JP2000299513A - 圧電体素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 密着性がよく信頼性の高い圧電体素子の提
供。 【解決手段】 電極が圧電体前駆体膜の結晶を特定の結
晶（例えば１００か１１１か）に配向させる性能と、圧
電体前駆体膜が有する配向性能（例えば１００か１１１
か）との組み合わせを、同じ配向性能になるように設定
する。例えば圧電体前駆体膜の配向性能／電極の配向性
能を１００／１００にしたり１１１／１１１にしたりす
る。このような条件に設定された圧電体素子では、電極
と圧電体薄膜とが良好に密着するようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
記録ヘッド等に用いられる圧電体素子に係り、特に、電
極と圧電体薄膜との密着性が良い圧電体素子およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電体素子は、下部電極と上部電極との
間に、チタン酸ジルコニウム酸鉛（以下「ＰＺＴ」とい
う）等を熱処理によって結晶化した圧電体薄膜を備えて
いる。ゾルゲル法といわれる圧電体素子の製造方法は、
金属アルコキシド溶液からなるゾル（前駆体）を下部電
極上に塗布し、これを乾燥・脱脂した後、熱処理をして
結晶化させるものである。圧電体薄膜の結晶は、幾つか
の配向性を持つ。

【０００３】従来、この結晶の配向性が圧電体素子の特
性に影響を与えることから、製法と配向性との関係につ
いて様々な研究がされてきている。例えば、T. Tani氏
等による論文（Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 310(199
3)269）には、脱脂温度と配向性についての考察が記載
されている。この論文によれば脱脂温度を低温から高温
にするに連れて主たる配向性が＜１１１＞配向から＜１
００＞配向に変化していくと論じられている。また、C.
Kim氏等による論文（Journal of Material Science, 3
2(1997)1213）においても、脱脂温度と配向性の関係に
ついて考察されている。脱脂温度が低いとゾルに有機物
が残留し＜１１１＞配向が多くなり、脱脂温度が高いと
有機物が少なく＜１００＞配向が優勢になる旨が記載さ
れている。すなわち脱脂温度を調整することで、圧電体
薄膜の配向性を制御するのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにして製造された圧電体素子であっても、圧電体薄
膜と下部電極との密着性が悪い場合が生じていた。圧電
体素子を圧電アクチュエータとして長期間使用した場合
には、圧電体薄膜が下部電極から剥離し、装置の信頼性
を低下させていた。

【０００５】上記問題点に鑑み本願発明は、圧電体薄膜
と下部電極との密着性が良い圧電体素子を提供すること
を目的とする。また本願発明は、信頼性の高いインクジ
ェット式記録ヘッドおよびプリンタを提供することを他
の目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記Tani氏の論文にも記
載されているように、圧電体薄膜の配向性は、脱脂温度
以外に電極の配向性能によっても変化する。もしも下部
電極の配向性能と圧電体薄膜の配向性とが一致していな
いと、両者の密着性が悪くなると考えられる。両者の配
向性を一致させるように構成しておくことが圧電体素子
を製造する上で重要であることが判る。

【０００７】そのため本発明の圧電体素子は、結晶構造
においてペロブスカイト型結晶の＜１００＞面のＸ線回
折強度をＩ_１００、＜１１０＞面のそれをＩ_１１０、＜
１１１＞面のそれをＩ_１１１とする場合に、 Ｉ_１００／（Ｉ_１００＋Ｉ_１１０＋Ｉ_１１１）≧０．５ を満たすように設定されている圧電体薄膜と、前記圧電
体薄膜側に設けられ白金とチタンとを電極材料として含
み、当該電極材料のＸ線回折測定における線源としてＣ
ｕ−Ｋβを使用した場合の回折角度２θが３６°±０．
３°であるＸ線回折強度をＩ_ＢＥとした場合に、 Ｉ_ＢＥ／Ｉ_１００≦０．０５ を満たすように設定されている下部電極と、を備えたこ
とを特徴とする。ここで下部電極材料に関係する３６°
のＸ線回折には、Ｘ線回折測定における光源（線源）と
Ｐｔとの相互作用によるピーク、ＴｉＯ_２によるピーク
またはＰｔ−Ｔｉ合金によるピークの三種類が含まれて
いると考えられる。いずれの原因による回折強度なのか
を判別するのは困難である。

