(57)【要約】【課題】鉛を含有せず、かつ膜剥がれ等の問題がなく、圧電特性の劣化のないアクチュエーター装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】基板に設けられた密着層（５６）と、該密着層上に設けられた第１電極（６０）と、該第１電極（６０）上に設けられた圧電体層（７０）と、該圧電体層上に設けられた第２電極（８０）とを具備し、前記密着層が酸化アルミニウムからなり、前記圧電体層が、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けられた密着層と、該密着層上に設けられた第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極とを具備し、前記密着層が酸化アルミニウムからなり、前記圧電体層が、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなることを特徴とするアクチュエーター装置。
【請求項２】
前記密着層は、ＣＶＤ法又は化学溶液法により形成されたものであることを特徴とする請求項１記載のアクチュエーター装置。
【請求項３】
前記密着層が化学溶液法により、焼成温度が前記圧電体層の焼成温度よりも高い条件で形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエーター装置。
【請求項４】
前記密着層が化学溶液法により、焼成温度が７５０℃以上の条件で形成されたものであることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のアクチュエーター装置。
【請求項５】
前記圧電体層の焼成温度が８５０℃以上の条件で形成されたものであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のアクチュエーター装置。
【請求項６】
前記密着層の厚さが、１０〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のアクチュエーター装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載のアクチュエーター装置を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体層とその両側に電極とが設けられた圧電素子を有するアクチュエーター装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの代表例としての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、電気的機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、圧電セラミックスからなる圧電体層を、２つの電極で挟んで構成されたものがある。このような圧電素子は、撓み振動モードのアクチュエーター装置として液体噴射ヘッドに搭載される。
【０００３】
このような圧電素子を構成する圧電体層として用いられる圧電材料には高い圧電特性が求められており、圧電材料の代表例として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が挙げられるが、環境問題の観点から、非鉛又は鉛の含有量を抑えた圧電材料が求められている。鉛を含有しない圧電材料としては、例えば、Ｂｉ及びＦｅを含有するＢｉＦｅＯ３系の圧電材料がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上述した鉛を含有しない圧電材料として、Ｂｉ及びＦｅを含有するＢｉＦｅＯ３系の圧電材料がＰＺＴの代替材料として有望であるが、このような圧電材料を用いて圧電素子を形成すると、圧電材料中のビスマスが電極側に拡散することで、膜剥がれが生じてしまうという問題がある。
【０００５】
具体的には、ＰＺＴを用いた圧電素子と同様に、酸化ジルコニウムなどの絶縁体層上に、密着層として酸化チタン膜を用いて白金などの第１電極を形成した後、ビスマス系の圧電材料からなる圧電体層を形成すると、ビスマスが第１電極中へ拡散し、さらに、その下の密着層との間の境界にビスマスが偏析し、これが膜剥がれの原因になるという問題がある。また、密着層としてチタンを用いると、ビスマスが第１電極中へ拡散すると同時に、チタンが第１電極、さらには圧電体層中へ拡散し、圧電体層の特性を劣化させるという問題がある。
【０００６】
そこで、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜上にジルコニウムからなる密着層を形成する技術を提案した（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２８７７４５号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０４５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２の技術によっても、圧電体層の圧電特性を向上させるために高温焼成を行うと、膜剥がれが発生しやすくなり、十分な耐久性が得られないという課題がある。
【０００９】
何れにしても、鉛を含有しないビスマス系の圧電材料を用いて圧電素子を形成しようとすると、下地との密着性を維持し且つ圧電特性に優れた圧電素子を形成するのが困難であった。
