバイス。

【００２０】（１０）前記積層体が振動源として機能
し、前記単結晶層が前記振動源の振動により振動する振
動板として機能するインクジェット式記録ヘッドである
上記（１）ないし（９）のいずれかに記載の電子デバイ
ス。

【００２１】（１１）前記振動板の前記振動源との反
対側には、インクを貯留可能なインク室を形成するイン
ク室基板が設けられている上記（１０）に記載の電子デ
バイス。

【００２２】（１２）前記インク室は、前記振動板の
振動により容積可変であり、この容積変化により、イン
クを吐出するよう構成されている上記（１０）または
（１１）に記載の電子デバイス。

【００２３】（１３）上記（１０）ないし（１２）の
いずれかに記載の電子デバイスを備えることを特徴とす
るインクジェットプリンタ。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明者は、鋭意検討を重ねた結
果、Ｐｔに代わる下部電極（第１の電極）の構成材料と
して、例えばＲｕＯ_ｘやＩｒＯ_２をはじめとする導電性
酸化物、特に、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕ
Ｏ_３）等のペロブスカイト構造を有する金属酸化物を用
いればよいとの考えに至った。

【００２５】かかるペロブスカイト構造を有する金属酸
化物は、ＰＺＴ等の強誘電体材料と同じ結晶構造を有し
ているので、下部電極は、強誘電体層との接合性の向上
が図れるとともに、強誘電体層のエピタキシャル成長を
実現しやすく、また、Ｐｂの拡散バリア層としての特性
にも優れたものとすることができると考えられる。

【００２６】さらに、この場合、下部電極より下の層
（単結晶層）に、ペロブスカイト構造を有する金属酸化
物を用いることにより、下部電極を適切に配向制御し得
ると考えた。

【００２７】本発明は、かかる観点からなされたもので
あり、本発明の電子デバイスは、第１の電極と、該第１
の電極に対向する第２の電極との間に強誘電体層を介挿
してなる積層体と、前記第１の電極の前記強誘電体層と
反対側に設けられた単結晶層とを有する電子デバイスで
あり、前記第１の電極、前記強誘電体層および前記単結
晶層のいずれもが、ペロブスカイト構造を有する金属酸
化物を含むものであることを特徴とする。

【００２８】以下、本発明の電子デバイスおよびインク
ジェットプリンタの好適な実施形態について説明する。

【００２９】図１は、本発明のインクジェットプリンタ
の構成を示す概略図であり、図２は、本発明の電子デバ
イスをインクジェット式記録ヘッドに適用した場合の構
成を示す分解斜視図であり、図３は、インクジェット式
記録ヘッドの主要部の構成を示す断面図であり、図４お
よび図５は、それぞれ、インクジェット式記録ヘッドの
主要部の製造工程を説明するための図である。なお、以
下の説明では、図１中、上側を「上部」、下側を「下
部」と言う。また、図２は、通常使用される状態とは、
上下逆に示されている。

【００３０】＜インクジェットプリンタ＞まず、インク
ジェットプリンタの構成について説明する。

【００３１】図１に示すインクジェットプリンタ１は、
装置本体２を備えており、上部後方に記録用紙Ｐを設置
するトレイ２１と、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排
紙口２２と、上部面に操作パネル７とが設けられてい
る。

【００３２】操作パネル７は、例えば、液晶ディスプレ
イ、ＬＥＤランプ等で構成され、エラーメッセージ等を
表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチ等で構成
される操作部（図示せず）とを備えている。

【００３３】また、装置本体２の内部には、主に、往復
動するヘッドユニット３を備える印刷装置（印刷手段）
４と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置４に送り込む給紙
装置（給紙手段）５と、印刷装置４および給紙装置５を
制御する制御部（制御手段）６とを有している。

【００３４】制御部６の制御により、給紙装置５は、記
録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りする。この記録用紙Ｐは、
ヘッドユニット３の下部近傍を通過する。このとき、ヘ
ッドユニット３が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する
方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれ
る。すなわち、ヘッドユニット３の往復動と記録用紙Ｐ
の間欠送りとが、印刷における主走査および副走査とな
って、インクジェット方式の印刷が行なわれる。

【００３５】印刷装置４は、ヘッドユニット３と、ヘッ
ドユニット３の駆動源となるキャリッジモータ４１と、
キャリッジモータ４１の回転を受けて、ヘッドユニット
３を往復動させる往復動機構４２とを備えている。

【００３６】ヘッドユニット３は、その下部に、多数の
ノズル孔１１０を備えるインクジェット式記録ヘッドＨ
と、インクジェット式記録ヘッドＨにインクを供給する
インクカートリッジ３１と、インクジェット式記録ヘッ
ドＨおよびインクカートリッジ３１を搭載したキャリッ
ジ３２とを有している。