【０００８】ここで、下部電極は、チタン層に対する白
金層の厚みが、１０以上に設定されていることが好まし
い。また下部電極の白金層は、その結晶粒径が５０ｎｍ
乃至１００ｎｍの範囲に設定されていることが好まし
い。

【０００９】また本発明の圧電体素子は、結晶構造にお
いてペロブスカイト型結晶の＜１００＞面のＸ線回折強
度をＩ_１００、＜１１０＞面のそれをＩ_１１０、＜１１
１＞面のそれをＩ_１１１とする場合に、 Ｉ_１１１／（Ｉ_１００＋Ｉ_１１０＋Ｉ_１１１）≧０．５ を満たすように設定されている圧電体薄膜と、前記圧電
体薄膜側に設けられ白金とチタンとを電極材料として含
み、当該電極材料のＸ線回折測定における線源としてＣ
ｕ−Ｋβを使用した場合の回折角度２θが３６°±０．
３°であるＸ線回折強度をＩ_ＢＥとした場合に、 Ｉ_ＢＥ／Ｉ_１１１≦０．０５ を満たすように設定されている下部電極と、を備えたこ
とを特徴とする。ここで下部電極の白金層は、その結晶
粒径が５０ｎｍ以下に設定されていることが好ましい。

【００１０】本発明は、電極で圧電体薄膜を挟持させた
圧電体素子の製造方法において、圧電体薄膜を結晶化さ
せる前の前駆体膜の結晶を電極が特定の結晶方向に配向
させる性能と前駆体膜における結晶を特定の結晶方向に
配向する性能とが、同じ結晶方向になるように、電極お
よび前駆体膜を組み合わせて結晶化させることを特徴と
する圧電体素子の製造方法である。

【００１１】例えば、この製造方法は、圧電体薄膜を結
晶化させる前の前駆体膜を、添加物として有機物を含ま
ないゾルで形成することにより＜１００＞配向が優勢な
圧電体薄膜を製造することを特徴とする。

【００１２】例えば、この製造方法は、圧電体薄膜を結
晶化させる前の前駆体膜を、添加物として有機物を０．
２モル／リットル以上含むゾルで形成することにより＜
１１１＞配向が優勢な圧電体薄膜を製造することを特徴
とする。

【００１３】本発明の圧電体の製造方法は、前駆体膜を
３５０℃以上の温度で熱分解させる工程を備える。

【００１４】また本発明のインクジェット式記録ヘッド
は、本発明の圧電体素子を圧電アクチュエータとして備
えている。本発明のプリンタは、本発明のインクジェッ
ト式記録ヘッドを印字手段として備えている。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を、図面
を参照して説明する。 （実施形態１）本実施形態は、＜１００＞優先配向の圧
電体薄膜を備えた圧電体素子、その圧電体素子を備えた
インクジェット式記録ヘッドおよびプリンタに関する。
図６は、実施形態１におけるインクジェット式記録ヘッ
ドの圧電体素子部分の拡大断面図である。本実施形態の
圧電体素子４０は、図６に示すように、下部電極３２と
上部電極４２との間に圧電体薄膜層４１を挟持して構成
されている。図では、下部電極３２をインクジェット式
記録ヘッドの振動板３０全体に共通電極として形成して
あるが、圧電体素子４０の領域のみに下部電極を形成し
てもよい。

【００１６】下部電極３２は、圧電体薄膜層４１に電圧
を印加するための上部電極４２と対になる電極であり、
チタンを含むチタン層３２１と圧電体薄膜側に設けられ
る白金層３２２とを備えている。圧電体薄膜側に白金層
を設けるのは、白金を下地として圧電体薄膜の前駆体を
結晶化させると圧電体薄膜が＜１００＞配向になる傾向
が強いからである。

【００１７】特に下部電極３２は、圧電体薄膜側に設け
られ白金層とチタンとを電極材料として含み、当該電極
材料のＸ線回折測定における線源としてＣｕ−Ｋβを使
用した場合の回折角度２θが３６°±０．３°であるＸ
線回折強度をＩ_ＢＥとした場合に、 Ｉ_ＢＥ／Ｉ_１００≦０．０５ を満たすように設定されている点に特徴がある。特性Ｘ
線にＣｕ−Ｋα線とＣｕ−Ｋβ線とを使用した場合の強
度である。

【００１８】図１に示すように、Ｘ線回折特性における
ピーク強度（すなわち配向ごとの結晶存在量）の比較に
おいて、＜１００＞配向のピーク強度に対する下部電極
のピーク強度が、低いほど、両者の密着性が高くなるか
らである。大体好適な密着性を確保できる境が０．０５
である。

