強誘電体薄膜形成用組成物、液体噴射ヘッドの製造方法、及びアクチュエーター装置の製造方法
【課題】 変位量の低下を抑制した強誘電体薄膜を形成することができる強誘電体薄膜形
成用組成物、液体噴射ヘッドの製造方法、及びアクチュエーター装置の製造方法を提供す
る。
【解決手段】 ＡＢＯ３の化学式を有するペロブスカイト構造の強誘電体薄膜をゾル−ゲ
ル法により形成するための強誘電体薄膜形成用組成物であって、強誘電体薄膜を構成する
有機金属化合物と、水とを少なくとも含むゾルからなり、前記ゾルは、Ｂサイトを構成し
得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとしたとき、２Ｘ
＜Ｙ＜５Ｘを満たすようにする。
成用組成物、液体噴射ヘッドの製造方法、及びアクチュエーター装置の製造方法を提供す
る。
【解決手段】 ＡＢＯ３の化学式を有するペロブスカイト構造の強誘電体薄膜をゾル−ゲ
ル法により形成するための強誘電体薄膜形成用組成物であって、強誘電体薄膜を構成する
有機金属化合物と、水とを少なくとも含むゾルからなり、前記ゾルは、Ｂサイトを構成し
得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとしたとき、２Ｘ
＜Ｙ＜５Ｘを満たすようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電体薄膜を形成するための強誘電体薄膜形成用組成物、基板上に変位可
能に設けられた圧電素子を有する液体噴射ヘッドの製造方法、及びアクチュエーター装置
の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、例えば、電気機械変換機能を呈する圧電材
料からなる強誘電体薄膜を２つの電極で挟んだ構成となっており、強誘電体薄膜は、例え
ば、結晶化した圧電性セラミックスにより構成されている。また、このような圧電素子は
、液体噴射ヘッドのノズル開口から液体を噴射させる圧力発生手段として用いられる。
【０００３】
このような圧電素子の製造方法としては、基板（流路形成基板）の一方面側に下電極膜
をスパッタリング法等により形成した後、下電極膜上に圧電体層をゾル−ゲル法又はＭＯ
Ｄ法等により形成すると共に、圧電体層上に上電極膜をスパッタリング法により形成し、
圧電体層及び上電極膜をパターニングすることで圧電素子を形成している（例えば、特許
文献１参照）。
【０００４】
なお、圧電体層を製造するゾル−ゲル法では、下電極を形成した基板上に有機金属化合
物のゾルを塗布して乾燥およびゲル化（脱脂）させて圧電体の前駆体膜を形成する工程を
少なくとも一回以上実施し、その後、高温で熱処理して結晶化させる。そして、これらの
工程を複数回繰り返し実施することで所定厚さの圧電体層（圧電体薄膜）を製造している
。
【０００５】
また、圧電体層を製造するＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法では、一般的に
、金属アルコキシド等有機金属化合物をアルコールに溶解し、これに加水分解抑制剤等を
加えて得たコロイド溶液を被対象物上に塗布した後、これを乾燥して焼成することで成膜
される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２７４４７２号公報（第５〜６頁、第６〜７図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、圧電体層は、駆動を繰り返すと圧電変位量が減少してしまうという問題
がある。例えば、液体噴射ヘッドに圧電体層を具備する圧電素子用いた場合、圧電変位量
が使用と共に変化してしまうため、安定した液体の吐出を行うことができない。このため
、繰り返し駆動による変位量の低下を抑えたものが求められている。
【０００８】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに
用いられる圧電素子に限定されず、他の装置に搭載される圧電素子においても同様に存在
する。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、変位量の低下を抑制した強誘電体薄膜を形成すること
ができる強誘電体薄膜形成用組成物、液体噴射ヘッドの製造方法、及びアクチュエーター
装置の製造方法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】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の態様は、ＡＢＯ３の化学式を有するペロブスカイト構造の
強誘電体薄膜をゾル−ゲル法により形成するための強誘電体薄膜形成用組成物であって、
強誘電体薄膜を構成する有機金属化合物と、水とを少なくとも含むゾルからなり、前記ゾ
ルは、Ｂサイトを構成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ
／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすことを特徴とする強誘電体薄膜形成用組成物
にある。
【００１１】
かかる態様では、ゾルにおける未反応水分量を所定の量とすることにより、変位量の低
下を抑制した強誘電体薄膜を形成することができるものとなる。
【００１２】
前記ゾルは、強誘電体薄膜を構成する金属として、Ｐｂ、Ｚｒ、及びＴｉを含むことが
好ましい。これによれば、圧電特性の優れた強誘電体薄膜を形成することができるものと
なる。
【００１３】
本発明の好適な実施態様としては、前記強誘電体薄膜形成用組成物は、２．３Ｘ≦Ｙ＜
５Ｘを満たすものが挙げられる。
【００１４】
本発明の他の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流
路形成基板と、前記流路形成基板上に設けられた第１電極と、前記第１電極上に設けられ
たＡＢＯ３の化学式を有するペロブスカイト構造の圧電体層と、前記圧電体層上に設けら
れた第２電極とを具備し、各圧力発生室に対応する圧電素子と、を備える液体噴射ヘッド
の製造方法であって、圧電体薄膜形成用組成物を前記第１電極上に塗布し、焼成して圧電
体薄膜をゾル−ゲル法により形成する強誘電体膜形成工程を行うことにより複数の圧電体
薄膜から構成される前記圧電体層を形成する工程を具備し、前記圧電体薄膜形成用組成物
は、圧電体層を構成する有機金属化合物と、水とを少なくとも含むゾルからなり、前記ゾ
ルは、Ｂサイトを構成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ
／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法
にある。
【００１５】
かかる態様では、繰り返し駆動した際の圧電体層の変位量の低下を抑制することができ
、耐久性の向上した液体噴射ヘッドを製造することができる。すなわち、繰返し駆動によ
るインク吐出量の低下を抑制し、安定した印刷品質を維持することができる液体噴射ヘッ
ドを製造することができる。
【００１６】
本発明の他の態様は、基板上に設けられた第１電極と、前記第１電極上に設けられたＡ
ＢＯ３の化学式を有するペロブスカイト構造の圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた
第２電極とを具備する圧電素子を備えるアクチュエーター装置の製造方法であって、圧電
体薄膜形成用組成物を前記第１電極上に塗布し、焼成して圧電体薄膜をゾル−ゲル法によ
り形成する強誘電体形成工程を行うことにより複数の圧電体薄膜から構成される前記圧電
体層を形成する工程を具備し、前記圧電体薄膜形成用組成物は、圧電体層を構成する有機
金属化合物と、水とを少なくとも含むゾルからなり、前記ゾルは、Ｂサイトを構成し得る
金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ
＜５Ｘを満たすことを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法にある。
【００１７】
かかる態様では、繰り返し駆動した際の圧電体層の変位量の低下を抑制することができ
、耐久性の向上したアクチュエーター装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図８】実施例１〜３に係る強誘電体薄膜形成用組成物の水分量を示すグラフ。
【図９】参考例２、比較例２、実施例４〜６に係る圧電体層の変位低下率を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
本発明の強誘電体薄膜形成用組成物は、ＡＢＯ３の化学式を有するペロブスカイト構造
の強誘電体薄膜をゾル−ゲル法により形成するための組成物であって、強誘電体薄膜を構
成する有機金属化合物と、水とを少なくとも含むゾルからなる。かかるゾルは、Ｂサイト
を構成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとしたと
き、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすものである。ここでいう未反応水分量とは、加水分解重合反
応に関与せずにゾル中に残存する水の量を指す。
【００２０】
ここで、ゾル−ゲル法は、ゾル（コロイド溶液）の塗布、乾燥、焼成を順次行うことで
成膜する方法であり、強誘電体薄膜を比較的低コストで且つ簡便に成膜することができる
。ゾル−ゲル法では、金属アルコキシド等の金属化合物をアルコール等の溶媒に溶解し、
この金属化合物の溶液に水を加え、加水分解及び重縮合させて得た強誘電体薄膜形成用組
成物（ゾル）が用いられる。本発明では、強誘電体薄膜形成用組成物における未反応水分
量を調整することにより、金属アルコキシド等の金属化合物の加水分解重縮合反応の平衡
状態を制御したものである。なお、金属アルコキシドの加水分解重縮合反応の平衡状態は
、以下の式で表される。
【００２１】
【数１】
【００２２】
金属アルコキシド等の金属化合物の加水分解重縮合反応では、Ｍ−Ｏ−Ｍの３次元構造
が形成されるが、本発明の強誘電体薄膜形成用組成物は、加水分解重縮合反応における未
反応の水分量を調整することにより、アモルファス状態のＭ−Ｏ−Ｍの３次元構造を制御
したものである。従来の強誘電体薄膜形成用組成物は、加水分解及び重縮合させるために
必要最小限の水を添加したものであったが、本発明の強誘電体薄膜形成用組成物は、従来
のものよりも多く水を添加して加水分解重縮合反応後にゾル中に水が残存するようにし、
さらにその未反応水分量を所定の値とするようにすることにより、コロイド溶液の状態に
おいて、Ｍ−Ｏ−Ｍ結合をもった構造を優先的に作製するようにしたものである。このよ
うな強誘電体薄膜形成用組成物を、基板上に塗布して、乾燥、焼成を行うと、結晶化がス
ムーズに進み、また、強誘電体薄膜の結晶中の不純物が低減されて、変位量の低下が抑え
られた強誘電体薄膜を形成することができる。すなわち、変位耐久性の高い強誘電体薄膜
を形成することができる。
【００２３】
上述したように、本発明の強誘電体薄膜形成用組成物は、ＡＢＯ３の化学式を有するペ
ロブスカイト構造の強誘電体薄膜をゾル−ゲル法により形成するためのものであり、強誘
電体薄膜を構成する有機金属化合物と、水とを少なくとも含有するゾルからならなる。
【００２４】
本発明にかかるゾルは、Ｂサイトを構成し得る金属の総量（例えば、チタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ）薄膜を形成するための強誘電体薄膜形成用組成物の場合には、チタン（Ｔ
ｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）の総量）をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ
／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすものであり、好ましくは２．３Ｘ≦Ｙ＜５Ｘ
を満たす。すなわち、本発明にかかるゾルは、加水分解に用いられる水だけではなく、余
剰の水を含有するものである。強誘電体薄膜形成用組成物は、ゾルが２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満
たすものとすることにより、変位量の低下が抑制された強誘電体薄膜を形成することがで
きる。なお、０＜Ｙ≦２Ｘとなると、変位量の低下が大きい強誘電体薄膜が形成されるも
のとなってしまう。また、Ｙ≧５となると、ゾルの粘度が高くなることにより基板等に塗
布し難くなり、平坦な強誘電体薄膜を形成することができなくなってしまい、厚さにばら
つきのある強誘電体薄膜を形成するものとなってしまう。
【００２５】
ゾルにおける未反応水分量の測定方法は特に限定されないが、例えば、微量水分測定装
置（ＡＱ−２１００；平沼産業社製）及び自動加熱水分気化装置（ＥＶ−２０００；平沼
