液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子
【課題】環境負荷が小さく且つ変位特性の高い液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子を提供する。
【解決手段】第１電極６０、圧電体層７０、及び第２電極８０を備えた圧電素子３００を具備し、圧電体層７０は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有すると共に、前記ピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に１本以上有する。
【解決手段】第１電極６０、圧電体層７０、及び第２電極８０を備えた圧電素子３００を具備し、圧電体層７０は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有すると共に、前記ピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に１本以上有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電材料からなる圧電体層及び電極を有する圧電素子を具備しノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子としては、電気的機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した誘電材料からなる圧電体層を、２つの電極で挟んで構成されたものがある。このような圧電素子は、例えば撓み振動モードのアクチュエーター装置として液体噴射ヘッドに搭載される。ここで、液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴として吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。
【０００３】
このような圧電素子を構成する圧電体層として用いられる圧電材料には高い圧電特性が求められており、圧電材料の代表例として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が挙げられる（特許文献１参照）。しかしながら、チタン酸ジルコン酸鉛には鉛が含まれており、環境問題の観点から、鉛を含有しない圧電材料が求められている。そこで、鉛を含有しない圧電材料としてビスマス系の圧電材料、例えば、ビスマス及び鉄を含む鉄酸ビスマス系（ＢｉＦｅＯ３系）のペロブスカイト型構造を有する圧電材料が提案されている。具体例としては、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ３等の鉄酸マンガン酸ビスマスとＢａＴｉＯ３等のチタン酸バリウムとの混晶として表される複合酸化物がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２３４０４号公報
【特許文献２】特開２００９−２５２７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような複合酸化物からなる圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛と比較すると変位特性が低いという問題があった。このため、より変位特性の高いものが求められている。
【０００６】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在し、また、液体噴射ヘッド以外に用いられる圧電素子においても同様に存在する。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、環境負荷が小さく且つ変位特性の高い液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子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】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の態様は、圧電体層と、前記圧電体層に設けられた電極と、を具備する圧電素子を備えた液体噴射ヘッドであって、前記圧電体層は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有すると共に、前記ピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に１本以上有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、圧電体層が結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において所定のピークを有するものとすることにより、変位特性の高い圧電素子となる。さらに、鉛の含有量を抑えられるため、環境への負荷を低減することができる。
【０００９】
また、前記複合酸化物は、マンガン、コバルト、クロム、ニッケル、及び銅からなる群から選択される少なくとも１つをさらに含むのが好ましい。これによれば、リーク電流の発生を抑制した圧電体層とすることができる。
【００１０】
本発明の他の態様は、上記液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、環境への負荷を低減し且つ変位特性の高い圧電素子を具備するため、信頼性に優れた液体噴射装置を実現することができる。
【００１１】
本発明の他の態様は、圧電体層と、前記圧電体層に設けられた電極と、を具備し、前記圧電体層は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有すると共に、前記ピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に１本以上有することを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、圧電体層が結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において所定のピークを有するものとすることにより、変位特性の高い圧電素子となる。さらに、鉛の含有量を抑えられるため、環境への負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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工程を示す断面図。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図８】実施例１のＢａ ３ｄ５に起因するピークを示す図。
【図９】実施例２のＢａ ３ｄ５に起因するピークを示す図。
【図１０】比較例１のＢａ ３ｄ５に起因するピークを示す図。
【図１１】比較例２及び３のＢａ ３ｄ５に起因するピークを示す図。
【図１２】各実施例及び比較例１の印加電圧と変位量との関係を示す図。
【図１３】本発明の一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態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分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′線断面図である。
【００１４】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には、振動板を構成する二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００１５】
流路形成基板１０には、一方の面とは反対側の面となる他方面側から異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２が形成されている。そして、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１方向と称し、これと直交する方向を第２方向と称する。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の第２方向の一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、インク供給路１４、連通路１５及び連通部１３からなる液体流路が設けられている。
【００１６】
インク供給路１４は、圧力発生室１２の第２方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、マニホールド１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、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。さらに、各連通路１５は、インク供給路１４の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１４の幅方向（第１方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１５を圧力発生室１２と幅方向（第１方向）の断面積が同じとなるように形成した。
【００１７】
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、ステンレス鋼等からなる。
【００１８】
一方、図２（ｂ）に示すように、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、例えば厚さ３０〜５０ｎｍ程度の酸化チタン等からなり、弾性膜５０等の第１電極６０の下地との密着性を向上させるための密着層５６が設けられている。本実施形態においては、密着層５６として酸化チタンを用いたが、密着層５６の材質は第１電極６０とその下地の種類等により異なるが、例えば、ジルコニウム、アルミニウムを含む酸化物や窒化物や、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣｅＯ２等とすることができる。なお、弾性膜５０上に、必要に応じて酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜が設けられていてもよい。
【００１９】
さらに密着層５６上には、第１電極６０と、第１電極６０の上方に設けられて厚さが３μｍ以下、好ましくは０．３〜１．５μｍの薄膜である圧電体層７０と、圧電体層７０の上方に設けられた第２電極８０とが、積層形成されて、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段としての圧電素子３００を構成している。なお、ここでいう上方とは、直上も、間に他の部材が介在した状態も含むものである。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３００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。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、変位可能に設けられた圧電素子３００を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、密着層５６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及び密着層５６を設けずに、第１電極６０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。
【００２０】
そして、圧電体層７０は、ビスマス（Ｂｉ）、バリウム（Ｂａ）、鉄（Ｆｅ）、及びチタン（Ｔｉ）を含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有すると共に、前記ピークよりも強度が低いピークを低結合エネルギー側に有するものである。
【００２１】
