JP2010201830A - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子の電流のリークを抑制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と、第１電極と、該第１電極上に形成され厚さが５μｍ以下の圧電体層と、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、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備し、前記圧電体層は、鉛、ジルコニウム及びチタンを含み、前記第１電極と前記圧電体層との界面におけるショットキーバリアーの値が０．７６ｅＶ以上、１．２９ｅＶ以下である。
【選択図】図１１

Description

本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに第１電極、圧電体層及び第２電極を具備する圧電素子に関する。

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（特許文献１参照）

特開２００３−１２７３６６号公報（第４〜７頁、第１〜４図）

しかしながら、薄膜の圧電材料層を有する圧電素子は、圧電素子にかかる電界が大きくなるため、バルクの圧電材料層と比較すると、その駆動により電流のリークが発生し易い。そして、電流がリークすることにより、圧電素子が発熱や破壊して劣化するという問題が生じる場合がある。なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも同様に存在する。また、液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子に限定されず、他のデバイスに用いら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、圧電素子の電流のリークを抑制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。

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電極上に形成され厚さが５μｍ以下の圧電体層と、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、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備し、前記圧電体層は、鉛、ジルコニウム及びチタンを含み、前記第１電極と前記圧電体層との界面におけるショットキーバリアーの値が０．７６ｅＶ以上、１．２９ｅＶ以下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、鉛、ジルコニウム及びチタンを含み厚さが５μｍ以下の圧電体層を有する圧電素子において、第１電極と圧電体層との界面におけるショットキーバリアーの値が０．７６ｅＶ以上、１．２９ｅＶ以下であるので、圧電素子からのリーク電流が抑制され、例えば１．０×１０^−４μＡ／ｃｍ^２以下にすることができる。したがって、発熱や破壊による圧電素子の劣化が防止でき、耐久性に優れた液体噴射ヘッドとなる。

ここで、前記第１電極は、酸化イリジウム及び白金を含むことが好ましい。これによれば、圧電素子からのリーク電流が抑制されると共に、酸化イリジウムを含むことにより圧電体層を形成する際の高温の熱処理により圧電体層を構成する成分が第１電極及びその下地側に拡散するのを防止することができ、また、白金を含むことにより、圧電体層を焼成した際に第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。

また、前記第１電極は、前記圧電体層側に酸化チタン層を有していることが好ましい。これによれば、第１電極と圧電体層との界面におけるショットキーの値を０．７６ｅＶ以上、１．２９ｅＶ以下にし易くなる。

そして前記ショットキーバリアーは、４００．０Ｖ／μｍ未満の電界を印加して測定したものであることが好ましい。これによれば、リーク電流を確実に抑制することができると共に、圧電特性（変位特性）も損なわれない。

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、圧電素子からのリーク電流が抑制され、発熱や破壊による圧電素子の劣化が防止された液体噴射ヘッドを具備するため、耐久性に優れた液体噴射ヘッドとなる。

また、本発明の他の態様は、第１電極と、該第１電極上に形成され厚さが５μｍ以下の圧電体層と、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、前記圧電体層は、鉛、ジルコニウム及びチタンを含み、前記第１電極と前記圧電体層との界面におけるショットキーバリアーの値が０．７６ｅＶ以上、１．２９ｅＶ以下であることを特徴とする圧電素子にある。かかる態様では、鉛、ジルコニウム及びチタンを含み厚さが５μｍ以下の圧電体層を有する圧電素子において、第１電極との界面におけるショットキーバリアーの値が０．７６ｅＶ以上、１．２９ｅＶ以下であるので、リーク電流が抑制され例えば１．０μＡ／ｃｍ^２以下にすることができる。

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に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 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。 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。 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。 試験例１の結果を示す図である。 試験例１の結果を示す図である。 試験例１の結果を示す図である。 試験例１の結果を示す図である。 試験例２の結果を示す図である。 本発明の一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す斜視図である。

（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、厚さが５μｍ以下、好ましくは１〜５μｍ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。

本実施形態においては、第１電極６０は、酸化イリジウム（ＩｒＯｘ）及び白金（Ｐｔ）を含むものであり、さらに、圧電体層７０側に酸化チタン（ＴｉＯｘ）を主成分とする酸化チタン層を有している。ここで、酸化チタン層は、詳しくは後述するが、圧電体層７０を形成する際に用いた種チタンが酸化されることにより形成された層であり、ルチル構造を有している。また、第１電極６０が酸化イリジウムを含むことにより圧電体層７０を構成する成分が第１電極６０及びその下地側に拡散するのが防止され、また、白金を含むことにより第１電極６０の導電性が十分に確保することができる。

また、第１電極６０上に形成される圧電体層７０は、電気機械変換作用を示す圧電材料であり、鉛、ジルコニウム及びチタンを含み、例えばペロブスカイト構造を有する。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。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_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。また、第２電極は、イリジウム（Ｉｒ）等からなる。

