(57)【要約】      （修正有）【課題】非鉛系の材料で構成され、優れた圧電特性を有する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子を提供する。【解決手段】圧電体層７０と、圧電体層７０の両側に設けられた第１電極６０及び第２電極８０と、を備えた圧電素子３００を具備する液体噴射ヘッドＩであって、圧電体層７０は、少なくともビスマス、バリウム、鉄、チタン及びリチウムを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物であり、リチウムを０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層と、該圧電体層の両側に設けられた第１電極及び第２電極と、を備えた圧電素子を具備する液体噴射ヘッドであって、
前記圧電体層は、少なくともビスマス、バリウム、鉄、チタン及びリチウムを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物であり、前記リチウムを０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記圧電体層は、マンガンをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記圧電体層は、銅をさらに含み、前記リチウム及び前記銅を０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記圧電体層は、ビスマス、バリウム、鉄及びチタンを含む第１圧電体層と、
ビスマス、バリウム、鉄、チタン及びリチウムを含む第２圧電体層と、からなることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項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。
【請求項６】
圧電体層と、該圧電体層の両側に設けられた第１電極及び第２電極と、を備え、
前記圧電体層は、少なくともビスマス、バリウム、鉄、チタン及びリチウムを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物であり、前記リチウムを０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有することを特徴とする圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル開口に連通する圧力発生室に圧力変化を生じさせ、圧電体層と圧電体層に電圧を印加する電極を有する圧電素子を具備する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、結晶化した圧電材料からなる圧電体層（圧電体膜）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、例えば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。液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴として吐出させるインクジェット式記録ヘッドがある。
【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、代表例として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が挙げられる（特許文献１参照）。しかしながら、環境問題の観点から、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２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２２３４０４号公報
【特許文献２】特開２００９−２５２７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これまで提案されているＢｉＦｅＯ３系の圧電材料は、鉛（Ｐｂ）系の材料に比べて圧電特性が低く、大きな変位量を得ることができない。このため、非鉛系の材料で構成され、優れた圧電特性を有する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子が求められている。
本発明はこのような事情に鑑み、非鉛系の材料で構成され、優れた圧電特性を有する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びに圧電素子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】
【０００６】
上記課題を解決する本発明の態様は、圧電体層と、該圧電体層の両側に設けられた第１電極及び第２電極と、を備えた圧電素子を具備する液体噴射ヘッドであって、前記圧電体層は、少なくともビスマス、バリウム、鉄、チタン及びリチウムを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物であり、前記リチウムを０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有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、圧電体層が、少なくともビスマス、バリウム、鉄、チタン及びリチウムを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物であり、リチウムを０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有するものとすることにより、ヤング率を低下させ、変位量を向上させることができる。また、かかる複合酸化物によれば、鉛の含有量を抑えられるため、環境への負荷を低減できる。よって、非鉛系の材料により、優れた圧電特性を有する液体噴射ヘッドを実現できる。
【０００７】
そして、前記圧電体層は、マンガンをさらに含むことが好ましい。これによれば、リーク特性を向上させ、非鉛系の材料によって、より圧電特性に優れた液体噴射ヘッドを実現できる。
【０００８】
