JP2003133605A

JP2003133605A - 強誘電体素子およびそれを用いたアクチュエータ、インクジェットヘッドならびにインクジェット記録装置

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Publication number: JP2003133605A
Application number: JP2001328841A
Authority: JP
Inventors: Shogo Matsubara; 正吾松原; Takanori Nakano; 貴徳中野; Kazuo Nishimura; 和夫西村; Shintaro Hara; 慎太郎原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2003-05-09
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: JP4578744B2

Abstract

(57)【要約】【課題】強誘電体膜の絶縁性向上とともに信頼性およ
び耐圧性の向上を図ることのできる強誘電体素子を得
る。【解決手段】共通電極１１と、共通電極１１上に形成
された強誘電体機能膜１０と、強誘電体機能膜１０上に
形成された個別電極３とを有し、強誘電体機能膜１０
を、強誘電体膜１０ａおよび当該強誘電体膜１０ａの構
成元素の少なくとも一種類の元素を含む絶縁強化膜１０
ｂで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、強誘電体素子およ
びそれを用いたアクチュエータ、インクジェットヘッド
ならびにインクジェット記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インクジェット式記録装置のインクジェ
ットヘッドは、インク液を収容する圧力室を持つ圧力室
部品と、この圧力室からインク滴を吐出させるためのア
クチュエータ部である強誘電体素子とを備えている。強
誘電体素子には、強誘電体膜と、この強誘電体膜に電圧
を印加して収縮及び伸張させる個別電極及び共通電極と
を備えており、強誘電体膜の圧電効果により変位する振
動板により、インク滴を圧力室のノズル孔から吐出させ
るように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ここで、強誘電体素子
においては、強誘電体膜を形成するときに、異物の混入
などにより、内部に結晶構造欠陥や結晶粒の異常成長が
発生し、強誘電体膜と異常成長粒との界面に隙間やピン
ホールなどの欠陥が生じる。そして、そのような強誘電
体膜を用いて強誘電体素子を作成した場合には、欠陥を
起点にして個別電極と共通電極との間で膜が本来有する
絶縁耐圧よりも低い電圧印加によっても絶縁破壊が生じ
ることがある。

【０００４】また、上記のような欠陥に水分が入ると膜
の絶縁性が著しく劣化する問題があった。そこで、強誘
電体膜の絶縁性を強化して絶縁破壊を防止するために、
以下のような技術が開示されている。

【０００５】すなわち、特開平２−４９４７１号公報に
は、下部電極と、この下部電極上に形成されたポリシリ
コン酸化膜と、ポリシリコン酸化膜上に形成された強誘
電体膜と、強誘電体膜上に形成された上部電極からなる
半導体素子が開示されている。

【０００６】また、特許第３１１１４１６号公報には、
半導体上に形成されたトランジスタなどの能動素子と、
強誘電体からなるキャパシタとの間に、主成分がＳｉＮ
からなる絶縁膜を形成する技術が開示されている。

【０００７】そして、特許第３１３９４９１号公報に
は、強誘電体が２つの電極で挟まれた構造を有する強誘
電体素子において、少なくとも一方の電極の周辺部と強
誘電体膜との間にＳｉＯ₂膜からなる常誘電体層を形成
する技術が開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述のような従来の技
術では、ポリシリコン酸化膜やＳｉＮ膜などを積層して
強誘電体膜の耐圧性を向上させているが、これらは強誘
電体膜との密着性が悪く、信頼性に問題があった。

【０００９】また、ポリシリコン酸化膜やＳｉＮ膜など
の誘電率は１０以下で、強誘電体膜の誘電率１００〜１
０００よりも著しく小さいために、膜厚を厚くして耐圧
性を十分に確保すると強誘電体膜に印加される電圧が低
下する。このため、アクチュエータの駆動電圧が高くな
る問題があった。