【００３７】なお、インクカートリッジ３１として、イ
エロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のイ
ンクを充填したものを用いることにより、フルカラー印
刷が可能となる。この場合、ヘッドユニット３には、各
色にそれぞれ対応したインクジェット式記録ヘッドＨ
（この構成については、後に詳述する。）が設けられる
ことになる。

【００３８】往復動機構４２は、その両端をフレーム
（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸４２１
と、キャリッジガイド軸４２１と平行に延在するタイミ
ングベルト４２２とを有している。

【００３９】キャリッジ３２は、キャリッジガイド軸４
２１に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベ
ルト４２２の一部に固定されている。

【００４０】キャリッジモータ４１の作動により、プー
リを介してタイミングベルト４２２を正逆走行させる
と、キャリッジガイド軸４２１に案内されて、ヘッドユ
ニット３が往復動する。そして、この往復動の際に、イ
ンクジェット式記録ヘッドＨから適宜インクが吐出さ
れ、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。

【００４１】給紙装置５は、その駆動源となる給紙モー
タ５１と、給紙モータ５１の作動により回転する給紙ロ
ーラ５２とを有している。

【００４２】給紙ローラ５２は、記録用紙Ｐの送り経路
（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ５２
ａと駆動ローラ５２ｂとで構成され、駆動ローラ５２ｂ
は給紙モータ５１に連結されている。これにより、給紙
ローラ５２は、トレイ２１に設置した多数枚の記録用紙
Ｐを、印刷装置４に向かって１枚ずつ送り込めるように
なっている。なお、トレイ２１に代えて、記録用紙Ｐを
収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構
成であってもよい。

【００４３】制御部６は、例えばパーソナルコンピュー
タやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力
された印刷データに基づいて、印刷装置４や給紙装置５
等を制御することにより印刷を行うものである。

【００４４】制御部６は、いずれも図示しないが、主
に、各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモ
リ、後述する圧電素子（振動源）４００を駆動して、イ
ンクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印
刷装置４（キャリッジモータ４１）を駆動する駆動回
路、給紙装置５（給紙モータ５１）を駆動する駆動回
路、および、ホストコンピュータからの印刷データを入
手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部で
の各種制御を行うＣＰＵとを備えている。

【００４５】また、ＣＰＵには、例えば、インクカート
リッジ３１のインク残量、ヘッドユニット３の位置、温
度、湿度等の印刷環境等を検出可能な各種センサが、そ
れぞれ電気的に接続されている。

【００４６】制御部６は、通信回路を介して、印刷デー
タを入手してメモリに格納する。ＣＰＵは、この印刷デ
ータを処理して、この処理データおよび各種センサから
の入力データに基づいて、各駆動回路に駆動信号を出力
する。この駆動信号により圧電素子４００、印刷装置４
および給紙装置５は、それぞれ作動する。これにより、
記録用紙Ｐに印刷が行われる。

【００４７】＜インクジェット式記録ヘッド＞次に、イ
ンクジェット式記録ヘッドの構成について説明する。

【００４８】図２に示すインクジェット式記録ヘッドＨ
（以下、単に「ヘッドＨ」と言う。）は、ノズル板１０
０と、インク室基板２００と、振動板３００と、振動板
３００に接合された圧電素子（振動源）４００とを備
え、これらが基体５００に収納されている。なお、この
ヘッドＨは、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッド
を構成する。

【００４９】ノズル板１００は、例えばステンレス製の
圧延プレート等で構成されている。このノズル板１００
には、インク滴を吐出するための多数のノズル孔１１０
が形成されている。これらのノズル孔１１０間のピッチ
は、印刷精度に応じて適宜設定される。このノズル板１
００には、インク室基板２００が固着（固定）されてい
る。

【００５０】このインク室基板２００は、ノズル板１０
０、側壁（隔壁）２２０および後述する振動板３００に
より、複数のインク室（キャビティ、圧力室）２１０
と、インクカートリッジ３１から供給されるインクを一
時的に貯留するリザーバ室２３０と、リザーバ室２３０
から各インク室２１０に、それぞれインクを供給する供
給口２４０とが区画形成されている。

【００５１】これらのインク室２１０は、それぞれ短冊
状（直方体状）に形成され、各ノズル孔１１０に対応し
て配設されている。各インク室２１０は、後述する振動
板３００の振動により容積可変であり、この容積変化に
より、インクを吐出するよう構成されている。

【００５２】このインク室基板２００を得るための母材
２００’としては、例えば、シリコン単結晶基板、各種
ガラス基板、各種プラスチック基板等を用いることがで
きる。これらの基板は、いずれも汎用的な基板であるの
で、これらの基板を用いることにより、ヘッドＨの製造
コストを低減することができる。