【００１０】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに限定されず、液体噴射ヘッド共通の問題である。また、液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子だけではなく、例えば超音波デバイス等他のデバイスに用いられる圧電素子に共通の問題である。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑み、鉛を含有せず、かつ膜剥がれ等の問題がなく、圧電特性の劣化のないアクチュエーター装置、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明の態様は、基板に設けられた密着層と、該密着層上に設けられた第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極とを具備し、前記密着層が酸化アルミニウムからなり、前記圧電体層が、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなることを特徴とするアクチュエーター装置にある。
かかる態様では、密着層として酸化アルミニウムを設けることで、圧電体層を７５０℃以上の焼成温度で形成しても、膜剥がれがなく、耐久性の優れた高特性のアクチュエーター装置が実現できる。
【００１３】
ここで、前記密着層は、ＣＶＤ法又は化学溶液法により形成されたものであることが好ましい。これによれば、密着性に優れた密着層が比較的容易に形成できる。
【００１４】
また、前記密着層が化学溶液法により、焼成温度が７５０℃以上の条件で形成されたものであることが好ましい。これによれば、膜剥がれがより確実に防止され、耐久性の優れた高特性のアクチュエーター装置が実現できる。
【００１５】
また、前記密着層の焼成温度が８５０℃以上の条件で形成されたものであることが好ましい。これによれば、膜剥がれがより確実に防止され、耐久性の優れた高特性のアクチュエーター装置が実現できる。
【００１６】
また、前記密着層の厚さが、１０〜５０ｎｍであることが好ましい。これによれば、優れた密着性を発揮する密着層とすることができる。
【００１７】
本発明の他の態様は、上記態様に記載のアクチュエーター装置を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、膜剥がれがなく、耐久性の優れた高特性の液体噴射ヘッドが実現できる。
【００１８】
本発明の他の態様は、上記態様に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、膜剥がれがなく、耐久性の優れた高特性の液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′線断面図である。
図１〜図２に示すように、本実施形態の流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。
【００２１】
流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のマニホールド部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールドの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。本実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられていることになる。
【００２２】
また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる。
【００２３】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等からなる絶縁体層５５が積層形成されている。
【００２４】
また、絶縁体層５５上に、酸化アルミニウムからなる密着層５６が設けられている。かかる密着層５６は、後述する圧電体層７０を７５０〜８５０℃と高温で焼成しても、第１電極６０との密着強度を確保できるものである。酸化アルミニウムからなる密着層５６は、ＣＶＤ法や化学溶液法で形成でき、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さ、好ましくは、１０〜５０ｎｍ程度の厚さで設ければよい。
【００２５】
また、密着層５６上には、第１電極６０と、第１電極６０の上方に設けられて、厚さが、例えば２０〜８０ｎｍの配向制御層６５と、この配向制御層６５上に設けられて厚さが３μｍ以下、好ましくは０．３〜１．５μｍの薄膜である圧電体層７０と、圧電体層７０の上方に設けられた第２電極８０とが、積層形成されて、圧電素子３００を構成している。なお、ここで言う上方とは、直上だけでなく、間に他の部材が介在した状態も含むものである。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０、及び第２電極８０、を含む部分をいう。
【００２６】
圧電素子３００は、一般的には、何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極をそれぞれ独立する個別電極とする。本実施形態では、圧電素子３００の実質的な駆動部となる各圧電体能動部の個別電極として第１電極６０を設け、複数の圧電体能動部に共通する共通電極として第２電極８０を設けるようにした。ここで、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部といい、圧電体能動部から連続するが第１電極６０と第２電極８０に挟まれておらず、電圧駆動されない部分を圧電体非能動部という。また、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせて圧電素子と称するが、アクチュエーター装置とも称する場合がある。
【００２７】
なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体層５５、及び第１電極６０が圧電素子３００と共に変形する振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体層５５を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。但し、流路形成基板１０上に直接第１電極６０を設ける場合には、第１電極６０とインクとが導通しないように第１電極６０を絶縁性の保護膜等で保護するのが好ましい。
【００２８】
配向制御層６５は、ペロブスカイト構造を有し、ＡサイトがＢｉを含みＢサイトがＦｅ及びＴｉを含む複合酸化物であり、（１００）面に自己配向するものである。具体的には、ＡＢＯ3型構造のＡサイトは酸素が１２配位しており、また、Ｂサイトは酸素が６配位して８面体（オクタヘドロン）をつくっている。配向制御層６５を構成する複合酸化物は、基本的には、ＡサイトのＢｉと、ＢサイトのＦｅ及びＴｉとで構成されるのが好ましい。好ましい組成比は、元素比をＢｉ：Ｆｅ：Ｔｉ＝１００：ｘ：（１００−ｘ）で表した場合、４０≦ｘ≦６０となる範囲が好ましい。このような組成比の複合酸化物は、下地に影響されることなく、（１００）面に自己配向し、また、この上に成膜されるペロブスカイト構造の圧電材料を（１００）面に配向させる配向制御層として機能する。すなわち、詳細は後述するが、配向制御層６５は、第１電極６０をパターニングした後、成膜されるので、第１電極６０上及び絶縁体層５５上に成膜されることになるが、何れの下地の上でも（１００）面に自己配向し、その後成膜される圧電体層７０を（１００）面に確実に優先配向させることができ、特に、第１電極６０と絶縁体層５５との境界近傍においても、圧電体層７０の結晶状態の不均一さが低減される。
【００２９】
ここで、（１００）面に自己配向するとは、下地に影響されることなく、自ら（１００）面に配向することをいい、全ての結晶が（１００）面に配向している場合と、ほとんどの結晶（例えば、８０％以上）が（１００）面に配向している場合と、を含むものである。
【００３０】
なお、このような機能が阻害されない範囲で、ＡサイトやＢサイトの元素の一部を他の元素で置換した複合酸化物としてもよく、これも本発明の配向制御層に包含される。例えば、ＡサイトにＢｉの他にＢａ、Ｓｒ、Ｌａなどの元素がさらに存在してもよいし、ＢサイトにＦｅ及びＴｉと共にＺｒ、Ｎｂなどの元素がさらに存在していてもよい。また、上述した機能を有する限り、元素（Ｂｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｏ）の欠損や過剰により化学量論の組成（ＡＢＯ３）からずれたものも、本発明の配向制御層に包含される。例えば、Ｂｉが化学量論比より過剰に含有される複合酸化物も（１００）面に自己配向し、配向制御層として機能することが後述するように確認されている。
【００３１】
なお、配向制御層６５は、後述する圧電体層７０を形成する圧電材料と同様なペロブスカイト構造を有して、小さいが圧電特性を有するものであり、配向制御層６５と圧電体層７０とを併せて圧電体層ということもできる。
【００３２】
そして、本実施形態においては、圧電体層７０を構成する圧電材料は、ビスマス（Ｂｉ）、鉄（Ｆｅ）、バリウム（Ｂａ）及びチタン（Ｔｉ）を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物である。ペロブスカイト構造、すなわち、ＡＢＯ３型構造のＡサイトは酸素が１２配位しており、また、Ｂサイトは酸素が６配位して８面体（オクタヘドロン）をつくっている。このＡサイトにＢｉ及びＢａが、ＢサイトにＦｅ及びＴｉが位置している。
【００３３】
このようなＢｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物は、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物、または、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムが均一に固溶した固溶体としても表される。なお、Ｘ線回折パターンにおいて、鉄酸ビスマスや、チタン酸バリウムは、単独では検出されないものである。
【００３４】
ここで、鉄酸ビスマスやチタン酸バリウムは、それぞれペロブスカイト構造を有する公知の圧電材料であり、それぞれ種々の組成のものが知られている。例えば、鉄酸ビスマスやチタン酸バリウムとして、ＢｉＦｅＯ３やＢａＴｉＯ３以外に、元素（Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ、ＴｉやＯ）が一部欠損する又は過剰であったり、元素の一部が他の元素に置換されたものも知られているが、本発明で鉄酸ビスマス、チタン酸バリウムと表記した場合、欠損・過剰により化学量論の組成からずれたものや元素の一部が他の元素に置換されたものも、鉄酸ビスマス、チタン酸バリウムの範囲に含まれるものとする。また、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの比も、種々変更することができる。
【００３５】
このようなペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電体層７０の組成は、例えば、下記一般式（１）で表される混晶として表される。また、この式（１）は、下記一般式（１’）で表すこともできる。ここで、一般式（１）及び一般式（１’）の記述は化学量論に基づく組成表記であり、上述したように、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成のずれは勿論、元素の一部置換等も許容される。例えば、化学量論比が１とすると、０．８５〜１．２０の範囲内のものは許容される。また、下記のように一般式で表した場合は異なるものであっても、Ａサイトの元素とＢサイトの元素との比が同じものは、同一の複合酸化物とみなせる場合がある。