産業社製）を用い、ゾルを１２０℃に加熱し、蒸発水分をカールフィッシャー電量滴定法
により測定することで算出することができる。
【００２６】
ゾルは、強誘電体薄膜を構成する金属として、Ｐｂ及びＴｉを少なくとも含むのが好ま
しく、Ｐｂ（鉛）、Ｚｒ（ジルコニウム）、及びＴｉ（チタン）を少なくとも含むものが
さらに好ましい。また、さらに他の金属、例えば、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｎ（マンガン），
Ｍｇ（マグネシウム）を含んでいてもよい。ゾルは、これらの金属を含む有機金属化合物
、例えば、金属のメトキシド、エトキシド、プロポキシド、若しくはブトキシド等のアル
コキシド、又はアセテート化合物を含有する。
【００２７】
ここで、本発明の強誘電体薄膜形成用組成物により形成されるＡＢＯ３の化学式を有す
るペロブスカイト構造の強誘電体薄膜としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ
）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属
酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チ
タン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐ
ｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）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）Ｏ３）、マンガン酸ビスマス（ＢｉＭｎＯ３）等が挙
げられる。また、このような強誘電体薄膜形成用組成物は、その組成比がＺｒ／Ｔｉ（モ
ル比）＝０．４〜０．６を満たしているのが好ましい。また、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１
．０５〜１．３であるのが好ましい。強誘電体薄膜形成用組成物の組成比をこの範囲内に
調整することで、形成される強誘電体薄膜の結晶性を向上させることができる。
【００２８】
本発明の強誘電体薄膜形成用組成物は、金属アルコキシドやアセテート化合物等の有機
金属化合物及び水の他に、溶媒と、その他必要に応じて添加される添加物と、を含有する
。
【００２９】
溶媒としては、例えば、酢酸、アルコール等が挙げられる。アルコールとしては、例え
ば、ブタノール、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、２−ｎ−ブトキシアルコール、
ｎ−ペンチルアルコール、２−フェニルエタノール、２−フェノキシエタノール、メトキ
シエタノール、エチレングリコールモノアセテート、トリエチレングリコール、トリメチ
レングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、酢酸イソアミル等を
挙げることができ、これらの溶媒は単独で用いても複数種用いてもよい。
【００３０】
また、その他必要に応じて添加される添加物としては、ゾル組成物に含有される金属化
合物を安定化させ、これによりクラックの発生を防止するポリエチレングリコール等の安
定化剤や、増粘剤等が挙げられる。
【００３１】
上述した強誘電体薄膜形成用組成物は、ゾルにおける未反応水分量を所定の量とするこ
とにより、変位量の低下が抑制された強誘電体薄膜を形成することができる。
【００３２】
以下、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法の一例であるインクジェット式記録ヘッドの
製造方法について詳細に説明する。
【００３３】
図１は、実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの
概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ'断面図である
。
【００３４】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態ではシリコン単結晶基板からなり、
その一方の面には酸化膜からなる弾性膜５０が形成されている。
【００３５】
流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、
流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連
通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及
び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のリザーバー部
３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバーの一部を構成する。
インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧
力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では
、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞
ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向か
ら絞ることでインク供給路を形成してもよい。
【００３６】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反
対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や
熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えばガラス
セラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
【００３７】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、弾性膜
５０が形成され、この弾性膜５０上には、絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この
絶縁体膜５５上には、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とが、後述するプロセ
スで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１
電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３０
０の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２
毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極
及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧
電体能動部という。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第
２電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆
にしても支障はない。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動によ
り変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例で
は、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに
限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６
０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に
振動板を兼ねるようにしてもよい。
【００３８】
本実施形態では、圧電素子３００は、白金からなる第１電極６０と、チタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０と、イリジウムからなる第２電極８０とからなる。
本実施形態では、第１電極６０が白金からなり、第２電極８０がイリジウムからなるよう
にしたが、特にこれに限定されず、第１電極６０及び第２電極８０は、それぞれ、例えば
、ニッケル、銅、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、錫、オスミウム、イ
リジウム、白金、金、ビスマス、もしくはこれらの積層又は合金等の金属材料からなるよ
うにしてもよい。なお、勿論、第１電極６０、第２電極８０は、これ以外の導電性材料か
ら構成されていてもよい。
【００３９】
ここで、圧電体層７０は、上記の強誘電体薄膜形成用組成物を用いて形成したものであ
る。詳しくは後述するが、第１電極６０上に上記の強誘電体薄膜形成用組成物を塗布し、
焼成することにより形成したものである。これにより、長期間の使用による変位量の低下
が抑えられ、変位耐久性の向上した圧電体層となる。圧電体層７０は、一般式ＡＢＯ３で
示される酸化物の圧電材料からなるペロブスカイト型構造を有するものである。
【００４０】
圧電体層７０は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これ
に酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好
適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，
Ｌａ），ＴｉＯ３）、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）Ｏ３）等を用いることができる。圧電体層７０は、（１００）面に優先配向し、ａ
＞ｃの単斜晶系構造を有するのが好ましい。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩
序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。具体的には、「（
１００）面に優先配向する」とは、Ｘ線回折広角法によって圧電体膜を測定した際に生じ
る（１００）面、（１１０）面及び（１１１）面の回折強度の比率（１００）／（（１０
０）＋（１１０）＋（１１１））が０．５より大きいことを意味する。また、ａ、ｃはそ
れぞれ膜面に平行な方向の格子定数、垂直な方向の格子定数である。
【００４１】
また、圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを
抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成すればよく、例えば、圧電体層７０は
１〜５μｍの厚さであるのが好ましい。本実施形態では、圧電体層７０は、チタン酸ジル
コン酸鉛（ＰＺＴ）からなり、（１００）面に優先配向している単斜晶系構造のものとし
、１μｍ前後の厚さで形成した。
【００４２】
また、圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の端
部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からな
るリード電極９０が接続されている。
【００４３】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバー１００の
少なくとも一部を構成するリザーバー部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して
接合されている。このリザーバー部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に
貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１
０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００
を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割
して、リザーバー部３１のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板
１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部
材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバーと各圧力発生室１２とを連通す
るインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００４４】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻
害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２
は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封
されていても、密封されていなくてもよい。
【００４５】
このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例え
ば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板
１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００４６】
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられて
いる。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔
３３内に露出するように設けられている。
【００４７】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２
０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路
（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボン
ディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されてい
る。
【００４８】
また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプラ
イアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する
材料からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。ま
た、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のリザーバー１
００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザ
ーバー１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００４９】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給
手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー１００からノズル開口２
１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力発
生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性
膜５０、絶縁体膜５５、第１電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、
各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００５０】
ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図７を参照して説明
する。なお、図３〜図７は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である
。
【００５１】
まず、図３（ａ）に示すように、流路形成基板１０が複数一体的に形成されるシリコン
ウェハーである流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリ
コン（ＳｉＯ２）からなる二酸化シリコン膜５１を形成する。次いで、図３（ｂ）に示す
ように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、酸化ジルコニウムからなる
絶縁体膜５５を形成する。
【００５２】
次いで、図３（ｃ）に示すように、白金からなる第１電極６０を絶縁体膜５５上に形成
する。第１電極６０の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング法、化学
蒸着法（ＣＶＤ法）、物理蒸着法（ＰＶＤ法）などが挙げられる。この第１電極６０の材
料は、上述したように特に限定されないが、本実施形態のように圧電体層７０としてチタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少な
い材料であることが望ましいため、第１電極６０の材料としては白金、イリジウム等が好
適に用いられる。
【００５３】
次に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０を流路形成基板用ウェ
ハー１１０の全面に形成する。なお、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを
塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を
得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。
【００５４】
圧電体層７０の具体的な作成手順を説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、第１電極６０上に圧電体薄膜形成用組成物７１を塗布
する（塗布工程）。この圧電体薄膜形成用組成物７１は、圧電体層を構成する有機金属化
合物と水と、溶媒と、その他必要に応じて添加される添加物とを混合して、Ｂサイトを構
成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとしたとき、
２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすようにしたゾルからなる。
【００５５】
次いで、圧電体薄膜形成用組成物７１を熱処理することで、図４（ｂ）に示す非晶質の
圧電体前駆体膜７２を形成した。具体的には、圧電体薄膜形成用組成物７１を、圧電体薄
膜形成用組成物に含まれる主溶媒の沸点以上の温度に加熱して一定時間乾燥させて圧電体
前駆体膜７２を形成する（乾燥工程）。例えば、本実施形態の乾燥工程では、流路形成基
板用ウェハー１１０上に塗布された圧電体薄膜形成用組成物７１を１００〜２００℃で２
〜３０分保持することで乾燥することができる。
【００５６】
次に、乾燥工程によって乾燥した圧電体前駆体膜７２を所定温度に加熱して一定時間保
持することによって脱脂する（脱脂工程）。本実施形態では、乾燥された圧電体前駆体膜
７２を２００〜４００℃に加熱して約３〜３０分保持することで脱脂した。なお、ここで
言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７２に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ
２Ｏ等として離脱させることである。
【００５７】
次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体前駆体膜７２を所定温度に加熱して一定時間保
持することによって結晶化させ、圧電体膜７３を形成する（焼成工程）。この焼成工程で
は、圧電体前駆体膜７２を５５０〜８００℃に加熱するのが好ましく、本実施形態では、
７２０℃で５〜３０分間加熱を行って圧電体前駆体膜７２を焼成して、圧電体膜７３を形
成した。
【００５８】
なお、このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例
えば、ホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Pr
ocessing）装置などを用いることができる。
【００５９】
次に、図５（ａ）に示すように、第１電極６０上に１層目の圧電体膜７３を形成した段
階で、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７３をそれらの側面が傾斜するように同時にパ
ターニングする。これにより、２層目の圧電体膜７３を形成する際に、第１電極６０及び
１層目の圧電体膜７３が形成された部分とそれ以外の部分との境界近傍において、下地の
違いによる２層目の圧電体膜７３の結晶性への悪影響を小さく、すなわち、緩和すること
ができる。これにより、第１電極６０とそれ以外の部分との境界近傍において、２層目の
圧電体膜７３の結晶成長が良好に進み、結晶性に優れた圧電体層７０を形成することがで
きる。また、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７３の側面を傾斜させることで、２層目
以降の圧電体膜７３を形成する際の付き回りを向上することができる。これにより、密着
性及び信頼性に優れた圧電体層７０を形成することができる。なお、第１電極６０及び１
層目の圧電体膜７３のパターニングは、例えば、イオンミリング等のドライエッチングに
より行うことができる。
【００６０】
次に、図５（ｂ）に示すように、１層目の圧電体膜７３上を含む流路形成基板用ウェハ
ー１１０上に、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を順次繰り返し行う
ことにより、複数層の圧電体膜７３からなる厚さ１μｍの圧電体層７０を形成する。ちな
みに、本実施形態では、圧電体層７０が複数層の圧電体膜７３で構成されたものを例示し
たが、圧電体層７０は、一層の圧電体膜７３からなるものであってもよい。
【００６１】
次に、複数層の圧電体膜７３からなる圧電体層７０上に亘ってイリジウム（Ｉｒ）から
なる第２電極８０を成膜した後、図３（ｄ）に示すように、圧電体層７０及び第２電極８
０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして、各圧力発生室１２に対向す
る領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。圧電体層７０及び第２電極８０の
パターニング方法としては、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドラ
イエッチングが挙げられる。
【００６２】
次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図６（ａ）に示すように、流路形成基
板用ウェハー１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を形
成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電素子３０
０毎にパターニングすることで形成される。
【００６３】
次に、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に
、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハー１３０を接着剤
３５によって接合する。なお、保護基板３０には、リザーバー部３１、圧電素子保持部３
２等が予め形成されている。また、保護基板３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有
するシリコン単結晶基板からなり、保護基板３０を接合することで流路形成基板１０の剛
性は著しく向上することになる。そして、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェ
ハー１１０を所定の厚さにする。
【００６４】
次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜５２を新
たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図７（ｂ）に示すように、流路形成
基板用ウェハー１１０をマスク膜５２を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エ
ッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室
１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。
【００６５】
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー１３０の外周縁部の
不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路
