JPWO2017082049A1 - インクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびにインクジェット記録装置 - Google Patents

Abstract

インクジェットインクを吐出するインクジェットヘッドであって、インクジェットヘッドは、薄膜からなる圧電体層と振動板とを有し、圧電体層の圧電定数ｄ３１と圧電体層のヤング率との積の絶対値は、１０［Ｃ／ｍ２］以上１５［Ｃ／ｍ２］以下である。インクジェットヘッドは、高粘度のインクを吐出する場合でも、吐出時の駆動電圧にばらつきが生じることを抑制できる。

Description

本発明は、インクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびにインクジェット記録装置に関する。

特開２００７−０４９０２５号公報（特許文献１）に開示されているように、インクジェットヘッドを備え、二次元画像を出力可能なインクジェット記録装置が知られている。インクジェットヘッドは、インクジェットインク（以下、単に「インク」ともいう）を吐出する複数のチャネルを備える。複数のチャネルは、用紙や布などの記録媒体に対して相対移動しながらインクを吐出する。インクを吐出する方式としては、圧電アクチュエータ、静電アクチュエータまたは熱変形を利用したアクチュエータなど、各種のアクチュエータによる圧力式や、熱により気泡を発生させる熱式などが知られている。

これらの方式のうち、圧電アクチュエータを用いる方式は、出力が大きく変調が可能であり、応答性も高く、インクを選ばないなどの利点がある。圧電アクチュエータとしては、従来からチタン酸ジルコン酸鉛系化合物（ＰＺＴ）などの圧電体を用いるものが知られている。近年では、シリコン（Ｓｉ）基板を用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子の採用が増加している。すなわち、圧電アクチュエータの作製にＭＥＭＳ技術を応用し、圧電体を薄膜化することで、圧電アクチュエータを薄膜圧電素子から構成することができる。

圧電アクチュエータを薄膜圧電素子から構成する場合には、成膜やフォトリソグラフィーなど、半導体プロセス技術を用いた高精度な加工を実施することが可能となり、小型化および高密度化を実現できる。大面積のウエハに対して一括した加工を行なうことも可能となるため、生産効率が高く、コスト削減も期待できる。さらに、機械エネルギーと電気エネルギーと間の変換効率が向上し、高い特性が得られるといったメリットもある。したがって薄膜圧電素子は、高解像度で小型、低コストのインクジェットヘッドを実現するのに適していると言える。

ここで、圧電アクチュエータを薄膜圧電素子から構成する際には、一般的に、シリコン（Ｓｉ）などの基板上に電極が形成され、その電極上に薄膜からなる圧電体層が成膜される。この際、圧電体層は、電極の結晶とは異なる格子定数を有しているため、複数の結晶の集合体からなる多結晶を形成する。製法にもよるが、この多結晶（多結晶膜）は、粒状結晶の形状を有している場合と、柱状結晶の形状を有している場合とがある。

粒状結晶の場合、多結晶膜は、数１００［ｎｍ］の粒径を有する粒状の結晶を形成する。一方で柱状結晶の場合、多結晶膜は、数１００［ｎｍ］の幅を有し、膜厚方向において１つの細長い柱のような形状に寄り集まった結晶粒を形成する。柱状結晶の場合には、膜厚方向において同じ位置に位置する結晶面で成長した結晶が多くなればなるほど（つまり配向性が高くなるほど）、多結晶膜の圧電特性が高くなることが知られている。

特開２００７−０４９０２５号公報

近年、インクジェット記録装置（インクジェットプリンタ）には、より高速に高精細な画像を形成できることが求められている。これを実現するために、インクジェットヘッドには、たとえば、１０［ｃｐ］以上といった高い粘度を有するインクを安定して吐出できることが求められている。高粘度インクを吐出可能とするためには、高い出力特性を有する圧電アクチュエータが必要となる。

冒頭で述べたとおり、薄膜圧電素子を圧電アクチュエータとして備えたインクジェットヘッドは知られている。しかしながら、従来のインクジェットヘッドは、高い出力特性を有する圧電アクチュエータを備えている場合であっても、１０［ｃｐ］以上といった高粘度のインクを吐出する際に、駆動電圧にばらつきが生じ、インクの吐出速度にばらつきが生じ、ひいては高画質な画像形成ができないことがあった。

具体的には、ベンド型の圧電アクチュエータの出力特性は、圧電体層（圧電材料）の圧電定数ｄ_３１と圧電体層のヤング率との積に比例する。圧電アクチュエータの出力特性を向上させるためには、圧電体層の圧電定数と圧電体層のヤング率との両方を高くすることが望ましい。圧電体層の圧電定数を高くするためには、たとえば、圧電材料（ＰＺＴなど）にＬａやＮｂ等のドナーイオンが添加される。

特開２００７−０４９０２５号公報（特許文献１）においては、圧電材料にドナー元素を添加することにより、圧電体層の圧電定数を高くしている。具体的には、圧電体層の圧電定数と圧電体層の弾性コンプライアンス（ヤング率の逆数）との比が５［Ｃ／ｍ^２］よりも大きくなるように構成され、さらに、振動板の弾性コンプライアンスが２×１０^−８［ｍ^２／Ｎ］よりも大きくなる（つまりヤング率が５０［ＭＰａ］よりも小さくなる）ように構成されている。これらの構成によれば、駆動効率を上げことができると特許文献１の中では述べられている。

しかしながら、一般的に、ドナーの添加量が大きくなると、多結晶膜からなる薄膜圧電体層のヤング率は下がる。たとえば、ＭＥＭＳ技術を用いたベンド型の圧電アクチュエータにおいては、振動板の材料として、ヤング率が１００［ＧＰａ］以上２００［ＧＰａ］以下のシリコン（Ｓｉ）が用いられることが多い。このような大きなヤング率を有する振動板を用いる場合には、ドナーの添加量が大きくなると、薄膜圧電体層のヤング率が下がり、圧電アクチュエータの全体としての出力特性が下がってしまうため、高粘度のインクを吐出することは難しくなる。

セラミックスからなる圧電素子の場合には、ヤング率を下げずに圧電定数を向上する手段として、ドナーイオンに加えてＦｅやＭｎなどのアクセプタイオンも合わせて添加することが知られている。ところが、薄膜圧電体層からなる圧電素子においては、ドナーイオンやアクセプタイオンを添加することによって膜に含まれるイオンの種類が多くなることに起因して、薄膜からなる圧電体層の成膜プロセスにおいて膜質にばらつきが生じやすく、圧電定数の値およびヤング率の値にばらつきが生じてしまう。その結果、実際のインクジェットヘッドで出力特性の目安となる、インク吐出時の駆動電圧にばらつきが生じ、インクの吐出速度にばらつきが生じ、ひいては高画質な画像形成ができないことがあった。

本発明の目的は、１０［ｃｐ］以上といった高粘度のインクを吐出するような場合であっても、インク吐出時の駆動電圧にばらつきが生じることを抑えて安定した高い出力特性が得られるインクジェットヘッドおよびその製造方法、ならびにインクジェット記録装置を提供することを目的とする。

本発明に基づくインクジェットヘッドは、インクジェットインクを吐出するインクジェットヘッドであって、上記インクジェットヘッドは、薄膜からなる圧電体層と振動板とを有し、上記圧電体層の圧電定数ｄ_３１と上記圧電体層のヤング率との積の絶対値は、１０［Ｃ／ｍ^２］以上１５［Ｃ／ｍ^２］以下である。

