(57)【要約】【課題】振動板にクラックが発生し難い液体吐出ヘッドを提供する。【解決手段】液体を吐出するノズル孔が設けられたノズルプレートと、前記ノズル孔と連通する圧力発生室が設けられたシリコン基板と、前記シリコン基板に設けられた振動板と、前記振動板に設けられ、前記圧力発生室の容積を変化させる圧電素子と、を含み、前記振動板は、酸化ジルコニウム層を有し、前記酸化ジルコニウム層は、（−１１１）優先配向し、前記振動板のＸ線回折において、前記酸化ジルコニウム層の（００２）面に由来するピークの位置と、前記シリコン基板の（２２０）面に由来するピークの位置と、の差は、１３．２６°以上１３．３０°以下である、液体吐出ヘッド。【選択図】図７
2020157652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズル孔が設けられたノズルプレートと、
前記ノズル孔と連通する圧力発生室が設けられたシリコン基板と、
前記シリコン基板に設けられた振動板と、
前記振動板に設けられ、前記圧力発生室の容積を変化させる圧電素子と、
を含み、
前記振動板は、酸化ジルコニウム層を有し、
前記酸化ジルコニウム層は、（−１１１）優先配向し、
前記振動板のＸ線回折において、前記酸化ジルコニウム層の（００２）面に由来するピークの位置と、前記シリコン基板の（２２０）面に由来するピークの位置と、の差は、１３．２６°以上１３．３０°以下である、液体吐出ヘッド。
【請求項２】
液体を吐出するノズル孔が設けられたノズルプレートと、
前記ノズル孔と連通する圧力発生室が設けられたシリコン基板と、
前記シリコン基板に設けられた振動板と、
前記振動板に設けられ、前記圧力発生室の容積を変化させる圧電素子と、
を含み、
前記振動板は、酸化ジルコニウム層を有し、
前記酸化ジルコニウム層は、（−１１１）優先配向し、
前記振動板のＸ線回折において、前記酸化ジルコニウム層の（−２１１）面に由来するピークの位置と、前記シリコン基板の（２２０）面に由来するピークの位置と、の差は、６．４７°以上６．５４°以下である、液体吐出ヘッド。
【請求項３】
液体を吐出するノズル孔が設けられたノズルプレートと、
前記ノズル孔と連通する圧力発生室が設けられたシリコン基板と、
前記シリコン基板に設けられた振動板と、
前記振動板に設けられ、前記圧力発生室の容積を変化させる圧電素子と、
を含み、
前記振動板は、酸化ジルコニウム層を有し、
前記酸化ジルコニウム層は、（−１１１）優先配向し、
前記振動板のＸ線回折において、前記酸化ジルコニウム層の（−１１１）面に由来するピークの半値幅は、０．３２０°以上０．４７９°以下である、液体吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記振動板は、前記酸化ジルコニウム層を１層だけ有する、液体吐出ヘッド。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記酸化ジルコニウム層の厚さは、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である、液体吐出ヘッド。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記圧電素子は、鉛、ジルコニウム、およびチタンを含むペロブスカイト型構造の複合酸化物を含む圧電体層を有する、液体吐出ヘッド。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドに対して被記録媒体を相対移動させる搬送機構と、
前記液体吐出ヘッドおよび前記搬送機構を制御する制御部と、
を含む、プリンター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出ヘッドおよびプリンターに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体吐出ヘッドの代表例としては、例えば、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、ノズル孔からインク滴として吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。インクジェット式記録ヘッドに用いられる圧電素子としては、例えば特許文献１のように、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、２つの電極で挟んで構成されたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１４２１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