また、前記圧電体層は、銅をさらに含み、前記リチウム及び前記銅を０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有することが好ましい。これによれば、リチウム及び銅の含有量を調整し、非鉛系の材料によって、より圧電特性に優れた液体噴射ヘッドを実現できる。
【０００９】
また、前記圧電体層は、ビスマス、バリウム、鉄及びチタンを含む第１圧電体層と、ビスマス、バリウム、鉄、チタン及びリチウムを含む第２圧電体層と、からなることが好ましい。これによれば、少なくともビスマス、バリウム、鉄、チタン及びリチウムを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物であり、リチウムを０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有する圧電体層を、容易に作製できるようになる。
【００１０】
本発明の他の態様は、上記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、ヤング率の低い圧電素子を有するため、非鉛系の材料により、優れた圧電特性を有する液体噴射装置を実現できる。
【００１１】
また、本発明の他の態様は、圧電体層と、該圧電体層の両側に設けられた第１電極及び第２電極と、を備え、前記圧電体層は、少なくともビスマス、バリウム、鉄、チタン及びリチウムを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物であり、前記リチウムを０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有することを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、圧電体層が、少なくともビスマス、バリウム、鉄、チタン及びリチウムを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物であり、リチウムを０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有するものとすることにより、ヤング率を低下させ、変位量を向上させることができる。また、かかる複合酸化物によれば、鉛の含有量を抑えられるため、環境への負荷を低減できる。よって、非鉛系の材料により、優れた圧電特性を有する圧電素子を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの断面図及び要部拡大図。
【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。
【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。
【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。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図８】実施例１及び比較例１の比誘電率及び変位量を説明する図。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（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概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図であり、図３（ａ）は図２のＡ−Ａ′線断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の要部拡大図である。図１〜図３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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、例えば厚さ３０〜５０ｎｍ程度の酸化チタン等からなり、弾性膜５０等の第１電極６０の下地との密着性を向上させるための密着層５６が設けられている。なお、弾性膜５０上に、必要に応じて酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜が設けられていてもよい。
【００１７】
さらに、この密着層５６上には、第１電極６０と、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、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。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。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、ここでは、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アクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、密着層５６、第１電極６０及び必要に応じて設ける絶縁体膜が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や密着層５６を設けなくてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。ただし、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。
【００１８】
本実施形態においては、圧電体層７０は、少なくともビスマス（Ｂｉ）、バリウム（Ｂａ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）及びリチウム（Ｌｉ）を含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物である。ペロブスカイト型構造、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。そして、このＡサイトにＢｉ、Ｂａ及びＬｉが、ＢサイトにＦｅ、Ｔｉが位置している。
【００１９】