上述したように、圧電体層７０は、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有し、このピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に１本以上有するものである。Ｘ線光電子分光測定においてこのようなピークを示す分子状態の複合酸化物からなる圧電体層７０は、変位特性の高いものとすることができる。言い換えれば、本発明は、圧電体層７０が、Ｘ線光電子分光測定において結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、所定の範囲内にピークを有し且つそのピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に１本以上有するものとなるようにすることにより、高い変位特性を実現したものである。
【００２２】
この圧電体層７０は、上述したピーク分離をしたとき、７８０．５±０．８ｅＶよりも高結合エネルギー側及び低結合エネルギー側のいずれにおいても、７８０．５±０．８ｅＶの範囲のピークよりも強度が高いピークはないものである。すなわち、圧電体層７０は、上述したピーク分離をしたとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有すると共に、このピークよりも低結合エネルギー側に位置する１本以上のピークを有し、７８０．５±０．８ｅＶのピークの強度が最も高いものとなっているものである。なお、上述したピーク分離をしたときに、７８０．５±０．８ｅＶのピークよりも低結合エネルギー側や高結合エネルギー側に７８０．５±０．８ｅＶのピークよりも強度の高いピークを有する場合は、変位特性が低下してしまう。
【００２３】
ここで、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークは、Ｂａ ３ｄ５に起因するピーク、すなわち、バリウム（Ｂａ）の３ｄ５軌道に起因するピークである。また、本発明において「７８０．５±０．８ｅＶにピークを有する」とは、最大強度の位置が７８０．５±０．８ｅＶにあるピークを有することを指す。
【００２４】
結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークは、例えば、複合酸化物を構成する元素の組成比の変更、圧電体層７０を形成する際の焼成時間・焼成温度の調整、焼成雰囲気の変更等により、調整することができる。したがって、圧電体層７０を備える圧電素子３００は、所定の条件下で作製した圧電体層７０が、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークが上述した条件を満たすものであるか否かを予め測定により確かめた後に量産するようにすればよい。
【００２５】
また、Ｘ線光電子分光測定は、市販のＸ線光電子分光装置により測定すればよく、例えば、励起Ｘ線としてＡｌのＫα線を用いて測定することができる。本実施形態では、Ｘ線光電子分光装置（ＸＰＳ；サーモフィッシャーサイエンティフィック社製，ＥＳＣＡＬＡＢ２５０）により、励起Ｘ線として単色Ａｌ−Ｋα（１４８６．６ｅＶ）を用いて測定を行った。
【００２６】
また、複合酸化物は、上述したように、ペロブスカイト型構造、すなわち、ＡＢＯ３型構造であり、この構造のＡサイトは酸素が１２配位しており、また、Ｂサイトは酸素が６配位して８面体（オクタヘドロン）をつくっている。そして、このペロブスカイト構造のＡサイトにビスマス及びバリウムを含み、Ｂサイトに、鉄及びチタンを含む。
【００２７】
このようなＢｉ，Ｆｅ，Ｂａ及びＴｉを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物は、例えば、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物、または、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムが均一に固溶した固溶体として表される。なお、Ｘ線回折パターンにおいて、鉄酸ビスマスや、チタン酸バリウムは、単独では検出されないものである。
【００２８】
ここで、鉄酸ビスマスやチタン酸バリウムは、それぞれペロブスカイト構造を有する公知の圧電材料であり、それぞれ種々の組成のものが知られている。例えば、鉄酸ビスマスやチタン酸バリウムとして、ＢｉＦｅＯ３やＢａＴｉＯ３以外に、元素が一部欠損する又は過剰であったり、元素の一部が他の元素に置換されたものも知られているが、本発明で鉄酸ビスマス、チタン酸バリウムと表記した場合、基本的な特性が変わらない限り、欠損・過剰により化学量論の組成からずれたものや元素の一部が他の元素に置換されたものも、鉄酸ビスマス、チタン酸バリウムの範囲に含まれるものとする。
【００２９】
このようなペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電体層７０の組成は、例えば、下記一般式（１）で表される混晶として表される。また、この式（１）は、下記一般式（１’）で表すこともできる。ここで、一般式（１）及び一般式（１’）の記述は化学量論に基づく組成表記であり、上述したように、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成のずれは勿論、元素の一部置換等も許容される。例えば、化学量論比が１とすると、０．８５〜１．２０の範囲内のものは許容される。
【００３０】
（１−ｘ）[ＢｉＦｅＯ３]−ｘ[ＢａＴｉＯ３] （１）
（０＜ｘ≦０．４０）
（Ｂｉ１−ｘＢａｘ）（Ｆｅ１−ｘＴｉｘ） （１’）
（０＜ｘ≦０．４０）
【００３１】
また、圧電体層７０を構成する複合酸化物は、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉ以外の元素を含んでいてもよい。他の元素としては、Ｍｎ、Ｃｏ及びＣｒからなる群から選択される少なくとも一種が挙げられる。勿論、他の元素を含む複合酸化物である場合も、ペロブスカイト構造を有する必要がある。
【００３２】
また、圧電体層７０を構成する複合酸化物は、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉ以外の元素を含んでいてもよい。他の元素としては、例えば、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕなどの遷移金属元素が挙げられ、これらを２種以上含んでいてもよいが、Ｍｎ又はＣｏを含むのが特に好ましい。勿論、他の元素を含む複合酸化物である場合も、ペロブスカイト構造を有する必要がある。
【００３３】
圧電体層７０が、例えば、Ｍｎを含む場合、圧電体層７０を構成する複合酸化物は、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムが均一に固溶した固溶体のＦｅの一部がＭｎで置換された構造、又は、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物として表され、基本的な特性は鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と同じであるが、リーク特性が向上するものである。なお、Ｘ線回折パターンにおいて、鉄酸ビスマス、チタン酸バリウム、鉄酸マンガン酸ビスマスは、単独では検出されないものである。
【００３４】
また、上述した他の遷移金属を含む場合も同様に、Ｆｅの一部が遷移金属で置換された構造として表され、リーク特性が向上する。
【００３５】
このようなＢｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉに加えてＭｎなどの遷移金属元素を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電体層７０は、例えば、下記一般式（２）で表される混晶である。また、この式（２）は、下記一般式（２’）で表すこともできる。なお一般式（２）及び一般式（２’）において、Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕなどのような遷移金属元素である。ここで、一般式（２）及び一般式（２’）の記述は化学量論に基づく組成表記であり、上述したように、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成ずれは許容される。例えば、化学量論が１であれば、０．８５〜１．２０の範囲内のものは許容される。
【００３６】
（１−ｘ）[Ｂｉ（Ｆｅ１−ｙＭｙ）Ｏ３]−ｘ[ＢａＴｉＯ３] （２）
（０＜ｘ≦０．４０、０．０１≦ｙ≦０．１０）
（Ｂｉ１−ｘＢａｘ）（（Ｆｅ１−ｙＭｙ）１−ｘＴｉｘ） （２’）
（０＜ｘ≦０．４０、０．０１≦ｙ≦０．１０）
【００３７】
本実施形態では、圧電体層７０は、鉄酸マンガン酸チタン酸ビスマスバリウム（（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｆｅ，Ｍｎ，Ｔｉ）Ｏ３）、言い換えれば、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶として表されるペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなるものとした。このようなビスマス、バリウム、鉄、マンガン及びチタンを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物は、例えば下記一般式（３）で表される組成比であることが好ましい。ただし、一般式（３）の記述は化学量論に基づく組成表記であり、元素拡散、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成ずれは許容される。
【００３８】
［（１−ｘ）｛Ｂｉ（Ｆｅ１−ａ，Ｍｎａ）Ｏ３｝−ｘ｛ＢａＴｉＯ３｝］ （３）
（０．１０＜ｘ≦０．４０、０．０１≦ａ≦０．１０）
【００３９】
このような圧電素子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、弾性膜５０上や必要に応じて設ける絶縁体膜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。
【００４０】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、弾性膜５０や必要に応じて設ける絶縁体膜及びリード電極９０上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成するマニホールド部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。このマニホールド部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１０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マニホールド１００を構成している。上述した例では、マニホールド部３１及び連通部１３がマニホールド１００として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、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、マニホールド部３１のみをマニホールドとしてもよい。また、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、必要に応じて設ける絶縁体膜等）にマニホールド１００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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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１２０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ー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００４５】
