WO2017169470A1 - インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ - Google Patents

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WO2017169470A1
WO2017169470A1 PCT/JP2017/007899 JP2017007899W WO2017169470A1 WO 2017169470 A1 WO2017169470 A1 WO 2017169470A1 JP 2017007899 W JP2017007899 W JP 2017007899W WO 2017169470 A1 WO2017169470 A1 WO 2017169470A1
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WO
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piezoelectric body
orientation
piezoelectric
ink
ratio
Prior art date
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PCT/JP2017/007899
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English (en)
French (fr)
Inventor
大士 梶田
江口　秀幸
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Konica Minolta Inc
Original Assignee
Konica Minolta Inc
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions

Definitions

  • the present invention relates to an inkjet head that ejects ink in a pressure chamber, and an inkjet printer that includes the inkjet head.
  • a piezoelectric body is used as an electromechanical conversion element in an inkjet head used in an inkjet printer.
  • PZT lead zirconate titanate
  • Patent Document 1 a perovskite-type compound containing bismuth iron manganate and barium titanate is used as the piezoelectric body.
  • Patent Document 3 a composite oxide having a perovskite structure containing bismuth, iron, barium, and titanium is used as the piezoelectric body.
  • KNN potassium sodium niobate
  • JP 2011-205067 A (refer to claim 1, paragraphs [0019] to [0025], etc.)
  • JP 2013-55276 A see claim 1, paragraphs [0017] to [0023], etc.
  • the piezoelectric body having a rectangular shape in plan view contains KNN, it is desired to suppress the generation of cracks in the piezoelectric body and realize a satisfactory piezoelectric displacement.
  • an object of the present invention is to provide an ink jet head capable of suppressing the occurrence of cracks in a piezoelectric body and obtaining good piezoelectric displacement, and an ink jet printer including the ink jet head.
  • An inkjet head is a piezoelectric body, a pressure chamber that stores ink ejected from a nozzle, and a part of a wall that constitutes the pressure chamber, and a pressure generated by displacement of the piezoelectric body.
  • An inkjet head including a diaphragm to be applied to the ink, wherein a longitudinal length a in a plane perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric body in a driving region where the piezoelectric body is displaced;
  • the ratio a / b to the length b in the short direction is 2.0 or more and 10.0 or less, and the piezoelectric body contains potassium sodium niobate, and the perovskite obtained by X-ray diffraction in the piezoelectric body
  • the ratio of the peak intensity of (100) orientation to the sum of the peak intensity of (100) orientation, (110) orientation, and (111) orientation of the phase is 50% or more and less than 100%, and the sum is The proportion of which (110) peak intensity of orientation is 50% or less than 0.1%.
  • An inkjet printer includes the above-described inkjet head, and ejects ink from the inkjet head toward a recording medium.
  • the rectangular piezoelectric body in plan view includes KNN that does not contain lead, it is possible to suppress the generation of cracks in the piezoelectric body and realize excellent piezoelectric displacement. can do.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an inkjet printer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. It is sectional drawing of the inkjet head with which the said inkjet printer is provided. It is a top view of the principal part of the said inkjet head. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the said inkjet head. It is a graph which shows an example of the orientation of the piezoelectric material obtained by X-ray diffraction. It is a perspective view which shows the schematic structure of a piezoelectric displacement measuring meter.
  • the numerical value range includes the values of the lower limit A and the upper limit B.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of an inkjet printer 1 according to the present embodiment.
  • the inkjet printer 1 forms an image on the recording medium P by ejecting ink from the inkjet head 2 toward the recording medium P.
  • the ink jet printer 1 includes, for example, a so-called line head type ink jet recording apparatus in which ink jet heads 2 are provided in a line shape in the width direction of a recording medium.
  • the ink jet printer 1 includes an ink jet head 2, a feed roll 3, a take-up roll 4, two back rolls 5 and 5, an intermediate tank 6, a liquid feed pump 7, a storage tank 8, and a fixing mechanism. 9 and.
  • the inkjet head 2 ejects ink toward the recording medium P.
  • the inkjet head 2 is disposed at a position facing the recording medium P conveyed from one back roll 5 toward the fixing mechanism 9. Yes.
  • a plurality of inkjet heads 2 may be provided corresponding to inks of different colors (for example, yellow, magenta, cyan, and black).
  • the feeding roll 3, the take-up roll 4 and the back rolls 5 are members each having a cylindrical shape that can rotate around its axis.
  • the feeding roll 3 is a roll that feeds the long recording medium P wound around the circumferential surface toward the position facing the inkjet head 2.
  • the feeding roll 3 is rotated by driving means (not shown) such as a motor, thereby feeding the recording medium P in the X direction in FIG.
  • the take-up roll 4 is taken out from the feed roll 3 and takes up the recording medium P on which the ink is ejected by the inkjet head 2 around the circumferential surface.
  • Each back roll 5 is disposed between the feed roll 3 and the take-up roll 4.
  • One back roll 5 located on the upstream side in the conveyance direction of the recording medium P is placed at a position facing the inkjet head 2 while supporting the recording medium P fed by the feeding roll 3 around a part of the circumferential surface. Transport toward.
  • the other back roll 5 conveys the recording medium P around a part of the peripheral surface while supporting the recording medium P from the position facing the inkjet head 2 toward the take-up roll 4.
  • the intermediate tank 6 temporarily stores the ink supplied from the storage tank 8.
  • the intermediate tank 6 is connected to the ink tube 10 a and adjusts the back pressure of the ink in the inkjet head 2 to supply ink to the inkjet head 2.
  • the liquid feed pump 7 supplies the ink stored in the storage tank 8 to the intermediate tank 6, and is arranged in the middle of the supply pipe 10b.
  • the ink stored in the storage tank 8 is pumped up by the liquid feed pump 7 and supplied to the intermediate tank 6 through the supply pipe 10b.
  • the fixing mechanism 9 fixes the ink ejected to the recording medium P by the inkjet head 2 on the recording medium P.
  • the fixing mechanism 9 includes a heater for heat-fixing the discharged ink on the recording medium P, a UV lamp for curing the ink by irradiating the discharged ink with UV (ultraviolet light), and the like. Yes.
  • the recording medium P fed from the feeding roll 3 is conveyed to the position facing the inkjet head 2 by the back roll 5, and ink is ejected from the inkjet head 2 to the recording medium P. Thereafter, the ink ejected onto the recording medium P is fixed by the fixing mechanism 9, and the recording medium P after ink fixing is taken up by the take-up roll 4.
  • the line head type inkjet printer 1 ink is ejected while the recording medium P is conveyed while the inkjet head 2 is stationary, and an image is formed on the recording medium P.
  • the ink jet printer 1 may be configured to form an image on a recording medium by a serial head method.
  • the serial head method is a method of forming an image by ejecting ink by moving an inkjet head in a direction orthogonal to the transport direction while transporting a recording medium.
  • the ink jet head moves in the width direction of the recording medium while being supported by a structure such as a carriage.
  • a sheet-like one cut in advance into a predetermined size (shape) may be used as the recording medium.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the inkjet head 2
  • FIG. 3 is a plan view of the main part of the inkjet head 2. Note that the cross-sectional view of FIG. 2 corresponds to a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG.
  • the inkjet head 2 has an inkjet substrate 11 and a piezoelectric element 12.
  • the piezoelectric element 12 is supported by the inkjet substrate 11 and is covered with a housing 13.
  • the piezoelectric substrate 2a is composed of a head substrate 21 (to be described later) of the inkjet substrate 11 and the piezoelectric element 12.
  • the inkjet substrate 11 includes a head substrate 21, an intermediate substrate 22, and a nozzle substrate 23.
  • the head substrate 21 is composed of a semiconductor substrate or an SOI (Silicon on Insulator) substrate made of a single crystal Si (silicon) alone having a thickness of about 100 to 300 ⁇ m, for example.
  • the head substrate 21 is obtained by adjusting a substrate having a thickness of about 750 ⁇ m to a thickness of about 100 to 300 ⁇ m by polishing. The thickness of the head substrate 21 may be appropriately adjusted according to the device to be applied.
  • the SOI substrate is obtained by bonding two Si substrates through an oxide film.
  • a plurality of pressure chambers 21a (only one pressure chamber 21a is shown for convenience in FIG. 2) for storing ink ejected from a nozzle 23a, which will be described later, an individual ink channel 21b, and a common ink A flow path 21c is formed.
  • the common ink flow path 21 c communicates with a common ink flow path 22 b formed on the intermediate substrate 22.
  • the ink in the intermediate tank 6 (see FIG. 1) is supplied to each pressure chamber 21a via the ink tube 10a, the common ink channel 22b, the common ink channel 21c, and the individual ink channel 21b.
  • the ink supplied to each pressure chamber 21a may be a pigment ink or a dye ink.
  • Each pressure chamber 21a is formed in a part of the thickness direction of the head substrate 21, and the intermediate substrate 22 side is open.
  • Each pressure chamber 21a is formed in a rectangular shape in plan view, that is, in a plane perpendicular to the thickness direction of the head substrate 21.
  • the rectangular shape generally refers to a quadrangular shape in which the length in the longitudinal direction and the length in the short direction are different from each other. It is a concept that also includes (shape).