【００５３】また、これらの中でも、母材２００’とし
ては、（１１０）配向シリコン単結晶基板を用いるのが
好ましい。この（１１０）配向シリコン単結晶基板は、
異方性エッチングに適しているのでインク室基板２００
を、容易かつ確実に形成することができる。

【００５４】このインク室基板２００の平均厚さは、特
に限定されないが、１０〜１０００μｍ程度とするのが
好ましく、１００〜５００μｍ程度とするのがより好ま
しい。

【００５５】また、インク室２１０の容積は、特に限定
されないが、０．１〜１００ｎＬ程度とするのが好まし
く、０．１〜１０ｎＬ程度とするのがより好ましい。

【００５６】一方、インク室基板２００のノズル板１０
０と反対側には、振動板３００が接合され、さらに振動
板３００のインク室基板２００との反対側には、複数の
圧電素子４００が接触して設けられている。

【００５７】また、振動板３００の所定位置には、振動
板３００の厚さ方向に貫通して連通孔３１０が形成され
ている。この連通孔３１０を介して、インクカートリッ
ジ３１からリザーバ室２３０に、インクが供給可能とな
っている。

【００５８】各圧電素子４００は、それぞれ各インク室
２１０のほぼ中央部に対応して配設されている。各圧電
素子４００は、前記の圧電素子駆動回路に電気的に接続
され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて作動するよう
構成されている。

【００５９】基体５００は、例えば各種樹脂材料、各種
金属材料等で構成されており、この基体５００にインク
室基板２００が固定、支持されている。

【００６０】以下、振動板３００および圧電素子４００
の構成について、図３を参照しつつさらに詳細に説明す
る。

【００６１】図３に示す圧電素子（積層体）４００は、
上部電極（第２の電極）４１０と下部電極（第１の電
極）４２０とで、圧電体層（強誘電体層）４３０を挟持
した構成とされている。換言すれば、圧電素子４００
は、下部電極４２０、圧電体層４３０および上部電極４
１０が、この順で積層されて構成されている。また、下
部電極４２０の圧電体層４３０との反対側には、振動板
３００が下部電極４２０に接触して設けられている。

【００６２】この圧電素子（積層体）４００は、振動源
として機能するものであり、振動板３００は、圧電素子
（振動源）４００の振動により振動し、インク室２１０
の内部圧力を瞬間的に高める機能を有するものである。

【００６３】振動板３００は、ペロブスカイト構造を有
する金属酸化物を含む単結晶層により、好ましくはペロ
ブスカイト構造を有する金属酸化物を主材料とする単結
晶層により、構成されている。

【００６４】このペロブスカイト構造を有する金属酸化
物としては、例えば、チタン酸ストロンチウム、アルミ
ン酸ランタン、ガリウム酸ネオジウム、または、これら
を含む固溶体等が挙げられる。

【００６５】これらのペロブスカイト構造を有する金属
酸化物を用いることにより、振動板３００を、振動板に
要求される十分な強度（物理的性質）を有するものとす
ることができる。また、このような振動板３００を用い
れば、下部電極４２０を形成する際の配向制御が容易と
なり、また、インク室基板２００および下部電極４２０
の双方との接合性（密着性）が向上する。

【００６６】これらの中でも、振動板３００に用いるペ
ロブスカイト構造を有する金属酸化物としては、チタン
酸ストロンチウムが最適である。チタン酸ストロンチウ
ムを用いて振動板３００を構成することにより、前記効
果がより向上する。

【００６７】このような振動板３００の平均厚さは、特
に限定されないが、１０〜１０００μｍ程度とするのが
好ましく、１００〜５００μｍ程度とするのがより好ま
しい。振動板３００の平均厚さを、前記範囲とすること
により、ヘッドＨの大型化を防止しつつ、振動板３００
は、振動板に要求される十分な強度を確保することがで
きる。

【００６８】振動板３００上には、圧電体層４３０に電
圧を印加するための一方の電極である下部電極４２０が
形成されている。

【００６９】この下部電極４２０は、複数の圧電素子４
００の共通電極として設けられている。すなわち、下部
電極４２０の平面視形状が、振動板３００の平面視形状
とほぼ等しくなるよう形成されている。なお、下部電極
４２０は、個別電極として圧電素子４００毎に設けるよ
うにしてもよい。

【００７０】下部電極４２０は、ペロブスカイト構造を
有する金属酸化物を含むものであり、好ましくはペロブ
スカイト構造を有する金属酸化物を主材料とするもので
ある。

