JP2008028285A - 圧電体薄膜素子、インクジェットヘッドおよびインクジェット式記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間に渡って電圧を印加して駆動させても、絶縁性を低下させず高い信頼性を有する圧電体薄膜素子、それを用いたインクジェットヘッド、及び前記インクジェットヘッドを印字手段として備えたインクジェット式記録装置を得ること。
【解決手段】圧電体層１４は、第１，第２，第３の３つの圧電体層１４ａ，１４ｂ，１４ｃで構成され、第１及び第３の圧電体層１４ａ，１４ｃの各圧電定数は、いずれも第２の圧電体層１４ｂよりも小さくなっている。これによって、第１、第３の圧電体層１４ａ，１４ｃと対応する電極層１３，１５との界面に発生する内部応力を低減でき、高電圧印加や長期間駆動によるクラック発生の大幅な低減効果が期待できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気機械変換機能を呈する圧電体薄膜素子、この圧電体薄膜素子を用いたインクジェットヘッド、及び前記インクジェットヘッドを印字手段として備えたインクジェット式記録装置に関するものである。

電気機械変換機能を呈する圧電体薄膜素子は、一般に、圧電体薄膜をその厚み方向に２つの電極で挟んでなる積層体を備えている。圧電体材料の代表的なものは、ペロブスカイト型結晶構造の酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）（以降「ＰＺＴ」と記す）や、このＰＺＴにマグネシウム、マンガン、ニッケル、ニオブなどを添加したものなどがある。

特に、ペロブスカイト型結晶構造の正方晶系ＰＺＴの場合には、＜００１＞軸方向（Ｃ軸方向）に大きな圧電変位が得られ、菱面体晶系ＰＺＴの場合には、＜１１１＞軸方向に大きな圧電変位が得られる。しかし、多くの圧電体材料は、結晶粒子の集合体からなる多結晶体（圧電セラミックス）であり、各結晶軸はでたらめな方向を向いている。そのために自発分極Ｐｓもでたらめに配列しているが、圧電体薄膜素子の場合には、それらのベクトルの総和が電界方向と平行になるように作られている。そして、この圧電体薄膜素子の１つの利用形態である圧電体薄膜アクチュエータにおいては、両電極間に電圧を印加すると、その電圧の大きさに比例した機械的変位が得られる。インクジェットヘッドは、この圧電体薄膜アクチュエータに振動板を取り付けてインク吐出の駆動源として用いている。

ところで、上記圧電体薄膜アクチュエータを用いたインクジェットヘッドの場合、数μｍ厚の圧電体薄膜に数十Ｖの電圧を印加する必要があるので、数百ｋＶ／ｃｍ以上の耐電圧が必要となる。そのため、圧電体薄膜にリークパスが発生しないようにするために、圧電体薄膜内部に存在する欠陥部に絶縁性物質を埋め込んだり（特許文献１参照）、圧電体薄膜の結晶粒の露出領域に低誘電率物質を形成させたり（特許文献２参照）、膜厚方向に結晶粒径の異なる圧電体を積層して膜厚方向のリークパスを不連続にしたり（特許文献３）といった工夫がなされている。

なお、（特許文献４）では、成膜した圧電体薄膜の圧電定数を測定する技術が開示されている。また、（特許文献５）では、コンピューターの記憶装置等として用いられるディスク装置のディスクに対する情報の記録および再生に使用されるヘッドの支持機構に使用される薄膜圧電体アクチュエーターが開示されている。
特開２０００−３５１２１２号公報 特許第３６６６１６３号公報 特開２０００−３０７１６３号公報 特開２００２−２２５２８５号公報 特開２００１−３３２０４１号公報

しかしながら、上述した措置は、いずれも圧電体薄膜の耐電圧を向上させ、絶縁性の低下を防止するものであるが、圧電体薄膜を用いたアクチュエータは、電圧印加により大きく変形するので、変形によって圧電体薄膜素子内部に発生する大きな内部応力が原因のクラックによる絶縁性低下もある。特に、アクチュエータを長期間駆動させて使用した場合には、疲労によるクラック発生も見られ、絶縁性能が低下しやすい。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、長期間に渡って電圧を印加して駆動させても、絶縁性を低下させず高い信頼性を有する圧電体薄膜素子、それを用いたインクジェットヘッド、及び前記インクジェットヘッドを印字手段として備えたインクジェット式記録装置を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明は、ペロブスカイト型結晶構造を有するＰｂを含む酸化物で成膜した圧電体層と、前記圧電体層の厚み方向両側の層面それぞれに成膜した電極層とを備えている圧電体薄膜素子において、前記圧電体層は、一方の電極層から他方の電極層に向かって第１，第２，第３の３つの圧電体層で構成され、電極層側の前記第１及び第３の圧電体層の各圧電定数が、いずれも前記第２の圧電体層よりも小さくなるように、各圧電体層に適用する前記酸化物の組成を選択して成膜されていることを特徴とする。

本発明によれば、圧電体層を３層構成とし、両電極層側の第１、第３の圧電体層の圧電定数を小さくして変位量が中央の第２の圧電体層よりも小さくなるようにしてあるので、第１、第３の圧電体層と対応する電極層との界面に発生する内部応力を低減でき、高電圧印加や長期間駆動によるクラック発生の大幅な低減効果が期待できる。

本発明によれば、長期間に渡って電圧を印加して駆動させても、絶縁性を低下させず高い信頼性を有する圧電体薄膜素子が得られるという効果を奏する。

以下に図面を参照して、本発明にかかる圧電体薄膜素子、インクジェットヘッド、及びインクジェット式記録装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による圧電体薄膜素子の構成を示す断面図である。図１に示すこの実施の形態１による圧電体薄膜素子は、基板１１の上に、密着層１２、下部電極である第１の電極層１３、ペロブスカイト型結晶構造を有するＰｂを含む酸化物で成膜した圧電体薄膜である圧電体層１４および上部電極である第２の電極層１４ｂをこの順に成膜して形成する圧電体薄膜素子において、圧電体層１４を、第１の圧電体層１４ａと第２の圧電体層１４ｂと第３の圧電体層１４ｃとの３層で構成し、第１の圧電体層１４ａ及び第３の圧電体層１４ｃの各圧電定数を、中央の第２の圧電体層１４ｂよりも小さくなるように、各圧電体層に適用する圧電体材料である「ペロブスカイト型結晶構造を有するＰｂを含む酸化物」の組成を選択して成膜したものである。

圧電体薄膜素子では、電圧印加によって圧電体層は圧電材料自体が大きく変形するが、電極層は材料自体が変形しないので、その界面に応力が発生する構造になっている。この圧電体層と電極層との界面に発生する内部応力は、圧電体薄膜素子に高い電圧を印加した場合や、アクチュエータに電圧を印加して長期間連続して駆動した場合には、相当に大きな応力となる。これが起因となって、電極層に用いられる金属材料よりも破壊しやすいセラミック材料である圧電体層にクラックが発生すると考えられる。

そこで、この実施の形態１では、図１に示すように、圧電体層１４を３層構造とし、両電極層側の圧電体層１４ａ，１４ｃの圧電定数を中央部の第２の圧電体層１４ｂのそれよりも小さくして、両電極層側の圧電体層１４ａ，１４ｃでの変形量が中央部の第２の圧電体層１４ｂのそれよりも小さくなる構造とした。

