(57)【要約】【課題】圧電体層の結晶性を向上すると共に圧電体層の特性を均一化した圧電素子並びに圧電素子を用いた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】基板の一方面側に設けられた下電極と、下電極上に設けられた鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）を含む圧電材料からなる圧電体層と、圧電体層上に設けられた上電極とからなる圧電素子において、圧電体層の比誘電率が７５０〜１５００であり、且つ圧電体層の抗電界が１０〜４０ｋＶ／ｃｍとなるようにする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方面側に設けられた下電極と、該下電極上に設けられた鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）を含む圧電材料からなる圧電体層と、該圧電体層上に設けられた上電極とからなり、前記圧電体層の比誘電率が７５０〜１５００であり且つ当該圧電体層の抗電界が１０〜４０ｋＶ／ｃｍであることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記圧電体層の抗電界が２０〜３０ｋＶ／ｃｍであり且つ残留分極強度が１０〜１５μＣ／ｃｍ２であることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記圧電体層の膜厚が、０．５〜５μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記圧電体層の組成比が、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１．０５〜１．５及びＺｒ／Ｔｉ＝５３／４７〜７５／２５の条件を満たすことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の圧電素子。
【請求項５】
前記圧電材料がチタン酸ジルコン酸鉛であることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の圧電素子。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の圧電素子と、一方面側に当該圧電素子が振動板を介して設けられると共に液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項６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、圧電材料からなる圧電体層を具備する圧電素子並びに圧電素子を用いた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は、例えば、電気機械変換機能を呈する圧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、また圧電体層は、例えば、結晶化した圧電性セラミックスにより構成されている。
【０００３】
また、このような圧電素子を用いた液体噴射ヘッドとしては、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を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は、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものの２種類が実用化されている。
【０００４】
また、たわみ振動モードのアクチュエータを使用したものとしては、例えば、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電体膜を形成し、この圧電体層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けることによって圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものが知られている。
【０００５】
さらに、このような圧電素子を構成する圧電体層（圧電膜）としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、このような圧電体層を有する圧電素子の変位特性、耐久性等の各種特性は、圧電体層の結晶性に大きく影響される。例えば、特許文献１においても、圧電体層（圧電膜）の特性として、比誘電率や抗電界等が規定されているが、このような特許文献１に記載の圧電体層の結晶性は十分とは言えない。
【０００６】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに搭載される圧電素子だけでなく、勿論、その他の液体噴射ヘッドに搭載される圧電素子においても同様に存在する。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２８４６７１号公報（第５頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、圧電体層の結晶性を向上すると共に圧電体層の特性を均一化した圧電素子並びに圧電素子を用いた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板の一方面側に設けられた下電極と、該下電極上に設けられた鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）を含む圧電材料からなる圧電体層と、該圧電体層上に設けられた上電極とからなり、前記圧電体層の比誘電率が７５０〜１５００であり且つ当該圧電体層の抗電界が１０〜４０ｋＶ／ｃｍであることを特徴とする圧電素子にある。
かかる第１の態様では、圧電体層の結晶性が大幅に向上する。したがって、変位特性に優れると共に、耐電圧が高く耐久寿命の長い圧電素子を提供することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、前記圧電体層の抗電界が２０〜３０ｋＶ／ｃｍであり且つ残留分極強度が１０〜１５μＣ／ｃｍ２であることを特徴とする第１の態様の圧電素子にある。
かかる第２の態様では、圧電体層の結晶性がより優れたものとなり、圧電素子の変位特性及び耐久寿命がさらに向上する。
【００１１】
本発明の第３の態様は、前記圧電体層の膜厚が、０．５〜５μｍであることを特徴とする第１又は第２の態様の圧電素子にある。
かかる第３の態様では、圧電体層の結晶性がより確実且つ大幅に向上する。
【００１２】
本発明の第４の態様は、前記圧電体層の組成比が、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１．０５〜１．５及びＺｒ／Ｔｉ＝５３／４７〜７５／２５の条件を満たすことを特徴とする第１〜３の何れかの態様の圧電素子にある。
かかる第４の態様では、圧電体層の組成比を所定範囲内に調整することで、圧電体層の結晶性をさらに向上させることができる。
【００１３】
本発明の第５の態様は、前記圧電材料がチタン酸ジルコン酸鉛であることを特徴とする第１〜４の何れかの態様の圧電素子にある。
かかる第５の態様では、変位特性及び耐久性に優れた圧電素子を提供することができる。