【００１０】そこで、本発明は、強誘電体膜の絶縁性向
上とともに信頼性および耐圧性の向上を図ることのでき
る強誘電体素子およびそれを用いたアクチュエータ、イ
ンクジェットヘッドならびにインクジェット記録装置を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の強誘電体素子は、第１の電極と、第１の電
極上に形成された強誘電体機能膜と、強誘電体機能膜上
に形成された第２の電極とを有し、強誘電体機能膜は、
強誘電体膜および当該強誘電体膜の構成元素の少なくと
も一種類の元素を含む絶縁強化膜から構成されているも
のである。

【００１２】このように、強誘電体膜および当該強誘電
体膜の構成元素の少なくとも一種類の元素を含む絶縁強
化膜からなる強誘電体機能膜が電極間に形成されている
ので、強誘電体膜の絶縁性低下の原因となる欠陥（強誘
電体膜と異常成長粒との界面に生じる隙間やピンホール
など）が絶縁強化膜により完全に被覆されて強誘電体膜
の絶縁性が向上するとともに、強誘電体膜と絶縁強化膜
との密着性が良好で且つ絶縁強化膜の誘電率が強誘電体
膜の誘電率と近くなって強誘電体膜の信頼性および耐圧
性が向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、第１の電極と、第１の電極上に形成された強誘電体
機能膜と、強誘電体機能膜上に形成された第２の電極と
を有し、強誘電体機能膜は、強誘電体膜および当該強誘
電体膜の構成元素の少なくとも一種類の元素を含む絶縁
強化膜から構成されている強誘電体素子であり、強誘電
体膜の欠陥が絶縁強化膜に被覆されて強誘電体膜の絶縁
性が向上するとともに、強誘電体膜と絶縁強化膜との密
着性が良好で且つ絶縁強化膜の誘電率が強誘電体膜の誘
電率と近くなって強誘電体膜の信頼性および耐圧性が向
上するという作用を有する。

【００１４】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１記載の発明において、強誘電体膜が、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚ
ｒ、Ｔｉの少なくとも一種類の元素を含むペロブスカイ
ト型酸化物である強誘電体素子であり、強誘電体膜の欠
陥が絶縁強化膜に被覆されて強誘電体膜の絶縁性が向上
するとともに、強誘電体膜と絶縁強化膜との密着性が良
好で且つ絶縁強化膜の誘電率が強誘電体膜の誘電率と近
くなって駆動電圧を低減するという作用を有する。

【００１５】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
２記載の発明において、絶縁強化膜のＰｂ含有量が強誘
電体膜のＰｂ含有量よりも多い強誘電体素子であり、強
誘電体膜表面のＰｂ濃度が高くなり、結晶性が低下して
絶縁強化膜の絶縁性がより強化されるという作用を有す
る。

【００１６】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
２または３記載の発明において、絶縁強化膜の酸素含有
量が強誘電体膜の酸素含有量よりも多い強誘電体素子で
あり、絶縁強化膜の絶縁性の強化を図ることができると
いう作用を有する。

【００１７】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項
１〜４の何れか一項に記載の発明において、絶縁強化膜
の結晶性が強誘電体膜の結晶性よりも低い強誘電体素子
であり、強誘電体膜の欠陥が絶縁強化膜に被覆されて強
誘電体膜の絶縁性が向上するとともに、強誘電体膜と絶
縁強化膜との密着性が良好で且つ絶縁強化膜の誘電率が
強誘電体膜の誘電率と近くなって強誘電体膜の信頼性お
よび耐圧性が向上するという作用を有する。

【００１８】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
１〜５の何れか一項に記載の発明において、絶縁強化膜
は、パイロクロア型酸化物とペロブスカイト型酸化物の
少なくとも何れか一方を含む多結晶膜またはアモルファ
ス膜である強誘電体素子であり、強誘電体膜の欠陥が絶
縁強化膜に被覆されて強誘電体膜の絶縁性が向上すると
ともに、強誘電体膜と絶縁強化膜との密着性が良好で且
つ絶縁強化膜の誘電率が強誘電体膜の誘電率と近くなっ
て強誘電体膜の信頼性および耐圧性が向上するという作
用を有する。