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によってマニホールド部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のマニホールド１００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、マニホールド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。
【００４６】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、図示しない外部の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、マニホールド１００からノズル開口２１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、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。
【００４７】
次に、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法の一例について、図３〜図７を参照して説明する。なお、図３〜図７は、圧力発生室の長手方向（第２方向）の断面図である。
【００４８】
まず、図３（ａ）に示すように、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）等からなる二酸化シリコン膜を熱酸化等で形成する。次いで、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコ
ン膜）上に、酸化チタン等からなる密着層５６を、スパッタリング法や熱酸化法等を用い
て形成する。
【００４９】
次に、図４（ａ）に示すように、密着層５６上の全面に亘って第１電極６０を形成する。具体的には、密着層５６上に、スパッタリング法や蒸着法により、例えば、白金、イリジウム、酸化イリジウム又はこれらの積層構造等からなる白金からなる第１電極６０を形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、第１電極６０上に所定形状のレジスト（図示無し）をマスクとして、密着層５６及び第１電極６０の側面が傾斜するように同時にパターニングする。
【００５０】
次いで、レジストを剥離した後、第１電極６０上（及び密着層５６）に、圧電体層７０を積層する。このとき、圧電体層７０が、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有し、前記ピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に１本以上有するものとなるようにする。ここで、圧電体層７０が、Ｘ線光電子分光測定において、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークが上述したものとなるようにする方法について説明する。Ｘ線光電子分光測定における前記ピークは、例えば、複合酸化物を構成する元素の組成比の変更、圧電体層７０を形成する際の焼成時間・焼成温度の調整、焼成雰囲気の変更等により、調整することができる。すなわち、これらの条件を適宜変更することにより、Ｘ線光電子分光測定において、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークが上述したもの条件を満たすものとなるようにすればよい。
【００５１】
圧電体層７０の製造方法は特に限定されないが、例えば、Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｔｉを含む金属錯体を溶媒に溶解・分散した溶液を塗布乾燥し、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（圧電体膜）を得るＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やゾル−ゲル法等の化学溶液法を用いて圧電体層７０を製造できる。その他、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法（ＰＬＤ法）、ＣＶＤ法、エアロゾル・デポジション法など、液相法でも固相法でも気相法でも圧電体層７０を製造することができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、ＭＯＤ法やゾル−ゲル法等の化学溶液法を用いて、圧電体層７０を製造した。具体的には、まず、図４（ｃ）に示すように、第１電極６０上に、金属錯体、具体的には、Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｔｉを含有する金属錯体を、所定の割合で含むゾルやＭＯＤ溶液（前駆体溶液）をスピンコート法などを用いて、塗布して圧電体前駆体膜７１を形成する（塗布工程）。
【００５３】
本実施形態のように、ビスマス、鉄、マンガン、バリウム、及びチタンを含むペロブスカイト型構造の複合酸化物からなる圧電体層７０を形成する場合は、塗布する前駆体溶液は、焼成によりビスマス、鉄、マンガン、バリウム、及びチタンを含む複合酸化物を形成しうる金属錯体混合物を、有機溶媒に溶解または分散させたものである。かかる金属錯体混合物は、複合酸化物を構成する金属のうち一以上の金属を含む金属錯体の混合物であり、Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｔｉの各金属が所望のモル比となるように金属錯体が混合されている。すなわち、本実施形態では、Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｔｉをそれぞれ含む金属錯体の混合割合は、Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｔｉの各金属が所望の鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムの混晶として表される複合酸化物となるような割合となるようにする。本実施形態の圧電体層７０は、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶として表されるペロブスカイト型構造を有するものであるが、チタン酸バリウムの割合を変化させることにより、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークを変化させることができる。なお、複合酸化物におけるマンガンの有無やマンガンの割合は、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークにほとんど影響を与えない。
【００５４】
Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｔｉをそれぞれ含む金属錯体としては、例えば、アルコキシド、有機酸塩、βジケトン錯体などを用いることができる。Ｂｉを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸ビスマス、酢酸ビスマスなどが挙げられる。Ｆｅを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸鉄、酢酸鉄などが挙げられる。Ｍｎを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸マンガン、酢酸マンガンなどが挙げられる。Ｂａを含む金属錯体としては、例えばバリウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸バリウム、バリウムアセチルアセトナートなどが挙げられる。Ｔｉを含有する金属錯体としては、例えばチタニウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸チタン、チタン（ジ−ｉ−プロポキシド）ビス（アセチルアセトナート）などが挙げられる。勿論、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｔｉを二種以上含む金属錯体を用いてもよい。
【００５５】
また、溶媒は、金属錯体混合物を溶解又は分散させるものであればよく、特に限定されないが、例えば、トルエン、キシレン、オクタン、エチレングリコール、２−メトキシエタノール、ブタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸、水等の様々な溶媒が挙げられる。勿論、これらを２種以上用いてもよい。
【００５６】
次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度（例えば１３０〜２００℃）に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。次に、乾燥した圧電体前駆体膜７１を所定温度（例えば３５０〜４５０℃）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）。ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７１に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等として離脱させることである。乾燥工程や脱脂工程の雰囲気は限定されず、大気中、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。なお、塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程を複数回行ってもよい。
【００５７】
次に、図５（ａ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定温度、例えば６００〜８５０℃程度に加熱して、一定時間、例えば、１〜１０分間保持することによって結晶化させ、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶として表される複合酸化物を含む圧電材料からなる圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。この焼成工程においても、雰囲気は限定されず、大気中、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。ここで、焼成温度を変化させることにより、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークを変化させることができる。また、焼成時間を変化させることによっても、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークを変化させることができる。
【００５８】
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、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置やホットプレート等が挙げられる。
【００５９】
次いで、レジストを剥離した後、上述した塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程や、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を所望の膜厚等に応じて複数回繰り返して複数の圧電体膜７２を形成する。これにより、図５（ｂ）に示すように複数層の圧電体膜７２からなる所定厚さの圧電体層７０が形成される。なお、複数の圧電体膜７２を形成する際には、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を順に行って積層していってもよいが、塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程を繰り返し行った後、複数層をまとめて焼成するようにしてもよい。また、本実施形態では、圧電体膜７２を積層して設けたが、１層のみでもよい。
