JP2010137444A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電アクチュエーター - Google Patents

Abstract

【課題】圧電特性や劣化特性に優れた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電アクチュエーターを提供する。
【解決手段】ノズル開口２１に連通する圧力発生室１２と、第１電極６０と該第１電極６０上に形成された一般式がＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト構造を有する圧電体層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とを備えた圧電素子３００と、を具備し、前記圧電体層７０のＢサイトには鉛が存在しており、ラマン散乱により得られるラマンシフトにおいて、Ａ_１（３ＬＯ）のピーク位置が、７１０ｃｍ^−１〜７１２ｃｍ^−１の圧電体層７０を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、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アクチュエーターに関する。

液体噴射装置等に用いられる液体噴射ヘッドは、液体に圧力変化を生じさせる手段として、圧電アクチュエーターを備えたものが知られている。圧電アクチュエーターは、電気機械変換機能を呈する圧電材料からなる圧電体層を複数の電極で挟んだ素子を有し、圧電体層としては、鉛、ジルコニウム及びチタンを含む、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等を用いたものが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００３−１２７３６６号公報

しかしながら、このような液体噴射装置においては、さらなる高画質化や高速化が求められており、これらの要求に応えるため、低い駆動電圧において大きな圧電変位が得られる液体噴射ヘッドが必要となる。

また、液体噴射ヘッドは、リーク電流等に起因して生じる圧電体層の劣化が問題となっており、さらなる長寿命化が求められている。

なお、このような問題は液体噴射ヘッドに用いられる圧電アクチュエーターに限定されず、液体噴射ヘッド以外のデバイスに用いられる圧電アクチュエーター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、上記課題の少なくとも一部を解決する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電アクチュエーターを提供することを目的とする

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と、第１電極と該第１電極上に形成された一般式がＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト構造を有する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電極とを備えた圧電素子と、を具備し、前記圧電体層のＢサイトには鉛が存在しており、前記圧電体層のラマン散乱により得られるラマンシフトにおいて、Ａ_１（３ＬＯ）のピーク位置が、７１０ｃｍ^−１〜７１２ｃｍ^−１であ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、圧電変位量などの圧電特性や、破壊電圧及び膜剥がれなどの劣化特性に優れた液体噴射ヘッドを実現できる。

ここで、前記圧電体層は、ジルコニウム及びチタンを含むことが好ましい。これによれば、圧電体層の結晶性を容易に制御して所望の圧電特性及び劣化特性を有する圧電体層とすることができる。

また、前記圧電体層のチタンとジルコニウムとの合計に対するチタンの比率が、０．４６４〜０．６であることが好ましい。これによれば、チタンの比率（チタン濃度）によって、圧電体層のラマン散乱により得られるラマンシフトのＡ_１（３ＬＯ）のピーク位置が変化するものの、所定の範囲のチタン濃度であれば、ラマンシフトのピーク位置に与える影響を低減させて、所望の圧電特性及び劣化特性の圧電体層とすることができる。

また、前記第１電極は白金を含むことが好ましい。これによれば、圧電体層を焼成した際にも第１電極の導電性を低下させることなく、第１電極の導電性を確保することができる。

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。かかる態様では、液体吐出特性や耐久性に優れた液体噴射装置を実現できる。

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一般式がＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト構造を有する圧電体層と、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、を具備し、前記圧電体層のＢサイトには鉛が存在しており、前記圧電体層のラマン散乱により得られるラマンシフトにおいて、Ａ_１（３ＬＯ）のピーク位置が、７１０ｃｍ^−１〜７１２ｃｍ^−１であることを特徴とする圧電アクチュエーターにある。
かかる態様では、圧電特性や、破壊電圧及び膜剥がれなどの劣化特性に優れた圧電体層とすることができる。

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′断面図である。

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、その一方の面には予め熱酸化によって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。

流路形成基板１０には、他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２がその幅方向（短手方向）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）となるリザーバー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、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。