かかる圧電体層７０は、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｔｉを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物が所定量のＬｉを含有するものであり、ＬｉはＡサイトのＢｉ又はＢａの一部を置換した状態で存在するか、結晶粒界に存在するものと推定される。Ｌｉの含有量は、圧電体層７０の全体として、０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満であり、Ｌｉがどのような状態で存在するかは問わない。また、圧電体層７０は、全体として同じ組成であってもよいし、下層がＢｉ、Ｂａ、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第１圧電体層７４からなり、上層がＢｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｔｉ及びＬｉ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第２圧電体層７２からなる２層構造であってもよい。また、このような２層構造では上層を形成する際にＬｉが下層に拡散したものであってもよい。
【００２０】
ここで、圧電体層７０の基本組成となる、又は圧電体層７０の下層を構成する、Ｂｉ、Ｂａ、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は、（Ｂｉ、Ｂａ）（Ｆｅ、Ｔｉ）Ｏ３として表されるが、代表的な組成としては、鉄酸ビスマスとチタン酸バリウムとの混晶として表されるものである。かかる混晶とは、Ｘ線回折パターンで、鉄酸ビスマスやチタン酸バリウムが単独では検出できないものをいう。勿論、（Ｂｉ、Ｂａ）（Ｆｅ、Ｔｉ）Ｏ３は、混晶の組成から外れる組成も含むものである。また、元素（Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｔｉ）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。
【００２１】
また、（Ｂｉ、Ｂａ）（Ｆｅ、Ｔｉ）Ｏ３で表される複合酸化物は、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ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、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（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。
【００２２】
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。
【００２３】
本実施形態においては、圧電体層７０は、図３（ｂ）に示すように、第１圧電体層７４と、第２圧電体層７２とを有する。そして、本実施形態においては、第１圧電体層７４を第１電極６０側に設け、第２圧電体層７２を第２電極８０側に設けた。
【００２４】
また、上述したように、圧電体層７０を構成する第１圧電体層７４及び第２圧電体層７２は、少なくともＢｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｔｉ及びＬｉを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物であり、Ｌｉは、圧電体層７０の全体として、０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有されるものである。
【００２５】
このように、圧電体層７０を、少なくともＢｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｔｉ及びＬｉを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物であって、Ｌｉを０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有するものとすることにより、後述する実施例に示すように、圧電体層７０のヤング率を低下させ、変位量を向上させることができる。したがって、圧電特性に優れたインクジェット式記録ヘッドとなる。特に、下層となる第１圧電体層７４と比較して、上層となる第２圧電体層７２がＬｉ含有量が多くなることにより、多くの変位を受ける圧電体層７０の上層が下層と比較して低ヤング率となるので、さらに変位量が向上する。
【００２６】
ここで、圧電体層７０は、Ｍｎをさらに含むことが好ましい。これによれば、上述のように、リーク電流を抑制し、非鉛系の材料によって、より圧電特性に優れた液体噴射ヘッドを実現できる。
【００２７】
また、圧電体層７０は、Ｃｕをさらに含み、Ｌｉ及びＣｕを、圧電体層７０の全体として、０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有することが好ましい。これによれば、圧電体層７０に対するＬｉ及びＣｕの割合を調整し、非鉛系の材料によってより圧電特性に優れた液体噴射ヘッドを実現できる。
【００２８】
このような二層構造とした場合の第１圧電体層７４及び第２圧電体層７２の厚さの比は、第２圧電体層７２が、全体の１５〜３５％とすることができる。この範囲を外れると、上層のヤング率を低下させて変位量を向上させる効果が顕著には発揮されないからである。ただし、二層構造とした場合の第１圧電体層７４及び第２圧電体層７２の厚さの比は上記の範囲に限定されない。
【００２９】
このような圧電素子３００の個別電極である各第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、弾性膜５０上や必要に応じて設ける絶縁体膜上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。
【００３０】