（１−ｘ）[ＢｉＦｅＯ３]−ｘ[ＢａＴｉＯ３]    （１）
（０＜ｘ＜０．４０）
（Ｂｉ１−ｘＢａｘ）（Ｆｅ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３    （１’）
（０＜ｘ＜０．４０）
【００３６】
また、本実施形態の圧電体層７０を構成する複合酸化物は、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉ以外の元素をさらに含んでいてもよい。他の元素としては、例えば、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒなどが挙げられる。これら他の元素を含む複合酸化物である場合も、ペロブスカイト構造を有することが好ましい。
【００３７】
圧電体層７０が、Ｍｎ、ＣｏやＣｒを含む場合、Ｍｎ、ＣｏやＣｒはペロブスカイト構造のＢサイトに位置した構造の複合酸化物である。例えば、Ｍｎを含む場合、圧電体層７０を構成する複合酸化物は、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムが均一に固溶した固溶体のＦｅの一部がＭｎで置換された構造、又は、鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物として表され、基本的な特性は鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶のペロブスカイト構造を有する複合酸化物と同じであるが、リーク特性が向上することがわかっている。また、ＣｏやＣｒを含む場合も、Ｍｎと同様にリーク特性が向上するものである。なお、Ｘ線回折パターンにおいて、鉄酸ビスマス、チタン酸バリウム、鉄酸マンガン酸ビスマス、鉄酸コバルト酸ビスマス、及び、鉄酸クロム酸ビスマスは、単独では検出されないものである。また、Ｍｎ、ＣｏおよびＣｒを例として説明したが、その他遷移金属元素の２元素を同時に含む場合にも同様にリーク特性が向上することがわかっており、これらも圧電体層７０とすることができ、さらに、特性を向上させるため公知のその他の添加物を含んでもよい。
【００３８】
このようなＢｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉに加えてＭｎ、ＣｏやＣｒも含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電体層７０は、例えば、下記一般式（２）で表される混晶である。また、この式（２）は、下記一般式（２’）で表すこともできる。なお一般式（２）及び一般式（２’）において、Ｍは、Ｍｎ、ＣｏまたはＣｒである。ここで、一般式（２）及び一般式（２’）の記述は化学量論に基づく組成表記であり、上述したように、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による不可避な組成ずれは許容される。例えば、化学量論が１であれば、０．８５〜１．２０の範囲内のものは許容される。また、下記のように一般式で表した場合は異なるものであっても、Ａサイトの元素とＢサイトの元素との比が同じものは、同一の複合酸化物とみなせる場合がある。
（１−ｘ）[Ｂｉ（Ｆｅ１−ｙＭｙ）Ｏ３]−ｘ[ＢａＴｉＯ３]    （２）
（０＜ｘ＜０．４０、０．０１＜ｙ＜０．１０）
（Ｂｉ１−ｘＢａｘ）（（Ｆｅ１−ｙＭｙ）１−ｘＴｉｘ）Ｏ３    （２’）
（０＜ｘ＜０．４０、０．０１＜ｙ＜０．１０）
【００３９】
第２電極８０としては、Ｉｒ，Ｐｔ，タングステン（Ｗ），タンタル（Ｔａ），モリブデン（Ｍｏ）等の各種金属の何れでもよく、また、これらの合金や、酸化イリジウム等の金属酸化物が挙げられる。
【００４０】
このような各圧電素子３００の第２電極８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、流路形成基板１０の絶縁体層５５上に延設された金（Ａｕ）等のリード電極９０がそれぞれ接続されている。このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加される。
【００４１】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０、弾性膜５０及びリード電極９０上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成するマニホールド部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このマニホールド部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００を構成している。
【００４２】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００４３】
このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００４４】
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
【００４５】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００４６】
また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってマニホールド部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）で形成される。この固定板４２のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００４７】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体層５５、第１電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００４８】