  • each pressure chamber 21a that is, the wall located on the side opposite to the intermediate substrate 22 (piezoelectric element 12 side) with respect to each pressure chamber 21a constitutes a diaphragm 21d that covers the pressure chamber 21a.
  • the vibration plate 21d vibrates (displaces) with the driving (displacement, expansion and contraction) of the piezoelectric body 32 described later, thereby applying pressure to the ink in the pressure chamber 21a, and ejecting the ink from the nozzle 23a to the outside.
  • the diaphragm 21d is a part of a wall (including an upper wall and a side wall) constituting the pressure chamber 21a, and applies a pressure generated by the displacement of the piezoelectric body 32 to the ink in the pressure chamber 21a. .
  • a thermal oxide film 44 (see FIG. 4) is formed on the surface of the diaphragm 21d for the purpose of protecting and insulating the head substrate 21.
  • the thermal oxide film 44 is made of, for example, SiO 2 (silicon oxide) having a thickness of about 0.1 ⁇ m.
  • the intermediate substrate 22 is made of, for example, a glass substrate, and includes a communication hole 22 a that communicates with the pressure chamber 21 a of the head substrate 21, and a common ink channel 22 b that communicates with the common ink channel 21 c of the head substrate 21. ing.
  • the nozzle substrate 23 is made of, for example, a Si substrate, and has the nozzle 23a described above serving as a discharge hole for discharging the ink in the pressure chamber 21a to the outside.
  • the nozzle 23 a communicates with the pressure chamber 21 a through the communication hole 22 a of the intermediate substrate 22.
  • the nozzle 23a is configured with, for example, two-stage holes having different diameters. However, the nozzle 23a may be configured with one-stage holes, or may be configured with two or more stages of multi-stage holes.
  • the above-described inkjet substrate 11 may be provided with a circulation flow path portion for circulating the ink in the pressure chamber 21a between the outside.
  • the piezoelectric element 12 has a lower electrode 31, a piezoelectric body 32, and an upper electrode 33 in this order from the inkjet substrate 11 side. That is, the upper electrode 33 is located on one side in the thickness direction of the piezoelectric body 32 and the lower electrode 31 is located on the other side.
  • the lower electrode 31 is a common electrode provided in common to the plurality of pressure chambers 21a, and is configured by laminating a Ti (titanium) layer and a Pt (platinum) layer.
  • the Ti layer is formed in order to improve the adhesion between the thermal oxide film 44 and the Pt layer.
  • the thickness of the Ti layer is, for example, about 0.02 ⁇ m, and the thickness of the Pt layer is, for example, about 0.1 ⁇ m.
  • the lower electrode 31 is illustrated so as to be positioned only above the pressure chamber 21a, but actually, it is formed over the entire surface of the head substrate 21 (FIG. 3). reference).
  • the lower electrode 31 is connected to the drive circuit 14.
  • the piezoelectric body 32 includes potassium sodium niobate.
  • Sodium potassium niobate is a metal oxide having a perovskite structure containing niobium (Nb), potassium (K), and sodium (Na), and is also referred to as KNN.
  • KNN is represented by (K 1 ⁇ x Na x ) NbO 3, where x is the ratio of the atomic number concentration of Na to the total atomic number concentration of K and Na. Details of the orientation and composition of KNN will be described later.
  • the thickness of the piezoelectric body 32 is not less than 0.5 ⁇ m and not more than 10 ⁇ m, for example, but is not limited to this range.
  • additives such as Ti, tantalum (Ta), barium (Ba), calcium (Ca), and lithium (Li) are added for the purpose of improving piezoelectric characteristics (for example, piezoelectric displacement). May be.
  • the piezoelectric body 32 has a drive region 32a.
  • the drive region 32 a is a region sandwiched between the upper electrode 33 and the lower electrode 31 in the piezoelectric body 32, and is displaced according to the potential difference between the upper electrode 33 and the lower electrode 31.
  • the drive region 32a is formed on the lower electrode 31 and above each pressure chamber 21a, that is, at a position corresponding to the formation region of each pressure chamber 21a. It can also be said that it overlaps with the pressure chamber 21a via 21d.
  • each pressure chamber 21a is formed in a rectangular shape in plan view as described above, the drive region 32a of the piezoelectric body 32 positioned corresponding to each pressure chamber 21a is also formed in a rectangular shape in plan view. ing. More specifically, in the drive region 32a, the ratio a / b between the length a ( ⁇ m) in the longitudinal direction and the length b ( ⁇ m) in the short direction in the plane perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric body 32 is 2.0 to 10.0. Thereby, it is possible to realize a high-density arrangement of the nozzles 23a while suppressing the occurrence of cracks due to stress concentration when the piezoelectric body 23 is driven (voltage application).
  • the piezoelectric body 32 (drive region 32a) becomes too thin, and stress tends to concentrate on the central portion in the longitudinal direction of the piezoelectric body 32 during driving, as will be described later. Even if the orientation of the piezoelectric body 32 is adjusted, the piezoelectric body 32 is easily cracked. Conversely, when the ratio a / b is less than 2.0, it is possible to suppress the stress concentration of the piezoelectric body 32 during driving, but the cross-sectional area perpendicular to the thickness direction of the pressure chamber 21a is constant.
  • the length a in the longitudinal direction of the drive region 32a of the piezoelectric body 32 can be, for example, 240 to 1300 ⁇ m, and more preferably 300 to 1000 ⁇ m.
  • the length b in the short direction of the drive region 32a may be 120 to 130 ⁇ m, for example.
  • a part of the piezoelectric body 32 is drawn out on the lower electrode 31 to the outside of the pressure chamber 21a (above the side wall of the pressure chamber 21a). Thereby, a part of the upper electrode 33 formed on the piezoelectric body 32 can be pulled out above the side wall of the pressure chamber 21 a along the surface of the piezoelectric body 32.
  • the upper electrode 33 is an individual electrode provided corresponding to each pressure chamber 21 a and is configured by laminating a Ti layer and a Pt layer on the piezoelectric body 32.
  • the Ti layer is formed in order to improve the adhesion between the piezoelectric body 32 and the Pt layer.
  • the thickness of the Ti layer is, for example, about 0.02 ⁇ m
  • the thickness of the Pt layer is, for example, about 0.1 to 0.2 ⁇ m.
  • a layer made of gold (Au) may be formed instead of the Pt layer.
  • the upper electrode 33 is drawn outside the pressure chamber 21 a (see FIG. 2) via the lead-out portion 34, and is connected to the drive circuit 14 (see FIG. 2) via the lead-out portion 34. It is connected.
  • the piezoelectric body 32 when a potential difference is applied between the lower electrode 31 and the upper electrode 33 by the drive circuit 14, the piezoelectric body 32 has a thickness direction according to the potential difference between the lower electrode 31 and the upper electrode 33. Displaces (stretches) in the direction perpendicular to Then, due to the difference in length between the piezoelectric body 32 and the diaphragm 21d, a curvature is generated in the diaphragm 21d, and the diaphragm 21d is displaced (curved or vibrated) in the thickness direction.
  • the pressure wave is propagated to the ink in the pressure chamber 21a by the vibration of the vibration plate 21d described above.
  • the ink in the pressure chamber 21a is ejected to the outside as ink droplets through the communication hole 22a and the nozzle 23a.
  • the ink in the pressure chamber 21a is ejected from the nozzle 23a by vibrating the vibration plate 21d by the displacement of the piezoelectric body 32 due to voltage application.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the inkjet head 2.
  • the head substrate 21 is prepared.
  • crystalline silicon (Si) often used in MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) can be used.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • two Si substrates 41 and 42 are bonded via an oxide film 43.
  • the SOI structure having the above structure is used.
  • the head substrate 21 is placed in a heating furnace and held at a temperature of about 1500 ° C. for a predetermined time, and a thermal oxide film 44 made of SiO 2 is formed on the surface of one Si substrate 42 (corresponding to the vibration plate 21d). A thermal oxide film 45 is formed on the surface of the Si substrate 41.
  • the lower electrode 31 is formed by the sputtering method to form the lower electrode 31.
  • the lower electrode 31 is not patterned here, the lower electrode 31 may be patterned into a desired shape.
  • the head substrate 21 is reheated to about 600 ° C., and a KNN layer 32b is formed by sputtering.
  • a photosensitive resin 51 is applied onto the KNN layer 32b by a spin coating method, and unnecessary portions of the photosensitive resin 51 are removed by exposure and etching through a mask. Transfer the shape. Thereafter, using the photosensitive resin 51 as a mask, the shape of the layer 32 b is processed using a reactive ion etching method to obtain a piezoelectric body 32.
  • Ti and Pt layers are sequentially formed on the lower electrode 31 by a sputtering method so as to cover the piezoelectric body 32, thereby forming a layer 33a.
  • a photosensitive resin 52 is applied onto the layer 33a by a spin coating method, and unnecessary portions of the photosensitive resin 52 are removed by exposure and etching through a mask, and the shape of the upper electrode 33 to be formed is transferred. To do.
  • the shape of the layer 33a is processed using a reactive ion etching method to form the upper electrode 33.
