液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子
【課題】圧電特性を向上することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子を提供する。
【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室１２と、該圧力発生室１２に圧力変化を生じさせると共に、第１電極６０と、該第１電極６０上に形成された圧電体層７０と、該圧電体層７０の前記第１電極６０とは反対側に形成された第２電極８０とを具備する圧電素子３００と、を具備し、圧電体層７０が同じ格子間距離を有する２つの誘電体膜７１と、この２つの前記誘電体膜７１の間に設けられて、格子間距離が前記誘電体膜７１と異なる介在層７２と、を具備する。
【解決手段】ノズル開口に連通する圧力発生室１２と、該圧力発生室１２に圧力変化を生じさせると共に、第１電極６０と、該第１電極６０上に形成された圧電体層７０と、該圧電体層７０の前記第１電極６０とは反対側に形成された第２電極８０とを具備する圧電素子３００と、を具備し、圧電体層７０が同じ格子間距離を有する２つの誘電体膜７１と、この２つの前記誘電体膜７１の間に設けられて、格子間距離が前記誘電体膜７１と異なる介在層７２と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１電極、圧電体層及び第２電極を具備する圧電素子と、圧電素子を具備する液体噴射ヘッド及び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。圧電体層は、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。この圧電性セラミックスとしては、ペロブスカイト型結晶構造を有し、化学式ＡＢＯ３で示すことができる複合酸化物が知られている。
【０００３】
また、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（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５２２３３号公報
【特許文献２】特開２００４−４２２８７号公報
【特許文献３】特開２００６−２８６９２５号公報
【特許文献４】特開２００７−２８８１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧電体層は、柱状結晶であっても、柱状結晶が斜めに成長するなどして結晶性が悪くなり、圧電特性が低下してしまう虞があり、より完全な柱状結晶を有する圧電体層を形成することで、圧電特性を向上することが望まれている。
【０００６】
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドだけではなく、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。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、圧電特性を向上することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに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、ノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせると共に、第１電極と、該第１電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第１電極とは反対側に形成された第２電極とを具備する圧電素子と、を具備し、圧電体層が同じ格子間距離を有する２つの誘電体膜と、この２つの前記誘電体膜の間に設けられて、格子間距離が前記誘電体膜と異なる介在層と、を具備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、介在層によって一方の電極側の誘電体膜上に他方の電極側の誘電体膜をより完全な柱状結晶で形成することができ、優先配向をより完全に行わせることができる。
【０００９】
また、前記圧電体層が、鉛、チタン及びジルコニウムを有するものであることが好ましい。これによれば、所望の圧電特性を得ることができる。
【００１０】
さらに、本発明の他の態様は、上記態様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にある。これによれば、液体噴射特性を向上した液体噴射装置を実現できる。
【００１１】
また、本発明の他の態様は、第１電極と、該第１電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第１電極とは反対側に設けられた第２電極と、を具備し、前記圧電体層が同じ格子間距離を有する２つの誘電体膜と、この２つの前記誘電体膜の間に設けられて、格子間距離が前記誘電体膜と異なる介在層と、を具備することを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、介在層によって一方の電極側の誘電体膜上に他方の電極側の誘電体膜をより完全な柱状結晶で形成することができ、優先配向をより完全に行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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）
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′断面図であり、図３は、圧電素子の断面図であり、図４は図３の要部拡大断面図及び平面図である。
【００１３】
図示するように、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。
【００１４】
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。
【００１５】
なお、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、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。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３２０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。
【００１８】
圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される分極構造を有する一般式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結晶膜である。圧電体層７０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。すなわち、圧電体層７０は、鉛、チタン、ジルコニウムを有するものであり、具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，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）等を用いることができる。
【００１９】
圧電体層７０は、図３に示すように、第１電極６０側及び第２電極８０側にそれぞれ同じ格子間距離を有する２つの誘電体膜７１と、２つの誘電体膜７１の間に設けられて格子間距離が誘電体膜７１とは異なる介在層７２とを有する。
【００２０】