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や必要に応じて設ける絶縁体膜及びリード電極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。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、マニホールド部３１のみをマニホールドとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、必要に応じて設ける絶縁体膜等）にマニホールド１００と各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、比較的硬質の材料で形成されている。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。
【００３６】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩでは、図示しない外部の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、密着層５６、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。
【００３７】
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４〜図７を参照して説明する。なお、図４〜図７は、圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００３８】
まず、図４（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１１０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熱酸化等で形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜）上に、酸化チタン等からなる密着層５６を、スパッタリング法や熱酸化等で形成する。
【００３９】
次に、図５（ａ）に示すように、密着層５６の上に白金、イリジウム、酸化イリジウム又はこれらの積層構造等からなる第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。
【００４０】
次に、図５（ｂ）に示すように、形成した第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及び密着層５６の側面が傾斜するように同時にパターニングする。
【００４１】
次いで、この白金膜上に、圧電体層７０を積層する。圧電体層７０の製造方法は特に限定されないが、例えば、金属錯体を含む溶液を塗布乾燥し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層（圧電体膜）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圧電体層７０を製造できる。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、液相法でも固相法でも圧電体層７０を製造することもできる。
【００４２】
圧電体層７０を化学溶液法で形成する場合の具体的な形成手順例としては、まず、金属錯体、具体的には、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＴｉを含有する金属錯体を含むＭＯＤ溶液やゾルからなる圧電体膜形成用組成物（前駆体溶液）であって、第１圧電体層７４を形成するための前駆体溶液と、第２圧電体層７２を形成するための前駆体溶液とを作成する。
【００４３】
この第１圧電体層７４を形成するための前駆体溶液、及び、第２圧電体層７２を形成するための前駆体溶液は、焼成によりＢｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＴｉを含む複合酸化物を形成しうる金属錯体を混合し、該混合物を有機溶媒に溶解または分散させたものである。Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＴｉをそれぞれ含む金属錯体の混合割合は、所望の鉄酸マンガン酸ビスマスとチタン酸バリウムを含む固溶体として表されるペロブスカイト型構造を有する複合酸化物となる割合である。
【００４４】
Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＴｉをそれぞれ含む金属錯体としては、例えばアルコキシド、有機酸塩、βジケトン錯体などを用いることができる。Ｂｉを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸ビスマス、酢酸ビスマスなどが挙げられる。Ｆｅを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸鉄、酢酸鉄などが挙げられる。Ｍｎを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸マンガン、酢酸マンガンなどが挙げられる。Ｂａを含む金属錯体としては、例えばバリウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸バリウム、バリウムアセチルアセトナートなどが挙げられる。Ｔｉを含有する金属錯体としては、例えばチタニウムイソプロポキシド、２−エチルヘキサン酸チタン、チタン（ジ−ｉ−プロポキシド）ビス（アセチルアセトナート）などが挙げられる。勿論、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＴｉを二種以上含む金属錯体を用いてもよい。
【００４５】
そして、第１圧電体層７４を形成するための前駆体溶液を、図５（ｃ）に示すように、第１電極６０上に、スピンコート法などを用いて塗布して、第１の圧電体層前駆体膜７１を形成する（塗布工程）。
【００４６】
次いで、この第１の圧電体層前駆体膜７１を所定温度（例えば、１５０〜２００℃）に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。次に、乾燥した第１の圧電体層前駆体膜７１を所定温度（例えば、３５０〜４５０℃）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）。ここで言う脱脂とは、第１の圧電体層前駆体膜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。乾燥工程や脱脂工程の雰囲気は限定されず、大気中、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。なお、塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程を複数回行ってもよい。