【００７１】このペロブスカイト構造を有する金属酸化
物としては、例えば、ルテニウム酸ストロンチウム（Ｓ
ＲＯ）、マンガン酸ランタンストロンチウム、コバルト
酸ランタンストロンチウム、クロム酸ランタンストロン
チウム、または、これらを含む固溶体等が挙げられる。
これらのペロブスカイト構造の金属酸化物は、導電性お
よび化学的安定性に優れているので、下部電極４２０
も、導電性および化学的安定性に優れたものとすること
ができる。その結果、圧電素子４００は、電界歪み特性
等の各種特性が向上する。

【００７２】これらの中でも、下部電極４２０に用いる
ペロブスカイト構造を有する金属酸化物としては、ルテ
ニウム酸ストロンチウム（ＳＲＯ）が最適である。ＳＲ
Ｏは、特に導電性および化学的安定性に優れているの
で、ＳＲＯを用いて下部電極４２０を構成することによ
り、圧電素子４００は、前記効果がより向上する。

【００７３】ここで、ＳＲＯは、一般式Ｓｒ_ｎ＋１Ｒｕ
_ｎＯ_３ｎ＋１（ｎは１以上の整数）で表される。ｎ＝１
のときＳｒ_２ＲｕＯ_４となり、ｎ＝２のときＳｒ_３Ｒｕ
_２Ｏ _７となり、ｎ＝∞のときＳｒＲｕＯ_３となる。ＳＲ
Ｏを用いて下部電極４２０を構成する場合は、ＳｒＲｕ
Ｏ_３が最適である。これにより、下部電極４２０の導電
性および化学的安定性を極めて優れたものとすることが
できるとともに、下部電極４２０上に形成する圧電体層
４３０の結晶性を高めることもできる。

【００７４】なお、下部電極４２０は、その厚さ方向の
途中に、イリジウムまたは白金等で構成される部分（中
間層）を有する構成、すなわち、ＳＲＯ／Ｐｔ／ＳＲ
Ｏ、ＳＲＯ／Ｉｒ／ＳＲＯの積層構造とすることもでき
る。この場合、下部電極４２０の圧電体層４３０側の部
分を、ＳｒＲｕＯ_３を含む材料で（特に、ＳｒＲｕＯ_３
を主材料として）構成するようにすればよい。

【００７５】このような下部電極４２０の平均厚さは、
特に限定されないが、１〜１０００ｎｍ程度とするのが
好ましく、１００〜７００ｎｍ程度とするのがより好ま
しい。

【００７６】下部電極４２０上には、電圧の印加により
変形する圧電体層４３０が、所定の形状で形成されてい
る。

【００７７】圧電体層４３０は、ペロブスカイト構造を
有する金属酸化物（強誘電体材料）を含むものであり、
好ましくはペロブスカイト構造を有する金属酸化物を主
材料とするものである。

【００７８】このペロブスカイト構造を有する金属酸化
物としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ_３：ＰＺＴ）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐ
ｂ，Ｌａ）ＴｉＯ_３）、ジルコニウム酸鉛ランタン
（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ_３）、または、これらにマグネ
シウム、ニオブのような添加物を添加したもの、ＳｒＢ
ｉ _２（Ｔａ，Ｎｂ）_２Ｏ_９、（Ｂｉ，Ｌａ）_４Ｔｉ_３Ｏ
_１２のようなＢｉ層状化合物等が挙げられる。これらの
ペロブスカイト構造を有する金属酸化物を用いて圧電体
層４３０を構成することにより、圧電素子４００は、電
界歪み特性等の各種特性が向上する。

【００７９】これらの中でも、圧電体層４３０に用いる
ペロブスカイト構造を有する金属酸化物としては、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が最適である。ＰＺＴを用
いることにより、圧電素子４００は、前記効果がより向
上する。

【００８０】このような圧電体層４３０の平均厚さは、
特に限定されないが、０．１〜５０μｍ程度とするのが
好ましく、０．３〜１５μｍ程度とするのがより好まし
く、０．５〜３μｍ程度とするのがさらに好ましい。圧
電体層４３０の平均厚さを、前記範囲とすることによ
り、圧電素子４００（延いては、ヘッドＨ）の大型化を
防止しつつ、各種特性を好適に発揮し得る圧電素子４０
０とすることができる。

【００８１】圧電体層４３０上には、圧電体層４３０に
電圧を印加するための他方の電極となる上部電極４１０
が形成されている。

【００８２】この上部電極４１０は、複数の圧電素子４
００の個別電極として、それぞれ設けられている。すな
わち、上部電極４１０の平面視形状は、圧電体層４３０
の平面視形状とほぼ等しくなるよう形成されている。

【００８３】上部電極４１０は、例えば、白金（Ｐ
ｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、ま
たは、これらを含む合金等の各種導電性材料で構成され
ている。なお、上部電極４１０をアルミニウムで構成す
る場合、イリジウム等で構成される層を積層するように
するのが好ましい。これにより、上部電極４１０の電蝕
による劣化を防止または抑制することができる。