インク供給路１４は、圧力発生室１２の長手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、リザーバー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（短手方向）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と同じ断面積で形成した。

すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２と、圧力発生室１２の短手方向の断面積より小さい断面積を有するインク供給路１４と、このインク供給路１４に連通すると共にインク供給路１４の短手方向の断面積よりも大きい断面積を有する連通路１５とが複数の隔壁１１により区画されて設けられている。

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、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０^-6／℃］であるガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。

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、厚さが例えば約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、厚さが例えば、約０．４μｍ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、厚さが例えば、約０．２μｍの第１電極６０と、厚さが例えば、約１．１μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの第２電極８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子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圧電アクチュエーターと称する。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。

第１電極６０は、白金（Ｐｔ）を含むことが好ましい。なお、白金（Ｐｔ）は、圧電体層７０を焼成して形成した際に、第１電極６０が同時に加熱されたとしても、高温の熱処理においても導電性を喪失しない材料として選定される。また、第１電極６０には、イリジウムや酸化イリジウムなどを含むようにしてもよい。イリジウムは、圧電体層７０を形成する際の高温の熱処理により圧電体層７０を構成する成分が第１電極６０中に拡散することを防止するための材料として選定される。

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ＡＢＯ_３で示される酸化物の圧電材料からなるペロブスカイト構造の結晶膜である。ここで、一般式ＡＢＯ_３においてＡの位置をＡサイトと呼び、Ｂの位置をＢサイトと呼ぶ。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。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ_３）ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ_３）等を用いることができる。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、ＰＺＴからなる圧電体層７０を１〜２μｍ前後の厚さで形成した。

また、圧電体層７０は、Ｈｅ−Ｃｄレーザーを励起レーザーとして測定したラマン散乱により得られるラマンシフトにおいて、Ａ_１（３ＬＯ）のピーク位置が７１０ｃｍ^−１〜７１２ｃｍ^−１となっている。なお、ラマンシフトとは、入射光とラマン散乱光との波数差のことを言う。本実施形態では、ラマン散乱の測定は、室温無偏光により測定した結果のものである。また、測定には、三次元顕微レーザーラマン分光装置（Nanofinder@30、東京インスツルメンツ製）を用いた。

また、圧電体層７０は、チタンとジルコニウムとの合計に対するチタンの比率（チタン濃度）が、０．４６４〜０．６（４６．４％〜６０％）であるのが好ましい。すなわち、圧電体層７０は、Ｐｂ（Ｚｒ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｏ_３でＸ＝０．４６４〜０．６であることが好ましい。これは、詳しくは後述するが、圧電体層７０は、チタン濃度の違いによってもラマン散乱におけるラマンシフトにおけるＡ_１（３ＬＯ）のピーク位置が変化するものの、上述した所定のチタン濃度であれば、ラマンシフトの変化を測定誤差の範囲で抑えることができ、圧電特性および劣化特性に優れた圧電体層７０を得ることができる。

このような圧電体層７０は、例えば、有機金属化合物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成することができる。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、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッターリング法等を用いてもよい。そして、上述したラマン散乱により得られるラマンシフトにおいて、Ａ_１（３ＬＯ）のピーク位置が、７１０ｃｍ^−１〜７１２ｃｍ^−１となる圧電体層７０は、例えば、ゾル−ゲル法やＭＯＤ法の場合であれば、圧電体層７０となるゾルなどの溶液中の鉛量を調整すると共に、焼成する際の温度及び時間を適宜調整することにより得ることができる。

ここで、本実施形態では、チタン濃度が５２％（０．５２）のＰＺＴをゾル−ゲル法により形成した。このとき、圧電体層７０となる溶液の過剰鉛の量を１２〜２２％の範囲で２％ずつ変化させたものを合計６個用意し、各溶液で圧電体層７０を形成した。なお、圧電体層７０を焼成する際の温度及び時間は一定とした。そして、各圧電体層７０のラマン散乱を測定した。この結果を図３に示す。なお、図３（ａ）は、ラマン散乱の測定結果であり、図３（ｂ）は、（ａ）のラマンシフトのＡ_１（２ＴＯ）のピーク位置を拡大したグラフであり、図４（ａ）は、図３（ａ）のラマンシフトのＡ_１（３ＬＯ）のピーク位置を拡大したグラフであり、図４（ｂ）は、過剰鉛の量とラマンシフトのＡ_１（３ＬＯ）のピーク位置との関係を示すグラフである。