これによって、圧電体層１４ａ，１４ｃと電極層１３，１５との界面に発生する内部応力を低減できるので、高電圧印加や長期間駆動によるクラック発生の大幅な低減効果が期待できる。

圧電体材料である「ペロブスカイト型結晶構造を有するＰｂを含む酸化物」としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）や、このＰＺＴにＬａ、Ｓｒ、Ｎｂ、Ａｌなどの添加物を含有したものなどがあるが、要するにＰＺＴを主成分とした圧電体材料であり、ＰＭＮであるかＰＺＮであるかは問わない。以下、圧電体層１４を構成する３層（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の内容を具体的に説明する。

圧電体材料の組成については、後述する実施例にて説明するが、圧電定数に関しては、圧電体層１４ａ，１４ｃの圧電定数は、第２の圧電体層１４ｂの圧電定数の２／３以下であればよいが、より望ましくは、１／２以下である。

圧電体層１４ａ，１４ｂ，１４ｃでは、共に、＜１１１＞面または＜００１＞面のいずれかの同じ面に優先配向するように成膜して優れた圧電特性が得られようにしている。なお、この＜１１１＞面または＜００１＞面での配向率は、中央部の第２の圧電体層１４ｂの方が、両電極層側の圧電体層１４ａ，１４ｃよりも高いことが望ましい。そして、各圧電体層における＜１１１＞面または＜００１＞面での配向率は、９０％以上であることが望ましいが、７０％以上であれば一応の特性は得られる。

ここで、＜１１１＞面での配向率をα＜１１１＞と表記し、＜００１＞面での配向率をα＜００１＞と表記すれば、α＜１１１＞＝Ｉ＜１１１＞／ΣＩ（ｈｋｌ）、α＜００１＞＝Ｉ＜００１＞／ΣＩ（ｈｋｌ）と定義している。ΣＩ（ｈｋｌ）は、Ｘ線回折法において、Ｃｕ−Ｋα線を用いたときの２θが１０°〜７０°でのペロブスカイト型結晶構造のＰＺＴにおける各結晶面からの回折ピーク強度の総和である。

比誘電率に関しては、圧電体層１４ａ，１４ｃの比誘電率は、いずれも第２の圧電体層１４ｂの比誘電率よりも小さくなるようにしている。具体的には、圧電体層１４ａ，１４ｃの比誘電率は、第２の圧電体層１４ｂの比誘電率の２／３以下であればよいが、より望ましくは、１／２以下である。

また、膜厚に関しては、圧電体層１４ａ，１４ｃの膜厚は、いずれも第２の圧電体層１４ｂの膜厚よりも小さくしている。具体的には、圧電体層１４ａ，１４ｃの膜厚は、第２の圧電体層１４ｂの膜厚の１／２００〜１／４であればよいが、より望ましくは、１／１００〜１／１０である。そして、第２の圧電体層１４ｂの膜厚は、１μｍ〜１０μｍの範囲内である。

次に、圧電体層１４の周辺に配置される要素について説明する。基板１１は、シリコン基板や、ガラス基板、金属基板、セラミックス基板等である。密着層１２は、基板１１と第１の電極層１３との密着性を高めるためのものである。この実施の形態１では、一般性を保つ趣旨から密着層１２を設ける場合を示すが、基板１１と第１の電極層１３との密着性に問題がなければ、設ける必要はない。密着層１２の膜厚は、０．００５〜１μｍの範囲内であればよい。密着層１２に用いる材料は、この実施の形態１ではチタン（Ｔｉ）を用いているが、その他に、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロムまたはそれらの化合物等でもよい。

第１の電極層１３に用いる材料は、通常は白金（Ｐｔ）を用いるが、Ｐｔ、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属又はそれらの化合物であればよく、膜厚は、０．０５〜２μｍの範囲内であればよい。また、最後の第２の電極層１５は、通常は白金（Ｐｔ）を用いるが、任意の導電材料を用いてよい。その厚さは、０．１〜０．４μｍの範囲内であればよい。

以下に、４つの実施例を示してこの実施の形態１による措置の優位性を明らかにする。なお、この圧電体薄膜素子の成膜法には、スパッタリング法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法、ＭＢＥ法、ＰＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＭＯＤ法など各種あるが、ここでは、スパッタリング法を用いて説明する。

（実施例１）
基板１１は、厚さが０．３ｍｍ、直径が４インチの円盤状シリコンウェハ基板である。この円盤状シリコン基板１１の上面に、厚さ０．０２μｍの密着層１２、厚さ０．２２μｍの第１の電極層１３、厚さ３．０μｍの３層構成の圧電体層１４及び厚さ０．０２μｍの第２の電極層をスパッタリング法によって順に成膜することで、圧電体薄膜素子を作製した。

密着層１２は、例えばチタン（Ｔｉ）ターゲットを用いて、真空度１Ｐａのアルゴンガス中において基板１１を４００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を１分間印加して厚さ０．０２μｍに成膜した。第１の電極層１３は、例えば白金（Ｐｔ）ターゲットを用い、真空度１Ｐａのアルゴンガス中において基板１１を４００℃に加熱しながら２００Ｗの高周波電力を１２分間印加して厚さ０．２２μｍに成膜した。第２の電極層１５は、例えば白金（Ｐｔ）ターゲットを用い、真空度１Ｐａのアルゴンガス中において、基板１１を室温に維持して２００Ｗの高周波電力を１０分間印加して０．０２μｍに成膜した。

さて、圧電体層１４は、多元スパッタ装置を用いて作製した。菱面体晶系または正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有するＰＺＴのＺｒ／Ｔｉ組成は、第２の圧電体層１４ｂでは、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０〜７０／３０が望ましい。そして、第２の圧電体層１４ｂでのＺｒ／Ｔｉ組成として、正方晶系と菱面体晶系との境界（モルフォトロピック相境界）付近での組成（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）を採るとすれば、第１の圧電体層１４ａ及び第３の圧電体層１４ｃの組成は、Ｚｒ／Ｔｉ＝６５／３５となる。

そこで、ターゲットは、第１の圧電体層１４ａ及び第３の圧電体層１４ｃの作製には、組成がＺｒ／Ｔｉ＝６２／３８のＰＺＴ焼結体ターゲットを用い、第２の圧電体層１４ｂの作製には、組成がＺｒ／Ｔｉ＝５３／４７のＰＺＴ焼結体ターゲットを用い、次のような手順で成膜した。

即ち、第１の圧電体層１４ａを、真空度０．３Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１５：５）において、基板１１を６２０℃で加熱しながら、２５０Ｗの高周波電力を２０分間印加して成膜した。その上に、第２の圧電体層１４ｂを、真空度０．３Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１５：５）において、基板１１を５８０℃で加熱しながら、２００Ｗの高周波電力を２００分間印加して成膜した。そして、第２の圧電体層１４ｂの上に第３の圧電体層１４ｃを、真空度０．３Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１５：５）において、基板１１を６２０℃で加熱しながら、２５０Ｗの高周波電力を２０分間印加して成膜することで、圧電体層１４を形成した。

そして、以上のような成膜条件で作製した圧電体薄膜素子における圧電体層１４について各種の観察を行った。まず、ＳＥＭ観察の結果、圧電体層１４は、柱状構造を有していた。膜厚は、第１の圧電体層１４ａと第３の圧電体層１４ｃがいずれも０．２μｍであり、第２の圧電体層１４ｂは２．２μｍであった。

