JP5696424B2

JP5696424B2 - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子

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Publication number: JP5696424B2
Application number: JP2010230296A
Authority: JP
Inventors: 友隆毛利
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: JP2012084716A; US20120092423A1; US8529024B2

Description

本発明は、液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子に関する。

アクチュエーター装置に用いられる圧電素子としては、電気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、第１電極と第２電極との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を有するアクチュエーター装置
は、一般的に、撓み振動モードのアクチュエーター装置と呼ばれ、例えば、液体噴射ヘッ
ド等に搭載されて使用されている。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を吐出させ
るインクジェット式記録ヘッド等がある。

このようなインクジェット式記録ヘッドの圧電素子としては、最上層に位置しイリジウ
ム（Ｉｒ）を含む第一層と、次層に位置し白金（Ｐｔ）を含む第二層とを少なくとも備え
た下部電極を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２７４４７２号公報

特許文献１に記載された圧電体素子は、圧電体薄膜の所定の配向度を安定して再現性良
く得ることにより、安定した圧電特性を得ている。しかしながら、このような圧電素子に
おいて、安定すると同時に、より高い圧電特性、即ち圧電変位量の向上が求められている
。

このような問題は液体噴射ヘッドに搭載される圧電素子だけなく、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。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、より圧電特性が高い圧電素子を
用いた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、並びにより圧電特性が高い圧電素子を提供する
ことを目的とする。

本発明の液体噴射ヘッドは、第１電極膜と第２電極膜との間に圧電体層が設けられた圧
電素子を具備し、前記第１電極膜は、白金を主成分とした（１１１）面に優先配向したも
のであり、菱面体晶系の結晶構造を有することを特徴とする。このような菱面体晶系の結
晶構造を有する第１電極膜は、結晶性が高いため、導電率が高く、電圧損失が低いため、
圧電素子の圧電特性が向上する。従って、液体噴射ヘッドの液体噴射特性が向上する。

本発明の好ましい実施態様としては、前記第１電極膜の（１１１）面における結晶面間隔が２．２５１〜２．２６２Åであることが挙げられる。なお、本発明における結晶面間隔は、第１電極膜を構成する各結晶の結晶面間隔の平均値をいう。

ここで、前記圧電体層は、一般式がＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト構造を有するこ
とが好ましい。このような圧電体層を結晶性の高い第１電極膜上に形成することで、圧電
体層の結晶性が向上し、より圧電素子の圧電特性を向上することができる。

前記第１電極膜と前記圧電体層との間に、イリジウム（Ｉｒ）を主成分とする膜が形成
されていることが好ましい。イリジウム（Ｉｒ）を主成分とする膜が形成されていること
で、圧電体層が（１００）面により結晶性良く配向しやすく、好ましい圧電特性を有する
圧電素子を得ることができる。

本発明の液体噴射装置は、前記したいずれかの液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とす
る。圧電特性の高い圧電素子を有する液体噴射ヘッドを備えていることから、本発明の液
体噴射装置は、液体噴射特性が高い。

本発明の圧電素子は、第１電極膜と第２電極膜との間に圧電体層が設けられてなり、前
記第１電極膜は、白金を主成分とした（１１１）面に優先配向したものであり、菱面体晶
系の結晶構造を有することを特徴とする。このような菱面体晶系の結晶構造を有する第１
電極膜は結晶性が高いため、導電率が高く、電圧損失が低い。従って、本発明の圧電素子
は、圧電特性が向上している。

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。実施例の測定結果を示すグラフである。実施例の測定結果を示すグラフである。インクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。

以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態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。インク
ジェット式記録ヘッドＩの流路形成基板１０は、表面の結晶面方位が（１１０）面のシリ
コン単結晶基板からなり、その一方の面には酸化膜からなる弾性膜５０が形成されている
。

流路形成基板１０には、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１
１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。