【００８４】このような上部電極４１０の平均厚さは、
特に限定されないが、１〜１０００ｎｍ程度とするのが
好ましく、１０〜５００ｎｍ程度とするのがより好まし
い。

【００８５】さて、本発明では、振動板３００、下部電
極４２０および圧電体層４３０のいずれもが、ペロブス
カイト構造を有する金属酸化物を含むものであることを
特徴とする。これにより、各層間での接合性を優れた
ものとすることができるので、各層間の剥離等の経時的
劣化を好適に防止すること、すなわち、ヘッドＨの耐久
性を向上させることができる。また、圧電素子４００
で生じた振動を、確実に振動板３００に伝達することも
でき、ヘッドＨによる印刷精度も向上する。さらに、
かかる構成により、圧電素子４００の大型化を防止しつ
つ、高精度の印刷が可能なヘッドＨを実現することがで
きる。

【００８６】また、下部電極４２０は、その配向方位
が、振動板３００の配向方位とほぼ一致しているのが好
ましく、さらに、圧電体層４３０の配向方位が、下部電
極４２０の配向方位とほぼ一致しているのがより好まし
い。これにより、前記効果〜が向上する。

【００８７】そして、下部電極４２０および圧電体層４
３０の双方の配向方位が、いずれも、振動板３００の配
向方位とほぼ一致する場合、これらは、いずれもが立方
晶（１００）配向または擬立方晶（１００）配向でエピ
タキシャル成長したもの、立方晶（１１０）配向または
擬立方晶（１１０）配向でエピタキシャル成長したも
の、立方晶（１１１）配向または擬立方晶（１１１）配
向でエピタキシャル成長したもののいずれであってもよ
い。振動板３００、下部電極４２０および圧電体層４３
０を、このような配向方位とすることにより、特に、前
記効果およびがより顕著となる。

【００８８】このようなヘッドＨは、圧電素子駆動回路
を介して所定の吐出信号が入力されていない状態、すな
わち、圧電素子４００の下部電極４２０と上部電極４１
０との間に電圧が印加されていない状態では、圧電体層
４３０に変形が生じない。このため、振動板３００にも
変形が生じず、インク室２１０には容積変化が生じな
い。したがって、ノズル孔１１０からインク滴は吐出さ
れない。

【００８９】一方、圧電素子駆動回路を介して所定の吐
出信号が入力された状態、すなわち、圧電素子４００の
下部電極４２０と上部電極４１０との間に一定電圧が印
加された状態では、圧電体層４３０に変形が生じる。こ
れにより、振動板３００が大きくたわみ、インク室２１
０の容積変化が生じる。このとき、インク室２１０内の
圧力が瞬間的に高まり、ノズル孔１１０からインク滴が
吐出される。

【００９０】１回のインクの吐出が終了すると、圧電素
子駆動回路は、下部電極４２０と上部電極４１０との間
への電圧の印加を停止する。これにより、圧電素子４０
０は、ほぼ元の形状に戻り、インク室２１０の容積が増
大する。なお、このとき、インクには、インクカートリ
ッジ３１からノズル孔１１０へ向かう圧力（正方向への
圧力）が作用している。このため、空気がノズル孔１１
０からインク室２１０へ入り込むことが防止され、イン
クの吐出量に見合った量のインクがインクカートリッジ
３１（リザーバ室２３０）からインク室２１０へ供給さ
れる。

【００９１】このようにして、ヘッドＨにおいて、印刷
させたい位置の圧電素子４００に、圧電素子駆動回路を
介して吐出信号を順次入力することにより、任意の（所
望の）文字や図形等を印刷することができる。

【００９２】次に、ヘッドＨの製造方法について、図４
および図５を参照しつつ説明する。前述したヘッドＨ
は、例えば、次のようにして製造することができる。

【００９３】［１］基板の作成（図４のＳ１）まず、インク室基板２００となる母材２００’として、
例えば（１１０）配向シリコン単結晶基板と、例えばチ
タン酸ストロンチウムからなる振動板（単結晶層）３０
０とを用意する。

【００９４】そして、これらの母材２００’と振動板３
００とを貼り合わせ（接合して）、これらを一体化させ
る。

【００９５】この接合には、例えば、母材２００’と振
動板３００とを圧着させた状態で熱処理する方法が好適
に用いられる。かかる方法によれば、容易かつ確実に、
母材２００’と振動板３００とを一体化させることがで
きる。