上記インクジェットヘッドにおいて好ましくは、上記インクジェットヘッド内の上記インクジェットインクは、粘度が１５［ｃｐ］以下である。

上記インクジェットヘッドにおいて好ましくは、上記振動板のヤング率は、１００［ＧＰａ］以上５００［ＧＰａ］以下である。

上記インクジェットヘッドにおいて好ましくは、上記圧電体層は、ペロブスカイト型化合物を含む。

上記インクジェットヘッドにおいて好ましくは、上記ペロブスカイト型化合物は、チタン酸ジルコン酸鉛系化合物を含み、かつ、ドナーイオンとアクセプタイオンとを含む。

上記インクジェットヘッドにおいて好ましくは、上記振動板は、Ｓｉを含む材料から形成される。

上記インクジェットヘッドにおいて好ましくは、上記ドナーイオンは、Ｌａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗの群から選ばれる１種以上のイオンを含み、上記アクセプタイオンは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎの群から選ばれる１種以上のイオンを含み、上記ドナーイオンと上記アクセプタイオンのモル％比の差は、１モル％以下である。

上記インクジェットヘッドにおいて好ましくは、上記ペロブスカイト型化合物は、ニオブ酸カリウムナトリウム系化合物を含む。

上記インクジェットヘッドにおいて好ましくは、上記ペロブスカイト型化合物は、チタン酸ナトリウムビスマス系化合物を含む。

上記インクジェットヘッドにおいて好ましくは、上記圧電体層と上記振動板の間には、シード層が設けられている。

上記インクジェットヘッドにおいて好ましくは、上記インクジェットヘッド内の上記インクジェットインクは、粘度が１０［ｃｐ］以上である。

本発明に基づくインクジェット記録装置は、上記のインクジェットヘッドを備えている。

本発明に基づくインクジェットヘッドの製造方法は、薄膜からなる圧電体層と振動板とを有し、インクジェットインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、上記圧電体層の圧電定数ｄ_３１と上記圧電体層のヤング率との積の絶対値は、１０［Ｃ／ｍ^２］以上１５［Ｃ／ｍ^２］以下であり、上記インクジェットヘッドの製造方法は、上記圧電体層をスパッタ法により成膜する工程を備える。

上記の各構成によれば、インクジェットヘッドが１０［ｃｐ］以上といった高粘度のインクを吐出するような場合であっても、インク吐出時の駆動電圧にばらつきが生じることを抑えて安定した高い出力特性を得ることができる。スパッタ法は、２種類以上の元素イオンを含む場合であっても、安定的に成膜しやすい観点から好ましい。

実施の形態におけるインクジェット記録装置を模式的に示す図である。 実施の形態におけるインクジェット記録装置に備えられるインクジェットヘッドの上面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 実施の形態におけるインクジェット記録装置に備えられるインクジェットヘッドに形成された１つのチャネルを示す平面図である。 図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 ペロブスカイト型化合物の結晶構造を模式的に示す図である。 実施の形態に基づく実験例の結果を示すグラフである。 実施例１（および実施の形態）におけるインクジェットヘッドの製造方法の第１工程を示す断面図である。 実施例１（および実施の形態）におけるインクジェットヘッドの製造方法の第２工程を示す断面図である。 実施例１（および実施の形態）におけるインクジェットヘッドの製造方法の第３工程を示す断面図である。 実施例１（および実施の形態）におけるインクジェットヘッドの製造方法の第４工程を示す断面図である。 実施例１（および実施の形態）におけるインクジェットヘッドの製造方法の第５工程を示す断面図である。 実施例１（および実施の形態）におけるインクジェットヘッドの製造方法の第６工程を示す断面図である。 実施例１（および実施の形態）におけるインクジェットヘッドの製造方法の第７工程を示す断面図である。 実施例１（および実施の形態）におけるインクジェットヘッドの製造方法の第８工程を示す断面図である。 実施例１（および実施の形態）におけるインクジェットヘッドの製造方法の第９工程を示す断面図である。 実施例１（および実施の形態）におけるインクジェットヘッドの製造方法の第１０工程を示す断面図である。 実施例１（および実施の形態）におけるインクジェットヘッドの製造方法の第１１工程を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明に従う実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および同一の構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能は同じであり、それらについての詳細な説明は繰り返さない場合がある。また、以下で説明する実施の形態または変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。

（インクジェット記録装置１）
図１は、インクジェット記録装置１を模式的に示す図である。図１に示されるように、インクジェット記録装置１は、インクジェットヘッド部２、繰り出しロール３、巻き取りロール４、バックロール５ａ，５ｂ、中間タンク６、送液ポンプ７、貯留タンク８、定着装置９、インクジェットヘッド１０、および配管ライン６Ｔ，７Ｔを備える。

繰り出しロール３は、記録媒体Ｐを矢印ＡＲに示す方向に繰り出す。記録媒体Ｐとは、たとえば印刷用紙や布である。巻き取りロール４は、繰り出しロール３から繰り出されてインクジェットヘッド部２において画像が形成された記録媒体Ｐを巻き取る。バックロール５ａ，５ｂは、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に設けられる。

貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７および配管ライン７Ｔを通して中間タンク６に供給される。中間タンク６に貯留されたインクは、中間タンク６から配管ライン６Ｔを通してインクジェットヘッド１０に供給される。インクジェットヘッド１０は、インクジェットヘッド部２において記録媒体Ｐ上に向かってインク（インクジェットインク）を吐出する。定着装置９は、記録媒体Ｐ上に供給されたインクを記録媒体Ｐに定着させる。インクジェット記録装置１は、以上のようにして記録媒体Ｐ上に画像を形成することができる。

（インクジェットヘッド１０）
図２は、インクジェットヘッド１０の上面図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、インクジェットヘッド１０に形成された１つのチャネル１０Ｃを示す平面図である。図５は、図４中のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。図６は、ペロブスカイト型化合物の結晶構造を模式的に示す図である。

図２および図３に示すように、インクジェットヘッド１０は、基板２０、ノズルプレート（図３）３０および複数の薄膜圧電素子４０を備える。基板２０は、圧力室２８ａ（図３〜図５）を内部に形成したり、薄膜圧電素子４０を積層したり、ノズルプレート３０を接合したりするためのベースとなる部材であり、ボディ部２１（図３）および振動板２５を有している。

図４および図５を参照して（特に図５を参照して）、基板２０のボディ部２１は、ボディ基板２２および絶縁膜２３，２４を有する。ボディ基板２２は、たとえばシリコン（Ｓｉ）から形成される。絶縁膜２３，２４は、たとえば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）から形成される。絶縁膜２３は、ボディ基板２２の一方の面上に設けられており、絶縁膜２４は、ボディ基板２２の他方の面上に設けられている。

基板２０の振動板２５は、圧力室２８ａに対応するように設けられた薄膜圧電素子４０の伸縮によって部分的に振動する。振動板２５には、インク供給口１７ａ（図４）が設けられている。本実施の形態における振動板２５は、従動板２６および絶縁膜２７を有する。たとえば、従動板２６はシリコン（Ｓｉ）から形成され、絶縁膜２７は酸化シリコン（ＳｉＯ_２）から形成される。すなわち、本実施の形態の振動板２５は、シリコン（Ｓｉ）を含んでいる。振動板２５のヤング率は、１００［ＧＰａ］以上５００［ＧＰａ］以下であることが好ましい。また、振動板の材料として、Ｓｉを含むＳｉ_３Ｎ_４（ヤング率２５０以上３５０以下［ＧＰａ］）、ＳｉＣ（ヤング率３５０以上５００以下［ＧＰａ］）の他にも、Ａｌを含むＡｌ_２Ｏ_３（ヤング率約３６０［ＧＰａ］）やＡｌＮ（ヤング率約３００［ＧＰａ］）等も用いることができる。振動板のヤング率は、バルク材料であれば曲げ試験法、引張試験法、共振振動法等により求めることができ、薄膜材料であれば、ナノインデンテーションや超音波法等により求めることができる。