【００１９】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
１〜６の何れか一項に記載の強誘電体素子が用いられて
いるアクチュエータであり、安定した変位動作を行うこ
とが可能になるという作用を有する。

【００２０】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
７記載のアクチュエータと、インク液が収容され、アク
チュエータの変位が作用する複数の圧力室とを備えたイ
ンクジェットヘッドであり、安定したインク吐出を行う
ことが可能になるという作用を有する。

【００２１】本発明の請求項９に記載の発明は、請求項
８記載のインクジェットヘッドを備えたインクジェット
式記録装置であり、安定したインク吐出により高画質の
印字を行うことが可能になるという作用を有する。

【００２２】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図５を用いて説明する。なお、これらの図面におい
て同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複
した説明は省略されている。

【００２３】図１は本発明の一実施の形態である強誘電
体素子が用いられたインクジェット式記録装置の全体概
略構成を示す斜視図、図２は図１のインクジェット式記
録装置におけるインクジェットヘッドの全体構成を示す
断面図、図３は図２の要部を示す斜視図、図４は図２の
インクジェットヘッドのアクチュエータ部の構成を示す
断面図、図５は本発明の一実施の形態である強誘電体素
子を示す断面図、図６は圧電変位を測定するカンチレバ
ーの構成を示す説明図、図７はアクチュエータの作製方
法を示す断面図である。

【００２４】図１に示すインクジェット式記録装置４０
は、強誘電体素子の圧電効果を利用して記録を行う本発
明のインクジェットヘッド４１を備え、このインクジェ
ットヘッド４１から吐出したインク滴を紙等の記録媒体
４２に着弾させて、記録媒体４２に記録を行うものであ
る。インクジェットヘッド４１は、主走査方向Ｘに配置
したキャリッジ軸４３に設けられたキャリッジ４４に搭
載されていて、キャリッジ４４がキャリッジ軸４３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。さらに、インクジェット式記録装置４０は、記録媒
体４２をインクジェットヘッド４１の幅方向（すなわ
ち、主走査方向Ｘ）と略垂直方向の副走査方向Ｙに移動
させる複数個のローラ（移動手段）４５を備える。

【００２５】図２は本発明の実施の形態のインクジェッ
トヘッド４１の全体構成を示し、図３はその要部の構成
を示す。

【００２６】図２および図３において、Ａは圧力室部品
であって、圧力室用開口部１が形成される。Ｂは圧力室
用開口部１の上端開口面を覆うように配置されるアクチ
ュエータ部、Ｃは圧力室用開口部１の下端開口面を覆う
ように配置されるインク液流路部品である。圧力室部品
Ａの圧力室用開口部１は、その上下に位置するアクチュ
エータ部Ｂおよびインク液流路部品Ｃにより区画されて
圧力室２となる。アクチュエータ部Ｂには、圧力室２の
上方に位置する個別電極（第２の電極）３が配置されて
いる。これ等圧力室２および個別電極３は、図２から判
るように、千鳥状に多数配列されている。インク液流路
部品Ｃには、インク液供給方向に並ぶ圧力室２間で共用
する共通液室５と、この共通液室５を圧力室２に連通す
る供給口６と、圧力室２内のインク液が流出するインク
流路７とが形成される。Ｄはノズル板であって、インク
流路７に連通するノズル孔８が形成されている。また、
図２において、ＥはＩＣチップであって、ボンディング
ワイヤーＢＷを介して多数の個別電極３に対して電圧を
供給する。

【００２７】次に、アクチュエータ部Ｂの構成を図４に
基づいて説明する。

【００２８】同図において、アクチュエータ部Ｂは、図
２に示したインク液供給方向とは直交する方向の断面図
を示す。同図では、直交方向に並ぶ４個の圧力室２を持
つ圧力室部品Ａが参照的に描かれている。