【００６０】
このように圧電体層７０を形成した後は、図６（ａ）に示すように、圧電体層７０上に白金等からなる第２電極８０をスパッタリング法等で形成し、各圧力発生室１２に対向する領域に圧電体層７０及び第２電極８０を同時にパターニングして、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０からなる圧電素子３００を形成する。なお、圧電体層７０と第２電極８０とのパターニングでは、所定形状に形成したレジスト（図示なし）を介してドライエッチングすることにより一括して行うことができる。その後、必要に応じて、６００℃〜８００℃の温度域でポストアニールを行ってもよい。これにより、圧電体層７０と第１電極６０や第２電極８０との良好な界面を形成することができ、かつ、圧電体層７０の結晶性を改善することができる。
【００６１】
次に、図６（ｂ）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３００毎にパターニングする。
【００６２】
次に、図６（ｃ）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を介して接合した後に、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚さに薄くする。
【００６３】
次に、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０上に、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。
【００６４】
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とは反対側の面のマスク膜５２を除去した後にノズル開口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Ｉとする。
【００６６】
以下、実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６７】
（実施例１）
まず、（１１０）に配向した単結晶シリコン基板の表面に熱酸化により膜厚１１７０ｎｍの二酸化シリコン膜を形成した。次に、二酸化シリコン膜上にＲＦマグネトロンスパッタ法により膜厚４０ｎｍのチタン膜を形成し、熱酸化することで酸化チタン膜を形成した。次に、酸化チタン膜上にＲＦマグネトロンスパッタ法により膜厚１００ｎｍの白金膜を形成し、（１１１）に配向した第１電極６０とした。
【００６８】
また、２−エチルへキサン酸ビスマス、２−エチルへキサン酸鉄、２−エチルへキサン酸バリウム、２−エチルへキサン酸チタン、２−エチルへキサン酸マンガンのｎ−オクタン溶液を混合し、Ｂｉ：Ｂａ：Ｆｅ：Ｔｉ：Ｍｎのモル比が７５：２５：７１．２５：２５：３．７５となるようにして、前駆体溶液を調整した。
【００６９】
次いで、この前駆体溶液を酸化チタン膜及び第１電極６０が形成された上記基板上に滴下し、５００ｒｐｍで５秒間回転後、３０００ｒｐｍで基板を２０秒回転させてスピンコート法により圧電体前駆体膜を形成した（塗布工程）。次に、ホットプレート上に基板を載せ、１８０℃で２分間乾燥した（乾燥工程）。次いで、ホットプレート上に基板を載せ、３５０℃で２分間脱脂を行った（脱脂工程）。この塗布工程・乾燥及び脱脂工程からなる工程を３回繰り返した後に、酸素雰囲気中で、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置で８００℃、５分間焼成を行った（焼成工程）。
【００７０】
次いで、上記の工程を４回繰り返し、計１２回の塗布により全体で厚さ９００ｎｍの圧電体層７０を形成した。
【００７１】
その後、圧電体層７０上に、第２電極８０としてＤＣスパッタ法により膜厚１００ｎｍの白金膜を形成した後、ＲＴＡを用いてＯ２フローのもと８００℃で５分間焼成を行うことで、圧電素子を形成した。
【００７２】
（実施例２）
焼成温度を７５０℃とした以外は実施例１と同様にして、実施例２の圧電素子を形成した。
【００７３】
（比較例１）
焼成温度を７００℃とした以外は実施例１と同様にして、比較例１の圧電素子を形成した。
【００７４】
（比較例２）
前駆体溶液がＢｉ：Ｂａ：Ｆｅ：Ｔｉ：Ｍｎのモル比が７５：２５：７２．７５：２５：２．２５となるようにし、焼成温度を７００℃とした以外は実施例１と同様にして、比較例２の圧電素子を形成した。
【００７５】
（比較例３）
２−エチルへキサン酸マンガンを添加せず、前駆体溶液がＢｉ：Ｂａ：Ｆｅ：Ｔｉのモル比が７５：２５：７５：２５となるようにし、焼成温度を７００℃とした以外は実施例１と同様にして、比較例３の圧電素子を形成した。
【００７６】
（試験例１）
Ｘ線光電子分光装置（ＸＰＳ；サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、ＥＳＣＡＬＡＢ２５０）を用いて、実施例１〜２及び比較例１〜３の圧電体層の表面分析を行いＢａ ３ｄ５軌道に起因するピークを求めた。ＸＰＳでの操作条件は、単色Ａｌ−Ｋα（１４８６．６ｅＶ）、１５０Ｗ（１５ｋＶ、１０ｍＡ）、分析径５００μｍφとし、パスエネルギー２０ｅＶで試料がチャージアップしないように試料ホルダーに設置し、中和電子銃をつけず測定した。また、標準はＣ １ｓ軌道に起因するピークを結合エネルギー２８４．８ｅＶとした。なお、実施例１〜２及び比較例１〜３の圧電体層は、第２電極８０を形成する前のものであり、作製後４０日後のものとした。実施例１及び２、並びに比較例１の圧電体層について、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークとガウス関数を用いて分離したピークとを図８〜１０に示す。また、比較例２及び３の圧電体層の結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを図１１に示す。
【００７７】
図８及び図９に示すように、実施例１及び実施例２の圧電体層は、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有し、前記ピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に有するものであった。
【００７８】
これに対し、図１０に示すように、比較例１の圧電体層は、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有するものであったが、このピークの低結合エネルギー側に、前記ピークよりも強度の高いピークを有するものであった。
【００７９】
また、図１１に示すように、比較例２及び３は、ピーク位置に変化がほとんどなく、図１１には図示しないが、ピーク分離した際の各ピークの位置及び各ピークの強度にほとんど変化がなかった。これより、マンガンの組成比の変化により、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークの変化はほとんどないことが確認された。
【００８０】
（試験例２）
実施例１〜２及び比較例１の各圧電素子について、アグザクト社製の変位測定装置（ＤＢＬＩ）を用い室温で、φ＝５００μｍの電極パターンを使用し、周波数１ｋＨｚの電圧を印加して、Ｓ（電界誘起歪（変位量））−Ｖ（電圧）の関係を求めた。結果を図１２に示す。
【００８１】
図１２に示すように、比較例１と比較して、実施例１及び実施例２は、変位量が高く、液体噴射ヘッドとして十分な変位量を示すものであった。すなわち、実施例１〜２は、変位量が高いものであることがわかった。
【００８２】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
【００８３】
さらに、上述した実施形態では、基板（流路形成基板１０）上に第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を順次積層した圧電素子３００を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子にも本発明を適用することができる。
【００８４】
また、これら実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１３は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００８５】
図１３に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、インクジェット式記録ヘッドＩを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００８６】
そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００８７】
なお、上述した実施形態では、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、液晶ディスプレイ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ディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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。
【００８８】
また、本発明にかかる圧電素子は、液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子に限定されず、その他のデバイスにも用いることができる。その他のデバイスとしては、例えば、超音波発信器等の超音波デバイス、超音波モーター、温度−電気変換器、圧力−電気変換器、強誘電体トランジスター、圧電トランス、赤外線等の有害光線の遮断フィルター、量子ドット形成によるフォトニック結晶効果を使用した光学フィルター、薄膜の光干渉を利用した光学フィルター等のフィルターなどが挙げられる。また、センサーとして用いられる圧電素子、強誘電体メモリーとして用いられる圧電素子にも本発明は適用可能である。圧電素子が用いられるセンサーとしては、例えば、赤外線センサー、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、及びジャイロセンサー（角速度センサー）等が挙げられる。
【符号の説明】
【００８９】
Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ＩＩ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ マニホールド部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ マニホールド、 １２０ 駆動回路、 ３００ 圧電素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電材料からなる圧電体層及び電極を有する圧電素子を具備しノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子としては、電気的機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した誘電材料からなる圧電体層を、２つの電極で挟んで構成されたものがある。このような圧電素子は、例えば撓み振動モードのアクチュエーター装置として液体噴射ヘッドに搭載される。ここで、液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴として吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。
【０００３】
