液体噴射ヘッドの製造方法、圧電素子の製造方法、液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子
【課題】鉛を含有せず、絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができる圧電素子を有する液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】ノズル開口２１に連通する圧力発生室１２と、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧電素子３００と、を有する液体噴射ヘッドの製造方法であって、酸化チタン膜６１を形成する工程と、酸化チタン膜６１上に白金膜６２を形成する工程と、白金膜６２上にビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含む圧電体前駆体膜を形成する工程と、圧電体前駆体膜を不活性ガス雰囲気中で焼成し結晶化することにより圧電体層７０を形成する工程と、圧電体層７０上に電極８０を形成する工程とを有する。
【解決手段】ノズル開口２１に連通する圧力発生室１２と、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧電素子３００と、を有する液体噴射ヘッドの製造方法であって、酸化チタン膜６１を形成する工程と、酸化チタン膜６１上に白金膜６２を形成する工程と、白金膜６２上にビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含む圧電体前駆体膜を形成する工程と、圧電体前駆体膜を不活性ガス雰囲気中で焼成し結晶化することにより圧電体層７０を形成する工程と、圧電体層７０上に電極８０を形成する工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変化を生じさせ、圧電体層と圧電体層に電圧を印加する電極を有する圧電素子を具備する液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置に関する。
【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。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。このようなインクジェット式記録ヘッドに搭載される圧電素子は、例えば、振動板の表面全体に亘って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィー法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある。
【０００３】
このような圧電素子に用いられる圧電材料として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が挙げられる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２３４０４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、環境問題の観点から、鉛を含有しない強誘電体からなる圧電材料が求められている。鉛を含有しない圧電材料としては、例えばＡＢＯ3で示されるペロブスカイト構造を有するＢｉＦｅＯ3などがあるが、ＢｉＦｅＯ3系の圧電材料は絶縁性が低くリーク電流が発生する場合があるという問題がある。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限定されず、他の装置に搭載されるアクチュエーター装置等の圧電素子においても同様に存在する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑み、鉛を含有せず、絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができる圧電素子を有する液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置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】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を有する液体噴射ヘッドの製造方法であって、チタンからなるチタン膜を形成する工程と、前記チタン膜上に白金からなる白金膜を形成する工程と、前記白金膜上にビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含む圧電体前駆体膜を形成する工程と、前記圧電体前駆体膜を不活性ガス雰囲気中で焼成し、結晶化することにより圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる態様では、絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができ且つ鉛を含有しない圧電素子を有する液体噴射ヘッドを製造することができる。また、圧電体層の歪み量も大きくなり、さらに、結晶を（１００）面に優先配向させることができる。
【０００８】
そして、上記不活性ガスは窒素ガスであることが好ましい。これによれば、より容易な構成にて絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができ鉛を含有しない圧電素子を有する液体噴射ヘッドを製造することができる。
【０００９】
本発明の他の態様は、上記液体噴射ヘッドの製造方法により製造された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、鉛を含有せず且つ絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができる圧電素子を有する液体噴射ヘッドを具備するため、環境に悪影響を与えず且つ絶縁破壊が防止され信頼性に優れた液体噴射装置となる。
【００１０】
また、本発明の圧電素子の製造方法は、チタンからなるチタン膜を形成する工程と、前記チタン膜上に白金からなる白金膜を形成する工程と、前記白金膜上にビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含む圧電体前駆体膜を形成する工程と、前記圧電体前駆体膜を不活性ガス雰囲気中で焼成し、結晶化することにより圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。これによれば、鉛を含有せず且つ絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができる圧電素子を製造することができる。
【００１１】
また、本発明の液体噴射ヘッドは、ノズル開口に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を有する液体噴射ヘッドであって、前記圧電素子は、酸化チタンを含む第１酸化チタン層と、第１酸化チタン層上に形成され白金を含む白金層と、前記白金層上に形成され酸化チタンを含む第２酸化チタン層と、からなる第１電極と、前記第２酸化チタン層上に形成された鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第２電極と、を有することを特徴とする。これによれば、順に、酸化チタン層、白金層、酸化チタン層、鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層、電極という構成にすることにより、絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができ鉛を含有しない圧電素子を有する液体噴射ヘッドとなる。
【００１２】
そして、上記圧電体層は、前記圧電体層は、下記一般式で表される複合酸化物を含むことが好ましい。これによれば、下記一般式（１）で表されるＡＢＯ3型の複合酸化物は強誘電体としての特性を得ることができるので、鉛を含有せず且つ歪み量の制御が容易な圧電素子を有する液体噴射ヘッドとすることができる。このため、吐出する液滴サイズの制御が容易な圧電素子を有する液体噴射ヘッドとすることができる。
（Ｂｉ1-x，Ｌａx）（Ｆｅ1-y，Ｍｎy）Ｏ3 （１）
（０．１０≦ｘ≦０．２０，０．０１≦ｙ≦０．０９）
【００１３】
また、前記圧電体層は、粉末Ｘ線回折パターンにおいて、φ＝ψ＝０°で測定したときの２０°＜２θ＜２５°に観測されるＡＢＯ3型構造由来の回折ピークの面積強度が、２０°＜２θ＜５０°に観測されるＡＢＯ3型構造由来の回折ピークの面積強度の総和の９０％以上であることが好ましい。これによれば、良好な圧電特性を得ることができる。
【００１４】
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、鉛を含有せず且つ絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができる圧電素子を有する液体噴射ヘッドを具備するため、環境に悪影響を与えず且つ絶縁破壊が防止され信頼性に優れた液体噴射装置となる。
【００１５】
また、本発明の圧電素子は、酸化チタンを含む第１酸化チタン層と、第１酸化チタン層上に形成され白金を含む白金層と、前記白金層上に形成され酸化チタンを含む第２酸化チタン層と、からなる第１電極と、前記第２酸化チタン層上に形成された鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第２電極と、を有することを特徴とする。これによれば、鉛を含有せず且つ絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができる圧電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの断面図及び要部拡大断面図である。
【図４】サンプル１のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図５】サンプル２のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図６】サンプル３のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図７】サンプル４のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図８】サンプル５のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図９】サンプル６のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１０】サンプル７のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１１】サンプル８のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１２】サンプル９のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１３】サンプル１０のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１４】サンプル１１のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１５】サンプル１２のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１６】サンプル１３のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１７】サンプル１４のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１８】サンプル１５のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１９】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図２０】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図２１】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図２２】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図２３】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図２４】実施例１及び比較例１のＰ−Ｖ曲線を示す図である。