そして、本発明においては、第１電極６０と圧電体層７０との界面におけるショットキーバリアー（Schottky barrier）の値が０．７６ｅＶ以上、１．２９ｅＶ以下である。このように、第１電極６０と圧電体層７０との界面におけるショットキーバリアーの値を０．７６ｅＶ以上、１．２９ｅＶ以下にすることにより、圧電素子３００のリーク電流を抑制することができる。したがって、発熱や破壊による圧電素子３００の劣化が防止できる。また、圧電素子３００が複数配列して形成されたインクジェット式記録ヘッドにおいては、製造時のばらつき等で一部の圧電素子３００から電流のリークが生じる場合があるが、どの圧電素子３００からリークが生じているのか判別するのが困難である。しかしながら、ショットキーバリアーの値を制御するという容易な方法で、リークの発生を評価することもできる。なお、ショットキーバリアーの値が０．７６未満ではリーク電流が大きく、１．２９ｅＶより大きいと圧電体層７０に電圧が印加されなくなり、圧電変位を得られなくなる。

ここで、圧電素子３００のリーク電流を決める因子として、第１電極と圧電体層７０との界面状態に起因するものと、界面ではなくバルク状態に起因するもの、すなわち圧電体層７０そのものに起因するものとが考えられる。そして、界面状態に起因するものには、Schottky Emission current(Ｊ＝Ａ・Ｔ^２・Ｅｘｐ［−（ｅ・φ_Ｂ−β_ＳＥ√Ｅ）／（Ｋ_ＢＴ）］)と、Fowler−Nordheim tunneling current(Ｊ＝Ａ・Ｅ^２・Ｅｘｐ［−Ｂ／Ｅ］)がある。また、バルク状態に起因するものには、Poole-Frenkel current(Ｊ＝Ａ・Ｅ・Ｅｘｐ［−（ｅ・φ_ｔ−β_ＰＦ√Ｅ）／（ｋＢＴ）］)と、Space-charge-limited current(Ｊ＝Ａ・Ｅ＋Ｂ・（Ｅ−Ｅ_０）^２)がある。なお、式中、Ｊはリーク電流、Ｅは印加する電界、Ａ，Ｂ，Ｅ_０は定数、φ_Ｂはショットキーバリアーの値、β_ＳＥはショットキー定数、φ_ｔはトラップ準位、β_ＰＦはプール・フレンケル定数である。これらのうち、どれが圧電素子３００のリーク電流の支配的な因子なのかを明確に区別することは、一般的に困難である。

しかしながら、本実施形態の構成、具体的には、鉛、ジルコニウム及びチタンを含み厚さが５μｍ以下の圧電体層を有する圧電素子３００においては、界面状態に起因するSchottky Emission currentが圧電素子３００のリーク電流の支配的因子であるため、ショットキーバリアーの値を０．７６ｅＶ以上、１．２９ｅＶ以下に規定することで、リーク電流を抑制することができる。換言すると、本発明は、第１電極６０と圧電体層７０がショットキー接合されリーク電流の支配的因子がSchottky Emission currentである圧電素子３００とし、ショットキーバリアーの値を０．７６ｅＶ以上、１．２９ｅＶ以下にすることで、リーク電流を抑制するものである。なお、本発明の圧電素子３００は、Fowler−Nordheim tunneling current、Poole-Frenkel currentや、Space-charge-limited currentはリーク電流の支配的因子ではないため、Fowler−Nordheim tunneling current、Poole-Frenkel currentや、Space-charge-limited currentに基づく値を規定しても、リーク電流を抑制し難い。

ここで、リーク電流の支配的因子を、本発明のように界面状態ではなく、Poole-Frenkel currentのようにバルク状態に起因するようにした場合、リーク電流を抑制するためには、圧電体層７０の材料自体を調整することになる。このように、圧電体層７０の材料を所望のリーク電流値になるように調整すると、圧電特性（変位特性）に大きく影響を与えるため、圧電特性の設計の自由度が小さくなる。一方、本発明においては、第１電極６０と圧電体層７０との界面におけるショットキーバリアーの値を所定値にすることによりリーク電流を抑制するため、圧電体層７０のみを調整するバルク状態に起因する場合よりも圧電特性への影響が少なくなり、圧電体層７０を所望の圧電特性を発揮するように調整し易くなる。また、圧電体層７０を調整しなくてもショットキーバリアーを所定値にすることもできる。

なお、ショットキーバリアーの値は、圧電体層７０の種類だけでなく、第１電極の種類、さらには、第１電極６０が酸化チタン層を有する場合は酸化チタン層の厚さや酸化の程度、及びこれらのバランスによって調整することができる。また、ショットキーバリアーの値は、通常の方法、具体的には、J.Appl.Phy.,Vol.92,No.10,15 November 2002の6163頁に記載された方法で求めることができる。