液体吐出ヘッドに用いられる振動板は、圧電素子に電圧を印加していない状態でも、振動板に生じる応力によって、圧力発生室側に凹むように反る場合がある。これにより、振動板にクラックが発生する場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る液体吐出ヘッドの一態様は、
液体を吐出するノズル孔が設けられたノズルプレートと、
前記ノズル孔と連通する圧力発生室が設けられたシリコン基板と、
前記シリコン基板に設けられた振動板と、
前記振動板に設けられ、前記圧力発生室の容積を変化させる圧電素子と、
を含み、
前記振動板は、酸化ジルコニウム層を有し、
前記酸化ジルコニウム層は、（−１１１）優先配向し、
前記振動板のＸ線回折において、前記酸化ジルコニウム層の（００２）面に由来するピークの位置と、前記シリコン基板の（２２０）面に由来するピークの位置と、の差は、１３．２６°以上１３．３０°以下である。
【０００６】
本発明に係る液体吐出ヘッドの一態様は、
液体を吐出するノズル孔が設けられたノズルプレートと、
前記ノズル孔と連通する圧力発生室が設けられたシリコン基板と、
前記シリコン基板に設けられた振動板と、
前記振動板に設けられ、前記圧力発生室の容積を変化させる圧電素子と、
を含み、
前記振動板は、酸化ジルコニウム層を有し、
前記酸化ジルコニウム層は、（−１１１）優先配向し、
前記振動板のＸ線回折において、前記酸化ジルコニウム層の（−２１１）面に由来するピークの位置と、前記シリコン基板の（２２０）面に由来するピークの位置と、の差は、６．４７°以上６．５４°以下である。
【０００７】
本発明に係る液体吐出ヘッドの一態様は、
液体を吐出するノズル孔が設けられたノズルプレートと、
前記ノズル孔と連通する圧力発生室が設けられたシリコン基板と、
前記シリコン基板に設けられた振動板と、
前記振動板に設けられ、前記圧力発生室の容積を変化させる圧電素子と、
を含み、
前記振動板は、酸化ジルコニウム層を有し、
前記酸化ジルコニウム層は、（−１１１）優先配向し、
前記振動板のＸ線回折において、前記酸化ジルコニウム層の（−１１１）面に由来するピークの半値幅は、０．３２０°以上０．４７９°以下である。
【０００８】
前記液体吐出ヘッドの一態様において、
前記振動板は、前記酸化ジルコニウム層を１層だけ有してもよい。
【０００９】
前記液体吐出ヘッドの一態様において、
前記酸化ジルコニウム層の厚さは、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であってもよい。
【００１０】
前記液体吐出ヘッドの一態様において、
前記圧電素子は、鉛、ジルコニウム、およびチタンを含むペロブスカイト型構造の複合酸化物を含む圧電体層を有してもよい。
【００１１】
本発明に係るプリンターの一態様は、
前記液体吐出ヘッドの一態様と、
前記液体吐出ヘッドに対して被記録媒体を相対移動させる搬送機構と、
前記液体吐出ヘッドおよび前記搬送機構を制御する制御部と、
を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る液体吐出ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図２】本実施形態に係る液体吐出ヘッドを模式的に示す平面図。
【図３】本実施形態に係る液体吐出ヘッドを模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係るプリンターを模式的に示す斜視図。
【図５】実施例１のＸＲＤ測定結果。
【図６】実施例３のＸＲＤ測定結果。
【図７】実施例１〜３および比較例１，２において、Ｘ線回折強度曲線のピークの位置の差、ＺｒＯ２層の（−１１１）面に由来するピークの半値幅、振動板のクラックの有無、および振動板の変位量を示す表。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００１４】
１．  液体吐出ヘッド
１．１．  構成
