JP5540654B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子 - Google Patents

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Description

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る第１電極、圧電体
層及び第２電極を有する圧電素子を具備する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電
素子に関する。
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
れる圧電素子としては、基板（流路形成基板）の一方面側に第一電極膜をスパッタリング
法等により形成した後、第１電極膜上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電
体層をゾル−ゲル法又はＭＯＤ法等の液相法などにより形成すると共に、圧電体層上に第
２電極をスパッタリング法により形成し、その後、圧電体層及び第２電極をパターニング
することで圧電素子を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−０９３３１２号公報
印刷品質を向上するために、このような圧電素子の配列の高密度化が図られてきている
が、近年、さらなる高密度化が望まれている。しかしながら、圧電素子の超高密度化を図
ろうとすると、これに伴って圧電素子を小型化する必要があり、小型化した圧電素子では
、必要な圧電特性（歪み量）が得られないという問題がある。このため、比較的小さな駆
動電圧でも大きな変形を得ることができる圧電素子が要望されている。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
に搭載される圧電素子においても同様に存在する。
本発明はこのような事情に鑑み、良好な圧電特性を有する液体噴射ヘッド及び液体噴射
装置並びにそれを供する圧電素子を提供することを課題とする。
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に圧力変化を生じさせ、第１電極と、第１電極上に形成されたチタン又は酸化チタンを含む層と、チタン又は酸化チタンを含む層上に形成された圧電体層と、圧電体層上に形成された第２電極と、を備えた圧電素子を具備する液体噴射ヘッドであって、チタン又は酸化チタンを含む層の膜厚が、０．１〜２０ｎｍであり、第１電極は、第１電極を構成する膜面に平行な方向において、（１１１）面に優先配向しており、第１電極を構成する膜面に垂直な方向において、（１１１）面、（２００）面及び（２２０）面の合計に対する（１１１）面及び（２００）面の合計が存在比で２０％以下とすることにより、第１電極の結晶が揃い、歪み量が大きく圧電特性に優れた圧電素子を有する液体噴射ヘッドとすることができる。
前記第１電極は、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウムのうち少なくとも１つを含
むことが好ましい。これによれば、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウムのうち少な
くとも１つを電極とし、歪み量が大きく圧電特性に優れた圧電素子を具備する液体噴射ヘ
ッドとなる。
また、前記第１電極上にチタン又は酸化チタンを含む層が設けられ、このチタン又は酸化チタンを含む層上に前記圧電体層が設けられている。これによれば、例えばチタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層を（１００）面に優先配向させることができ、歪み量が大きい圧電素子となる。
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。かかる態様では、歪み量が大きく圧電特性に優れた圧電素子を有する液体噴
射ヘッドを具備するため、吐出特性に優れた液体噴射装置となる。
また、本発明の他の態様は、第１電極と、第１電極上に形成されたチタン又は酸化チタンを含む層と、チタン又は酸化チタンを含む層上に形成された圧電体層と、圧電体層上に形成された第２電極と、を備えた圧電素子であって、チタン又は酸化チタンを含む層の膜厚が、０．１〜２０ｎｍであり、第１電極は、第１電極を構成する膜面に平行な方向において、（１１１）面に優先配向しており、第１電極を構成する膜面に垂直な方向において、（１１１）面、（２００）面及び（２２０）面の合計に対する（１１１）面及び（２００）面の合計が存在比で２０％以下であることを特徴とする圧電素子にある。これによれば、第１電極の結晶が揃い、歪み量が大きく圧電特性に優れた圧電素子とすることができる。
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。 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。 実施例及び比較例の第１電極のインプレーン回折図である。 実施例及び比較例の圧電体層の（１００）配向率を示す図である。 実施例及び比較例の相対変位量を示す図である。 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。
（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
図である。
図１及び図２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。
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。
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。
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５