また、結晶構造、結晶配向性をＸ線回折によって調べた結果、圧電体層１４は、菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を有しており、＜１１１＞配向をしていた。そして、成膜後の各圧電体層を取り出してＸ線回折し、それぞれの層での＜１１１＞配向率を調べた結果、第１の圧電体層１４ａでは９０％、第２の圧電体層１４ｂでは９９％、第３の圧電体層１４ｃでは９２％であった。

次に、第２の電極層１５を形成する前の状態のものから、ダイシングにより１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．２μｍ厚の第２の電極層１５をスパッタリング法によって形成して圧電定数の測定を行った。なお、測定方法は、特許文献４と基本的に同じである。その結果、カンチレバーの圧電定数は平均１６０ｐＣ／Ｎであり、ばらつきσは、σ＝３．８％であった。

そして、上述した成膜条件で、第１の電極層１３上に、第１の圧電体層１４ａのみを１層形成したサンプル１Ａと、サンプル１Ａの上に第２の圧電体層１４ｂを形成したサンプル１Ｂと、さらにサンプル１Ｂの上に第３の圧電体層１４ｃを層形成したサンプル１Ｃとを作製し、それぞれについて同様に圧電定数を測定し、そこで得られた３つのサンプル（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）の各圧電定数の値から、第１、第２、第３の圧電体層の各圧電定数を換算して求めた。その結果、第１、第２、第３の圧電体層の圧電定数は、それぞれ、８８ｐＣ／Ｎ、１６０ｐＣ／Ｎ、９６ｐＣ／Ｎであった。また、第１、第２、第３の圧電体層の比誘電率も同様の方法で求めた結果、それぞれ、５８０、８５０、５６０であった。

次に、上記カンチレバーに波高値４０Ｖ、周波数２００Ｈｚのｓｉｎ波電圧を連続して印加した状態で、３０個のサンプルに対して圧電定数の変化を調べた。その結果、３層構成の圧電体層１４では、測定した３０個全てにおいて１０００時間連続して電圧を印加し続けても圧電定数の低下は見られなかった。

そして、圧電定数の測定後に、ＤＣ５０Ｖの電圧を３０個全てのサンプルに印加してリーク電流を測定した結果、３層構成の圧電体層１４では、リーク電流が５×１０^-7（Ａ／ｃｍ²）以下であり、測定開始前と同じ値であった。また、４インチＳｉウェハ上の１００箇所に上部電極を形成して３層構成の圧電体層１４の耐電圧を調べた結果、耐電圧の平均値は１２５Ｖであり、ばらつきσはσ＝３．１％であった。

（実施例２）
この実施例２は、実施例１に対する比較例であって、圧電体層１４を、３層構成ではなく、中央の第２の圧電体層１４ｂのみの単層構成としたもので、実施例１と同様の成膜条件で各層を成膜して作製した。

この単層構成の圧電体層１４では、膜厚は２．６μｍであり、＜１１１＞に優先配向していた。そして、第２の電極層１５を形成する前の状態のものをダイシングによって１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．２μｍ厚の第２の電極層１５をスパッタリング法によって形成し、圧電定数の測定を行った。その結果、カンチレバーの圧電定数は、平均１６８ｐＣ／Ｎであり、ばらつきσは、σ＝２．９％であった。また、比誘電率は８７０であった。

次に、上記カンチレバーに波高値４０Ｖ、周波数２００Ｈｚのｓｉｎ波電圧を連続して印加した状態で、３０個のサンプルに対して圧電定数の変化を調べた。その結果、単層構成の圧電体層１４では、測定した３０個全てにおいて１０００時間連続して電圧を印加し続けると、圧電定数の低下が見られた。

そして、圧電定数の測定後に、ＤＣ５０Ｖの電圧を３０個全てのサンプルに印加してリーク電流を測定した結果、単層構成の圧電体層１４では、リーク電流が１×１０^-4（Ａ／ｃｍ²）以上であり、明らかにリークが発生していた。また、４インチＳｉウェハ上の１００箇所に上部電極を形成して単層構成の圧電体層１４の耐電圧を調べた結果、耐電圧の平均値は７５Ｖであり、ばらつきσはσ＝７．６％であった。

以上の実施例１，２の比較から、＜１１１＞面に優先配向している点は同様であるが、圧電体層１４を３層構成とし、上下電極層側の圧電体層１４の圧電定数を中央部の圧電体層１４よりも小さくした実施例１の方が、圧電体層１４を単層構成とした実施例２よりも絶縁性が向上し、優れた信頼性を有していることが解る。

（実施例３）
この実施例３では、基板１１にＭｇＯ単結晶の基板を用いて、実施例１と同様の３層構成の圧電体層１４を作製する。即ち、ＭｇＯ単結晶の基板１１上に、厚さ０．０２μｍの密着層１２、厚さ０．２２μｍの第１の電極層１３、厚さ３．０μｍの３層構成の圧電体層１４及び厚さ０．０２μｍの第２の電極層をスパッタリング法によって順に成膜することで、圧電体薄膜素子を作製した。

密着層１２は、Ｔｉターゲットを用い、真空度１Ｐａのアルゴンガス中において、基板１１を４００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を１分間印加して成膜した。第１の電極層１３は、Ｐｔターゲットを用い、真空度１Ｐａのアルゴンガス中において、基板１１を６００℃に加熱しながら１８０Ｗの高周波電力を１２分間印加して成膜した。第２の電極層１５は、Ｐｔターゲットを用い、真空度１Ｐａのアルゴンガス中において、基板１１を室温に維持して２００Ｗの高周波電力を１０分間印加して成膜した。

さて、圧電体層１４は、多元スパッタ装置を用いて作製した。ターゲットは、第１の圧電体層１４ａ及び第３の圧電体層１４ｃの作製には、ＰＬＺＴ（Ｌａ／Ｚｒ／Ｔｉ＝５／５０／５０）の焼結体ターゲットを用い、第２の圧電体層１４ｂの作製にはＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７）を用い、次のような手順で成膜した。

即ち、第１の圧電体層１４ａを、真空度０．３Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９．７：０．３）において、基板１１を６００℃で加熱しながら、２５０Ｗの高周波電力を１５分間印加して成膜した。その上に、第２の圧電体層１４ｂを、真空度０．３Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９：１）において、基板１１を６００℃で加熱しながら、２００Ｗの高周波電力を１８０分間印加して成膜した。そして第２の圧電体層１４ｂの上に第３の圧電体層１４ｃを、真空度０．３Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝１９．５：０．５）において、基板１１を６００℃で加熱しながら、２５０Ｗの高周波電力を１５分間印加して成膜することで、圧電体層１４を形成した。

そして、以上のように作製した圧電体薄膜素子における圧電体層１４について各種の観察を行った。まず、ＳＥＭ観察の結果、圧電体層１４は、柱状構造を有していた。膜厚は、第１の圧電体層１４ａと第３の圧電体層１４ｃがいずれも０．１μｍであり、第２の圧電体層１４ｂは２．４μｍであった。

また、結晶構造、結晶配向性をＸ線回折によって調べた結果、圧電体層１４は、菱面体晶系ペロブスカイト型結晶構造を有しており、＜００１＞配向をしていた。そして、成膜後の各圧電体層を取り出してＸ線回折し、それぞれの層での＜００１＞配向率を調べた結果、第１の圧電体層１４ａでは９５％、第２の圧電体層１４ｂでは９９％、第３の圧電体層１４ｃでは９４％であった。