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。

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とから
なる液体流路が複数の隔壁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、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のノズルプレート２０とは反対側の面には、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電極膜６０と、
厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの第２電
極膜８０とが、後述するプロセスで積層形成されている。絶縁体膜５５と第１電極膜６０
との間には、絶縁体膜５５と第１電極膜６０との密着性を高めるための密着層６１が設け
られており、また、第１電極膜６０と圧電体層７０との間には、層間での金属の拡散を防
止するために拡散防止層６２が設けられている。圧電素子３００は、少なくともこれらの
第１電極膜６０と圧電体層７０と第２電極膜８０とを備えているものであり、本実施形態
では、さらに拡散防止層６２も備えている。

第１電極膜６０は、白金を主成分とした導電性の膜であり、（１１１）面に優先配向し
たものである。ここで、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面
がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。また、主成分とは、膜から検出される強度が
最も高い金属元素をいい、各膜に含まれる主成分の状態は特に限定されず、それぞれ単一
の金属の状態、合金の状態、金属間化合物の状態、金属酸化物などのその他の化合物の状
態などであってもよい。

このように（１１１）面に優先配向している第１電極膜６０は、通常の白金が面心立方
系であるのに対し、菱面体晶系である。これは、本実施形態における第１電極膜６０が厚
さ方向に収縮されているからであり、厚さ方向に収縮されることで、通常の白金が面心立
方系であるのに対して（１１１）面方向に収縮された菱面体晶系となっているものである
。即ち、このような第１電極膜６０の膜厚方向の（１１１）面における結晶面間隔（以下
、単に（１１１）面間隔ともいう）は、バルクの白金の（１１１）面間隔（２．２７Å）
よりも短い２．２６２Å以下であるように厚さ方向に収縮されている。このように収縮さ
れることにより、本実施形態の第１電極膜６０は、（１１１）方向への可動域が小さくな
り、そのため結晶構造が面心立方である白金よりも結晶性が高い。第１電極膜６０の結晶
性が向上することにより、第１電極膜６０の導電性が向上して、電圧損失を減少させるこ
とができる。

また、圧電体層７０は、第１電極膜６０上に後述するように圧電材料を結晶成長させて
形成するので、第１電極膜６０の結晶性が高いことにより圧電体層７０の結晶性も向上さ
せることができる。従って、このように結晶性が高い第１電極膜６０を形成することで、
圧電素子３００の圧電特性を向上させることができる。なお、このような第１電極膜６０
の（１１１）面間隔は、２．２４２Å以上であることが好ましい。２．２４２Å未満であ
ると、歪みが１％以上となりクラックが入りやすいからである。なお、上述したように第
１電極膜６０の膜厚方向の（１１１）面における結晶面間隔が２．２６２Å以下であるこ
とで、結晶性がより向上する。

密着層６１は、例えば、厚さが５〜２０ｎｍのチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タン
タル（Ｔａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びタングステン（Ｗ）からなる群から選択される
少なくとも一つの元素を主成分とするものが挙げられ、Ｔｉ及びＺｒのいずれかが好まし
い。本実施形態では、密着層６１として、厚さ２０ｎｍのチタン（Ｔｉ）膜を設けた。こ
のように第１電極膜６０と絶縁体膜５５との間に密着層６１を設けることによって、絶縁
体膜５５と第１電極膜６０との密着力を高めることができる。

拡散防止層６２は、後の工程で圧電体層７０を焼成して結晶化させて形成する際に、密
着層６１の成分が圧電体層７０に拡散するのを防止すると共に圧電体層７０の成分が第１
電極膜６０に拡散するのを防止するためのものである。このような拡散防止層６２として
は、厚さが１０〜５０ｎｍのイリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｂ）、ロジウム（Ｒｈ
）、ルテニウム（Ｒｕ）及びオスミウム（Ｏｓ）からなる群から選択される少なくとも一
つの元素を主成分とするものが挙げられる。本実施形態では、拡散防止層６２として、イ
リジウムを主成分とした酸化イリジウム膜（例えば、厚さ２０ｎｍのＩｒＯ_２膜）を用い
た。ＩｒＯ_２膜等のイリジウムを主成分とした酸化イリジウム膜を用いることで、圧電体
層７０が（１００）面により結晶性良く配向しやすく、この場合、より高い圧電特性を得
ることができる。