薄膜圧電素子４０は、薄膜からなる圧電体層４２（図５）と、一対の電極４１，４３とを有しており、基板２０上に設けられる。電極４１，４３は、いずれも、たとえばチタンや白金層などからなる金属層から形成される。図５に示すように、基板２０と圧電体層４２との間（より具体的には、電極４３と圧電体層４２との間）には、シード層４８が設けられていることが好ましい。圧力室２８ａと薄膜圧電素子４０との間に、振動板２５が位置している。換言すると、薄膜圧電素子４０は、振動板２５の圧力室２８ａとは反対側に設けられる。

図６を参照して、薄膜圧電素子４０に用いられる圧電体層４２は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）やチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉ／Ｚｒ）Ｏ_３）など、図６に示すようなペロブスカイト型化合物（金属酸化物）を含んでいることが好ましい。なお、チタン酸ジルコン酸鉛に限られず、薄膜圧電素子４０に用いられる圧電体層４２は、他のチタン酸ジルコン酸鉛系化合物を含んでいてもよい。また、薄膜圧電素子４０に用いられる圧電体層４２は、ドナーイオンとアクセプタイオンを含んでいても構わない。

ドナーイオンとしては、Ｌａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗの群から選ばれる１種以上のイオンを含んでいることが好ましい。アクセプタイオンとしては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎの群から選ばれる１種以上のイオンを含んでいることが好ましい。さらに、ドナーイオンとアクセプタイオンのモル％の差は、１モル％以下であることが好ましく、０．５モル％以下であることがより好ましく、０．２モル％以下であることがさらに好ましい。ドナーイオンとアクセプタイオンのモル％は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）等を用いて測定することができる。ドナーイオンとアクセプタイオンのモル％の差が小さくなるほど、電荷バランスを取ることが出来、ひいてはヤング率を下げずに圧電定数を向上させることが出来るため好ましい。

薄膜圧電素子４０に用いられる圧電体層４２は、ニオブ酸カリウムナトリウム系化合物（（Ｋ、Ｎａ）ＮｂＯ_３（以下、ＫＮＮともいう））を含んでいても構わない。また、薄膜圧電素子４０に用いられる圧電体層４２は、チタン酸ナトリウムビスマス系化合物（Ｂｉ_０．５Ｎａ_０．５）ＴｉＯ_３（以下、ＢＮＴともいう））を含んでいても構わない。

ＰＺＴなどの薄膜圧電体層をＳｉなどの基板上に成膜する方法としては、ＣＶＤ法などの化学的な方法、スパッタ法やイオンプレーティング法などの物理的な方法、および、ゾルゲル法などの液相での成長法が挙げられる。これらの製法により得られる薄膜の膜厚上限は１０μｍ程度であり、それ以上の膜厚になるとクラックや膜剥がれが生じやすくなるため、薄膜の膜厚上限は１０μｍ未満であることが好ましい。また、成膜されたＰＺＴなどの薄膜圧電薄層は、結晶がペロブスカイト型化合物の結晶（図６）となるときに良好な圧電効果を発揮する。

ノズルプレート３０は、基板２０に対して薄膜圧電素子４０（図２）が設けられている側とは反対側に貼り付けられている。ノズルプレート３０は、ノズル孔３４を有する。薄膜圧電素子４０、振動板２５、圧力室２８ａおよびノズル孔３４により、チャネル１０Ｃが形成されている。

薄膜圧電素子４０は、薄膜圧電素子４０と圧力室２８ａとで振動板２５を上下から挟み込む位置に形成されている。図示しないタンクからインク供給口１７ａを通して、圧力室２８ａにインクが供給される。圧力室２８ａ内のインクは、たとえば、粘度が１５［ｃｐ］以下であるものを使用できる。粘度は、１０［ｃｐ］以上であるものを使用しても構わない。尚、インクの粘度は通常は常温（２５℃）における粘度とする。しかし、インクの粘度は温度依存性があることが知られており、場合によっては、インクの供給手段若しくは吐出ヘッドに加温装置を設けて、インクの温度を高めて粘度を下げて使用する場合もあるため、その場合には、インクの粘度は、吐出に供するインクを加温するその設定温度において測定される粘度である。

駆動制御部１１５ｐ（図５）から薄膜圧電素子４０に電圧を印加すると、薄膜圧電素子４０の厚さ方向に対して垂直な方向に薄膜圧電素子４０は伸縮する。薄膜圧電素子４０は、伸縮して振動板２５を部分的に振動させることによって、振動板２５に曲げ変形が生じ、振動板２５が厚さ方向に変位する。振動板２５の上下運動によって、圧力室２８ａ内の体積が変化する。圧力室２８ａ内のインクに圧力が加えられることで、ノズル孔３４からインクが吐出される。

（圧電体層４２の圧電定数_ｄ３１と圧電体層４２のヤング率との積の絶対値）
ここで、圧電体層４２の圧電定数_ｄ３１と圧電体層４２のヤング率との積の絶対値は、１０［Ｃ／ｍ^２］以上１５［Ｃ／ｍ^２］以下に設定される。この積の絶対値が、１０［Ｃ／ｍ^２］以上１５［Ｃ／ｍ^２］以下の範囲であれば、１０［ｃｐ］以上といった高い粘度を有するインクを吐出する場合でも、駆動電圧にばらつきが生じることを抑え、インクの吐出速度を安定させることができ、高画質な画像形成をすることができる。

このメカニズムは、以下のとおりである。たとえば、振動板２５が１００［ＧＰａ］−５００［ＧＰａ］程度のヤング率を有し、かつ振動板２５がシリコン（Ｓｉ）等の材料からなり、さらに、振動板２５の厚みが薄膜からなる圧電体層４２の厚みと同じ程度か２倍程度までの値に設定されていたとする。この場合、圧電体層４２のヤング率を５０［ＧＰａ］以上１２０［ＧＰａ］以下程度の範囲に設定することで、圧電アクチュエータの機械コンプライアンスＣｍが１０［ｐＬ／ＭＰａ］以上２０［ｐＬ／ＭＰａ］以下程度の範囲となる。なお、圧電アクチュエータ（薄膜圧電素子４０）の機械コンプライアンスＣｍとは、圧電アクチュエータに圧力が印加された場合の変形のしやすさを表す指標である。

圧電アクチュエータの機械コンプライアンスＣｍが１０〜２０［ｐＬ／ＭＰａ］程度となる範囲の中で、圧電体層４２の圧電定数が一定の値以上となっていれば、電圧印加時の圧電アクチュエータ（薄膜圧電素子４０）に印加される圧力は、インク吐出に必要十分な値となる。つまり、機械コンプライアンスＣｍが上記の範囲に入っていれば、圧電アクチュエータ（薄膜圧電素子４０）に所定値以上の電圧が印加されたとしても、圧力室２８ａにはインク吐出に必要十分な値以上の体積変化が生じることはなく、駆動電圧にバラつきが生じることを抑えられる。