【００１４】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様の圧電素子と、一方面側に当該圧電素子が振動板を介して設けられると共に液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第６の態様では、圧電素子の変位特性及び耐久寿命が向上するため、信頼性に優れた液体噴射ヘッドを提供することができる。
【００１５】
本発明の第７の態様は、第６の態様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。
かかる第７の態様では、耐久性及び信頼性に優れた液体噴射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係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の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ０．５〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室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を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護基板のリザーバ部と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する。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。
【００１７】
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、後述するマスク膜５２を介して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、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で２．５〜４．５［×１０-6／℃］であるガラス、セラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
【００１８】
一方、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜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）等からなり厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が積層形成されている。また、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．１〜０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜５μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。
【００１９】
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。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、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う。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜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。何れの場合においても、圧力発生室１２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。
【００２０】
そして、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０がそれぞれ接続され、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ようになっている。
【００２１】
ここで、圧電素子３００を構成する下電極膜６０及び上電極膜８０は、比較的導電性の高い金属材料、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等からなる。また、圧電体層７０は、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）を少なくとも含む圧電材料、例えば、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる。そして、このような圧電体層７０は、比誘電率が７５０〜１５００であり且つ抗電界はＥｃ＝１０〜４０ｋＶ／ｃｍ（２Ｅｃ＝２０〜８０ｋＶ／ｃｍ）であるという特性を有する。なお、圧電体層７０の抗電界Ｅｃは、例えば、図３に示すような圧電体層のヒステリシス曲線の２Ｅｃから求めた値である。
【００２２】
このような特性を有する圧電体層７０は、極めて良好な圧電定数、具体的には、圧電定数ｄ３１が１５０〜２５０（ｐＣ／Ｎ）となり、圧電素子３００の変位特性が向上する。また、このような特性を有する圧電体層７０は、結晶性に優れているため、例えば、耐電圧等の特性も大幅に向上する。したがって、圧電素子３００の変位特性が向上すると同時に、耐久寿命も大幅に延びる。また、各圧電素子３００を構成する圧電体層７０の特性のばらつきは極めて小さいため、各ノズル開口２１からのインク滴の吐出特性が均一化される。
【００２３】
さらに、圧電体層７０は、抗電界がＥｃ＝２０〜３０ｋＶ／ｃｍ（２Ｅｃ＝４０〜６０ｋＶ／ｃｍ）であり且つ残留分極強度がＰｒ＝１０〜１５μＣ／ｃｍ２（２Ｐｒ＝２０〜３０μＣ／ｃｍ２）であることが好ましい。なお、圧電体層７０の残留分極強度Ｐｒは、例えば、図３に示すようなヒステリシス曲線の２Ｐｒから求めた値である。
【００２４】
また、圧電体層７０は、その組成比がＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１．０５〜１．５及びＺｒ／Ｔｉ＝５３／４７〜７５／２５の条件を満たしているのが好ましい。さらに、圧電体層７０は、ペロブスカイト構造を有していることが好ましい。
【００２５】
なお、本実施形態では、圧電体層７０は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されているが、圧電体層７０を構成する圧電材料としては、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）を少なくとも含むものであればよく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）に、酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等も好適に用いられる。
【００２６】