形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハー１３０とは反対側の面にノズル開口２１
が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハー１３０にコンプ
ライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハー１１０等を図１に示すような一つ
のチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェ
ット式記録ヘッド１とする。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、
圧電体層を構成する有機金属化合物と、水とを少なくとも含み、Ｂサイトを構成し得る金
属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ＜
５Ｘを満たすゾルからなる圧電体薄膜形成用組成物を用いて圧電体層を形成することによ
り、繰り返し駆動した際の圧電体層の変位量の低下を抑えて、変位耐久性の向上したイン
クジェット式記録ヘッドを製造することができる。すなわち、繰り返し駆動によるインク
吐出量の低下を抑制し、安定した印刷品質を維持することができる液体噴射ヘッドを製造
することができる。
【００６７】
なお、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、
本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する
液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例え
ば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等の
カラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（
電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ
製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【００６８】
以下、本発明の強誘電体薄膜形成用組成物及びアクチュエーター装置について、各実施
例及び各比較例に基づいて説明する。
【００６９】
（参考例１）
まず、Ｚｒ（ＯｉＰｒ）４と、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）４をメトキシエタノール中で、１２５
℃で１時間反応させた。このとき、還流せずに流出するものは系外に出した。次に、Ｐｂ
（ＯＡｃ）２を添加し、１２５℃で３時間攪拌し（このとき還流せずに流出するものは系
外に出した）、その後攪拌を続けながら１５０℃まで昇温し、流出するものは系外に出し
た。
【００７０】
そして、メトキシエタノールで、Ｚｒ及びＴｉの総量Ｘが０．５ｍｏｌ／ｋｇになるよ
うに調整した。その後、Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２−２ＣＨ３ＯＣ２Ｈ５ＯＨ溶液を添加し
て、Ｐｂの量が０．６ｍｏｌ／ｋｇとなるように調整して、参考例１の強誘電体薄膜形成
用組成物を作製した。
【００７１】
（比較例１）
溶媒の一部を水として、Ｐｂの量が０．６ｍｏｌ／ｋｇ、Ｚｒ及びＴｉの総量Ｘが０．
５ｍｏｌ／ｋｇ、水の量が０．５ｍｏｌ／ｋｇとなるようにした以外は参考例１と同様に
して、比較例１の強誘電体薄膜形成用組成物を作製した。
【００７２】
（実施例１）
溶媒の一部を水として、Ｐｂの量が０．６ｍｏｌ／ｋｇ、Ｚｒ及びＴｉの総量Ｘが０．
５ｍｏｌ／ｋｇ、水の量が１．５ｍｏｌ／ｋｇとなるようにした以外は参考例１と同様に
して、実施例１の強誘電体薄膜形成用組成物を作製した。
【００７３】
（実施例２）
溶媒の一部を水として、Ｐｂの量が０．６ｍｏｌ／ｋｇ、Ｚｒ及びＴｉの総量Ｘが０．
５ｍｏｌ／ｋｇ、水の量が２．０ｍｏｌ／ｋｇとなるようにした以外は参考例１と同様に
して、実施例２の強誘電体薄膜形成用組成物を作製した。
【００７４】
（実施例３）
溶媒の一部を水として、Ｐｂの量が０．６ｍｏｌ／ｋｇ、Ｚｒ及びＴｉの総量Ｘが０．
５ｍｏｌ／ｋｇ、水の量が２．５ｍｏｌ／ｋｇとなるようにした以外は参考例１と同様に
して、実施例３の強誘電体薄膜形成用組成物を作製した。
【００７５】
（試験例１）
作成から３日後の比較例１及び実施例１〜３の強誘電体薄膜形成用組成物の未反応水分
量を測定した。また、作成から２８日後の実施例１〜３の強誘電体薄膜形成用組成物の未
反応水分量を測定した。なお、未反応水分量は、微量水分測定装置（ＡＱ−２１００；平
沼産業社製）及び自動加熱水分気化装置（ＥＶ−２０００；平沼産業社製）を用い、ゾル
を１２０℃に加熱し、蒸発水分をカールフィッシャー電量滴定法により測定することで算
出した。結果を表１に示す。また、強誘電体薄膜形成用組成物作製後の経過日数と未反応
水分量との関係を示すグラフを図８に示す。
【００７６】
【表１】
【００７７】
実施例１〜３の強誘電体薄膜形成用組成物は、図８に示すように、作製から３日後の水
分量と、作製から２８日後の水分量は、ほとんど変化がないものであった。
【００７８】
（参考例２、比較例２、及び実施例４〜６）
参考例１、比較例１及び実施例１〜３の強誘電体薄膜形成用組成物を用いて、参考例２
、比較例２、及び実施例４〜６のアクチュエーター装置を製造した。
【００７９】
まず、シリコン基板上に、スパッタリング法により、厚さ１７０ｎｍの白金からなる第
１電極を形成した。
【００８０】
次に、参考例１、比較例１及び実施例１〜３の強誘電体薄膜形成用組成物を用いて、チ
タン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層を第１電極上に形成した。ここで、圧電
体層の具体的な作成手順を説明する。まず、第１電極上に強誘電体薄膜形成用組成物を塗
布した（塗布工程）。次いで、強誘電体薄膜形成用組成物を、１５０℃で２分保持するこ
とにより乾燥させて強誘電体薄膜前駆体膜を形成した（乾燥工程）。次に、乾燥された強
誘電体薄膜前駆体膜を３００℃で４分保持することで脱脂した。再び、塗布工程、乾燥工
程及び脱脂工程を繰り返した。次に、強誘電体薄膜前駆体膜を７２０℃で５分加熱をして
、強誘電体薄膜前駆体膜を焼成して結晶化させ、強誘電体薄膜を形成した。その後は、２
層の強誘電体薄膜を含むシリコン基板上に、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び
焼成工程を繰り返し行うことにより、１２層の強誘電体薄膜からなる厚さ１μｍの強誘電
体層を形成した。
【００８１】
最後に、１２層の強誘電体薄膜からなる強誘電体層上に、スパッタリング法により、イ
リジウム（Ｉｒ）からなる厚さ１００ｎｍの第２電極を形成して、参考例２、比較例２、
及び実施例４〜６のアクチュエーター装置を製造した。
【００８２】
（試験例２）
参考例２、比較例２、及び実施例４〜６のアクチュエーター装置の圧電体層の圧電変位
低下率を算出した。なお、初期の圧電変位量は、ダブルビームレーザー干渉計（アグザク
ト社製）を用い、＋２０Ｖ／ｕｍ、１ｋＨｚ、３００ｐｕｌｓｅで測定した。また、劣化
後の圧電変位量は、ダブルビームレーザー干渉計（アグザクト社製）を用い、＋２０Ｖ／
ｕｍ、５０ｋＨｚ、１×１０８ｐｕｌｓｅの条件で圧電体層を劣化させた後、＋２０Ｖ／
ｕｍ、１ｋＨｚ、３００ｐｕｌｓｅで測定した。また、圧電変位低下率（％）は、下記式
より求めた。
［式１］
［（初期変位量−劣化後変位量）／初期変位量］×１００
結果を図９及び表２に示す。
【００８３】
【表２】
【００８４】
図９に示すように、未反応水分量ＹがＺｒ及びＴｉの総量Ｘの０．７倍である比較例２
のアクチュエーター装置は、参考例２のアクチュエーター装置よりも変位低下率が高く、
変位耐久性が低いものであった。これに対し、未反応水分量ＹがＺｒ及びＴｉの総量Ｘの
２．３〜４．１倍である実施例４〜６のアクチュエーター装置は、参考例２のアクチュエ
ーター装置よりも変位低下率が低く、変位耐久性が向上していることがわかった。
【００８５】
以上より、圧電体薄膜を構成する有機金属化合物と水とを少なくとも混合して、Ｂサイ
トを構成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとした
とき、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすゾルからなるゾル−ゲル法用の圧電体薄膜形成用組成物を
得る工程を具備するアクチュエーター装置の製造方法は、繰り返し駆動した際の変位量の
低下を抑えたアクチュエーター装置を製造することができることがわかった。図９から、
より好ましくは２．３Ｘ≦Ｙ＜５Ｘである。
【００８６】
（他の実施形態）
本発明の強誘電体薄膜形成用組成物を用いて形成される強誘電体薄膜は、広範なデバイ
ス開発に応用することができ、その用途等は特に限定されないが、上述したヘッドの他に
、例えば、強誘電体メモリー、赤外センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力セン
サー、焦電センサー等の各種センサー、ＳＡＷデバイス等の強誘電体膜や、マイクロホン
、発音体、各種振動子、発信子等に搭載される圧電素子、マイクロ液体ポンプに搭載され
る圧電素子等に応用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １０ 流路形成基板、 １２
圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通路、 ２０ ノズル
プレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバー部、 ３２ 圧
電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、
８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ リザーバー、 １２０ 駆動回路、
１２１ 接続配線、 ３００ 圧電素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強誘電体薄膜を形成するための強誘電体薄膜形成用組成物、基板上に変位可
能に設けられた圧電素子を有する液体噴射ヘッドの製造方法、及びアクチュエーター装置
の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、例えば、電気機械変換機能を呈する圧電材
料からなる強誘電体薄膜を２つの電極で挟んだ構成となっており、強誘電体薄膜は、例え
ば、結晶化した圧電性セラミックスにより構成されている。また、このような圧電素子は
、液体噴射ヘッドのノズル開口から液体を噴射させる圧力発生手段として用いられる。
【０００３】
このような圧電素子の製造方法としては、基板（流路形成基板）の一方面側に下電極膜
をスパッタリング法等により形成した後、下電極膜上に圧電体層をゾル−ゲル法又はＭＯ
Ｄ法等により形成すると共に、圧電体層上に上電極膜をスパッタリング法により形成し、
圧電体層及び上電極膜をパターニングすることで圧電素子を形成している（例えば、特許
文献１参照）。
【０００４】
なお、圧電体層を製造するゾル−ゲル法では、下電極を形成した基板上に有機金属化合
物のゾルを塗布して乾燥およびゲル化（脱脂）させて圧電体の前駆体膜を形成する工程を
少なくとも一回以上実施し、その後、高温で熱処理して結晶化させる。そして、これらの
工程を複数回繰り返し実施することで所定厚さの圧電体層（圧電体薄膜）を製造している
。
【０００５】
また、圧電体層を製造するＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法では、一般的に
、金属アルコキシド等有機金属化合物をアルコールに溶解し、これに加水分解抑制剤等を
加えて得たコロイド溶液を被対象物上に塗布した後、これを乾燥して焼成することで成膜
される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２７４４７２号公報（第５〜６頁、第６〜７図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、圧電体層は、駆動を繰り返すと圧電変位量が減少してしまうという問題
がある。例えば、液体噴射ヘッドに圧電体層を具備する圧電素子用いた場合、圧電変位量
が使用と共に変化してしまうため、安定した液体の吐出を行うことができない。このため
、繰り返し駆動による変位量の低下を抑えたものが求められている。
【０００８】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに
用いられる圧電素子に限定されず、他の装置に搭載される圧電素子においても同様に存在