【図２５】実施例１及び比較例２のＰ−Ｖ曲線を示す図である。
【図２６】実施例１及び比較例３のＰ−Ｖ曲線を示す図である。
【図２７】実施例１及び比較例１のＳ−Ｖ曲線を示す図である。
【図２８】実施例１及び比較例３のＳ−Ｖ曲線を示す図である。
【図２９】実施例１及び比較例１のＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
【図３０】実施例１のＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
【図３１】比較例２のＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
【図３２】実施例及び比較例のＸ線回折パターンを示す図である。
【図３３】実施例及び比較例のＸ線回折パターンを示す図である。
【図３４】実施例１及び比較例１のトンネル放出機構結果を示す図である。
【図３５】実施例１及び比較例１のＩ−Ｖ曲線を示す図である。
【図３６】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である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る製造方法によって製造され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の平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ′断面図（図３（ａ））及び要部拡大図（図３（ｂ））である。
【００１８】
図１〜図３に示すように、本実施形態の流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。
【００１９】
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。本実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられていることになる。
【００２０】
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。
【００２１】
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、酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜５５が形成されている。
【００２２】
さらに、この絶縁体膜５５上には、第１電極６０と、厚さが２μｍ以下、好ましくは０．３〜１．５μｍの薄膜の圧電体層７０と、第２電極８０とが、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、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や絶縁体膜５５を設けなくてもよく、また、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。
【００２３】
そして、本実施形態においては、図３（ｂ）に示すように、第１電極６０は、絶縁体膜５５側から順に、酸化チタンを含む第１酸化チタン層６１と、第１酸化チタン層６１上に形成され白金を含む白金層６２と、白金層６２上に形成され酸化チタンを含む第２酸化チタン層６３が積層されたものである。第１電極６０のうち、白金層６２が導電性を主に担う層であり、その他の第１酸化チタン層６１や第２酸化チタン層６３は導電性が低くてもよく、完全な層状でなく例えばアイランド状でもよい。また、第２酸化チタン層６３の厚さは、３ｎｍ以下であることが好ましい。３ｎｍよりも厚いと低誘電率層となり圧電特性を低下させる虞がある。このため、第２酸化チタン層６３の厚さを３ｎｍ以下とすることにより圧電特性を向上させることができる。
【００２４】
また、圧電体層７０は、鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電材料、すなわち、ビスマス（Ｂｉ）、ランタン（Ｌａ）、鉄（Ｆｅ）及びマンガン（Ｍｎ）を含むＡＢＯ3型の複合酸化物である。なお、ＡＢＯ3型構造、すなわち、ペロブスカイト構造の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。このＡサイトにＢｉ及びＬａが、ＢサイトにＦｅ及びＭｎが位置している。
【００２５】
ここで、詳しくは後述するが、本実施形態の圧電素子は、白金層６２の前駆体である白金からなる白金膜の下地をチタン膜とし、白金層６２上のビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含む圧電体前駆体膜を不活性ガス雰囲気中で焼成し結晶化して形成されたものである。このような方法で製造することにより、圧電体前駆体膜が結晶化する際に下地のチタンが白金の粒界を通って圧電体層に拡散し、絶縁性が高い圧電体層７０を形成することができる。また、このように形成することにより、圧電素子を圧電アクチュエーターとして用いた場合には、大きな歪み量を得ることもできる。さらに、圧電体層７０を、０°＜２θ＜２５°に観測されるＡＢＯ3由来の回折ピークの強度が、２０°＜２θ＜５０°に観測されるＡＢＯ3由来の回折ピークの面積強度の総和の９０％以上、すなわち、（１００）面に優先配向した膜を得ることができる。
【００２６】
前述した形成方法により形成した場合において、圧電体層７０に拡散するチタンの量は特に限定されないが、圧電体層７０中のチタンの含有量は、５質量％以下であることが好ましい。チタンの含有量を多くしすぎると、絶縁性以外の圧電特性等に悪影響を与える場合があるためである。また、本実施形態においては、圧電体層７０のチタン含有量は、０．１質量％以上０．５質量％以下と少量であっても、絶縁性を十分高くすることができた。
【００２７】
また、ビスマス（Ｂｉ）、ランタン（Ｌａ）、鉄（Ｆｅ）及びマンガン（Ｍｎ）を含む圧電体層７０は、下記一般式（１）で表される組成比であることが好ましい。下記一般式（１）で表される組成比とすることで、圧電体層７０を強誘電体とすることができる。このように、強誘電体であるものを圧電体層７０とすると、歪み量の制御が容易になるため、例えば圧電素子を液体噴射ヘッド等に用いた場合、吐出するインク滴サイズ等を容易に制御できる。なお、Ｂｉ、Ｌａ、Ｆｅ及びＭｎを含むＡＢＯ3型の複合酸化物は、その組成比によって、強誘電体、反強誘電体、常誘電体という異なる特性を示した。下記一般式（１）の組成比を変えた圧電素子（サンプル１〜１８）を作成し、２５Ｖ又は３０Ｖの三角波を印加して、Ｐ（分極量）−Ｖ（電圧）の関係を求めた結果をそれぞれ図４〜１８に、また組成を表１に示す。なお、サンプル１６〜１８はリークが大きすぎて測定することができず、圧電材料としては使用できないものであった。図４〜１４に示すように、０．１０≦ｘ≦０．２０，０．０１≦ｙ≦０．０９の範囲であるサンプル１〜１１では、強誘電体に特徴的なヒステリシスループ形状が観測された。したがって、サンプル１〜１１は、歪み量が印加電圧に対して直線的に変化するため、歪み量の制御が容易である。一方、一般式（１）において０．１０≦ｘ≦０．２０，０．０１≦ｙ≦０．０９の範囲外であるサンプル１２〜１４は、図１５〜１７に示すように反強誘電体に特徴的な正の電界方向と負の電界方向で２つのヒステリシスループ形状を持つダブルヒステリシスが観測されたため反強誘電体であり、サンプル１５は図１８に示すように常誘電体であり、また、サンプル１６〜１８は上述したようにリークが大きすぎで圧電材料としては使用できないものであり、サンプル１２〜１８のいずれも強誘電体ではなかった。
（Ｂｉ1-x，Ｌａx）（Ｆｅ1-y，Ｍｎy）Ｏ3 （１）
（０．１０≦ｘ≦０．２０，０．０１≦ｙ≦０．０９）
【００２８】
【表１】
【００２９】
ここで、自発分極が互い違いに並んでいる物質である反強誘電体、すなわち、電界誘起相転移を示すものを圧電体層とした場合、一定印加電圧以上で電界誘起相転移を示し、大きな歪みを発現するため、強誘電体を超える大きな歪みを得ることが可能であるが、一定電圧以下では駆動せず、歪み量も電圧に対して直線的に変化しない。なお、電界誘起相転移とは、電場によって起こる相転移であり、反強誘電相から強誘電相への相転移や、強誘電相から反強誘電相への相転移を意味する。そして、強誘電相とは、分極軸が同一方向に並んでいる状態であり、反強誘電相とは分極軸が互い違いに並んでいる状態である。例えば、反強誘電相から強誘電相への相転移は、反強誘電相の互い違いに並んでいる分極軸が１８０度回転することにより分極軸が同一方向になって強誘電相になることであり、このような電界誘起相転移によって格子が膨張又は伸縮して生じる歪みが、電界誘起相転移により生じる相転移歪みである。このような電界誘起相転移を示すものが反強誘電体であり、換言すると、電場のない状態では分極軸が互い違いに並んでおり、電場により分極軸が回転して同一方向にならぶものが反強誘電体である。このような反強誘電体は、反強誘電体の分極量Ｐと電圧Ｖの関係を示すＰ−Ｖ曲線において、正の電界方向と負の電界方向で２つのヒステリシスループ形状を持つダブルヒステリシスとなる。そして、分極量が急激に変化している領域が、強誘電相から反強誘電相への相転移や、強誘電相から反強誘電相への相転移している箇所である。
【００３０】
一方、強誘電体は、反強誘電体のようにＰ−Ｖ曲線がダブルヒステリシスとはならず、分極方向を一方向に揃えることで歪み量が印加電圧に対して直線的に変化する。したがって、歪み量の制御が容易なので吐出させる液滴サイズ等の制御も容易であり、微振動を発生させる小振幅振動及び大きな排除体積を発生させる大振幅振動の両者を一つの圧電素子により発生させることができる。
【００３１】
そして、圧電体層７０は、粉末Ｘ線回折測定した際、該回折パターンにおいて、強誘電性を示す相（強誘電相）に帰属される回折ピークと、反強誘電性を示す相（反強誘電相）に帰属される回折ピークが同時に観測されることが好ましい。このように、強誘電性を示す相に帰属される回折ピークと、反強誘電性を示す相に帰属される回折ピークが同時に観測される、すなわち、反強誘電相と強誘電相の組成相境界（Ｍ．Ｐ．Ｂ．）である圧電体層７０とすると、歪み量の大きな圧電素子とすることができる。また、圧電体層７０は、上記一般式（１）において、０．１７≦ｘ≦０．２０であることが好ましく、更に好ましくは、０．１９≦ｘ≦０．２０である。この範囲では、後述する実施例に示すが、粉末Ｘ線回折測定した際に、強誘電性を示す相（強誘電相）に帰属される回折ピークと、反強誘電性を示す相（反強誘電相）に帰属される回折ピークが同時に観測され反強誘電相と強誘電相を同時に示す。したがって、反強誘電相と強誘電相のＭ．Ｐ．Ｂ．であるため、歪み量の大きな圧電素子とすることができる。
【００３２】
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、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。
【００３３】
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、絶縁体膜５５及びリード電極９０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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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を介して電気的に接続されている。