次に、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法の一例について、図３〜図６を参照して説明する。なお、図３〜図６は、圧力発生室の長手方向（第２方向）の断面図である。
【００４９】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハーの表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなる二酸化シリコン膜を形成する。次いで、図３（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜）上に、酸化ジルコニウム等からなる絶縁体層５５を形成する。次いで、図３（ｃ）に示すように、絶縁体層５５上に酸化アルミニウムからなる密着層５６を形成する。かかる密着層５６は、ＣＶＤ法か化学溶液法により形成すればよく、本実施形態では、化学溶液法により形成した。具体的には、酸化アルミニウム前駆体を含む塗布溶液をスピンコートし、好ましくは、圧電体層７０の焼成温度より高い温度、例えば、８５０〜９５０℃で焼成する。これにより、この上に設けられる第１電極６０との密着性が確保され、圧電体層７０を７５０〜８５０℃という高温焼成した場合にも、密着性が確保される。なお、化学溶液法で密着層を形成する場合、上述したように、８５０℃以上での焼成が好ましく、８００℃で焼成した場合、膜剥がれが確認された。
【００５０】
次に、図４（ａ）に示すように、密着層５６上に、白金からなる第１電極６０をスパッタリング法や蒸着法等により全面に形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、第１電極６０上に所定形状のレジスト（図示無し）をマスクとして、第１電極６０をパターニングする。
【００５１】
次に、図４（ｃ）に示すように、レジストを剥離した後、第１電極６０上（及び絶縁体層５５）に、ＡサイトがＢｉを含みＢサイトがＦｅ及びＴｉを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物となる前駆体である配向制御層前駆体層６６を形成し、これを焼成することにより、ペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる配向制御層６５とする（図４（ｄ））。このように配向制御層６５は、例えば、金属錯体を含む前駆体溶液を塗布して配向制御層前駆体層６６を形成し、これを乾燥し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる配向制御層６５を得る、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やゾル−ゲル法等の化学溶液法を用いて製造できる。その他、レーザーアブレーション法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法（ＰＬＤ法）、ＣＶＤ法、エアロゾル・デポジション法などでも、配向制御層６５を製造することもできる。
【００５２】
次に、配向制御層６５上にペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電体層７０を形成する。圧電体層７０は、例えば、金属錯体を含む溶液を塗布乾燥し、脱脂することにより製造することができる。その他、レーザーアブレーション法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法（ＰＬＤ法）、ＣＶＤ法、エアロゾル・デポジション法などでも圧電体層７０を製造することもできる。
【００５３】
例えば、まず、図５（ａ）に示すように、配向制御層６５上に、圧電体層７０となる圧電材料の構成金属を含有する有機金属錯体を含むゾルやＭＯＤ溶液（前駆体溶液）を、スピンコート法などを用いて、塗布して圧電体前駆体膜７１を形成する（塗布工程）。
【００５４】
塗布する前駆体溶液は、例えば、圧電体層７０となる圧電材料の構成金属をそれぞれ含む有機金属錯体を、各構成金属が所望のモル比となるように混合し、該混合物をアルコールなどの有機溶媒を用いて溶解または分散させたものである。圧電材料の構成金属を含む有機金属錯体としては、例えば、金属アルコキシド、有機酸塩、βジケトン錯体などを用いることができる。具体的には、例えば、以下のものが挙げられる。鉛（Ｐｂ）を含む有機金属錯体としては、例えば酢酸鉛などが挙げられる。ジルコニウム（Ｚｒ）を含む有機金属錯体としては、例えば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等が挙げられる。チタニウム（Ｔｉ）を含む有機金属錯体としては、例えばチタニウムアルコキシド、チタニウムイソプロポキシド等が挙げられる。
【００５５】
次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度、例えば１３０℃〜１８０℃程度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。次に、乾燥した圧電体前駆体膜７１を所定温度、例えば３００℃〜４００℃に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。なお、ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７１に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させることである。