まず、本実施形態に係る液体吐出ヘッドについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド２００を模式的に示す分解斜視図である。図２は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド２００を模式的に示す平面図である。図３は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド２００を模式的に示す図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。なお、図１〜図３では、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
【００１５】
液体吐出ヘッド２００は、図１〜図３に示すように、例えば、圧電素子１００と、シリコン基板２１０と、ノズルプレート２２０と、振動板２３０と、保護基板２４０と、回路基板２５０と、コンプライアンス基板２６０と、を含む。なお、便宜上、図２では、回路基板２５０の図示を省略している。
【００１６】
シリコン基板２１０には、圧力発生室２１１が設けられている。圧力発生室２１１は、複数の隔壁２１２によって区画されている。圧力発生室２１１は、圧電素子１００により容積が変化する。
【００１７】
シリコン基板２１０の、圧力発生室２１１の＋Ｘ軸方向の端には、第１連通路２１３および第２連通路２１４が設けられている。第１連通路２１３は、圧力発生室２１１の＋Ｘ軸方向の端をＹ軸方向から絞ることで、その開口面積が小さくなるように構成されている。第２連通路２１４のＹ軸方向の幅は、例えば、圧力発生室２１１のＹ軸方向の幅と同じである。第２連通路２１４の＋Ｘ軸方向には、複数の第２連通路２１４と連通する第３連通路２１５が設けられている。第３連通路２１５は、マニホールド２１６の一部を構成する。マニホールド２１６は、各圧力発生室２１１の共通の液室となる。このように、シリコン基板２１０には、第１連通路２１３、第２連通路２１４、および第３連通路２１５からなる供給流路２１７と、圧力発生室２１１とが設けられている。供給流路２１７は、圧力発生室２１１に連通し、圧力発生室２１１に液体を供給する。
【００１８】
ノズルプレート２２０は、シリコン基板２１０の一方側の面に設けられている。ノズルプレート２２０の材質は、例えば、ＳＵＳ（Steel Use Stainless）である。ノズルプレート２２０は、例えば接着剤や熱溶着フィルムなどによって、シリコン基板２１０に接合されている。ノズルプレート２２０には、Ｙ軸に沿って複数のノズル孔２２２が設けられている。ノズル孔２２２は、圧力発生室２１１に連通し、液体を吐出する。
【００１９】
振動板２３０は、シリコン基板２１０の他方側の面に設けられている。振動板２３０は、例えば、シリコン基板２１０上に設けられた酸化シリコン層２３２と、酸化シリコン層２３２上に設けられた酸化ジルコニウム層２３４と、を有している。振動板２３０は、酸化ジルコニウム層２３４を１層だけ有している。酸化ジルコニウム層２３４の厚さＴは、例えば、３５０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である。
【００２０】
圧電素子１００は、例えば、振動板２３０上に設けられている。圧電素子１００は、複数設けられている。圧電素子１００の数は、特に限定されない。圧電素子１００は、圧力発生室２１１の容積を変化させる。
【００２１】
液体吐出ヘッド２００では、電気機械変換特性を有する圧電体層２０の変形によって、振動板２３０および第１電極１０が変位する。圧電素子１００の詳細な構成については、後述する。
【００２２】
保護基板２４０は、接着剤２０３によってシリコン基板２１０に接合されている。保護基板２４０には、貫通孔２４２が設けられている。図示の例では、貫通孔２４２は、保護基板２４０をＺ軸方向に貫通しており、第３連通路２１５と連通している。貫通孔２４２および第３連通路２１５は、各圧力発生室２１１の共通の液室となるマニホールド２１６を構成している。さらに、保護基板２４０には、保護基板２４０をＺ軸方向に貫通する貫通孔２４４が設けられている。貫通孔２４４には、リード電極２０２の端が位置している。
【００２３】
保護基板２４０には、開口部２４６が設けられている。開口部２４６は、圧電素子１０
０の駆動を阻害しないための空間である。開口部２４６は、密封されていてもよいし、密封されていなくてもよい。
【００２４】
回路基板２５０は、保護基板２４０上に設けられている。回路基板２５０には、圧電素子１００を駆動させるための半導体集積回路（Integrated Circuit：ＩＣ）を含む。回路基板２５０とリード電極２０２は、接続配線２０４を介して電気的に接続されている。
【００２５】