【００３８】
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、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。
【００３９】
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、リザーバー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、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。
【００４０】
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１９〜図２３を参照して説明する。なお、図１９〜図２３は、圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００４１】
まず、図１９（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１９（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜）上に、酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜５５を、反応性スパッタ法や熱酸化等で形成する。
【００４２】
次に、図２０（ａ）に示すように、絶縁体膜５５上に、ＤＣスパッタ法やイオンスパッタ法等でチタンからなるチタン膜５６を設ける。次いで、チタン膜５６上に、ＤＣスパッタ法等で白金からなる白金膜５７を全面に形成した後パターニングする。なお、このチタン膜５６や白金膜５７の厚さや加熱条件等を適宜調整することにより、後述する圧電体前駆体膜の結晶化の際に拡散するチタンの量を調整することができる。
【００４３】
次いで、白金膜５７上に、圧電体層７０を積層する。圧電体層７０の製造方法は特に限定されないが、例えば、有機金属化合物を溶媒に溶解・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７０を得る、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて圧電体層７０を形成できる。なお、圧電体層７０の製造方法は、ＭＯＤ法に限定されず、例えば、ゾル−ゲル法や、レーザアブレーション法、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よい。
【００４４】
圧電体層７０の具体的な形成手順例としては、まず、図２０（ｂ）に示すように、白金膜５７上に、有機金属化合物、具体的には、ビスマス、ランタン、鉄、マンガンを含有する有機金属化合物を、目的とする組成比になる割合で含むゾルや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）。
【００４５】
塗布する前駆体溶液は、ビスマス、ランタン、鉄、マンガンをそれぞれ含む有機金属化合物を、各金属が所望のモル比となるように混合し、該混合物をアルコールなどの有機溶媒を用いて溶解または分散させたものである。ビスマス、ランタン、鉄、マンガンをそれぞれ含む有機金属化合物としては、例えば、金属アルコキシド、有機酸塩、βジケトン錯体などを用いることができる。ビスマスを含む有機金属化合物としては、例えば２−エチルヘキサン酸ビスマスなどが挙げられる。ランタンを含む有機金属化合物としては、２−エチルヘキサン酸ランタンなどが挙げられる。鉄を含む有機金属化合物としては、例えば２−エチルヘキサン酸鉄などが挙げられる。マンガンを含む有機金属化合物としては、例えば２−エチルヘキサン酸マンガンなどが挙げられる。
【００４６】
次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度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）。なお、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、大気中でも不活性ガス中でもよい。
【００４７】
次に、図２０（ｃ）に示すように、不活性ガス雰囲気中で、圧電体前駆体膜７１を所定温度、例えば６００〜７００℃程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７２を形成する（焼成工程）。
【００４８】
なお、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。
【００４９】
次に、図２１（ａ）に示すように、圧電体膜７２上に所定形状のレジスト（図示無し）をマスクとして第１電極６０及び圧電体膜７２の１層目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。
【００５０】
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からなる圧電体層７０を形成することで、図２１（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を形成する。例えば、塗布溶液の１回あたりの膜厚が０．１μｍ程度の場合には、例えば、１０層の圧電体膜７２からなる圧電体層７０全体の膜厚は約１．１μｍ程度となる。なお、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。
【００５１】
この圧電体層７０を形成する工程で、上述したように、不活性ガス雰囲気中で圧電体前駆体膜７１を焼成して結晶化させると、第１電極６０となる白金膜５７の流路形成基板１０側に形成されたチタン膜５６を構成するチタンが拡散する。例えば、圧電体層７０となる圧電体膜７２までチタンが拡散し、圧電体層７０がチタンを含むものとなる。なお、チタン膜５６のチタンは、チタン膜５６と圧電体層７０との間の白金膜５７の粒界を通って圧電体層７０内に拡散するものと推測される。
【００５２】
このように、白金膜５７の下地をチタン膜５６とし、圧電体前駆体膜７１を不活性ガス雰囲気中で加熱して結晶化させることにより、チタン膜５６のチタンが拡散して、絶縁性が高くなり、リーク電流の発生を抑制することができる。また、歪み量も大きくすることができる。さらに、圧電体層７０を、０°＜２θ＜２５°に観測されるＡＢＯ3由来の回折ピークの強度が、２０°＜２θ＜５０°に観測されるＡＢＯ3由来の回折ピークの面積強度の総和の９０％以上、すなわち、（１００）面配向膜とすることができる。
【００５３】
なお、圧電体前駆体膜７１を結晶化する工程を経る際に、白金からなる白金膜５７は、白金を含み、チタンの拡散の程度によってはチタンや酸化チタンも含む白金層６２となる。そして、本実施形態においては、拡散したチタンにより、白金層６２と圧電体層７０との間に、酸化チタンを含む第２酸化チタン層６３が形成される。また、白金層６２の流路形成基板１０側に設けたチタン膜５６のうち拡散しなかったチタンが、酸化チタンを含む第１酸化チタン層６１となる。ただし、チタンの拡散の程度によっては、第１酸化チタン層６１層や第２酸化チタン層６３はほとんど存在しない場合がある。また、本実施形態では、チタンが圧電体層７０内まで拡散したものを示したが、チタンは圧電体層７０と白金層６２の界面まで拡散していればよく、例えば、圧電体層７０自体はチタンを含有しなくてもよい。なお、焼成工程における温度や時間によっても、圧電体前駆体膜７１の結晶化の際に拡散するチタンの量を調整することができる。
【００５４】
ここで、不活性ガス雰囲気とは、ヘリウム、アルゴン等の希ガス、窒素ガス等の不活性ガスや、これらの混合ガス雰囲気である。加熱装置内を不活性ガスで置換した状態でも、加熱装置内に不活性ガスをフローさせた状態でもよい。また、不活性ガス濃度は１００％でなくてもよく、第１電極６０となる白金膜５７の流路形成基板１０側に形成されたチタン膜５６を構成するチタンが、拡散する雰囲気であればよく、例えば、酸素濃度が２０％未満である。
【００５５】
このように圧電体層７０を形成した後は、図２２（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℃〜７００℃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。
【００５６】
次に、図２２（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。
【００５７】
次に、図２２（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。
【００５８】
次に、図２３（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。
【００５９】
そして、図２３（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。
【００６０】
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。
【実施例】
【００６１】
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。
【００６２】
（実施例１）
まず、シリコン基板の表面に熱酸化により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スパッタ法により膜厚４００ｎｍの酸化ジルコニウム膜を形成した。次いで、酸化ジルコニウム膜上に、ＤＣスパッタ法により膜厚２０ｎｍのチタン膜を形成した。次に、チタン膜上にＤＣスパッタ法により膜厚１３０ｎｍの白金膜を形成した。
【００６３】
次いで、白金膜上に圧電体層をスピンコート法により形成した。その手法は以下のとおりである。まず、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸ランタン、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸マンガンのキシレンおよびオクタン溶液を所定の割合で混合して、前駆体溶液を調製した。そしてこの前駆体溶液を白金膜が形成された上記基板上に滴下し、最初は５００ｒｐｍで５秒間、次に、１５００ｒｐｍで３０秒基板を回転させて圧電体前駆体膜を形成した（塗布工程）。次に、大気中、３５０℃で３分間乾燥・脱脂を行った（乾燥及び脱脂工程）。この塗布工程・乾燥及び脱脂工程を２回繰り返した後に、加熱装置内を５００ｃｃ／分の流量の窒素でフローしたＲａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ （ＲＴＡ）で６５０℃、２分間焼成を行った（焼成工程）。この塗布工程・乾燥及び脱脂工程を２回繰り返した後に一括して焼成する焼成工程を行う工程を３回繰り返し、その後、加熱装置内を５００ｃｃ／分の流量の窒素でフローしたＲＴＡで６５０℃、５分間焼成を行うことで、計６回の塗布により全体で厚さ４５０ｎｍの圧電体層を形成した。
【００６４】
その後、圧電体層上に、第２電極としてＤＣスパッタ法により膜厚１００ｎｍの白金膜を形成した後、加熱装置内を５００ｃｃ／分の流量の窒素でフローしたＲＴＡで６５０℃、５分間焼成を行うことで、ｘ＝０．１９、ｙ＝０．０３の上記一般式（１）で表されるＡＢＯ3型構造を基本組成としチタンを含有する複合酸化物を圧電体層とする圧電素子を形成した。
【００６５】
（比較例１）
加熱装置内を５００ｃｃ／分の流量の窒素でフローしたＲＴＡのかわりに、加熱装置内を５００ｃｃ／分の流量の酸素でフローしたＲＴＡを行った以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【００６６】
（比較例２）
酸化ジルコニウム膜上に、チタン膜のかわりに酸化チタン膜を形成し、この酸化チタン膜の上に圧電体層を形成した以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【００６７】
（比較例３）