【００１９】また、チタン層３２１に対する白金層３２
２の厚みは、１０以上に設定される。図２に示すよう
に、白金が多いと電極の結晶成長面の平滑性が高く＜１
００＞配向になり易いからである。

【００２０】さらに白金層３２２は、その結晶粒径が５
０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲に設定されていることが好
ましい。このように結晶粒径が大きいと、チタンが圧電
体薄膜層側に拡散しにくく、＜１００＞配向の結晶を発
生し易くなるからである。

【００２１】圧電体薄膜層４１は、金属アルコキシド溶
液のゾルから形成した圧電性セラミックスの結晶であ
り、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘
電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル又はマグネ
シウム等の金属を添加したもの等が用いられる。その組
成は圧電体素子の特性、用途等を考慮して適宜選択す
る。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン
酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ジルコニ
ウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐ
ｂ，Ｌａ），ＴｉＯ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタ
ン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）又は、マグネ
シウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，
Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ_３）等を用いることができる。
圧電体薄膜層４１は、あまりに厚くすると高い駆動電圧
が必要となる。またあまりに薄くすると膜厚を均一にで
きずエッチング後に分離された各圧電体素子の特性がば
らついたり製造工数が多くなって妥当なコストで製造で
きなくなったりする。このため圧電体薄膜層４１は、５
００ｎｍ〜３０００ｎｍ程度の厚みが好ましい。

【００２２】特に圧電体薄膜層４１は、結晶構造におい
てペロブスカイト型結晶の＜１００＞面のＸ線回折強度
をＩ_１００、＜１１０＞面のそれをＩ_１１０、＜１１１
＞面のそれをＩ_１１１とする場合に、 Ｉ_１００／（Ｉ_１００＋Ｉ_１１０＋Ｉ_１１１）≧０．５ を満たすように設定されている。下部電極表面が白金で
あり＜１００＞配向性能を有するため、必然的に圧電体
薄膜層の配向も＜１００＞配向が優勢になるからであ
る。

【００２３】この圧電体薄膜の製造方法は、圧電体薄膜
を結晶化させる前の前駆体膜を、添加物として有機物を
含まないゾルで形成することを特徴とするものである。
図３に示すように、脱脂後に有機物を含まない前駆体を
熱処理すると、＜１００＞配向になり易いためである。

【００２４】なお上部電極膜４２は、圧電体薄膜層に電
圧を印加するための他方の電極となり、導電性を有する
材料、例えば膜厚０．１μｍの白金（Ｐｔ）で構成され
ている。絶縁膜３１は振動板３０の主たる材料となるも
のである。絶縁膜３１は、導電性のない材料、例えばシ
リコン基板を熱酸化等して形成された二酸化珪素により
構成される。そして圧電体層の体積変化により変形し、
キャビティ２１の内部の圧力を瞬間的に高めることが可
能に構成されている。

【００２５】次にインクジェット式記録ヘッドの構造を
説明する。本インクジェット式記録ヘッド１は、図８に
示すように、ノズル板１０、圧力室基板２０、振動板３
０および圧電体素子４０を備えている。圧力室基板２０
は、キャビティ（圧力室）２１、側壁（隔壁）２２、リ
ザーバ２３および供給口２４を備えている。キャビティ
２１は、シリコン等の基板をエッチングすることにより
形成される、インクなどを吐出するための貯める空間と
なっている。側壁２２はキャビティ２１間を仕切るよう
形成されている。リザーバ２３は、各キャビティ２１に
インクを共通して充たすための流路として形成されてい
る。供給口２４は、リザーバ２３から各キャビティ２１
にインクを導入可能に形成されている。

【００２６】ノズル板１０は、圧力室基板２０に設けら
れたキャビティ２１の各々に対応する位置にそのノズル
穴１１が配置されるよう、圧力室基板２０に貼り合わせ
られている。圧力室基板２０のノズル板１０の反対側に
は、図１に示した圧電体素子４０が形成された振動板３
０が貼り合わせられている。各圧電体素子４０はキャビ
ティ２１に対応する位置に配置されている。