次に、第２の電極層１５を形成する前の状態のものから、ダイシングにより１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．２μｍ厚の第２の電極層１５をスパッタリング法によって形成して圧電定数の測定を行った。なお、測定方法は、（特許文献４）と基本的に同じである。その結果、カンチレバーの圧電定数は平均１３４ｐＣ／Ｎであり、ばらつきσは、σ＝３．２％であった。

そして、上述したスパッタリングの条件で、第１の電極層１３上に、第１の圧電体層１４ａのみを１層形成したサンプル１Ａと、サンプル１Ａの上に第２の圧電体層１４ｂを形成したサンプル１Ｂと、さらにサンプル１Ｂの上にさらに第３の圧電体層１４ｃを層形成したサンプル１Ｃとを作製し、それぞれについて同様に圧電定数を測定し、そこで得られた３つのサンプル（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）の各圧電定数の値から、第１、第２、第２の圧電体層の各圧電定数を換算して求めた。その結果、第１、第２、第３の圧電体層の圧電定数は、それぞれ、４５ｐＣ／Ｎ、１４２ｐＣ／Ｎ、３８ｐＣ／Ｎであった。

また、第１、第２、第３の圧電体層の比誘電率も同様の方法で求めた。その結果、それぞれ、２８０、４３０、２５０であった。

次に、上記カンチレバーに波高値５０Ｖ、周波数２００Ｈｚのｓｉｎ波電圧を連続して印加した状態で、３０個のサンプルに対して圧電定数の変化を調べた。その結果、３層構成の圧電体層１４では、測定した３０個全てにおいて１０００時間連続して電圧を印加し続けても圧電定数の低下は見られなかった。

そして、圧電定数の測定後に、ＤＣ５０Ｖの電圧を３０個全てのサンプルに印加してリーク電流を測定した結果、３層構成の圧電体層１４では、リーク電流が５×１０^-7（Ａ／ｃｍ²）以下であり、測定開始前と同じ値であった。また、４インチＳｉウェハ上の１００箇所に上部電極を形成して３層構成の圧電体層１４の耐電圧を調べた結果、耐電圧の平均値は１７０Ｖであり、ばらつきσはσ＝１．８％であった。

（実施例４）
この実施例４は、実施例３に対する比較例であって、圧電体層１４を、３層構成ではなく、中央の第２の圧電体層１４ｂのみの単層構成したもので、実施例３と同様の成膜条件で各層を成膜して作製した。

この単層構成の圧電体層１４では、膜厚は２．６μｍであり、＜００１＞に優先配向していた。そして、第２の電極層１５を形成する前の状態のものをダイシングによって１５ｍｍ×２ｍｍに切り出したカンチレバーを１００個作製し、０．２μｍ厚の第２の電極層１５をスパッタリング法によって形成し、圧電定数の測定を行った。その結果、カンチレバーの圧電定数は、平均１４８ｐＣ／Ｎであり、ばらつきσは、σ＝２．９％であった。また、比誘電率は４５０であった。

次に、上記カンチレバーに波高値５０Ｖ、周波数２００Ｈｚのｓｉｎ波電圧を連続して印加した状態で、３０個のサンプルに対して圧電定数の変化を調べた。その結果、単層構成の圧電体層１４では、測定した３０個全てにおいて１０００時間連続して電圧を印加し続けると、圧電定数の低下が見られた。

そして、圧電定数の測定後に、ＤＣ５０Ｖの電圧を３０個全てのサンプルに印加してリーク電流を測定した結果、単層構成の圧電体層１４では、リーク電流が１×１０^-4（Ａ／ｃｍ²）以上であり、明らかにリークが発生していた。また、４インチＳｉウェハ上の１００箇所に上部電極を形成して単層構成の圧電体層１４の耐電圧を調べた結果、耐電圧の平均値は９５Ｖであり、ばらつきσはσ＝４．６％であった。

以上の実施例３，４の比較から、＜００１＞面に優先配向している点は同様であるが、圧電体層を３層構成とし、上下電極層側の圧電体層の圧電定数を中央部の圧電体層よりも小さくした実施例１の方が、圧電体層を単層構成とした実施例２よりも絶縁性が向上し、優れた信頼性を有していることが解る。

（実施の形態２）
この実施の形態２では、実施の形態１による圧電体薄膜素子をインク吐出の駆動源となる振動子として用いるインクジェットヘッドの構成例を示す。端的には、このインクジェットヘッドは、実施の形態１による圧電体薄膜素子のいずれかの電極層側の面に設けた振動板層と、前記振動板層の前記圧電体薄膜素子とは反対側の面に接合され、インクを収容する圧力室を有する圧力室部材とを備え、前記圧電体薄膜素子の圧電効果によって前記振動板層を層厚方向に変位させて前記圧力室のインクを吐出させるように構成される。以下、具体的な構成例（図２〜図４）とその製造手順（図５〜図１０）とを示す。

図２は、本発明の実施の形態２によるインクジェットヘッドの全体構成を示す外観図である。図３は、図２に示すインクジェットヘッドの要部の構成を示す斜視図である。図２、図３に示すように、インクジェットヘッド１００は、主な要素として、圧力室部材Ａとアクチュエータ部Ｂとインク流路部材Ｃとノズル板Ｄとを備えている。

図２、図３において、圧力室部材Ａには、その厚み方向（上下方向）に貫通する圧力室多数の圧力室用開口部１０１が千鳥状に形成されている。この多数の圧力室用開口部１０１は、その上端開口部を共通に被覆するように配置されるアクチュエータ部Ｂと、その下端開口部を共通に被覆するように配置されるインク流路部材Ｃとによってその上下端が閉塞されることで、個別の圧力室１０２となる。

インク流路部材Ｃは、インク供給方向に並ぶ圧力室１０２間で共用する共通液室１０５と、この共通液室１０５のインクを圧力室１０２に供給するための供給口１０６と、圧力室１０２内のインクを吐出させるためのインク流路１０７とを有している。ノズル板Ｄには、インク流路１０７に連通するノズル孔１０８が形成されている。また、ＩＣチップＥから各個別電極１０３に対してボンディングワイヤＢＷを通して電圧をそれぞれ供給するようになっている。

次に、図４は、図２に示すインクジェットヘッドの要部であるアクチュエータ部の構成を示す断面図である。図４では、図２に示したインク供給方向とは直交する方向での断面構成が示され、上記直交方向に並ぶ４個の圧力室１０２を持つ圧力室部材Ａが参照的に描かれている。４個の圧力室１０２は、区画壁１０２ａで仕切られている。

図４に示すように、アクチュエータ部Ｂは、各圧力室１０２に共通の天井面を構成する部材として、区画壁１０２ａの上端面に接着剤１１４にて接着される中間層（区画壁１０２ａの側壁面と面一に形成される）１１３と、その上に積層される振動層１１１と、その上に積層される共通電極である第２の電極層１１２とを備えている。

そして、アクチュエータ部Ｂは、圧力室１０２毎の駆動手段として、第２の電極層１１２の上面における各圧力室１０２の直上位置に設けられる圧電体層１１０と、その上に積層される個別電極である第１の電極層１０３とを備えている。