する。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑み、変位量の低下を抑制した強誘電体薄膜を形成すること
ができる強誘電体薄膜形成用組成物、液体噴射ヘッドの製造方法、及びアクチュエーター
装置の製造方法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】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の態様は、ＡＢＯ３の化学式を有するペロブスカイト構造の
強誘電体薄膜をゾル−ゲル法により形成するための強誘電体薄膜形成用組成物であって、
強誘電体薄膜を構成する有機金属化合物と、水とを少なくとも含むゾルからなり、前記ゾ
ルは、Ｂサイトを構成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ
／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすことを特徴とする強誘電体薄膜形成用組成物
にある。
【００１１】
かかる態様では、ゾルにおける未反応水分量を所定の量とすることにより、変位量の低
下を抑制した強誘電体薄膜を形成することができるものとなる。
【００１２】
前記ゾルは、強誘電体薄膜を構成する金属として、Ｐｂ、Ｚｒ、及びＴｉを含むことが
好ましい。これによれば、圧電特性の優れた強誘電体薄膜を形成することができるものと
なる。
【００１３】
本発明の好適な実施態様としては、前記強誘電体薄膜形成用組成物は、２．３Ｘ≦Ｙ＜
５Ｘを満たすものが挙げられる。
【００１４】
本発明の他の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流
路形成基板と、前記流路形成基板上に設けられた第１電極と、前記第１電極上に設けられ
たＡＢＯ３の化学式を有するペロブスカイト構造の圧電体層と、前記圧電体層上に設けら
れた第２電極とを具備し、各圧力発生室に対応する圧電素子と、を備える液体噴射ヘッド
の製造方法であって、圧電体薄膜形成用組成物を前記第１電極上に塗布し、焼成して圧電
体薄膜をゾル−ゲル法により形成する強誘電体膜形成工程を行うことにより複数の圧電体
薄膜から構成される前記圧電体層を形成する工程を具備し、前記圧電体薄膜形成用組成物
は、圧電体層を構成する有機金属化合物と、水とを少なくとも含むゾルからなり、前記ゾ
ルは、Ｂサイトを構成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ
／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法
にある。
【００１５】
かかる態様では、繰り返し駆動した際の圧電体層の変位量の低下を抑制することができ
、耐久性の向上した液体噴射ヘッドを製造することができる。すなわち、繰返し駆動によ
るインク吐出量の低下を抑制し、安定した印刷品質を維持することができる液体噴射ヘッ
ドを製造することができる。
【００１６】
本発明の他の態様は、基板上に設けられた第１電極と、前記第１電極上に設けられたＡ
ＢＯ３の化学式を有するペロブスカイト構造の圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた
第２電極とを具備する圧電素子を備えるアクチュエーター装置の製造方法であって、圧電
体薄膜形成用組成物を前記第１電極上に塗布し、焼成して圧電体薄膜をゾル−ゲル法によ
り形成する強誘電体形成工程を行うことにより複数の圧電体薄膜から構成される前記圧電
体層を形成する工程を具備し、前記圧電体薄膜形成用組成物は、圧電体層を構成する有機
金属化合物と、水とを少なくとも含むゾルからなり、前記ゾルは、Ｂサイトを構成し得る
金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ
＜５Ｘを満たすことを特徴とするアクチュエーター装置の製造方法にある。
【００１７】
かかる態様では、繰り返し駆動した際の圧電体層の変位量の低下を抑制することができ
、耐久性の向上したアクチュエーター装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図８】実施例１〜３に係る強誘電体薄膜形成用組成物の水分量を示すグラフ。
【図９】参考例２、比較例２、実施例４〜６に係る圧電体層の変位低下率を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
本発明の強誘電体薄膜形成用組成物は、ＡＢＯ３の化学式を有するペロブスカイト構造
の強誘電体薄膜をゾル−ゲル法により形成するための組成物であって、強誘電体薄膜を構
成する有機金属化合物と、水とを少なくとも含むゾルからなる。かかるゾルは、Ｂサイト
を構成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとしたと
き、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすものである。ここでいう未反応水分量とは、加水分解重合反
応に関与せずにゾル中に残存する水の量を指す。
【００２０】
ここで、ゾル−ゲル法は、ゾル（コロイド溶液）の塗布、乾燥、焼成を順次行うことで
成膜する方法であり、強誘電体薄膜を比較的低コストで且つ簡便に成膜することができる
。ゾル−ゲル法では、金属アルコキシド等の金属化合物をアルコール等の溶媒に溶解し、
この金属化合物の溶液に水を加え、加水分解及び重縮合させて得た強誘電体薄膜形成用組
成物（ゾル）が用いられる。本発明では、強誘電体薄膜形成用組成物における未反応水分
量を調整することにより、金属アルコキシド等の金属化合物の加水分解重縮合反応の平衡
状態を制御したものである。なお、金属アルコキシドの加水分解重縮合反応の平衡状態は
、以下の式で表される。
【００２１】
【数１】
【００２２】
金属アルコキシド等の金属化合物の加水分解重縮合反応では、Ｍ−Ｏ−Ｍの３次元構造
が形成されるが、本発明の強誘電体薄膜形成用組成物は、加水分解重縮合反応における未
反応の水分量を調整することにより、アモルファス状態のＭ−Ｏ−Ｍの３次元構造を制御
したものである。従来の強誘電体薄膜形成用組成物は、加水分解及び重縮合させるために
必要最小限の水を添加したものであったが、本発明の強誘電体薄膜形成用組成物は、従来
のものよりも多く水を添加して加水分解重縮合反応後にゾル中に水が残存するようにし、
さらにその未反応水分量を所定の値とするようにすることにより、コロイド溶液の状態に
おいて、Ｍ−Ｏ−Ｍ結合をもった構造を優先的に作製するようにしたものである。このよ
うな強誘電体薄膜形成用組成物を、基板上に塗布して、乾燥、焼成を行うと、結晶化がス
ムーズに進み、また、強誘電体薄膜の結晶中の不純物が低減されて、変位量の低下が抑え
られた強誘電体薄膜を形成することができる。すなわち、変位耐久性の高い強誘電体薄膜
を形成することができる。
【００２３】
上述したように、本発明の強誘電体薄膜形成用組成物は、ＡＢＯ３の化学式を有するペ
ロブスカイト構造の強誘電体薄膜をゾル−ゲル法により形成するためのものであり、強誘
電体薄膜を構成する有機金属化合物と、水とを少なくとも含有するゾルからならなる。
【００２４】
本発明にかかるゾルは、Ｂサイトを構成し得る金属の総量（例えば、チタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ）薄膜を形成するための強誘電体薄膜形成用組成物の場合には、チタン（Ｔ
ｉ）及びジルコニウム（Ｚｒ）の総量）をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ
／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすものであり、好ましくは２．３Ｘ≦Ｙ＜５Ｘ
を満たす。すなわち、本発明にかかるゾルは、加水分解に用いられる水だけではなく、余
剰の水を含有するものである。強誘電体薄膜形成用組成物は、ゾルが２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満
たすものとすることにより、変位量の低下が抑制された強誘電体薄膜を形成することがで
きる。なお、０＜Ｙ≦２Ｘとなると、変位量の低下が大きい強誘電体薄膜が形成されるも
のとなってしまう。また、Ｙ≧５となると、ゾルの粘度が高くなることにより基板等に塗
布し難くなり、平坦な強誘電体薄膜を形成することができなくなってしまい、厚さにばら
つきのある強誘電体薄膜を形成するものとなってしまう。
【００２５】
ゾルにおける未反応水分量の測定方法は特に限定されないが、例えば、微量水分測定装
置（ＡＱ−２１００；平沼産業社製）及び自動加熱水分気化装置（ＥＶ−２０００；平沼
産業社製）を用い、ゾルを１２０℃に加熱し、蒸発水分をカールフィッシャー電量滴定法
により測定することで算出することができる。
【００２６】
ゾルは、強誘電体薄膜を構成する金属として、Ｐｂ及びＴｉを少なくとも含むのが好ま
しく、Ｐｂ（鉛）、Ｚｒ（ジルコニウム）、及びＴｉ（チタン）を少なくとも含むものが
さらに好ましい。また、さらに他の金属、例えば、Ｎｂ（ニオブ）、Ｍｎ（マンガン），
Ｍｇ（マグネシウム）を含んでいてもよい。ゾルは、これらの金属を含む有機金属化合物
、例えば、金属のメトキシド、エトキシド、プロポキシド、若しくはブトキシド等のアル
コキシド、又はアセテート化合物を含有する。
【００２７】
ここで、本発明の強誘電体薄膜形成用組成物により形成されるＡＢＯ３の化学式を有す
るペロブスカイト構造の強誘電体薄膜としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ
）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属
酸化物を添加したもの等が好適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チ
タン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐ
ｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）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）Ｏ３）、マンガン酸ビスマス（ＢｉＭｎＯ３）等が挙
げられる。また、このような強誘電体薄膜形成用組成物は、その組成比がＺｒ／Ｔｉ（モ
ル比）＝０．４〜０．６を満たしているのが好ましい。また、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１
．０５〜１．３であるのが好ましい。強誘電体薄膜形成用組成物の組成比をこの範囲内に
調整することで、形成される強誘電体薄膜の結晶性を向上させることができる。
【００２８】
本発明の強誘電体薄膜形成用組成物は、金属アルコキシドやアセテート化合物等の有機
金属化合物及び水の他に、溶媒と、その他必要に応じて添加される添加物と、を含有する
。
【００２９】
溶媒としては、例えば、酢酸、アルコール等が挙げられる。アルコールとしては、例え
ば、ブタノール、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、２−ｎ−ブトキシアルコール、
ｎ−ペンチルアルコール、２−フェニルエタノール、２−フェノキシエタノール、メトキ
シエタノール、エチレングリコールモノアセテート、トリエチレングリコール、トリメチ
レングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、酢酸イソアミル等を
挙げることができ、これらの溶媒は単独で用いても複数種用いてもよい。
【００３０】
また、その他必要に応じて添加される添加物としては、ゾル組成物に含有される金属化
合物を安定化させ、これによりクラックの発生を防止するポリエチレングリコール等の安
定化剤や、増粘剤等が挙げられる。
【００３１】
上述した強誘電体薄膜形成用組成物は、ゾルにおける未反応水分量を所定の量とするこ
とにより、変位量の低下が抑制された強誘電体薄膜を形成することができる。
【００３２】
以下、本発明の液体噴射ヘッドの製造方法の一例であるインクジェット式記録ヘッドの
製造方法について詳細に説明する。
【００３３】
図１は、実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの
概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ'断面図である
。
【００３４】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態ではシリコン単結晶基板からなり、
その一方の面には酸化膜からなる弾性膜５０が形成されている。
【００３５】
流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、