０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り例えば表面粗さＲａ
が０．０５〜２ｎｍの絶縁体膜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、酸化チタンからなり厚さが例えば
０．１〜２０ｎｍの酸化チタン層と、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。なお、本実施形態では、第１電極６０と圧電体層７０との間に酸化チタンからなる
層（酸化チタン層）を設けたが、酸化チタン層のかわりにチタンからなる層を設けてもよ
く、また、これら酸化チタン層等の層を設けず、第１電極６０上に直接圧電体層７０を設
けるようにしてもよい。さらに、圧電素子３００と絶縁体膜５５の密着性を向上させる等
のために、絶縁体膜５５と第１電極６０との間に酸化チタンからなる層を設けるようにし
てもよい。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。
第１電極６０は、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム
（Ｒｈ）や、これらを積層したもの、酸化、合金化又は混合化したものである。
そして、本発明においては、第１電極６０は、膜面平行方向において（１１１）面に優
先配向し、膜面垂直方向において（１１１）面、（２００）面及び（２２０）面の合計に
対する（１１１）面及び（２００）面の合計が存在比で２０％以下、好ましくは１８％以
下である。
なお、第１電極６０の膜面平行方向の配向とは、第１電極６０の圧電体層７０側の表面
から測定した結晶の配向であり、広角Ｘ線回折法等によって測定することができるもので
ある。そして、「膜面平行方向で（１１１）面に優先配向している」とは、全ての結晶が
膜面平行方向で（１１１）面に配向している場合と、ほとんどの結晶（例えば、９０％以
上）が膜面平行方向で（１１１）面に配向している場合とを含むものである。
また、第１電極６０の膜面垂直方向の配向とは、第１電極６０の圧電体層７０側の表面
に垂直な面、すなわち、第１電極６０の厚さ方向の面の結晶の配向であり、インプレーン
（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ）回折や後方散乱電子線回折（ＥＢＳＤ）で測定することができる。
このように、第１電極６０を膜面平行方向で（１１１）面に優先配向させ、さらに、第
１電極６０を膜面垂直方向で（１１１）面、（２００）面及び（２２０）面の合計に対す
る（１１１）面及び（２００）面の合計が存在比で２０％以下とすることにより、膜面平
行方向で（１１１）面に優先配向させただけの場合よりも、第１電極６０の結晶が（１１
１）面に揃う。これにより、後述する実施例に示すように、第１電極６０の上に設けられ
た圧電体層７０の結晶面が揃い配向度を高くすることができ、顕著に圧電素子３００の圧
電特性を向上させることができる。また、第１電極６０を上記のように規定することによ
り、確実に圧電特性が優れた圧電素子３００となるため、複数の圧電素子３００を配列し
た場合の各圧電素子３００の圧電特性のばらつきが抑えられて、インクジェット式記録ヘ
ッドＩの吐出特性等を安定化させることができる。
ここで、一般に、電極が（１１１）面に優先配向している、という場合、広角Ｘ線回折
法によって測定できる膜面平行方向のみについて評価している。すなわち、電極の膜面平
行方向の評価しかしていないため、これによって（１１１）単一配向等と評価されていて
も、第１電極６０の膜面平行方向に結晶面を持たない結晶に関しては全く評価されていな
い。また、積層構造の金属膜については、各膜の回折線が干渉するため、広角Ｘ線回折法
では、最表面の圧電体層７０側の金属だけの評価は難しい。
一方、インプレーン回折等により、第１電極６０の圧電体層７０側の膜面に垂直な方向
について測定すると、広角Ｘ線回折法等では評価していなかった第１電極６０の圧電体層
７０側の表面に垂直な方向の結晶面の評価が可能になる。したがって、広角Ｘ線回折法で
（１１１）単一配向とされている第１電極６０においても（１１１）配向ではない結晶に
ついて評価することが可能になり、第１電極６０の結晶をより揃えることができる。また
、全反射臨界角近傍の低角入射のＸ線を用いることにより、第１電極６０が積層膜で形成
されたものであっても、圧電体層７０側の最表面のみの評価が可能になる。
このように、本発明においては、第１電極６０を膜面平行方向で（１１１）面に優先配
向させ、さらに、第１電極６０の膜面垂直方向についても、（（１１１）面の存在比＋（
２００）面の存在比）／（（１１１）面の存在比＋（２００）面の存在比＋（２２０）面
の存在比）が２０％以下となるようにすることにより、圧電特性を顕著に良好にしたもの
である。なお、膜面平行方向で（１１１）面に優先配向させた第１電極６０の膜面垂直方
向を測定すると、（２２０）面由来の回折線以外にも（１１１）面や（２００）面由来の
回折線が観察されるが、膜面垂直方向の測定で（１１１）面や（２００）面由来の回折線
が観察されると、（１１１）面配向ではない結晶が存在することになる。
ここで、インプレーン回折等のＸ線回折での回折強度は、回折を起こす結晶面の電子分
布などの影響を受ける。そのため、回折線の強度比は、そのままでは結晶の存在比を示さ
ない。回折面に依存する回折線強度を補正し、ある方位を向いた結晶の量を比較するため
には、完全にランダムであると期待される粉末試料の回折強度を用いて、強度の規格化を
行わなければならない。本発明においては、次のように補正を行った。具体的には、完全
ランダムであると期待される粉末試料のデータとして、Ｘ線回折のデータベースの集合体
であるＩＣＤＤカード（ＰＤＦ＃０６−０５９８）を用い、規格化係数を算出した。例え
ば、（１１１）の規格化係数は、下記式とした。なお、ここで用いる回折線強度は先に示
したＰＤＦ＃０６−０５９８の数値を用いた。