【００２９】このアクチュエータ部Ｂは、各圧力室２の
上方に位置する個別電極３、この個別電極３の直下に位
置する強誘電体機能膜１０、この強誘電体機能膜１０の
圧電効果により変位し振動する振動板１１とを有する。
振動板１１は、導電性物質で形成されていて、各圧力室
２で共通する共通電極（第１の電極）を兼用する。さら
に、アクチュエータ部Ｂは、各圧力室２の相互を区画す
る区画壁２ａの上方に位置する縦壁１３を持つ。なお、
同図中、１４は圧力室部品Ａとアクチュエータ部Ｂとを
接着する接着剤である。各縦壁１３は、接着剤１４を用
いた接着時に、一部の接着剤１４が区画壁２ａの外方に
はみ出した場合にも、この接着剤１４が振動板１１に付
着せず、振動板１１が所期通りの変位、振動を起こすよ
うに、圧力室２の上面と振動板１１の下面との距離を拡
げる役割を持つ。但し、振動板と共通電極は別体となっ
ていてもよい。

【００３０】そして、個別電極３、強誘電体機能膜１０
および共通電極１１で強誘電体素子が構成されている。

【００３１】なお、個別電極３は例えばＰｔ（白金）
で、振動板１１は例えばＣｒ（クロム）、Ｃｕ（銅）、
Ｍｏ（モリブデン）またはＴａ（タンタル）で、形成さ
れている。また、個別電極３は厚さ０．１〜１．０μｍ
に、強誘電体機能膜１０は厚さ２〜６μｍに、振動板１
１は厚さ３〜１０μｍに、各々成膜されている。

【００３２】図５に示すように、強誘電体機能膜１０
は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなるペ
ロブスカイト型酸化物である強誘電体膜１０ａと、この
強誘電体膜１０ａの構成元素の少なくとも一種類の元素
（この場合には、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉの少なくとも一種類
の元素）を含む絶縁強化膜１０ｂとから構成されてい
る。

【００３３】なお、強誘電体膜１０ａにはＰＬＴ膜｛例
えば（Ｐｂ_0.9Ｌａ_0.1）ＴｉＯ₃｝やＰＬＺＴ膜｛例え
ば（Ｐｂ_0.9Ｌａ_0.1）（Ｚｒ_0.52Ｔｉ_0.48）Ｏ₃｝など
を適用することもできる。したがって、この場合には、
絶縁強化膜１０ｂは、Ｐｂ、Ｌａ、Ｔｉの少なくとも何
れか一種類の元素を含むことになる。

【００３４】また、図５はアクチュエータ部Ｂで、縦壁
１３に相当する基板上に、共通電極１１、強誘電体膜１
０ａ、絶縁強化膜１０ｂ、個別電極３を順次成膜してい
るために、絶縁強化膜１０ｂは強誘電体膜１０ａと個別
電極３との間に位置しているが、例えばＭｇＯ基板に個
別電極、強誘電体膜、絶縁強化膜、共通電極を成膜し、
これを縦壁に相当する基板に接着した後にＭｇＯ基板を
エッチング除去する場合には、絶縁強化膜は強誘電体膜
と共通電極との間に位置することになる。したがって、
図５においては、強誘電体膜１０ａが振動板１１側に、
絶縁強化膜１０ｂが個別電極３側に形成されているが、
その逆でもよい。さらに、絶縁強化膜１０ｂは一層でな
くてもよく、強誘電体膜１０ａの両側に形成するように
してもよい。また、強誘電体膜１０ａと絶縁強化膜１０
ｂの積層の繰り返し構造であってもよい。

【００３５】なお、ＰＬＴ膜を成膜しておき、その上に
ＰＺＴ膜などの強誘電体膜１０ａを成膜するようにすれ
ば、強誘電体膜１０ａの結晶性が向上する。

【００３６】ここで、絶縁強化膜１０ｂは、パイロクロ
ア型酸化物膜の多結晶膜、ペロブスカイト型酸化物の多
結晶膜、または結晶性を持たないアモルファス膜、等の
低結晶性膜である。なお、絶縁強化膜１０ｂは、パイロ
クロア型酸化物の多結晶膜とペロブスカイト型酸化物の
多結晶膜とで形成されていてもよい。