【００２７】さらに上記インクジェット式記録ヘッドが
使用されるプリンタの構造を説明する。本形態のプリン
タは、図９に示すように、本体２に、トレイ３および排
出口４が設けられている。本体２の内部には、上記イン
クジェット式記録ヘッド１が図示しない搬送機構によ
り、トレイ３から供給される用紙５を横切って搬送可能
に設けられている。当該インクジェット式記録ヘッド１
には、コンピュータ等から送信される制御信号に対応し
た印字信号が各圧電体素子４０に供給されている。

【００２８】上記プリンタとインクジェット式記録ヘッ
ドの構成における印字原理を説明する。コンピュータか
ら制御信号が送信されると、それに対応する印字信号が
いずれかのキャビティ２１に対応した圧電体素子４０の
下部電極３２−上部電極４２間に供給される。

【００２９】圧電体素子４０の下部電極３２と上部電極
４２との間に電圧が印加されていない場合、圧電体薄膜
層４１は歪みを生じない。この電圧が印加されていない
圧電体素子４０が設けられているキャビティ２１には、
圧力変化が生じず、そのノズル穴１１からインク滴は吐
出されない。

【００３０】一方、圧電体素子４０の下部電極３２と上
部電極４２との間に一定電圧が印加された場合、圧電体
薄膜層４１は歪みを生じる。この電圧が印加された圧電
体素子４０が設けられているキャビティ２１ではその振
動板３０が大きくたわむ。このためキャビティ２１内の
圧力が瞬間的に高まり、ノズル穴１１からインク滴が吐
出される。この結果、用紙５上に制御信号に対応して印
字されることになる。

【００３１】次に本発明の圧電体素子の製造方法を説明
する。この製造方法は広義のゾルゲル法を使用したもの
である。

【００３２】最初に、圧電体薄膜層の前駆体であるゾル
を作成する。溶質の基本溶媒として、２−ｎ−ブトキシ
エタノール中に、チタニウムテトライソプロポキシド
（Ｔｉ（ＯＣ_３Ｈ_７）_４）、ペンタエトキシニオブ（Ｎ
ｂ（ＯＣ_２Ｈ_５）_５）を加えて攪拌しこれらを溶解させ
る。次いでモノエタノールアミンをこの溶液に加えて攪
拌する。モノエタノールアミンの作用としては、これら
金属アルコキシドが加水分解を起さない様に前記2種の
金属アルコキシドを化学的に安定させるキレート剤とし
ての作用である。特に、添加物は加えない。前駆体内に
有機物が残留していると、配向性が＜１１１＞優勢とな
るからである。

【００３３】さらに酢酸鉛３水和物、ジルコニウムアセ
チルアセトナートおよび酢酸マグネシウム５水和物を混
合する。その混合液を８０℃乃至１２０℃で加熱して溶
解させる。

【００３４】ゾルの製造と並行して、圧力室基板２０に
絶縁膜３１を形成する。シリコン基板２０としては、例
えば２００μｍ程度のものを用いる。絶縁膜３１は、１
μｍ程度の厚みに形成する。絶縁膜の製造には公知の熱
酸化法等を用いる。

【００３５】次いで、下部電極を形成する。最初にチタ
ン層３２１を、次いで白金層３２２を形成する。両者の
厚みの比率は、１：１０以上になるように設定する。例
えばチタン層を０．０１μｍ、白金層を０．１μｍ形成
する。形成方法は直流スパッタ法、蒸着法等を用いる。

【００３６】次いで、上記ゾルを用いて下部電極３２上
に圧電体薄膜層４１を形成する。まずゾルを下部電極上
に一定の厚みに塗布する。例えば公知のスピンコート法
を用いる場合には、毎分５００回転で３０秒、毎分１５
００回転で３０秒、最後に毎分５００回転で１０秒間塗
布する。塗布後、一定温度（例えば１８０度）で一定時
間（例えば１０分程度）乾燥させる。乾燥により溶媒で
あるブトキシエタノールが蒸発する。乾燥後、さらに大
気雰囲気下において所定の高温以上（例えば３５０度）
で一定時間（３０分間）脱脂する。脱脂により金属に配
位している有機の配位子が熱分解され、金属が酸化され
て金属酸化物となる。この過程で有機物がゾル中からほ
ぼ完全に消える。この塗布→乾燥→脱脂の各工程を所定
回数、例えば８回繰り返して８層の薄膜層を積層する。
これらの乾燥や脱脂により、溶液中の金属アルコキシド
と酢酸塩とは配位子の熱分解を経て金属−酸素−金属の
ネットワークが形成される。