白金膜上に、ＤＣスパッタ法により膜厚２０ｎｍのイリジウム膜を形成し、このイリジウム膜の上に圧電体層を形成した以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【００６８】
（比較例４）
加熱装置内を５００ｃｃ／分の流量の窒素でフローしたＲＴＡのかわりに、加熱装置内を５００ｃｃ／分の流量の酸素でフローしたＲＴＡを行い、また、酸化ジルコニウム膜上に、チタン膜のかわりに酸化チタン膜を形成しこの酸化チタン膜の上に圧電体層を形成した以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【００６９】
（試験例１）
実施例１及び比較例１〜３の各圧電素子について、東陽テクニカ社製「ＦＣＥ−１Ａ」で、φ＝４００μｍの電極パターンを使用し、周波数１ｋＨｚの三角波を印加して、分極量と電圧の関係（Ｐ−Ｖ曲線）を求めた。結果を図２４〜図２６に示す。なお、実施例１については比較のため、結果を図２４〜図２６の全てに記載した。
【００７０】
図２４〜図２６に示すように、下地をチタン膜とし窒素雰囲気で結晶化させた実施例１では、良好なヒステリシスカーブとなっており、リークが発生していないことがわかる。一方、酸素雰囲気中で圧電体前駆体膜を結晶化させた比較例１や、白金膜下地をチタン膜のかわりに酸化チタン膜とした比較例２や、白金膜上にイリジウム膜を形成した比較例３では、ヒステリシスカーブがリークしていた。
【００７１】
（試験例２）
実施例１、比較例１及び３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、電界誘起歪―電界強度の関係（Ｓ−Ｖ曲線）を求めた。結果を図２７及び図２８に示す。なお、実施例１については比較のため、図２７及び図２８の両方に記載した。
【００７２】
図２７及び図２８に示すように、窒素雰囲気で結晶化させた実施例１は、比較例１及び３よりも、変位量が大きく圧電特性が良好であることが分かった。また、実施例１の圧電素子が、大きな電界誘起歪を示すとともに、強誘電体であり、反強誘電体では示さない電圧に対する歪み量が良好な直線性を示すことも確認できた。
【００７３】
（試験例３）
実施例１及び比較例１の各圧電素子について、第２電極を剥がした状態で圧電体層７０から厚さ方向に亘って二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）により測定した。結果を図２９に示す。図の左側が第２電極側、右側が基板側である。この結果、窒素雰囲気で圧電体前駆体膜を結晶化させた実施例１では、下地であるチタン膜からチタンが拡散していることが分かる。なお拡散したチタンは白金層及び圧電体層に偏析しており、圧電体層中まで拡散していることがわかる。このことと試験例１の結果とから、Ｔｉが拡散することで、圧電素子の絶縁性が向上したといえる。また、実施例１においては、白金を含む白金層と、圧電体層との間に図２９において矢印で示すようにチタンのピークが存在しており、この領域に酸化チタンを含む第２酸化チタン層が形成されていることが分かる。なお、この第２酸化チタン層の厚さを透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で測定したところ、１ｎｍであった。
【００７４】
一方、比較例１では、酸素雰囲気中で圧電体前駆体膜を結晶化させても白金膜の下地のチタンは拡散しないことが分かる。このことと試験例１の結果とから、Ｔｉを拡散させて圧電素子の絶縁性を向上させるためには、窒素雰囲気で圧電体前駆体膜を結晶化させる必要があることが分かる。なお、比較例１においては、白金を含む白金層と、圧電体層との間に実施例１のようにチタンのピークは無く、この領域に酸化チタンを含む第２酸化チタン層は形成されていなかった。
【００７５】
（試験例４）
実施例１及び比較例２の各圧電素子について、第２電極を剥がした状態で圧電体層７０から厚さ方向に亘って二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）により測定した。実施例１の結果を図３０に、比較例２の結果を図３１に示す。なお、図の左側が第２電極側、右側が基板側である。この結果、実施例１では、試験例３と同様に、白金膜の下地であるチタン膜からチタンが拡散していることが分かる。なお拡散したチタンは白金層及び圧電体層に偏析しており、圧電体層中まで拡散していることがわかる。
【００７６】
一方、比較例２では下地が酸化チタンなので圧電体前駆体膜を窒素雰囲気中で結晶化させてもチタンは拡散しないことが分かる。このことより、Ｔｉを拡散させて絶縁性を向上させるためには、下地をチタン膜にする必要があることが分かる。
【００７７】
（試験例５）
実施例１及び比較例１〜４の圧電素子について、Ｂｒｕｋｅｒ ＡＸＳ社製の「Ｄ８ Ｄｉｓｃｏｖｅｒ」を用い、Ｘ線源にＣｕＫα線を使用し、室温で、圧電体層の粉末Ｘ線回折パターンをφ＝ψ＝０°で求めた。実施例１、比較例１〜２及び４の結果を図３２に、また、比較例３の結果を実施例１及び比較例２と共に記載した図を図３３に示す。
【００７８】
図３２及び図３３に示すように、ＲＴＡの雰囲気、第１電極となる白金膜の下地の材質や、白金膜か異なる材質かによって、粉末Ｘ線回折パターンが異なり、実施例１のみが（１００）面配向膜となっていることが分かる。具体的には、実施例１のみが、２０°＜２θ＜２５°に観測されるＡＢＯ3由来の回折ピークの強度が、２０°＜２θ＜５０°に観測されるＡＢＯ3由来の回折ピークの面積強度の総和の９０％以上であり、（１００）配向膜となっていた。なお、実施例１及び比較例１〜４すべてにおいて、ＡＢＯ3由来の回折ピークが観測され、実施例１及び比較例１〜４の圧電体層はＡＢＯ3型構造を形成していることがわかる。
【００７９】
そして、図３２及び図３３に示すように、実施例１は、強誘電相を示す２θ＝４６．１°近傍の回折ピーク及び反強誘電相を示す２θ＝４６．５°近傍の回折ピークが混在したピークを有しているため、実施例１は強誘電体に起因する構造と反強誘電体に起因する構造の両者が共存する組成相境界（Ｍ．Ｐ．Ｂ．）であることがわかる。
【００８０】
（試験例６）
実施例１及び比較例１の各圧電素子について、Ｊ−Ｅプロットを取得することにより伝導機構の調査を行った。トンネル放出機構の結果を図３４に示す。この結果、窒素雰囲気中で結晶化させた実施例１では、トンネル電流はほとんど生じず、リーク電流を抑制できることが分かる。一方、酸素雰囲気中で結晶化させた比較例１では、高電界側でトンネル電流が放出しており、酸素フローによる酸素がドナーとなってトンネル電流を発生させているため、酸素雰囲気中で結晶化したものは、リーク電流が増加すると考えられる。
【００８１】
（試験例７）
実施例１及び比較例１の各圧電素子について、±６０Ｖの電圧を印加して、電流密度と電圧との関係（Ｉ−Ｖ曲線）を求めた。結果を図３５に示す。この結果、窒素雰囲気で圧電体前駆体膜を過熱して結晶化させた実施例１は、酸素雰囲気で結晶化させた比較例１よりも絶縁性が向上し、耐圧も向上することが分かる。
【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、圧電体層の基本組成として、金属元素として、Ｂｉ、Ｌａ、Ｆｅ及びＭｎのみを含有するＡＢＯ3型の複合酸化物について記載したが、Ｂｉ、Ｌａ、Ｆｅ及びＭｎを含むＡＢＯ3型の複合酸化物であればよく、他の金属を添加し特性の調整を行ってもよい。
【００８３】
また、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。
【００８４】
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。
【００８５】
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３６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。
【００８６】
図３６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。
【００８７】
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。
【００８８】
なお、上述した実施形態１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。
【００８９】
また、本発明は、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搭載される圧電素子に限られず、超音波発信機等の超音波デバイス、超音波モーター、圧力センサー等他の装置に搭載される圧電素子にも適用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
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 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、
５６ チタン膜、 ５７ 白金膜、 ６０ 第１電極、 ６１ 第１酸化チタン層、 ６２ 白金層、 ６３ 第２酸化チタン層、 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、 ３００ 圧電素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変化を生じさせ、圧電体層と圧電体層に電圧を印加する電極を有する圧電素子を具備する液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置に関する。
【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。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。このようなインクジェット式記録ヘッドに搭載される圧電素子は、例えば、振動板の表面全体に亘って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィー法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある。
【０００３】
このような圧電素子に用いられる圧電材料として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が挙げられる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２３４０４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、環境問題の観点から、鉛を含有しない強誘電体からなる圧電材料が求められている。鉛を含有しない圧電材料としては、例えばＡＢＯ3で示されるペロブスカイト構造を有するＢｉＦｅＯ3などがあるが、ＢｉＦｅＯ3系の圧電材料は絶縁性が低くリーク電流が発生する場合があるという問題がある。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限定されず、他の装置に搭載されるアクチュエーター装置等の圧電素子においても同様に存在する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑み、鉛を含有せず、絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができる圧電素子を有する液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置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】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を有する液体噴射ヘッドの製造方法であって、チタンからなるチタン膜を形成する工程と、前記チタン膜上に白金からなる白金膜を形成する工程と、前記白金膜上にビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含む圧電体前駆体膜を形成する工程と、前記圧電体前駆体膜を不活性ガス雰囲気中で焼成し、結晶化することにより圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる態様では、絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができ且つ鉛を含有しない圧電素子を有する液体噴射ヘッドを製造することができる。また、圧電体層の歪み量も大きくなり、さらに、結晶を（１００）面に優先配向させることができる。