【００４７】
次に、図５（ｄ）に示すように、第１の圧電体層前駆体膜７１を所定温度、例えば６００〜８５０℃程度に加熱して、一定時間、例えば１〜１０分間保持することによって結晶化させ、第１電極６０上に、少なくともＢｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＴｉを含有するペロブスカイト型構造を有する複合酸化物からなる第１圧電体膜７３を形成する（焼成工程）。この焼成工程においても、雰囲気は限定されず、大気中、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。
【００４８】
本実施形態においては、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第１圧電体膜７３からなる第１圧電体層７４を形成することで、第１電極６０上に、複数層の第１圧電体膜７３からなる所定厚さの第１圧電体層７４を形成する。なお、本実施形態では、図５（ｄ）に示すように、第１圧電体層７４を、１０層の第１圧電体膜７３により形成したが、層数は限定されない。
【００４９】
さらに、図５（ｄ）に併せて示すように、この第１圧電体層７４上に、第２圧電体層７２を形成するための前駆体溶液を、スピンコート法などを用いて塗布して、第２の圧電体層前駆体膜７５を形成する（塗布工程）。
その後、図５（ｅ）に示すように、第１電極６０上に第１圧電体層７４を設ける方法と基本的には同様の方法で、第１圧電体層７４上に、第２圧電体膜７６を形成する。
【００５０】
第２圧電体膜７６についても、上述のような塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を実施し、第１圧電体層７４上に、複数層の第２圧電体膜７６を形成する。乾燥工程、脱脂工程、焼成工程の雰囲気は限定されず、大気中、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。なお、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を複数回行ってもよい。これらの工程を所望の膜厚等に応じて複数回繰り返し、複数層からなる第２圧電体膜７６を形成するようにしてもよい。本実施形態では、図５（ｅ）に示すように、第２圧電体層７２を、２層の第２圧電体膜７６により形成したが、層数は限定されない。
【００５１】
ここで、本実施形態において、第２圧電体層７２を形成するための前駆体溶液は、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＬｉを含む複合酸化物を形成しうる金属錯体を混合し、該混合物を有機溶媒に溶解または分散させたものである。
【００５２】
具体的に、第２圧電体層７２を形成するための前駆体溶液は、Ｌｉ、又はＬｉ及びＣｕを、第２圧電体層７２と第１圧電体層７４とを形成するための前駆体溶液全体として、３．０〜６．０ｍｏｌ％含有するものとし、第２圧電体層７２の圧電体層７０の厚さに対する割合を、例えば１５〜３５％とした。Ｌｉを含む金属錯体としては、例えば２−エチルヘキサン酸リチウム、酢酸リチウムなどが挙げられる。また、Ｃｕを含む金属錯体としては、２−エチルヘキサン酸銅、酢酸銅などが挙げられる。
【００５３】
このように、本実施形態では、第２圧電体層７２の前駆体溶液として、Ｌｉを含む複合酸化物を形成しうる金属錯体が混合されたものを用いる。そして、Ｌｉを第１圧電体層７４の側に拡散させた後に、上述の焼成工程を実施し、第１圧電体層７４上に、第２圧電体層７２を形成する。勿論、上述したように、Ｌｉは、圧電体層７０全体として０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有するようにする必要がある。
【００５４】
このようにして形成した第１圧電体層７４と、第２圧電体層７２とで、圧電体層７０となる。このように、少なくともＢｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｔｉ及びＬｉを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物であり、Ｌｉは、圧電体層７０の全体として０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有する圧電体層７０とすることにより、ヤング率を低下させ、圧電特性を向上させることができる。
【００５５】
ヤング率を低下させることで圧電特性を向上させることができる理由は、以下の通りである。すなわち、圧電特性の指標となる変位量（ｄ３３）は、下記式（１）のように表される。尚、式（１）中、ｋ３３は電気機械結合係数、ε３３Ｔは比誘電率、Ｅはヤング率である。
【００５６】
［式１］
ｄ３３＝ｋ３３√（ε３３Ｔ／Ｅ）      （１）
【００５７】
式（１）より、電気信号から機械的振動への変換効率や電気特性に変化がなく、電気機械結合係数ｋ３３及び比誘電率ε３３Ｔが一定であるとすると、ヤング率Ｅを低下させることで、圧電変位量ｄ３３を大きくできることが分かる。よって、所定の電圧に対する変位量を向上させ、圧電特性を向上させることができる。
【００５８】
上述のように圧電体層７０を形成した後は、図６（ａ）に示すように、圧電体層７０上に白金等からなる第２電極８０をスパッタリング法等で形成し、各圧力発生室１２に対向する領域に圧電体層７０及び第２電極８０を同時にパターニングして、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とからなる圧電素子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、例えば、６００〜８５０℃の温度域で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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