圧電体層７０は、本実施形態では、（１００）面に優先配向したチタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）からなる。本実施形態では、圧電体層７０は、結晶性の高い第１電極膜６０上
の酸化イリジウムからなる拡散防止層６２上に形成されているので、結晶性が高く、圧電
特性に優れている。なお、本実施形態において圧電体層７０は（１００）面に優先配向し
たものとしているが、（１１１）面に優先配向したものであってもよい。

この圧電体層７０は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）に限定されるものではなく一般
式がＡＢＯ_３で表されるペロブスカイト型構造のものであればよい。例えば、チタン酸ジ
ルコン酸鉛（ＰＺＴ）にニオブ、ニッケル又はマグネシウム等の金属を添加したものや、
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）等も用い
ることができる。また、さらにタングステン（Ｗ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ
）、タンタル（Ｔａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）などが添加されていてもよい。なお、圧
電体層７０は、本実施形態のように、鉛、ジルコニウム及びチタンを含むものであること
が好ましい。これらを含むことで、本実施形態の圧電体層７０は好適な電気機械変換素子
として駆動するからである。

また、各圧電素子３００の第２電極膜８０には、流路形成基板１０のインク供給路１４
の端部近傍から絶縁体膜５５上まで延設される金（Ａｕ）等のリード電極９０がそれぞれ
接続されている。このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加さ
れ、圧電素子３００が変位するように構成されている。この圧電素子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たものがアクチュエーター装置であ
る。なお、流路形成基板１０に振動板となる弾性膜５０や絶縁体膜５５を形成せずに、直
接第１電極膜６０を形成してもよい。リード電極９０は、保護基板３０に設けられた貫通
孔３３に露出する。

流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、保護基板３０が接着剤等の接着層を介
して接合されている。保護基板３０には、連通部１３に対向する領域に連通部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を構成するリザーバー
部３１が設けられている。

また、保護基板３０には、圧電素子３００に対向する領域に、圧電素子３００を保護す
るための圧電素子保持部３２が設けられている。なお、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。

なお、本実施形態では、流路形成基板１０の連通部１３と保護基板３０のリザーバー部
３１とがリザーバー１００を構成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、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。また、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を設けるよう
にしてもよい。

また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が実装さ
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、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、金属等の硬質の材料で形成される。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Ｉでは、図示しない外部インク供
給手段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からの駆動信号に従い、圧電素子３００を駆動させ、
弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極膜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される。

（製造方法）
以下、図３〜図６を参照して、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法に
ついて説明する。図３〜図６は、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を
説明するための要部断面図である。

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１１
０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン
膜５２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５２）上に、酸化ジ
ルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン
膜５２）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジル
コニウム層を、例えば、熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶
縁体膜５５を形成する。

次いで、図３（ｃ）に示すように、密着層形成膜６３、白金膜６４及び拡散防止層形成
膜６５をこの順で形成する。具体的には、まず、絶縁体膜５５上に、密着層形成膜６３を
形成する。密着層形成膜６３としては、例えば、ＤＣマグネトロンスパッタリング法によ
りＴｉからなる膜を形成する。密着層形成膜６３は、後工程により加熱されて密着層６１
となる。

次いで、密着層形成膜６３上に白金（Ｐｔ）からなり厚さが５０〜５００ｎｍの白金膜
６４を形成する。本実施形態では、白金膜６４を１３０ｎｍの厚さで形成した。このよう
な白金膜６４は、例えば、ＤＣマグネトロンスパッタリング装置により形成することがで
きる。本実施形態では、この白金膜６４を形成後、加熱工程を行って、白金膜６４を厚さ
方向に収縮させることにより、白金を菱面体晶系とすることができ、所望の結晶性の高い
第１電極膜６０とすることができる。

しかも、白金膜６４を形成後に加熱工程を行って結晶性の高い第１電極膜６０としてか
らその後の工程を行うことから、第１電極膜６０上に形成される各膜の結晶性を高めるこ
とができる。即ち、本実施形態のように加熱工程を行わずに、例えば圧電体前駆体膜の乾
燥工程や脱脂工程における加熱を用いて白金膜を収縮して第１電極膜を形成するとすれば
、優れた結晶となる前の状態で圧電体膜の結晶化が開始されることになり、圧電体膜の結
晶成長において、配向にばらつきが生じることがある。従って、本実施形態のように、圧
電体膜７２を形成する前に加熱工程を行い、所望の結晶性の高い第１電極膜６０を形成す
ることが好ましいのである。