また、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、下電極膜６０、弾性膜５０及びリード電極９０上には、圧電素子３００に対向する領域に、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３１を有する保護基板３０が、接着剤等によって接合されている。なお、圧電素子保持部３１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。また、保護基板３０には、連通部１３に対向する領域にリザーバ部３２が設けられており、このリザーバ部３２は、上述したように、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リザーバ１００を構成している。また、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出され、これら下電極膜６０及びリード電極９０には、図示しないが、駆動ＩＣから延設される接続配線の一端が接続される。
【００２７】
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。
【００２８】
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によってリザーバ部３２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のリザーバ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、リザーバ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。
【００２９】
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からインクを取り込み、リザーバ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下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜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。
【００３０】
ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、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１２の長手方向の断面図である。まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、膜厚が約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
【００３１】
次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５５を形成する。次いで、図４（ｃ）に示すように、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等からなる下電極膜６０を絶縁体膜５５の全面に形成後、下電極膜６０を所定形状にパターニングする。
【００３２】
次に、図４（ｄ）に示すように、下電極膜６０及び絶縁体膜５５上に、チタン（Ｔｉ）を、例えば、スパッタ法等によって塗布することにより所定の厚さの種チタン層６５を形成する。次に、この種チタン層６５上に、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層７０を形成する。なお、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、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７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。また、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ(Metal-Organic Decomposition)法等を用いてもよい。
【００３３】
圧電体層７０の形成手順の一例としては、まず、図５（ａ）に示すように、種チタン層６５上にＰＺＴ前駆体膜である圧電体前駆体膜７１を成膜する。すなわち、流路形成基板用ウェハ１１０上に金属有機化合物を含むゾル（溶液）を塗布する。次いで、圧電体前駆体膜７１を、所定温度に加熱して一定時間乾燥させ、ゾルの溶媒を蒸発させることで圧電体前駆体膜７１を乾燥させる。さらに、大気雰囲気下において一定の温度で一定時間、圧電体前駆体膜７１を脱脂する。なお、ここで言う脱脂とは、ゾル膜の有機成分を、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させることである。
【００３４】
そして、このような塗布・乾燥・脱脂の工程を、所定回数、例えば、２回繰り返すことで、図５（ｂ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定厚に形成し、この圧電体前駆体膜７１を拡散炉で加熱処理することによって結晶化させて圧電体膜７２を形成する。すなわち、圧電体前駆体膜７１を焼成することで種チタン層６５を核として結晶が成長して圧電体膜７２が形成される。なお、焼成温度は、６５０〜８５０℃であることが好ましく、例えば、約７００℃で３０分間、圧電体前駆体膜７１を焼成して圧電体膜７２を形成する。なお、このように形成した圧電体膜７２の結晶は（１００）面に優先配向する。
【００３５】
さらに、上述した塗布・乾燥・脱脂・焼成の工程を、複数回繰り返すことにより、図５（ｃ）に示すように、例えば、５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。なお、このように複数回焼成を行って圧電体層７０を形成する場合には、トータルの焼成（加熱）時間を、０．５〜３時間以内とするのが好ましい。
【００３６】
そして、このように圧電体層７０を形成することで、比誘電率が７５０〜１５００であり且つ抗電界Ｅｃが１０〜４０ｋＶ／ｃｍである良好な特性を有する圧電体層７０を安定して形成することができる。なお、本実施形態の条件で圧電体層７０を形成した場合、圧電体層７０の抗電界Ｅｃは、およそ２０〜３０（ｋＶ／ｃｍ）となり且つ残留分極強度Ｐｒは、およそ１０〜１５（μＣ／ｃｍ２）となる。
【００３７】
このように圧電体層７０を形成した後は、図６（ａ）に示すように、例えば、イリジウムからなる上電極膜８０を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成する。次いで、図６（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。
【００３８】
ここで、複数の圧電素子のサンプルを上述した条件で作製し、各サンプルの圧電体層の残留分極強度（２Ｐｒ）及び抗電界（２Ｅｃ）を測定した結果を、図８に示す。図８に示すように、何れのサンプルの圧電素子においても、圧電体層の残留分極強度（２Ｐｒ）は２０〜３０（μＣ／ｃｍ２）であり、且つ抗電界（２Ｅｒ）は４０〜６０（ｋＶ／ｃｍ）であることが分かる。
【００３９】
そして、このような圧電体層７０の圧電定数ｄ３１は、上述したように、１５０〜２５０（ｐＣ／Ｎ）と高く、圧電素子３００の変位特性が大幅に向上する。また、圧電体層７０は結晶性も優れているため、例えば、耐電圧等の特性も大幅に向上する。
【００４０】