【００５６】
次に、図５（ｂ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定温度、例えば７５０〜８５０℃程度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置やホットプレート等が挙げられる。
【００５７】
なお、上述した塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程や、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を所望の膜厚等に応じて複数回繰り返すことにより、複数層の圧電体膜からなる圧電体層を形成してもよい。
【００５８】
次いで、上述した塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程や、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を所望の膜厚等に応じて複数回繰り返して複数の圧電体膜７２からなる圧電体層７０を形成することで、図５（ｃ）に示すように複数層の圧電体膜７２からなる所定厚さの圧電体層７０を形成する。例えば、塗布溶液の１回あたりの膜厚が０．１μｍ程度の場合には、例えば、１０層の圧電体膜７２からなる圧電体層７０全体の膜厚は約１．１μｍ程度となる。なお、本実施形態では、圧電体膜７２を積層して設けたが、１層のみでもよい。
【００５９】
上述したように、所定のＡサイトがＢｉを含みＢサイトがＦｅ及びＴｉを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる配向制御層６５上に圧電体層７０を形成することにより、配向制御層６５により圧電体層７０の配向が制御され、（１００）面に優先配向した圧電体層７０とすることができる。
【００６０】
圧電体層７０を形成した後は、図６（ａ）に示すように、圧電体層７０上に、例えば、白金等の金属からなる第２電極８０を積層し、圧電体層７０及び第２電極８０を同時にパターニングして圧電素子３００を形成する。なお、圧電体層７０と第２電極８０とのパターニングでは、所定形状に形成したレジスト（図示なし）を介してドライエッチングすることにより一括して行うことができる。その後、必要に応じて、７００℃以下の温度域でポストアニールを行ってもよい。これにより、圧電体層７０と第１電極６０や第２電極８０との良好な界面を形成することができ、かつ、圧電体層７０の結晶性を改善することができる。
【００６１】
次に、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電素子３００毎にパターニングする。
【００６２】
次に、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハー１３０を接着剤３５を介して接合した後に、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚さに薄くする。
【００６３】
次に、図示しないが、流路形成基板用ウェハー１１０上に、マスク膜を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。
【００６４】
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハー１３０とは反対側の面のマスク膜を除去した後にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハー１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩとする。
【００６５】
以下、実施例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００６６】
（実施例１）
（１１０）単結晶シリコン（Ｓｉ）基板の表面に熱酸化により膜厚１２００ｎｍの酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜を形成した。次に、ＳｉＯ２膜上にＤＣスパッター法により膜厚４００ｎｍのジルコニウム膜を作成し、これを酸素雰囲気下で熱処理（ＲＴＡ）することによりジルコニア層を形成した。このジルコニア層に密着層として酸化アルミニウム前駆体溶液をスピンコートし、８５０℃で焼成することにより、４０ｎｍの厚さの酸化アルミニウムからなる密着層を形成した。
【００６７】
次に、ＤＣスパッター法により（１１１）面に配向し厚さ１００ｎｍの白金膜（第１電極６０）を形成した。
【００６８】
次に、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸チタンの各ｎ−オクタン溶液を混合し、Ｂｉ：Ｆｅ：Ｔｉのモル比が、１００：４０：６０となる割合で混合して、配向制御層前駆体溶液を調製した。この配向制御層前駆体溶液を上記電極付き基板上にスピンコーターで成膜した後、ホットプレート上で１８０℃×３ｍｉｎ、３５０℃×３ｍｉｎでベークし、アモルファス膜を形成する。次いで、ランプアニール炉を用いて７００℃×５ｍｉｎ焼成し、厚さ８０ｎｍの配向制御層とした。
【００６９】
次に、マンガン酸ビスマス（ＢｉＭｎＯ３）をゾル−ゲル法にてコーティングし、７５０℃で５分間ＲＴＡ焼成することにより、２０ｎｍの薄膜を形成した。この前述の層をシード層として、配向制御を行った。
【００７０】
次いで、第１電極６０上に圧電体膜を積層し、圧電体層７０とした。その手法は以下のとおりである。まず、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸マンガン、２−エチルヘキサン酸バリウム及び２−エチルヘキサン酸チタンの各ｎ−オクタン溶液を、各元素がモル比でＢｉ：Ｂａ：Ｆｅ：Ｔｉ：Ｍｎ＝７５：２５：７１．２５：２５：３．７５となるように混合して（ＢＦＯ：ＢＴ＝７５：２５）、前駆体溶液を調製した。