コンプライアンス基板２６０は、保護基板２４０上に設けられている。コンプライアンス基板２６０は、保護基板２４０上に設けられた封止層２６２と、封止層２６２上に設けられた固定板２６４と、を有している。封止層２６２は、マニホールド２１６を封止するための層である。封止層２６２は、例えば、可撓性を有する。固定板２６４には、貫通孔２６６が設けられている。貫通孔２６６は、固定板２６４をＺ軸方向に貫通している。貫通孔２６６は、Ｚ軸方向からみて、マニホールド２１６と重なる位置に設けられている。
【００２６】
１．２．  圧電素子
圧電素子１００は、図２および図３に示すように、第１電極１０と、圧電体層２０と、第２電極３０と、を有している。
【００２７】
第１電極１０の形状は、例えば、層状である。第１電極１０の厚さは、例えば、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。第１電極１０は、例えば、白金層、イリジウム層、ルテニウム層などの金属層、それらの導電性酸化物層、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３：ＬＮＯ）層、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３：ＳＲＯ）層などである。第１電極１０は、上記に例示した層を複数積層した構造を有していてもよい。第１電極１０は、チタンを含んでいてもよい。
【００２８】
第１電極１０は、圧力発生室２１１ごとに独立する個別電極として構成されている。第１電極１０のＹ軸方向の幅は、例えば、圧力発生室２１１のＹ軸方向の幅よりも狭い。第１電極１０のＸ軸方向の長さは、例えば、圧力発生室２１１のＸ軸方向の長さよりも長い。Ｘ軸方向において、第１電極１０の両端は、圧力発生室２１１の両端を挟んで位置する。第１電極１０の−Ｘ軸方向の端には、リード電極２０２が接続されている。
【００２９】
第１電極１０は、圧電体層２０に電圧を印加するための一方の電極である。第１電極１０は、圧電体層２０の下に設けられた下部電極である。
【００３０】
圧電体層２０は、第１電極１０上に設けられている。圧電体層２０は、第１電極１０と第２電極３０との間に設けられている。圧電体層２０の厚さは、例えば、５００ｎｍ以上５μｍ以下である。圧電体層２０は、第１電極１０と第２電極３０との間に電圧が印加されることにより、変形することができる。
【００３１】
圧電体層２０は、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびチタン（Ｔｉ）を含むペロブスカイト型構造の複合酸化物を含む。圧電体層２０は、ＰＺＴからなるＰＺＴ層である。圧電体層２０は、鉛、ジルコニウム、チタン、および酸素（Ｏ）以外の添加物を含んでもよい。すなわち、圧電体層２０は、添加物が添加されたＰＺＴ層であってもよい。
【００３２】
圧電体層２０のＹ軸方向の幅は、例えば、第１電極１０のＹ軸方向の幅よりも広い。圧電体層２０のＸ軸方向の長さは、例えば、圧力発生室２１１のＸ軸方向の長さよりも長い。第１電極１０の＋Ｘ軸方向の端は、例えば、圧電体層２０の＋Ｘ軸方向の端と圧力発生室２１１の＋Ｘ軸方向の端との間に位置する。第１電極１０の＋Ｘ軸方向の端は、圧電体層２０によって覆われている。一方、圧電体層２０の−Ｘ軸方向の端は、例えば、第１電極１０の−Ｘ軸方向側の端と圧力発生室２１１の＋Ｘ軸方向の端との間に位置する。第１
電極１０の−Ｘ軸方向側の端は、圧電体層２０によって覆われていない。
【００３３】
第２電極３０は、圧電体層２０上に設けられている。第２電極３０の形状は、例えば、層状である。第２電極３０の厚さは、例えば、１５ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第２電極３０は、例えば、イリジウム層、白金層、ルテニウム層などの金属層、それらの導電性酸化物層、ニッケル酸ランタン層、ルテニウム酸ストロンチウム層などである。第２電極３０は、上記に例示した層を複数積層した構造を有していてもよい。
【００３４】
第２電極３０は、例えば、圧電体層２０および振動板２３０上に連続して設けられている。第２電極３０は、複数の圧電素子１００に共通する共通の電極として構成されている。
【００３５】
第２電極３０は、圧電体層２０に電圧を印加するための他方の電極である。第２電極３０は、圧電体層２０上に設けられた上部電極である。
【００３６】
１．３．  ＸＲＤ評価