加熱工程においては、例えばホットプレートや、ＲＴＰ装置などを用いて３００℃以上
４５０℃未満で加熱することが挙げられる。３００℃以上で加熱することで、結晶構造が
菱面体晶系である所望の第１電極膜６０を得ることができる。なお、４５０℃以上で加熱
すると、熱応力が大きく基板の反りが発生しやすいので、好ましくない。

本実施形態ではスパッタリングによる形成後に加熱工程を行うことで所望の第１電極膜
６０を得たが、成膜時の成膜レート、ターゲット基板間距離、成膜圧力及びアルゴン流量
などを適宜調整することによっても所望の第１電極膜６０を得ることができる。例えば、
第１電極膜６０を成膜する際の成膜圧力を大きくしたり、アルゴンガスの圧力を大きくす
ることによって、成膜された第１電極膜６０の結晶構造を菱面体晶系とすることができる
。また、第１電極膜６０の下地層となる密着層形成膜６３により得られる密着層６１の格
子定数や結晶粒径を制御してもよい。しかしながら、本実施形態のように別に加熱工程を
設けることで、簡易に、かつ、効率よく所望の第１電極膜６０を得ることができる。

そして、第１電極膜６０上に拡散防止層形成膜６５を形成する。拡散防止層形成膜６５
としては、例えば、Ｉｒからなる膜をＤＣマグネトロンスパッタリング法により形成する
ことができる。かかるＩｒからなる膜が後工程により酸化されることで、拡散防止層６２
としてのＩｒＯ_２膜となる。

次いで、図３（ｄ）に示すように、第１電極膜６０上にチタン（Ｔｉ）からなり厚さが
１〜２０ｎｍ、本実施形態では厚さが４ｎｍのチタン層６６を形成する。そして詳しくは
後述するが、第１電極膜６０上にチタン層６６を形成した後に、圧電体膜７２の１層目を
形成した段階で、第１電極膜６０と１層目の圧電体膜７２とを側面が傾斜するように同時
にパターニングする。

このように第１電極膜６０の上にチタン層６６を設けることにより、後の工程で第１電
極膜６０上にチタン層６６を介して圧電体層７０を形成する際に、圧電体層７０の優先配
向方位を（１００）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、チタン層６６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、圧電体前駆体膜７１の焼成時には圧電体層７０内に拡散
するものである。

次に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成する。ここで、本
実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・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、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法等を用いてもよい。

圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図４（ａ）に示すように、パターニ
ングする前のチタン層６６上にＰＺＴ前駆体膜である圧電体前駆体膜７１を成膜する。す
なわち、第１電極膜６０が形成された流路形成基板１０上に金属有機化合物を含むゾル（
溶液）を塗布する（塗布工程）。次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して
一定時間乾燥させる（乾燥工程）。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜７１を１０
０〜２５０℃で８〜３０分保持することで乾燥することができる。

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）。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜７１を３００〜４０
０℃程度の温度に加熱して約１０〜３０分保持することで脱脂した。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、ＮＯ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等
として離脱させることである。

次に、図４（ｂ）に示すように、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結晶化させ、圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。焼成工程では、
圧電体前駆体膜７１を６８０〜９００℃に加熱するのが好ましく、本実施形態では、６８
０℃で５〜３０分間加熱を行って圧電体前駆体膜７１を焼成して圧電体膜７２を形成した
。ここで、焼成工程における圧電体膜７２の加熱方法は特に限定されないが、例えば、Ｒ
ＴＡ（Rapid Thermal Annealing）法等を用いて、昇温レートを比較的速くすることが好
ましい。例えば、本実施形態では、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Th
ermal Processing）装置を用いて、圧電体膜を比較的速い昇温レートで加熱した。

