(57)【要約】【課題】圧電素子の十分な変位量を確保でき且つ環境負荷の少ない液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】ノズル２１に連通する圧力発生室１２と、圧力発生室１２内に圧力変化を生じさせる圧電素子３００と、を具備し、圧電素子３００が、下電極６０と、下電極６０上に形成された鉄酸マンガン酸ビスマスランタンからなる拡散抑制層７５と、拡散抑制層７５上に形成されたペロブスカイト型構造を有しアルカリ金属を含む複合酸化物からなる圧電体層７０と、圧電体層７０上に形成された上電極８０と、で構成されるようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を噴射するノズルに連通する圧力発生室と、
前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備し、
前記圧電素子は、
第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された鉄酸マンガン酸ビスマスランタンからなる拡散抑制層と、
前記拡散抑制層上に形成されたペロブスカイト型構造を有しアルカリ金属を含む複合酸化物からなる圧電体層と、
前記圧電体層上に形成された第２の電極と、を備えていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記拡散抑制層の厚さが、６０ｎｍ以上である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】
前記拡散抑制層が、ペロブスカイト型構造を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】
前記圧電体層に含まれるアルカリ金属が、ナトリウム（Ｎａ）又はカリウム（Ｋ）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液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記圧電体層が、バリウム、チタン、ナトリウム及びカリウムを含む複合酸化物からなることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体層を備える圧電素子の変位によって圧力発生室内に圧力変化を生じさせ、この圧力発生室に連通するノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルから液滴を噴射させる液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、プリンター等に搭載されてノズルからインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。インクジェット式記録ヘッドの構造は、様々提案されているが、例えば、ノズルに連通する圧力発生室の一部が振動板で構成され、この振動板上に圧電素子が設けられたものがある。このようなインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子の駆動により振動板を変形させて圧力発生室内のインクを加圧してノズルからインク滴を噴射させる。
【０００３】
また圧電素子の構成も様々あるが、例えば、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。圧電素子の変位量は、基本的に圧電体層（圧電セラミックス）の圧電特性によって決まる。このため、圧電体層の材料としては、高い圧電特性を示す材料が求められており、この要求を満たす材料として、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が用いられることが多かった（例えば、特許文献１参照）。
【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２００７−２８１２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電体層を備えた圧電素子であれば、十分な変位量を確保することができる。しかしながら、環境問題等の観点から、鉛の含有量を極力抑えた圧電材料の使用が望まれており、例えば、チタン酸ビスマスナトリウム等の鉛を含まない圧電材料が用いられるようになってきている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
このようなアルカリ金属を含有する圧電材料で形成された圧電体層は、その製造過程において圧電体層中のアルカリ金属が第１の電極（下電極）に拡散するためか、リーク電流が比較的大きくなる傾向にあり、それに起因して圧電素子の十分な変位量を確保することができなくなる虞がある。また圧電体層の耐電圧が低下し、圧電体層の絶縁破壊が生じる虞がある。
【０００７】
なおこのような問題は、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク滴以外の液滴を噴射する他の液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子の十分な変位量を確保でき且つ環境負荷の少ない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】