  • a photosensitive resin 53 is applied to the back surface (thermal oxide film 45 side) of the head substrate 21 by spin coating, and unnecessary portions of the photosensitive resin 53 are removed by exposure and etching through a mask.
  • the shape of the pressure chamber 21a, the individual ink flow path 21b, and the common ink flow path 21c (see FIG. 2) to be formed is transferred.
  • the head substrate 21 is removed by the reactive ion etching method using the photosensitive resin 53 as a mask to form the pressure chamber 21a, the individual ink channel 21b, and the common ink channel 21c, and then the thermal oxide film 45 is removed. Thereby, the piezoelectric actuator 2a is obtained.
  • a diaphragm 21d serving as an upper wall of the pressure chamber 21a is formed.
  • the head substrate 21 and the intermediate substrate 22 are joined by, for example, anodic bonding so that the pressure chamber 21a of the head substrate 21, the communication hole 22a of the intermediate substrate 22 and the nozzle 23a of the nozzle substrate 23 communicate with each other.
  • the inkjet head 2 is completed by joining the intermediate substrate 22 and the nozzle substrate 23 by, for example, anodic bonding.
  • the head substrate 21, the intermediate substrate 22, and the nozzle substrate 23 may be joined with an adhesive.
  • the orientation of the piezoelectric body 32 is set as follows. Peak intensity of the (100) orientation of the perovskite phase obtained when X-ray diffraction (XRD) 2 ⁇ / ⁇ measurement is performed by irradiating the piezoelectric body 32 containing KNN with X-rays. Is I (100) , the peak intensity of the (110) orientation of the perovskite phase is I (110), and the peak intensity of the (111) orientation of the perovskite phase is I (111) . The sum of I (100) , I (110) and I (111) is Io.
  • Io I (100) + I (110) + I (111) .
  • the ratio of I (100) to Io is 50% or more and less than 100%, and the ratio of I (110) to Io is 0.1% or more and 50% or less.
  • I (100) , I (110) , and I (111) are measured such that I (100) is 10,000 or more in terms of the count rate (cps) of X-rays per second. This is the value when
  • the ratio of I (100) to Io is also referred to as (100) orientation degree
  • the ratio of I (110) to Io is also referred to as (110) orientation degree
  • an orientation having an orientation degree of 50% or more is also referred to as a main orientation.
  • KNN Since the piezoelectric body 32 containing KNN has a (100) orientation degree of 50% or more and a (100) main orientation, a good piezoelectric displacement can be obtained.
  • KNN has a (110) orientation degree of 0.1% or more and 50% or less, and has a (110) orientation although it is a (100) main orientation as described above. Even in the case of a rectangular shape in which cracks are likely to occur, the occurrence of cracks can be suppressed. This is presumably because the internal stress due to the (100) orientation of KNN is diffused by the internal stress due to the (110) orientation, and the generation of cracks due to the internal stress of the (100) orientation is suppressed.
  • the ratio of I (110) to Io that is, the (110) orientation degree of KNN is preferably 0.1% or more and 20% or less.
  • the degree of (100) orientation of KNN is 80% or more, and the orientation is increased in the direction of the polarization axis of the piezoelectric body 32, so that even better piezoelectric displacement can be realized.
  • the internal stress due to the (100) orientation can be diffused with the minimum necessary internal stress due to the (110) orientation, and the internal stress due to the (110) orientation can be suppressed as much as possible. Thereby, it can suppress that a crack arises in a piezoelectric material by the internal stress of (110) orientation.
  • the piezoelectric body 32 is composed of a piezoelectric thin film having a thickness of 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less
  • the piezoelectric body 32 is cracked into a rectangular piezoelectric body 32 (particularly the central portion in the longitudinal direction) due to stress concentration when the piezoelectric body 32 is driven. As described above, this is likely to occur. Therefore, the configuration in which the orientation of the piezoelectric body 32 is set as described above to suppress the occurrence of cracks is very effective when the piezoelectric body 32 is a piezoelectric thin film having the above thickness.
  • the ratio of the atomic number concentration of Na to the total atomic number concentration of K and Na is x, 0.45 ⁇ x ⁇ 0.85 It is desirable that When x is in the above range, K and Na are contained in the piezoelectric body 32 (KNN) at an appropriate atomic number concentration ratio, so that excellent piezoelectric displacement can be realized. In particular, when 0.55 ⁇ x ⁇ 0.75, the balance of the content of K and Na is further improved, so that a further excellent piezoelectric displacement can be expected.
  • Example ⁇ a specific example of the piezoelectric body 32 used in the inkjet head 2 of the present embodiment will be described as an example. Moreover, a comparative example is also demonstrated for the comparison with an Example.
  • Example 1 First, a thermal oxide film of about 100 nm was formed on a substrate made of a single crystal Si wafer having a diameter of 4 inches and a thickness of about 400 ⁇ m. Standard values such as a wafer thickness of 300 ⁇ m to 725 ⁇ m and a diameter of 3 inches to 8 inches may be used.
  • the thermal oxide film can be formed by exposing the Si wafer to a high temperature of about 1200 ° C. in an oxygen atmosphere using a wet oxidation furnace.
  • Ti was deposited as an adhesion layer to a thickness of 20 nm and Pt to a thickness of 100 nm by sputtering to form a lower electrode.
  • the Pt layer was formed with the Si substrate heated at 400 ° C. After the formation of the Pt layer, the crystallinity of Pt was measured by XRD, and it was confirmed that Pt had a (111) orientation.
  • a KNN thin film having a thickness of about 3 ⁇ m was formed as a piezoelectric body on the lower electrode by a high-frequency magnetron sputtering method.
  • the sputtering conditions of KNN at this time were O 2 / Ar mixture ratio: 0.005, chamber internal pressure: 1.3 Pa, RF power applied to the target: about 700 W, and substrate temperature: about 500 ° C.
  • a sputtering target having a K / Na / Nb ratio of 35/65/100 was used.
  • the K / Na / Nb ratio is 35/65/100, which is the same as the target. It was found that a film having the composition was obtained.
  • a substrate 60 with a piezoelectric element (FIG. 6) was completed. Then, the substrate 60 was cut out in a strip shape from the wafer, and the piezoelectric displacement was determined by a cantilever method using a piezoelectric displacement meter shown in FIG.
  • the end of the substrate 60 is clamped with a fixed portion 61 so that the movable length of the cantilever is 10 mm, and a cantilever structure is formed.
  • a maximum voltage of 0 V was applied to the electrode and a minimum voltage of ⁇ 20 V was applied to the lower electrode at a frequency of 500 Hz, and the displacement of the edge of the substrate 60 was observed with a laser Doppler vibrometer 63.
  • ten substrates 60 were produced by the above-described manufacturing method, the displacement of the end portion of each substrate 60 was measured, and the average value thereof was defined as the value of piezoelectric displacement (evaluation target).
  • the quality of the obtained piezoelectric displacement was evaluated based on the following evaluation criteria.
  • ⁇ The piezoelectric displacement is not less than 400 nm and less than 500 nm.
  • Examples 2 to 9, Comparative Examples 1 to 6 In the KNN thin film, the film was formed so that the ratio a / b, (100) peak intensity (degree of orientation), (110) peak intensity (degree of orientation), film thickness, and Na ratio x would be the values shown in Table 1. Except for changing the conditions and forming a KNN thin film, the devices of Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 to 6 were prepared in the same manner as in Example 1, and piezoelectric elements were evaluated using the same evaluation method as in Example 1. Displacement and cracks were evaluated.
  • Table 1 shows parameters in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6, and evaluation results of piezoelectric displacement and cracks.
  • Comparative Example 4 Even in Comparative Example 4, the effect of suppressing cracks is not obtained.
  • the degree of (110) orientation of KNN is less than 0.1%, and the internal stress caused by the (100) orientation can be sufficiently diffused by the internal stress caused by the (110) orientation. As a result, it is considered that the KNN thin film was cracked by the internal stress due to the (100) orientation.
  • KNN has a (100) orientation degree of 100% and does not have a (110) orientation. Therefore, the internal stress due to the (100) orientation is the internal stress due to the (110) orientation. It is considered that cracks are generated as a result.
  • the length ratio a / b in the KNN thin film is 2.0 or more and 10.0 or less, and the (100) orientation degree of KNN is 50% or more and less than 100%.
  • (110) degree of orientation is 0.1% or more and 50% or less.
  • Example 10 to 12 Next, the elements of Examples 10 to 12 were fabricated in the same manner as in Example 1 except that the KNN thin film was formed so that the film thickness was as shown in Table 2. The evaluation method evaluated piezoelectric displacement and cracks.
  • Table 2 shows parameters in Examples 10 to 12, and evaluation results of piezoelectric displacement and cracks.
  • the evaluation of cracks is the same, but it is considered that the thinner the KNN thin film, the easier it is to crack.
  • Comparative Example 6 it can be seen that cracks occur because the film does not have (110) orientation and is formed as thin as 3.0 ⁇ m. From this, it can be said that, in the case of the thin film thickness configuration as in Example 11 and Example 12, the configuration in which cracks are suppressed by mixing the (100) orientation with the (100) orientation is very effective.