【００３７】このような低結晶性膜は、例えば以下の条
件の何れか、あるいは組み合わせで作製される。

【００３８】つまり、第１の条件は、成膜温度を強誘電
体膜作製時（５００〜６００℃）よりも下げるというも
のである。これにより、室温でアモルファス膜が、例え
ば３５０〜４５０℃でパイロクロア膜が作製される。な
お、第１の条件は、別途のスパッタ装置は不要で成膜条
件を変えるだけなので、容易に所望の薄膜が作製される
という利点がある。

【００３９】第２の条件は、スパッタリング時の圧力を
強誘電体膜作製時（０．１〜０．３Ｐａ）よりも上げ、
例えば２〜３Ｐａにするというものである。

【００４０】そして、第３の条件は、酸素分圧（Ｏ₂／
Ａｒ流量比）を強誘電体膜作製時（２〜１０％）よりも
上げ、例えば３０〜５０％にするというものである。

【００４１】但し、成膜はスパッタリング法に限定され
るものではなく、たとえば有機金属を用いたＭＯ−ＣＶ
Ｄ法やゾル・ゲル法など他の成膜技術を適用できるのは
勿論である。

【００４２】このように、本実施の形態の強誘電体素子
は、強誘電体膜１０ａおよびこの強誘電体膜１０ａの構
成元素の少なくとも一種類の元素を含む絶縁強化膜１０
ｂからなる強誘電体機能膜１０が電極３，振動板（共通
電極）１１間に形成されているので、強誘電体膜１０ａ
と異常成長粒との界面に生じる隙間やピンホールなど、
強誘電体膜１０ａの絶縁性低下の原因となる欠陥が絶縁
強化膜１０ｂにより完全に被覆されることになり、強誘
電体膜１０ａの絶縁性が向上する。

【００４３】また、このように、絶縁強化膜１０ｂが強
誘電体膜１０ａの構成元素の少なくとも一種類の元素を
含んだ膜となっているので、強誘電体膜１０ａとの密着
性が良好になって強誘電体膜１０ａの信頼性が向上す
る。

【００４４】さらに、絶縁強化膜１０ｂが強誘電体膜１
０ａの構成元素の少なくとも一種類の元素を含んだ膜と
なっているので、絶縁強化膜１０ｂの誘電率が強誘電体
膜１０ａの誘電率と近くなって駆動電圧の低減を図るこ
とが可能になる。

【００４５】ここで、成膜時において、絶縁強化膜１０
ｂのＰｂ含有量を強誘電体膜１０ａのＰｂ含有量よりも
多くすれば、強誘電体膜１０ａ表面のＰｂ濃度が高くな
り、結晶性が低下して強誘電体膜１０ａ内部の結晶粒の
異常成長を止めることができ、さらに欠陥部を覆うので
絶縁強化膜１０ｂの絶縁性がより強化される。

【００４６】また、成膜時において、絶縁強化膜１０ｂ
の酸素含有量を強誘電体膜１０ａの酸素含有量よりも多
くすれば、絶縁強化膜１０ｂの絶縁性の強化を図ること
ができる。