【０００９】
上記課題を解決する本発明は、液滴を噴射するノズルに連通する圧力発生室と、前記圧力発生室内に圧力変化を生じさせる圧電素子と、を具備し、前記圧電素子は、第１の電極と、前記第１の電極上に形成された鉄酸マンガン酸ビスマスランタンからなる拡散抑制層と、前記拡散抑制層上に形成されたペロブスカイト型構造を有しアルカリ金属を含む複合酸化物からなる圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第２の電極と、を備えていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる本発明では、圧電素子を構成する第１の電極と圧電体層との間に拡散抑制層が設けられていることで、製造過程において、圧電体層に含まれるアルカリ金属の第１の電極への拡散が抑制されるせいか、圧電体層のリーク電流が抑制されると共に耐電圧が向上する。したがって、圧電素子を十分に変位させることができ、液滴を良好に噴射することができる。
【００１０】
ここで、前記拡散抑制層の厚さが、６０ｎｍ以上であることが好ましい。これにより、圧電体層のリーク電流がより確実に抑制されると共に耐電圧がさらに向上する。
【００１１】
また前記拡散抑制層が、ペロブスカイト型構造を有することが好ましい。これにより、圧電素子に電圧を印加した際に、圧電体層と共に拡散抑制層が変形し、圧電素子の変位量がさらに増加する。
【００１２】
前記圧電体層に含まれるアルカリ金属としては、例えば、ナトリウム（Ｎａ）又はカリウム（Ｋ）等が挙げられる。より具体的には、前記圧電体層は、例えば、バリウム、チタン、ナトリウム及びカリウムを含む複合酸化物からなる。これらのアルカリ金属を含む圧電体層は、リーク電流が高くなり易い。しかしながら、拡散抑制層が設けられていることで、このような圧電体層のリーク電流も確実に抑制される。
【００１３】
また本発明は、このような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。かかる本発明では、耐久性や信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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及び断面図。
【図３】実施形態１に係る圧電体層のＰ−Ｖ曲線を表す図。
【図４】実施形態１に係る圧電体層のＰ−Ｖ曲線及びＳ−Ｖ曲線を表す図。
【図５】実施形態１に係る圧電体層のＰ−Ｖ曲線及びＳ−Ｖ曲線を表す図。
【図６】実施形態１に係る圧電体層のＰ−Ｖ曲線及びＳ−Ｖ曲線を表す図。
【図７】実施形態１に係る圧電体層のＰ−Ｖ曲線及びＳ−Ｖ曲線を表す図。
【図８】実施形態１に係る圧電体層のＰ−Ｖ曲線及びＳ−Ｖ曲線を表す図。
【図９】実施形態１に係る圧電体層のＰ−Ｖ曲線及びＳ−Ｖ曲線を表す図。
【図１０】実施形態１に係る圧電素子の断面構造を示すＳＥＭ像。
【図１１】実施形態１に係る圧電体層の印加電圧と電流密度との関係を示す図。
【図１２】実施例及び比較例の圧電素子の変位量の違いを示す図。
【図１３】実施形態１に係る圧電素子のＸ線回折パターンを示す図。
【図１４】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１５】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１６】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１７】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１８】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】
【００１５】
（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の平面図及びそのＡ−Ａ´線断面図である。
【００１６】
図示するように、シリコン基板からなる流路形成基板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。流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端側には、隔壁１１によって区画され各圧力発生室１２に連通するインク供給路１３と連通路１４とが設けられている。さらに、連通路１４の外側には、各連通路１４と連通する連通部１５が設けられている。この連通部１５は、後述する保護基板３０のマニホールド部３２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１００を構成する。
【００１７】
流路形成基板１０の一方面には、酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。この弾性膜５０は、流路形成基板１０に形成された圧力発生室１２等のインク流路の一方の壁面を構成する。
【００１８】