つまり、アクチュエータ部Ｂは、圧力室１０２毎に、第２の電極層１１２、圧電体層１１０及び第１の電極層１０３が順に積層される構成の圧電体薄膜素子を備えている。そして、振動層１１１が共通電極である第２の電極層１１２側に設けられている。第１の電極層１０３、圧電体層１１０及び第２の電極層１１２の各構成材料は、実施の形態１にて説明した第１の電極層１３、圧電体層１４及び第２の電極層１５のそれぞれと同様である。但し、構成元素の含有量が異なるものもある。また、圧電体層１１０の構造も、圧電体層１４と同様であり、３層構造である。

アクチュエータ部Ｂでは、この構成によれば、１つの圧力室１０２に対する圧電体層１１０の圧電効果によって振動層１１１が層厚方向に変位し振動することで、その圧力室１０２の容積を変化させることができる。

なお、圧力室部材Ａとアクチュエータ部Ｂとは、接着剤１１４によって接着されているが、各中間層１１３は、この接着剤１１４を用いた接着時に、その一部の接着剤１１４が区画壁１０２ａの外方にはみ出した場合でも、この接着剤１１４が振動層１１１に付着しないで振動層１１１が所期通りの変位及び振動を起こすように、区画壁１０２ａの上端面である圧力室１０２の上面と振動層１１１の下面との距離を拡げる役割を有している。したがって、中間層１１３を設けずに、区画壁１０２ａの上端面に直接振動層１１１を支持させる構成を採る場合もある。

次に、図５〜図９を参照して、図２に示すＩＣチップＥを除く要部、つまり、図３に示す圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂ、インク流路部材Ｃ及びノズル板Ｄからなるインクジェットヘッドの製造方法について説明する。

図５は、積層工程、圧力室用開口部の形成工程及び接着剤の付着工程を説明する断面図である。図５（ａ）に示すように、基板１２０上に、順次、密着層１２１、第１の電極層１０３、圧電体層１１０、第２の電極層１１２、振動層１１１、中間層（最終的には縦壁になる）１１３をスパッタリング法によって成膜して積層する。

なお、密着層１２１は、実施の形態１にて説明した密着層１２と同様であって、基板１２０と第１の電極層１０３との密着性を高めるために両者間に介在させてある。つまり、密着層１２１は、必須のものではない。後述するように、密着層１２１は、基板１２０と同様に除去される。

ここで、基板１２０は、成膜用の基板、つまり、１つの圧電体薄膜素子を作製する単位となる基板である。この基板１２０は、実施の形態１にて説明した基板１１と同様であって、シリコン（Ｓｉ）基板や、ガラス基板、金属基板、セラミックス基板のいずれで構成してもよい。そして、形状は、実施例１にて示したように適宜厚さの円盤状でもよいが、ここでは、基板１２０には、例えば厚さ１８ｍｍの４角形状に切り落としたＳｉ基板を用いた。

そして、密着層１２１、第１の電極層１０３、圧電体層１１０、および第２の電極層１１２は、上記した実施例１と同様の方法で作製し、圧電体層１１０は、実施例１にて説明した内容の３層構成になっている。ここでは、追加要素である振動層１１１及び中間層１１３の材料と作製方法とを説明する。

即ち、振動層１１１は、Ｃｒ、ニッケル、アルミニウム、タンタル、タングステン、シリコン等の単体又はこれらの酸化物若しくは窒化物（例えば二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化シリコン）等のいずれか一つ、例えばＣｒターゲットを用いて、真空度１Ｐａのアルゴンガス中において基板１２０を室温に維持して２００Ｗの高周波電力を６時間印加して膜厚３μｍに成膜した。振動層１１１の膜厚は、２μｍ〜５μｍの範囲内であればよい。

また、中間層１１３は、ＴｉやＣｒ等の導電性金属、例えばＴｉターゲットを用いて、真空度１Ｐａのアルゴンガス中において基板１２０を室温に維持して２００Ｗの高周波電力を５時間印加して膜厚５μｍに成膜した。中間層１１３の膜厚は、３μｍ〜１０μｍの範囲内であればよい。

次に、図５（ｂ），（ｃ）及び図１０に示すように圧力室部材Ａを形成する。なお、図１０は、成膜用基板と圧力室部材用基板との関係を説明する平面図である。図１０に示すように、圧力室部材Ａで使用する基板１３０は、必要数のＳｉ基板１２０が搭載できる程度に大きいサイズのＳｉウェハ基板である。具体的には、基板１３０は、径が２インチ〜１０インチの範囲内の適宜直径（ここでは４インチとした）の円盤状をしている。

圧力室部材Ａは、このＳｉ基板１３０を使用して形成される。具体的には、先ず、Ｓｉ基板１３０に対して複数の圧力室用開口部１０１をパターンニングする。このパターンニングは、図５（ｂ）から解るように、４つの圧力室用開口部１０１を１組として、各組を区画する区画壁１０２ｂの幅厚は、各組内の圧力室用開口部１０１を区画する区画壁１０２ａの幅の約２倍に設定される。

その後、上記パターンニングされたＳｉ基板１３０をケミカルエッチング又はドライエッチング等で加工して各組で４個の圧力室用開口部１０１を形成することで、圧力室部材Ａを得る。

その後は、図５（ｃ）に示すように、圧力室部材ＡとＳｉ基板１３０とを接着剤にて接着する。この接着剤の形成は電着による。図５（ｃ）において、まず、圧力室部材Ａ側の接着面として圧力室の区画壁１０２ａ，１０２ｂの上面に接着剤１１４を電着によって付着させる。具体的には、図示しないが、区画壁１０２ａ，１０２ｂの上面に、下地電極膜として、光が透過する程度に薄い数百ÅのＮｉ薄膜をスパッタ法によって形成し、その後、当該Ｎｉ薄膜上に、パターニングされた接着剤１１４を形成する。

ここで、電着液としては、アクリル樹脂系水分散液に０〜５０重量部の純水を加え、良く攪拌混合した溶液を使用する。また、Ｎｉ薄膜の膜厚を光が透過するほど薄く設定するのは、Ｓｉ基板１３０に接着樹脂が完全に付着したことを容易に視認できるようにするためである。電着条件は、実験によると、液温約２５℃、直流電圧３０Ｖ、通電時間６０秒が好適である。この条件下で約３μｍ〜１０μｍのアクリル樹脂を、圧力室部材用のＳｉ基板１３０のＮｉ薄膜上に電着形成する。

次に、図６は、成膜後の基板と圧力室部材との接着工程及び縦壁の形成工程を説明する断面図である。図６（ａ）に示すように、上記のように積層された成膜用のＳｉ基板１２０の所定数と圧力室部材Ａ（つまりＳｉ基板１３０）とを上記のように電着された接着剤１１４を用いて接着する。この接着は、Ｓｉ基板１２０に成膜された中間層１１３を基板側接着面として行う。

図１０は、この状態を示している。図１０に示す例では、Ｓｉ基板１２０は１８ｍｍ角の矩形状であるのに対し、Ｓｉ基板１３０の盤面は、４インチサイズという大きな円形状をしているので、１４個の成膜用のＳｉ基板１２０が圧力室部材Ａで使用する１つのＳｉ基板１３０に貼り付けられている。