【００４７】さらに、絶縁強化膜１０ｂの結晶性を強誘
電体膜１０ａの結晶性よりも低くすれば、同様に、絶縁
強化膜１０ｂの絶縁性の強化を図ることができる。

【００４８】ここで、結晶性はＸ線回折法もしくは電子
線回折法で測定される。例えば、強誘電体膜がエピタキ
シャル単結晶膜である場合には電子線回折パターンはス
ポットパターンを示すが、低結晶性膜が多結晶である場
合はリングパターンとなる。更に、アモルファス膜の場
合はリング形状が不明瞭になってハロー状パターンとな
る。Ｘ線回折法の場合は、強誘電体膜から得られる特定
の回折ピークの半値幅によって結晶性を判断する。強誘
電体膜にペロブスカイト型ＰＺＴを用いた場合について
説明する。例えばＰＺＴ膜からの回折される（００１）
回折ピークの半値幅はＰＺＴ膜の結晶性を表す。このＰ
ＺＴ膜上に絶縁強化膜として低結晶性膜を形成すると、
ＰＺＴ膜からの回折線が低結晶成膜からの散乱を受けて
ＰＺＴ（００１）回折ピークの半値幅が増加する。ＰＺ
Ｔ（００１）回折ピークの半値幅がａ０からａに増加し
た場合の半値幅の増加率をｐ＝（ａ−ａ０）／ａ０と定
義すると、１＜ｐ≦２．５が望ましい。更には１．２＜
ｐ≦２．５が望ましく、更には１．５＜ｐ≦２．５が望
ましい。ｐ＞２．５の場合は、強誘電体膜の特性が著し
く低下して駆動電圧が増加するので望ましくない。駆動
電圧の増加を３０％以内に抑えるためには１＜ｐ≦２．
５であることが必要である。絶縁耐圧を２０％以上向上
するには１．２＜ｐ≦２．５が必要であり、更に５０％
以上向上するには１．５＜ｐ≦２．５である必要があ
る。

【００４９】ここで、実施の形態として、図５におい
て、縦壁１３にＭｇＯ基板上を用い、ＭｇＯ基板上に、
振動板１１にＰｔ、強誘電体膜１０ａにＰＺＴ｛Ｐｂ
（Ｚｒ_0. ₅₃Ｔｉ_0.47）Ｏ₃｝、個別電極３にＰｔを用
い、絶縁強化膜１０ｂに種々の膜を用いて膜の圧電特性
と絶縁特性を評価した。

【００５０】先ず、（１００）方位のＭｇＯ単結晶基板
上にＰｔ膜０．２μｍとＰＺＴ膜２．７μｍを連続成膜
した。成膜装置としてはＲＦマグネトロンスパッタ装置
を用いた。Ｐｔ膜はＡｒガス、０．３Ｐａ、基板温度６
５０℃で成膜し、ＰＺＴ膜はＡｒに酸素分圧１０％のＡ
ｒ混合ガス、０．３Ｐａ、基板温度６２０℃で成膜し
た。粉末Ｘ線回折装置を用いて膜の結晶構造を解析する
と、Ｐｔ膜とＰＺＴ膜のいずれもＭｇＯ単結晶基板の
（００１）方位にそろったエピタキシャル膜であった。

【００５１】次に、同じＰＺＴターゲットを用い、ＲＦ
マグネトロンスパッタ装置により絶縁強化膜０．３μｍ
を形成した。

【００５２】サンプルＡは、基板温度を４００℃で成膜
した。他のスパッタ条件はＰＺＴ膜と同じにした。

【００５３】サンプルＢは、スパッタ圧を２Ｐａで成膜
した。他のスパッタ条件はＰＺＴ膜と同じにした。

【００５４】サンプルＣは、酸素分圧を５０％で成膜し
た。他のスパッタ条件はＰＺＴ膜と同じにした。

【００５５】比較例Ｄは、比較例として、ＳｉＯ₂膜を
スパッタにより形成した。

【００５６】比較例Ｅは、比較例として、ＰＺＴ３μｍ
を形成し、絶縁強化膜は形成しなかった。

【００５７】サンプルＡ，Ｂ，Ｃについて粉末Ｘ線回折
装置を用いて膜の結晶構造を解析すると、絶縁強化膜の
構造は、アモルファス、パイロクロア多結晶、ペロブス
カイト多結晶、あるいはこれらの結晶相の混合であるこ
とがわかった。また、強誘電体膜と絶縁強化膜の組成を
ＥＰＭＡ分析で測定し、（表１）の結果を得た。絶縁強
化膜は強誘電体膜に比べてＰｂ含有量（Ｐｂ／（Ｚｒ＋
Ｔｉ）原子比）、あるいは、酸素含有量（Ｏ／（Ｚｒ＋
Ｔｉ）原子比）が多い。