【０００８】
そして、上記不活性ガスは窒素ガスであることが好ましい。これによれば、より容易な構成にて絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができ鉛を含有しない圧電素子を有する液体噴射ヘッドを製造することができる。
【０００９】
本発明の他の態様は、上記液体噴射ヘッドの製造方法により製造された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、鉛を含有せず且つ絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができる圧電素子を有する液体噴射ヘッドを具備するため、環境に悪影響を与えず且つ絶縁破壊が防止され信頼性に優れた液体噴射装置となる。
【００１０】
また、本発明の圧電素子の製造方法は、チタンからなるチタン膜を形成する工程と、前記チタン膜上に白金からなる白金膜を形成する工程と、前記白金膜上にビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含む圧電体前駆体膜を形成する工程と、前記圧電体前駆体膜を不活性ガス雰囲気中で焼成し、結晶化することにより圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。これによれば、鉛を含有せず且つ絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができる圧電素子を製造することができる。
【００１１】
また、本発明の液体噴射ヘッドは、ノズル開口に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を有する液体噴射ヘッドであって、前記圧電素子は、酸化チタンを含む第１酸化チタン層と、第１酸化チタン層上に形成され白金を含む白金層と、前記白金層上に形成され酸化チタンを含む第２酸化チタン層と、からなる第１電極と、前記第２酸化チタン層上に形成された鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第２電極と、を有することを特徴とする。これによれば、順に、酸化チタン層、白金層、酸化チタン層、鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層、電極という構成にすることにより、絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができ鉛を含有しない圧電素子を有する液体噴射ヘッドとなる。
【００１２】
そして、上記圧電体層は、前記圧電体層は、下記一般式で表される複合酸化物を含むことが好ましい。これによれば、下記一般式（１）で表されるＡＢＯ3型の複合酸化物は強誘電体としての特性を得ることができるので、鉛を含有せず且つ歪み量の制御が容易な圧電素子を有する液体噴射ヘッドとすることができる。このため、吐出する液滴サイズの制御が容易な圧電素子を有する液体噴射ヘッドとすることができる。
（Ｂｉ1-x，Ｌａx）（Ｆｅ1-y，Ｍｎy）Ｏ3 （１）
（０．１０≦ｘ≦０．２０，０．０１≦ｙ≦０．０９）
【００１３】
また、前記圧電体層は、粉末Ｘ線回折パターンにおいて、φ＝ψ＝０°で測定したときの２０°＜２θ＜２５°に観測されるＡＢＯ3型構造由来の回折ピークの面積強度が、２０°＜２θ＜５０°に観測されるＡＢＯ3型構造由来の回折ピークの面積強度の総和の９０％以上であることが好ましい。これによれば、良好な圧電特性を得ることができる。
【００１４】
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、鉛を含有せず且つ絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができる圧電素子を有する液体噴射ヘッドを具備するため、環境に悪影響を与えず且つ絶縁破壊が防止され信頼性に優れた液体噴射装置となる。
【００１５】
また、本発明の圧電素子は、酸化チタンを含む第１酸化チタン層と、第１酸化チタン層上に形成され白金を含む白金層と、前記白金層上に形成され酸化チタンを含む第２酸化チタン層と、からなる第１電極と、前記第２酸化チタン層上に形成された鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第２電極と、を有することを特徴とする。これによれば、鉛を含有せず且つ絶縁性が高くリーク電流の発生を抑制することができる圧電素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの断面図及び要部拡大断面図である。
【図４】サンプル１のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図５】サンプル２のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図６】サンプル３のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図７】サンプル４のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図８】サンプル５のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図９】サンプル６のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１０】サンプル７のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１１】サンプル８のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１２】サンプル９のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１３】サンプル１０のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１４】サンプル１１のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１５】サンプル１２のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１６】サンプル１３のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１７】サンプル１４のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１８】サンプル１５のＰ−Ｖ曲線を表す図である。
【図１９】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図２０】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図２１】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図２２】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図２３】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図２４】実施例１及び比較例１のＰ−Ｖ曲線を示す図である。
【図２５】実施例１及び比較例２のＰ−Ｖ曲線を示す図である。
【図２６】実施例１及び比較例３のＰ−Ｖ曲線を示す図である。
【図２７】実施例１及び比較例１のＳ−Ｖ曲線を示す図である。
【図２８】実施例１及び比較例３のＳ−Ｖ曲線を示す図である。
【図２９】実施例１及び比較例１のＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
【図３０】実施例１のＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
【図３１】比較例２のＳＩＭＳ測定結果を示す図である。
【図３２】実施例及び比較例のＸ線回折パターンを示す図である。
【図３３】実施例及び比較例のＸ線回折パターンを示す図である。
【図３４】実施例１及び比較例１のトンネル放出機構結果を示す図である。
【図３５】実施例１及び比較例１のＩ−Ｖ曲線を示す図である。
【図３６】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である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る製造方法によって製造され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の平面図であり、図３は図２のＡ−Ａ′断面図（図３（ａ））及び要部拡大図（図３（ｂ））である。
【００１８】
図１〜図３に示すように、本実施形態の流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。
【００１９】
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。本実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられていることになる。
【００２０】
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。
【００２１】
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、酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜５５が形成されている。
【００２２】
さらに、この絶縁体膜５５上には、第１電極６０と、厚さが２μｍ以下、好ましくは０．３〜１．５μｍの薄膜の圧電体層７０と、第２電極８０とが、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、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や絶縁体膜５５を設けなくてもよく、また、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。
【００２３】
そして、本実施形態においては、図３（ｂ）に示すように、第１電極６０は、絶縁体膜５５側から順に、酸化チタンを含む第１酸化チタン層６１と、第１酸化チタン層６１上に形成され白金を含む白金層６２と、白金層６２上に形成され酸化チタンを含む第２酸化チタン層６３が積層されたものである。第１電極６０のうち、白金層６２が導電性を主に担う層であり、その他の第１酸化チタン層６１や第２酸化チタン層６３は導電性が低くてもよく、完全な層状でなく例えばアイランド状でもよい。また、第２酸化チタン層６３の厚さは、３ｎｍ以下であることが好ましい。３ｎｍよりも厚いと低誘電率層となり圧電特性を低下させる虞がある。このため、第２酸化チタン層６３の厚さを３ｎｍ以下とすることにより圧電特性を向上させることができる。
【００２４】
また、圧電体層７０は、鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電材料、すなわち、ビスマス（Ｂｉ）、ランタン（Ｌａ）、鉄（Ｆｅ）及びマンガン（Ｍｎ）を含むＡＢＯ3型の複合酸化物である。なお、ＡＢＯ3型構造、すなわち、ペロブスカイト構造の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。このＡサイトにＢｉ及びＬａが、ＢサイトにＦｅ及びＭｎが位置している。
【００２５】
