(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層と前記圧電体層に設けられた電極とを備えた圧電素子と、を具備し、
前記圧電体層は、Ａサイトに、カリウム、ナトリウム、及びビスマスを含み、Ｂサイトにニオブ、鉄、及びクロムを含むペロブスカイト構造の複合酸化物からなり、
前記クロムの前記ニオブに対するモル比（クロム／ニオブ）が０．０３以上０．１２以下であることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記複合酸化物は、ニオブ酸カリウムナトリウムと鉄酸ビスマスとクロム酸ビスマスとの混晶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】
前記クロムの前記ニオブに対するモル比（クロム／ニオブ）が０．０５以上０．０８以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記圧電体層は、厚さが１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載する圧電素子を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載する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７】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電素子を具備することを特徴とする赤外線センサー。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電素子を具備することを特徴とする超音波センサー。
【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、液体噴射装置、及
び圧電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射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、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。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（圧電セラミックス）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）。
【０００４】
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。
そこで、鉛を含有しない圧電材料として、例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム系の圧電
材料が提案されている（特許文献２参照）。ニオブ酸カリウムナトリウム系は、高い圧電
特性と、高い（固有振動周期）キュリー温度Ｔｃを示すものであり、非鉛圧電材料として
有効なものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２２３４０４号公報
【特許文献２】特開２００９−１０３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ニオブ酸カリウムナトリウム系の圧電体層は、製造時にクラックが発生
しやすいという問題があり、厚さの厚い圧電体層を形成する際に特に問題となっていた。
【０００７】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけではなく、勿論、インク以
外の液滴を吐出する他の液体噴射ヘッドにおいても同様に存在し、また、液体噴射ヘッド
以外に用いられる圧電素子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、環境負荷が小さく、クラックの発生が抑制された液体
噴射ヘッド、液体噴射装置、及び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】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室と、圧電体層と
前記圧電体層に設けられた電極とを備えた圧電素子と、を具備し、前記圧電体層は、Ａサ
イトに、カリウム、ナトリウム、及びビスマスを含み、Ｂサイトにニオブ、鉄、及びクロ
ム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液体噴射ヘッドにあ
る。
かかる態様では、圧電体層のクラックの発生が抑制される。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。また、圧電体層はリーク電流が抑制されたものとなる。
【００１０】
本発明の好適な実施態様としては、前記複合酸化物は、ニオブ酸カリウムナトリウムと
鉄酸ビスマスとクロム酸ビスマスとの混晶としての組成比を有するものが挙げられる。
【００１１】
前記複合酸化物は、クロムとニオブとのモル比（クロム／ニオブ）が０．０３以上であ
るのが好ましい。これによれば、より確実に圧電体層のクラックの発生を抑制することが
できる。
【００１２】
また、前記複合酸化物は、クロムとニオブとのモル比（クロム／ニオブ）が０．０５以
上０．０８以下であるのが好ましい。これによれば、より確実に圧電体層のクラックの発
生を抑制することができると共に、圧電素子の高い電気特性を維持することができる。
【００１３】
本発明の好適な実施態様としては、前記圧電体層は、厚さが１μｍ以上であるものが挙
げられる。本発明によれば、圧電体層の厚さが１μｍ以上であってもクラックの発生が抑
制される。
【００１４】
本発明の他の態様は、上記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。
かかる態様では、圧電体層のクラックの発生が抑制された液体噴射装置を実現すること
ができる。また、鉛を含有していないため、環境への負荷を低減できる。
【００１５】
本発明の他の態様は、圧電体層と前記圧電体層に設けられた電極とを備え、
前記圧電体層は、Ａサイトに、カリウム、ナトリウム、及びビスマスを含み、Ｂサイト