振動板２３０のＸ線回折（X‐ray diffraction：ＸＲＤ）において、酸化ジルコニウム層２３４の（００２）面に由来するピークの位置と、シリコン基板２１０の（２２０）面に由来するピークの位置と、の差Δ１は、１３．２６°以上１３．３０°以下である。具体的には、差Δ１は、シリコン基板２１０の（２２０）面に由来するピークの位置から、酸化ジルコニウム層２３４の（００２）面に由来するピークの位置を引いた値である。
【００３７】
振動板２３０のＸＲＤにおいて、酸化ジルコニウム層２３４の（−２１１）面に由来するピークの位置と、シリコン基板２１０の（２２０）面に由来するピークの位置と、の差Δ２は、６．４７°以上６．５４°以下である。具体的には、差Δ２は、シリコン基板２１０の（２２０）面に由来するピークの位置から、酸化ジルコニウム層２３４の（−２１１）面に由来するピークの位置を引いた値である。
【００３８】
振動板２３０のＸＲＤおいて、酸化ジルコニウム層２３４の（−１１１）面に由来するピークの半値幅ＦＷＨＭ（full width at half maximum）は、０．３２０°以上０．４７９°以下である。
【００３９】
酸化ジルコニウム層２３４の（００２）面にピークの位置、酸化ジルコニウム層２３４の（−２１１）面に由来するピークの位置、および酸化ジルコニウム層２３４の（−１１１）面に由来するピークの半値幅ＦＷＨＭは、酸化ジルコニウム層２３４に生じる応力の大きさに依存する。酸化ジルコニウム層２３４に生じる応力の大きさは、酸化ジルコニウム層２３４を形成した後の熱処理温度に依存する。
【００４０】
酸化ジルコニウム層２３４は、（−１１１）優先配向している。ここで、「（−１１１）優先配向」とは、ＸＲＤ測定により得られるＸ線回折強度曲線において、酸化ジルコニウム層２３４に由来する全てのピークのうち（−１１１）面に由来するピークの強度が最も大きい状態をいう。
【００４１】
ＸＲＤ測定は、例えば、図２に示すように、振動板２３０が露出した領域２３０ａに対して行われる。
【００４２】
１．４．  特徴
液体吐出ヘッド２００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４３】
液体吐出ヘッド２００では、酸化ジルコニウム層２３４は、（−１１１）優先配向し、
振動板２３０のＸＲＤにおいて、酸化ジルコニウム層２３４の（００２）面に由来するピークの位置と、シリコン基板２１０の（２２０）面に由来するピークの位置と、の差Δ１は、１３．２６°以上１３．３０°以下である。そのため、液体吐出ヘッド２００では、後述する「４．  実施例および比較例」に示すように、差Δ１が１３．２６°より小さい場合に比べて、振動板２３０にクラックが発生し難い。
【００４４】
液体吐出ヘッド２００では、酸化ジルコニウム層２３４は、（−１１１）優先配向し、振動板２３０のＸＲＤにおいて、酸化ジルコニウム層２３４の（−２１１）面に由来するピークの位置と、シリコン基板２１０の（２２０）面に由来するピークの位置と、の差Δ２は、６．４７°以上６．５４°以下である。そのため、液体吐出ヘッド２００では、後述する「４．  実施例および比較例」に示すように、差Δ２が６．４７°より小さい場合に比べて、振動板２３０にクラックが発生し難い。
【００４５】
液体吐出ヘッド２００では、酸化ジルコニウム層２３４は、（−１１１）優先配向し、酸化ジルコニウム２３４層の（−１１１）面に由来するピークの半値幅ＦＷＨＭは、０．３２０°以上０．４７９°以下である。そのため、液体吐出ヘッド２００では、後述する「４．  実施例および比較例」に示すように、半値幅ＦＷＨＭが０．３２０°より小さい場合に比べて、振動板２３０にクラックが発生し難い。
【００４６】
２．  液体吐出ヘッドの製造方法
次に、本実施形態に係る液体吐出ヘッド２００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４７】
図３に示すように、シリコン基板２１０上に振動板２３０を形成する。具体的には、シリコン基板２１０を熱酸化させて酸化シリコン層２３２を形成する。次に、酸化シリコン層２３２上に、ジルコニウム層を形成する。ジルコニウム層は、例えば、スパッタ法により形成される。次に、ジルコニウム層を熱酸化させて酸化ジルコニウム層２３４を形成する。ジルコニウム層の熱酸化の温度は、例えば、８５０℃以上９５０℃以下である。次に、酸化ジルコニウム層２３４を８５０℃以下で熱処理する。なお、該熱処理は、行われなくてもよい。以上の工程により、振動板２３０を形成することができる。
【００４８】
次に、振動板２３０上に第１電極１０を形成する。第１電極１０は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などによって形成される。次に、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって、第１電極１０をパターニングする。