ここで、詳しくは後述するが、本実施形態の圧電素子は、白金層６２の前駆体である白金からなる白金膜の下地をチタン膜とし、白金層６２上のビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含む圧電体前駆体膜を不活性ガス雰囲気中で焼成し結晶化して形成されたものである。このような方法で製造することにより、圧電体前駆体膜が結晶化する際に下地のチタンが白金の粒界を通って圧電体層に拡散し、絶縁性が高い圧電体層７０を形成することができる。また、このように形成することにより、圧電素子を圧電アクチュエーターとして用いた場合には、大きな歪み量を得ることもできる。さらに、圧電体層７０を、０°＜２θ＜２５°に観測されるＡＢＯ3由来の回折ピークの強度が、２０°＜２θ＜５０°に観測されるＡＢＯ3由来の回折ピークの面積強度の総和の９０％以上、すなわち、（１００）面に優先配向した膜を得ることができる。
【００２６】
前述した形成方法により形成した場合において、圧電体層７０に拡散するチタンの量は特に限定されないが、圧電体層７０中のチタンの含有量は、５質量％以下であることが好ましい。チタンの含有量を多くしすぎると、絶縁性以外の圧電特性等に悪影響を与える場合があるためである。また、本実施形態においては、圧電体層７０のチタン含有量は、０．１質量％以上０．５質量％以下と少量であっても、絶縁性を十分高くすることができた。
【００２７】
また、ビスマス（Ｂｉ）、ランタン（Ｌａ）、鉄（Ｆｅ）及びマンガン（Ｍｎ）を含む圧電体層７０は、下記一般式（１）で表される組成比であることが好ましい。下記一般式（１）で表される組成比とすることで、圧電体層７０を強誘電体とすることができる。このように、強誘電体であるものを圧電体層７０とすると、歪み量の制御が容易になるため、例えば圧電素子を液体噴射ヘッド等に用いた場合、吐出するインク滴サイズ等を容易に制御できる。なお、Ｂｉ、Ｌａ、Ｆｅ及びＭｎを含むＡＢＯ3型の複合酸化物は、その組成比によって、強誘電体、反強誘電体、常誘電体という異なる特性を示した。下記一般式（１）の組成比を変えた圧電素子（サンプル１〜１８）を作成し、２５Ｖ又は３０Ｖの三角波を印加して、Ｐ（分極量）−Ｖ（電圧）の関係を求めた結果をそれぞれ図４〜１８に、また組成を表１に示す。なお、サンプル１６〜１８はリークが大きすぎて測定することができず、圧電材料としては使用できないものであった。図４〜１４に示すように、０．１０≦ｘ≦０．２０，０．０１≦ｙ≦０．０９の範囲であるサンプル１〜１１では、強誘電体に特徴的なヒステリシスループ形状が観測された。したがって、サンプル１〜１１は、歪み量が印加電圧に対して直線的に変化するため、歪み量の制御が容易である。一方、一般式（１）において０．１０≦ｘ≦０．２０，０．０１≦ｙ≦０．０９の範囲外であるサンプル１２〜１４は、図１５〜１７に示すように反強誘電体に特徴的な正の電界方向と負の電界方向で２つのヒステリシスループ形状を持つダブルヒステリシスが観測されたため反強誘電体であり、サンプル１５は図１８に示すように常誘電体であり、また、サンプル１６〜１８は上述したようにリークが大きすぎで圧電材料としては使用できないものであり、サンプル１２〜１８のいずれも強誘電体ではなかった。
（Ｂｉ1-x，Ｌａx）（Ｆｅ1-y，Ｍｎy）Ｏ3 （１）
（０．１０≦ｘ≦０．２０，０．０１≦ｙ≦０．０９）
【００２８】
【表１】
【００２９】
ここで、自発分極が互い違いに並んでいる物質である反強誘電体、すなわち、電界誘起相転移を示すものを圧電体層とした場合、一定印加電圧以上で電界誘起相転移を示し、大きな歪みを発現するため、強誘電体を超える大きな歪みを得ることが可能であるが、一定電圧以下では駆動せず、歪み量も電圧に対して直線的に変化しない。なお、電界誘起相転移とは、電場によって起こる相転移であり、反強誘電相から強誘電相への相転移や、強誘電相から反強誘電相への相転移を意味する。そして、強誘電相とは、分極軸が同一方向に並んでいる状態であり、反強誘電相とは分極軸が互い違いに並んでいる状態である。例えば、反強誘電相から強誘電相への相転移は、反強誘電相の互い違いに並んでいる分極軸が１８０度回転することにより分極軸が同一方向になって強誘電相になることであり、このような電界誘起相転移によって格子が膨張又は伸縮して生じる歪みが、電界誘起相転移により生じる相転移歪みである。このような電界誘起相転移を示すものが反強誘電体であり、換言すると、電場のない状態では分極軸が互い違いに並んでおり、電場により分極軸が回転して同一方向にならぶものが反強誘電体である。このような反強誘電体は、反強誘電体の分極量Ｐと電圧Ｖの関係を示すＰ−Ｖ曲線において、正の電界方向と負の電界方向で２つのヒステリシスループ形状を持つダブルヒステリシスとなる。そして、分極量が急激に変化している領域が、強誘電相から反強誘電相への相転移や、強誘電相から反強誘電相への相転移している箇所である。
【００３０】
一方、強誘電体は、反強誘電体のようにＰ−Ｖ曲線がダブルヒステリシスとはならず、分極方向を一方向に揃えることで歪み量が印加電圧に対して直線的に変化する。したがって、歪み量の制御が容易なので吐出させる液滴サイズ等の制御も容易であり、微振動を発生させる小振幅振動及び大きな排除体積を発生させる大振幅振動の両者を一つの圧電素子により発生させることができる。
【００３１】
そして、圧電体層７０は、粉末Ｘ線回折測定した際、該回折パターンにおいて、強誘電性を示す相（強誘電相）に帰属される回折ピークと、反強誘電性を示す相（反強誘電相）に帰属される回折ピークが同時に観測されることが好ましい。このように、強誘電性を示す相に帰属される回折ピークと、反強誘電性を示す相に帰属される回折ピークが同時に観測される、すなわち、反強誘電相と強誘電相の組成相境界（Ｍ．Ｐ．Ｂ．）である圧電体層７０とすると、歪み量の大きな圧電素子とすることができる。また、圧電体層７０は、上記一般式（１）において、０．１７≦ｘ≦０．２０であることが好ましく、更に好ましくは、０．１９≦ｘ≦０．２０である。この範囲では、後述する実施例に示すが、粉末Ｘ線回折測定した際に、強誘電性を示す相（強誘電相）に帰属される回折ピークと、反強誘電性を示す相（反強誘電相）に帰属される回折ピークが同時に観測され反強誘電相と強誘電相を同時に示す。したがって、反強誘電相と強誘電相のＭ．Ｐ．Ｂ．であるため、歪み量の大きな圧電素子とすることができる。
【００３２】
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、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。
【００３３】
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、絶縁体膜５５及びリード電極９０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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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を介して電気的に接続されている。
【００３８】
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、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。
【００３９】
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、リザーバー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、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。
【００４０】
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１９〜図２３を参照して説明する。なお、図１９〜図２３は、圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００４１】
まず、図１９（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１９（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜）上に、酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜５５を、反応性スパッタ法や熱酸化等で形成する。
【００４２】
次に、図２０（ａ）に示すように、絶縁体膜５５上に、ＤＣスパッタ法やイオンスパッタ法等でチタンからなるチタン膜５６を設ける。次いで、チタン膜５６上に、ＤＣスパッタ法等で白金からなる白金膜５７を全面に形成した後パターニングする。なお、このチタン膜５６や白金膜５７の厚さや加熱条件等を適宜調整することにより、後述する圧電体前駆体膜の結晶化の際に拡散するチタンの量を調整することができる。
【００４３】
次いで、白金膜５７上に、圧電体層７０を積層する。圧電体層７０の製造方法は特に限定されないが、例えば、有機金属化合物を溶媒に溶解・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７０を得る、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて圧電体層７０を形成できる。なお、圧電体層７０の製造方法は、ＭＯＤ法に限定されず、例えば、ゾル−ゲル法や、レーザアブレーション法、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よい。
【００４４】
圧電体層７０の具体的な形成手順例としては、まず、図２０（ｂ）に示すように、白金膜５７上に、有機金属化合物、具体的には、ビスマス、ランタン、鉄、マンガンを含有する有機金属化合物を、目的とする組成比になる割合で含むゾルや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）。
【００４５】
塗布する前駆体溶液は、ビスマス、ランタン、鉄、マンガンをそれぞれ含む有機金属化合物を、各金属が所望のモル比となるように混合し、該混合物をアルコールなどの有機溶媒を用いて溶解または分散させたものである。ビスマス、ランタン、鉄、マンガンをそれぞれ含む有機金属化合物としては、例えば、金属アルコキシド、有機酸塩、βジケトン錯体などを用いることができる。ビスマスを含む有機金属化合物としては、例えば２−エチルヘキサン酸ビスマスなどが挙げられる。ランタンを含む有機金属化合物としては、２−エチルヘキサン酸ランタンなどが挙げられる。鉄を含む有機金属化合物としては、例えば２−エチルヘキサン酸鉄などが挙げられる。マンガンを含む有機金属化合物としては、例えば２−エチルヘキサン酸マンガンなどが挙げられる。
【００４６】
次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度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）。なお、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、大気中でも不活性ガス中でもよい。
【００４７】
次に、図２０（ｃ）に示すように、不活性ガス雰囲気中で、圧電体前駆体膜７１を所定温度、例えば６００〜７００℃程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７２を形成する（焼成工程）。
【００４８】
なお、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。
【００４９】
次に、図２１（ａ）に示すように、圧電体膜７２上に所定形状のレジスト（図示無し）をマスクとして第１電極６０及び圧電体膜７２の１層目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。
【００５０】