【００３７】この薄膜層を４層形成した後と８層形成し
た後には、さらに公知の条件で高速熱処理（ＲＴＡ：Ra
pid Thermal Annealing）をする。焼成処理には通常良
く用いられるランプアニール炉などを用いる。

【００３８】以上の焼成処理によりアモルファス状態の
前駆体ゲルからいずれかの結晶構造を備えたペロブスカ
イト結晶構造が形成される。このとき、下部電極３２の
白金層３２２が＜１００＞配向性能を備えており、その
結晶粒径が適正であり、前駆体の結晶条件が＜１００＞
配向を生じさせ易いように調整されているので、＜１０
０＞配向が優勢な圧電体薄膜層４１が形成される。

【００３９】圧電体薄膜層４１が結晶化されたら、その
上に電子ビーム蒸着法、スパッタ法等の技術を用いて、
上部電極４２を形成する。上部電極の材料は、白金（Ｐ
ｔ）等を用いる。厚みは１００ｎｍ程度にする。

【００４０】以上の工程で圧電体素子の原形が完成す
る。この圧電体素子を適用箇所に適した形状にエッチン
グすることで、本発明の圧電体素子として動作させるこ
とが可能である。圧力室基板２０をさらにエッチングし
てノズル板１０と貼り合わせ、所定の筐体に収めれば、
本実施形態のインクジェット式記録ヘッドを製造するこ
とが可能である。

【００４１】（実施例）上記実施形態により＜１００＞
配向が優勢な圧電体素子を製造した。そのＸ線回折特性
（２θ）を図４に示す。図４に示すように結晶の配向と
して、＜１００＞配向が非常に多くなっており、全配向
に対する＜１００＞配向の存在比が０．５以上になって
いる。

【００４２】表１に、ゾルにポリエチレングリコール
（ＰＥＧ）を添加せずに製造した実施例１，２と、添加
して製造した比較例とにおける結晶配向の存在比、＜１
００＞配向に対する電極材料の存在比、圧電体薄膜層お
よび下部電極の配向性能の組み合わせおよび密着性の関
係を示す。

【００４３】

【表１】 表1から判るように、ゾルに有機物を添加せずに製造し
た場合には、圧電体薄膜層が＜１００＞配向優勢とな
り、電極を＜１００＞配向性能にした条件では、両者の
密着性が良好になっている。一方、ゾルに有機物を添加
して製造した場合には、圧電体薄膜層が＜１１１＞配向
優勢となり、したがって電極を＜１００＞配向性能にし
た条件では、両者の密着性が悪化している。

【００４４】（実施形態２）本実施形態は、＜１１１＞
配向の圧電体薄膜を備えた圧電体素子、その圧電体素子
に関する。図７は、実施形態２におけるインクジェット
式記録ヘッドの圧電体素子部分の拡大断面図である。本
実施形態の圧電体素子４０ｂは、図７に示すように、下
部電極３２ｂの構造が上記実施形態１と異なる。下部電
極３２ｂをインクジェット式記録ヘッドの振動板３０全
体に共通電極として形成してあるが、圧電体素子４０ｂ
の領域のみに下部電極を形成してもよい点は、実施形態
１と同様である。

【００４５】本実施形態の下部電極３２ｂは、チタンを
含むチタン層３２１と白金層３２２と圧電体薄膜側に設
けられるチタンを含むチタン層３２３とを備えている。
圧電体薄膜側にチタン層が形成され、圧電体素子の結晶
が異なっている点で実施形態１と異なる。チタン層を圧
電体薄膜層側に設けるのは、チタンを下地として圧電体
薄膜の前駆体を結晶化させると圧電体薄膜が＜１１１＞
配向になる傾向が強いからである。

【００４６】下部電極３２ｂは、圧電体薄膜側に設けら
れ白金層とチタンとを電極材料として含み、当該電極材
料のＸ線回折測定における線源としてＣｕ−Ｋβを使用
した場合の回折角度２θが３６°±０．３°であるＸ線
回折強度をＩ_ＢＥとした場合に、 Ｉ_ＢＥ／Ｉ_１１１≦０．０５ を満たすように設定されている点に特徴がある。特性Ｘ
線にＣｕ−Ｋα線とＣｕ−Ｋβ線とを使用した場合の強
度である。

【００４７】図１に示すように、Ｘ線回折特性における
ピーク強度（すなわち配向ごとの結晶存在量）の比較に
おいて、＜１１１＞配向のピーク強度に対する白金−チ
タン合金のピーク強度が、低いほど、両者の密着性が高
くなるからである。大体好適な密着性を確保できる境が
０．０５である。