２つの誘電体膜７１の格子間距離が同じとは、同じ材料、同じ製造条件で作った、理論上同じという意味である。２つの誘電体膜７１は、図４に示すように、第１電極６０の表面（圧電体層７０側の面）に対して垂直に延びるように形成された複数の柱状結晶７３で構成されている。２つの誘電体膜７１をそれぞれ構成する柱状結晶７３は、面内（第１電極６０の表面）での位置が同一位置となるように配置されている。すなわち、一方の電極側の誘電体膜７１は、他方の電極側の誘電体膜７１に介在層７２を介してエピタキシャル成長により形成されたものであり、２つの誘電体膜７１は、結晶面の結晶粒の位置が、同一位置となっている。
【００２１】
介在層７２は、一方の電極側の誘電体膜７１上に設けられて、他方の電極側の誘電体膜７１をエピタキシャル成長させるためのものである。このような介在層７２は、誘電体膜７１と同じ組成、同じ結晶構造を有するが、結晶の格子間距離、すなわち、結晶軸の長さ（格子定数のａ、ｂ、ｃで表されるもの）が誘電体膜７１とは異なるものである。このような介在層７２は、図４（ａ）に示すように、２つの誘電体膜７１の積層方向における２つの柱状結晶７３の間、すなわち、第１電極６０から第２電極８０側に向かう厚さ方向における柱状結晶７３の間に存在するように設けられている。ここで、図４（ｂ）に示すように、面内（第１電極６０の圧電体層７０側の表面）で隣り合う柱状結晶７３の間７４には、異物（非結晶）や空隙などが存在し、介在層７２は存在していない。すなわち、介在層７２は、２つの誘電体膜７１の間に点在しているものである。
【００２２】
このような、圧電体層７０の組成比としては、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１．０５〜１．５、Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７〜７５／２５であるのが好適である。
【００２３】
さらに、圧電体層７０は、結晶が（１００）面に優先配向している。本実施形態では、介在層７２を設けることによって、一方の誘電体膜７１の上に他方の誘電体膜７１の柱状結晶７３を垂直に立てることができる。このため、圧電体層７０のほとんど（例えば、９９％以上）を（１００）面に、すなわち、より完全に優先配向させることができる。また、これにより、ＸＲＤ強度をより高めることができる。
【００２４】
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る。例えば、本実施形態では、圧電体層７０を１〜５μｍ前後の厚さで形成した。
【００２５】
さらに、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）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、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。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。
【００３２】
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。
【００３３】
本実施形態では、圧電体層７０をより完全に（１００）面に優先配向させることができるため、圧電体層７０の圧電特性を向上することができる。すなわち、圧電特性が向上した圧電体層７０をインクジェット式記録ヘッドＩに用いることにより、インク吐出特性を向上することができる。
【００３４】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図５〜図９を参照して説明する。なお、図５〜図９は、本発明の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を示す断面図であり、特に図６は、要部を拡大した断面図である。
【００３５】
まず、図５（ａ）に示すように、シリコンウェハであり流路形成基板１０が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハ１１０の表面に弾性膜５０を構成する酸化膜５１を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０を熱酸化することにより、二酸化シリコンからなる酸化膜５１を形成した。
【００３６】
次に、図５（ｂ）に示すように、弾性膜５０（酸化膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。
【００３７】
次に、図５（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上の全面に第１電極６０を形成すると共に、所定形状にパターニングする。この第１電極６０の材料は、特に限定されないが、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。このため、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。また、第１電極６０は、例えば、スパッタリング法やＰＶＤ法（物理蒸着法）などにより形成することができる。また、特に図示していないが、第１電極６０上に柱状結晶の圧電体層７０を良好に形成するためには、第１電極６０の圧電体層７０側にチタン等の結晶種となる材料を配置するようにしてもよい。
【００３８】
次に、流路形成基板用ウェハ１１０の第１電極６０側に、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０を形成する。
【００３９】
圧電体層７０の製造方法としては、例えば、結晶化する前の圧電体前駆体層をスパッタリング法又は化学蒸着法（ＣＶＤ法）により形成後、圧電体前駆体層を加熱焼成することで形成することができる。
【００４０】
具体的には、まず、図６（ａ）に示すように、圧電体層７０となる圧電体前駆体層１７０を形成する。本実施形態の圧電体前駆体層１７０は、誘電体膜７１となる２つの誘電体前駆体膜１７１と、２つの誘電体前駆体膜１７１の間に設けられて介在層７２となる介在前駆体層１７２とを有する。このような圧電体前駆体層１７０は、流路形成基板用ウェハ１１０の第１電極６０側にスパッタリング法又はＣＶＤ法により、誘電体前駆体膜１７１を連続して成膜している最中に一度成膜を停止することで形成することができる。すなわち、最初の連続する成膜によって第１電極６０側の誘電体前駆体膜１７１を形成し、成膜を一時停止することで、介在前駆体層１７２を形成することができる。そして、２度目の連続する成膜を再開することで、介在前駆体層１７２上に第１電極６０とは反対側（第２電極８０側：図示なし）の誘電体前駆体膜１７１を形成することができる。要するに、連続する成膜によって２つの誘電体前駆体膜１７１を形成し、成膜を一時停止することで介在前駆体層１７２を形成することができる。
【００４１】
なお、圧電体前駆体層１７０を形成するスパッタリング法又はＣＶＤ法などの成膜では、堆積温度が５００℃以下とするのが好ましい。
【００４２】
次に、図６（ｂ）に示すように、この圧電体前駆体層１７０を加熱焼成して結晶化することで、圧電体層７０を形成する。圧電体前駆体層１７０の焼成温度は、７００℃〜９００℃が好適である。このように圧電体前駆体層１７０を加熱すると、実質的に第１電極６０が加熱されるため、圧電体層７０は、第１電極６０側からエピタキシャル成長しながら結晶化される。このとき、介在前駆体層１７２によって介在前駆体層１７２よりも上（第１電極６０とは反対側）の誘電体前駆体膜１７１は、介在層７２の結晶構造を踏襲させたエピタキシャル成長させることができ、介在層７２よりも上の誘電体膜７１の柱状結晶７３（図４参照）を垂直に形成することができる。
【００４３】
これにより、圧電体層７０のほとんど（例えば、９９％以上）を（１００）面に、すなわち、より完全に優先配向させることができる。