なお、圧電素子３００を形成した後は、各圧電素子３００から引き出されるリード電極９０を形成する。具体的には、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９１を形成する。その後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して金属層９１を各圧電素子３００毎にパターニングすることでリード電極９０が形成される。
【００４１】
次に、図６（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハ１３０を接合する。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。
【００４２】
次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸によってウェットエッチングすることにより流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、約７０μｍ厚になるように流路形成基板用ウェハ１１０をエッチング加工した。次いで、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなるマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜５２を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることにより、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。
【００４３】
その後は、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ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１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口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とする。
【００４４】
以上説明したように、本発明では、圧電素子を構成する圧電体層の比誘電率が７５０〜１５００であり且つ圧電体層の抗電界が１０〜４０ｋＶ／ｃｍであるようにした。これにより、圧電体層７０の圧電定数ｄ３１が高くなるため圧電素子３００の変位特性が向上し、また圧電体層７０の結晶性が向上することで、例えば、耐電圧等の特性も大幅に向上する。したがって、圧電素子３００の変位特性が向上すると同時に、耐久寿命も大幅に延びる。
【００４５】
ここで、上述した条件で作製した圧電素子のサンプルに所定の駆動パルスを３００億回連続的に印加する耐久試験を行い、そのときの圧電素子の変位量及び変位低下率の変化を調べた結果を図９に示す。なお、サンプルの圧電素子は、圧電体層の厚さが１．５μｍ、下電極膜の厚さが２００ｎｍ、上電極膜の厚さが５０ｎｍである。また、耐久試験で印加した駆動パルスは、電圧５０Ｖ、周波数１００ｋＨｚのｓｉｎ波形であり、変位測定時に印加した駆動パルスは、電圧３０Ｖ、周波数８００Ｈｚの台形波形である。
【００４６】
図９に示すように、本発明に係る圧電素子は、耐久パルス数の増加に伴って変位量が低下、すなわち、変位低下率は増加するものの、駆動パルスを３００億回印加して後でも、変位低下率は１３．３％と極めて低く抑えられていた。この結果から明らかなように、本発明によれば、圧電素子（圧電体層）の耐久寿命は大幅に向上する。
【００４７】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態１を説明したが、インクジェット式記録ヘッド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１では、圧電体層をゾル−ゲル法によって形成した例を説明したが、圧電体層をスパッタ法又はＣＶＤ法等によって形成するようにしてもよい。この場合には、成膜した圧電体前駆体膜を、約６５０〜７５０℃の温度で焼成し、その後０．５〜３時間ポストアニールすることで、実施形成１と同様の特性を有する圧電体層を形成することができる。さらには、圧電体層を構成する複数の圧電体膜のうち、下層部分をスパッタ法又はＣＶＤ法で形成し、上層部分をゾル−ゲル法又はＭＯＤ法等によって形成するようにしてもよい。
【００４８】
また、これら各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１０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。図１０に示すように、インクジェット式記録ヘッド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。
【００４９】
そして、駆動モータ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上を搬送されるようになっている。
【００５０】
なお、上述した実施形態１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、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）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。さらに、本発明は、液体噴射ヘッドに利用される圧電素子だけでなく、他のあらゆる装置、例えば、マイクロホン、発音体、各種振動子、発信子等に搭載される圧電素子にも適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【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】圧電体層のヒステリシス曲線の一例を示す図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法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方法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方法を示す断面図である。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図８】サンプルの圧電体層の残留分極強度及び抗電界を示すグラフである。
【図９】サンプルの圧電素子の変位量及び変位低下率を示すグラフである。
【図１０】一実施形態に係る記録装置の概略図である。
【符号の説明】
【００５２】
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  圧電素子保持部、  ３２  リザーバ部、  ４０  コンプライアンス基板、  ６０  下電極膜、  ６５  チタン層、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  ９０  リード電極、  １００  リザーバ、  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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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