流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連
通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及
び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のリザーバー部
３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバーの一部を構成する。
インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧
力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では
、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞
ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向か
ら絞ることでインク供給路を形成してもよい。
【００３６】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反
対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や
熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えばガラス
セラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
【００３７】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、弾性膜
５０が形成され、この弾性膜５０上には、絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この
絶縁体膜５５上には、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とが、後述するプロセ
スで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１
電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３０
０の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２
毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極
及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧
電体能動部という。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第
２電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆
にしても支障はない。また、ここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動によ
り変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例で
は、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに
限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６
０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に
振動板を兼ねるようにしてもよい。
【００３８】
本実施形態では、圧電素子３００は、白金からなる第１電極６０と、チタン酸ジルコン
酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０と、イリジウムからなる第２電極８０とからなる。
本実施形態では、第１電極６０が白金からなり、第２電極８０がイリジウムからなるよう
にしたが、特にこれに限定されず、第１電極６０及び第２電極８０は、それぞれ、例えば
、ニッケル、銅、ニオブ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、錫、オスミウム、イ
リジウム、白金、金、ビスマス、もしくはこれらの積層又は合金等の金属材料からなるよ
うにしてもよい。なお、勿論、第１電極６０、第２電極８０は、これ以外の導電性材料か
ら構成されていてもよい。
【００３９】
ここで、圧電体層７０は、上記の強誘電体薄膜形成用組成物を用いて形成したものであ
る。詳しくは後述するが、第１電極６０上に上記の強誘電体薄膜形成用組成物を塗布し、
焼成することにより形成したものである。これにより、長期間の使用による変位量の低下
が抑えられ、変位耐久性の向上した圧電体層となる。圧電体層７０は、一般式ＡＢＯ３で
示される酸化物の圧電材料からなるペロブスカイト型構造を有するものである。
【００４０】
圧電体層７０は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これ
に酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好
適である。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，
Ｌａ），ＴｉＯ３）、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）Ｏ３）等を用いることができる。圧電体層７０は、（１００）面に優先配向し、ａ
＞ｃの単斜晶系構造を有するのが好ましい。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩
序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。具体的には、「（
１００）面に優先配向する」とは、Ｘ線回折広角法によって圧電体膜を測定した際に生じ
る（１００）面、（１１０）面及び（１１１）面の回折強度の比率（１００）／（（１０
０）＋（１１０）＋（１１１））が０．５より大きいことを意味する。また、ａ、ｃはそ
れぞれ膜面に平行な方向の格子定数、垂直な方向の格子定数である。
【００４１】
また、圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを
抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度に厚く形成すればよく、例えば、圧電体層７０は
１〜５μｍの厚さであるのが好ましい。本実施形態では、圧電体層７０は、チタン酸ジル
コン酸鉛（ＰＺＴ）からなり、（１００）面に優先配向している単斜晶系構造のものとし
、１μｍ前後の厚さで形成した。
【００４２】
また、圧電素子３００の個別電極である各第２電極８０には、インク供給路１４側の端
部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からな
るリード電極９０が接続されている。
【００４３】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバー１００の
少なくとも一部を構成するリザーバー部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して
接合されている。このリザーバー部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に
貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１
０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００
を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割
して、リザーバー部３１のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板
１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部
材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバーと各圧力発生室１２とを連通す
るインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００４４】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻
害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２
は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封
されていても、密封されていなくてもよい。
【００４５】
このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例え
ば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板
１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００４６】
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられて
いる。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔
３３内に露出するように設けられている。
【００４７】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２
０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路
（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボン
ディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されてい
る。
【００４８】
また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプラ
イアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する
材料からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。ま
た、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のリザーバー１
００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザ
ーバー１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００４９】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給
手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバー１００からノズル開口２
１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力発
生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性
膜５０、絶縁体膜５５、第１電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、
各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００５０】
ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図７を参照して説明
する。なお、図３〜図７は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である
。
【００５１】
まず、図３（ａ）に示すように、流路形成基板１０が複数一体的に形成されるシリコン
ウェハーである流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリ
コン（ＳｉＯ２）からなる二酸化シリコン膜５１を形成する。次いで、図３（ｂ）に示す
ように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、酸化ジルコニウムからなる
絶縁体膜５５を形成する。
【００５２】
次いで、図３（ｃ）に示すように、白金からなる第１電極６０を絶縁体膜５５上に形成
する。第１電極６０の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング法、化学