（１１１）の規格化係数＝（（１１１），（２００）及び（２２０）の回折線強度の和）
／（（１１１）の回折線強度）
この規格化係数を用いて、例えば（１１１）の存在比は、下記式で算出した。
（１１１）存在比＝（（１１１）強度の測定値×（１１１）規格化係数）／（（１１１）
強度の測定値×（１１１）規格化係数＋（２００）強度の測定値×（２００）規格化係数
＋（２２０）強度の測定値×（２２０）規格化係数）
このように、インプレーンで測定した場合は、測定した各強度から上記の方法で存在比
に換算すればよい。
圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料は特に限定されないが、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。なお、圧電体層７０は、ペロブスカイト構造、すなわちＡＢＯ３型構造の複合酸化物であることが好ましい。ペロブスカイト型構造であると、所定の結晶方位とした上記第１電極６０の配向を受け継ぎやすく、例えば第１電極６０上に酸化チタン層及びチタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層７０を順に設けた構造とすると、圧電体層７０を（１００）面に優先配向させることができる。なお「（１００）面に優先配向している」とは、全ての結晶が（１００）面に配向している場合と、ほとんどの結晶（例えば、９０％以上）が（１００）面に配向している場合とを含むものである。
このような圧電素子３００を流路形成基板１０上に形成する方法は特に限定されないが
、例えば、以下の方法で製造することができる。まず、シリコンウェハーである流路形成
基板用ウェハーの表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなる二
酸化シリコン膜を形成する。次いで、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を形成する。次に、絶縁体膜５５上に、必要に応じてチタ
ンからなる層を設ける。
次いで、絶縁体膜５５上、又は、必要に応じて設けたチタンからなる層上に、白金やイ
リジウム等からなる第１電極６０をスパッタリング法等により全面に形成した後パターニ
ングする。この第１電極６０の製造条件、具体的には温度、圧力、パワー密度などのスパ
ッタリング条件を適宜調整することにより、製造される第１電極６０の結晶を制御するこ
とができ、膜面平行方向が（１１１）面に優先配向し、膜面垂直方向は（１１１）面、（
２００）面及び（２２０）面の合計に対する（１１１）面及び（２００）面の合計が存在
比で２０％以下とすることができる。他の条件にも依存するが、例えば、圧力を低くした
り、パワー密度を高くすることにより、膜面垂直方向の（１１１）面、（２００）面及び
（２２０）面の合計に対する（１１１）面及び（２００）面の合計（存在比）が小さくな
る。なお、第１電極６０を構成する金属膜の厚さは特に限定されないが、例えば、各金属
膜をそれぞれ厚さ５〜２００ｎｍ程度とすればよい。
次いで、第１電極６０上に、必要に応じて厚さ６ｎｍ以下のチタンからなる層を設ける
。そして、第１電極６０上、又は、必要に応じて設けたチタンからなる層上に、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・分散したゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金
属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形
成できる。なお、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯ
Ｄ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの液相法や、Ｐ
ＶＤ法、ＣＶＤ法などを用いてもよい。
例えば、まず、第１電極６０上に、圧電体層７０となる圧電材料の構成金属を含有する
有機金属化合物を含むゾルや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を形成する（塗布工程）。
塗布する前駆体溶液は、例えば、圧電体層７０となる圧電材料の構成金属をそれぞれ含
む有機金属化合物を、各構成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。圧電材料の構成金属を含
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。具体的には、例えば、以下のものが挙げられる。鉛（Ｐｂ）を含
む有機金属化合物としては、例えば酢酸鉛などが挙げられる。ジルコニウム（Ｚｒ）を含
む有機金属化合物としては、例えばジルコニウムアセチルアセトナート、ジルコニウムテ
トラアセチルアセトナート、ジルコニウムモノアセチルアセトナート、ジルコニウムビス
アセチルアセトナート等が挙げられる。チタニウム（Ｔｉ）を含む有機金属化合物として
は、例えばチタニウムアルコキシド、チタニウムイソプロポキシド等が挙げられる。
次いで、この圧電体前駆体膜を所定温度、例えば３００℃〜４００℃程度に加熱して一
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。次に、圧電体前駆体膜を所定温度、例えば６５０〜８００℃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、圧電体膜を形成する（焼成工程）。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。
なお、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すことにより、複数層の圧電体膜からな
る圧電体層を形成してもよい。
圧電体層７０を形成した後は、圧電体層７０上に、例えば、白金等の金属からなる第２
電極８０を積層し、圧電体層７０及び第２電極８０を同時にパターニングして圧電素子３