なお、圧電体層４２のヤング率がさらに大きい場合には、圧電アクチュエータのコンプライアンスが上記の値よりも小さくなってしまい、高い圧力が印加されたとしても圧力室２８ａに十分な圧力変化を生じさせることが出来なくなる。このため、圧電体層４２の圧電定数_ｄ３１と圧電体層４２のヤング率との積の絶対値は、１０［Ｃ／ｍ^２］以上１５［Ｃ／ｍ^２］以下の範囲にあることが望ましい。

［実験例］
以下、図７および図８〜図１８を参照して、圧電体層４２の圧電定数_ｄ３１と圧電体層４２のヤング率との積の絶対値が、１０［Ｃ／ｍ^２］以上１５［Ｃ／ｍ^２］以下に設定されることの技術的意義に関して行った実験例について説明する。当該実験例は、実施例１〜６および比較例１〜６を含み、図７は、当該実験例の結果を示している。以下、図８〜図１８を参照して、実施例１〜６および比較例１〜６の実験条件および実験結果について詳細に説明する。

（実施例１）
図８を参照して、まず、基板２０（図５）の材料となるウェハが準備される。このウェハは、熱酸化膜２３ｇを介して２枚のシリコンが接合されたＳＯＩ（Silicon on insulator）構造を有しており、後工程を経ることによってボディ部２１（図５）を構成する部位２２ｇ（支持層）と、後工程を経ることによって従動板２６を構成する部位とを含んでいる。支持層の厚みは６２０μｍ程度であり、活性層の厚みは５ｕｍ程度である。

図９を参照して、次に、１００ｎｍ程度の厚さを有する絶縁膜２７がウェハ（従動板２６）の表面に形成される。なお、ウェハの厚みは、３００μｍ〜７２５μｍ、直径は３インチ〜８インチなど、標準的な値に設定される。絶縁膜２７は、ウエット酸化用熱炉を用いて、ウェハを酸素雰囲気中に１２００℃程度の高温にさらすことで形成できる。

図１０を参照して、チタン（Ｔｉ）や白金（Ｐｔ）などからなる金属層（後工程を経ることによって電極４３を構成する部位）をスパッタ法にて成膜する。これらのＴｉ、Ｐｔの成膜は、チャンバー内にＴｉ、Ｐｔの２つのターゲットをもつ２元スパッタリング装置を用いて形成する。Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓｉ基板の積層構造を、真空から出すことなく連続して形成することができる。

当該実施例１においては、酸化膜（絶縁膜２７）が形成されたシリコン基板上に、まず、１０ｎｍ程度の厚さを有するチタン（Ｔｉ）を密着層として形成し、さらに１５０ｎｍ程度の厚さを有する白金（Ｐｔ）を形成することで、電極４３を構成した。スパッタ条件は、Ｔｉの場合、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．５Ｐａに設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを１００Ｗに設定し、基板の温度を４００℃に設定した。Ｐｔの場合は、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．５Ｐａに設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを１５０Ｗに設定し、基板の温度を４００℃に設定した。

当該実施例１においては、続いて、電極４３上にシード層４８（図５も参照）を形成した。シード層４８を形成するために、スパッタリング装置でＰｔ上にＰＬＴを２０ｎｍ程度形成した。スパッタ条件は、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_２流量を０．３ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．５Ｐａに設定し、基板の温度を６００℃に設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを５００Ｗに設定した。スパッタのターゲットには、Ｌａ／Ｔｉ比が１０／１００となっているものを用いた。これにより、電極４３の表面にシード層４８（図５も参照）を形成した。

図１１を参照して、続いて、ＬａとＭｎを添加した圧電薄膜４２ｇ（ＰＺＴ膜）を、スパッタリング装置によりＰＬＴ上に形成した。圧電薄膜４２ｇは、後工程を経ることによって圧電体層４２（図５参照）を構成する部材である。スパッタ条件は、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_２流量を０．６ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．５Ｐａに設定し、基板の温度を６００℃に設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを４００Ｗに設定した。成膜時間は、圧電薄膜４２ｇの膜厚が５ｕｍ程度となるように調整した。スパッタのターゲットには、Ｚｒ／Ｔｉ比が５４／４６となっているものにＬａを５モル％添加し、Ｍｎを５モル％添加したものを用いた。

ＰＬＴ、および、ＰＺＴターゲットのＰｂ組成については、Ｐｂは、高温成膜時に再蒸発しやすく、形成された薄膜がＰｂ不足になりやすい。このため、Ｐｂについては、ペロブスカイト型化合物の結晶の化学量論比よりも多めに添加する。添加量は成膜温度によるが、ターゲットのＰｂ量は化学量論比よりも１０〜３０モル％増やすことが望ましい。

当該実施例１においては、得られた圧電薄膜４２ｇ（ＰＺＴ膜）について、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）を用いて膜組成を分析した結果、Ｚｒ／Ｔｉ比は５４．１／４５．９となっており、（Ｚｒ＋Ｔｉ）に対するＬａの添加量は５．１モル％となっており、Ｍｎの添加量は４．９モル％となっており、ターゲット組成に近い組成の膜が得られた。また、膜のＰｂ過剰比は、５モル％過剰の１．０５となっていた。

図１２を参照して、次いで、感光性を有する樹脂材料６１ａ，６１ｂを圧電薄膜４２ｇ上にスピンコート法で塗布する。図１３を参照して、マスクを介して露光処理およびエッチング処理（たとえば、反応性イオンエッチング法）を行なうことによって、圧電薄膜４２ｇ（図１２）のうちの不要な部分が除去され、圧電体層４２が現像される。

図１４を参照して、圧電体層４２を覆うように、チタンや白金層などからなる金属層４１ｇをスパッタ法で成膜する。金属層４１ｇは、後工程を経ることによって電極４１（図５参照）を構成する部材である。図１５を参照して、感光性を有する樹脂材料６３を金属層４１ｇ上にスピンコート法で塗布する。

図１６を参照して、マスクを介して露光処理およびエッチング処理を行なうことによって、金属層４１ｇ（図１５）のうちの不要な部分が除去される。これにより、電極４１、圧電体層４２および電極４３で構成される薄膜圧電素子４０が形成される。次に、絶縁膜２４ｇの表面に、感光性を有する樹脂材料６５をスピンコート法で塗布する。

図１７を参照して、マスクを介して露光処理およびエッチング処理を行なうことによって、ボディ部２１ｇ（図１６）のうちの不要な部分を除去し、ボディ部２１を形成する。図１８を参照して、不要な絶縁膜２４ｇなどを除去したのちにノズルプレート３０を基板２０に貼り付ける。これにより、圧力室２８ａが形成され、インクジェットヘッド１０が得られる。

作製した当該実施例１に基づくインクジェットヘッドの薄膜圧電素子４０について、圧電体層４２のヤング率および圧電体層４２の圧電定数を求めた。圧電体層４２のヤング率は、作製したインクジェットヘッドの共振周波数をインピーダンスアナライザ（アジレント社製４２９４Ａ）を用いて測定し、得られた共振周波数とアクチュエータ寸法、及び、振動板２５であるＳｉのヤング率１６９［ＧＰａ（１０^９＊Ｎ／ｍ^２）］から算出した。その結果、当該実施例１での圧電体層４２のヤング率は、５５［ＧＰａ（１０^９＊Ｎ／ｍ^２）］となっていた。