流路形成基板１０の他方面側には、各圧力発生室１２に連通するノズル２１が穿設されたノズルプレート２０が接合されている。ノズルプレート２０は、流路形成基板１０に形成された圧力発生室１２等のインク流路の他方の壁面を構成する。ノズルプレート２０の材料は、特に限定されないが、例えば、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が好適に用いられる。
【００１９】
また弾性膜５０上には、弾性膜５０とは異なる材料、例えば、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、密着層５６（図１５参照）を介して圧力発生室１２内に圧力変化を生じさせる圧電素子３００が設けられている。
【００２０】
圧電素子３００は、密着層５６上に形成された共通電極であり、例えば、白金からなる下電極（第１の電極）６０と、下電極６０上に形成されて厚さが２μｍ以下、好ましくは１〜０．３μｍの薄膜である圧電体層７０と、圧電体層７０上に形成された個別電極であり、例えば、白金からなる上電極（第２の電極）８０とを備えている。なお各上電極８０には、リード電極９０がそれぞれ接続されており、このリード電極９０を介して各圧電素子３００と後述する駆動ＩＣ１２０とが接続されている。
【００２１】
密着層５６は、例えば、酸化チタン等からなり、圧電素子３００の下電極６０と、その下地層（本実施形態では絶縁体膜５５）との密着性を向上させる役割を果たす。なお本実施形態では、弾性膜５０上に絶縁体膜５５が形成されているが、この絶縁体膜５５は設けられていなくてもよく、また絶縁体膜５５上にさらに別の層が形成されていてもよい。
【００２２】
ここで、圧電素子３００を構成する圧電体層７０は、ペロブスカイト型構造を有しアルカリ金属を含む複合酸化物からなる。具体的には、圧電体層７０は、ペロブスカイト型構造を有するチタン酸ビスマスナトリウムカリウムを含み、さらに必要に応じてチタン酸バリウムを含む圧電材料、すなわち、チタン（Ｔｉ）、ビスマス（Ｂｉ）、ナトリウム（Ｎａ）及びカリウム（Ｋ）を含む、又は、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ及びＢａを含むペロブスカイト型構造を有する複合酸化物で形成されている。
【００２３】
また圧電体層７０の材料は、ペロブスカイト型構造を有するチタン酸ビスマスナトリウムカリウムである場合、下記一般式（１）で表される組成比であることが好ましく、さらに好ましくは、下記一般式（１）において、０．６≦ｘ≦０．８である。
[x{(Bia,Na1-a)TiO3}-(1-x){(Bib,K1-b)TiO3}]    (1)
(0.4＜a＜0.6,0.4＜b≦0.6,0.5≦x≦0.85)
【００２４】
また、圧電体層７０の材料は、ペロブスカイト型構造を有しチタン酸バリウムを含むチタン酸ビスマスナトリウムカリウムである場合、下記一般式（２）で表される組成比であることが好ましく、さらに好ましくは、下記一般式（２）において、０．６≦ｘ≦０．８や０＜ｙ≦０．１である。なお、［（Ｂｉａ,Ｎａ１−ａ）ＴｉＯ３］：［（Ｂｉｂ,Ｋ１−ｂ）ＴｉＯ３］＝ｘ：１−ｘ（モル比）であり、［（Ｂｉａ,Ｎａ１−ａ）ＴｉＯ３］と［（Ｂｉｂ,Ｋ１−ｂ）ＴｉＯ３］の総量：［ＢａＴｉＯ３］＝１：ｙ（モル比）である。
[x{(Bia,Na1-a)TiO3}-(1-x){(Bib,K1-b)TiO3}]-y(BaTiO3)    (2)
(0.4＜a＜0.6,0.4＜b≦0.6,0.5≦x≦0.9,0＜y≦0.2)
【００２５】
さらに、本実施形態の圧電体層７０は、飽和分極Ｐｍ及び残留分極Ｐｒが２５℃において０≦Ｐｒ／Ｐｍ≦０．２５、好ましくは０≦Ｐｒ／Ｐｍ≦０．２０、さらに好ましくは０≦Ｐｒ／Ｐｍ≦０．１５を満たすものである。
【００２６】
なお飽和分極Ｐｍは、２００〜１０００ｋＶ／ｃｍ程度の十分高い電圧Ｖｍのもとでの分極量をいい、残留分極Ｐｒとは、印加電圧を下げ０Ｖにしたときの分極をいう。本願では、前述の電界範囲を満たす電圧３０Ｖでの分極量をＰｍとした。
【００２７】
このように圧電体層７０が、ペロブスカイト型構造を有しアルカリ金属を含む複合酸化物が形成されていることで、圧電体層７０の鉛の含有量が低くなると共に、分極処理及び中間電位が実質的に不要となり、圧電素子３００を低い電圧で駆動することができる。
【００２８】
詳述すると、本実施形態に係る圧電素子３００を構成する圧電体層７０に印加する電圧を徐々に変化させると、図３に示すようなＰ−Ｖ曲線が得られる。図３に示すように、本実施形態に係る圧電素子３００おいては、圧電体層７０のＰｒは比較的小さい値、例えば、６μＣ／ｃｍ２以下となり、Ｐｒ／Ｐｍは比較的大きくなる。また、抗電界Ｅｃとなる電圧Ｖｃも極めて小さくなる。
【００２９】
図４〜図９は、チタン酸ビスマスナトリウムカリウム及びチタン酸バリウムを含む圧電材料からなる圧電体層を有する圧電素子に電圧を印加した際の分極量と電圧との関係を示す図である。
【００３０】
これらの図に示すように、チタン酸ビスマスナトリウムカリウム及びチタン酸バリウムを含む圧電材料からなる圧電体層７０を有する圧電素子３００に対して、５Ｖ〜３０Ｖの電圧を５Ｖ間隔で印加すると、図４（５Ｖ）、図５（１０Ｖ）、図６（１５Ｖ）、図７（２０Ｖ）、図８（２５Ｖ）、図９（３０Ｖ）にそれぞれ示すようなＰ−Ｖ曲線及びＳ−Ｖ曲線が得られる。各図中太線が分極量を示し、細線が変位量を示す。
【００３１】