このような圧電素子を構成する圧電体層として用いられる圧電材料には高い圧電特性が求められており、圧電材料の代表例として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が挙げられる（特許文献１参照）。しかしながら、チタン酸ジルコン酸鉛には鉛が含まれており、環境問題の観点から、鉛を含有しない圧電材料が求められている。そこで、鉛を含有しない圧電材料としてビスマス系の圧電材料、例えば、ビスマス及び鉄を含む鉄酸ビスマス系（ＢｉＦｅＯ３系）のペロブスカイト型構造を有する圧電材料が提案されている。具体例としては、Ｂｉ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ３等の鉄酸マンガン酸ビスマスとＢａＴｉＯ３等のチタン酸バリウムとの混晶として表される複合酸化物がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２３４０４号公報
【特許文献２】特開２００９−２５２７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような複合酸化物からなる圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛と比較すると変位特性が低いという問題があった。このため、より変位特性の高いものが求められている。
【０００６】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在し、また、液体噴射ヘッド以外に用いられる圧電素子においても同様に存在する。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、環境負荷が小さく且つ変位特性の高い液体噴射ヘッド、液体噴射装置、及び圧電素子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】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の態様は、圧電体層と、前記圧電体層に設けられた電極と、を具備する圧電素子を備えた液体噴射ヘッドであって、前記圧電体層は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有すると共に、前記ピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に１本以上有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、圧電体層が結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において所定のピークを有するものとすることにより、変位特性の高い圧電素子となる。さらに、鉛の含有量を抑えられるため、環境への負荷を低減することができる。
【０００９】
また、前記複合酸化物は、マンガン、コバルト、クロム、ニッケル、及び銅からなる群から選択される少なくとも１つをさらに含むのが好ましい。これによれば、リーク電流の発生を抑制した圧電体層とすることができる。
【００１０】
本発明の他の態様は、上記液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、環境への負荷を低減し且つ変位特性の高い圧電素子を具備するため、信頼性に優れた液体噴射装置を実現することができる。
【００１１】
本発明の他の態様は、圧電体層と、前記圧電体層に設けられた電極と、を具備し、前記圧電体層は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有すると共に、前記ピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に１本以上有することを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、圧電体層が結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において所定のピークを有するものとすることにより、変位特性の高い圧電素子となる。さらに、鉛の含有量を抑えられるため、環境への負荷を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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工程を示す断面図。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図８】実施例１のＢａ ３ｄ５に起因するピークを示す図。
【図９】実施例２のＢａ ３ｄ５に起因するピークを示す図。
【図１０】比較例１のＢａ ３ｄ５に起因するピークを示す図。
【図１１】比較例２及び３のＢａ ３ｄ５に起因するピークを示す図。
【図１２】各実施例及び比較例１の印加電圧と変位量との関係を示す図。
【図１３】本発明の一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態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分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′線断面図である。
【００１４】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には、振動板を構成する二酸化シリコンからなる厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００１５】
流路形成基板１０には、一方の面とは反対側の面となる他方面側から異方性エッチングすることにより、圧力発生室１２が形成されている。そして、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１方向と称し、これと直交する方向を第２方向と称する。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の第２方向の一端部側には、インク供給路１４と連通路１５とが隔壁１１によって区画されている。また、連通路１５の一端には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１３が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、インク供給路１４、連通路１５及び連通部１３からなる液体流路が設けられている。
【００１６】
インク供給路１４は、圧力発生室１２の第２方向一端部側に連通し且つ圧力発生室１２より小さい断面積を有する。例えば、本実施形態では、インク供給路１４は、マニホールド１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、このように、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。さらに、各連通路１５は、インク供給路１４の圧力発生室１２とは反対側に連通し、インク供給路１４の幅方向（第１方向）より大きい断面積を有する。本実施形態では、連通路１５を圧力発生室１２と幅方向（第１方向）の断面積が同じとなるように形成した。
【００１７】
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、ステンレス鋼等からなる。
【００１８】
一方、図２（ｂ）に示すように、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、例えば厚さ３０〜５０ｎｍ程度の酸化チタン等からなり、弾性膜５０等の第１電極６０の下地との密着性を向上させるための密着層５６が設けられている。本実施形態においては、密着層５６として酸化チタンを用いたが、密着層５６の材質は第１電極６０とその下地の種類等により異なるが、例えば、ジルコニウム、アルミニウムを含む酸化物や窒化物や、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣｅＯ２等とすることができる。なお、弾性膜５０上に、必要に応じて酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜が設けられていてもよい。
【００１９】
さらに密着層５６上には、第１電極６０と、第１電極６０の上方に設けられて厚さが３μｍ以下、好ましくは０．３〜１．５μｍの薄膜である圧電体層７０と、圧電体層７０の上方に設けられた第２電極８０とが、積層形成されて、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段としての圧電素子３００を構成している。なお、ここでいう上方とは、直上も、間に他の部材が介在した状態も含むものである。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３００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。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、変位可能に設けられた圧電素子３００を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、密着層５６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及び密着層５６を設けずに、第１電極６０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。
【００２０】
そして、圧電体層７０は、ビスマス（Ｂｉ）、バリウム（Ｂａ）、鉄（Ｆｅ）、及びチタン（Ｔｉ）を含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有すると共に、前記ピークよりも強度が低いピークを低結合エネルギー側に有するものである。
【００２１】
上述したように、圧電体層７０は、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有し、このピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に１本以上有するものである。Ｘ線光電子分光測定においてこのようなピークを示す分子状態の複合酸化物からなる圧電体層７０は、変位特性の高いものとすることができる。言い換えれば、本発明は、圧電体層７０が、Ｘ線光電子分光測定において結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、所定の範囲内にピークを有し且つそのピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に１本以上有するものとなるようにすることにより、高い変位特性を実現したものである。
【００２２】
この圧電体層７０は、上述したピーク分離をしたとき、７８０．５±０．８ｅＶよりも高結合エネルギー側及び低結合エネルギー側のいずれにおいても、７８０．５±０．８ｅＶの範囲のピークよりも強度が高いピークはないものである。すなわち、圧電体層７０は、上述したピーク分離をしたとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有すると共に、このピークよりも低結合エネルギー側に位置する１本以上のピークを有し、７８０．５±０．８ｅＶのピークの強度が最も高いものとなっているものである。なお、上述したピーク分離をしたときに、７８０．５±０．８ｅＶのピークよりも低結合エネルギー側や高結合エネルギー側に７８０．５±０．８ｅＶのピークよりも強度の高いピークを有する場合は、変位特性が低下してしまう。
【００２３】
ここで、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークは、Ｂａ ３ｄ５に起因するピーク、すなわち、バリウム（Ｂａ）の３ｄ５軌道に起因するピークである。また、本発明において「７８０．５±０．８ｅＶにピークを有する」とは、最大強度の位置が７８０．５±０．８ｅＶにあるピークを有することを指す。
【００２４】