【００４９】
次に、第１電極１０上に圧電体層２０を形成する。圧電体層２０は、例えば、ゾルゲル法やＭＯＤ（Metal Organic Deposition）などの化学溶液堆積（Chemical Solution Deposition：ＣＳＤ）法によって形成される。以下、圧電体層２０の形成方法について説明する。
【００５０】
まず、鉛を含む金属錯体、ジルコニウムを含む金属錯体、およびチタンを含む金属錯体を、有機溶媒に溶解または分散させて前駆体溶液を調整する。
【００５１】
鉛を含む金属錯体としては、例えば、酢酸鉛などが挙げられる。ジルコニウムを含む金属錯体としては、例えば、ジルコニウムテトラ−ｎ−ブトキシド、ジルコニウムアセチルアセトナート、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、ジルコニウムモノアセチルアセトナート、ジルコニウムビスアセチルアセトナートなどが挙げられる。チタンを含む金属錯体としては、例えば、チタニウムテトラ−ｉ−プロポキシドなどが挙げられる。
【００５２】
金属錯体の溶媒としては、例えば、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサ
ノール、オクタノール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、オクタン、デカン、シクロヘキサン、キシレン、トルエン、テトラヒドロフラン、酢酸、オクチル酸、２−ｎブトキシエタノール、ｎ−オクタンまたはこれらの混合溶媒などが挙げられる。
【００５３】
次に、調整された前駆体溶液を、第１電極１０上に、スピンコート法などを用いて塗布して前駆体層を形成する。次に、前駆体層を、例えば１００℃以上２５０℃以下で加熱して一定時間乾燥させ、さらに、乾燥した前駆体層を、例えば３００℃以上５５０℃以下で加熱して一定時間保持することによって脱脂する。次に、脱脂した前駆体層を、例えば７００℃以上８００℃以下で焼成することによって結晶化させる。
【００５４】
そして、上記の前駆体溶液の塗布から前駆体層の焼成までの一連の工程を、複数回繰り返す。以上により、圧電体層２０を形成することができる。次に、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって、圧電体層２０をパターニングする。
【００５５】
前駆体層の乾燥および脱脂で用いられる加熱装置は、例えば、ホットプレートである。前駆体層の焼成で用いられる加熱装置は、例えば、赤外線ランプアニール装置（Rapid Thermal Annealing：ＲＴＡ）装置である。
【００５６】
次に、圧電体層２０上に第２電極３０を形成する。第２電極３０は、例えば、スパッタ法や真空蒸着法などによって形成される。次に、例えば、フォトリソグラフィーおよびエッチングによって、第２電極３０をパターニングする。
【００５７】
以上の工程により、振動板２３０上に圧電素子１００を形成することができる。
【００５８】
なお、圧電体層２０は、ＣＳＤ法ではなく、レーザーアブレーション法、スパッタ法、パルス・レーザー・デポジション（ＰＬＤ）法、化学蒸着（ＣＶＤ）法、エアロゾル・デポジション法などによって形成されてもよい。
【００５９】
次に、シリコン基板２１０を、圧電素子１００が設けられている側とは反対側からパターニングして、シリコン基板２１０に、圧力発生室２１１および供給流路２１７を形成する。
【００６０】
次に、例えば図示しない接着剤によって、シリコン基板２１０に、ノズル孔２２２が設けられたノズルプレート２２０を接合させる。次に、接着剤２０３によって、振動板２３０に、回路基板２５０およびコンプライアンス基板２６０が設けられた保護基板２４０を接合させる。
【００６１】
以上の工程により、液体吐出ヘッド２００を製造することができる。
【００６２】
３．  プリンター
次に、本実施形態に係るプリンターについて、図面を参照しながら説明する。図４は、本実施形態に係るプリンター３００を模式的に示す斜視図である。
【００６３】
プリンター３００は、インクジェット式のプリンターである。プリンター３００は、図４に示すように、ヘッドユニット３１０を含む。ヘッドユニット３１０は、例えば、液体吐出ヘッド２００を有している。液体吐出ヘッド２００の数は、特に限定されない。ヘッドユニット３１０は、供給手段を構成するカートリッジ３１２，３１４が着脱可能に設けられている。ヘッドユニット３１０を搭載したキャリッジ３１６は、装置本体３２０に取り付けられたキャリッジ軸３２２に軸方向移動自在に設けられており、液体供給手段から供給された液体を吐出する。