次に、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０上に、マスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。
そして、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５２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。
【００６２】
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５２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。
【実施例】
【００６３】
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。
【００６４】
（実施例１）
まず、(１１０）に配向した単結晶シリコン（Ｓｉ）基板の表面に熱酸化により膜厚１１７０ｎｍの二酸化シリコン膜を形成した。次に、二酸化シリコン膜上にＲＦマグネトロンスパッター法により膜厚４０ｎｍのチタン膜を形成し、熱酸化することで酸化チタン膜を形成した。次に、酸化チタン膜上にＲＦマグネトロンスパッター法により膜厚１００ｎｍの白金膜（第１電極６０）を形成した。
【００６５】
次いで、第１電極６０上に圧電体層７０をスピンコート法により形成した。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ｎ−オクタン溶液を、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＴｉのｍｏｌ比が７５．０：２５．０：７１．２５：３．７５：２５．０となるように混合して、第１圧電体層７４を形成するための前駆体溶液（第１前駆体溶液）を調製した。
【００６６】
そして、調製した第１前駆体溶液を、形成した第１電極６０に滴下し、５００ｒｐｍで６秒間回転後、３０００ｒｐｍで基板を２０秒回転させ、第１前駆体膜を形成した（塗布工程）。次に、ホットプレート上に基板を載せ、１８０℃で２分間乾燥した（乾燥工程）。次いで、ホットプレート上に基板を載せ、３５０℃で２分間脱脂を行った（脱脂工程）。この溶液塗布〜脱脂工程を２回繰り返した後に、酸素雰囲気中で、ＲＴＡ（Rapid  Thermal  Annealing）装置で、７５０℃で５分間焼成を行った（焼成工程）。次いで、上記の工程を５回繰り返し、計１０回の塗布により、計１０層からなる第１圧電体層７４を形成した。
【００６７】
次いで、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸バリウム、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸マンガン、２−エチルヘキサン酸チタン及び２−エチルヘキサン酸リチウムの各ｎ−オクタン溶液を、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＬｉのｍｏｌ比が７５．０：２５．０：７１．２５：３．７５：２５．０：３．０となるように混合して、第２圧電体層７２を形成するための前駆体溶液（第２前駆体溶液）を調製した。
【００６８】
そして、調製した第２前駆体溶液を、形成した第１圧電体膜７３上に滴下し、５００ｒｐｍで６秒間回転後、３０００ｒｐｍで基板を２０秒回転させ、第２前駆体膜を形成した（塗布工程）。次に、ホットプレート上に基板を載せ、１８０℃で２分間乾燥した（乾燥工程）。次いで、ホットプレート上に基板を載せ、３５０℃で２分間脱脂を行った（脱脂工程）。この溶液塗布〜脱脂工程を２回繰り返した後に、酸素雰囲気中で、ＲＴＡ装置で、７５０℃で５分間焼成を行った（焼成工程）。次いで、上記の工程を２回繰り返し、計２回の塗布により、計２層からなる第２圧電体層７２を形成した。以上により、計１２層からなる圧電体層７０を形成した。
【００６９】
その後、形成した第２圧電体層７２上に、第２電極８０としてスパッター法により厚さ１００ｎｍの白金膜（第２電極）を形成することにより、少なくともＢｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｔｉ及びＬｉを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物であり、Ｌｉを、圧電体層７０の全体として０．５ｍｏｌ％以上１．０ｍｏｌ％未満含有する圧電体層７０を具備する実施例１の圧電素子３００を形成した。
【００７０】
実施例１の圧電素子３００では、計１２層からなる圧電体層７０のうち、Ｌｉの含有量は、０．５ｍｏｌ％であった。結果を表１に示す。尚、圧電体層７０におけるＬｉ（及びＣｕ）の含有量は、下記式（２）に基づいて算出した。
【００７１】
［式２］
Ｘ＝Ａ×（Ｂ／Ｃ）      （２）
Ｘ：圧電体層におけるＬｉ（及びＣｕ）の含有量（ｍｏｌ％）
Ａ：第２前駆体溶液に含まれるＢＦＭ―ＢＴ組成に対するＬｉ（及びＣｕ）のｍｏｌ比
Ｂ：第２の圧電体層の合計層
Ｃ：圧電体層の合計層数
【００７２】
（実施例２）
第２前駆体溶液として、Ｌｉのｍｏｌ比を増加させた溶液、すなわち、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸バリウム、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸マンガン、２−エチルヘキサン酸チタン及び２−エチルヘキサン酸リチウムの各ｎ−オクタン溶液を、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＬｉのｍｏｌ比が７５．０：２５．０：７１．２５：３．７５：２５．０：５．９となるように混合して調製した溶液を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。以上により、実施例２の圧電素子を形成した。
式（２）より、実施例２の圧電素子では、圧電体層におけるＬｉの含有量は、０．９８ｍｏｌ％であった。結果を表１に示す。
【００７３】
（実施例３）