（試験例）
このようにして得られた圧電体層のうち、ラマン散乱により得られるラマンシフトにおいて、Ａ_１（３ＬＯ）のピーク位置が７１０．１７ｃｍ^−１となるものを実施例１とし、７１１．９９ｃｍ^−１となるものを実施例２とした。また、同様にラマン散乱により得られるラマンシフトにおいて、Ａ_１（３ＬＯ）のピーク位置が７０８．３５ｃｍ^−１となるものを比較例１とし、７１２．４４ｃｍ^−１となるものを比較例２とした。

そして、実施例１及び２と比較例１及び２との各圧電体層において、圧電変位量、破壊電圧及び密着力を測定した。この結果を下記表１及び図５〜７に示す。

なお、各圧電体層の圧電変位量は、金属マスクをサンプル表面に設置し、Ｉｒスパッターにより作成した第２電極と、圧電体層の下に形成した第１電極との間に電圧を印加して歪みを発生させ、レーザー干渉計（aixDBLI、aixACCT製）により測定した。また、各圧電体層の破壊電圧は、ＬＣＲメーター（12096W、東洋テクニカ製）により測定した。さらに、各圧電体層の密着力は、薄膜密着強度測定装置（RomulusIV、QUAD GROUP製）を用い、セバスチャン法による試験により測定した。

図５に示すように、圧電変位量は、実施例１及び２と比較例１の圧電体層が、比較例２と比べて優れていることが分かる。また、図６及び図７に示すように、破壊電圧及び密着力は、実施例１、実施例２及び比較例２が、比較例１よりも大きく優れていることが分かる。

したがって、圧電体層のラマン散乱により得られるラマンシフトにおいて、Ａ_１（３ＬＯ）のピーク位置を７１０ｃｍ^−１〜７１２ｃｍ^−１とすることで、変位量などの圧電特性が優れていると共に破壊電圧及び密着力などの劣化特性が優れた圧電体層とすることができる。

ここで、このようにラマン散乱により得られるラマンシフトにおけるＡ_１（３ＬＯ）のピーク位置を７１０ｃｍ^−１〜７１２ｃｍ^−１とすることで、変位量などの圧電特性及び劣化特性に優れた圧電体層とすることができるのは、ペロブスカイト構造を有する圧電体層のＢサイトに含まれる鉛の量が大きく影響しているものと考えられる。

圧電体層となる溶液の過剰鉛の量を１２〜２２％の範囲で２％ずつ変化させた場合であっても、図３（ｂ）に示すように、圧電体層（ＰＺＴ）の格子全体が振動するＡ_１（２ＴＯ）ピークのシフトは確認されなかったが、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、圧電体層のＢサイトが激しく振動するＡ_１（３ＬＯ）ピークのシフトが確認された。すなわち、溶液中の過剰鉛の一部は、ＰＺＴのＢサイトに混入していることが分かる。ただし、溶液中の過剰鉛の全てが、Ｂサイトに混入している訳ではなく、ＰＺＴの格子間やグレイン間などに混入している。これは、Ｂサイトには、鉛（Ｐｂ）よりもジルコニウム（Ｚｒ）やチタン（Ｔｉ）が存在する方がエネルギー的には圧倒的に安定するため、過剰鉛の大多数がＢサイトに存在すると考えるのは現実的に困難であるためである。