【００９６】この熱処理条件は、特に限定されないが、
１００〜６００℃×１〜２４時間程度とするのが好まし
く、３００〜６００℃×６〜１２時間程度とするのがよ
り好ましい。なお、接合には、その他の各種接着方法、
各種融着方法等を用いてもよい。

【００９７】［２］下部電極４２０の形成（図４のＳ
２）次に、振動板３００上に、例えばＳＲＯからなる下部電
極４２０を形成する。

【００９８】下部電極４２０は、振動板３００の結晶構
造の影響を受けて結晶成長する。例えば、立方晶（１０
０）配向の振動板３００上に、下部電極４２０を成膜す
ると、下部電極４２０は、擬立方晶（１００）配向でエ
ピタキシャル成長する。

【００９９】下部電極４２０の形成方法（成膜方法）と
しては、例えば、レーザーアブレーション法が好適に用
いられる。

【０１００】具体的には、まず、振動板３００と母材２
００’とを一体化させたもの（サンプル）を、真空装置
内に設置し、これに対向して、下部電極４２０の構成元
素を含むターゲットを所定距離、離間して配置する。な
お、このターゲットとしては、目的とする下部電極４２
０の組成と同一の組成または近似組成のものが好適に使
用される。

【０１０１】次いで、例えばＡｒＦエキシマレーザー、
ＫｒＦエキシマレーザー等のレーザー光をターゲットに
照射すると、ターゲットから酸素原子および金属原子を
含む原子が叩き出され、プルームが発生する。換言すれ
ば、プルームが振動板３００に向かって照射される。そ
して、このプルームは、振動板３００上に接触して、下
部電極４２０が形成される。

【０１０２】下部電極４２０の形成（成膜）における各
条件は、下部電極４２０がエピタキシャル成長し得るも
のであればよく、例えば、次のようにすることができ
る。

【０１０３】レーザー光の周波数は、３０Ｈｚ以下とす
るのが好ましく、１５Ｈｚ以下とするのがより好まし
い。

【０１０４】レーザー光のエネルギー密度は、０．５Ｊ
／ｃｍ^２以上とするのが好ましく、２Ｊ／ｃｍ^２以上と
するのがより好ましい。

【０１０５】サンプルの温度は、３００〜８００℃程度
とするのが好ましく、４００〜７００℃程度とするのが
より好ましい。

【０１０６】サンプルとターゲットとの距離は、６０ｍ
ｍ以下とするのが好ましく、４５ｍｍ以下とするのがよ
り好ましい。

【０１０７】また、真空装置内の圧力は、１気圧以下が
好ましく、そのうち、酸素分圧は、例えば、酸素ガス供
給下で１×１０^−３Ｔｏｒｒ以上とするのが好ましく、
原子状酸素ラジカル供給下で１×１０^−５Ｔｏｒｒ以上
とするのが好ましい。

【０１０８】下部電極４２０の形成における各条件を、
それぞれ、前記範囲とすると、より効率よく、下部電極
４２０をエピタキシャル成長により形成することができ
る。

【０１０９】また、このとき、レーザー光の照射時間を
適宜設定することにより、下部電極４２０の平均厚さを
前述したような範囲に調整することができる。このレー
ザー光の照射時間は、前記各条件によっても異なるが、
通常、３〜９０分程度とするのが好ましく、１５〜４５
分程度とするのがより好ましい。

【０１１０】なお、下部電極４２０の形成方法として
は、これに限定されず、例えば、真空蒸着法、スパッタ
リング法、ＭＯＣＶＤ法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等の
各種薄膜作製法を用いることもできる。

【０１１１】［３］強誘電体材料層４３０’の形成
（図４のＳ３）次に、下部電極４２０上に、圧電体層４３０となる、例
えば組成式Ｐｂ（Ｚｒ _０．５６Ｔｉ_０．４４）Ｏ_３のＰ
ＺＴからなる強誘電体材料層４３０’を形成する。

【０１１２】強誘電体材料層４３０’は、下部電極４２
０の結晶構造の影響を受けて結晶成長する。例えば、擬
立方晶（１００）配向の下部電極４２０上に、強誘電体
材料層４３０’を成膜すると、強誘電体材料層４３０’
は、擬立方晶（１００）配向または擬立方晶（００１）
配向でエピタキシャル成長する。

【０１１３】強誘電体材料層４３０’の形成方法（成膜
方法）としては、例えば、レーザーアブレーション法が
好適に用いられる。これは、前記工程［２］と同様にし
て行うことができる。

【０１１４】なお、強誘電体材料層４３０’の形成方法
としては、これに限定されず、例えば、真空蒸着法、ス
パッタリング法、ＭＯＣＶＤ法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ
法等の薄膜作製法を用いることもできる。