結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークは、例えば、複合酸化物を構成する元素の組成比の変更、圧電体層７０を形成する際の焼成時間・焼成温度の調整、焼成雰囲気の変更等により、調整することができる。したがって、圧電体層７０を備える圧電素子３００は、所定の条件下で作製した圧電体層７０が、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークが上述した条件を満たすものであるか否かを予め測定により確かめた後に量産するようにすればよい。
【００２５】
また、Ｘ線光電子分光測定は、市販のＸ線光電子分光装置により測定すればよく、例えば、励起Ｘ線としてＡｌのＫα線を用いて測定することができる。本実施形態では、Ｘ線光電子分光装置（ＸＰＳ；サーモフィッシャーサイエンティフィック社製，ＥＳＣＡＬＡＢ２５０）により、励起Ｘ線として単色Ａｌ−Ｋα（１４８６．６ｅＶ）を用いて測定を行った。
【００２６】
また、複合酸化物は、上述したように、ペロブスカイト型構造、すなわち、ＡＢＯ３型構造であり、この構造のＡサイトは酸素が１２配位しており、また、Ｂサイトは酸素が６配位して８面体（オクタヘドロン）をつくっている。そして、このペロブスカイト構造のＡサイトにビスマス及びバリウムを含み、Ｂサイトに、鉄及びチタンを含む。
【００２７】
このようなＢｉ，Ｆｅ，Ｂａ及びＴｉを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物は、例えば、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物、または、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムが均一に固溶した固溶体として表される。なお、Ｘ線回折パターンにおいて、鉄酸ビスマスや、チタン酸バリウムは、単独では検出されないものである。
【００２８】
ここで、鉄酸ビスマスやチタン酸バリウムは、それぞれペロブスカイト構造を有する公知の圧電材料であり、それぞれ種々の組成のものが知られている。例えば、鉄酸ビスマスやチタン酸バリウムとして、ＢｉＦｅＯ３やＢａＴｉＯ３以外に、元素が一部欠損する又は過剰であったり、元素の一部が他の元素に置換されたものも知られているが、本発明で鉄酸ビスマス、チタン酸バリウムと表記した場合、基本的な特性が変わらない限り、欠損・過剰により化学量論の組成からずれたものや元素の一部が他の元素に置換されたものも、鉄酸ビスマス、チタン酸バリウムの範囲に含まれるものとする。
【００２９】
このようなペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電体層７０の組成は、例えば、下記一般式（１）で表される混晶として表される。また、この式（１）は、下記一般式（１’）で表すこともできる。ここで、一般式（１）及び一般式（１’）の記述は化学量論に基づく組成表記であり、上述したように、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成のずれは勿論、元素の一部置換等も許容される。例えば、化学量論比が１とすると、０．８５〜１．２０の範囲内のものは許容される。
【００３０】
（１−ｘ）[ＢｉＦｅＯ３]−ｘ[ＢａＴｉＯ３] （１）
（０＜ｘ≦０．４０）
（Ｂｉ１−ｘＢａｘ）（Ｆｅ１−ｘＴｉｘ） （１’）
（０＜ｘ≦０．４０）
【００３１】
また、圧電体層７０を構成する複合酸化物は、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉ以外の元素を含んでいてもよい。他の元素としては、Ｍｎ、Ｃｏ及びＣｒからなる群から選択される少なくとも一種が挙げられる。勿論、他の元素を含む複合酸化物である場合も、ペロブスカイト構造を有する必要がある。
【００３２】
また、圧電体層７０を構成する複合酸化物は、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉ以外の元素を含んでいてもよい。他の元素としては、例えば、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕなどの遷移金属元素が挙げられ、これらを２種以上含んでいてもよいが、Ｍｎ又はＣｏを含むのが特に好ましい。勿論、他の元素を含む複合酸化物である場合も、ペロブスカイト構造を有する必要がある。
【００３３】
圧電体層７０が、例えば、Ｍｎを含む場合、圧電体層７０を構成する複合酸化物は、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムが均一に固溶した固溶体のＦｅの一部がＭｎで置換された構造、又は、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物として表され、基本的な特性は鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と同じであるが、リーク特性が向上するものである。なお、Ｘ線回折パターンにおいて、鉄酸ビスマス、チタン酸バリウム、鉄酸マンガン酸ビスマスは、単独では検出されないものである。
【００３４】
また、上述した他の遷移金属を含む場合も同様に、Ｆｅの一部が遷移金属で置換された構造として表され、リーク特性が向上する。
【００３５】
このようなＢｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉに加えてＭｎなどの遷移金属元素を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電体層７０は、例えば、下記一般式（２）で表される混晶である。また、この式（２）は、下記一般式（２’）で表すこともできる。なお一般式（２）及び一般式（２’）において、Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕなどのような遷移金属元素である。ここで、一般式（２）及び一般式（２’）の記述は化学量論に基づく組成表記であり、上述したように、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成ずれは許容される。例えば、化学量論が１であれば、０．８５〜１．２０の範囲内のものは許容される。
【００３６】
（１−ｘ）[Ｂｉ（Ｆｅ１−ｙＭｙ）Ｏ３]−ｘ[ＢａＴｉＯ３] （２）
（０＜ｘ≦０．４０、０．０１≦ｙ≦０．１０）
（Ｂｉ１−ｘＢａｘ）（（Ｆｅ１−ｙＭｙ）１−ｘＴｉｘ） （２’）
（０＜ｘ≦０．４０、０．０１≦ｙ≦０．１０）
【００３７】
本実施形態では、圧電体層７０は、鉄酸マンガン酸チタン酸ビスマスバリウム（（Ｂｉ，Ｂａ）（Ｆｅ，Ｍｎ，Ｔｉ）Ｏ３）、言い換えれば、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶として表されるペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなるものとした。このようなビスマス、バリウム、鉄、マンガン及びチタンを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物は、例えば下記一般式（３）で表される組成比であることが好ましい。ただし、一般式（３）の記述は化学量論に基づく組成表記であり、元素拡散、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成ずれは許容される。
【００３８】
［（１−ｘ）｛Ｂｉ（Ｆｅ１−ａ，Ｍｎａ）Ｏ３｝−ｘ｛ＢａＴｉＯ３｝］ （３）
（０．１０＜ｘ≦０．４０、０．０１≦ａ≦０．１０）
【００３９】
このような圧電素子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、弾性膜５０上や必要に応じて設ける絶縁体膜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。
【００４０】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、弾性膜５０や必要に応じて設ける絶縁体膜及びリード電極９０上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成するマニホールド部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。このマニホールド部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１０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マニホールド１００を構成している。上述した例では、マニホールド部３１及び連通部１３がマニホールド１００として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、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、マニホールド部３１のみをマニホールドとしてもよい。また、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、必要に応じて設ける絶縁体膜等）にマニホールド１００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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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１２０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ー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００４５】
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によってマニホールド部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のマニホールド１００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、マニホールド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。
【００４６】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、図示しない外部の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、マニホールド１００からノズル開口２１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、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。
【００４７】
次に、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法の一例について、図３〜図７を参照して説明する。なお、図３〜図７は、圧力発生室の長手方向（第２方向）の断面図である。
【００４８】
まず、図３（ａ）に示すように、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）等からなる二酸化シリコン膜を熱酸化等で形成する。次いで、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコ
ン膜）上に、酸化チタン等からなる密着層５６を、スパッタリング法や熱酸化法等を用い
て形成する。
【００４９】
次に、図４（ａ）に示すように、密着層５６上の全面に亘って第１電極６０を形成する。具体的には、密着層５６上に、スパッタリング法や蒸着法により、例えば、白金、イリジウム、酸化イリジウム又はこれらの積層構造等からなる白金からなる第１電極６０を形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、第１電極６０上に所定形状のレジスト（図示無し）をマスクとして、密着層５６及び第１電極６０の側面が傾斜するように同時にパターニングする。
【００５０】