そして、このＡ_１（３ＬＯ）ピークのシフト量により、Ｂサイトに存在する鉛の量を算出する。まず、Ｂサイトの鉛量の算出は、ＰＺＴを構成する各成分の質量数からＢサイトの鉛が存在するときの平均質量を算出すると下記表２になる。なお、ＰＺＴを構成するＴｉ、Ｚｒ、Ｐｂ、Ｏの各質量数は、４７．８６７、９１．２２４、２０７．２、１６．０である。また、本実施形態では、上述のようにＴｉ濃度は５２％で計算している。

この表２より、Ｂサイトは酸素と結合していることから、酸素とＢサイト原子との平均質量における換算質量を算出し、振動数を算出した。振動数は、ばね定数ｋ、換算質量μとすると、下記式（１）に比例する。

ここで、圧電体層を形成する溶液の過剰鉛量が１２％よりも低くなると、圧電特性が極端に低下することから、溶液の過剰鉛の量が１２％のときにＢサイトの鉛の量がゼロとなると考えることができる。このとき、Ｂサイトの過剰鉛の量とピーク位置（振動数）との関係は、下記表３及び図８に示す結果となる。

したがって、例えば、過剰鉛の量が２２％の溶液で形成した圧電体層７０のＡ_１（３ＬＯ）のピーク位置は、図４（ａ）から７０８．３ｃｍ^−１となるため、Ｂサイトの鉛量は、上記表３から３〜３．５％であることが分かる。

なお、本実施形態では、Ｂサイトの鉛の量に関わらず、一定のばね定数ｋで計算しているが、Ｂサイトに鉛が存在すると、ばね定数ｋが小さくなることが考えられる。第一原理計算によると、Ｐｂの５ｄ軌道と、酸素の２ｓ軌道との軌道エネルギーが一致しており、十分な結合状態と言える。仮に、Ｂサイトにおける鉛と酸素との結合力（ばね定数ｋ）がＴｉ又はＺｒと酸素との結合力に比べて、１／２程度だと想定すると、図８に示す結果となる。なお、図８には、ばね定数ｋが一定の場合のＢサイトの鉛量とＡ_１（３ＬＯ）ピーク位置との関係を線４００で示し、ばね定数ｋを１／２と想定した場合を線４０１で示している。そして、図８には、詳しくは後述するが、圧電特性や劣化特性に優れた圧電体層７０のピーク位置を領域Ａとして示している。

図８に示すように、圧電特性や劣化特性に優れた圧電体層７０は、ばね定数ｋが変化しないと想定した場合の線４００で見ると、Ｂサイトの過剰鉛の量が０．２５％以上で２．７％未満が好ましい。そして、たとえ、ばね定数が１／２になったとしても、線４０１に示されるようにＢサイトの過剰鉛の量が０．２５％以上で２．７％未満の場合には、必ず圧電特性や劣化特性に優れたピーク位置の領域Ａとなる。したがって、ばね定数ｋを考慮しなくても、圧電体層７０のＢサイトの過剰鉛の量を０．２５％以上、２．７％未満とすることで、圧電特性及び劣化特性に優れた圧電体層７０とすることができる。

なお、圧電体層７０のラマン散乱におけるラマンシフトのＡ_１（３ＬＯ）のピーク位置は、チタン濃度によっても変化する。ここで、過剰鉛が１８％の溶液で圧電体層７０を形成した。このときのチタンとジルコニウムとの合計に対するチタンの割合、すなわちチタン濃度を各種変化させて複数の圧電体層を形成し、各圧電体層のラマン散乱におけるラマンシフトのＡ_１（３ＬＯ）のピーク位置を測定した。この結果を下記表４及び図９に示す。

表４及び図９に示すように、圧電体層７０を形成した後のＢサイトの鉛量は、チタン濃度が４６．６〜６０％では、ほとんど同じになることが分かる。これは、チタン濃度によってラマン散乱におけるラマンシフトのＡ_１（３ＬＯ）のピーク位置は変わるものの、４６．６〜６０％であれば測定誤差の範囲と言っていい程度の差でしかないため、チタン濃度が４６．６〜６０％の圧電体層７０であれば、上述したチタン濃度が５２％の圧電体層７０と同じ結果、すなわち、ラマン散乱におけるラマンシフトのＡ_１（３ＬＯ）のピーク位置が、７１０ｃｍ^−１〜７１２ｃｍ^−１であれば、圧電特性及び劣化特性に優れた圧電体層７０とすることができる。