【００７１】
そしてこの前駆体溶液を、第１電極が形成された基板上に滴下し、３０００ｒｐｍで基板を回転させて圧電体前駆体膜を形成した（塗布工程）。次に、ホットプレート上で、１８０℃で２分間乾燥した（乾燥工程）。次いで、３５０℃で４分間脱脂を行った（脱脂工程）。次に、酸素雰囲気中で、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置で、８５０℃で５分間焼成を行って圧電体膜を形成した（焼成工程）。この塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程の一連の工程を１０回繰り返し、１０層の圧電体膜からなる、全体で厚さ９００ｎｍの圧電体層７０を形成した。
【００７２】
その後、圧電体層７０上に、第２電極８０としてスパッター法により厚さ５０ｎｍのイリジウム膜（第２電極８０）を形成することで、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｂａ及びＴｉを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物を圧電体層７０とする圧電素子３００を形成した。
【００７３】
（実施例２）
密着層の焼成温度を９００℃とした以外は、実施例１と同様にした。
【００７４】
（比較例１）
密着層を設けないで圧電体層を形成した以外は実施例１と同様にした。
【００７５】
(比較例２)
酸化アルミニウムの密着層の代わりに、ジルコニウムからなる密着層を設けた以外は実施例１と同様にした。
【００７６】
（試験例１）
圧電体膜を希塩酸で除去し、セバスチャンＶ型強度テスター（フォトテクニカ／ロミュラスＩＶ）を用いて、第１電極と密着層との密着強度を測定した。
【００７７】
【表１】
2014179390.tif 000003
【００７８】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述したものに限定されるものではない。例えば、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
【００７９】
また、配向制御層は一例を挙げたが、例えば、Ｂｉ及びＭｎを含むバッファー層など（１００）面に配向させるものを用いることができる。勿論、変異量が確保できれば、配向制御層を必ずしも設ける必要はない。
【００８０】
また、圧電体層の焼成温度は７５０〜８５０℃の高温焼成として変位量を十分に確保できるものとし、この場合でも密着層により第１電極の膜剥がれがないという効果を示したが、６００〜７５０℃の焼成温度としても、同様に膜剥がれは生じないのは言うまでもない。
【００８１】
これら実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図７は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００８２】
図７に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、インクジェット式記録ヘッドＩを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００８３】
そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８に巻き掛けられて搬送されるようになっている。
【００８４】
なお、上述した実施形態では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【００８５】
また、本発明にかかる圧電素子は、液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子に限定されず、その他のデバイスにも用いることができる。その他のデバイスとしては、例えば、超音波発信器等の超音波デバイス、超音波モーター、温度−電気変換器、圧力−電気変換器、強誘電体トランジスター、圧電トランス、赤外線等の有害光線の遮断フィルター、量子ドット形成によるフォトニック結晶効果を使用した光学フィルター、薄膜の光干渉を利用した光学フィルター等のフィルター等が挙げられる。また、センサーとして用いられる圧電素子、強誘電体メモリーとして用いられる圧電素子にも本発明は適用可能である。圧電素子が用いられるセンサーとしては、例えば、赤外線センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー、焦電センサー、及びジャイロセンサー（角速度センサー）等が挙げられる。
【符号の説明】
【００８６】
Ｉ  インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、  １０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  １３  連通部、  １４  インク供給路、  １５  連通路、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜、  ５５  絶縁体膜、  ５６  密着層、  ６０  第１電極、  ６５  配向制御層、  ７０  圧電体層、  ８０  第２電極、  ９０  リード電極、  １００  マニホールド、  １２０  駆動回路、  ３００  圧電素子
【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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