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からなる圧電体層７０を形成することで、図２１（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を形成する。例えば、塗布溶液の１回あたりの膜厚が０．１μｍ程度の場合には、例えば、１０層の圧電体膜７２からなる圧電体層７０全体の膜厚は約１．１μｍ程度となる。なお、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。
【００５１】
この圧電体層７０を形成する工程で、上述したように、不活性ガス雰囲気中で圧電体前駆体膜７１を焼成して結晶化させると、第１電極６０となる白金膜５７の流路形成基板１０側に形成されたチタン膜５６を構成するチタンが拡散する。例えば、圧電体層７０となる圧電体膜７２までチタンが拡散し、圧電体層７０がチタンを含むものとなる。なお、チタン膜５６のチタンは、チタン膜５６と圧電体層７０との間の白金膜５７の粒界を通って圧電体層７０内に拡散するものと推測される。
【００５２】
このように、白金膜５７の下地をチタン膜５６とし、圧電体前駆体膜７１を不活性ガス雰囲気中で加熱して結晶化させることにより、チタン膜５６のチタンが拡散して、絶縁性が高くなり、リーク電流の発生を抑制することができる。また、歪み量も大きくすることができる。さらに、圧電体層７０を、０°＜２θ＜２５°に観測されるＡＢＯ3由来の回折ピークの強度が、２０°＜２θ＜５０°に観測されるＡＢＯ3由来の回折ピークの面積強度の総和の９０％以上、すなわち、（１００）面配向膜とすることができる。
【００５３】
なお、圧電体前駆体膜７１を結晶化する工程を経る際に、白金からなる白金膜５７は、白金を含み、チタンの拡散の程度によってはチタンや酸化チタンも含む白金層６２となる。そして、本実施形態においては、拡散したチタンにより、白金層６２と圧電体層７０との間に、酸化チタンを含む第２酸化チタン層６３が形成される。また、白金層６２の流路形成基板１０側に設けたチタン膜５６のうち拡散しなかったチタンが、酸化チタンを含む第１酸化チタン層６１となる。ただし、チタンの拡散の程度によっては、第１酸化チタン層６１層や第２酸化チタン層６３はほとんど存在しない場合がある。また、本実施形態では、チタンが圧電体層７０内まで拡散したものを示したが、チタンは圧電体層７０と白金層６２の界面まで拡散していればよく、例えば、圧電体層７０自体はチタンを含有しなくてもよい。なお、焼成工程における温度や時間によっても、圧電体前駆体膜７１の結晶化の際に拡散するチタンの量を調整することができる。
【００５４】
ここで、不活性ガス雰囲気とは、ヘリウム、アルゴン等の希ガス、窒素ガス等の不活性ガスや、これらの混合ガス雰囲気である。加熱装置内を不活性ガスで置換した状態でも、加熱装置内に不活性ガスをフローさせた状態でもよい。また、不活性ガス濃度は１００％でなくてもよく、第１電極６０となる白金膜５７の流路形成基板１０側に形成されたチタン膜５６を構成するチタンが、拡散する雰囲気であればよく、例えば、酸素濃度が２０％未満である。
【００５５】
このように圧電体層７０を形成した後は、図２２（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℃〜７００℃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。
【００５６】
次に、図２２（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。
【００５７】
次に、図２２（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。
【００５８】
次に、図２３（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。
【００５９】
そして、図２３（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。
【００６０】
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。
【実施例】
【００６１】
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。
【００６２】
（実施例１）
まず、シリコン基板の表面に熱酸化により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スパッタ法により膜厚４００ｎｍの酸化ジルコニウム膜を形成した。次いで、酸化ジルコニウム膜上に、ＤＣスパッタ法により膜厚２０ｎｍのチタン膜を形成した。次に、チタン膜上にＤＣスパッタ法により膜厚１３０ｎｍの白金膜を形成した。
【００６３】
次いで、白金膜上に圧電体層をスピンコート法により形成した。その手法は以下のとおりである。まず、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸ランタン、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸マンガンのキシレンおよびオクタン溶液を所定の割合で混合して、前駆体溶液を調製した。そしてこの前駆体溶液を白金膜が形成された上記基板上に滴下し、最初は５００ｒｐｍで５秒間、次に、１５００ｒｐｍで３０秒基板を回転させて圧電体前駆体膜を形成した（塗布工程）。次に、大気中、３５０℃で３分間乾燥・脱脂を行った（乾燥及び脱脂工程）。この塗布工程・乾燥及び脱脂工程を２回繰り返した後に、加熱装置内を５００ｃｃ／分の流量の窒素でフローしたＲａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ （ＲＴＡ）で６５０℃、２分間焼成を行った（焼成工程）。この塗布工程・乾燥及び脱脂工程を２回繰り返した後に一括して焼成する焼成工程を行う工程を３回繰り返し、その後、加熱装置内を５００ｃｃ／分の流量の窒素でフローしたＲＴＡで６５０℃、５分間焼成を行うことで、計６回の塗布により全体で厚さ４５０ｎｍの圧電体層を形成した。
【００６４】
その後、圧電体層上に、第２電極としてＤＣスパッタ法により膜厚１００ｎｍの白金膜を形成した後、加熱装置内を５００ｃｃ／分の流量の窒素でフローしたＲＴＡで６５０℃、５分間焼成を行うことで、ｘ＝０．１９、ｙ＝０．０３の上記一般式（１）で表されるＡＢＯ3型構造を基本組成としチタンを含有する複合酸化物を圧電体層とする圧電素子を形成した。
【００６５】
（比較例１）
加熱装置内を５００ｃｃ／分の流量の窒素でフローしたＲＴＡのかわりに、加熱装置内を５００ｃｃ／分の流量の酸素でフローしたＲＴＡを行った以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【００６６】
（比較例２）
酸化ジルコニウム膜上に、チタン膜のかわりに酸化チタン膜を形成し、この酸化チタン膜の上に圧電体層を形成した以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【００６７】
（比較例３）
白金膜上に、ＤＣスパッタ法により膜厚２０ｎｍのイリジウム膜を形成し、このイリジウム膜の上に圧電体層を形成した以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【００６８】
（比較例４）
加熱装置内を５００ｃｃ／分の流量の窒素でフローしたＲＴＡのかわりに、加熱装置内を５００ｃｃ／分の流量の酸素でフローしたＲＴＡを行い、また、酸化ジルコニウム膜上に、チタン膜のかわりに酸化チタン膜を形成しこの酸化チタン膜の上に圧電体層を形成した以外は、実施例１と同様の操作を行った。
【００６９】
（試験例１）
実施例１及び比較例１〜３の各圧電素子について、東陽テクニカ社製「ＦＣＥ−１Ａ」で、φ＝４００μｍの電極パターンを使用し、周波数１ｋＨｚの三角波を印加して、分極量と電圧の関係（Ｐ−Ｖ曲線）を求めた。結果を図２４〜図２６に示す。なお、実施例１については比較のため、結果を図２４〜図２６の全てに記載した。
【００７０】
図２４〜図２６に示すように、下地をチタン膜とし窒素雰囲気で結晶化させた実施例１では、良好なヒステリシスカーブとなっており、リークが発生していないことがわかる。一方、酸素雰囲気中で圧電体前駆体膜を結晶化させた比較例１や、白金膜下地をチタン膜のかわりに酸化チタン膜とした比較例２や、白金膜上にイリジウム膜を形成した比較例３では、ヒステリシスカーブがリークしていた。
【００７１】
（試験例２）
実施例１、比較例１及び３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、電界誘起歪―電界強度の関係（Ｓ−Ｖ曲線）を求めた。結果を図２７及び図２８に示す。なお、実施例１については比較のため、図２７及び図２８の両方に記載した。
【００７２】
図２７及び図２８に示すように、窒素雰囲気で結晶化させた実施例１は、比較例１及び３よりも、変位量が大きく圧電特性が良好であることが分かった。また、実施例１の圧電素子が、大きな電界誘起歪を示すとともに、強誘電体であり、反強誘電体では示さない電圧に対する歪み量が良好な直線性を示すことも確認できた。
【００７３】
（試験例３）
実施例１及び比較例１の各圧電素子について、第２電極を剥がした状態で圧電体層７０から厚さ方向に亘って二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）により測定した。結果を図２９に示す。図の左側が第２電極側、右側が基板側である。この結果、窒素雰囲気で圧電体前駆体膜を結晶化させた実施例１では、下地であるチタン膜からチタンが拡散していることが分かる。なお拡散したチタンは白金層及び圧電体層に偏析しており、圧電体層中まで拡散していることがわかる。このことと試験例１の結果とから、Ｔｉが拡散することで、圧電素子の絶縁性が向上したといえる。また、実施例１においては、白金を含む白金層と、圧電体層との間に図２９において矢印で示すようにチタンのピークが存在しており、この領域に酸化チタンを含む第２酸化チタン層が形成されていることが分かる。なお、この第２酸化チタン層の厚さを透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で測定したところ、１ｎｍであった。
【００７４】
一方、比較例１では、酸素雰囲気中で圧電体前駆体膜を結晶化させても白金膜の下地のチタンは拡散しないことが分かる。このことと試験例１の結果とから、Ｔｉを拡散させて圧電素子の絶縁性を向上させるためには、窒素雰囲気で圧電体前駆体膜を結晶化させる必要があることが分かる。なお、比較例１においては、白金を含む白金層と、圧電体層との間に実施例１のようにチタンのピークは無く、この領域に酸化チタンを含む第２酸化チタン層は形成されていなかった。
【００７５】
（試験例４）
実施例１及び比較例２の各圧電素子について、第２電極を剥がした状態で圧電体層７０から厚さ方向に亘って二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）により測定した。実施例１の結果を図３０に、比較例２の結果を図３１に示す。なお、図の左側が第２電極側、右側が基板側である。この結果、実施例１では、試験例３と同様に、白金膜の下地であるチタン膜からチタンが拡散していることが分かる。なお拡散したチタンは白金層及び圧電体層に偏析しており、圧電体層中まで拡散していることがわかる。
【００７６】
一方、比較例２では下地が酸化チタンなので圧電体前駆体膜を窒素雰囲気中で結晶化させてもチタンは拡散しないことが分かる。このことより、Ｔｉを拡散させて絶縁性を向上させるためには、下地をチタン膜にする必要があることが分かる。
【００７７】
（試験例５）
実施例１及び比較例１〜４の圧電素子について、Ｂｒｕｋｅｒ ＡＸＳ社製の「Ｄ８ Ｄｉｓｃｏｖｅｒ」を用い、Ｘ線源にＣｕＫα線を使用し、室温で、圧電体層の粉末Ｘ線回折パターンをφ＝ψ＝０°で求めた。実施例１、比較例１〜２及び４の結果を図３２に、また、比較例３の結果を実施例１及び比較例２と共に記載した図を図３３に示す。
【００７８】