圧電体層４２の圧電特性は、アクチュエータの変位量と設計形状とから、有限要素法シミュレーションソフト（ＡＮＳＹＳ）を用いて、計算により求めた。その結果、圧電体層４２の圧電定数ｄ_３１は、−２４０［ｐｍ／Ｖ（１０^−１２＊Ｃ／Ｎ）］となっていた。これらの結果から圧電薄膜の圧電定数とヤング率の積の絶対値を算出した結果、１３．２［Ｃ／ｍ^２］となっていた。

続いて、作製したインクジェットヘッドに粘度１０［ｃｐ］のインクを導入し、インク吐出特性を評価した。その結果、インク液滴の射出速度が７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は、２１．７［Ｖ］となっていた。同様に粘度１５［ｃｐ］のインクを使用して評価したところ、７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は３２．１［Ｖ］となっていた（図７中で点線Ｅ１により囲まれる、縦に並んだ２つの結果を参照）。

なお、実施例１として説明した各工程は、上述の実施の形態におけるインクジェットヘッドの製造方法としても実施可能なものである。

（実施例２）
ＰＬＴからなるシード層４８を形成する工程（図１０参照）までは、実施例１と同様にして作製した（図５参照）。次いで、実施例１の図１１に対応する工程では、ＰＬＴ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓｉからなる基板上に、スパッタ法によりＰＺＴにＮｂとＭｎを添加した圧電薄膜を成膜した。スパッタのターゲットには、Ｚｒ／Ｔｉ比が５２／４８となっているものにＮｂを１０モル％添加し、Ｍｎを１０モル％添加したものを用いた。スパッタ条件は、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_２流量を０．８ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．５Ｐａに設定し、基板の温度を５５０℃に設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを４００Ｗに設定した。成膜時間は、圧電薄膜の膜厚が５ｕｍ程度となるように調整した。

得られた圧電薄膜（ＰＺＴ膜）を実施例１と同様に膜組成を分析した結果、Ｚｒ／Ｔｉ比は５１．９／４８．１、（Ｚｒ＋Ｔｉ）に対するＮｂの含有量は９．５モル％、Ｍｎの含有量は１０．２モル％となっており、その差は、０．７モル％となり、ターゲット組成に近い組成の膜が得られた。また、膜のＰｂ過剰比は、９モル％過剰の１．０９となっていた。

続いて、実施例１と同様にしてこの膜を用いたインクジェットヘッドを作製し、圧電薄膜のヤング率と圧電薄膜の圧電定数を求めたところ、圧電薄膜のヤング率は５８［ＧＰａ（１０^９＊Ｎ／ｍ^２）］となっており、圧電定数ｄ_３１は−２４８［ｐｍ／Ｖ（１０^−１２＊Ｃ／Ｎ）］となっていた。これらの結果から圧電薄膜の圧電定数とヤング率の積の絶対値を算出した結果、１４．４［Ｃ／ｍ^２］となっていた。

続いて、作製したインクジェットヘッドに粘度１０［ｃｐ］のインクを導入し、インク吐出特性を評価した。その結果、インク液滴の射出速度が７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は、１９．８［Ｖ］となっていた。同様に粘度１５［ｃｐ］のインクを使用して評価したところ、７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は２７．９［Ｖ］となっていた（図７中で矢印Ｅ２により示される、縦に並んだ２つの結果を参照）。

（実施例３）
ＰＬＴからなるシード層４８を形成する工程（図１０参照）までは、実施例１と同様にして作製した（図５参照）。次いで、実施例１の図１１に対応する工程では、ＰＬＴ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓｉからなる基板上に、スパッタ法によりＰＺＴにＬａとＦｅを添加した圧電薄膜を成膜した。スパッタのターゲットには、Ｚｒ／Ｔｉ比が５２／４８となっているものにＬａを３モル％添加し、Ｆｅを３モル％添加したものを用いた。スパッタ条件は、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_２流量を１．０ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．５Ｐａに設定し、基板の温度を５５０℃に設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを３００Ｗに設定した。成膜時間は、圧電薄膜の膜厚が４ｕｍ程度となるように調整した。

得られた圧電薄膜（ＰＺＴ膜）を実施例１と同様に膜組成を分析した結果、Ｚｒ／Ｔｉ比は５２．２／４７．８、（Ｚｒ＋Ｔｉ）に対するＬａの含有量は２．８モル％、Ｆｅの含有量は３．０モル％となっており、その差は、０．２モル％となり、ターゲット組成に近い組成の膜が得られた。また、膜のＰｂ過剰比は、８モル％過剰の１．０８となっていた。

続いて、実施例１と同様にしてこの膜を用いたインクジェットヘッドを作製し、圧電薄膜のヤング率と圧電薄膜の圧電定数を求めたところ、圧電薄膜のヤング率は６４［ＧＰａ（１０^９＊Ｎ／ｍ^２）］となっており、圧電定数ｄ_３１は−１９３［ｐｍ／Ｖ（１０^−１２＊Ｃ／Ｎ）］となっていた。これらの結果から圧電薄膜の圧電定数とヤング率の積の絶対値を算出した結果、１２．４［Ｃ／ｍ^２］となっていた。

続いて、作製したインクジェットヘッドに粘度１０［ｃｐ］インクを導入し、インク吐出特性を評価した。その結果、インク液滴の吐出速度が７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は、２０．７［Ｖ］となっていた。同様に粘度１５［ｃｐ］のインクを使用して評価したところ、７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は２９．９［Ｖ］となっていた（図７中で矢印Ｅ３により示される、縦に並んだ２つの結果を参照）。

（実施例４）
Ｐｔからなる電極４３を形成する工程までは実施例１と同様にして作製した。次いで、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳＯＩ基板上には、シード層を設けずに、スパッタ法によりＰＺＴにＴａとＣｏを添加した圧電薄膜を成膜した。スパッタのターゲットにはＺｒ／Ｔｉ比が５２／４８となっているものにＴａを１モル％添加し、Ｃｏを１モル％添加したものを用いた。スパッタ条件は、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_２流量を１．０ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．５Ｐａに設定し、基板の温度を５２０℃に設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを３００Ｗに設定した。成膜時間は、圧電薄膜の膜厚が３ｕｍ程度となるように調整した。

得られた圧電薄膜（ＰＺＴ膜）を実施例１と同様に膜組成を分析した結果、Ｚｒ／Ｔｉ比は５１．５／４２．５、（Ｚｒ＋Ｔｉ）に対するＴａの含有量は１．１モル％、Ｃｏの含有量は０．９モル％となっており、その差は、０．２モル％となり、ターゲット組成に近い組成の膜が得られた。また、膜のＰｂ過剰比は、５モル％過剰の１．０５となっていた。

続いて、実施例１と同様にしてこの膜を用いたインクジェットヘッドを作製し、圧電薄膜のヤング率と圧電薄膜の圧電定数を求めたところ、圧電薄膜のヤング率は７０［ＧＰａ（１０^９＊Ｎ／ｍ^２）］、圧電定数ｄ_３１は−１６０［ｐｍ／Ｖ（１０^−１２＊Ｃ／Ｎ）］となっていた。これらの結果から圧電薄膜の圧電定数とヤング率の積の絶対値を算出した結果、１１．２［Ｃ／ｍ^２］となっていた。

続いて、作製したインクジェットヘッドに粘度１０［ｃｐ］インクを導入し、インク吐出特性を評価した。その結果、インク液滴の吐出速度が７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は、２２．３［Ｖ］となっていた。同様に粘度１５［ｃｐ］のインクを使用して評価したところ、７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は３２．２［Ｖ］となっていた（図７中で矢印Ｅ４により示される、縦に並んだ２つの結果を参照）。