次いで、レジストを剥離した後、第１電極６０上（及び密着層５６）に、圧電体層７０を積層する。このとき、圧電体層７０が、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有し、前記ピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に１本以上有するものとなるようにする。ここで、圧電体層７０が、Ｘ線光電子分光測定において、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークが上述したものとなるようにする方法について説明する。Ｘ線光電子分光測定における前記ピークは、例えば、複合酸化物を構成する元素の組成比の変更、圧電体層７０を形成する際の焼成時間・焼成温度の調整、焼成雰囲気の変更等により、調整することができる。すなわち、これらの条件を適宜変更することにより、Ｘ線光電子分光測定において、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークが上述したもの条件を満たすものとなるようにすればよい。
【００５１】
圧電体層７０の製造方法は特に限定されないが、例えば、Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｔｉを含む金属錯体を溶媒に溶解・分散した溶液を塗布乾燥し、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（圧電体膜）を得るＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やゾル−ゲル法等の化学溶液法を用いて圧電体層７０を製造できる。その他、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法（ＰＬＤ法）、ＣＶＤ法、エアロゾル・デポジション法など、液相法でも固相法でも気相法でも圧電体層７０を製造することができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、ＭＯＤ法やゾル−ゲル法等の化学溶液法を用いて、圧電体層７０を製造した。具体的には、まず、図４（ｃ）に示すように、第１電極６０上に、金属錯体、具体的には、Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｔｉを含有する金属錯体を、所定の割合で含むゾルやＭＯＤ溶液（前駆体溶液）をスピンコート法などを用いて、塗布して圧電体前駆体膜７１を形成する（塗布工程）。
【００５３】
本実施形態のように、ビスマス、鉄、マンガン、バリウム、及びチタンを含むペロブスカイト型構造の複合酸化物からなる圧電体層７０を形成する場合は、塗布する前駆体溶液は、焼成によりビスマス、鉄、マンガン、バリウム、及びチタンを含む複合酸化物を形成しうる金属錯体混合物を、有機溶媒に溶解または分散させたものである。かかる金属錯体混合物は、複合酸化物を構成する金属のうち一以上の金属を含む金属錯体の混合物であり、Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｔｉの各金属が所望のモル比となるように金属錯体が混合されている。すなわち、本実施形態では、Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｔｉをそれぞれ含む金属錯体の混合割合は、Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｔｉの各金属が所望の鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムの混晶として表される複合酸化物となるような割合となるようにする。本実施形態の圧電体層７０は、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶として表されるペロブスカイト型構造を有するものであるが、チタン酸バリウムの割合を変化させることにより、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークを変化させることができる。なお、複合酸化物におけるマンガンの有無やマンガンの割合は、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークにほとんど影響を与えない。
【００５４】
Ｂｉ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｂａ，Ｔｉをそれぞれ含む金属錯体としては、例えば、アルコキシド、有機酸塩、βジケトン錯体などを用いることができる。Ｂｉを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸ビスマス、酢酸ビスマスなどが挙げられる。Ｆｅを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸鉄、酢酸鉄などが挙げられる。Ｍｎを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸マンガン、酢酸マンガンなどが挙げられる。Ｂａを含む金属錯体としては、例えばバリウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸バリウム、バリウムアセチルアセトナートなどが挙げられる。Ｔｉを含有する金属錯体としては、例えばチタニウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸チタン、チタン（ジ−ｉ−プロポキシド）ビス（アセチルアセトナート）などが挙げられる。勿論、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｔｉを二種以上含む金属錯体を用いてもよい。
【００５５】
また、溶媒は、金属錯体混合物を溶解又は分散させるものであればよく、特に限定されないが、例えば、トルエン、キシレン、オクタン、エチレングリコール、２−メトキシエタノール、ブタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、酢酸、水等の様々な溶媒が挙げられる。勿論、これらを２種以上用いてもよい。
【００５６】
次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度（例えば１３０〜２００℃）に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。次に、乾燥した圧電体前駆体膜７１を所定温度（例えば３５０〜４５０℃）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）。ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７１に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等として離脱させることである。乾燥工程や脱脂工程の雰囲気は限定されず、大気中、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。なお、塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程を複数回行ってもよい。
【００５７】
次に、図５（ａ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定温度、例えば６００〜８５０℃程度に加熱して、一定時間、例えば、１〜１０分間保持することによって結晶化させ、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶として表される複合酸化物を含む圧電材料からなる圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。この焼成工程においても、雰囲気は限定されず、大気中、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。ここで、焼成温度を変化させることにより、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークを変化させることができる。また、焼成時間を変化させることによっても、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークを変化させることができる。
【００５８】
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、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置やホットプレート等が挙げられる。
【００５９】
次いで、レジストを剥離した後、上述した塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程や、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を所望の膜厚等に応じて複数回繰り返して複数の圧電体膜７２を形成する。これにより、図５（ｂ）に示すように複数層の圧電体膜７２からなる所定厚さの圧電体層７０が形成される。なお、複数の圧電体膜７２を形成する際には、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を順に行って積層していってもよいが、塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程を繰り返し行った後、複数層をまとめて焼成するようにしてもよい。また、本実施形態では、圧電体膜７２を積層して設けたが、１層のみでもよい。
【００６０】
このように圧電体層７０を形成した後は、図６（ａ）に示すように、圧電体層７０上に白金等からなる第２電極８０をスパッタリング法等で形成し、各圧力発生室１２に対向する領域に圧電体層７０及び第２電極８０を同時にパターニングして、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０からなる圧電素子３００を形成する。なお、圧電体層７０と第２電極８０とのパターニングでは、所定形状に形成したレジスト（図示なし）を介してドライエッチングすることにより一括して行うことができる。その後、必要に応じて、６００℃〜８００℃の温度域でポストアニールを行ってもよい。これにより、圧電体層７０と第１電極６０や第２電極８０との良好な界面を形成することができ、かつ、圧電体層７０の結晶性を改善することができる。
【００６１】
次に、図６（ｂ）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３００毎にパターニングする。
【００６２】
次に、図６（ｃ）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を介して接合した後に、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚さに薄くする。
【００６３】
次に、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０上に、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。
【００６４】
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とは反対側の面のマスク膜５２を除去した後にノズル開口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Ｉとする。
【００６６】
以下、実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６７】
（実施例１）
まず、（１１０）に配向した単結晶シリコン基板の表面に熱酸化により膜厚１１７０ｎｍの二酸化シリコン膜を形成した。次に、二酸化シリコン膜上にＲＦマグネトロンスパッタ法により膜厚４０ｎｍのチタン膜を形成し、熱酸化することで酸化チタン膜を形成した。次に、酸化チタン膜上にＲＦマグネトロンスパッタ法により膜厚１００ｎｍの白金膜を形成し、（１１１）に配向した第１電極６０とした。