このように本実施形態においては、電圧が５Ｖであっても圧電体層７０に変位が生じていることから、低い電圧でも圧電素子３００を駆動させることができることが分かる。このように低い電圧であっても圧電素子３００を駆動することができれば、従来、圧電素子を駆動させる際に必要であった中間電位が実質的に不要になる。もちろん本実施形態においても、圧電素子に中間電位をかけながら駆動させることもできる。その場合でも、中間電位は実質的に不要なので、中間電位の値に制限がなく、任意の駆動波形を設定することができる。
【００３２】
また本実施形態では、圧電体層７０として、チタン酸ビスマスナトリウムカリウムを含む圧電材料を用いたものを例示したが、圧電体層７０の材料はこれに限定されるものではなく、例えば、チタン酸ビスマスナトリウムカリウムの替わりに、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ３）やニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ３）等を含むものであってもよい。
【００３３】
そして本発明では、このようにアルカリ金属を含む材料で形成された圧電体層７０と下電極６０との間に、拡散抑制層７５が設けられている。つまり本発明に係る圧電素子３００には、下電極６０と、拡散抑制層７５と、圧電体層７０と、上電極８０とが含まれる。
【００３４】
拡散抑制層７５は、ビスマス（Ｂｉ）、ランタン（Ｌａ）、鉄（Ｆｅ）及びマンガン（Ｍｎ）を含む複合酸化物からなる。より詳細には、拡散抑制層７５は、鉄酸ビスマス（ＢｉＦｅＯ３）と、鉄酸ランタン（ＬａＦｅＯ３）と、マンガン酸ビスマス（ＢｉＭｎＯ３）を含む複合酸化物、つまり鉄酸マンガン酸ビスマスランタンからなる。
【００３５】
このような拡散抑制層７５が形成されていることで、比較的低い電圧で圧電素子３００を十分に変形させることができる。詳しく説明すると、上述のように圧電体層７０はアルカリ金属を含む材料で形成されている。圧電素子３００を製造する際（加熱の際）に、圧電体層７０の材料に含まれるアルカリ金属が下電極６０に拡散するせいか、アルカリ金属を含む材料からなる圧電体層７０は、そのリーク電流が高くなる傾向にある。また圧電体層７０の耐電圧が低くなり絶縁破壊が生じる虞もある。
【００３６】
しかしながら、下電極６０と圧電体層７０との間に拡散抑制層７５を設けることで、圧電体層７０のリーク電流が低く抑えられる。また圧電体層７０の耐電圧も向上する。これは、製造過程における圧電体層７０に含まれるアルカリ金属の下電極６０への拡散が、拡散抑制層７５によって抑制されたことによるものと考えられる。そして、このように拡散抑制層７５によって圧電体層７０のリーク電流が低く抑えられることで、比較的低い電圧であっても圧電素子３００を十分に変形させることができる。
【００３７】
図１０は、本実施形態に係る圧電素子の断面構造を示すＳＥＭ像である。図１０のＳＥＭ像から分かるように、拡散抑制層７５と圧電体層７０との境界部分の結晶構造は良好であり、またこの境界部分に異物は確認されなかった。このように境界部分の結晶構造が良好であることは、拡散抑制層７５によって圧電体層７０に含まれるアルカリ金属の下電極６０への拡散が抑えられているためであると考えられる。
【００３８】
図１１は、本実施形態に係る圧電素子（実施例）と、従来技術に係る圧電素子（比較例）とにおける印加電圧と電流密度との関係を示す図である。図１１に示すように、拡散抑制層が設けられていない比較例の圧電素子では、印加電圧の上昇（又は低下）に伴ってリーク電流（電流密度）が急激に増加し、２０Ｖ及び−３０Ｖを少し超えたところで絶縁破壊が生じていることが確認された。これに対し、拡散抑制層が設けられた実施例の圧電素子のリーク電流は、印加電圧が比較的低いところでは比較例よりも大きいものの、その上昇率は徐々に低下し、２０（−２０）Ｖ程度を越えると比較例よりも小さくなる。つまり実際の駆動時には、実施例の圧電素子におけるリーク電流は、比較例の圧電素子よりも小さくなる。また実施例の圧電素子では、印加電圧が５０（−５０）Ｖを超えても絶縁破壊は確認されなかった。この結果から分かるように、拡散抑制層７５を設けることで圧電体層７０のリーク電流が抑制され且つ耐電圧も向上する。
【００３９】
このような拡散抑制層７５の厚さは、圧電体層７０に含まれるアルカリ金属の拡散を抑制できる程度に適宜決定されればよいが、好ましくは６０ｎｍ以上である。拡散抑制層７５をこのような厚さで形成することで、アルカリ金属の拡散を効果的に抑制することができる。また拡散抑制層７５を厚くし過ぎると、圧電体層７０の変形が阻害されて圧電素子３００の変位量が低下する虞がある。このため、拡散抑制層７５の厚さは、１２０ｎｍ以下の厚さであることが好ましい。これにより、アルカリ金属の拡散を抑制でき、且つ圧電素子３００の変位量の低下も抑えられる。
【００４０】
なお拡散抑制層７５は、後述するように、所定の溶液を下電極６０上に塗布し、その後焼成することによって形成される。このような方法で形成される拡散抑制層７５の１層の厚さは、およそ６０ｎｍ程度である。つまり本実施形態においては、拡散抑制層７５は、１層又は２層で構成されていることが好ましい。
【００４１】