第２前駆体溶液として、Ｌｉ及びＣｕを含む溶液、すなわち、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸バリウム、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸マンガン、２−エチルヘキサン酸チタン、２−エチルヘキサン酸リチウム及び２−エチルヘキサン酸銅の各ｎ−オクタン溶液を、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｌｉ及びＣｕのｍｏｌ比が７５．０：２５．０：７１．２５：３．７５：２５．０：３．０：１．０となるように混合して調製した溶液を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。以上により、実施例３の圧電素子を形成した。
【００７４】
式（２）より、実施例３の圧電素子では、圧電体層におけるＬｉの含有量は０．５ｍｏｌ％であった。また、圧電体層におけるＬｉ及びＣｕの合計含有量は０．６７ｍｏｌ％であった。結果を表１に示す。
【００７５】
（実施例４）
第２前駆体溶液として、Ｌｉ及びＣｕを含む溶液、すなわち、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸バリウム、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸マンガン、２−エチルヘキサン酸チタン、２−エチルヘキサン酸リチウム及び２−エチルヘキサン酸銅の各ｎ−オクタン溶液を、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｌｉ及びＣｕのｍｏｌ比が７５．０：２５．０：７１．２５：３．７５：２５．０：３．０：２．０となるように混合して調製した溶液を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。以上により、実施例４の圧電素子を形成した。
【００７６】
式（２）より、実施例４の圧電素子では、圧電体層におけるＬｉは０．５０ｍｏｌ％であった。また、圧電体層におけるＬｉ及びＣｕは０．８３ｍｏｌ％であった。結果を表１に示す。
【００７７】
（比較例１）
第２前駆体溶液として、Ｌｉ及びＣｕを含まない溶液、すなわち、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸バリウム、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸マンガン、２−エチルヘキサン酸チタンの各ｎ−オクタン溶液を、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＴｉのｍｏｌ比が７５．０：２５．０：７１．２５：３．７５：２５．０となるように混合して調製した溶液を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。以上により、比較例１の圧電素子を形成した。
式（２）より、比較例１の圧電素子では、圧電体層におけるＬｉは０ｍｏｌ％であった。結果を表１に示す。
【００７８】
（比較例２）
第２前駆体溶液として、Ｌｉのｍｏｌ比を低下させた溶液、すなわち、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸バリウム、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸マンガン、２−エチルヘキサン酸チタン及び２−エチルヘキサン酸リチウムの各ｎ−オクタン溶液を、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｌｉのｍｏｌ比が７５．０：２５．０：７１．２５：３．７５：２５．０：１．０となるように混合して調製した溶液を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。以上により、比較例２の圧電素子を形成した。
式（２）より、比較例２の圧電素子では、圧電体層におけるＬｉは０．１７ｍｏｌ％であった。結果を表１に示す。
【００７９】
（比較例３〜４）
第２前駆体溶液として、Ｌｉに代えてＣｕを混合した溶液、すなわち、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸バリウム、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸マンガン、２−エチルヘキサン酸チタン、２−エチルヘキサン酸銅の各ｎ−オクタン溶液を混合し、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＣｕのｍｏｌ比が７５．０：２５．０：７１．２５：３．７５：２５．０：１．０となるように混合して調製した溶液を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。以上により、比較例３の圧電素子を形成した。また、上記の各ｎ−オクタン溶液を混合し、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＣｕのｍｏｌ比が７５．０：２５．０：７１．２５：３．７５：２５．０：３．０となるように混合して調製した溶液を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。以上により、比較例４の圧電素子を形成した。
【００８０】
式（２）より、比較例３〜４の圧電素子では、圧電体層におけるＬｉは０ｍｏｌ％であった。尚、圧電体層におけるＣｕは、比較例３〜４の圧電素子でそれぞれ０．１７ｍｏｌ％、０．５０ｍｏｌ％であった。結果を表１に示す。
【００８１】
（比較例５〜６）
第２前駆体溶液として、Ｌｉ及びＣｕを混合した溶液、すなわち、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸バリウム、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸マンガン、２−エチルヘキサン酸チタン、２−エチルヘキサン酸リチウム及び２−エチルヘキサン酸銅の各ｎ−オクタン溶液を混合し、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｌｉ及びＣｕのｍｏｌ比が７５．０：２５．０：７１．２５：３．７５：２５．０：６．０：１．０となるように混合して調製した溶液を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。以上により、比較例５の圧電素子を形成した。また、上記の各ｎ−オクタン溶液を混合し、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｌｉ及びＣｕのｍｏｌ比が７５．０：２５．０：７１．２５：３．７５：２５．０：１．０：６．０となるように混合して調製した溶液を用いた以外は、実施例１と同様の操作を行った。以上により、比較例６の圧電素子を形成した。以上により、計１２層から成る圧電体層とした。