この貼り付けは、図６（ａ）に示すように、各Ｓｉ基板１２０の中心が圧力室部材Ａの区画壁１０２ｂの中心に位置するように位置決めした状態で行われる。貼り付け後、圧力室部材ＡをＳｉ基板１２０側に押圧、密着させて、両者の接着を液密性高くする。さらに、上記接着したＳｉ基板１２０及び圧力室部材Ａを加熱炉において徐々に昇温加熱して接着剤１１４を完全に硬化させる。続いて、図６（ｂ）に示すように、プラズマ処理を行って接着剤１１４のうち、圧力室用開口部１０１内にはみ出した断片を除去する。また、圧力室部材Ａの各区画壁１０２ａ，１０２ｂをマスクとして中間層１１３をエッチングし、各区画壁１０２ａ，１０２ｂの縦壁に連続するような所定形状に仕上げる。

なお、図６（ａ）では、成膜後のＳｉ基板１２０と圧力室部材Ａとを接着したが、圧力室用開口部１０１を形成しない段階の圧力室部材用のＳｉ基板１３０を成膜後のＳｉ基板１２０と接着してもよい。

次に、図７は、成膜後の成膜用基板及び密着層の除去工程及び第１の電極層の個別化工程）を説明する断面図である。図７（ａ）に示すように、図６（ｂ）とした後に、成膜後の成膜用基板１２０及び密着層１２１をエッチングによって除去する。その後は、図７（ｂ）に示すように、圧力室部材Ａ上に位置する第１の電極層１０３について、フォトリソグラフィー技術を用いてエッチングして、各圧力室１０２に個別化する。

次に、図８は、圧電体層の個別化工程及び圧力室部材用基板の切断工程を説明する断面図である。図８（ａ）に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて圧電体層１１０をエッチングして第１の電極層１０３と同様の形状に個別化する。これらのエッチングでは、第１の電極層１０３及び圧電体層１１０が、圧力室１０２の各々の上方に位置し、かつ第１の電極層１０３及び圧電体層１１０の幅方向の中心が対応する圧力室１０２の幅方向の中心に対し高精度に一致するように形成される。

このように第１の電極層１０３及び圧電体層１１０を圧力室１０２毎に個別化した後、図８（ｂ）に示すように、圧力室部材用基板（Ｓｉ基板１３０）を各区画壁１０２ｂの部分で切断し、４つの圧力室１０２を持つ圧力室部材Ａとその上面に固定されたアクチュエータ部Ｂとが４組完成する。

次に、図９は、インク流路部材及びノズル板の生成工程、インク流路部材とノズル板との接着工程、圧力室部材とインク流路部材との接着工程及び完成したインクジェットヘッドを説明する断面図である。

その後、図９（ａ）に示すように、インク流路部材Ｃに共通液室１０５、供給口１０６及びインク流路１０７を形成するとともに、ノズル板Ｄにノズル孔１０８を形成する。次いで、図９（ｂ）に示すように、インク流路部材Ｃとノズル板Ｄとを接着剤１０９を用いて接着する。

その後、図９（ｃ）に示すように、圧力室部材Ａの下端面又はインク流路部材Ｃの上端面に接着剤（図示せず）を転写し、圧力室部材Ａとインク流路部材Ｃとのアライメント調整を行ってこの両者を上記接着剤により接着する。以上によって、図９（ｄ）に示すように、圧力室部材Ａ、アクチュエータ部Ｂ、インク流路部材Ｃ及びノズル板Ｄを持つインクジェットヘッドが完成する。

以上のようにして作製したインクジェットヘッド１００は、実施の形態１における実施例１による組成条件で作製した３層構成の圧電体薄膜（圧電体層）を有する圧電体薄膜素子を用いている。このインクジェットヘッド１００において、第１の電極層１０３及び第の２電極層１１２間に、周波数が２０ｋＨｚで波高値３０Ｖの交流電圧を１００日間印加し続けたが、インクの吐出不良は全くなく、吐出性能の低下は見られなかった。

一方、実施の形態１における実施例２による方法で作製した単層構成の圧電体薄膜（圧電体層）を有する圧電体薄膜素子を用いるインクジェットヘッド１００を作製し、このインクジェットヘッド１００について同様の試験を実施したところ、全圧力室１０２に対応する部分でインク吐出不良が発生した。これは、インクの詰まり等ではないことから、アクチュエータ部Ｂ（圧電体薄膜素子）にクラックが発生しリーク電流が流れたと考えられる。

したがって、実施の形態１における実施例１による組成条件で作製した３層構成の圧電体薄膜（圧電体層）を有する圧電体薄膜素子を用いるこの実施の形態２によるインクジェットヘッドは、長期間の耐久性能に優れていることが解る。

（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３によるインクジェットヘッドの主要部の構成を示す断面図である。この実施の形態３では、実施の形態２にて示した成膜用基板と圧力室部材用基板とを１つの基板で兼用する場合の構成例を示す。そのため、図１１では、主要部として圧力室部材Ａ及びアクチュエータ部Ｂに関わる部分を中心に示してある。

図１１において、４０１は、成膜用基板と圧力室部材用基板とを兼用する兼用基板であり、ここでは圧力室基板と称している。この圧力室基板４０１も、実施の形態１にて説明したように、Ｓｉ基板や、ガラス基板、金属基板、セラミックス基板のいずれかを用いることができるが、この実施の形態３では、Ｓｉ基板を用いている。

具体的には、圧力室基板４０１は、直径が４インチで厚さが２００μｍの円盤状をしたＳｉ基板である。この圧力室基板４０１の片面（図示例では下面）にエッチング加工を施して圧力室４０２が形成されている。圧力室４０２は、側壁４１３で囲まれている。図１１では、圧力室４０２は、１つ示すが、多数の圧力室４０２が側壁４１３で分離される形で配置されている。

なお、圧力室基板４０１に形成する圧力室４０２は、ガラス基板やセラミックス基板である場合はドライエッチングによって形成し、金属基板である場合はウェットエッチングによって形成する。

側壁４１３の一端側面（図中下端側の面）には、ノズル孔４１０を有するノズル板４１２が各圧力室４０２の開口部を塞ぐように設けられている。そして、側壁４１３の他端側面（図中上端側の面）には、各圧力室４０２の天井を構成する振動層４０３、密着層４０４及び第１の電極層（共通電極）４０６がこの順に積層され、その上に、当該圧力室４０２用の圧電体薄膜素子を構成する圧電体層４０８及び第２の電極層（個別電極）４０９がこの順に積層されている。

密着層４０４、第１の電極層４０６、圧電体層４０８及び第２の電極層４０９の各構成材料は、実施の形態２にて説明した密着層１２１、第１の電極層１０３、圧電体層１１０及び第２の電極層１１２とそれぞれ同様である。また、圧電体層４０８の構造も圧電体層１１０と同様に、実施の形態１での実施例１にて説明した３層構成のものである。なお、密着層４０４は、振動層４０３と第１の電極層４０６との密着性を高めるものであり、密着性を問題としない場合には、実施の形態２における密着層１２１と同様に、設けなくともよい。

次に、この実施の形態３によるインクジェットヘッドの製造方法について説明する。ここでは、図１２を参照して、主要部である図１１に示す圧力室部材及びアクチュエータ部の製造方法について説明する。