ここで、溶液の過剰鉛の量を調整することだけでは、Ｂサイトの鉛の量を調整することはできない。これは、圧電体層７０を焼成する際の温度が比較的高いと、鉛の揮発が促進され、焼成温度が比較的低いと鉛の揮発量を抑えられるからである。したがって、Ｂサイトの鉛の量を所望の範囲とするためには、溶液の過剰鉛の量や焼成温度及び焼成時間などを適宜調整する必要がある。また、圧電体層７０のラマン散乱におけるラマンシフトのＡ_１（３ＬＯ）のピーク位置を７１０ｃｍ^−１〜７１２ｃｍ^−１に調整することで、圧電体層７０のＢサイトの鉛量を所望の範囲（本実施形態では、０．２５％〜２．７％）に容易に規定することができる。

なお、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、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。

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。

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。

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。

（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１では、第１電極６０が、白金、酸化チタン及び酸化イリジウムが合金化又は混合化されたものを例示したが、各材料が主成分となる層が積層された構成であってもよい。このような第１電極６０としては、例えば、絶縁体膜５５側から、酸化チタンを主成分とする密着層と、白金を主成分とする白金層と、酸化イリジウムを主成分とする拡散防止層と、酸化チタンを主成分とする結晶種層とが積層された構成のものなどが挙げられる。このような構成の場合、例えば、上述した酸化チタンの比誘電率については、圧電体層７０側に設けられた結晶種層が大きく影響するものである。

また、上述した実施形態１では、流路形成基板１０として、結晶面方位が（１１０）面の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、結晶面方位が（１００）面のシリコン単結晶基板を用いるようにしてもよく、また、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。

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。

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。

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。

また、上述したインクジェット式記録装置ＩＩでは、インクジェット式記録ヘッドＩ（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩが固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

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。

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アクチュエーターに限られず、他の装置に搭載される圧電アクチュエーターにも適用することができる。

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。 実施形態１に係る圧電体層のラマン散乱の測定結果を示すグラフである。 実施形態１に係る圧電体層のラマン散乱の測定結果を示すグラフである。 実施形態１に係る試験例の結果を示すグラフである。 実施形態１に係る試験例の結果を示すグラフである。 実施形態１に係る試験例の結果を示すグラフである。 実施形態１に係る圧電体層のラマン散乱の測定結果を示すグラフである。 実施形態１に係る算出結果を示すグラフである。 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。

符号の説明

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、 １００ リザーバー、 １２０ 駆動回路、 １２１ 接続配線、 ３００ 圧電素子

Claims (6)

1. ノズル開口に連通する圧力発生室と、
   第１電極と、該第１電極上に形成された一般式がＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト構造を有する圧電体層と、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、を備えた圧電素子と、を具備し、
   前記圧電体層のＢサイトには鉛が存在しており、
   前記圧電体層のラマン散乱により得られるラマンシフトにおいて、Ａ_１（３ＬＯ）のピーク位置が、７１０ｃｍ^−１〜７１２ｃｍ^−１であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記圧電体層は、ジルコニウム及びチタンを含むことを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
3. 前記圧電体層のチタンとジルコニウムとの合計に対するチタンの比率が、０．４６４〜０．６であることを特徴とする請求項２記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記第１電極は白金を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
5. 請求項１〜４の何れか一項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。
6. 第１電極と、該第１電極上に形成された一般式がＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト構造を有する圧電体層と、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、を備えた圧電素子を具備し、
   前記圧電体層のＢサイトには鉛が存在しており、
   前記圧電体層のラマン散乱により得られるラマンシフトにおいて、Ａ_１（３ＬＯ）のピーク位置が、７１０ｃｍ^−１〜７１２ｃｍ^−１であることを特徴とする圧電アクチュエーター。

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