００を形成する。
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の結晶性をさらに改善することができる。
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。
（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
シリコン膜上にジルコニウムをスパッタ法により成膜した後熱酸化することにより、表面
粗さ（Ｒａ）０．０５〜２ｎｍの酸化ジルコニウム膜を形成した。次いで、酸化ジルコニ
ウム膜上にチタン膜をスパッタ法により形成した。
次に、チタン膜上にＤＣスパッタ法により膜厚６０ｎｍの白金膜を形成し、この白金膜
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て第１電極６０とした
。なお、白金膜及びイリジウム膜は、プラズマパワー密度：４０ｋＷ／ｍ２、基板温度：
２００℃以下、アルゴン圧力：０．１Ｐａの条件で形成した。形成された第１電極６０を
、広角Ｘ線回折法によって測定したところ、（１１１）面に優先配向（配向率９０％以上
）を示した。また、この第１電極６０に対し、インプレーン回折を測定した結果を、図３
に示す。図３に示すように、（１１１）配向でない結晶の存在を示す結晶面（（１１１）
面及び（２００）面）と、（１１１）配向の結晶の存在を示す結晶面（（２２０）面）の
両方の回折線が得られた。そして、その強度比から上記方法により、膜面垂直方向での（
１１１）面、（２００）面及び（２２０）面の存在比の合計に対する（１１１）面及び（
２００）面の存在比の合計、すなわち、（（１１１）面の存在比＋（２００）面の存在比
）／（（１１１）面の存在比＋（２００）面の存在比＋（２２０）面の存在比）を計算し
たところ、７．８％であった。
次いで、第１電極６０上に厚さ２ｎｍのチタン層をスパッタ法により形成した。
次に、このチタン層上に、ゾル−ゲル法により圧電体層７０を形成した。その手法は以
下のとおりである。まず、酢酸鉛３水和物（Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・３Ｈ２Ｏ）、チタ
ニウムイソプロポキシド（Ｔｉ［ＯＣＨ（ＣＨ３）２］４）、ジルコニウムアセチルアセ
トナート（Ｚｒ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３）４）を主原料とし、ブチルセロソルブ（Ｃ
６Ｈ１４Ｏ６）を溶媒とし、ジエタノールアミン（Ｃ４Ｈ１１ＮＯ２）を安定剤とし、ポ
リエチレングリコール（Ｃ２Ｈ６Ｏ６）を増粘剤として混合した前駆体溶液を、第１電極
６０上にスピンコートにより塗布して、圧電体前駆体膜を形成した（塗布工程）。なお、
前駆体溶液は、酢酸鉛３水和物：チタニウムイソプロポキシド：ジルコニウムアセチルア
セトナート：ブチルセロソルブ：ジエタノールアミン：ポリエチレングリコール＝１．１
：０．４４：０．５６：３：０．６５：０．５（モル比）の割合で混合した。また、酢酸
鉛３水和物は蒸発による減少を考慮して１０％過剰に加えている。次に８０℃（乾燥工程
）及び３６０℃（脱脂工程）の熱処理を経た後、７００℃で焼成し圧電体前駆体膜を結晶
化させて、厚さ約１１００ｎｍのチタン酸ジルコン酸鉛からなりペロブスカイト構造を有
する圧電体層７０を形成した（焼成工程）。
得られた圧電体層７０に対し、広角Ｘ線回折法によって（１００）の配向率を測定した
。この結果、（１００）に優先配向（配向率９０％以上）していた。また、ペロブスカイ
ト型構造由来の回折ピークが観測され、圧電体層７０がペロブスカイト型構造であること
も確認された。上記の第１電極６０のインプレーン回折測定結果から算出した膜面垂直方
向での（１１１）面、（２００）面及び（２２０）面の存在比の合計に対する（１１１）
面及び（２００）面の存在比の合計値（以下「否（１１１）の割合」とも記載する。）を
横軸に、（１００）配向率を縦軸にしたものを、図４に示す。なお、圧電体層７０の（１
００）の配向率は、次の式で求めた。
（１００）配向率＝（１００）回折強度／（（１００）回折強度＋（１１０）回折強度＋
（１１１）回折強度）
その後、圧電体層７０上に、第２電極８０としてＤＣスパッタ法により白金膜を形成し
て圧電素子３００を形成した。
（実施例２）
白金膜及びイリジウム膜の製造条件の圧力を０．３Ｐａとした以外は、実施例１と同様
の操作を行った。第１電極６０を広角Ｘ線回折法によって測定した結果、（１１１）面に
優先配向（配向率９０％以上）を示し、また、インプレーン回折を測定した結果から算出
した否（１１１）の割合は１７．７％であった。また、圧電体層７０に対し、広角Ｘ線回
折法によって測定した結果、（１００）に優先配向（配向率９０％以上）であり、また、
ペロブスカイト型構造由来の回折ピークが観測され、圧電体層７０はペロブスカイト型構
造を形成していることも確認された。さらに、実施例１の圧電素子３００の変位量を１と
したときの相対変位量を求めたところ、１であった。結果を図５に示す。
（比較例１）
白金膜及びイリジウム膜の製造条件の圧力を０．５Ｐａとした以外は、実施例１と同様
の操作を行った。第１電極６０を広角Ｘ線回折法によって測定した結果、（１１１）面に
優先配向（配向率９０％以上）を示し、また、この第１電極６０に対し、インプレーン回
折を測定した結果から算出した否（１１１）の割合は２１．９％であった。広角Ｘ線回折
法によって測定した結果、（１００）の配向は６５％であり、また、ペロブスカイト型構
造由来の回折ピークが観測され、圧電体層はペロブスカイト型構造を形成していることも
確認された。そして、相対変位量は０．８４であった。
上記結果から、広角Ｘ線回折法で同様な回折線強度が得られる第１電極６０を有する場
合であっても、インプレーン回折において、否（１１１）の割合が２０％以下の第１電極
６０を有する実施例１〜２では、否（１１１）の割合が２０％より大きい第１電極６０を
有する比較例１と比較して、圧電体層７０の（１００）配向率及び変位量が顕著に大きか