  • Example 13 to 16 Next, the piezoelectric films of Examples 13 to 16 were formed in the same manner as in Example 4 except that the KNN thin film was formed by changing the film formation conditions so that the Na ratio x was a value shown in Table 3. A substrate with an element was produced. Then, 10 substrates of each of Examples 13 to 16 were produced, and piezoelectric displacement and cracks were evaluated by the same evaluation method as in Example 1.
  • Table 3 shows parameters in Examples 13 to 16, and evaluation results of piezoelectric displacement and cracks.
  • the ink jet head of the present embodiment is a piezoelectric body, a pressure chamber for storing ink ejected from nozzles, and a part of a wall constituting the pressure chamber, and pressure generated by displacement of the piezoelectric body is applied to the ink.
  • An ink jet head having a diaphragm to be applied to the piezoelectric head, wherein a longitudinal length a and a short direction in a plane perpendicular to the thickness direction of the piezoelectric body in a driving region where the piezoelectric body is displaced
  • the ratio a / b with respect to the length b is 2.0 or more and 10.0 or less
  • the piezoelectric body contains potassium sodium niobate
  • the piezoelectric body has a perovskite phase obtained by X-ray diffraction
  • the ratio of the peak intensity of (100) orientation to the sum of peak intensity of (100) orientation, (110) orientation, and (111) orientation is 50% or more and less than 100%
  • ( 10) the ratio of the peak intensity of orientation is 50% or less than 0.1%.
  • the piezoelectric body includes potassium sodium niobate (KNN).
  • KNN potassium sodium niobate
  • the piezoelectric body (drive region) can be viewed in a plane (in a plane perpendicular to the thickness direction). In) it is formed in a rectangular shape. Since the piezoelectric body has a peak intensity ratio of (100) orientation by X-ray diffraction of 50% or more and (100) main orientation, a good piezoelectric displacement can be obtained.
  • the piezoelectric body since the ratio of the peak intensity of the (110) orientation is 0.1% or more and 50% or less and includes the (110) orientation, the piezoelectric body has a rectangular shape due to internal stress caused by the (100) orientation. It can suppress that a crack arises in a piezoelectric material. The reason is presumed that the internal stress caused by the (100) orientation is diffused by the internal stress caused by the (110) orientation.
  • the inkjet head further includes an upper electrode and a lower electrode on one side and the other side of the piezoelectric body, and the driving region is sandwiched between the upper electrode and the lower electrode in the piezoelectric body. It may be a region. In this case, by applying a potential difference between the upper electrode and the lower electrode, the piezoelectric body can be reliably displaced (expanded) in the drive region.
  • the thickness of the piezoelectric body may be not less than 0.5 ⁇ m and not more than 10 ⁇ m.
  • the piezoelectric body becomes a thin film (piezoelectric thin film) having a thickness of 0.5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, cracks are more likely to occur in the rectangular piezoelectric body due to stress concentration when the piezoelectric body is driven. For this reason, the configuration in which the orientation of the piezoelectric body is set as described above is very effective in order to suppress the occurrence of cracks in the piezoelectric body.
  • the ratio of the atomic number concentration of sodium to the total atomic concentration of potassium and sodium is x, 0.45 ⁇ x ⁇ 0.85 It is desirable that When x is within the above range, potassium and sodium are contained in the piezoelectric body at an appropriate atomic number concentration ratio, so that excellent piezoelectric displacement can be realized. In particular, when 0.55 ⁇ x ⁇ 0.75, the balance of the content of potassium and sodium is further improved, so that a further excellent piezoelectric displacement can be expected.
  • the ratio of the peak intensity of the (110) orientation to the sum is 0.1% or more and 20% or less.
  • the degree of (100) orientation of the piezoelectric body can be increased to 80% or more, a further excellent piezoelectric displacement can be realized.
  • An inkjet printer includes the above-described inkjet head, and ejects ink from the inkjet head toward a recording medium. According to the configuration of the ink jet head described above, the occurrence of cracks in the piezoelectric body can be suppressed, and good piezoelectric displacement can be obtained. Therefore, it is possible to realize an ink jet printer with good ink ejection characteristics and high reliability. .
  • the ink jet head of the present invention can be used for an ink jet printer.

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Abstract