図３２及び図３３に示すように、ＲＴＡの雰囲気、第１電極となる白金膜の下地の材質や、白金膜か異なる材質かによって、粉末Ｘ線回折パターンが異なり、実施例１のみが（１００）面配向膜となっていることが分かる。具体的には、実施例１のみが、２０°＜２θ＜２５°に観測されるＡＢＯ3由来の回折ピークの強度が、２０°＜２θ＜５０°に観測されるＡＢＯ3由来の回折ピークの面積強度の総和の９０％以上であり、（１００）配向膜となっていた。なお、実施例１及び比較例１〜４すべてにおいて、ＡＢＯ3由来の回折ピークが観測され、実施例１及び比較例１〜４の圧電体層はＡＢＯ3型構造を形成していることがわかる。
【００７９】
そして、図３２及び図３３に示すように、実施例１は、強誘電相を示す２θ＝４６．１°近傍の回折ピーク及び反強誘電相を示す２θ＝４６．５°近傍の回折ピークが混在したピークを有しているため、実施例１は強誘電体に起因する構造と反強誘電体に起因する構造の両者が共存する組成相境界（Ｍ．Ｐ．Ｂ．）であることがわかる。
【００８０】
（試験例６）
実施例１及び比較例１の各圧電素子について、Ｊ−Ｅプロットを取得することにより伝導機構の調査を行った。トンネル放出機構の結果を図３４に示す。この結果、窒素雰囲気中で結晶化させた実施例１では、トンネル電流はほとんど生じず、リーク電流を抑制できることが分かる。一方、酸素雰囲気中で結晶化させた比較例１では、高電界側でトンネル電流が放出しており、酸素フローによる酸素がドナーとなってトンネル電流を発生させているため、酸素雰囲気中で結晶化したものは、リーク電流が増加すると考えられる。
【００８１】
（試験例７）
実施例１及び比較例１の各圧電素子について、±６０Ｖの電圧を印加して、電流密度と電圧との関係（Ｉ−Ｖ曲線）を求めた。結果を図３５に示す。この結果、窒素雰囲気で圧電体前駆体膜を過熱して結晶化させた実施例１は、酸素雰囲気で結晶化させた比較例１よりも絶縁性が向上し、耐圧も向上することが分かる。
【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、圧電体層の基本組成として、金属元素として、Ｂｉ、Ｌａ、Ｆｅ及びＭｎのみを含有するＡＢＯ3型の複合酸化物について記載したが、Ｂｉ、Ｌａ、Ｆｅ及びＭｎを含むＡＢＯ3型の複合酸化物であればよく、他の金属を添加し特性の調整を行ってもよい。
【００８３】
また、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。
【００８４】
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。
【００８５】
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３６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。
【００８６】
図３６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。
【００８７】
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。
【００８８】
なお、上述した実施形態１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。
【００８９】
また、本発明は、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搭載される圧電素子に限られず、超音波発信機等の超音波デバイス、超音波モーター、圧力センサー等他の装置に搭載される圧電素子にも適用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
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 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、
５６ チタン膜、 ５７ 白金膜、 ６０ 第１電極、 ６１ 第１酸化チタン層、 ６２ 白金層、 ６３ 第２酸化チタン層、 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、 ３００ 圧電素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を有する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
チタンからなるチタン膜を形成する工程と、
前記チタン膜上に白金からなる白金膜を形成する工程と、
前記白金膜上にビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含む圧電体前駆体膜を形成する工程と、
前記圧電体前駆体膜を不活性ガス雰囲気中で焼成し、結晶化することにより圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記不活性ガスが窒素ガスであることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法により製造された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】
チタンからなるチタン膜を形成する工程と、
前記チタン膜上に白金からなる白金膜を形成する工程と、
前記白金膜上にビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含む圧電体前駆体膜を形成する工程と、
前記圧電体前駆体膜を不活性ガス雰囲気中で焼成し、結晶化することにより圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項５】
ノズル開口に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を有する液体噴射ヘッドであって、
前記圧電素子は、酸化チタンを含む第１酸化チタン層と、第１酸化チタン層上に形成され白金を含む白金層と、前記白金層上に形成され酸化チタンを含む第２酸化チタン層と、からなる第１電極と、
前記第２酸化チタン層上に形成された鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層と、
前記圧電体層上に形成された第２電極と、を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記圧電体層は、下記一般式で表される複合酸化物を含むことを特徴とする請求項５に記載の液体噴射ヘッド。
（Ｂｉ1-x，Ｌａx）（Ｆｅ1-y，Ｍｎy）Ｏ3 （１）
（０．１０≦ｘ≦０．２０，０．０１≦ｙ≦０．０９）
【請求項７】
前記圧電体層は、粉末Ｘ線回折パターンにおいて、φ＝ψ＝０°で測定したときの２０°＜２θ＜２５°に観測されるＡＢＯ3型構造由来の回折ピークの面積強度が、２０°＜２θ＜５０°に観測されるＡＢＯ3型構造由来の回折ピークの面積強度の総和の９０％以上であることを特徴とする請求項５又は６に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項に記載する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９】
酸化チタンを含む第１酸化チタン層と、第１酸化チタン層上に形成され白金を含む白金層と、前記白金層上に形成され酸化チタンを含む第２酸化チタン層と、からなる第１電極と、
前記第２酸化チタン層上に形成された鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層と、
前記圧電体層上に形成された第２電極と、を有することを特徴とする圧電素子。
【請求項１】
ノズル開口に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を有する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
チタンからなるチタン膜を形成する工程と、
前記チタン膜上に白金からなる白金膜を形成する工程と、
前記白金膜上にビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含む圧電体前駆体膜を形成する工程と、
前記圧電体前駆体膜を不活性ガス雰囲気中で焼成し、結晶化することにより圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記不活性ガスが窒素ガスであることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の製造方法により製造された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】
チタンからなるチタン膜を形成する工程と、
前記チタン膜上に白金からなる白金膜を形成する工程と、
前記白金膜上にビスマス、ランタン、鉄及びマンガンを含む圧電体前駆体膜を形成する工程と、
前記圧電体前駆体膜を不活性ガス雰囲気中で焼成し、結晶化することにより圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項５】
ノズル開口に連通する圧力発生室と、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を有する液体噴射ヘッドであって、
前記圧電素子は、酸化チタンを含む第１酸化チタン層と、第１酸化チタン層上に形成され白金を含む白金層と、前記白金層上に形成され酸化チタンを含む第２酸化チタン層と、からなる第１電極と、
前記第２酸化チタン層上に形成された鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層と、
前記圧電体層上に形成された第２電極と、を有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記圧電体層は、下記一般式で表される複合酸化物を含むことを特徴とする請求項５に記載の液体噴射ヘッド。
（Ｂｉ1-x，Ｌａx）（Ｆｅ1-y，Ｍｎy）Ｏ3 （１）
（０．１０≦ｘ≦０．２０，０．０１≦ｙ≦０．０９）
【請求項７】
前記圧電体層は、粉末Ｘ線回折パターンにおいて、φ＝ψ＝０°で測定したときの２０°＜２θ＜２５°に観測されるＡＢＯ3型構造由来の回折ピークの面積強度が、２０°＜２θ＜５０°に観測されるＡＢＯ3型構造由来の回折ピークの面積強度の総和の９０％以上であることを特徴とする請求項５又は６に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項に記載する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９】
酸化チタンを含む第１酸化チタン層と、第１酸化チタン層上に形成され白金を含む白金層と、前記白金層上に形成され酸化チタンを含む第２酸化チタン層と、からなる第１電極と、
前記第２酸化チタン層上に形成された鉄マンガン酸ビスマスランタンを含む圧電体層と、
前記圧電体層上に形成された第２電極と、を有することを特徴とする圧電素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３６】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図３５】
【図２】
【図３】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３６】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図３５】
【公開番号】特開２０１１−１４２１４３（Ｐ２０１１−１４２１４３Ａ）
【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２０１０−８２８（Ｐ２０１０−８２８）
【出願日】平成２２年１月５日（２０１０．１．５）
【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５日（２０１０．１．５）
【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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