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。なお、図３〜図６は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）等からなる二酸化シリコン膜５１を形成する。次いで、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）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、図３（ｃ）に示すように、白金層にイリジウム層を積層した第１電極６０をスパッタリング法等により形成する。白金層は、後段の熱処理により圧電体層７０を形成する際に、同時に高温の熱処理が行われても導電性を喪失しない材料として選定される。また、イリジウム層は、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及びその下地側に拡散するのを防止するためのものである。

次いで、図４（ａ）に示すように、第１電極６０上にチタン（Ｔｉ）からなる種チタン層６１をスパッタリング法等により形成する。このように第１電極６０の上に種チタン層６１を設けることにより、後の工程で第１電極６０上に種チタン層６１を介して圧電体層７０を形成する際に、圧電体層７０を（１００）に８０％以上の強配向に制御することができ、電気機械変換素子として好適な圧電体層７０を得ることができる。なお、種チタン層６１は、圧電体層７０が結晶化する際に、結晶化を促進させるシードとして機能し、圧電体層７０の焼成時に同時に加熱されることで圧電体層７０内に一部拡散する。また、圧電体層７０の焼成時に種チタン層６１の一部が残留して酸化されることで、最終的には酸化チタン層として、第１電極６０の一部を構成している。

次に、第１電極６０上に圧電体層７０を形成する。ここで、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・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−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成している。圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法を用いてもよい。なお、スパッタ法、ＣＶＤ法または印刷法を用いて圧電体層７０を形成することもできるが、それらの方法で圧電体層７０を形成した場合、Schottky Emission currentが圧電素子３００のリーク電流の支配的因子ではなくなる場合があるため、Schottky Emission currentがリーク電流の支配的因子となるように圧電体層７０の材料や製造条件等を調整することが必要になる。

圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図４（ｂ）に示すように、第１電極６０（種チタン層６１）上に圧電体層の前駆体膜である圧電体前駆体膜７４を成膜する。すなわち、第１電極６０が形成された流路形成基板１０上にＰｂ，Ｔｉ及びＺｒを含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。次いで、この圧電体前駆体膜７４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７４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７４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、図４（ｃ）に示すように、圧電体前駆体膜７４を所定温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、１層目の圧電体膜７５を形成する（焼成工程）。

次に、図５（ａ）に示すように、第１電極６０上に１層目の圧電体膜７５を形成した段階で、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７５を同時にパターニングする。次いで、図５（ｂ）に示すように、１層目の圧電体膜７５上を含む流路形成基板用ウェハー１１０の全面に、再びチタン（Ｔｉ）からなる中間チタン層６２を形成後、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を行うことにより、図５（ｃ）に示すように２層目の圧電体膜７５が形成される。そして、図５（ｄ）に示すように、２層目の圧電体膜７５の上に、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を繰り返し行うことにより、複数層の圧電体膜７５からなる圧電体層７０が形成される。

そして、圧電体層７０を形成する際の焼成工程で、上述した白金、イリジウム及びチタンが、酸化、合金化又は混合化されて、第１電極６０が形成される。なお、合金化とは、金属元素と他の金属元素とが金属結合している状態を言い、混合化とは、金属元素と他の金属元素とが金属結合していない状態を言う。

次に、図６（ａ）に示すように、圧電体層７０上に亘って、例えば、イリジウム（Ｉｒ）等からなる第２電極８０を形成した後、図６（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び第２電極８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。

なお、第１電極６０と圧電体層７０との界面におけるショットキーバリアーの値は、上記圧電素子３００を流路形成基板１０上に形成する方法において、圧電体層７０の材質、厚さ、組成、焼成温度等の製造条件、すなわち、圧電体層７０の種類だけでなく、第１電極６０の材質、厚さ、組成、焼成温度等の製造条件、すなわち、第１電極６０の種類、及びこれらのバランスによって変化するものであり、また、酸化チタン層を有する第１電極６０の場合は、酸化チタン層の厚さや酸化の度合いによっても変化するものである。

（実施例１）
上述した方法で、流路形成基板１０上に圧電素子３００を作製した。なお、種チタン層６１を成膜後、酸素濃度３０体積％程度の雰囲気中にて完全に酸化させ、ルチル構造の酸化チタンに変質させた。そして、そのルチル構造の酸化チタン上にチタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層７０を成膜した。本実施例では、１層目の圧電体膜７５を形成後、中間チタン層６２として種チタン層６１と同様のルチル構造の酸化チタンを形成し、その中間チタン層６２上に２層目の圧電体膜７５を形成している。圧電体層７０の焼成温度は７００℃である。