インクジェットヘッドの圧電体が変位する駆動領域において、圧電体の厚さ方向に垂直な面内での長手方向の長さａと短手方向の長さｂとの比ａ／ｂが、２．０以上１０．０以下である。上記圧電体は、ニオブ酸カリウムナトリウムを含む。上記圧電体において、Ｘ線回折によって得られるペロブスカイト相の（１００）配向、（１１０）配向、（１１１）配向の各ピーク強度の総和に対する、（１００）配向のピーク強度の割合が、５０％以上１００％未満であり、かつ、上記総和に対する（１１０）配向のピーク強度の割合が、０．１％以上５０％以下である。

Description

インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタ
　本発明は、圧力室内のインクを吐出するインクジェットヘッドと、そのインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタとに関するものである。
　現在、インクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドには、電気機械変換素子として圧電体が用いられている。圧電体としては、圧電特性が良好なチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を使用することが一般的である（例えば特許文献１参照）。しかし、ＰＺＴに含まれる鉛は、環境規制物質であることから、鉛を用いない、いわゆる鉛フリーの圧電体を用いたインクジェットヘッドの研究開発も進んでいる。例えば特許文献２では、圧電体として、鉄酸マンガン酸ビスマスおよびチタン酸バリウムを含むペロブスカイト型化合物を用いている。また、例えば特許文献３では、圧電体として、ビスマス、鉄、バリウムおよびチタンを含む、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物を用いている。
　また、インクジェットヘッドに用いられる、鉛フリーの圧電体としては、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）もある。
特開２０１５－７９９２８号公報（段落〔００５７〕等参照） 特開２０１１－２０５０６７号公報（請求項１、段落〔００１９〕～〔００２５〕等参照） 特開２０１３－５５２７６号公報（請求項１、段落〔００１７〕～〔００２３〕等参照）
　ところで、インクジェットヘッドにおいて、高精細な画像を記録媒体上に形成するためには、インクを収容する圧力室と、圧力室内のインクを外部に吐出するノズルとを高密度に配置することが必要となる。このような圧力室およびノズルの高密度配置に伴い、各圧力室に対応する圧電体も高密度に配置することが必要となる。圧電体を高密度に配置するためには、圧電体を平面視で、正方形状で形成するよりも、長方形状（楕円形状を含む）で形成するほうが有利である（圧電体の面積を一定としたときに、圧電体の短辺方向のピッチを短くできるため）。
　しかし、平面視で長方形状の圧電体においては、電圧印加による駆動時に、長手方向の中央部に応力が集中しやすく、亀裂が入りやすくなる。しかも、上記圧電体として、大きな圧電変位を得るために、（１００）配向度が１００％のＫＮＮを用いると、ＫＮＮの（１００）配向に起因する内部応力により、圧電体に亀裂がより入りやすくなる。圧電体に亀裂が入ると、インクの吐出特性に悪影響を与える。
　したがって、平面視で長方形状の圧電体がＫＮＮを含む場合でも、圧電体における亀裂の発生を抑え、良好な圧電変位を実現できるようにすることが望まれる。
　本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、平面視で長方形状の圧電体がＫＮＮを含んで構成される場合でも、圧電体の配向性を工夫することにより、圧電体における亀裂の発生を抑えるとともに、良好な圧電変位を得ることができるインクジェットヘッドと、そのインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタとを提供することにある。
　本発明の一側面に係るインクジェットヘッドは、圧電体と、ノズルから吐出するインクを貯留する圧力室と、前記圧力室を構成する壁の一部であり、前記圧電体の変位により発生した圧力を前記インクに対して付与する振動板とを備えたインクジェットヘッドであって、前記圧電体が変位する駆動領域において、前記圧電体の厚さ方向に垂直な面内での長手方向の長さａと短手方向の長さｂとの比ａ／ｂが、２．０以上１０．０以下であり、前記圧電体は、ニオブ酸カリウムナトリウムを含み、前記圧電体において、Ｘ線回折によって得られるペロブスカイト相の（１００）配向、（１１０）配向、（１１１）配向の各ピーク強度の総和に対する、（１００）配向のピーク強度の割合が、５０％以上１００％未満であり、かつ、前記総和に対する（１１０）配向のピーク強度の割合が、０．１％以上５０％以下である。
　本発明の他の側面に係るインクジェットプリンタは、上述したインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させる。
　上記の構成によれば、平面視で長方形状の圧電体が、鉛を含まないＫＮＮを含んで構成される場合でも、圧電体における亀裂の発生を抑えることができるとともに、良好な圧電変位を実現することができる。
本発明の実施の一形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す説明図である。 上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドの断面図である。 上記インクジェットヘッドの主要部の平面図である。 上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。 Ｘ線回折によって得られる圧電体の配向性の一例を示すグラフである。 圧電変位測定計の概略の構成を示す斜視図である。
　本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をＡ～Ｂと表記した場合、その数値範囲に下限Ａおよび上限Ｂの値は含まれるものとする。
　〔インクジェットプリンタの構成〕
　図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド２から記録媒体Ｐに向けてインクを吐出させることにより、記録媒体Ｐ上に画像を形成するものである。このインクジェットプリンタ１は、例えば、インクジェットヘッド２が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置で構成されている。
　インクジェットプリンタ１は、上記のインクジェットヘッド２と、繰り出しロール３と、巻き取りロール４と、２つのバックロール５・５と、中間タンク６と、送液ポンプ７と、貯留タンク８と、定着機構９とを備えている。
　インクジェットヘッド２は、記録媒体Ｐに向けてインクを吐出するものであり、本実施形態では、一方のバックロール５から定着機構９に向かって搬送される記録媒体Ｐと対向する位置に配置されている。インクジェットヘッド２は、異なる色（例えばイエロー、マゼンタ、シアン、ブラック）のインクに対応して複数設けられてもよい。
　繰り出しロール３、巻き取りロール４および各バックロール５は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール３は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Ｐを、インクジェットヘッド２との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール３は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Ｐを図１のＸ方向へ繰り出して搬送する。
　巻き取りロール４は、繰り出しロール３より繰り出されて、インクジェットヘッド２によってインクが吐出された記録媒体Ｐを周面に巻き取る。
　各バックロール５は、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に配設されている。記録媒体Ｐの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール５は、繰り出しロール３によって繰り出された記録媒体Ｐを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド２との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール５は、インクジェットヘッド２との対向位置から巻き取りロール４に向けて、記録媒体Ｐを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。
　中間タンク６は、貯留タンク８より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク６はインクチューブ１０ａと接続されており、インクジェットヘッド２におけるインクの背圧を調整して、インクジェットヘッド２にインクを供給する。
　送液ポンプ７は、貯留タンク８に貯留されたインクを中間タンク６に供給するものであり、供給管１０ｂの途中に配設されている。貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７によって汲み上げられ、供給管１０ｂを介して中間タンク６に供給される。
　定着機構９は、インクジェットヘッド２によって記録媒体Ｐに吐出されたインクを当該記録媒体Ｐに定着させる。この定着機構９は、吐出されたインクを記録媒体Ｐに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにＵＶ（紫外線）を照射することによりインクを硬化させるためのＵＶランプ等で構成されている。
　上記の構成において、繰り出しロール３から繰り出される記録媒体Ｐは、バックロール５により、インクジェットヘッド２との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド２から記録媒体Ｐに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Ｐに吐出されたインクは定着機構９によって定着され、インク定着後の記録媒体Ｐが巻き取りロール４によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ１では、インクジェットヘッド２を静止させた状態で、記録媒体Ｐを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Ｐに画像が形成される。
　なお、インクジェットプリンタ１は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。この場合、インクジェットヘッドは、キャリッジ等の構造体に支持された状態で、記録媒体の幅方向に移動する。また、記録媒体としては、長尺状のもの以外にも、予め所定の大きさ（形状）に裁断されたシート状のものを用いてもよい。
　〔インクジェットヘッドの構成〕