【００５８】

【表１】

【００５９】上記のサンプルにＰｔ膜を室温でスパッタ
成膜して、上部電極とした。各サンプルの絶縁破壊電圧
と、同じ圧電変位を得るために上下電極に印加する電圧
（駆動電圧）の相対値を（表２）にまとめた。絶縁破壊
電圧は素子のリーク電流密度が１μＡ／ｃｍ²以上とな
る電圧と定義した。圧電変位は、図６に示す、長さ１５
ｍｍ、幅２ｍｍの板状のカンチレバーを作製し、一端を
固定して電圧を印加した時のもう一端の変位をレーザー
ドップラー変位計で測定した。

【００６０】

【表２】

【００６１】以上のように、本発明を用いることにより
高い絶縁性が得られるとともに、駆動電圧を低減するこ
とができる。

【００６２】本実施の形態では、（１００）方位のＭｇ
Ｏ単結晶基板上にエピタキシャル成長した強誘電体膜を
用いたが、例えばＳｉ基板や石英基板上にＰｔ多結晶
膜、強誘電体多結晶膜を形成しても本発明の効果を損な
うものではない。

【００６３】次にインクジェットヘッドのアクチュエー
タ作製について図７を用いて説明する。図７（ａ）はサ
ンプルＡの構成であり、７１はＭｇＯ単結晶基板、７２
は振動板かつ共通電極となるＰｔ膜、７３は強誘電体膜
であるＰＺＴエピタキシャル膜、７４は絶縁強化膜であ
る低結晶膜、７５は個別電極であるＰｔ膜である。次に
ＭｇＯ基板の所望の部分をエッチングにより除去して図
７（ｂ）の構造体を形成する。ＭｇＯ基板のエッチング
は８０℃に過熱した燐酸水溶液を用いた。ＭｇＯを残し
たい部分にはレジストを塗布して燐酸によるエッチング
を阻止すればよい。Ｐｔ膜は燐酸によって溶解しないの
で、ＭｇＯエッチングはＰｔ膜に達するとそれ以上進行
することはない。また、一部ＭｇＯを残して振動板とし
てとして用いてもよい。更にＭｇＯ基板側の面にインク
遮断層７６としてレジストやポリイミドを形成する。こ
のような工法で、図５のアクチュエータ部Ｂに相当する
アクチュエータを作製でき、更に図４に示すインクジェ
ットヘッドを作製することができる。

【００６４】以上に説明した本実施の形態では、本発明
の強誘電体素子をインクジェット式記録装置のインク吐
出に用いられるアクチュエータに適用した場合について
説明したが、その焦電性を利用した温度センサや、電気
光学効果を利用した光変調デバイス、光弾性効果を利用
した光アクチュエータ、ＳＡＷデバイスに用いるなど、
他の種々の用途に適用することが可能である。

【００６５】また、本実施の形態では、説明の便宜上、
個別電極３を第２の電極とし、共通電極１１を第１の電
極としたが、個別電極３を第１の電極とし、共通電極
（振動板１１）を第２の電極としてもよい。

【００６６】なお、以上説明した強誘電体素子を用いた
アクチュエータによれば、安定した変位動作を行うこと
が可能になり、このようなアクチュエータを用いたイン
クジェットヘッドによれば、安定したインク吐出を行う
ことが可能になる。そして、このようなインクジェット
ヘッドを備えたインクジェット式記録装置によれば、安
定したインク吐出により高画質の印字を行うことが可能
になる。

【００６７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、強誘電
体膜および当該強誘電体膜の構成元素の少なくとも一種
類の元素を含む絶縁強化膜からなる強誘電体機能膜が電
極間に形成されているので、強誘電体膜の絶縁性低下の
原因となる欠陥が絶縁強化膜により完全に被覆されて強
誘電体膜の絶縁性が向上するとともに、強誘電体膜と絶
縁強化膜との密着性が良好で且つ絶縁強化膜の誘電率が
強誘電体膜の誘電率と近くなって駆動電圧を低減できる
という有効な効果が得られる。