（実施例２及び比較例１）
各種製造条件を調整し、第１電極６０と圧電体層７０との界面におけるショットキーバリアーの値が異なる複数の圧電素子３００を製造した。

実施例２では、種チタン層６１の膜厚を薄く（２ｎｍ）し、焼成時に酸化される酸化チタンが、酸化チタンの下に存在するイリジウム層の酸化膨張により不均一となるように調整している。この結果、圧電体層７０と酸化したイリジウムが一部で直接接合している構造となっている。

比較例１では、種チタン層６１の膜厚を厚く（１０ｎｍ）し、焼成時に種チタン層の一部(１層目の圧電体膜７５近傍)をルチル構造の酸化チタンとし、基板近傍では酸化していないチタンという構造とした。

（比較例２）
第１電極６０のイリジウム層及び種チタン層６１を形成せず、第１電極を膜厚１３０ｎｍの白金とした以外は、実施例１と同様の操作を行った。

（試験例１）
実施例１の圧電素子３００に電界を印加してリーク電流を測定し、電界とリーク電流との関係をプロットしたものを図７及び図８に示す。図７は、横軸を電界^０．５、縦軸を電流の自然対数としたものであり、この図が直線になる程Schottky Emission currentが支配的であることを示す。また、図８は、横軸を１／電界とし、縦軸を電流／電界^２の自然対数としたものであり、この図が直線になる程Fowler−Nordheim tunneling currentが支配的であることを示す。

図７では、値がほぼ直線になっており、界面状態に起因するSchottky Emission currentが、実施例１の圧電素子３００のリーク電流の支配的因子であると判断できる。一方、図８では、直線ではなく、Fowler−Nordheim tunneling currentは実施例１の圧電素子３００のリーク電流の支配的因子ではないと判断できる。なお、同様の方法で製造した実施例２及び比較例１についても、Schottky Emission currentが、圧電素子３００のリーク電流の支配的因子であるといえる。

また、比較例２の圧電素子について、電界を印加してリーク電流を測定し、電界とリーク電流との関係をプロットしたものを図９及び図１０に示す。

図９では値がほぼ直線になっており、酸化イリジウム層及び酸化チタン層を有さない比較例２の圧電素子についても、界面状態に起因するSchottky Emission currentがリーク電流の支配的因子であると判断できる。

（試験例２）
実施例１〜２及び比較例１〜２で得られた圧電素子３００について、ショットキーバリアーの値を測定した。測定は、再現性が高めで良好な測定結果を得るため、測定電界の範囲を７５ｋＶ／ｃｍ以上、４００ｋＶ／ｃｍ以下の領域で行うとよい。また、測定温度は、１２０℃以上２４０℃以下とすることでショットキーバリアーの値を精度良く測定することができる。また、電圧を変化させ５分以上経過後に測定を行うことで、測定するショットキーバリアーの値を安定化させることができる。また、測定温度２７℃において１８９Ｖ／μｍの電界を印加して、圧電素子３００のリーク電流を測定した。これらの結果を表１及び図１１に示す。

表１及び図１１に示すように、種チタン層６１の膜厚や有無、圧電体層７０の焼成条件によりショットキーバリアーの値が変わり、ショットキーバリアーの値が０．７６ｅＶ以上、１．２９ｅＶ以下である実施例１〜２は、比較例と比べてリーク電流が顕著に低かった。この結果からも明確なように、ショットキーバリアーを０．７６ｅＶ以上、１．２９ｅＶ以下とすることで、リーク電流を抑制することができる。

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１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。

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。

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、第１電極６０が、白金及び酸化イリジウムを含み、圧電体層７０側には酸化チタン層を有するものを例示したが、第１電極６０の材料は特に限定されず、例えば、酸化イリジウムを含まないものや、酸化チタン層を含まないものとしてもよい。また、第１電極６０と下地である絶縁体膜５５との密着力を向上させるための密着層として絶縁体膜５５の上に酸化チタン層を設けたものとしてもよい。

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１２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１２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。

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電極上に形成され厚さが５μｍ以下の圧電体層と、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、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備し、
   前記圧電体層は、鉛、ジルコニウム及びチタンを含み、
   前記第１電極と前記圧電体層との界面におけるショットキーバリアーの値が０．７６ｅＶ以上、１．２９ｅＶ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電極が、酸化イリジウム及び白金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. 前記第１電極は、前記圧電体層側に酸化チタン層を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の液体噴射ヘッド。
4. 前記ショットキーバリアーは、４００．０Ｖ／μｍ未満の電界を印加して測定したものである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電極上に形成され厚さが５μｍ以下の圧電体層と、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、
   前記圧電体層は、鉛、ジルコニウム及びチタンを含み、
   前記第１電極と前記圧電体層との界面におけるショットキーバリアーの値が０．７６ｅＶ以上、１．２９ｅＶ以下であることを特徴とする圧電素子。

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