　次に、上記したインクジェットヘッド２の構成について説明する。図２は、インクジェットヘッド２の概略の構成を示す断面図であり、図３は、インクジェットヘッド２の主要部の平面図である。なお、図２の断面図は、図３におけるＡ－Ａ’線での断面図に相当する。
　インクジェットヘッド２は、インクジェット基板１１と、圧電素子１２とを有している。圧電素子１２は、インクジェット基板１１にて支持されているとともに、筐体１３で覆われている。以下、インクジェット基板１１および圧電素子１２の詳細について説明する。なお、インクジェット基板１１の後述するヘッド基板２１と、圧電素子１２とで、圧電アクチュエータ２ａが構成されている。
　（インクジェット基板）
　インクジェット基板１１は、ヘッド基板２１、中間基板２２、ノズル基板２３を含んでいる。ヘッド基板２１は、厚さが例えば１００～３００μｍ程度の単結晶Ｓｉ（シリコン）単体からなる半導体基板またはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板で構成されている。このヘッド基板２１は、厚さ７５０μｍ程度の基板を研磨処理によって厚さ１００～３００μｍ程度に調整したものである。ヘッド基板２１の厚さは、適用するデバイスに応じて適宜調整されればよい。上記のＳＯＩ基板は、酸化膜を介して２枚のＳｉ基板を接合したものである。
　ヘッド基板２１には、後述するノズル２３ａから吐出するインクを貯留する複数の圧力室２１ａ（図２では便宜的に１個の圧力室２１ａのみを図示）と、個別インク流路２１ｂと、共通インク流路２１ｃとが形成されている。また、共通インク流路２１ｃは、中間基板２２に形成された共通インク流路２２ｂと連通している。中間タンク６（図１参照）内のインクは、インクチューブ１０ａ、共通インク流路２２ｂ、共通インク流路２１ｃおよび個別インク流路２１ｂを介して、各圧力室２１ａに供給される。なお、各圧力室２１ａに供給されるインクは、顔料インクであってもよいし、染料インクであってもよい。
　各圧力室２１ａは、ヘッド基板２１の厚さ方向の一部に形成されて、中間基板２２側が開口している。各圧力室２１ａは、平面視で、つまり、ヘッド基板２１の厚さ方向に垂直な面内で、長方形状となるように形成されている。なお、長方形状とは、一般に、互いに垂直な長手方向の長さと短手方向の長さとが異なる四角形状を指すが、ここでは、長方形の四隅が丸まった形状や、長手方向に長い円形（楕円形状）も含む概念である。
　各圧力室２１ａの上壁、すなわち、各圧力室２１ａに対して中間基板２２とは反対側（圧電素子１２側）に位置する壁は、圧力室２１ａを覆う振動板２１ｄを構成している。この振動板２１ｄは、後述する圧電体３２の駆動（変位、伸縮）に伴って振動（変位）することにより、圧力室２１ａ内のインクに圧力を付与し、上記インクをノズル２３ａから外部に吐出させる。すなわち、振動板２１ｄは、圧力室２１ａを構成する壁（上壁および側壁を含む）の一部であり、圧電体３２の変位により発生した圧力を、圧力室２１ａ内のインクに対して付与する。
　振動板２１ｄの表面には、熱酸化膜４４（図４参照）が、ヘッド基板２１の保護および絶縁の目的で形成されている。熱酸化膜４４は、例えば厚さが０．１μｍ程度のＳｉＯ2（酸化シリコン）で形成されている。
　中間基板２２は、例えばガラス基板で構成されており、ヘッド基板２１の圧力室２１ａと連通する連通孔２２ａと、ヘッド基板２１の共通インク流路２１ｃと連通する共通インク流路２２ｂとを有している。
　ノズル基板２３は、例えばＳｉ基板で構成されており、圧力室２１ａ内のインクを外部に吐出するための吐出孔となる上記したノズル２３ａを有している。ノズル２３ａは、中間基板２２の連通孔２２ａを介して圧力室２１ａと連通している。ノズル２３ａは、例えば直径の異なる２段孔で構成されているが、１段孔で構成されてもよいし、２段以上の多段孔で構成されてもよい。
　なお、上記したインクジェット基板１１には、圧力室２１ａ内のインクを外部との間で循環させるための循環流路部が形成されていてもよい。
　（圧電素子）
　圧電素子１２は、下部電極３１と、圧電体３２と、上部電極３３とを、インクジェット基板１１側からこの順で有している。すなわち、圧電体３２の厚み方向において一方の側に上部電極３３が位置しており、他方の側に下部電極３１が位置している。
　下部電極３１は、複数の圧力室２１ａに共通して設けられるコモン電極であり、Ｔｉ（チタン）層とＰｔ（白金）層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、熱酸化膜４４とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１μｍ程度である。なお、図２では、便宜的に、下部電極３１は、圧力室２１ａの上方にのみ位置するように図示されているが、実際には、ヘッド基板２１の表面全体にわたって形成されている（図３参照）。下部電極３１は、駆動回路１４と接続されている。
　圧電体３２は、ニオブ酸カリウムナトリウムを含んで構成されている。ニオブ酸カリウムナトリウムは、ニオブ（Ｎｂ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）を含むペロブスカイト型構造の金属酸化物であり、ＫＮＮとも呼ばれる。ＫＮＮは、ＫとＮａとの原子数濃度の総和に対するＮａの原子数濃度の比率をｘとして、（Ｋ1-xＮａx）ＮｂＯ3で表される。なお、ＫＮＮの配向性や組成などの詳細については後述する。
　圧電体３２の厚さは、例えば０．５μｍ以上１０μｍ以下であるが、この範囲に限定されるわけではない。圧電体３２に含まれるＫＮＮには、圧電特性（例えば圧電変位）を向上させる目的で、Ｔｉ、タンタル（Ｔａ）、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、リチウム（Ｌｉ）などの添加物が添加されていてもよい。
　圧電体３２は、駆動領域３２ａを有している。駆動領域３２ａは、圧電体３２において上部電極３３と下部電極３１とで挟まれた領域であり、上部電極３３と下部電極３１との電位差に応じて変位する。この駆動領域３２ａは、下部電極３１上で、かつ、各圧力室２１ａの上方に、つまり、各圧力室２１ａの形成領域と対応する位置に形成されていることから、駆動領域３２ａは、振動板２１ｄを介して圧力室２１ａとオーバーラップしているとも言うことができる。
　各圧力室２１ａは、上述のように、平面視で長方形状に形成されているため、各圧力室２１ａに対応して位置する圧電体３２の駆動領域３２ａも、平面視で長方形状に形成されている。より詳しくは、駆動領域３２ａにおいて、圧電体３２の厚さ方向に垂直な面内での長手方向の長さａ（μｍ）と短手方向の長さｂ（μｍ）との比ａ／ｂは、２．０以上１０．０以下となっている。これにより、圧電体２３の駆動時（電圧印加時）の応力集中による亀裂の発生を抑えながら、ノズル２３ａの高密度配置を実現することが可能となる。
　つまり、比ａ／ｂが１０．０を上回ると、圧電体３２（駆動領域３２ａ）が細くなりすぎて、駆動時に圧電体３２の長手方向の中央部に応力が集中しやすくなり、後述するように圧電体３２の配向性を調整しても、圧電体３２に亀裂が生じやすくなる。逆に、比ａ／ｂが２．０を下回ると、駆動時の圧電体３２の応力集中を抑制することは可能であるが、圧力室２１ａの厚さ方向に垂直な断面積を一定とした場合に（圧力室２１ａの上方の圧電体２３の形成領域の面積を一定とした場合に）、例えば圧電体３２の短手方向にノズル２３ａを短い間隔で配置することが困難となり、ノズル２３ａの高密度配置が妨げられる。
　なお、圧電体３２の駆動領域３２ａの長手方向の長さａとしては、例えば２４０～１３００μｍを考えることができ、より望ましくは３００～１０００μｍである。一方、駆動領域３２ａの短手方向の長さｂとしては、例えば１２０～１３０μｍを考えることができる。
　また、上記の圧電体３２の一部は、下部電極３１上で圧力室２１ａの外側（圧力室２１ａの側壁上方）に引き出されている。これにより、圧電体３２の上に形成される上部電極３３の一部を、圧電体３２の表面に沿って圧力室２１ａの側壁上方に引き出すことができる。
　上部電極３３は、各圧力室２１ａに対応して設けられる個別電極であり、Ｔｉ層とＰｔ層とを圧電体３２上に積層して構成されている。Ｔｉ層は、圧電体３２とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１～０．２μｍ程度である。なお、Ｐｔ層の代わりに、金（Ａｕ）からなる層を形成してもよい。図３に示すように、上部電極３３は、引出部３４を介して圧力室２１ａ（図２参照）の外側に引き出されており、この引出部３４を介して駆動回路１４（図２参照）と接続されている。
　上記の構成において、駆動回路１４により、下部電極３１と上部電極３３との間に電位差が付与されると、圧電体３２が、下部電極３１と上部電極３３との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向に変位（伸縮）する。そして、圧電体３２と振動板２１ｄとの長さの違いにより、振動板２１ｄに曲率が生じ、振動板２１ｄが厚さ方向に変位（湾曲、振動）する。
　したがって、圧力室２１ａ内にインクを収容しておけば、上述した振動板２１ｄの振動により、圧力室２１ａ内のインクに圧力波が伝搬される。その結果、圧力室２１ａ内のインクが、連通孔２２ａおよびノズル２３ａを介して、インク滴として外部に吐出される。
　このように、本実施形態のインクジェットヘッド２では、電圧印加による圧電体３２の変位によって振動板２１ｄを振動させることにより、圧力室２１ａ内のインクをノズル２３ａから吐出させるようにしている。
　〔インクジェットヘッドの製造方法〕
　次に、上記構成のインクジェットヘッド２の製造方法について説明する。図４は、インクジェットヘッド２の製造工程を示す断面図である。
　まず、ヘッド基板２１を用意する。ヘッド基板２１としては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に多く利用されている結晶シリコン（Ｓｉ）を用いることができ、ここでは、２枚のＳｉ基板４１・４２が、酸化膜４３を介して接合されたＳＯＩ構造のものを用いている。
　上記ヘッド基板２１を加熱炉に入れ、１５００℃程度に所定時間保持して、一方のＳｉ基板４２（振動板２１ｄに相当する）の表面に、ＳｉＯ2からなる熱酸化膜４４を形成し、他方のＳｉ基板４１の表面に、熱酸化膜４５を形成する。
　次に、熱酸化膜４４上に、ＴｉおよびＰｔの各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極３１を形成する。なお、ここでは、下部電極３１のパターニングを行っていないが、下部電極３１を所望の形状にパターニングしてもよい。続いて、ヘッド基板２１を６００℃程度に再加熱し、ＫＮＮの層３２ｂをスパッタ法で成膜する。
　次に、ＫＮＮの層３２ｂ上に、感光性樹脂５１をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂５１の不要な部分を除去し、形成する圧電体３２の形状を転写する。その後、感光性樹脂５１をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層３２ｂの形状を加工し、圧電体３２とする。