【００４４】
なお、圧電体層７０の形成方法は、特にこれに限定されず、例えば、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法等を用いてもよい。
【００４５】
次に、図７（ａ）に示すように、圧電体層７０上に、例えば、イリジウムからなる第２電極８０を形成する。
【００４６】
次に、図７（ｂ）に示すように、第２電極８０及び圧電体層７０を同時にエッチングすることにより各圧力発生室１２に対応する領域に圧電素子３００を形成する。ここで、第２電極８０及び圧電体層７０のエッチングは、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。
【００４７】
次に、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００４８】
次に、図８（ａ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハ１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハ１３０には、リザーバー部３１及び圧電素子保持部３２等が予め形成されている。保護基板用ウェハ１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００４９】
次いで、図８（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに薄くする。
【００５０】
次いで、図８（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上にマスク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９に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク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。
【００５１】
その後は、流路形成基板用ウェハ１１０表面のマスク５２を除去し、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ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１１０の保護基板用ウェハ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とする。
【００５２】
（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。上述した実施形態１では、圧電体層７０が、２つの誘電体膜７１と、２つの誘電体膜７１の間に設けられた介在層７２とで構成されるものを例示したが、誘電体膜７１の数及び介在層７２の数は、特にこれに限定されるものではない。介在層７２が２層以上の複数層設けられていてもよいが、基本的に介在層７２を挟むように２つの誘電体膜７１が配置されていれば、上述した実施形態１と同様の効果を奏することができる。ちなみに、複数層の介在層７２は、上述した実施形態１と同様に、スパッタリング法又はＣＶＤ法による誘電体前駆体膜１７１の成膜を一時停止する回数を増やすことで形成することができる。すなわち、誘電体前駆体膜１７１の成膜を一時停止する度に介在層７２を形成することができる。
【００５３】
また、上述した実施形態１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。
【００５４】
さらに、上述した実施形態１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。
【００５５】
また、これら実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩ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１０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。
【００５６】
図１０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。
【００５７】
そして、駆動モータ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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、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。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【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及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る圧電素子の断面図である。
【図４】実施形態１に係る圧電素子の要部拡大断面図及び平面図である。
【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である。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す要部拡大断面図である。
【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である。
【図８】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図９】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１０】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。
【符号の説明】
【００６１】
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、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ７１ 誘電体膜、 ７２ 介在層、 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、 １７０ 圧電体前駆体層、 １７１ 誘電体前駆体膜、 １７２ 介在前駆体層、 ３００ 圧電素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１電極、圧電体層及び第２電極を具備する圧電素子と、圧電素子を具備する液体噴射ヘッド及び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。圧電体層は、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。この圧電性セラミックスとしては、ペロブスカイト型結晶構造を有し、化学式ＡＢＯ３で示すことができる複合酸化物が知られている。
【０００３】
また、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（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５２２３３号公報
【特許文献２】特開２００４−４２２８７号公報
【特許文献３】特開２００６−２８６９２５号公報
【特許文献４】特開２００７−２８８１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、圧電体層は、柱状結晶であっても、柱状結晶が斜めに成長するなどして結晶性が悪くなり、圧電特性が低下してしまう虞があり、より完全な柱状結晶を有する圧電体層を形成することで、圧電特性を向上することが望まれている。