【０１１５】［４］導電性材料層４１０’の形成（図
４のＳ４）次に、強誘電体材料層４３０’上に、上部電極４１０と
なる、例えば白金（Ｐｔ）からなる導電性材料層４１
０’を形成する。

【０１１６】導電性材料層４１０’の形成方法（成膜方
法）としては、例えば、直流スパッタ法が好適に用いら
れる。なお、導電性材料層４１０’の形成方法として
は、これに限定されず、例えば、真空蒸着法、印刷法等
の薄膜作製法を用いることもできる。

【０１１７】［５］圧電素子４００の形成（図５のＳ
５）次に、強誘電体材料層４３０’および導電性材料層４１
０’を所定形状に加工して、複数の圧電素子（圧電アク
チュエータ）４００を区画形成する。

【０１１８】具体的には、まず、導電性材料層４１０’
上に、例えばスピンコートによりレジストを形成した
後、インク室２１０を形成すべき位置に合わせて、露光
・現像してパターニングする。次いで、残ったレジスト
をマスクとして、強誘電体材料層４３０’および導電性
材料層４１０’を、例えばイオンミリング等でエッチン
グする。これにより、強誘電体材料層４３０’および導
電性材料層４１０’の不要な部分が、それぞれ除去さ
れ、圧電体層４３０および上部電極４１０を備える複数
の圧電素子４００が得られる。

【０１１９】［６］インク室基板２００の形成（図５
のＳ６）次に、母材２００’の圧電素子４００に対応した位置
に、それぞれインク室２１０となる凹部２１０’を、ま
た、所定位置にリザーバ室２３０および供給口２４０と
なる凹部を形成する。

【０１２０】具体的には、インク室２１０、リザーバ室
２３０および供給口２４０を形成すべき位置に合せて、
マスクを形成した後、例えば、平行平板型反応性イオン
エッチング、誘導結合型方式、エレクトロンサイクロト
ロン共鳴方式、ヘリコン波励起方式、マグネトロン方
式、プラズマエッチング方式、イオンビームエッチング
方式等のドライエッチング、５重量％〜４０重量％程度
の水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロ
オキサイド等の高濃度アルカリ水溶液によるウエットエ
ッチングを行う。

【０１２１】これにより、母材２００’を、その厚さ方
向に振動板３００が露出する程度にまで削り取り（除去
し）、インク室基板２００を形成する。なお、このと
き、エッチングされずに残った部分が、側壁２２０とな
り、また、露出した振動板３００は、振動板としての機
能を発揮し得る状態となる。

【０１２２】なお、母材２００’として、（１１０）配
向シリコン基板を用いる場合には、前述の高濃度アルカ
リ水溶液を用いることにより、母材２００’は、容易に
異方性エッチングされるので、インク室基板２００の形
成が容易となる。

【０１２３】［７］ヘッドＨの完成（図５のＳ７）次に、複数のノズル孔１１０が形成された、例えばステ
ンレス製のノズル板１００を、各ノズル孔１１０が各凹
部２１０’に対応するように位置合わせして接合する。
これにより、複数のインク室２１０、リザーバ室２３０
および複数の供給口２４０が画成される。

【０１２４】この接合には、例えば、接着剤による接着
等の各種接着方法、各種融着方法等を用いることができ
る。

【０１２５】最後に、インク室基板２００を基体５００
に取り付けて、ヘッドＨが完成する。

【０１２６】以上、本発明の電子デバイスおよびインク
ジェットプリンタについて、図示の実施形態に基づいて
説明したが、本発明は、これらに限定されるものではな
い。

【０１２７】例えば、本発明の電子デバイスおよびイン
クジェットプリンタを構成する各部は、同様の機能を発
揮する任意のものと置換、または、その他の構成を追加
することもできる。

【０１２８】また、例えば、電子デバイスの製造方法で
は、任意の工程を追加することもできる。

【０１２９】また、前記実施形態のインクジェット式記
録ヘッドの構成は、例えば、各種工業用液体吐出装置の
液体吐出機構に適用することもできる。この場合、液体
吐出装置では、前述したようなインク（イエロー、シア
ン、マゼンダ、ブラック等のカラー染料インク）の他、
例えば、液体吐出機構のノズル（液体吐出口）からの吐
出に適当な粘度を有する溶液や液状物質等が使用可能で
ある。

【０１３０】なお、本発明は、前記実施形態のインクジ
ェット式記録ヘッドの他、例えば、強誘電体メモリ（キ
ャパシタ）等の各種電子デバイスに適用することができ
る。

【０１３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、第
１の電極、強誘電体層および単結晶層のいずれもを、ペ
ロブスカイト構造を有する金属酸化物を含むものとした
ことにより、各層間での接合性が向上し、その結果、電
子デバイスを各種特性に優れるものとすることができ
る。