　次に、圧電体３２を覆うように、下部電極３１上にＴｉおよびＰｔの各層をスパッタ法で順に成膜し、層３３ａを形成する。続いて、層３３ａ上に感光性樹脂５２をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂５２の不要な部分を除去し、形成する上部電極３３の形状を転写する。その後、感光性樹脂５２をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて層３３ａの形状を加工し、上部電極３３を形成する。
　次に、ヘッド基板２１の裏面（熱酸化膜４５側）に感光性樹脂５３をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって、感光性樹脂５３の不要な部分を除去し、形成しようとする圧力室２１ａ、個別インク流路２１ｂ、共通インク流路２１ｃ（図２参照）の形状を転写する。そして、反応性イオンエッチング法により、感光性樹脂５３をマスクとしてヘッド基板２１の除去加工を行って、圧力室２１ａ、個別インク流路２１ｂ、共通インク流路２１ｃを形成し、その後、熱酸化膜４５を除去する。これにより、圧電アクチュエータ２ａが得られる。なお、ヘッド基板２１において圧力室２１ａに相当する部分を除去することにより、圧力室２１ａの上壁となる振動板２１ｄが形成される。
　最後に、ヘッド基板２１の圧力室２１ａと、中間基板２２の連通孔２２ａと、ノズル基板２３のノズル２３ａとが連通するように、ヘッド基板２１と中間基板２２とを例えば陽極接合によって接合し、中間基板２２とノズル基板２３とを例えば陽極接合によって接合することで、インクジェットヘッド２が完成する。なお、ヘッド基板２１、中間基板２２、ノズル基板２３の接合は、接着剤によって行ってもよい。
　〔圧電体の詳細について〕
　次に、上述した圧電体３２の詳細について説明する。本実施形態では、圧電体３２の配向性を以下のように設定している。ＫＮＮを含む圧電体３２に対してＸ線を照射して、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X-ray diffraction）の２θ／θ測定を行ったときに得られる、ペロブスカイト相の（１００）配向のピーク強度をＩ(100)とし、ペロブスカイト相の（１１０）配向のピーク強度をＩ(110)とし、ペロブスカイト相の（１１１）配向のピーク強度をＩ(111)とする。そして、Ｉ(100)、Ｉ(110)、Ｉ(111)の総和をＩｏとする。すなわち、Ｉｏ＝Ｉ(100)＋Ｉ(110)＋Ｉ(111)である。このとき、Ｉｏに対するＩ(100)の割合が、５０％以上１００％未満であり、かつ、Ｉｏに対するＩ(110)の割合が、０．１％以上５０％以下である。ここで、上記のＩ(100)、Ｉ(110)、Ｉ(111)は、Ｉ(100)が１秒間あたりのＸ線の計数率（ｃｐｓ；count per second）で１００００以上となるように測定したときの値とする。
　なお、以下では、Ｉｏに対するＩ(100)の割合のことを、（１００）配向度とも称し、Ｉｏに対するＩ(110)の割合のことを、（１１０）配向度とも称する。また、配向度が５０％以上となるような配向を、主配向とも言う。
　ＫＮＮを含む圧電体３２は、（１００）配向度が５０％以上であり、（１００）主配向であるため、良好な圧電変位を得ることができる。しかも、ＫＮＮは、（１１０）配向度が０．１％以上５０％以下であり、上記のように（１００）主配向でありながらも（１１０）配向を有しているため、圧電体３２が亀裂の生じやすい長方形状であっても、その亀裂の発生を抑えることができる。これは、ＫＮＮの（１００）配向に起因する内部応力が、（１１０）配向に起因する内部応力で拡散され、（１００）配向の内部応力による亀裂の発生が抑えられるためと推測している。なお、Ｉｏに対するＩ(110)の割合が５０％を上回り、ＫＮＮが（１１０）主配向になると、（１１０）配向に起因する内部応力が増大しすぎて、該内部応力による亀裂が生じやすくなり、また、（１００）配向の割合が低下するため、圧電変位が低下すると考えられる。
　また、Ｉｏに対するＩ(110)の割合、すなわち、ＫＮＮの（１１０）配向度は、０．１％以上２０％以下であることが望ましい。この場合、ＫＮＮの（１００）配向度は８０％以上となり、圧電体３２の分極軸方向に配向性が高まるため、さらに良好な圧電変位を実現することができる。また、（１００）配向に起因する内部応力を、（１１０）配向に起因する必要最小限の内部応力で拡散させることができ、（１１０）配向に起因する内部応力をできるだけ抑えることができる。これにより、（１１０）配向の内部応力によって圧電体に亀裂が生じるのを抑えることができる。
　特に、圧電体３２が厚み０．５μｍ以上１０μｍ以下の圧電薄膜で構成される場合には、圧電体３２の駆動時に、応力集中によって長方形状の圧電体３２（特に長手方向の中央部）に亀裂が生じやすいのは上述の通りである。このため、亀裂の発生を抑えるべく、圧電体３２の配向性を上述のように設定する構成は、圧電体３２が上記厚みの圧電薄膜である場合に非常に有効となる。
　圧電体３２に含まれるＫＮＮにおいて、ＫとＮａとの原子数濃度の総和に対するＮａの原子数濃度の比率をｘとしたとき、
　　　　０．４５≦ｘ≦０．８５
であることが望ましい。ｘが上記範囲内であると、ＫとＮａとが適切な原子数濃度の比率で圧電体３２（ＫＮＮ）に含まれるため、良好な圧電変位を実現することができる。特に、０．５５≦ｘ≦０．７５であれば、ＫとＮａとの含有量のバランスがさらに良好となるため、さらに良好な圧電変位の実現が期待できる。
　〔実施例〕
　以下、本実施形態のインクジェットヘッド２に用いられる圧電体３２の具体例について、実施例として説明する。また、実施例との比較のため、比較例についても併せて説明する。
　（実施例１）
　まず、直径４インチ、厚さ４００μｍ程度の単結晶Ｓｉウェハからなる基板に、熱酸化膜を１００ｎｍ程度形成した。ウェハの厚みは３００μｍ～７２５μｍ、直径は３インチ～８インチなど、標準的な値でよい。熱酸化膜は、ウェット酸化用熱炉を用いてＳｉ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。
　続いて、熱酸化膜付きの上記基板上に、スパッタ法により、密着層としてＴｉを厚さ２０ｎｍ、さらにＰｔを厚さ１００ｎｍとなるように成膜し、下部電極を形成した。なお、Ｐｔ層は、４００℃でＳｉ基板を加熱した状態で成膜した。Ｐｔ層の成膜後、ＸＲＤによりＰｔの結晶性を測定すると、Ｐｔは（１１１）配向であることが確認された。
　次に、高周波マグネトロンスパッタリング法により、厚み約３μｍのＫＮＮ薄膜を圧電体として下部電極上に成膜した。このときのＫＮＮのスパッタ条件は、Ｏ2／Ａｒ混合比：０．００５、チャンバ内圧力：１．３Ｐａ、ターゲットに印加するＲＦパワー：約７００Ｗ、基板温度：約５００℃であった。なお、スパッタのターゲットには、Ｋ／Ｎａ／Ｎｂ比が、比率で３５／６５／１００となっているものを用いた。その後、ＫＮＮ薄膜を、厚み方向に垂直な断面内で長手方向の長さａと短手方向の長さｂとの比ａ／ｂが１０．０（ａ＝１２００μｍ、ｂ＝１２０μｍ）となるように、長方形状にパターニングした。
　成膜されたＫＮＮ薄膜に対して、ＸＲＤの２θ／θ測定を行ったところ、図５に示すような測定結果が得られた。同図のグラフより、ＫＮＮの（１００）配向度は９９．９％であり、（１１０）配向度は０．１％であることがわかった。なお、ＸＲＤのピーク強度の測定においては、管電圧４０ｋＶ、管電流２６ｍＡでＸ線（ＣｕＫα線）を発生する光源を用いて測定した。
　また、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）により、ＫＮＮ薄膜の組成を分析した結果、Ｋ／Ｎａ／Ｎｂ比は、３５／６５／１００となっており、ターゲットと同様の組成の膜が得られていることがわかった。
　その後、ＫＮＮ薄膜上に、スパッタ法により、Ｔｉを厚さ２ｎｍで成膜し、さらに、Ｐｔを厚さ１００ｎｍとなるように成膜して上部電極を形成し、圧電素子付きの基板６０（図６参照）を完成させた。そして、ウェハから基板６０を短冊状に切り出し、図６に示す圧電変位測定計を用いたカンチレバー法により圧電変位を求めた。
　より詳しくは、上記の圧電変位測定計において、カンチレバーの可動長さが１０ｍｍになるように、基板６０の端部を固定部６１でクランプして片持ち梁構造とし、関数発生器６２により、上部電極に最大０Ｖ、下部電極に最小－２０Ｖの電圧を５００Ｈｚの周波数にて印加し、基板６０の端部の変位をレーザードップラー振動計６３によって観察した。そして、上述の製法によって基板６０を１０個作製し、各々の基板６０について、端部の変位を測定し、その平均値を圧電変位の値（評価対象）とした。
　求めた圧電変位の良否は、以下の評価基準に基づいて評価した。
　《評価基準》
　　　◎　・・・圧電変位が７００ｎｍ以上であり、最も良好である。
　　　○　・・・圧電変位が６００ｎｍ以上７００ｎｍ未満であり、かなり良好である。
　　　○’・・・圧電変位が５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満であり、良好である。
　　　△　・・・圧電変位が４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満であり、不良である。
　また、上記と同様の方法で作製した１０個のＫＮＮ薄膜をそれぞれインクジェットヘッドに搭載し、駆動電圧２０Ｖ（上部電極と下部電極との電位差が２０Ｖ）、駆動周波数５０ｋＨｚの条件で、１×１０11回駆動した後に、亀裂が発生しているＫＮＮ薄膜の個数を、光学顕微鏡を用いて数え、以下の基準に基づいて亀裂について評価した。
　《評価基準》
　　　◎・・・亀裂が発生しているＫＮＮ薄膜の数が、１０個中で０個であり、亀裂の抑制効果が最も大きい。
　　　○・・・亀裂が発生しているＫＮＮ薄膜の数が、１０個中で１～２個であり、亀裂の抑制効果が大きい。
　　　△・・・亀裂が発生しているＫＮＮ薄膜の数が、１０個中で３～４個であり、亀裂の抑制効果がほとんどない。
　　　×・・・亀裂が発生しているＫＮＮ薄膜の数が、１０個中で５個以上であり、亀裂の抑制効果が全くない。
　（実施例２～９、比較例１～６）
　ＫＮＮ薄膜において、比ａ／ｂ、（１００）ピーク強度（配向度）、（１１０）ピーク強度（配向度）、膜厚、Ｎａの比率ｘが、表１に示す値となるように、成膜条件を変更してＫＮＮ薄膜を成膜した以外は、実施例１と同様にして、実施例２～９および比較例１～６の素子を作製し、実施例１と同様の評価方法で、圧電変位および亀裂について評価した。
　表１は、実施例１～９、比較例１～６における各パラメータと、圧電変位および亀裂の評価結果とを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１より、比較例１～３では、亀裂を抑制する効果が得られていない。これは、比較例１～３では、比ａ／ｂが１０．０よりも大きく、（１１０）配向を（１００）配向に混ぜることによって亀裂を抑制することができないほど、ＫＮＮ薄膜が元々亀裂の入りやすい形状（細長い形状）であったためと考えられる。
　また、比較例４でも、亀裂を抑制する効果が得られていない。これは、比較例４では、ＫＮＮの（１１０）配向度が０．１％未満であり、（１００）配向に起因する内部応力を、（１１０）配向に起因する内部応力で十分に拡散しきれなかった結果、（１００）配向に起因する内部応力によってＫＮＮ薄膜に亀裂が生じたものと考えられる。