【００４８】白金層３２２は、その結晶粒径が５０ｎｍ
以下に設定されていることが好ましい。この結晶粒径に
なっていると、白金層の粒径を小さくしておくと、チタ
ンが圧電体薄膜側に拡散し易く、＜１１１＞配向の結晶
を形成し易くなるからである。

【００４９】圧電体薄膜層４１は、組成は実施形態１と
同様であるがその結晶配向が異なる。すなわち、圧電体
薄膜層は、ペロブスカイト型結晶の＜１００＞面のＸ線
回折強度をＩ_１００、＜１１０＞面のそれをＩ_１１０、
＜１１１＞面のそれをＩ_{１１ １}とする場合に、 Ｉ_１１１／（Ｉ_１００＋Ｉ_１１０＋Ｉ_１１１）≧０．５ を満たすように設定されている。

【００５０】その他の層の組成については、上記実施形
態１と同様なので説明を省略する。

【００５１】製造方法に関しては、ゾルを形成する際に
添加するＰＥＧなどの有機物の添加量は、脱脂工程にお
ける熱分解温度でこの有機物が完全に蒸発せず、依然と
して前駆体中に残留するような量を添加する点で上記実
施形態１と異なる。

【００５２】また下部基板３２ｂを製造後に熱処理（例
えば、８００℃で３０分程度）を加えることにより、下
部基板の＜１１１＞配向性を高めておく点でも異なる。

【００５３】（実施例）上記実施形態により＜１１１＞
配向が優勢な圧電体素子を製造した。そのＸ線回折特性
（２θ）を図５に示す。図５に示すように結晶の配向と
して、＜１１１＞配向が非常に多くなっており、全配向
に対する＜１１１＞配向の存在比が０．５以上になって
いる。

【００５４】表２に、ゾルにＰＥＧを添加して製造した
実施例３と、添加せずに製造した比較例とにおける結晶
配向の存在比、＜１００＞配向に対する電極材料の存在
比、圧電体薄膜層および下部電極の配向性能の組み合わ
せおよび密着性の関係を示す。

【００５５】

【表２】 表1から判るように、ゾルに有機物を添加してに製造し
た場合には、圧電体薄膜層が＜１１１＞配向優勢とな
り、電極を＜１１１＞配向性能にした条件では、両者の
密着性が良好になっている。一方、ゾルに有機物を添加
せずに製造した場合には、圧電体薄膜層が＜１００＞配
向優勢となり、したがって電極を＜１１１＞配向性能に
した条件では、両者の密着性が悪化している。

【００５６】（その他の変形例）本発明は、上記各実施
形態によらず種々に変形して適応することが可能であ
る。例えば、上記実施形態ではゾルゲル法を用いて圧電
体薄膜層を結晶化させていたが、ＭＯＤ法や共沈法、水
熱法によって有機金属の前駆体から圧電体薄膜層を結晶
化させるものでもよい。また本発明で製造した圧電体素
子は、上記インクジェット式記録ヘッドの圧電体素子の
みならず、不揮発性半導体記憶装置、薄膜コンデンサ、
パイロ電気検出器、センサ、表面弾性波光学導波管、光
学記憶装置、空間光変調器、ダイオードレーザ用周波数
二倍器等のような強誘電体装置、誘電体装置、パイロ電
気装置、圧電装置、および電気光学装置の製造に適応す
ることができる。

【００５７】

【発明の効果】本願発明によれば、圧電体薄膜と下部電
極とが同一の配向性能を備えるようになるので、圧電体
薄膜と下部電極との密着性が良い圧電体素子を提供する
ことができる。また本願発明によれば、圧電体薄膜と下
部電極との密着性が良い圧電体素子を備えたので、信頼
性の高いインクジェット式記録ヘッドおよびプリンタを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】＜１００＞配向または＜１１１＞配向のピーク
強度に対する電極材料のピーク強度比と密着性の関係図
である。