【００６４】
ここで、液体とは、物質が液相であるときの状態の材料であればよく、ゾル、ゲル等のような液状態の材料も液体に含まれる。また、物質の一状態としての液体のみならず、顔料や金属粒子などの固形物からなる機能材料の粒子が溶媒に溶解、分散または混合されたものなども液体に含まれる。液体の代表的な例としては、インクや液晶乳化剤等が挙げられる。インクとは、一般的な水性インクおよび油性インク並びにジェルインク、ホットメルトインク等の各種の液体状組成物を包含するものとする。
【００６５】
プリンター３００では、駆動モーター３３０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３３２を介してキャリッジ３１６に伝達されることで、ヘッドユニット３１０を搭載したキャリッジ３１６は、キャリッジ軸３２２に沿って移動される。一方、装置本体３２０には、液体吐出ヘッド２００に対して、紙などの被記録媒体であるシートＳを相対移動させる搬送機構としての搬送ローラー３４０が設けられている。シートＳを搬送する搬送機構は、搬送ローラーに限られず、ベルトやドラムなどであってもよい。
【００６６】
プリンター３００は、液体吐出ヘッド２００および搬送ローラー３４０を制御する制御部としてのプリンターコントローラー３５０を含む。プリンターコントローラー３５０は、液体吐出ヘッド２００の回路基板２５０と電気的に接続されている。プリンターコントローラー３５０は、例えば、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、制御プログラムなどを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、および液体吐出ヘッド２００へ供給するための駆動信号を発生する駆動信号発生回路などを備えている。
【００６７】
４．  実施例および比較例
４．１．  サンプルの作製
４．１．１．  実施例１
実施例１では、シリコン基板を熱酸化させることで、シリコン基板の表面にＳｉＯ２層を形成した。次に、圧力を０．０２Ｐａ、基板温度を室温として、スパッタ法により、ＳｉＯ２層上にＺｒ層を形成した。次に、第１熱処理として、Ｚｒ層を９００℃で熱酸化させて、ＺｒＯ２層を形成した。ＺｒＯ２層の厚さを４００ｎｍとした。以上により、ＳｉＯ２層およびＺｒＯ２層からなる振動板を形成した。
【００６８】
次に、スパッタ法によって、振動板上に、チタン層、白金層、イリジウム層をこの順で形成し、所定の形状にパターニングして、第１電極とした。
【００６９】
次に、以下の手順で、第１電極上に、圧電体層を形成した。
【００７０】
容器に酢酸および水を量り取り、次に酢酸鉛、ジルコニウムテトラ−ｎ−ブトキシド、チタニウムテトラ−ｉ−プロポキシド、およびポリエチレングリコールを量り取り、これらを９０℃で加熱撹拌することで、ＰＺＴ前駆体溶液を作製した。
【００７１】
上記のＰＺＴ前駆体溶液を、スピンコート法で第１電極上に塗布することで、ＰＺＴ前駆体層を形成した。次に、ＰＺＴ前駆体層を１００℃〜５００℃で加熱した。その後、ＲＴＡ装置を使用して７００℃〜７５０℃で焼成した。ＰＺＴ前駆体溶液の塗布から焼成までの一連の工程を、６回繰り返してＰＺＴ層を形成した。次に、ＰＺＴ層を所定の形状にパターニングした。
【００７２】
次に、ＰＺＴ層上に、イリジウム層を形成し、所定の形状にパターニングして、第２電極とした。次に、シリコン基板にマスク層を形成し、該マスク層をマスクとしてアルカリ溶液を用いたウェットエッチングにより圧力発生室を形成した。
【００７３】
４．１．２．  実施例２
実施例２では、第１熱処理によってＺｒＯ２層を形成した後に、第２熱処理として７５０℃で熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同じである。
【００７４】
４．１．３．  実施例３
実施例３では、第１熱処理によってＺｒＯ２層を形成した後に、第２熱処理として８５０℃で熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同じである。
【００７５】
４．１．４．  比較例１
比較例１では、第１熱処理によってＺｒＯ２層を形成した後に、第２熱処理として１０００℃で熱処理を行ったこと以外は、実施例１と同じである。
【００７６】
４．１．５．  比較例２