【０００６】
なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドだけではなく、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。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、圧電特性を向上することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに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、ノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせると共に、第１電極と、該第１電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第１電極とは反対側に形成された第２電極とを具備する圧電素子と、を具備し、圧電体層が同じ格子間距離を有する２つの誘電体膜と、この２つの前記誘電体膜の間に設けられて、格子間距離が前記誘電体膜と異なる介在層と、を具備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、介在層によって一方の電極側の誘電体膜上に他方の電極側の誘電体膜をより完全な柱状結晶で形成することができ、優先配向をより完全に行わせることができる。
【０００９】
また、前記圧電体層が、鉛、チタン及びジルコニウムを有するものであることが好ましい。これによれば、所望の圧電特性を得ることができる。
【００１０】
さらに、本発明の他の態様は、上記態様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にある。これによれば、液体噴射特性を向上した液体噴射装置を実現できる。
【００１１】
また、本発明の他の態様は、第１電極と、該第１電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第１電極とは反対側に設けられた第２電極と、を具備し、前記圧電体層が同じ格子間距離を有する２つの誘電体膜と、この２つの前記誘電体膜の間に設けられて、格子間距離が前記誘電体膜と異なる介在層と、を具備することを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、介在層によって一方の電極側の誘電体膜上に他方の電極側の誘電体膜をより完全な柱状結晶で形成することができ、優先配向をより完全に行わせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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）
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′断面図であり、図３は、圧電素子の断面図であり、図４は図３の要部拡大断面図及び平面図である。
【００１３】
図示するように、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。
【００１４】
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。
【００１５】
なお、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、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。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３２０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。
【００１８】
圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される分極構造を有する一般式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結晶膜である。圧電体層７０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。すなわち、圧電体層７０は、鉛、チタン、ジルコニウムを有するものであり、具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，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）等を用いることができる。
【００１９】
圧電体層７０は、図３に示すように、第１電極６０側及び第２電極８０側にそれぞれ同じ格子間距離を有する２つの誘電体膜７１と、２つの誘電体膜７１の間に設けられて格子間距離が誘電体膜７１とは異なる介在層７２とを有する。
【００２０】
２つの誘電体膜７１の格子間距離が同じとは、同じ材料、同じ製造条件で作った、理論上同じという意味である。２つの誘電体膜７１は、図４に示すように、第１電極６０の表面（圧電体層７０側の面）に対して垂直に延びるように形成された複数の柱状結晶７３で構成されている。２つの誘電体膜７１をそれぞれ構成する柱状結晶７３は、面内（第１電極６０の表面）での位置が同一位置となるように配置されている。すなわち、一方の電極側の誘電体膜７１は、他方の電極側の誘電体膜７１に介在層７２を介してエピタキシャル成長により形成されたものであり、２つの誘電体膜７１は、結晶面の結晶粒の位置が、同一位置となっている。
【００２１】
介在層７２は、一方の電極側の誘電体膜７１上に設けられて、他方の電極側の誘電体膜７１をエピタキシャル成長させるためのものである。このような介在層７２は、誘電体膜７１と同じ組成、同じ結晶構造を有するが、結晶の格子間距離、すなわち、結晶軸の長さ（格子定数のａ、ｂ、ｃで表されるもの）が誘電体膜７１とは異なるものである。このような介在層７２は、図４（ａ）に示すように、２つの誘電体膜７１の積層方向における２つの柱状結晶７３の間、すなわち、第１電極６０から第２電極８０側に向かう厚さ方向における柱状結晶７３の間に存在するように設けられている。ここで、図４（ｂ）に示すように、面内（第１電極６０の圧電体層７０側の表面）で隣り合う柱状結晶７３の間７４には、異物（非結晶）や空隙などが存在し、介在層７２は存在していない。すなわち、介在層７２は、２つの誘電体膜７１の間に点在しているものである。
【００２２】
このような、圧電体層７０の組成比としては、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１．０５〜１．５、Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７〜７５／２５であるのが好適である。
【００２３】
さらに、圧電体層７０は、結晶が（１００）面に優先配向している。本実施形態では、介在層７２を設けることによって、一方の誘電体膜７１の上に他方の誘電体膜７１の柱状結晶７３を垂直に立てることができる。このため、圧電体層７０のほとんど（例えば、９９％以上）を（１００）面に、すなわち、より完全に優先配向させることができる。また、これにより、ＸＲＤ強度をより高めることができる。
【００２４】
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る。例えば、本実施形態では、圧電体層７０を１〜５μｍ前後の厚さで形成した。
【００２５】