さらに、このような拡散抑制層７５は、圧電体層７０と同様にペロブスカイト型構造を有していることが好ましい。これにより、圧電体層７０と共に拡散抑制層７５も圧電特性を示す。つまり圧電素子３００に電圧を印加した際に、拡散抑制層７５が圧電体層７０と共に変形する。したがって、拡散抑制層７５が圧電素子３００の変位を阻害することは、少なくとも無くなる。
【００４２】
例えば、本実施形態では、鉄酸マンガン酸ビスマスランタンからなりペロブスカイト型構造を有する１層の拡散抑制層７５を約６０ｎｍの厚さで下電極６０上に形成している。このような本実施形態の構成では、拡散抑制層７５によって圧電素子３００の変位が阻害されるどころか、逆に、変位量を向上することができる。
【００４３】
図１２は、本実施形態に係る圧電素子（実施例）と、従来技術に係る圧電素子（比較例）との変位量を比較した図である。拡散抑制層７５を設けた実施例の圧電素子と、拡散抑制層が設けられていない比較例の圧電素子とに、所定の一定電圧を印加したところ、図１２に示すように、比較例の圧電素子の変位量は１．０８ｎｍ程度であった。これに対し、実施例の圧電素子の変位量は１．２２ｎｍ程度であり、比較例の圧電素子の変位量よりも１０％以上向上していた。この結果からも明らかなように、ペロブスカイト型構造の拡散抑制層７５を設けることによって、圧電素子３００の変位量を向上させることができる。
【００４４】
また拡散抑制層７５がペロブスカイト型構造となっているか否かは、圧電素子３００のＸ線回折パターンから確認することができる。図１３は、本実施形態に係る圧電素子（実施例）と、従来技術に係る圧電素子（比較例）とのＸ線回折パターンを示す図である。図１３に示すように、拡散抑制層が設けられた実施例の圧電素子と、拡散抑制層が設けられていない比較例の圧電素子とで、Ｘ線回折パターンが一致していることが分かる。拡散抑制層がペロブスカイト型構造となっていない場合、実施例の圧電素子のパターンには、比較例の圧電素子とは異なるピークが発生する。したがって、図１３の結果から、実施例の拡散抑制層７５がペロブスカイト型構造となっていることが分かる。
【００４５】
なお図１３において、ピークＰ１，Ｐ３，Ｐ６が、ペロブスカイト型構造からなる圧電体層又は拡散抑制層に起因するものである。またピークＰ２は、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５に起因するものであり、ピークＰ５，Ｐ４は、白金からなる上電極又は下電極に起因するものであり、ピークＰ７は、シリコン基板からなる流路形成基板に起因するものである。
【００４６】
図２の説明に戻り、流路形成基板１０の圧電素子３００側の面には、圧電素子３００を保護するための圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が、例えば、接着剤３５によって接合されている。保護基板３０には、圧電素子保持部３１と共にマニホールド部３２が設けられている。このマニホールド部３２は、上述のように流路形成基板１０に形成された連通部１５と連通してマニホールド１００を構成している。
【００４７】
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が設けられており、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、この貫通孔３３内に露出されている。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ＩＣ１２０が固定されている。そして、駆動ＩＣ１２０とリード電極９０とが、貫通孔３３内に延設される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によって電気的に接続されている。
【００４８】
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る。マニホールド部３２の一方面はこの封止膜４１によって封止されている。また、固定板４２は、金属等の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となっており、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。
【００４９】
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、マニホールド１００からノズル２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ１２０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圧電素子３００に電圧を印加して撓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２１からインク滴が噴射される。
【００５０】
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、特に、圧電素子３００の形成方法の一例について、図１４〜図１７を参照して説明する。
【００５１】