【００６８】
また、２−エチルへキサン酸ビスマス、２−エチルへキサン酸鉄、２−エチルへキサン酸バリウム、２−エチルへキサン酸チタン、２−エチルへキサン酸マンガンのｎ−オクタン溶液を混合し、Ｂｉ：Ｂａ：Ｆｅ：Ｔｉ：Ｍｎのモル比が７５：２５：７１．２５：２５：３．７５となるようにして、前駆体溶液を調整した。
【００６９】
次いで、この前駆体溶液を酸化チタン膜及び第１電極６０が形成された上記基板上に滴下し、５００ｒｐｍで５秒間回転後、３０００ｒｐｍで基板を２０秒回転させてスピンコート法により圧電体前駆体膜を形成した（塗布工程）。次に、ホットプレート上に基板を載せ、１８０℃で２分間乾燥した（乾燥工程）。次いで、ホットプレート上に基板を載せ、３５０℃で２分間脱脂を行った（脱脂工程）。この塗布工程・乾燥及び脱脂工程からなる工程を３回繰り返した後に、酸素雰囲気中で、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置で８００℃、５分間焼成を行った（焼成工程）。
【００７０】
次いで、上記の工程を４回繰り返し、計１２回の塗布により全体で厚さ９００ｎｍの圧電体層７０を形成した。
【００７１】
その後、圧電体層７０上に、第２電極８０としてＤＣスパッタ法により膜厚１００ｎｍの白金膜を形成した後、ＲＴＡを用いてＯ２フローのもと８００℃で５分間焼成を行うことで、圧電素子を形成した。
【００７２】
（実施例２）
焼成温度を７５０℃とした以外は実施例１と同様にして、実施例２の圧電素子を形成した。
【００７３】
（比較例１）
焼成温度を７００℃とした以外は実施例１と同様にして、比較例１の圧電素子を形成した。
【００７４】
（比較例２）
前駆体溶液がＢｉ：Ｂａ：Ｆｅ：Ｔｉ：Ｍｎのモル比が７５：２５：７２．７５：２５：２．２５となるようにし、焼成温度を７００℃とした以外は実施例１と同様にして、比較例２の圧電素子を形成した。
【００７５】
（比較例３）
２−エチルへキサン酸マンガンを添加せず、前駆体溶液がＢｉ：Ｂａ：Ｆｅ：Ｔｉのモル比が７５：２５：７５：２５となるようにし、焼成温度を７００℃とした以外は実施例１と同様にして、比較例３の圧電素子を形成した。
【００７６】
（試験例１）
Ｘ線光電子分光装置（ＸＰＳ；サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、ＥＳＣＡＬＡＢ２５０）を用いて、実施例１〜２及び比較例１〜３の圧電体層の表面分析を行いＢａ ３ｄ５軌道に起因するピークを求めた。ＸＰＳでの操作条件は、単色Ａｌ−Ｋα（１４８６．６ｅＶ）、１５０Ｗ（１５ｋＶ、１０ｍＡ）、分析径５００μｍφとし、パスエネルギー２０ｅＶで試料がチャージアップしないように試料ホルダーに設置し、中和電子銃をつけず測定した。また、標準はＣ １ｓ軌道に起因するピークを結合エネルギー２８４．８ｅＶとした。なお、実施例１〜２及び比較例１〜３の圧電体層は、第２電極８０を形成する前のものであり、作製後４０日後のものとした。実施例１及び２、並びに比較例１の圧電体層について、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークとガウス関数を用いて分離したピークとを図８〜１０に示す。また、比較例２及び３の圧電体層の結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを図１１に示す。
【００７７】
図８及び図９に示すように、実施例１及び実施例２の圧電体層は、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有し、前記ピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に有するものであった。
【００７８】
これに対し、図１０に示すように、比較例１の圧電体層は、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有するものであったが、このピークの低結合エネルギー側に、前記ピークよりも強度の高いピークを有するものであった。
【００７９】
また、図１１に示すように、比較例２及び３は、ピーク位置に変化がほとんどなく、図１１には図示しないが、ピーク分離した際の各ピークの位置及び各ピークの強度にほとんど変化がなかった。これより、マンガンの組成比の変化により、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られるピークの変化はほとんどないことが確認された。
【００８０】
（試験例２）
実施例１〜２及び比較例１の各圧電素子について、アグザクト社製の変位測定装置（ＤＢＬＩ）を用い室温で、φ＝５００μｍの電極パターンを使用し、周波数１ｋＨｚの電圧を印加して、Ｓ（電界誘起歪（変位量））−Ｖ（電圧）の関係を求めた。結果を図１２に示す。
【００８１】
図１２に示すように、比較例１と比較して、実施例１及び実施例２は、変位量が高く、液体噴射ヘッドとして十分な変位量を示すものであった。すなわち、実施例１〜２は、変位量が高いものであることがわかった。
【００８２】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
【００８３】
さらに、上述した実施形態では、基板（流路形成基板１０）上に第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を順次積層した圧電素子３００を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子にも本発明を適用することができる。
【００８４】
また、これら実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１３は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００８５】
図１３に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、インクジェット式記録ヘッドＩを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００８６】
そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００８７】
なお、上述した実施形態では、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、液晶ディスプレイ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ディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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。
【００８８】
また、本発明にかかる圧電素子は、液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子に限定されず、その他のデバイスにも用いることができる。その他のデバイスとしては、例えば、超音波発信器等の超音波デバイス、超音波モーター、温度−電気変換器、圧力−電気変換器、強誘電体トランジスター、圧電トランス、赤外線等の有害光線の遮断フィルター、量子ドット形成によるフォトニック結晶効果を使用した光学フィルター、薄膜の光干渉を利用した光学フィルター等のフィルターなどが挙げられる。また、センサーとして用いられる圧電素子、強誘電体メモリーとして用いられる圧電素子にも本発明は適用可能である。圧電素子が用いられるセンサーとしては、例えば、赤外線センサー、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、及びジャイロセンサー（角速度センサー）等が挙げられる。
【符号の説明】
【００８９】
Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ＩＩ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ マニホールド部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ マニホールド、 １２０ 駆動回路、 ３００ 圧電素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層と、前記圧電体層に設けられた電極と、を具備する圧電素子を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記圧電体層は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有すると共に、前記ピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、前記複合酸化物は、マンガン、コバルト、クロム、ニッケル、及び銅からなる群から選択される少なくとも１つをさらに含むことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項４】
（請求項１と同様に修正をお願い致します）
圧電体層と、前記圧電体層に設けられた電極と、を具備し、
前記圧電体層は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有すると共に、前記ピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に１本以上有することを特徴とする圧電素子。
【請求項１】
圧電体層と、前記圧電体層に設けられた電極と、を具備する圧電素子を備えた液体噴射ヘッドであって、
前記圧電体層は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有すると共に、前記ピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載の液体噴射ヘッドにおいて、前記複合酸化物は、マンガン、コバルト、クロム、ニッケル、及び銅からなる群から選択される少なくとも１つをさらに含むことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項４】
（請求項１と同様に修正をお願い致します）
圧電体層と、前記圧電体層に設けられた電極と、を具備し、
前記圧電体層は、ビスマス、バリウム、鉄、及びチタンを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなり、Ｘ線光電子分光測定においてＣ １ｓに起因するピークのＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ状態の結合エネルギーを２８４．８ｅＶとして規格化し、結合エネルギー７７５ｅＶ以上７８５ｅＶ以下の範囲において得られたピークを、ガウス関数を用いてピーク分離したとき、７８０．５±０．８ｅＶにピークを有すると共に、前記ピークよりも強度の低いピークを低結合エネルギー側に１本以上有することを特徴とする圧電素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−９８４４２（Ｐ２０１３−９８４４２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１７０８（Ｐ２０１１−２４１７０８）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【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２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【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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