にニオブ、鉄、及びクロム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
する圧電素子にある。
かかる態様では、圧電体層のクラックの発生が抑制された圧電素子を実現することがで
きる。また、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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】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８】実施例２の圧電体層の表面を金属顕微鏡により観察した写真である。
【図９】実施例３の圧電体層の表面を金属顕微鏡により観察した写真である。
【図１０】実施例４の圧電体層の表面を金属顕微鏡により観察した写真である。
【図１１】比較例１の圧電体層の表面を金属顕微鏡により観察した写真である。
【図１２】実施例１の圧電体層の断面をＳＥＭ観察した写真である。
【図１３】実施例２の圧電体層の断面をＳＥＭ観察した写真である。
【図１４】実施例３の圧電体層の断面をＳＥＭ観察した写真である。
【図１５】実施例４の圧電体層の断面をＳＥＭ観察した写真である。
【図１６】比較例１の圧電体層の断面をＳＥＭ観察した写真である。
【図１７】実施例１のＸＲＤ測定結果を示すグラフである。
【図１８】比較例１のＸＲＤ測定結果を示すグラフである。
【図１９】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】
【００１７】
（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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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５
０が形成され、この弾性膜５０上には、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。また、絶縁体膜５５上には、酸化チタン等からなり、絶縁体膜５５と第１電極
６０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。
【００２２】
さらに、この密着層５６上には、第１電極６０と、厚さが１０μｍ以下、好ましくは０
．５〜１．５μｍの薄膜の圧電体層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
、絶縁体膜５５、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。
【００２３】
本実施形態においては、圧電体層７０は、Ａサイトに、カリウム、ナトリウム、及びビ
スマスを含み、Ｂサイトにニオブ、鉄、及びクロムを含むペロブスカイト構造の複合酸化
物からなる。この複合酸化物は、ペロブスカイト構造、すなわち、ＡＢＯ３型構造のＡサ
イトに酸素が１２配位し、Ｂサイトに酸素が６配位して、８面体（オクタヘドロン）をつ
くっており、このＡサイトにカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、及びビスマス（Ｂｉ
）が位置し、Ｂサイトにニオブ（Ｎｂ）、鉄（Ｆｅ）及びクロム（Ｃｒ）が位置している
。かかる複合酸化物は、例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３、
以下ＫＮＮとする）と、鉄酸ビスマス（ＢｉＦｅＯ３、以下ＢＦＯとする）と、クロム酸
ビスマス（ＢｉＣｒＯ３、以下ＢＣＯとする）との混晶としての組成比を有するものであ
る。この複合酸化物は、ニオブ酸カリウムナトリウムと、鉄酸ビスマスと、クロム酸ビス
マスと、が均一に固溶して単一結晶（混晶）となるのが好ましい。言い換えれば、この複
合酸化物は、ニオブ酸カリウムナトリウムに、鉄酸ビスマス及びクロム酸ビスマスを添加
するという技術思想に基づくものであり、ニオブ酸カリウムナトリウム、鉄酸ビスマス、
及びクロム酸ビスマスそれぞれが存在することなく、単一結晶（混晶）となっているのが
好ましい。
【００２４】
このように、圧電体層７０を構成する複合酸化物を、Ｂサイトにクロムを含むものとす
ることにより、圧電体層７０の製造時のクラックの発生が抑制されて、クラックを有さな
い圧電体層７０とすることができる。また、圧電体層７０を構成する複合酸化物を、Ｂサ
イトに鉄を含むものとすることにより、圧電体層７０の絶縁性が高くなり、リーク電流を
抑制することができ、耐圧性を向上させることができる。すなわち、本実施形態では、圧
電体層７０がクラックを有さず、また、圧電素子３００のリーク電流が抑制されるものと
なる。さらに、本実施形態では、圧電体層７０が鉛を含有していないため、環境への負荷
を低減できる。
【００２５】
なお、複合酸化物がＢサイトに鉄を含まない場合は、圧電体層７０はリーク電流が発生
しやすいものとなる。また、複合酸化物がＢサイトにクロムを含まない場合は、圧電体層
７０は製造時にクラックが発生しやすく、クラックを有するものとなりやすい。
【００２６】
圧電体層７０は、上述した複合酸化物からなるものとすることにより、厚さを厚くする
ことができ、例えば、１μｍ以上とすることができる。ニオブ酸カリウムナトリウム系の
複合酸化物からなる圧電体層の場合、特に、Ａサイトにカリウム、ナトリウム、及びビス
マスを含み、Ｂサイトにニオブ及び鉄を含む複合酸化物からなる圧電体層の場合、厚く形
成すると製造時にクラックが発生しやすいが、上述した構成からなる複合酸化物からなる
圧電体層は、厚く形成しても製造時にクラックが発生するのを抑制することができる。圧
電体層７０を厚く形成することにより、圧電変位量を向上させることができる。
【００２７】
この複合酸化物は、カリウムを、カリウムとナトリウムとの総量に対してモル比で０．
３〜０．５含むのが好ましい。例えば、複合酸化物がニオブ酸カリウムナトリウムと鉄酸
ビスマスとクロム酸ビスマスとの混晶としての組成比を有する場合、このニオブ酸カリウ
ムナトリウムは、（Ｋａｘ，Ｎａ１−ｘ）ＮｂＯ３で表され、０．３≦ｘ≦０．５である
ことが好ましい。本実施形態では、ｘ＝０．５である（Ｋａ０．５，Ｎａ０．５）ＮｂＯ