った。
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。
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。
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。
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。
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。
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２
０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路
（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボン
ディングワイヤ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。
また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプラ
イアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する
材料からなり、この封止膜４１によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。ま
た、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のリザーバー１
００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザ
ーバー１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
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。
（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。
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。
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６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。
図６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。
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。
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Ｅ
Ｌ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。
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、圧力センサ、不揮発メモリー
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。
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、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １０
０ リザーバー、 １２０ 駆動回路、 １２１ 接続配線、 ３００ 圧電素子

Claims (4)

  1. 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、第１電極と、前記第１電極上に形成されたチタン又は酸化チタンを含む層と、前記チタン又は酸化チタンを含む層上に形成された圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第２電極と、を備えた圧電素子を具備する液体噴射ヘッドであって、
    前記チタン又は酸化チタンを含む層の膜厚が、０．１〜２０ｎｍであり、
    前記第１電極は、
    前記第１電極を構成する膜面に平行な方向において、（１１１）面に優先配向しており、
    前記第１電極を構成する膜面に垂直な方向において、（１１１）面、（２００）面及び（２２０）面の合計に対する（１１１）面及び（２００）面の合計が存在比で２０％以下であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
  2. 前記第１電極は、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウムのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
  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。
  4. 第１電極と、前記第１電極上に形成されたチタン又は酸化チタンを含む層と、前記チタン又は酸化チタンを含む層上に形成された圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第２電極と、を備えた圧電素子であって、
    前記チタン又は酸化チタンを含む層の膜厚が、０．１〜２０ｎｍであり、
    前記第１電極は、
    前記第１電極を構成する膜面に平行な方向において、（１１１）面に優先配向しており、
    前記第１電極を構成する膜面に垂直な方向において、（１１１）面、（２００）面及び（２２０）面の合計に対する（１１１）面及び（２００）面の合計が存在比で２０％以下であることを特徴とする圧電素子。
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