（実施例５）
ＰＬＴからなるシード層４８を形成する工程（図１０参照）までは、実施例１と同様にして作製した（図５参照）。次いで、実施例１の図１１に対応する工程では、ＰＬＴ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓｉ基板上に、スパッタ法により材料組成（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ_３からなる圧電薄膜（ＫＮＮ膜）を成膜した。スパッタのターゲットには、Ｋ／Ｎａ比が５０／５０となっているものを用いた。スパッタ条件は、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_２流量を１．０ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．５Ｐａに設定し、基板の温度を５００℃に設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを４００Ｗに設定した。成膜時間は、圧電薄膜の膜厚が３ｕｍ程度となるように調整した。

得られた圧電薄膜（ＫＮＮ膜）を実施例１と同様に膜組成を分析した結果、Ｋ／Ｎａ比は５０．３／４９．７となっており、ターゲット組成に近い組成の膜が得られた。

続いて、実施例１と同様にしてこの膜を用いたインクジェットヘッドを作製し、圧電薄膜のヤング率と圧電定数を求めたところ、圧電薄膜のヤング率は９８［ＧＰａ（１０^９＊Ｎ／ｍ^２）］、圧電定数ｄ_３１は−１２３［ｐｍ／Ｖ（１０^−１２＊Ｃ／Ｎ）］となっていた。これらの結果から圧電薄膜の圧電定数とヤング率の積の絶対値を算出した結果、１２．１［Ｃ／ｍ^２］となっていた。

続いて、作製したインクジェットヘッドに粘度１０［ｃｐ］インクを導入し、インク吐出特性を評価した。その結果、インク液滴の吐出速度が７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は、２２．０［Ｖ］となっていた。同様に粘度１５［ｃｐ］のインクを使用して評価したところ、７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は３５．１［Ｖ］となっていた（図７中で矢印Ｅ５により示される、縦に並んだ２つの結果を参照）。

（実施例６）
ＰＬＴからなるシード層４８を形成する工程（図１０参照）までは、実施例１と同様にして作製した（図５参照）。次いで、実施例１の図１１に対応する工程では、ＰＬＴ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓｉからなる基板上に、スパッタ法により材料組成（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ_３からなる圧電薄膜（ＢＮＴ膜）を成膜した。スパッタのターゲットには、Ｂｉ／Ｎａ比が５０／５０となっているものを用いた。スパッタ条件は、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_２流量を１．０ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．５Ｐａに設定し、基板の温度を５００℃に設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを４００Ｗに設定した。成膜時間は、圧電薄膜の膜厚が３ｕｍ程度となるように調整した。

得られた圧電薄膜（ＫＮＮ膜）を実施例１と同様に膜組成を分析した結果、Ｂｉ／Ｎａ比は４８．５／５１．５となっており、ターゲット組成に近い組成の膜が得られた。

続いて、実施例１と同様にしてこの膜を用いたインクジェットヘッドを作製し、圧電薄膜のヤング率と圧電薄膜の圧電定数を求めたところ、圧電薄膜のヤング率は１１５［ＧＰａ（１０^９＊Ｎ／ｍ^２）］、圧電定数ｄ_３１は−９０［ｐｍ／Ｖ（１０^−１２＊Ｃ／Ｎ）］となっていた。これらの結果から圧電薄膜の圧電定数とヤング率の積の絶対値を算出した結果、１０．３［Ｃ／ｍ^２］となっていた。

続いて、作製したインクジェットヘッドに粘度１０［ｃｐ］インクを導入し、インク吐出特性を評価した。その結果、インク液滴の吐出速度が７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は、２３．３［Ｖ］となっていた。同様に粘度１５［ｃｐ］のインクを使用して評価したところ、７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は３３．７［Ｖ］となっていた（図７中で矢印Ｅ６により示される、縦に並んだ２つの結果を参照）。

（比較例１）
ＰＬＴからなるシード層４８を形成する工程（図１０参照）までは、実施例１と同様にして作製した（図５参照）。次いで、実施例１の図１１に対応する工程では、ＰＬＴ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓｉからなる基板上に、スパッタ法によりＬａのみを添加したＰＺＴ膜を成膜した。スパッタのターゲットにはＺｒ／Ｔｉ比が５４／４６となっているものにＬａを５モル％添加したものを用いた。スパッタ条件は、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_２流量を０．６ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．５Ｐａに設定し、基板の温度を６００℃に設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを４００Ｗに設定した。成膜時間は、圧電薄膜の膜厚が５ｕｍ程度となるように調整した。

得られた圧電薄膜（ＰＺＴ膜）を実施例１と同様に膜組成を分析した結果、Ｚｒ／Ｔｉ比は５４．２／４１．８となっており、（Ｚｒ＋Ｔｉ）に対するＬａの含有量は５．３モル％となっており、ターゲット組成に近い組成の膜が得られた。また、膜のＰｂ過剰比は、５モル％過剰の１．０５となっていた。

続いて、実施例１と同様にしてこの膜を用いたインクジェットヘッドを作製し、圧電薄膜のヤング率と圧電薄膜の圧電定数を求めたところ、圧電薄膜のヤング率は４０［ＧＰａ（１０^９＊Ｎ／ｍ^２）］、圧電定数ｄ_３１は−２３２［ｐｍ／Ｖ（１０^−１２＊Ｃ／Ｎ）］となっていた。これらの結果から圧電薄膜の圧電定数とヤング率の積の絶対値を算出した結果、９．３［Ｃ／ｍ^２］となっていた。

続いて、作製したインクジェットヘッドに粘度１０［ｃｐ］インクを導入し、インク吐出特性を評価した。その結果、インク液滴の吐出速度が７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は、２７．６［Ｖ］となっていた。同様に粘度１５［ｃｐ］のインクを使用して評価したところ、７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は、３９．６［Ｖ］となっていた（図７中で矢印Ｃ１により示される、縦に並んだ２つの結果を参照）。

（比較例２）
ＰＬＴからなるシード層４８を形成する工程（図１０参照）までは、実施例１と同様にして作製した（図５参照）。次いで、実施例１の図１１に対応する工程では、ＰＬＴ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓｉからなる基板上に、スパッタ法によりＬａのみを添加したＰＺＴ膜を成膜した。スパッタのターゲットにはＺｒ／Ｔｉ比が５２／４８となっているものにＬａを３モル％添加したものを用いた。スパッタ条件は、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_２流量を１．０ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．５Ｐａに設定し、基板の温度を５５０℃に設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを３００Ｗに設定した。成膜時間は、圧電薄膜の膜厚が４ｕｍ程度となるように調整した。

得られたＰＺＴ膜を実施例１と同様に膜組成を分析した結果、Ｚｒ／Ｔｉ比は５２．０／４８．０、（Ｚｒ＋Ｔｉ）に対するＬａの含有量は２．７モル％となっており、ターゲット組成に近い組成の膜が得られた。また、膜のＰｂ過剰比は、８モル％過剰の１．０８となっていた。

続いて、実施例１と同様にしてこの膜を用いたインクジェットヘッドを作製し、圧電薄膜のヤング率と圧電定数を求めたところ、圧電薄膜のヤング率は４６［ＧＰａ（１０^９＊Ｎ／ｍ^２）］、圧電定数ｄ_３１は−１８９［ｐｍ／Ｖ（１０^−１２＊Ｃ／Ｎ）］となっていた。これらの結果から圧電薄膜の圧電定数とヤング率の積の絶対値を算出した結果、８．７［Ｃ／ｍ^２］となっていた。