蒸着法（ＣＶＤ法）、物理蒸着法（ＰＶＤ法）などが挙げられる。この第１電極６０の材
料は、上述したように特に限定されないが、本実施形態のように圧電体層７０としてチタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少な
い材料であることが望ましいため、第１電極６０の材料としては白金、イリジウム等が好
適に用いられる。
【００５３】
次に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０を流路形成基板用ウェ
ハー１１０の全面に形成する。なお、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを
塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を
得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。
【００５４】
圧電体層７０の具体的な作成手順を説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、第１電極６０上に圧電体薄膜形成用組成物７１を塗布
する（塗布工程）。この圧電体薄膜形成用組成物７１は、圧電体層を構成する有機金属化
合物と水と、溶媒と、その他必要に応じて添加される添加物とを混合して、Ｂサイトを構
成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとしたとき、
２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすようにしたゾルからなる。
【００５５】
次いで、圧電体薄膜形成用組成物７１を熱処理することで、図４（ｂ）に示す非晶質の
圧電体前駆体膜７２を形成した。具体的には、圧電体薄膜形成用組成物７１を、圧電体薄
膜形成用組成物に含まれる主溶媒の沸点以上の温度に加熱して一定時間乾燥させて圧電体
前駆体膜７２を形成する（乾燥工程）。例えば、本実施形態の乾燥工程では、流路形成基
板用ウェハー１１０上に塗布された圧電体薄膜形成用組成物７１を１００〜２００℃で２
〜３０分保持することで乾燥することができる。
【００５６】
次に、乾燥工程によって乾燥した圧電体前駆体膜７２を所定温度に加熱して一定時間保
持することによって脱脂する（脱脂工程）。本実施形態では、乾燥された圧電体前駆体膜
７２を２００〜４００℃に加熱して約３〜３０分保持することで脱脂した。なお、ここで
言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７２に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ
２Ｏ等として離脱させることである。
【００５７】
次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体前駆体膜７２を所定温度に加熱して一定時間保
持することによって結晶化させ、圧電体膜７３を形成する（焼成工程）。この焼成工程で
は、圧電体前駆体膜７２を５５０〜８００℃に加熱するのが好ましく、本実施形態では、
７２０℃で５〜３０分間加熱を行って圧電体前駆体膜７２を焼成して、圧電体膜７３を形
成した。
【００５８】
なお、このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例
えば、ホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Pr
ocessing）装置などを用いることができる。
【００５９】
次に、図５（ａ）に示すように、第１電極６０上に１層目の圧電体膜７３を形成した段
階で、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７３をそれらの側面が傾斜するように同時にパ
ターニングする。これにより、２層目の圧電体膜７３を形成する際に、第１電極６０及び
１層目の圧電体膜７３が形成された部分とそれ以外の部分との境界近傍において、下地の
違いによる２層目の圧電体膜７３の結晶性への悪影響を小さく、すなわち、緩和すること
ができる。これにより、第１電極６０とそれ以外の部分との境界近傍において、２層目の
圧電体膜７３の結晶成長が良好に進み、結晶性に優れた圧電体層７０を形成することがで
きる。また、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７３の側面を傾斜させることで、２層目
以降の圧電体膜７３を形成する際の付き回りを向上することができる。これにより、密着
性及び信頼性に優れた圧電体層７０を形成することができる。なお、第１電極６０及び１
層目の圧電体膜７３のパターニングは、例えば、イオンミリング等のドライエッチングに
より行うことができる。
【００６０】
次に、図５（ｂ）に示すように、１層目の圧電体膜７３上を含む流路形成基板用ウェハ
ー１１０上に、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を順次繰り返し行う
ことにより、複数層の圧電体膜７３からなる厚さ１μｍの圧電体層７０を形成する。ちな
みに、本実施形態では、圧電体層７０が複数層の圧電体膜７３で構成されたものを例示し
たが、圧電体層７０は、一層の圧電体膜７３からなるものであってもよい。
【００６１】
次に、複数層の圧電体膜７３からなる圧電体層７０上に亘ってイリジウム（Ｉｒ）から
なる第２電極８０を成膜した後、図３（ｄ）に示すように、圧電体層７０及び第２電極８
０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして、各圧力発生室１２に対向す
る領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。圧電体層７０及び第２電極８０の
パターニング方法としては、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドラ
イエッチングが挙げられる。
【００６２】
次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図６（ａ）に示すように、流路形成基
板用ウェハー１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を形
成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電素子３０
０毎にパターニングすることで形成される。
【００６３】
次に、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に
、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハー１３０を接着剤
３５によって接合する。なお、保護基板３０には、リザーバー部３１、圧電素子保持部３
２等が予め形成されている。また、保護基板３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有
するシリコン単結晶基板からなり、保護基板３０を接合することで流路形成基板１０の剛
性は著しく向上することになる。そして、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェ
ハー１１０を所定の厚さにする。
【００６４】
次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜５２を新
たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図７（ｂ）に示すように、流路形成
基板用ウェハー１１０をマスク膜５２を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エ
ッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室
１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。
【００６５】
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー１３０の外周縁部の
不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路
形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハー１３０とは反対側の面にノズル開口２１
が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハー１３０にコンプ
ライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハー１１０等を図１に示すような一つ
のチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェ
ット式記録ヘッド１とする。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、
圧電体層を構成する有機金属化合物と、水とを少なくとも含み、Ｂサイトを構成し得る金
属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ＜
５Ｘを満たすゾルからなる圧電体薄膜形成用組成物を用いて圧電体層を形成することによ
り、繰り返し駆動した際の圧電体層の変位量の低下を抑えて、変位耐久性の向上したイン
クジェット式記録ヘッドを製造することができる。すなわち、繰り返し駆動によるインク
吐出量の低下を抑制し、安定した印刷品質を維持することができる液体噴射ヘッドを製造
することができる。
【００６７】
なお、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、
本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する
液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例え
ば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレー等の
カラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（
電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ
製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【００６８】
以下、本発明の強誘電体薄膜形成用組成物及びアクチュエーター装置について、各実施
例及び各比較例に基づいて説明する。
【００６９】
（参考例１）
まず、Ｚｒ（ＯｉＰｒ）４と、Ｔｉ（ＯｉＰｒ）４をメトキシエタノール中で、１２５
℃で１時間反応させた。このとき、還流せずに流出するものは系外に出した。次に、Ｐｂ
（ＯＡｃ）２を添加し、１２５℃で３時間攪拌し（このとき還流せずに流出するものは系
外に出した）、その後攪拌を続けながら１５０℃まで昇温し、流出するものは系外に出し
た。
【００７０】
そして、メトキシエタノールで、Ｚｒ及びＴｉの総量Ｘが０．５ｍｏｌ／ｋｇになるよ
うに調整した。その後、Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２−２ＣＨ３ＯＣ２Ｈ５ＯＨ溶液を添加し
て、Ｐｂの量が０．６ｍｏｌ／ｋｇとなるように調整して、参考例１の強誘電体薄膜形成
用組成物を作製した。
【００７１】
（比較例１）
溶媒の一部を水として、Ｐｂの量が０．６ｍｏｌ／ｋｇ、Ｚｒ及びＴｉの総量Ｘが０．
５ｍｏｌ／ｋｇ、水の量が０．５ｍｏｌ／ｋｇとなるようにした以外は参考例１と同様に
して、比較例１の強誘電体薄膜形成用組成物を作製した。
【００７２】
（実施例１）
溶媒の一部を水として、Ｐｂの量が０．６ｍｏｌ／ｋｇ、Ｚｒ及びＴｉの総量Ｘが０．
５ｍｏｌ／ｋｇ、水の量が１．５ｍｏｌ／ｋｇとなるようにした以外は参考例１と同様に
して、実施例１の強誘電体薄膜形成用組成物を作製した。
【００７３】
（実施例２）
溶媒の一部を水として、Ｐｂの量が０．６ｍｏｌ／ｋｇ、Ｚｒ及びＴｉの総量Ｘが０．
５ｍｏｌ／ｋｇ、水の量が２．０ｍｏｌ／ｋｇとなるようにした以外は参考例１と同様に
して、実施例２の強誘電体薄膜形成用組成物を作製した。
【００７４】
（実施例３）
溶媒の一部を水として、Ｐｂの量が０．６ｍｏｌ／ｋｇ、Ｚｒ及びＴｉの総量Ｘが０．
５ｍｏｌ／ｋｇ、水の量が２．５ｍｏｌ／ｋｇとなるようにした以外は参考例１と同様に
して、実施例３の強誘電体薄膜形成用組成物を作製した。
【００７５】
（試験例１）
作成から３日後の比較例１及び実施例１〜３の強誘電体薄膜形成用組成物の未反応水分