３とした。
【００２８】
また、複合酸化物は、クロムとニオブとのモル比（クロム／ニオブ）が０．０３以上０．１２以下であるのが好ましく、さらに好ましくは０．０５以上０．０８以下である。例えば、ニオブ酸カリウムナトリウムと鉄酸ビスマスとクロム酸ビスマスとの混晶としての組成比を有する場合、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）と、クロム酸ビスマス（ＢＣＯ）とのモル比（ＢＣＯ／ＫＮＮ）が０．０３以上０．１２以下であるのが好ましく、さらに好ましくは０．０５〜０．０８である。複合酸化物はクロムとニオブとのモル比（クロム／ニオブ）が０．０３以上０．１２以下であることにより、より確実に圧電体層のクラックの発生を抑制することができる。また、複合酸化物はクロムとニオブとのモル比（クロム／ニオブ）が０．０５以上０．０８以下であることにより、より確実に圧電体層のクラックの発生を抑制することができると共に、圧電素子の高い電気特性を維持することができる。
【００２９】
また、複合酸化物は、クロムと鉄とのモル比（クロム／鉄）が１以上３以下であるのが
好ましく、さらに好ましくは２以上３以下である。例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム
と鉄酸ビスマスとクロム酸ビスマスとの混晶としての組成比を有する場合、クロム酸ビス
マス（ＢＣＯ）と鉄酸ビスマス（ＢＦＯ）とのモル比（ＢＣＯ／ＢＦＯ）が、１以上３以
下であるのが好ましく、さらに好ましくは２以上３以下である。複合酸化物がクロムと鉄
とのモル比（クロム／鉄）が１以上３以下であることにより、より確実に圧電体層７０の
リーク電流を抑制することができる。また、複合酸化物がクロムと鉄とのモル比（クロム
／鉄）が２以上３以下であることにより、より確実に圧電体層の圧電体層７０のリーク電
流を抑制すると共に、圧電特性を改善することができる。
【００３０】
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、絶縁体層５５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。
【００３１】
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
、絶縁体膜５５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、絶縁体膜５５、密着層５６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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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１２
０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。
【００３６】
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。
【００３７】
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、絶縁体膜５５、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。
【００３８】
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
７を参照して説明する。なお、図３〜図７は、圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００３９】
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１１
０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３（ｂ）に示すように、弾性膜５０上に、酸化ジル
コニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。次に、絶縁体膜５５上に、酸化チタン等から
なる密着層５６を、反応性スパッタ法や熱酸化等で形成する。
【００４０】
次に、図４（ａ）に示すように、密着層５６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等により全面に形成す
る。
【００４１】
次いで、第１電極６０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、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
らに高温で焼成す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。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
ン法などで形成してもよい。
【００４２】
圧電体層７０の具体的な形成手順例としては、まず、図４（ｂ）に示すように、第１電
極６０上に、有機金属化合物、具体的には、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、ビス
マス（Ｂｉ）、ニオブ（Ｎｂ）、鉄（Ｆｅ）、及びクロム（Ｃｒ）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）。
【００４３】
塗布する前駆体溶液は、Ｋ、Ｎａ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｒ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１−ブタノール等のアル
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。Ｋ、Ｎａ、Ｂｉ、Ｎｂ
、Ｆｅ、Ｃｒ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。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、カ