さらに、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）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、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。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。
【００３２】
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。
【００３３】
本実施形態では、圧電体層７０をより完全に（１００）面に優先配向させることができるため、圧電体層７０の圧電特性を向上することができる。すなわち、圧電特性が向上した圧電体層７０をインクジェット式記録ヘッドＩに用いることにより、インク吐出特性を向上することができる。
【００３４】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図５〜図９を参照して説明する。なお、図５〜図９は、本発明の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を示す断面図であり、特に図６は、要部を拡大した断面図である。
【００３５】
まず、図５（ａ）に示すように、シリコンウェハであり流路形成基板１０が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハ１１０の表面に弾性膜５０を構成する酸化膜５１を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０を熱酸化することにより、二酸化シリコンからなる酸化膜５１を形成した。
【００３６】
次に、図５（ｂ）に示すように、弾性膜５０（酸化膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。
【００３７】
次に、図５（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上の全面に第１電極６０を形成すると共に、所定形状にパターニングする。この第１電極６０の材料は、特に限定されないが、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。このため、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。また、第１電極６０は、例えば、スパッタリング法やＰＶＤ法（物理蒸着法）などにより形成することができる。また、特に図示していないが、第１電極６０上に柱状結晶の圧電体層７０を良好に形成するためには、第１電極６０の圧電体層７０側にチタン等の結晶種となる材料を配置するようにしてもよい。
【００３８】
次に、流路形成基板用ウェハ１１０の第１電極６０側に、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０を形成する。
【００３９】
圧電体層７０の製造方法としては、例えば、結晶化する前の圧電体前駆体層をスパッタリング法又は化学蒸着法（ＣＶＤ法）により形成後、圧電体前駆体層を加熱焼成することで形成することができる。
【００４０】
具体的には、まず、図６（ａ）に示すように、圧電体層７０となる圧電体前駆体層１７０を形成する。本実施形態の圧電体前駆体層１７０は、誘電体膜７１となる２つの誘電体前駆体膜１７１と、２つの誘電体前駆体膜１７１の間に設けられて介在層７２となる介在前駆体層１７２とを有する。このような圧電体前駆体層１７０は、流路形成基板用ウェハ１１０の第１電極６０側にスパッタリング法又はＣＶＤ法により、誘電体前駆体膜１７１を連続して成膜している最中に一度成膜を停止することで形成することができる。すなわち、最初の連続する成膜によって第１電極６０側の誘電体前駆体膜１７１を形成し、成膜を一時停止することで、介在前駆体層１７２を形成することができる。そして、２度目の連続する成膜を再開することで、介在前駆体層１７２上に第１電極６０とは反対側（第２電極８０側：図示なし）の誘電体前駆体膜１７１を形成することができる。要するに、連続する成膜によって２つの誘電体前駆体膜１７１を形成し、成膜を一時停止することで介在前駆体層１７２を形成することができる。
【００４１】
なお、圧電体前駆体層１７０を形成するスパッタリング法又はＣＶＤ法などの成膜では、堆積温度が５００℃以下とするのが好ましい。
【００４２】
次に、図６（ｂ）に示すように、この圧電体前駆体層１７０を加熱焼成して結晶化することで、圧電体層７０を形成する。圧電体前駆体層１７０の焼成温度は、７００℃〜９００℃が好適である。このように圧電体前駆体層１７０を加熱すると、実質的に第１電極６０が加熱されるため、圧電体層７０は、第１電極６０側からエピタキシャル成長しながら結晶化される。このとき、介在前駆体層１７２によって介在前駆体層１７２よりも上（第１電極６０とは反対側）の誘電体前駆体膜１７１は、介在層７２の結晶構造を踏襲させたエピタキシャル成長させることができ、介在層７２よりも上の誘電体膜７１の柱状結晶７３（図４参照）を垂直に形成することができる。
【００４３】
これにより、圧電体層７０のほとんど（例えば、９９％以上）を（１００）面に、すなわち、より完全に優先配向させることができる。
【００４４】
なお、圧電体層７０の形成方法は、特にこれに限定されず、例えば、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法等を用いてもよい。
【００４５】
次に、図７（ａ）に示すように、圧電体層７０上に、例えば、イリジウムからなる第２電極８０を形成する。
【００４６】
次に、図７（ｂ）に示すように、第２電極８０及び圧電体層７０を同時にエッチングすることにより各圧力発生室１２に対応する領域に圧電素子３００を形成する。ここで、第２電極８０及び圧電体層７０のエッチングは、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。
【００４７】
次に、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って金（Ａｕ）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００４８】
次に、図８（ａ）に示すように、保護基板用ウェハ１３０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５を介して接着する。ここで、この保護基板用ウェハ１３０は、保護基板３０が複数一体的に形成されたものであり、保護基板用ウェハ１３０には、リザーバー部３１及び圧電素子保持部３２等が予め形成されている。保護基板用ウェハ１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００４９】
次いで、図８（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに薄くする。
【００５０】
次いで、図８（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上にマスク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９に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク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。
【００５１】
その後は、流路形成基板用ウェハ１１０表面のマスク５２を除去し、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ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１１０の保護基板用ウェハ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とする。