続いて、作製したインクジェットヘッドに粘度１０［ｃｐ］インクを導入し、インク吐出特性を評価した。その結果、インク液滴の吐出速度が７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は２７．７［Ｖ］となっていた。同様に粘度１５［ｃｐ］のインクを使用して評価したところ、７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は４０．５［Ｖ］となっていた（図７中で矢印Ｃ２により示される、縦に並んだ２つの結果を参照）。

（比較例３）
ＰＬＴからなるシード層４８を形成する工程（図１０参照）までは、実施例１と同様にして作製した（図５参照）。次いで、実施例１の図１１に対応する工程では、ＰＬＴ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓｉからなる基板上に、Ｎｂのみを添加した圧電薄膜を成膜した。スパッタのターゲットにはＺｒ／Ｔｉ比が５２／４８となっているものにＮｂを１モル％添加したものを用いた。スパッタ条件は、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_２流量を０．８ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．５Ｐａに設定し、基板の温度を５５０℃に設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを４００Ｗに設定した。成膜時間は、圧電薄膜の膜厚が５ｕｍ程度となるように調整した。

得られたＰＺＴ膜を実施例１と同様に膜組成を分析した結果、Ｚｒ／Ｔｉ比は５１．９／４８．１、（Ｚｒ＋Ｔｉ）に対するＮｂの含有量は０．８モル％となっており、ターゲット組成に近い組成の膜が得られた。また、膜のＰｂ過剰比は、３モル％過剰の１．０３となっていた。

続いて、実施例１と同様にしてこの膜を用いたインクジェットヘッドを作製し、圧電薄膜のヤング率と圧電定数を求めたところ、圧電薄膜のヤング率は５０［ＧＰａ（１０^９＊Ｎ／ｍ^２）］、圧電定数ｄ_３１は−１５０［ｐｍ／Ｖ（１０^−１２＊Ｃ／Ｎ）］となっていた。これらの結果から圧電薄膜の圧電定数とヤング率の積の絶対値を算出した結果、７．５［Ｃ／ｍ^２］となっていた。

続いて、作製したインクジェットヘッドに粘度１０［ｃｐ］インクを導入し、インク吐出特性を評価した。その結果、インク液滴の吐出速度が７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は３２．７［Ｖ］となっていた。同様に粘度１５［ｃｐ］のインクを使用して評価したところ、７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は４７．６［Ｖ］となっていた（図７中で矢印Ｃ３により示される、縦に並んだ２つの結果を参照）。

（比較例４）
Ｐｔからなる電極４３を形成する工程までは実施例１と同様にして作製した。次いで、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳＯＩ基板上には、シード層を設けずに、スパッタ法により材料組成（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ_３からなる圧電薄膜（ＫＮＮ膜）を成膜した。スパッタのターゲットには、Ｋ／Ｎａ比が５０／５０となっているものを用いた。スパッタ条件は、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_２流量を０．５ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．５Ｐａに設定し、基板の温度を５００℃に設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを４００Ｗに設定した。成膜時間は、圧電薄膜の膜厚が３ｕｍ程度となるように調整した。

得られた圧電薄膜（ＫＮＮ膜）を実施例１と同様に膜組成を分析した結果、Ｋ／Ｎａ比は４７．５／５２．５となっており、ターゲット組成に近い組成の膜が得られた。

続いて、実施例１と同様にしてこの膜を用いたインクジェットヘッドを作製し、圧電薄膜のヤング率と圧電定数を求めたところ、圧電薄膜のヤング率は５１［ＧＰａ（１０^９＊Ｎ／ｍ^２）］、圧電定数ｄ_３１は−１０１［ｐｍ／Ｖ（１０^−１２＊Ｃ／Ｎ）］となっていた。これらの結果から圧電薄膜の圧電定数とヤング率の積の絶対値を算出した結果、５．３［Ｃ／ｍ^２］となっていた。

続いて、作製したインクジェットヘッドに粘度１０［ｃｐ］インクを導入し、インク吐出特性を評価した。その結果、インク液滴の吐出速度が７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は、４２．９［Ｖ］となっていた。同様に粘度１５［Ｃｐ］のインクを使用して評価したところ、７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は６３．５［Ｖ］となっていた（図７中で矢印Ｃ４により示される、縦に並んだ２つの結果を参照）。

（比較例５）
ＰＬＴからなるシード層４８を形成する工程（図１０参照）までは、実施例１と同様にして作製した（図５参照）。次いで、実施例１の図１１に対応する工程では、ＰＬＴ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓｉからなる基板上に、スパッタ法によりＭｎのみを添加したＰＺＴ膜を成膜した。スパッタのターゲットにはＺｒ／Ｔｉ比が５０／５０となっているものにＭｎを３モル％添加したものを用いた。スパッタ条件は、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_２流量を０．５ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．７Ｐａに設定し、基板の温度を６００℃に設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを４００Ｗに設定した。成膜時間は、圧電薄膜の膜厚が５ｕｍ程度となるよう調整した。

得られた圧電薄膜（ＰＺＴ膜）を実施例１と同様に膜組成を分析した結果、Ｚｒ／Ｔｉ比は５０．１／４９．９、（Ｚｒ＋Ｔｉ）に対するＭｎの含有量は３．１モル％となっており、ターゲット組成に近い組成の膜が得られた。また、膜のＰｂ過剰比は、２モル％過剰の１．０２となっていた。

続いて、実施例１と同様にしてこの膜を用いたインクジェットヘッドを作製し、圧電薄膜のヤング率と圧電定数を求めたところ、圧電薄膜のヤング率は１２５［ＧＰａ（ＧＰａ（１０^９＊Ｎ／ｍ^２）］、圧電定数ｄ_３１は−１２８［ｐｍ／Ｖ（１０^−１２＊Ｃ／Ｎ）］となっていた。これらの結果から圧電薄膜の圧電定数とヤング率の積の絶対値を算出した結果、１６．０［Ｃ／ｍ^２］となっていた。

続いて、作製したインクジェットヘッドに粘度１０［ｃｐ］インクを導入し、インク射出特性を評価した。その結果、インク液滴の射出速度が７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は、２４．１［Ｖ］となっていた。同様に粘度１５［ｃｐ］のインクを使用して評価した所、７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は、３７．２［Ｖ］となっていた（図７中で矢印Ｃ５により示される、縦に並んだ２つの結果を参照）。

（比較例６）
ＰＬＴからなるシード層４８を形成する工程（図１０参照）までは、実施例１と同様にして作製した（図５参照）。次いで、実施例１の図１１に対応する工程では、ＰＬＴ／Ｐｔ／Ｔｉ／Ｓｉからなる基板上に、スパッタ法によりＦｅのみを添加したＰＺＴ膜を成膜した。スパッタのターゲットにはＺｒ／Ｔｉ比が５２／４８となっているものにＦｅを５モル％添加したものを用いた。スパッタ条件は、Ａｒ流量を２０ｓｃｃｍに設定し、Ｏ_２流量を０．５ｓｃｃｍに設定し、圧力を０．７Ｐａに設定し、基板の温度を６００℃に設定し、ターゲットに印加するＲＦパワーを４００Ｗに設定した。成膜時間は、圧電薄膜の膜厚が５ｕｍ程度となるよう調整した。

得られたＰＺＴ膜を実施例１と同様に膜組成を分析した結果、Ｚｒ／Ｔｉ比は５２．２／４７．８、（Ｚｒ＋Ｔｉ）に対するＦｅの含有量は４．８モル％となっており、ターゲット組成に近い組成の膜が得られた。また、膜のＰｂ過剰比は、１モル％過剰の１．０１となっていた。