なお、図１２は、図１１に示す圧力室部材及びアクチュエータ部の製造手順（積層工程及び圧力室形成工程）を説明する断面図である。

図１２（ａ）に示すように、まず、圧力室４０２を形成する前の状態における圧力室基板４０１の上面に、振動層４０３、密着層４０４、第１の電極層４０６、圧電体層４０８及び第２の電極層４０９をスパッタ法により順次形成する。

振動層４０３は、実施の形態２にて説明した材料、即ち、ニッケルやクロム等の単体又はその酸化物若しくは窒化物（例えば二酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化シリコン）のいずれか一つ、例えば二酸化シリコン焼結体のターゲットを用いて、真空度０．４Ｐａのアルゴンと酸素との混合雰囲気（ガス体積比Ａｒ：Ｏ₂＝５：２５）中において、圧力室基板４０１を室温に維持して、３００Ｗの高周波電力を８時間印加して膜厚２．８μｍに成膜して形成した。振動層１１１の膜厚は、０．５μｍ〜１０μｍの範囲内であればよい。なお、この振動層４０３の成膜法としては、スパッタリング法に限らず、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ゾルゲル法等であってもよく、圧力室基板４０１の熱酸化処理で形成する方法であってもよい。

密着層４０４は、Ｔｉ、タンタル、鉄、コバルト、ニッケル若しくはクロム又はそれら（Ｔｉを含む）の化合物のいずれか一つ、例えばＴｉターゲットを用いて、真空度１Ｐａのアルゴンガス中において、圧力室基板４０１を４００℃に加熱しながら１００Ｗの高周波電力を１分間印加して膜厚０．０３μｍに成膜した。密着層４０４の膜厚は、０．００５μｍ〜０．１μｍの範囲内であればよい。

第１の電極層４０６は、例えばＰｔターゲットを用い、真空度１Ｐａのアルゴンガス中において基板１２０を６００℃に加熱しながら２００Ｗの高周波電力を１２分間印加して膜厚０．２μｍに成膜した。この第１の電極層１０３は、実施の形態１における第１の電極層１３と同様に、Ｐｔ、イリジウム、パラジウム及びルテニウムの群から選ばれた少なくとも１種の貴金属又はそれらの化合物であればよい。また、この第１の電極層４０６の膜厚は、０．０５μｍ〜２μｍの範囲内であればよい。

圧電体層４０８は、実施例１と同様内容の菱面体晶系又は正方晶系のペロブスカイト型結晶構造を有するＰＺＴによる第１、第２、第３の３層構成を、多元スパッタ装置を用いて作製した。したがって、実施例１と同様に、層厚２．６μｍであり、圧電体層４０８での３層は、いずれも＜１１１＞面に優先配向している。そして、その＜１１１＞配向率や圧電定数、比誘電率等、実施例１と同様である。

次に、以上のように３層構造に成膜した圧電体層４０８の上に、第２の電極層４０９を導電性材料である例えばＰｔターゲットを用いて、真空度１Ｐａのアルゴンガス中の室温において、２００Ｗの高周波電力を１０分間印加して膜厚０．２μｍに成膜した。第２の電極層４０９の膜厚は、０．１μｍ〜０．４μｍの範囲内であればよい。

次いで、第２の電極層４０９の上に、レジストをスピンコートによって塗布し、圧力室４０２が形成されるべき位置に合わせて露光・現像を行ってパターニングする。そして、図１２（ｂ）に示すように、第２の電極層４０９、圧電体層４０８をエッチングして個別化する。このエッチングは、アルゴンとフッ素元素を含む有機ガスとの混合ガスを用いたドライエッチングで行う。

そして、図１２（ｂ）に示すように、個別化した第２の電極層４０９、圧電体層４０８の配置位置直下の圧力室基板４０１の下面にエッチング加工を施して、下方に向けて所定幅開口する圧力室４０２を形成する。この圧力室４０２の形成は、六フッ化硫黄ガス、フッ素元素を含む有機ガス、またはこれらの混合ガスを使用した異方性ドライエッチングで行う。つまり、圧力室基板４０１の上記各膜を形成した上面とは反対側の下面において、上記各膜の幅方向両端位置を開口内端として規定する側壁４１３となる部分にエッチングマスクを形成して、異方性ドライエッチングによって、上記各膜の幅方向分の開口部を有する圧力室４０２を形成する。

そして、予めノズル孔４１０を形成したノズル板４１２を側壁４１３の下端面に接着剤を用いて接合することで、図１１に示したインクジェットヘッドが完成する。

上記ノズル孔４１０は、リソグラフィ法、レーザー加工法、放電加工法等によって、ノズル板４１２の所定位置に開口させてある。ノズル板４１２を、各ノズル孔４１０が対応する圧力室４０２の開口中央などの適切な位置に配置されるように位置合わせを行って圧力室基板４０１の側壁４１３の下端面に接合する。

上記のようにして得られたインクジェットヘッドの第１及び第２電極層間に、周波数が２０ｋＨｚで波高値３０Ｖの交流電圧を１００日間印加し続けたが、インクの吐出不良は全くなく、吐出性能の低下は見られなかった。

一方、実施の形態１における実施例２による方法で作製した単層構成の圧電体薄膜（圧電体層）を有する圧電体薄膜素子を用いるインクジェットヘッドを作製し、このインクジェットヘッドについて同様の試験を実施したところ、全圧力室４０２に対応する部分でインク吐出不良が発生した。これは、インクの詰まり等ではないことから、アクチュエータ部Ｂ（圧電体薄膜素子）にクラックが発生しリーク電流が流れたと考えられる。

したがって、実施の形態１における実施例１による組成条件で作製した３層構成の圧電体薄膜（圧電体層）を有する圧電体薄膜素子を用いるこの実施の形態３によるインクジェットヘッドは、長期間の耐久性能に優れていることが解る。

（実施の形態４）
この実施の形態４では、実施の形態２または３によるインクジェットヘッドを用いたインクジェット式記録装置の構成例を示す。端的には、このインクジェット式記録装置は、実施の形態１における実施例１による組成条件で作製した３層構成の圧電体薄膜（圧電体層）を有する圧電体薄膜素子を用いる実施の形態２または３によるインクジェットヘッドと、前記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段とを備え、前記相対移動手段にて前記インクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移動しているときに、前記インクジェットヘッドにおいて圧力室に連通するように設けたノズル孔から前記圧力室のインクを記録媒体に吐出させて記録を行うように構成される。以下、具体的な構成例（図１３）を示す。

図１３は、本発明の実施の形態４によるインクジェット記録装置の構成を示す概略斜視図である。図１３に示すインクジェット式記録装置２７は、実施の形態２または３によるインクジェットヘッド２８を備えている。このインクジェットヘッド２８において圧力室（実施の形態２における圧力室１０２）に連通するように設けたノズル孔（実施の形態２におけるノズル孔１０８）から当該圧力室内のインクを記録用紙等の記録媒体２９に吐出させて記録を行うように構成されている。

インクジェットヘッド２８は、主走査方向Ｘに延びるキャリッジ軸３０に設けられたキャリッジ３１に搭載され、このキャリッジ３１がキャリッジ軸３０に沿って往復動するのに応じて主走査方向Ｘに往復動するように構成されている。このことで、キャリッジ３１は、インクジェットヘッド２８と記録媒体２９とを主走査方向Ｘに相対移動させる相対移動手段を構成することになる。