リウムエトキシドなどが挙げられる。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、ナトリ
ウムエトキシドなどが挙げられる。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。Ｎｂを含む有機金属化合物とし
ては、例えばニオブエトキシド、２−エチルヘキサン酸ニオブ、ニオブペンタエトキシド
などが挙げられる。Ｆｅを含む有機金属化合物としては、例えば２−エチルヘキサン酸鉄
などが挙げられる。Ｃｒを含む有機金属化合物としては、例えば２−エチルヘキサン酸ク
ロムなどが挙げられる。勿論、Ｋ、Ｎａ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｒを二種以上含む有機金
属化合物を用いてもよい。なお、各有機金属化合物は、各金属が所望のモル比となるよう
に混合すればよい。
【００４４】
次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度（例えば１００〜２００℃）に加熱して一
定時間乾燥させる（乾燥工程）。次に、乾燥した圧電体前駆体膜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）。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。
【００４５】
次に、図４（ｃ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定温度、例えば６００〜８０
０℃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）。この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。
【００４６】
なお、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  Ａｎｎｅａｌｉｎ
ｇ）装置やホットプレート等が挙げられる。
【００４７】
次に、図５（ａ）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
マスクとして例えば密着層５６、第１電極６０及び圧電体膜７２の１層目をそれらの側面
が傾斜するように同時にパターニングする。
【００４８】
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（ｂ）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７
０全体の膜厚は約１．０μｍ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。
【００４９】
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、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、６００
℃〜８００℃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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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１１
０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。
【００５５】
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。
【００５６】
（実施例１）
（圧電体膜前駆体溶液の作成）
Ｋ、Ｎａ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｒの有機金属化合物を所定の割合で混合して、圧電体
膜前駆体溶液を得た。具体的には、カリウムエトキシドと、ナトリウムエトキシドと、ニ
オブペンタエトキシドと、を混合して、Ｋ：Ｎａ：Ｎｂのモル比が０．５：０．５：１で
あるＫＮＮ溶液を得た。２−エチルヘキサン酸ビスマスと、２−エチルヘキサン酸鉄とを
混合して、Ｂｉ：Ｆｅのモル比が１：１であるＢＦＯ溶液を得た。２−エチルヘキサン酸
ビスマスと、２−エチルヘキサン酸クロムとを混合して、Ｂｉ：Ｃｒのモル比が１：１で
あるＢＣＯ溶液を得た。ＫＮＮ溶液と、ＢＦＯ溶液と、ＢＣＯ溶液を混合して、ＫＮＮ：
ＢＦＯ：ＢＣＯのモル比が１００：３：３となるように混合し、圧電体膜前駆体溶液を得
た。
【００５７】
（圧電体素子の作成）
まず、シリコン基板の表面に熱酸化により二酸化シリコン膜を形成した。次に、二酸化
シリコン膜上にスパッタ法によりジルコニウム膜を作製し、熱酸化することで酸化ジルコ
ニウム膜を形成した。次に、酸化ジルコニウム膜上に４０ｎｍの二酸化チタンを積層し、
その上部に（１１１）に配向した白金を１５０ｎｍ積層し、第１電極とした。
【００５８】
次いで、第１電極上に圧電体層をスピンコート法により形成した。具体的には、まず、
上記圧電体膜形成用組成物（前駆体溶液）を酸化チタン膜及び第１電極が形成された上記
基板上に滴下し、５００ｒｐｍで基板を回転させて５秒塗布し、次に、２５００ｒｐｍで
基板を回転させて２５秒塗布し、圧電体前駆体膜を形成した（塗布工程）。次に１５０℃
で２分間乾燥させ、３５０℃で４分間乾燥・脱脂を行った（乾燥及び脱脂工程）。この塗
布工程・乾燥及び脱脂工程を３回繰り返した後に、Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎ
ｅａｌｉｎｇ（ＲＴＡ）で７００℃、５分間焼成を行った（焼成工程）。この塗布工程・
乾燥及び脱脂工程を３回繰り返した後に一括して焼成する焼成工程を行う工程を３回繰り
返すことで、計９回の塗布により全体で厚さ７５０ｎｍの圧電体層７０を形成した。
【００５９】
その後、圧電体層７０上に、第２電極８０としてＤＣスパッタ法により膜厚１００ｎｍ
の白金膜を形成した後、ＲＴＡを用いて６５０℃、５分間焼成を行うことで、Ａサイトに
、カリウム、ナトリウム、及びビスマスを含み、Ｂサイトにニオブ、鉄、及びクロムを含