比較例２では、第１熱処理によってＺｒＯ２層を形成した後に第２熱処理として８５０℃で熱処理を行い、さらに、Ｚｒ層の形成、第１熱処理によるＺｒ層の熱酸化、および８５０℃での第２熱処理という一連の工程を繰り返して、ＺｒＯ２層を２層形成したこと以外は、実施例１と同じである。比較例２では、ＺｒＯ２層１層の厚さは４００ｎｍであり、２層では８００ｎｍとなる。
【００７７】
４．２．  特性評価
上記のようなサンプルに対して、振動板のＸＲＤ測定を行った。ＸＲＤ測定では、Ｂｒｕｋｅｒ社製の「Ｄ８  ＤＩＳＣＯＶＥＲ  ｗｉｔｈ  ＧＡＤＤＳ」を用いた。管電圧：５０ｋＶ、管電流：１００ｍＡ、検出器距離：１５ｃｍ、コリメーター径：０．３ｍｍ、測定時間：１８０ｓｅｃで測定した。得られた２次元データを付属のソフトで２θ範囲：２０°〜５０°、χ範囲：−９５°〜−８５°、ステップ幅：０．０２°、強度規格化法：Ｂｉｎ  ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄとして、Ｘ線解析強度曲線に変換した。
【００７８】
図５は、実施例１のＸＲＤ測定結果である。図６は、実施例３のＸＲＤ測定結果である。図５および図６において、「Ｍ」および「Ｔ」は、ＺｒＯ２層に由来するピークであり、「Ｍ」は、単斜晶のＺｒＯ２層に由来し、「Ｔ」は、正方晶のＺｒＯ２層に由来している。図５および図６より、実施例１，３では、ＺｒＯ２層は、（−１１１）優先配向していることがわかった。同様に、実施例２でも、ＺｒＯ２層は、（−１１１）優先配向した。
【００７９】
図７は、実施例１〜３および比較例１，２において、Ｘ線回折強度曲線のピークの位置の差Δ１，Δ２、ＺｒＯ２層の（−１１１）面に由来するピークの半値幅ＦＷＨＭ、振動板のクラックの有無、および振動板の変位量を示す表である。差Δ１は、シリコン基板の（２２０）面に由来するピークの位置から、ＺｒＯ２層の（００２）面に由来するピークの位置を引いた値である。差Δ２は、シリコン基板の（２２０）面に由来するピークの位置から、ＺｒＯ２層の（−２１１）面に由来するピークの位置を引いた値である。
【００８０】
振動板の変位量は、Ｂｒｕｋｅｒ社製の３次元白色光干渉型顕微鏡を用いた。圧電素子に電圧を印加していない状態での撓み量と、圧電素子に５０Ｖの直流電圧を印加した状態での撓み量と、を室温にて測定した。電圧を印加した状態での撓み量から、電圧を印加していない状態での撓み量を引いた値を、振動板の変量とした。
【００８１】
図７に示すように、比較例１，２には、圧力発生室を形成した際、振動板が圧力発生室側に凹むように反って振動板にクラックが発生した。一方、実施例１〜３では、振動板にクラックは発生しなかった。これにより、差Δ１を、１３．２６°以上１３．３０°以下
とすることにより、振動板にクラックが発生することを抑制できることがわかった。さらに、差Δ２を、６．４７°以上６．５４°以下とすることにより、振動板にクラックが発生することを抑制できることがわかった。さらに、ＺｒＯ２層の（−１１１）面に由来するピークの半値幅ＦＷＨＭを０．３２０°以上０．４７９°以下とすることにより、振動板にクラックが発生することを抑制できることがわかった。なお、比較例１，２は、振動板にクラックが生じたため、振動板の変位量を測定できなかった。
【００８２】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００８３】
１０…第１電極、２０…圧電体層、３０…第２電極、１００…圧電素子、２００…液体吐出ヘッド、２０２…リード電極、２０３…接着剤、２０４…接続配線、２１０…シリコン基板、２１１…圧力発生室、２１２…隔壁、２１３…第１連通路、２１４…第２連通路、２１５…第３連通路、２１６…マニホールド、２１７…供給流路、２２０…ノズルプレート、２２２…ノズル孔、２３０…振動板、２３０ａ…領域、２３２…酸化シリコン層、２３４…酸化ジルコニウム層、２４０…保護基板、２４２，２４４…貫通孔、２４６…開口部、２５０…回路基板、２６０…コンプライアンス基板、２６２…封止層、２６４…固定板、２６６…貫通孔、３００…プリンター、３１０…ヘッドユニット、３１２，３１４…カートリッジ、３１６…キャリッジ、３２０…装置本体、３２２…キャリッジ軸、３３０…駆動モーター、３３２…タイミングベルト、３４０…搬送ローラー、３５０…プリンターコントローラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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