【０１３２】また、単結晶層と、第１の電極との配向方
位をほぼ一致するように、特に、単結晶層と、第１の電
極および強誘電体層との配向方位をほぼ一致するように
することにより、電子デバイスの各種特性がより向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインクジェットプリンタの構成を示
す概略図である。

【図２】本発明の電子デバイスをインクジェット式記
録ヘッドに適用した場合の構成を示す分解斜視図であ
る。

【図３】インクジェット式記録ヘッドの主要部の構成
を示す断面図である。

【図４】インクジェット式記録ヘッドの主要部の製造
工程を説明するための図である。

【図５】インクジェット式記録ヘッドの主要部の製造
工程を説明するための図である。

【符号の説明】

１‥‥インクジェットプリンタ２‥‥装置本体２１
‥‥トレイ２２‥‥排紙口３‥‥ヘッドユニット
３１‥‥インクカートリッジ３２‥‥キャリッジ４
‥‥印刷装置４１‥‥キャリッジモータ４２‥‥往
復動機構４２１‥‥キャリッジガイド軸４２２‥‥
タイミングベルト５‥‥給紙装置５１‥‥給紙モー
タ５２‥‥給紙ローラ５２ａ‥‥従動ローラ５２
ｂ‥‥駆動ローラ６‥‥制御部７‥‥操作パネル
１００‥‥ノズル板１１０‥‥ノズル孔２００‥‥
インク室基板２００’‥‥母材２１０‥‥インク室
２１０’ ‥‥凹部２２０‥‥側壁２３０‥‥リザ
ーバ室２４０‥‥供給口３００‥‥振動板３１０
‥‥連通孔４００‥‥圧電素子４１０‥‥上部電極
４１０’ ‥‥導電性材料層４２０‥‥下部電極
４３０‥‥圧電体層４３０’‥‥強誘電体材料層５
００‥‥基体Ｈ‥‥インクジェット式記録ヘッドＰ
‥‥記録用紙

───────────────────────────────────────────────────── 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 41/18 １０１Ｄ１０１Ｚ (72)発明者宮澤弘長野県諏訪市大和３丁目３番５号セイコーエプソン株式会社内Ｆターム(参考） 2C057 AF51 AF93 AG42 AG44 AG47 AP16 AP51 BA04 BA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の電極と、該第１の電極に対向する
第２の電極との間に強誘電体層を介挿してなる積層体
と、前記第１の電極の前記強誘電体層と反対側に設けられた
単結晶層とを有する電子デバイスであって、前記第１の電極、前記強誘電体層および前記単結晶層の
いずれもが、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物を
含むものであることを特徴とする電子デバイス。
【請求項２】前記第１の電極に用いる前記金属酸化物
は、ルテニウム酸ストロンチウムである請求項１に記載
の電子デバイス。
【請求項３】前記強誘電体層に用いる前記金属酸化物
は、チタン酸ジルコン酸鉛である請求項１または２に記
載の電子デバイス。
【請求項４】前記単結晶層に用いる前記金属酸化物
は、チタン酸ストロンチウムである請求項１ないし３の
いずれかに記載の電子デバイス。
【請求項５】前記単結晶層と、前記第１の電極との配
向方位がほぼ一致している請求項１ないし４のいずれか
に記載の電子デバイス。
【請求項６】前記第１の電極と、前記強誘電体層との
配向方位がほぼ一致している請求項５に記載の電子デバ
イス。
【請求項７】前記単結晶層、前記第１の電極および前
記強誘電体層のいずれもが、立方晶（１００）配向また
は擬立方晶（１００）配向でエピタキシャル成長したも
のである請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項８】前記単結晶層、前記第１の電極および前
記強誘電体層のいずれもが、立方晶（１１０）配向また
は擬立方晶（１１０）配向でエピタキシャル成長したも
のである請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項９】前記単結晶層、前記第１の電極および前
記強誘電体層のいずれもが、立方晶（１１１）配向また
は擬立方晶（１１１）配向でエピタキシャル成長したも
のである請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項１０】前記積層体が振動源として機能し、前
記単結晶層が前記振動源の振動により振動する振動板と
して機能するインクジェット式記録ヘッドである請求項
１ないし９のいずれかに記載の電子デバイス。
【請求項１１】前記振動板の前記振動源との反対側に
は、インクを貯留可能なインク室を形成するインク室基
板が設けられている請求項１０に記載の電子デバイス。
【請求項１２】前記インク室は、前記振動板の振動に
より容積可変であり、この容積変化により、インクを吐
出するよう構成されている請求項１０または１１に記載
の電子デバイス。
【請求項１３】請求項１０ないし１２のいずれかに記
載の電子デバイスを備えることを特徴とするインクジェ
ットプリンタ。