【００８２】
式（２）より、比較例５〜６の圧電素子では、圧電体層におけるＬｉは、それぞれ１．０ｍｏｌ％及び０．１７ｍｏｌ％であった。また、圧電体層におけるＬｉ及びＣｕは、比較例５〜６の圧電素子でそれぞれ１．１７ｍｏｌ％であった。結果を表１に示す。
【００８３】
（ヤング率測定）
実施例１〜４及び比較例１〜６の圧電素子につき、圧電体層のヤング率を測定した。ヤング率の測定は、球状圧子を用いたナノインデンテーション法により行った。すなわち、先端が球状の圧子を圧電素子の表面に押込み、そのときの圧子にかかる荷重と圧子の下の射影面積とから、圧電体層のヤング率を算出した。結果を表１に示す。
【００８４】
実施例１〜４及び比較例１〜６の圧電素子につき、アグザクト社製の変位測定装置（ＤＢＬＩ）を用い室温で、φ＝５００μｍの電極パターンを使用し、周波数１ｋＨｚの電圧を印加して、電界誘起歪（変位量）を測定し、印加電圧３０Ｖにおける変位量から、圧電定数を算出した。結果を表１に示す。尚、圧電定数は、圧電体層に電圧を印加した場合における変位量の指標となるものであり、上述した式（１）を用いて算出することが可能である。
【００８５】
【表１】
2014194992.tif 000003
【００８６】
表１に示すように、実施例１〜４の圧電素子のヤング率は９１〜１０２．０（ＧＰａ）であり、比較例１〜６の圧電素子のヤング率１０４．５〜１１３（ＧＰａ）に対し、０．８７倍〜０．９０倍となる低いヤング率を有することが確認された。よって、実施例１〜４の圧電素子は、比較例１〜６の圧電素子に比べ、優れた圧電特性を有することが分かった。
【００８７】
また、ヤング率が寄与する圧電定数についても、実施例１〜４の圧電素子の圧電定数は７３．８〜８７．８（ｐｍ／Ｖ）であり、比較例１〜６の圧電素子の圧電定数６２．８〜６９．３（ｐｍ／Ｖ）に対し、１．１８倍〜１．２７倍となる高い圧電定数を有することが確認された。よって、実施例１〜４の圧電素子は、比較例１〜６の圧電素子に比べ、優れた圧電特性を有することが分かった。
【００８８】
また、図８に示すように、実施例１の圧電素子は、比較例１の圧電素子に対し、点線で表されるヒステリシスループがほぼ重なることから、比誘電率はほぼ同等と考えられることが分かった。一方、実線で表されるバタフライ曲線では、実施例１〜４の圧電素子は、比較例１の圧電素子に対し、最下点と最高点との差が大きいことから、大きい変位量を有することが確認された。このことからも、実施例１〜４の圧電素子は、比較例の圧電素子に比べ、優れた圧電特性を有することが分かった。
【００８９】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、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。
【００９０】
さらに、上述した実施形態では、基板（流路形成基板１０）上に第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を順次積層した圧電素子３００を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子３００にも本発明を適用することができる。
【００９１】
また、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９は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００９２】
図９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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
また、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載される圧電素子に限られず、超音波発信機等の超音波デバイス、超音波モーター、圧力センサー、ＩＲセンサー等の焦電素子等他の装置に搭載される圧電素子にも適用することができる。また、本発明は強誘電体メモリー等の強誘電体素子にも同様に適用することができる。
また、上述した実施形態では、非鉛系の材料を用いることで、環境への負荷を低減できる。
【符号の説明】
【００９６】
Ｉ  インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、  ＩＩ  インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、  １０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  １３  連通部、  １４  インク供給路、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  マニホールド部、  ３２  圧電素子保持部、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜、  ６０  第１電極、  ７０  圧電体層、  ７１  第１の圧電体層前駆体膜、  ７２  第２圧電体層、  ７３  第１圧電体膜、  ７４  第１圧電体層、  ７５  第２の圧電体層前駆体膜、  ７６  第２圧電体膜、  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】
2014194992.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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