　また、比較例５でも、亀裂を抑制する効果が得られていない。これは、比較例５では、ＫＮＮの（１１０）配向度が５０％を上回っていることから、（１１０）配向に起因する内部応力が増大しすぎて、上記内部応力による亀裂が生じているためと考えられる。さらに、比較例５では、圧電変位も小さいが、これは、ＫＮＮの（１００）配向度が５０％を下回っていることで、（１００）配向による圧電変位の向上の効果が得られていないためと考えられる。
　比較例６では、ＫＮＮは、（１００）配向度が１００％であり、（１１０）配向を有していないため、（１００）配向に起因する内部応力を、（１１０）配向に起因する内部応力で拡散することができず、その結果、亀裂が生じているものと考えられる。
　これに対して、実施例１～９では、ＫＮＮ薄膜における長さの比ａ／ｂが２．０以上１０．０以下であり、ＫＮＮの（１００）配向度が５０％以上１００％未満であり、（１１０）配向度が０．１％以上５０％以下である。このように、長方形状のＫＮＮ薄膜において、（１００）配向度と（１１０）配向度とを適切に設定しているため、ＫＮＮ薄膜が亀裂の生じやすい長方形状であっても、駆動時に（１００）配向に起因する内部応力を（１１０）配向に起因する内部応力で拡散して、亀裂の発生を抑えることができ、また、（１００）主配向によって良好な圧電変位が得られているものと考えられる。
　特に、実施例１～３の結果より、ＫＮＮの（１１０）配向度が０．１％以上２０％以下であれば、（１００）配向度が８０％以上となるため、（１００）配向による良好な圧電変位を得ることができると言える。この点は、実施例４～６、実施例７～９の結果からも同様に言える。
　なお、比ａ／ｂ以外は比較例４と同様の条件とし、比ａ／ｂが１．９であるＫＮＮ薄膜を成膜して上記と同様の駆動を行ったところ、亀裂の発生は見られなかった。これは、比ａ／ｂが２．０未満であり、ＫＮＮ薄膜がそもそも亀裂の生じにくい形状となるため、（１１０）配向が０．１％未満でも、亀裂を抑えることができているものと考えられる。
　（実施例１０～１２）
　次に、ＫＮＮ薄膜を、膜厚が表２に示す値となるように成膜した以外は、実施例１と同様にして、実施例１０～１２の素子を作製し、実施例１と同様の評価方法で、圧電変位および亀裂について評価した。
　表２は、実施例１０～１２における各パラメータと、圧電変位および亀裂の評価結果とを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２より、ＫＮＮ薄膜の膜厚が１０．１μｍである実施例１０についても、膜厚が０．５～１０．０μｍである実施例１１～１２についても、（１１０）配向を有しているため、亀裂が抑制されていることがわかる。これらの実施例１０～１２では、亀裂の評価は全て同じになっているが、ＫＮＮ薄膜の膜厚が薄いほど、駆動時に亀裂が生じやすくなると考えられる。例えば比較例６では、（１１０）配向を有さず、膜厚が３．０μｍと薄く形成されているため亀裂が生じていることがわかる。このことから、実施例１１および実施例１２のように膜厚が薄い構成の場合、（１００）配向に（１１０）配向を混ぜることによって亀裂を抑える構成が非常に有効であると言える。
　（実施例１３～１６）
　次に、ＫＮＮ薄膜を、Ｎａの比率ｘが表３に示す値となるように、成膜条件を変更して成膜した以外は、実施例４と同様にして、実施例１３～１６の圧電素子付きの基板を作製した。そして、実施例１３～１６の上記基板を１０個ずつ作製し、実施例１と同様の評価方法で、圧電変位および亀裂について評価した。
　表３は、実施例１３～１６における各パラメータと、圧電変位および亀裂の評価結果とを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３より、Ｎａの比率ｘが０．４５～０．８５である実施例１４および１５では、圧電変位が良好であるのに対して、Ｎａの比率ｘが上記範囲を外れた実施例１３および１６では、圧電変位の評価が実施例１４および１５よりも１ランク下がっている。このことから、０．４５≦ｘ≦０．８５であれば、良好な圧電変位を得ることができると言える。特に、実施例１４のｘ＝０．４５と実施例４のｘ＝０．６５との間（ｘ＝０．５５）と、実施例４のｘ＝０．６５と実施例１５のｘ＝０．８５との間（ｘ＝０．７５）に、圧電変位の評価結果の◎と○の境界があると考えられることから、０．５５≦ｘ≦０．７５であれば、さらに良好な圧電変位を得ることが期待できると言える。
　なお、上述した各実施例では、ＫＮＮに添加物を添加していない例について説明したが、Ｔｉ、Ｔａ、Ｂａ、Ｃａ、Ｌｉなどの添加物をＫＮＮに添加しても、添加物の原子数濃度が５％以下であれば、上述した各実施例と同様の効果が得られることがわかった。
　〔その他〕
　以上で説明した本実施形態のインクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタは、以下のように表現することもでき、これによって以下の作用効果を奏する。
　本実施形態のインクジェットヘッドは、圧電体と、ノズルから吐出するインクを貯留する圧力室と、前記圧力室を構成する壁の一部であり、前記圧電体の変位により発生した圧力を前記インクに対して付与する振動板とを備えたインクジェットヘッドであって、前記圧電体が変位する駆動領域において、前記圧電体の厚さ方向に垂直な面内での長手方向の長さａと短手方向の長さｂとの比ａ／ｂが、２．０以上１０．０以下であり、前記圧電体は、ニオブ酸カリウムナトリウムを含み、前記圧電体において、Ｘ線回折によって得られるペロブスカイト相の（１００）配向、（１１０）配向、（１１１）配向の各ピーク強度の総和に対する、（１００）配向のピーク強度の割合が、５０％以上１００％未満であり、かつ、前記総和に対する（１１０）配向のピーク強度の割合が、０．１％以上５０％以下である。
　圧電体は、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）を含んで構成されている。圧電体が変位する駆動領域の長さの比ａ／ｂが、２．０以上１０．０以下であることにより、圧電体（駆動領域）は、平面視で（厚さ方向に垂直な面内で）長方形状に形成される。上記圧電体は、Ｘ線回折による（１００）配向のピーク強度の割合が５０％以上であり、（１００）主配向であるため、良好な圧電変位を得ることができる。しかも、上記圧電体は、（１１０）配向のピーク強度の割合が、０．１％以上５０％以下であり、（１１０）配向を含むため、（１００）配向に起因する内部応力によって長方形状の圧電体に亀裂が生じるのを抑えることができる。その理由は、（１００）配向に起因する内部応力が、（１１０）配向に起因する内部応力で拡散されるためと推測している。
　上記インクジェットヘッドは、前記圧電体の一方の側および他方の側に、上部電極および下部電極をさらに備えており、前記駆動領域は、前記圧電体において前記上部電極と前記下部電極とで挟まれた領域であってもよい。この場合、上部電極と下部電極との間に電位差を付与することにより、圧電体を駆動領域において確実に変位（伸縮）させることができる。
　前記圧電体の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。圧電体が厚み０．５μｍ以上１０μｍ以下の薄膜（圧電薄膜）になると、圧電体の駆動時に、応力集中によって長方形状の圧電体に亀裂がより生じやすくなる。このため、圧電体に亀裂が生じるのを抑えるべく、圧電体の配向性を上述のように設定する構成が非常に有効となる。
　前記ニオブ酸カリウムナトリウムにおいて、カリウムとナトリウムとの原子数濃度の総和に対するナトリウムの原子数濃度の比率をｘとしたとき、
　　　　０．４５≦ｘ≦０．８５
であることが望ましい。ｘが上記範囲内であると、カリウムとナトリウムとが適切な原子数濃度の比率で圧電体に含まれるため、良好な圧電変位を実現することができる。特に、０．５５≦ｘ≦０．７５であれば、カリウムとナトリウムとの含有量のバランスがさらに良好となるため、さらに良好な圧電変位の実現が期待できる。
　前記圧電体において、前記総和に対する（１１０）配向のピーク強度の割合が、０．１％以上２０％以下であることが望ましい。この場合、圧電体の（１００）配向度を８０％以上と高めることができるため、さらに良好な圧電変位を実現することができる。
　本発明の他の側面に係るインクジェットプリンタは、上述したインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させる。上述したインクジェットヘッドの構成によれば、圧電体の亀裂の発生が抑えられるとともに、良好な圧電変位が得られるため、インクの吐出特性が良好で、信頼性の高いインクジェットプリンタを実現することができる。
　本発明のインクジェットヘッドは、インクジェットプリンタに利用可能である。
　　　１　　　インクジェットプリンタ
　　　２　　　インクジェットヘッド
　　２１ａ　　圧力室
　　２１ｄ　　振動板
　　３２　　　圧電体
　　３２ａ　　駆動領域

Claims (7)

  1. 　圧電体と、
    　ノズルから吐出するインクを貯留する圧力室と、
    　前記圧力室を構成する壁の一部であり、前記圧電体の変位により発生した圧力を前記インクに対して付与する振動板とを備えたインクジェットヘッドであって、
    　前記圧電体が変位する駆動領域において、前記圧電体の厚さ方向に垂直な面内での長手方向の長さａと短手方向の長さｂとの比ａ／ｂが、２．０以上１０．０以下であり、
    　前記圧電体は、ニオブ酸カリウムナトリウムを含み、
    　前記圧電体において、Ｘ線回折によって得られるペロブスカイト相の（１００）配向、（１１０）配向、（１１１）配向の各ピーク強度の総和に対する、（１００）配向のピーク強度の割合が、５０％以上１００％未満であり、かつ、前記総和に対する（１１０）配向のピーク強度の割合が、０．１％以上５０％以下であることを特徴とするインクジェットヘッド。
  2. 　前記圧電体の一方の側および他方の側に、上部電極および下部電極をさらに備えており、
    　前記駆動領域は、前記圧電体において前記上部電極と前記下部電極とで挟まれた領域であることを特徴とする請求項１に記載のインクジェットヘッド。
  3. 　前記圧電体の厚みは、０．５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェットヘッド。
  4. 　前記ニオブ酸カリウムナトリウムにおいて、カリウムとナトリウムとの原子数濃度の総和に対するナトリウムの原子数濃度の比率をｘとしたとき、
    　　　　０．４５≦ｘ≦０．８５
    であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  5. 　　　　０．５５≦ｘ≦０．７５
    であることを特徴とする請求項４に記載のインクジェットヘッド。
  6. 　前記圧電体において、前記総和に対する（１１０）配向のピーク強度の割合が、０．１％以上２０％以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のインクジェットヘッド。
  7. 　請求項１から６のいずれかに記載のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させることを特徴とするインクジェットプリンタ。
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