む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。
【００６０】
（実施例２）
ＫＮＮ：ＢＦＯ：ＢＣＯのモル比が１００：３：５となるように混合して圧電体膜前駆
体溶液を得た以外は、実施例１と同様にして、圧電素子３００を形成した。
【００６１】
（実施例３）
ＫＮＮ：ＢＦＯ：ＢＣＯのモル比が１００：３：８となるように混合して圧電体膜前駆
体溶液を得た以外は、実施例１と同様にして、圧電素子３００を形成した。
【００６２】
（実施例４）
ＫＮＮ：ＢＦＯ：ＢＣＯのモル比が１００：３：１２となるように混合して圧電体膜前
駆体溶液を得た以外は、実施例１と同様にして、圧電素子３００を形成した。
【００６３】
（比較例１）
圧電体膜形成用組成物にＢＣＯを添加しなかった以外は、実施例１と同様にして、圧電
素子３００を形成した。
【００６４】
（試験例１）
実施例１〜４及び比較例１において、第２電極を形成する前に、圧電体層の表面を５０
０倍の金属顕微鏡により観察した。この結果、実施例１〜４は、クラックが観察されなか
った。一方、比較例１では、クラックが発生していた。実施例２の結果を図８に、実施例
３の結果を図９に、実施例４の結果を図１０に、比較例１の結果を図１１に示す。
【００６５】
（試験例２）
実施例１〜４及び比較例１において、第２電極を形成する前に、断面を５,０００倍の
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した。これより、実施例１〜４及び比較例１におい
て圧電体層が形成されているのが確認された。実施例１の結果を図１２に、実施例２の結
果を図１３に、実施例３の結果を図１４に、実施例４の結果を図１５に、比較例１の結果
を図１６に示す。  
【００６６】
（試験例３）
実施例１〜４及び比較例１の各圧電素子について、Ｂｒｕｋｅｒ  ＡＸＳ社製の「Ｄ８
Ｄｉｓｃｏｖｅｒ」を用い、Ｘ線源にＣｕＫα線を使用し、室温で、圧電体層の薄膜Ｘ
線回折パターンを求めた。その結果、全ての実施例１〜４及び比較例１において、ペロブ
スカイト構造（ＡＢＯ３型構造）を形成しており、その他の異相に起因するピークは観測
されなかった。また、実施例１〜４と比較例１はほぼ同じ挙動を示し、圧電体膜形成用組
成物へのＢＣＯの添加の有無により、得られる圧電体層の薄膜Ｘ線回折パターンは変わら
ないことが分かった。結果の一例として、回折強度−回折角２θの相関関係を示す図であ
るＸ線回折パターンを、実施例１及び比較例１について、図１７及び図１８に示す。
【００６７】
（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。
【００６８】
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
型の圧電素子にも本発明を適用することができる。
【００６９】
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１９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１９に示すように、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１
Ａ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】
図１９に示す例では、インクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ、１Ｂは、それぞれ１
つのインクジェット式記録ヘッドＩを有するものとしたが、特にこれに限定されず、例え
ば、１つのインクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ又は１Ｂが２以上のインクジェット
式記録ヘッドを有するようにしてもよい。
【００７３】
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。
【００７４】
本発明の圧電素子は、上述したように、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体
噴射ヘッドの圧電素子に好適なものであるが、これに限定されるものではない。例えば、
超音波発信機等の超音波デバイス、超音波モーター、圧電トランス、並びに赤外線センサ
ー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー及び焦電センサー等の各種センサー等
の圧電素子に適用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
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、  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、  ５５  絶縁体層、  ６０  第１電極
、  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】
0005740951.tif 000002
【図２】
0005740951.tif 000003
【図３】
0005740951.tif 000004
【図４】
0005740951.tif 000005
【図５】
0005740951.tif 000006
【図６】
0005740951.tif 000007
【図７】
0005740951.tif 000008
【図１７】
0005740951.tif 000009
【図１８】
0005740951.tif 000010
【図１９】
0005740951.tif 000011
【図８】
0005740951.tif 000012
【図９】
0005740951.tif 000013
【図１０】
0005740951.tif 000014
【図１１】
0005740951.tif 000015
【図１２】
0005740951.tif 000016
【図１３】
0005740951.tif 000017
【図１４】
0005740951.tif 000018
【図１５】
0005740951.tif 000019
【図１６】
0005740951.tif 000020