まず、図１４（ａ）に示すように、シリコンウエハーである流路形成基板用ウエハー１１０の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなる酸化膜５１を形成する。酸化膜５１の形成方法は、特に限定されないが、例えば、流路形成基板用ウエハー１１０を熱酸化することによって形成する。また、この弾性膜５０上に、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５５を形成する。
【００５２】
次いで、この絶縁体膜５５上に、密着層５６を介して圧電素子３００を形成する。図１４（ｂ）に示すように、酸化チタン等からなる密着層５６は、絶縁体膜５５上に、例えば、反応性スパッタ法や熱酸化等で形成する。次に図１４（ｃ）に示すように、密着層５６上に下電極６０をスパッタリング法等により全面に形成する。下電極６０の材料は、特に限定されないが、例えば、白金が好適に用いられる。
【００５３】
次いで、図１５（ａ）に示すように、下電極６０上に拡散抑制層７５を形成する。具体的には、拡散抑制層用の溶液（前駆体液）を、下電極６０上にスピンコート法等により塗布して抑制層前駆体膜７６を成膜する。拡散抑制層用の溶液は、ビスマス（Ｂｉ）、ランタン（Ｌａ）、鉄（Ｆｅ）及びマンガン（Ｍｎ）を含む有機金属化合物を、各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。本実施形態に係る溶液には、鉄酸ビスマス（ＢｉＦｅＯ３）と、鉄酸ランタン（ＬａＦｅＯ３）と、マンガン酸ビスマス（ＢｉＭｎＯ３）とが、モル比８０／２０／３となるように混合されている。この抑制層前駆体膜７６を１５０℃で加熱して乾燥し、３５０℃で加熱して脱脂した後、６５０℃で焼成することによって拡散抑制層７５を形成する。
【００５４】
なお本実施形態では、下電極６０上に１層の拡散抑制層７５を形成しているが、上述したように複数層の拡散抑制層７５を形成してもよい。また拡散抑制層７５の形成手順は、以下に説明する圧電体層７０を構成する圧電体膜７２の形成手順と同様である。
【００５５】
次に、拡散抑制層７５上に圧電体層７０を形成する。圧電体層７０の形成は特に限定されないが、例えば、有機金属化合物を溶媒に溶解・分散した溶液を塗布乾燥し、さらに高温で加熱して結晶化させることで金属酸化物からなる圧電体層７０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を形成できる。
【００５６】
圧電体層７０の具体的な形成手順例としては、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ及び必要に応じて添加するＢａを含有する有機金属化合物を目的とする組成比になる割合で含むゾルやＭＯＤ溶液（前駆体溶液）を、スピンコート法などによって塗布し、図１５（ｂ）に示すように圧電体前駆体膜７１を形成する（塗布工程）。
【００５７】
塗布する前駆体溶液は、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ及び必要に応じて添加するＢａをそれぞれ含む有機金属化合物を、各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。Ｔｉ、Ｂｉ、Ｎａ、Ｋ及び必要に応じて添加するＢａをそれぞれ含む有機金属化合物としては、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。Ｔｉを含有する有機金属化合物としては、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。Ｂｉを含む有機金属化合物としては、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。Ｎａを含む有機金属化合物としては、例えば２−エチルヘキサン酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、ナトリウムアセチルアセトナートなどが挙げられる。Ｋを含む有機金属化合物としては、例えば２−エチルヘキサン酸カリウム、酢酸カリウム、カリウムアセチルアセトナートなどが挙げられる。Ｂａを含む有機金属化合物としては、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。
【００５８】
次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度、例えば、１５０℃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、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。乾燥工程や脱脂工程の雰囲気は限定されず、大気中でも不活性ガス中でもよい。
【００５９】
その後、圧電体前駆体膜７１を所定温度、例えば６００〜８００℃程度（本実施形態では７５０℃）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）。なお、焼成工程においても、雰囲気は限定されず、大気中でも不活性ガス中でもよい。
【００６０】
また乾燥工程、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。
【００６１】