【図２】チタン層の厚みに対する白金層の厚みの変化に
対応する結晶配向の存在比を示す図である。

【図３】ゾル中の有機物残留量に対する結晶配向の存在
比を示す図である。

【図４】実施形態１の実施例におけるＸ線回折特性図
（２θ）である。

【図５】実施形態２の実施例におけるＸ線回折特性図
（２θ）である。

【図６】実施形態１の圧電体素子の積層構造を説明する
断面図である。

【図７】実施形態２の圧電体素子の積層構造を説明する
断面図である。

【図８】実施形態のインクジェット式記録ヘッドの分解
斜視図である。

【図９】実施形態のプリンタの斜視図である。

【符号の説明】

１０…ノズル板 ２０…圧力室基板 ３０…振動板 ３１…絶縁膜 ３２…下部電極 ３２１、３２３…チタン層 ３２２…白金層 ４０…圧電体素子 ４１…圧電体薄膜層 ４２…上部電極 １１…ノズル ２１…キャビティ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機械変換機能を有する圧電体薄膜を
   備えた圧電体素子において、 結晶構造においてペロブスカイト型結晶の＜１００＞面
   のＸ線回折強度をＩ_{１ ００}、＜１１０＞面のそれをＩ
   _１１０、＜１１１＞面のそれをＩ_１１１とする場合に、 Ｉ_１００／（Ｉ_１００＋Ｉ_１１０＋Ｉ_１１１）≧０．５ を満たすように設定されている圧電体薄膜と、 前記圧電体薄膜側に設けられ白金とチタンとを電極材料
   として含み、当該電極材料のＸ線回折測定における線源
   としてＣｕ−Ｋβを使用した場合の回折角度２θが３６
   °±０．３°であるＸ線回折強度をＩ_ＢＥとした場合
   に、 Ｉ_ＢＥ／Ｉ_１００≦０．０５ を満たすように設定されている下部電極と、を備えたこ
   とを特徴とする圧電体素子。
2. 【請求項２】 前記下部電極は、 チタン層に対する白金層の厚みが、１０以上に設定され
   ている請求項１に記載の圧電体素子。
3. 【請求項３】 前記下部電極の白金層は、 その結晶粒径が５０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲に設定さ
   れている請求項１または請求項２のいずれかに記載の圧
   電体素子。
4. 【請求項４】 電気機械変換機能を有する圧電体薄膜を
   備えた圧電体素子において、 結晶構造においてペロブスカイト型結晶の＜１００＞面
   のＸ線回折強度をＩ_{１ ００}、＜１１０＞面のそれをＩ
   _１１０、＜１１１＞面のそれをＩ_１１１とする場合に、 Ｉ_１１１／（Ｉ_１００＋Ｉ_１１０＋Ｉ_１１１）≧０．５ を満たすように設定されている圧電体薄膜と、 前記圧電体薄膜側に設けられチタンと白金とを電極材料
   として含み、当該電極材料のＸ線回折測定における線源
   としてＣｕ−Ｋβを使用した場合の回折角度２θが３６
   °±０．３°であるＸ線回折強度をＩ_ＢＥとした場合
   に、 Ｉ_ＢＥ／Ｉ_１１１≦０．０５ を満たすように設定されている下部電極と、を備えたこ
   とを特徴とする圧電体素子。
5. 【請求項５】 前記下部電極の白金層は、 その結晶粒径が５０ｎｍ以下に設定されている請求項４
   に記載の圧電体素子。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
   記載の圧電体素子を圧電アクチュエータとして備えたこ
   とを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のインクジェット式記録
   ヘッドを印字手段として備えたことを特徴とするプリン
   タ。
8. 【請求項８】 電極で圧電体薄膜を挟持させた圧電体素
   子の製造方法において、 圧電体薄膜を結晶化させる前の前駆体膜の結晶を電極が
   特定の結晶方向に配向させる性能と前駆体膜における結
   晶を特定の結晶方向に配向する性能とが、同じ結晶方向
   になるように、前記電極および前記前駆体膜を組み合わ
   せて結晶化させることを特徴とする圧電体素子の製造方
   法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の圧電体素子の製造方法
   であって、 前記前駆体膜を、添加物として有機物を含まないゾルで
   形成することにより＜１００＞配向が優勢な圧電体薄膜
   を製造することを特徴とする圧電体素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項８に記載の圧電体素子の製造方
    法であって、 前記前駆体膜を、添加物として有機物を０．２モル／リ
    ットル以上含むゾルで形成することにより＜１１１＞配
    向が優勢な圧電体薄膜をを特徴とする圧電体素子の製造
    方法。
11. 【請求項１１】 前記前駆体膜を３５０℃以上の温度で
    熱分解させる工程を備える請求項９または請求項１０に
    記載の圧電体素子の製造方法。