また、このインクジェット式記録装置２７は、記録媒体２９をインクジェットヘッド２８の主走査方向Ｘ（幅方向）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動させる複数のローラ３２を備えている。このことで、複数のローラ３２は、インクジェットヘッド２８と記録媒体２９とを副走査方向Ｙに相対移動させる相対移動手段を構成することになる。なお、図１３中、Ｚは上下方向である。

そして、インクジェットヘッド２８がキャリッジ３１によって主走査方向Ｘに移動しているときにインクジェットヘッド２８のノズル孔からインクを記録媒体２９に吐出させ、この一走査の記録が終了すると、上記ローラ３２によって記録媒体２９を所定量移動させて次の一走査の記録を行うように、上記相対移動手段が制御される。

このように、実施の形態４によるインクジェット式記録装置は、実施の形態１における実施例１による組成条件で作製した３層構成の圧電体薄膜（圧電体層）を有する圧電体薄膜素子を用いる実施の形態２または３によるインクジェットヘッドを備えるので、良好な印字性能及び耐久性を有することができる。

なお、この明細書では、実施の形態１による圧電体薄膜素子の好適な適用例として、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置への適用例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、薄膜コンデンサ、不揮発性メモリ素子の電荷蓄積キャパシタ、各種アクチュエータ、赤外センサー、超音波センサー、圧力センサー、角速度サンセー、加速度センサー、流量センサー、ショックセンサー、圧電トランス、圧電点火素子、圧電スピーカー、圧電マイクロフォン、圧電フィルタ、圧電ピックアップ、音叉発振子、遅延線等にも適用可能である。特に、例えば（特許文献５）に開示されるディスク装置用薄膜圧電体アクチュエータに好適である。

以上のように、本発明にかかる圧電体薄膜素子は、長期間に渡って電圧を印加して駆動しても、絶縁性を低下させずに高い信頼性を得るのに有用であり、特に、インクジェットヘッド及びインクジェット式記録装置の耐久性能を向上させるのに好適である。

本発明の実施の形態１による圧電体薄膜素子の構成を示す断面図 本発明の実施の形態２によるインクジェットヘッドの全体構成を示す外観図 図２に示すインクジェットヘッドの要部の構成を示す斜視図 図２に示すインクジェットヘッドの要部であるアクチュエータ部の構成を示す断面図 図２に示すインクジェットヘッドの製造手順（積層工程、圧力室用開口部の形成工程及び接着剤の付着工程）を説明する断面図 図２に示すインクジェットヘッドの製造手順（成膜後の成膜用基板と圧力室部材との接着工程及び縦壁の形成工程）を説明する断面図 図２に示すインクジェットヘッドの製造手順（成膜後の成膜用基板及び密着層の除去工程及び第１の電極層の個別化工程）を説明する断面図 図２に示すインクジェットヘッドの製造手順（圧電体層の個別化工程及び圧力室部材用基板の切断工程）を説明する断面図 図２に示すインクジェットヘッドの製造手順（インク流路部材及びノズル板の生成工程、インク流路部材とノズル板との接着工程、圧力室部材とインク流路部材との接着工程及び完成したインクジェットヘッド）を説明する断面図 図５に示す製造過程で成膜された基板（成膜用基板）と圧力室部材で用いる基板（圧力室部材用基板）との関係を説明する平面図 本発明の実施の形態３によるインクジェットヘッドにおける主要部（圧力室部材及びアクチュエータ部）を示す断面図 図１１に示す圧力室部材及びアクチュエータ部の製造手順（積層工程及び圧力室形成工程）を説明する断面図 本発明の実施の形態４によるインクジェット記録装置の構成を示す概略斜視図

符号の説明

１１ 基板
１２ 密着層
１３ 第１の電極層
１４ 圧電体層
１４ａ 第１の圧電体層
１４ｂ 第２の圧電体層
１４ｃ 第３の圧電体層
１５ 第２の電極層
２７ インクジェット式記録装置
２８ インクジェットヘッド
２９ 記録媒体
３０ キャリッジ軸
３１ キャリッジ（相対移動手段）
３２ ローラ
５０ 薄膜アクチュエータ
５１ 支持部
５２ 密着層
５３ 第１の電極層
５４ 圧電体層
５５ 第２の電極層
１００ インクジェットヘッド
１０１ 圧力室用開口部
１０２ 圧力室
１０２ａ，１０２ｂ 区画壁
１０３ 第１の電極層（個別電極）
１０５ 共通液室
１０６ 供給口
１０７ インク流路
１０８ ノズル孔
１０９ 接着剤
１１０ 圧電体層
１１１ 振動層
１１２ 第２の電極層（共通電極）
１１３ 中間層（縦壁）
１１４ 接着剤
１２０ 基板（成膜用基板）
１２１ 密着層
１３０ 基板（圧力室部材用基板）
４０１ 圧力室基板（兼用基板）
４０２ 圧力室
４０３ 振動層
４０４ 密着層
４０６ 第１の電極層（共通電極）
４０８ 圧電体層
４０９ 第２の電極層（個別電極）
４１０ ノズル孔
４１２ ノズル板
４１３ 側壁
Ａ 圧力室部材
Ｂ アクチュエータ部
Ｃ インク流路部材
Ｄ ノズル板

Claims (7)

1. ペロブスカイト型結晶構造を有するＰｂを含む酸化物で成膜した圧電体層と、前記圧電体層の厚み方向両側の層面それぞれに成膜した電極層とを備えている圧電体薄膜素子において、
   前記圧電体層は、一方の電極層から他方の電極層に向かって第１，第２，第３の３つの圧電体層で構成され、電極層側の前記第１及び第３の圧電体層の各圧電定数が、いずれも前記第２の圧電体層よりも小さくなるように、各圧電体層に適用する前記酸化物の組成を選択して成膜されていることを特徴とする圧電体薄膜素子。
2. 前記第１，第２，第３の３つの圧電体層は、共に＜１１１＞面または＜００１＞面のいずれか同じ面に優先配向していることを特徴とする請求項１に記載の圧電体薄膜素子。
3. 前記第１の圧電体層及び前記第３の圧電体層の比誘電率は、いずれも前記第２の圧電体層のそれよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の圧電体薄膜素子。
4. 前記第１の圧電体層及び前記第３の圧電体層の膜厚は、いずれも前記第２の圧電体層のそれよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の圧電体薄膜素子。
5. 前記第２の圧電体層の膜厚は、１μｍ〜１０μｍの範囲内であることを特徴とする請求項４に記載の圧電体薄膜素子。
6. 請求項１に記載の圧電体薄膜素子と、
   前記圧電体薄膜素子のいずれか一方の電極層側の面に設けられた振動板層と、
   前記振動板層の前記圧電体薄膜素子とは反対側の面に接合され、前記圧電体薄膜素子の圧電効果による前記振動板層の層厚方向への変位に応じてインク吐出を行う圧力室と、
   を備えていることを特徴とするインクジェットヘッド。
7. 請求項６に記載のインクジェットヘッドと、
   前記インクジェットヘッドと記録媒体とを相対移動させる相対移動手段と、
   前記相対移動手段によってインクジェットヘッドが記録媒体に対して相対移動しているときに、前記インクジェットヘッドにおいて圧力室に連通するように設けたノズル孔から前記圧力室のインクを記録媒体に吐出させて記録を行うように前記インクジェットヘッドが備える請求項１に記載の圧電体薄膜素子を駆動する手段と、
   を備えていることを特徴とするインクジェット式記録装置。

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