【００５２】
（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。上述した実施形態１では、圧電体層７０が、２つの誘電体膜７１と、２つの誘電体膜７１の間に設けられた介在層７２とで構成されるものを例示したが、誘電体膜７１の数及び介在層７２の数は、特にこれに限定されるものではない。介在層７２が２層以上の複数層設けられていてもよいが、基本的に介在層７２を挟むように２つの誘電体膜７１が配置されていれば、上述した実施形態１と同様の効果を奏することができる。ちなみに、複数層の介在層７２は、上述した実施形態１と同様に、スパッタリング法又はＣＶＤ法による誘電体前駆体膜１７１の成膜を一時停止する回数を増やすことで形成することができる。すなわち、誘電体前駆体膜１７１の成膜を一時停止する度に介在層７２を形成することができる。
【００５３】
また、上述した実施形態１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。
【００５４】
さらに、上述した実施形態１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。
【００５５】
また、これら実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩ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１０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。
【００５６】
図１０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。
【００５７】
そして、駆動モータ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。
【００５８】
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。
【００５９】
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、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。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【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及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る圧電素子の断面図である。
【図４】実施形態１に係る圧電素子の要部拡大断面図及び平面図である。
【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である。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す要部拡大断面図である。
【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である。
【図８】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図９】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１０】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。
【符号の説明】
【００６１】
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、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ７１ 誘電体膜、 ７２ 介在層、 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、 １７０ 圧電体前駆体層、 １７１ 誘電体前駆体膜、 １７２ 介在前駆体層、 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、
該圧力発生室に圧力変化を生じさせると共に、第１電極と、該第１電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第１電極とは反対側に形成された第２電極とを具備する圧電素子と、を具備し、
圧電体層が同じ格子間距離を有する２つの誘電体膜と、この２つの前記誘電体膜の間に設けられて、格子間距離が前記誘電体膜と異なる介在層と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記圧電体層が、鉛、チタン及びジルコニウムを有するものであることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
【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】
第１電極と、該第１電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第１電極とは反対側に設けられた第２電極と、を具備し、
前記圧電体層が同じ格子間距離を有する２つの誘電体膜と、この２つの前記誘電体膜の間に設けられて、格子間距離が前記誘電体膜と異なる介在層と、を具備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、
該圧力発生室に圧力変化を生じさせると共に、第１電極と、該第１電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第１電極とは反対側に形成された第２電極とを具備する圧電素子と、を具備し、
圧電体層が同じ格子間距離を有する２つの誘電体膜と、この２つの前記誘電体膜の間に設けられて、格子間距離が前記誘電体膜と異なる介在層と、を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記圧電体層が、鉛、チタン及びジルコニウムを有するものであることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
【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】
第１電極と、該第１電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第１電極とは反対側に設けられた第２電極と、を具備し、
前記圧電体層が同じ格子間距離を有する２つの誘電体膜と、この２つの前記誘電体膜の間に設けられて、格子間距離が前記誘電体膜と異なる介在層と、を具備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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１３１９２０（Ｐ２０１０−１３１９２０Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１１６３０（Ｐ２００８−３１１６３０）
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【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２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]