また、乾燥工程及び脱脂工程で用いられる加熱装置としては、例えば、ホットプレート
や、ＲＴＰ装置などを用いることができる。

そして、図４（ｃ）に示すように、第１電極膜６０上に圧電体膜７２の１層目を形成し
た段階で、第１電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２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。

そして、パターニング後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複数回繰り返すことで、図４（ｄ）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、ゾルの１回あたりの膜厚が０
．１μｍ程度の場合には、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。本実施形態では、白金膜６４を形成後、加熱工程を行って得られた
結晶性の高い第１電極膜６０上に圧電体層７０を形成しているため、圧電体層７０の結晶
性は向上している。

なお、上述のように圧電体膜７２の１層目を形成した段階でこれらを同時にパターニン
グして、第１電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２の側面を傾斜させることで、２層目以
降の圧電体前駆体膜７１を形成する際の付き回りを向上することができる。これにより、
密着性及び信頼性に優れた圧電体層７０を形成することができる。

そして、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示す工程によって圧電体層７０を形成した後は、図
５（ａ）に示すように、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる第２電極膜８０を流路形成
基板用ウェハー１１０の全面に形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、圧電体層７
０及び第２電極膜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。次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図５（ｃ）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ことで形成される。

その後、図６（ａ）に示すように、予めリザーバー部３１、圧電素子保持部３２等が形
成された保護基板用ウェハー１３０を、上記膜形成プロセス終了後の流路形成基板用ウェ
ハー１１０上に接着剤３５によって接着する。次いで、図６（ｂ）に示すように、流路形
成基板用ウェハー１１０を所望の厚さにし、その後、図６（ｃ）に示すように、マスク５
６を形成してシリコン単結晶基板である流路形成基板用ウェハー１１０の異方性エッチン
グを行い、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５を形成する。

その後は、特に工程を図示しないが、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とする。

以下、実施例を用いて本発明の実施形態を説明する。
（実施例１〜４）
上述した実施形態１と同様の製造方法により、シリコンウェハーからなる流路形成基板
用ウェハーを熱酸化することにより二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜５０を形
成し、この弾性膜上に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５を形成した。
そして、厚さが２０ｎｍのチタン（Ｔｉ）からなる密着層形成膜６３と、厚さが１３０ｎ
ｍの白金（Ｐｔ）からなる白金膜６４とをこの順で積層して形成し、それぞれ加熱温度を
表１に記載するように設定して５分間加熱工程を行って、密着層６１及び第１電極膜６０
を形成した。その後、厚さが１０ｎｍのイリジウム（Ｉｒ）からなる拡散防止層形成膜６
５を形成した。さらに、拡散防止層上に厚さが４ｎｍのチタン（Ｔｉ）からなるチタン層
６６を形成した。

得られた実施例１〜４について、第１電極膜６０の（１１１）面の半価幅及び（１１１
）面の面間隔を、Ｘ線回折装置Ｘ’ｐｅｒｔＰｒｏＭＰＤにより（管球：ＣｕＫα線、
スリット：ＤＳ１／２°、ＡＳＳ１°、ソーラースリット０．０４ｒａｄ、検出器：モ
ノクロメーター＆ＰＩＸｃｅｌスペクトリス株式会社製）広角測定法で求めた。そして
、それぞれのばらつき低減率を調べ、これに基づいて面間隔のばらつきを評価した。なお
、ばらつき低減率は、比較データの半価幅から各実施例の半価幅を引いて、引いた値を比
較例の半価幅で割ってパーセント表示したものであり、数値が高いほどばらつきを低減で
きており、結果が良好であることを示す。ここで、比較データとは、一般的なバルク立方
晶の白金と同じ面間隔を有する薄膜のデータである。また、「半価幅」とは、Ｘ線回折広
角法により測定されたＸ線回折θ／２θチャートの各結晶面に相当するピーク強度の半価
での幅のことを言う。なお、半価幅と面間隔のばらつきとは略比例する関係にある。