次に、図１５（ｃ）に示すように、圧電体膜７２上に所定形状のレジスト（図示無し）をマスクとして下電極６０、拡散抑制層７５及び圧電体膜７２の１層目を同時にパターニングする。次いで、レジストを剥離した後、上述した塗布工程、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で、図１５（ｄ）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。圧電体前駆体膜は、各層毎に焼成してもよいが、４層程度の圧電体前駆体膜を同時に焼成するようにしてもよい。
【００６２】
このような方法で圧電体層７０を製造すると、ペロブスカイト型構造を有するチタン酸ビスマスナトリウムカリウムを含み、飽和分極Ｐｍ及び残留分極Ｐｒが２５℃において０≦Ｐｒ／Ｐｍ≦０．２５を満たす圧電材料からなる圧電体層７０を製造することができる。
【００６３】
このように圧電体層７０を形成した後は、図１６（ａ）に示すように、圧電体層７０上に白金等からなる上電極８０をスパッタリング法等によって形成し、各圧力発生室１２に対向する領域に圧電体層７０及び上電極８０を同時にパターニングする。これにより、下電極６０、拡散抑制層７５、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００が形成される。なお、圧電体層７０及び上電極８０のパターニングは、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、６００℃〜８００℃の温度域でポストアニールを行ってもよい。
【００６４】
次に、図１６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウエハー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。
【００６５】
次に、図１６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウエハー１１０の圧電素子３００側に、シリコンウエハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウエハー１３０を接着剤３５によって接合した後、流路形成基板用ウエハー１１０を所定の厚さに薄くする。
【００６６】
次に、図１７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウエハー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１７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウエハー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等の流路を形成する。
【００６７】
その後は、流路形成基板用ウエハー１１０及び保護基板用ウエハー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、流路形成基板用ウエハー１１０の保護基板用ウエハー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、保護基板用ウエハー１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウエハー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とする。
【００６８】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能なものである。
【００６９】
また上述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１８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。
【００７０】
図１８に示すインクジェット式記録装置において、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。
【００７１】
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。
【００７２】
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本発明を説明したが、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。
【符号の説明】
【００７３】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル、  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  下電極、  ７０  圧電体層、  ７５  拡散抑制層、  ８０  上電極、  ９０  リード電極、  １００  マニホールド、  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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１０】
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