量を測定した。また、作成から２８日後の実施例１〜３の強誘電体薄膜形成用組成物の未
反応水分量を測定した。なお、未反応水分量は、微量水分測定装置（ＡＱ−２１００；平
沼産業社製）及び自動加熱水分気化装置（ＥＶ−２０００；平沼産業社製）を用い、ゾル
を１２０℃に加熱し、蒸発水分をカールフィッシャー電量滴定法により測定することで算
出した。結果を表１に示す。また、強誘電体薄膜形成用組成物作製後の経過日数と未反応
水分量との関係を示すグラフを図８に示す。
【００７６】
【表１】
【００７７】
実施例１〜３の強誘電体薄膜形成用組成物は、図８に示すように、作製から３日後の水
分量と、作製から２８日後の水分量は、ほとんど変化がないものであった。
【００７８】
（参考例２、比較例２、及び実施例４〜６）
参考例１、比較例１及び実施例１〜３の強誘電体薄膜形成用組成物を用いて、参考例２
、比較例２、及び実施例４〜６のアクチュエーター装置を製造した。
【００７９】
まず、シリコン基板上に、スパッタリング法により、厚さ１７０ｎｍの白金からなる第
１電極を形成した。
【００８０】
次に、参考例１、比較例１及び実施例１〜３の強誘電体薄膜形成用組成物を用いて、チ
タン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層を第１電極上に形成した。ここで、圧電
体層の具体的な作成手順を説明する。まず、第１電極上に強誘電体薄膜形成用組成物を塗
布した（塗布工程）。次いで、強誘電体薄膜形成用組成物を、１５０℃で２分保持するこ
とにより乾燥させて強誘電体薄膜前駆体膜を形成した（乾燥工程）。次に、乾燥された強
誘電体薄膜前駆体膜を３００℃で４分保持することで脱脂した。再び、塗布工程、乾燥工
程及び脱脂工程を繰り返した。次に、強誘電体薄膜前駆体膜を７２０℃で５分加熱をして
、強誘電体薄膜前駆体膜を焼成して結晶化させ、強誘電体薄膜を形成した。その後は、２
層の強誘電体薄膜を含むシリコン基板上に、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び
焼成工程を繰り返し行うことにより、１２層の強誘電体薄膜からなる厚さ１μｍの強誘電
体層を形成した。
【００８１】
最後に、１２層の強誘電体薄膜からなる強誘電体層上に、スパッタリング法により、イ
リジウム（Ｉｒ）からなる厚さ１００ｎｍの第２電極を形成して、参考例２、比較例２、
及び実施例４〜６のアクチュエーター装置を製造した。
【００８２】
（試験例２）
参考例２、比較例２、及び実施例４〜６のアクチュエーター装置の圧電体層の圧電変位
低下率を算出した。なお、初期の圧電変位量は、ダブルビームレーザー干渉計（アグザク
ト社製）を用い、＋２０Ｖ／ｕｍ、１ｋＨｚ、３００ｐｕｌｓｅで測定した。また、劣化
後の圧電変位量は、ダブルビームレーザー干渉計（アグザクト社製）を用い、＋２０Ｖ／
ｕｍ、５０ｋＨｚ、１×１０８ｐｕｌｓｅの条件で圧電体層を劣化させた後、＋２０Ｖ／
ｕｍ、１ｋＨｚ、３００ｐｕｌｓｅで測定した。また、圧電変位低下率（％）は、下記式
より求めた。
［式１］
［（初期変位量−劣化後変位量）／初期変位量］×１００
結果を図９及び表２に示す。
【００８３】
【表２】
【００８４】
図９に示すように、未反応水分量ＹがＺｒ及びＴｉの総量Ｘの０．７倍である比較例２
のアクチュエーター装置は、参考例２のアクチュエーター装置よりも変位低下率が高く、
変位耐久性が低いものであった。これに対し、未反応水分量ＹがＺｒ及びＴｉの総量Ｘの
２．３〜４．１倍である実施例４〜６のアクチュエーター装置は、参考例２のアクチュエ
ーター装置よりも変位低下率が低く、変位耐久性が向上していることがわかった。
【００８５】
以上より、圧電体薄膜を構成する有機金属化合物と水とを少なくとも混合して、Ｂサイ
トを構成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとした
とき、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすゾルからなるゾル−ゲル法用の圧電体薄膜形成用組成物を
得る工程を具備するアクチュエーター装置の製造方法は、繰り返し駆動した際の変位量の
低下を抑えたアクチュエーター装置を製造することができることがわかった。図９から、
より好ましくは２．３Ｘ≦Ｙ＜５Ｘである。
【００８６】
（他の実施形態）
本発明の強誘電体薄膜形成用組成物を用いて形成される強誘電体薄膜は、広範なデバイ
ス開発に応用することができ、その用途等は特に限定されないが、上述したヘッドの他に
、例えば、強誘電体メモリー、赤外センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力セン
サー、焦電センサー等の各種センサー、ＳＡＷデバイス等の強誘電体膜や、マイクロホン
、発音体、各種振動子、発信子等に搭載される圧電素子、マイクロ液体ポンプに搭載され
る圧電素子等に応用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １０ 流路形成基板、 １２
圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通路、 ２０ ノズル
プレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバー部、 ３２ 圧
電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、
８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ リザーバー、 １２０ 駆動回路、
１２１ 接続配線、 ３００ 圧電素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＢＯ３の化学式を有するペロブスカイト構造の強誘電体薄膜をゾル−ゲル法により形成
するための強誘電体薄膜形成用組成物であって、
強誘電体薄膜を構成する有機金属化合物と、水とを少なくとも含むゾルからなり、
前記ゾルは、Ｂサイトを構成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹ
ｍｏｌ／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすことを特徴とする強誘電体薄膜形成用
組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の強誘電体薄膜形成用組成物において、前記ゾルは、強誘電体薄膜を構成
する金属として、Ｐｂ、Ｚｒ、及びＴｉを含むことを特徴とする強誘電体薄膜形成用組成
物。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の強誘電体薄膜形成用組成物において、前記強誘電体薄膜形成用組
成物は、２．３Ｘ≦Ｙ＜５Ｘを満たすことを特徴とする強誘電体薄膜形成用組成物。
【請求項４】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路
形成基板上に設けられた第１電極と、前記第１電極上に設けられたＡＢＯ３の化学式を有
するペロブスカイト構造の圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２電極とを具備し
、各圧力発生室に対応する圧電素子と、を備える液体噴射ヘッドの製造方法であって、
圧電体薄膜形成用組成物を前記第１電極上に塗布し、焼成して圧電体薄膜をゾル−ゲル法
により形成する圧電体薄膜形成工程を行うことにより複数の圧電体薄膜から構成される前
記圧電体層を形成する工程を具備し、
前記圧電体薄膜形成用組成物は、圧電体層を構成する有機金属化合物と、水とを少なくと
も含むゾルからなり、前記ゾルは、Ｂサイトを構成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇと
し、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすことを特徴とす
る液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
基板上に設けられた第１電極と、前記第１電極上に設けられたＡＢＯ３の化学式を有する
ペロブスカイト構造の圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２電極とを具備する圧
電素子を備えるアクチュエーター装置の製造方法であって、
圧電体薄膜形成用組成物を前記第１電極上に塗布し、焼成して圧電体薄膜をゾル−ゲル法
により形成する圧電体薄膜形成工程を行うことにより複数の圧電体薄膜から構成される前
記圧電体層を形成する工程を具備し、
前記圧電体薄膜形成用組成物は、圧電体層を構成する有機金属化合物と、水とを少なくと
も含むゾルからなり、前記ゾルは、Ｂサイトを構成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇと
し、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすことを特徴とす
るアクチュエーター装置の製造方法。
【請求項１】
ＡＢＯ３の化学式を有するペロブスカイト構造の強誘電体薄膜をゾル−ゲル法により形成
するための強誘電体薄膜形成用組成物であって、
強誘電体薄膜を構成する有機金属化合物と、水とを少なくとも含むゾルからなり、
前記ゾルは、Ｂサイトを構成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇとし、未反応水分量をＹ
ｍｏｌ／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすことを特徴とする強誘電体薄膜形成用
組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の強誘電体薄膜形成用組成物において、前記ゾルは、強誘電体薄膜を構成
する金属として、Ｐｂ、Ｚｒ、及びＴｉを含むことを特徴とする強誘電体薄膜形成用組成
物。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の強誘電体薄膜形成用組成物において、前記強誘電体薄膜形成用組
成物は、２．３Ｘ≦Ｙ＜５Ｘを満たすことを特徴とする強誘電体薄膜形成用組成物。
【請求項４】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路
形成基板上に設けられた第１電極と、前記第１電極上に設けられたＡＢＯ３の化学式を有
するペロブスカイト構造の圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２電極とを具備し
、各圧力発生室に対応する圧電素子と、を備える液体噴射ヘッドの製造方法であって、
圧電体薄膜形成用組成物を前記第１電極上に塗布し、焼成して圧電体薄膜をゾル−ゲル法
により形成する圧電体薄膜形成工程を行うことにより複数の圧電体薄膜から構成される前
記圧電体層を形成する工程を具備し、
前記圧電体薄膜形成用組成物は、圧電体層を構成する有機金属化合物と、水とを少なくと
も含むゾルからなり、前記ゾルは、Ｂサイトを構成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇと
し、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすことを特徴とす
る液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
基板上に設けられた第１電極と、前記第１電極上に設けられたＡＢＯ３の化学式を有する
ペロブスカイト構造の圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２電極とを具備する圧
電素子を備えるアクチュエーター装置の製造方法であって、
圧電体薄膜形成用組成物を前記第１電極上に塗布し、焼成して圧電体薄膜をゾル−ゲル法
により形成する圧電体薄膜形成工程を行うことにより複数の圧電体薄膜から構成される前
記圧電体層を形成する工程を具備し、
前記圧電体薄膜形成用組成物は、圧電体層を構成する有機金属化合物と、水とを少なくと
も含むゾルからなり、前記ゾルは、Ｂサイトを構成し得る金属の総量をＸｍｏｌ／ｋｇと
し、未反応水分量をＹｍｏｌ／ｋｇとしたとき、２Ｘ＜Ｙ＜５Ｘを満たすことを特徴とす
るアクチュエーター装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１４２２０５（Ｐ２０１１−１４２２０５Ａ）
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７６９（Ｐ２０１０−１７６９）
【出願日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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