加熱温度に対する第１電極膜６０の（１１１）面間隔の結果を図７に、第１電極膜６０
の（１１１）面間隔に対するばらつき低減率を示す結果を図８に示す。

図７に示すように、全ての実施例において、比較データとして記載したバルク立方晶の（１１１）面間隔の格子定数に比べて面間隔が狭く、菱面体晶系になっていることが分かった。具体的には、全ての実施例において（１１１）面間隔は２．２５１〜２．２６２Åとなっており、また、加熱温度が高くなるにつれ、面間隔は狭くなり、加熱温度４００℃において、面間隔は約２．２５１Åとなった。また、図８に示すように、第１電極膜６０の（１１１）面間隔は、狭くなるほど、ばらつき低減率が向上した。特に、加熱温度４００℃において、ばらつき低減率は約１７％となり、結晶のばらつきはかなり低減された。このように、加熱工程を行うことで、結晶構造のばらつきが抑制されて菱面体晶系の結晶性の高い第１電極膜６０を得ていることが分かった。

従って、実施例１〜４によれば、加熱工程の温度を３００℃以上とすることで、菱面体
晶系の第１電極膜６０を得ることができ、かかる第１電極膜６０は、結晶のばらつきが少
なく、結晶性が高いことが分かった。このように、本実施形態の第１電極膜６０は結晶性
が高いことから、電圧損失が少なく、また、圧電体層の結晶性も高い。従って、圧電素子
３００の圧電特性が向上する。

また、本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ＩＩに搭載される。図９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９に示すように、インクジェット式記録ヘッド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。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上
述したものに限定されるものではない。上述した実施形態では、白金膜６４を形成後に加
熱工程を行ったが、白金膜６４の形成後、圧電体層７０、即ち圧電体前駆体膜７１の塗布
前に加熱工程を行えばよい。例えば、白金膜６４を形成後、拡散防止層形成膜６５を形成
し、その後、加熱工程を行って第１電極膜６０及び拡散防止層６２を形成してもよい。こ
の場合も、圧電体前駆体膜７１は、第１電極膜６０とともに結晶成長した拡散防止層６２
上に形成することができるので、圧電体膜７２の結晶性は高くなる。

また、上述した実施形態では、圧電体前駆体膜７１を塗布、乾燥及び脱脂した後、焼成
して圧電体膜７２を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧電体前駆
体膜７１を塗布、乾燥及び脱脂する工程を複数回、例えば、２回繰り返し行った後、焼成
することで圧電体膜７２を形成するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、圧電体層７０をゾル−ゲル法を用いて形成するようにし
たが、特にこれに限定されず、例えば、圧電体層７０をＭＯＤ法やスパッタリング法など
により形成するようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態では、密着層６１、第１電極膜６０及び拡散防止層６２を用
いたが、特にこれに限定されず、例えば、密着層６１と第１電極膜６０との間に密着層が
白金層に拡散するのを防止して密着性を維持するための拡散防止層を形成するようにして
もよい。

なお、上述した実施形態では、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の製造方法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、液晶ディスプレイ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ディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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
る圧電素子の製造方法に限られず、他の装置に搭載される圧電素子の製造方法にも適用す
ることができる。

Ｉインクジェット式記録ヘッド、ＩＩインクジェット式記録装置、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、４０コンプライアンス基板、
６０第１電極膜、６１密着層、６２拡散防止層、６３密着層形成膜、
６５拡散防止層形成膜、６６チタン層、７０圧電体層、７１圧電体前駆体
膜、７２圧電体膜、８０第２電極膜、９０リード電極、３００圧電素子

Claims

第１電極膜と第２電極膜との間に圧電体層が設けられた圧電素子を具備し、
前記第１電極膜は、白金を主成分とした（１１１）面に優先配向したものであり、菱面体晶系の結晶構造を有することを特徴とする圧電素子。
前記第１電極膜は、前記第１電極膜の（１１１）面における結晶面間隔が２．２５１〜２．２６２Åであることを特徴とする請求項１記載の圧電素子。
前記圧電体層は、一般式がＡＢＯ３で示されるペロブスカイト構造を有することを特徴とする請求項１又は２記載の圧電素子。
前記第１電極膜と前記圧電体層との間に、イリジウム（Ｉｒ）を主成分とする膜が形成されていることを特徴とする請求項３記載の圧電素子。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電素子を備えたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項５に記載の液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。