続いて、実施例１と同様にしてこの膜を用いたインクジェットヘッドを作製し、圧電薄膜のヤング率と圧電定数を求めたところ、圧電薄膜のヤング率は１３７［ＧＰａ（１０^９＊Ｎ／ｍ^２）］、圧電定数ｄ_３１は−１２１［ｐｍ／Ｖ（１０^−１２＊Ｃ／Ｎ）］となっていた。これらの結果から圧電薄膜の圧電定数とヤング率の積の絶対値を算出した結果、１６．６［Ｃ／ｍ^２］となっていた。

続いて、作製したインクジェットヘッドに粘度１０［ｃｐ］インクを導入し、インク射出特性を評価した。その結果、インク液滴の射出速度が７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は、２７．３［Ｖ］となっていた。同様に粘度１５［ｃｐ］のインクを使用して評価した所、７［ｍ／ｓ］となる駆動電圧は、４０．１［Ｖ］となっていた（図７中で矢印Ｃ６により示される、縦に並んだ２つの結果を参照）。

（まとめ）
以上の結果をまとめると、図７に示すグラフが得られる。この図から明らかなように、圧電定数とヤング率との積が１０［Ｃ／ｍ^２］以上１５［Ｃ／ｍ^２］以下となる領域においては、他の領域に比べてグラフの傾き（変化率）が小さい。したがって、１０［ｃｐ］や１５［ｃｐ］の粘度を有するインクを用いた場合において、膜質のばらつきが生じても、駆動電圧にばらつきが生じにくくなる。駆動電圧の変動が小さい吐出特性を有するインクジェットヘッドが得られる事が分かる。

また、振動板２５のヤング率は、振動板のエネルギーを高粘度のインクに効率的に伝える観点からは、１００［ＧＰａ］以上が好ましく、振動板を変形させる観点からは、５００［ＧＰａ］以下が好ましい。つまり、振動板のインク吐出時の駆動電圧にばらつきが生じやすくなるが、高い出力特性を得ることができる。本発明の実施例において振動板のヤング率の測定は共振振動法により測定した。圧電体層にドナーイオンとアクセプタイオンとが含まれると膜質のばらつきが生じやすく、ひいては駆動電圧にばらつきが生じやすくなるところ、上述の実施の形態では、圧電体層の圧電定数ｄ_３１と圧電体層のヤング率との積の絶対値を１０［Ｃ／ｍ^２］以上１５［Ｃ／ｍ^２］以下に設定することで、駆動電圧にばらつきが生じることを抑制可能としている。

（その他の実施例）
上記実施例では圧電薄膜の形成にはスパッタ法を用いたが、成膜法はこれに限定されず、本発明の構成を持つ膜を形成出来るのであれば、パルスレーザーデポジッション（ＰＬＤ）法やイオンプレーティング法など他の物理成膜法、ゾルゲル法、ＭＯＣＶＤ法などの化学成膜法でも良い。

また、圧電薄膜は１層に限定されず、間に電極を挟んだ２層以上の積層体でも構わない。この場合、多層の圧電薄膜は同種材料でも異種材料（たとえばＰＴＯとＰＺＯの交互積層など）でも構わず、異種材料の場合であれば、圧電層全体の合成ヤング率と圧電定数との積が１０［Ｃ／ｍ^２］以上１５［Ｃ／ｍ^２］以下の範囲に入っていればよい。

また、電極はＰｔに限定されず、Ａｕ、Ｉｒ、ＩｒＯ_２、ＲｕＯ_２、ＬａＮｉＯ_３、ＳｒＲｕＯ_３等の金属または金属酸化物、及びこれらの組み合わせが考えられる。また、下部電極と圧電体層の間のシード層はＰＬＴに限定されず、たとえば、ＳＴＯ，ＳＲＯ，ＬＮＯ，ＰＴ等のペロブスカイト型化合物を使うことも出来る。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ インクジェット記録装置、２ インクジェットヘッド部、３ 繰り出しロール、４ 巻き取りロール、５ａ，５ｂ バックロール、６ 中間タンク、６Ｔ，７Ｔ 配管ライン、７ 送液ポンプ、８ 貯留タンク、９ 定着装置、１０ インクジェットヘッド、１０Ｃ チャネル、１７ａ インク供給口、２０ 基板、２１，２１ｇ ボディ部、２２ ボディ基板、２２ｇ 部位、２３，２４，２４ｇ，２７ 絶縁膜、２３ｇ 熱酸化膜、２５ 振動板、２６ 従動板、２８ａ 圧力室、３０ ノズルプレート、３４ ノズル孔、４０ 薄膜圧電素子、４１ 電極（上部電極）、４１ｇ 金属層、４２ 圧電体層、４２ｇ 圧電薄膜、４３ 電極（下部電極）、４８ シード層、６１ａ，６１ｂ，６３，６５ 樹脂材料、１１５ｐ 駆動制御部、Ｐ 記録媒体。

Claims (13)

1. インクジェットインクを吐出するインクジェットヘッドであって、
   前記インクジェットヘッドは、薄膜からなる圧電体層と振動板とを有し、
   前記圧電体層の圧電定数ｄ_３１と前記圧電体層のヤング率との積の絶対値は、１０［Ｃ／ｍ^２］以上１５［Ｃ／ｍ^２］以下である、
   インクジェットヘッド。
2. 前記インクジェットヘッド内の前記インクジェットインクは、粘度が１５［ｃｐ］以下である、
   請求項１に記載のインクジェットヘッド。
3. 前記振動板のヤング率は、１００［ＧＰａ］以上５００［ＧＰａ］以下である、
   請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
4. 前記圧電体層は、ペロブスカイト型化合物を含む、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
5. 前記ペロブスカイト型化合物は、チタン酸ジルコン酸鉛系化合物を含み、かつ、ドナーイオンとアクセプタイオンとを含む、
   請求項４に記載のインクジェットヘッド。
6. 前記振動板は、Ｓｉを含む材料から形成される、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
7. 前記ドナーイオンは、Ｌａ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗの群から選ばれる１種以上のイオンを含み、
   前記アクセプタイオンは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎの群から選ばれる１種以上のイオンを含み、
   前記ドナーイオンと前記アクセプタイオンのモル％比の差は、１モル％以下である、
   請求項５に記載のインクジェットヘッド。
8. 前記ペロブスカイト型化合物は、ニオブ酸カリウムナトリウム系化合物を含む、
   請求項４に記載のインクジェットヘッド。
9. 前記ペロブスカイト型化合物は、チタン酸ナトリウムビスマス系化合物を含む、
   請求項４に記載のインクジェットヘッド。
10. 前記圧電体層と前記振動板との間には、シード層が設けられている、
    請求項１に記載のインクジェットヘッド。
11. 前記インクジェットヘッド内の前記インクジェットインクは、粘度が１０［ｃｐ］以上である、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載のインクジェットヘッド。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に記載のインクジェットヘッドを備えた、
    インクジェット記録装置。
13. 薄膜からなる圧電体層と振動板とを有し、インクジェットインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法であって、
    前記圧電体層の圧電定数ｄ_３１と前記圧電体層のヤング率との積の絶対値は、１０［Ｃ／ｍ^２］以上１５［Ｃ／ｍ^２］以下であり、
    前記インクジェットヘッドの製造方法は、前記圧電体層をスパッタ法により成膜する工程を備える、
    インクジェットヘッドの製造方法。

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