【００６８】また、絶縁強化膜のＰｂ含有量を強誘電体
膜のＰｂ含有量よりも多くすれば、強誘電体膜表面のＰ
ｂ濃度が高くなり、結晶性が低下して絶縁強化膜の絶縁
性がより強化されるという有効な効果が得られる。

【００６９】絶縁強化膜の酸素含有量を強誘電体膜の酸
素含有量よりも多くすれば、絶縁強化膜の絶縁性の強化
を図ることができるという有効な効果が得られる。

【００７０】絶縁強化膜の結晶性を強誘電体膜の結晶性
よりも低くすれば、絶縁強化膜の絶縁性の強化を図るこ
とができるという有効な効果が得られる。

【００７１】このような強誘電体素子を用いたアクチュ
エータによれば、安定した変位動作を行うことが可能に
なるという有効な効果が得られる。

【００７２】このようなアクチュエータを用いたインク
ジェットヘッドによれば、安定したインク吐出を行うこ
とが可能になるという有効な効果が得られる。

【００７３】そして、このようなインクジェットヘッド
を備えたインクジェット式記録装置によれば、安定した
インク吐出により高画質の印字を行うことが可能になる
という有効な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である強誘電体素子が用
いられたインクジェット式記録装置の全体概略構成を示
す斜視図

【図２】図１のインクジェット式記録装置におけるイン
クジェットヘッドの全体構成を示す断面図

【図３】図２の要部を示す斜視図

【図４】図２のインクジェットヘッドのアクチュエータ
部の構成を示す断面図

【図５】本発明の一実施の形態である強誘電体素子を示
す断面図

【図６】圧電変位を測定するカンチレバーの構成を示す
説明図

【図７】アクチュエータの作製方法を示す断面図

【符号の説明】

３個別電極（第２の電極）１０強誘電体機能膜１０ａ強誘電体膜１０ｂ絶縁強化膜１１振動板（共通電極（第１の電極）を兼ねる）４１インクジェットヘッド４０インクジェット式記録装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西村和夫大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者原慎太郎大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 2C057 AF65 AF70 AF93 AG43 AG47 AP16 AP52 BA04 BA14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の電極と、前記第１の電極上に形成された強誘電体機能膜と、前記強誘電体機能膜上に形成された第２の電極とを有
し、前記強誘電体機能膜は、強誘電体膜および当該強誘電体
膜の構成元素の少なくとも一種類の元素を含む絶縁強化
膜から構成されていることを特徴とする強誘電体素子。
【請求項２】前記強誘電体膜が、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ、Ｔ
ｉの少なくとも一種類の元素を含むペロブスカイト型酸
化物であることを特徴とする請求項１記載の強誘電体素
子。
【請求項３】前記絶縁強化膜のＰｂ含有量が強誘電体膜
のＰｂ含有量よりも多いことを特徴とする請求項２記載
の強誘電体素子。
【請求項４】前記絶縁強化膜の酸素含有量が前記強誘電
体膜の酸素含有量よりも多いことを特徴とする請求項２
または３記載の強誘電体素子。
【請求項５】前記絶縁強化膜の結晶性が前記強誘電体膜
の結晶性よりも低いことを特徴とする請求項１〜４の何
れか一項に記載の強誘電体素子。
【請求項６】前記絶縁強化膜は、パイロクロア型酸化物
とペロブスカイト型酸化物の少なくとも何れか一方を含
む多結晶膜またはアモルファス膜であることを特徴とす
る請求項１〜５の何れか一項に記載の強誘電体素子。
【請求項７】請求項１〜６の何れか一項に記載の強誘電
体素子が用いられていることを特徴とするアクチュエー
タ。
【請求項８】請求項７記載のアクチュエータと、インク液が収容され、前記アクチュエータの変位が作用
する複数の圧力室とを備えたことを特徴とするインクジ
ェットヘッド。
【請求項９】請求項８記載のインクジェットヘッドを備
えたことを特徴とするインクジェット記録装置。