(57)【要約】【課題】圧電素子の圧電特性を略均一にすることができると共に最大出力で液体吐出を行うことができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】ノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成される流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方面側に振動板を介して設けられる下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、流路形成基板１０の一方面側に形成された酸化ジルコニウム層１０１と、酸化ジルコニウム層１０１上に形成された酸化セリウム層と１０２、酸化セリウム層１０２上に形成されたイットリウム−バリウム−銅−酸素系材料（ＹＢＣＯ）からなる超電導体層１０３と、超電導体層１０３上に形成されたルテニウム酸ストロンチウムからなる下電極６０と、下電極６０上にエピタキシャル成長された単結晶である圧電体層７０とを有する。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、
前記流路形成基板の一方面側に形成された酸化ジルコニウム層と、該酸化ジルコニウム層上に形成された酸化セリウム層と、該酸化セリウム層上に形成されたイットリウム−バリウム−銅−酸素系材料（ＹＢＣＯ）からなる超電導体層と、該超電導体層上に形成されたルテニウム酸ストロンチウムからなる下電極と、該下電極上に形成された圧電体層とを有することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１において、前記下電極の結晶面方位が（１００）配向となっており、前記圧電体層の結晶面方位が（１００）配向となっていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項２において、前記圧力発生室の長手方向は、前記圧電体層の結晶面方位（１００）に含まれる（１００）方向と同一又は４５°の方向であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかにおいて、前記圧電体層は、結晶が菱面体晶であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記圧電体層は、エピタキシャル成長させた単結晶ＰＺＴ薄膜であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかにおいて、前記流路形成基板は、結晶面方位が（１００）であるシリコン単結晶基板であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項７において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板にドライエッチングにより形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８の何れか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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体を噴射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、この振動板の表面に圧電素子を形成して、圧電素子の変位により液体を噴射させる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体噴射装置としては、例えば、圧電素子や発熱素子によりインク滴吐出のための圧力を発生させる複数の圧力発生室と、各圧力発生室にインクを供給する共通のリザーバと、各圧力発生室に連通するノズル開口とを備えたインクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録装置があり、このインクジェット式記録装置では、印字信号に対応するノズルと連通した圧力発生室内のインクに吐出エネルギを印加してノズル開口からインク滴を吐出させる。
【０００３】
このようなインクジェット式記録ヘッドには、前述したように圧力発生室として圧力発生室内に駆動信号によりジュール熱を発生する抵抗線等の発熱素子を設け、この発熱素子の発生するバブルによってノズル開口からインク滴を吐出させるものと、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ノズル開口からインク滴を吐出させる圧電振動式の２種類のものに大別される。
【０００４】
また、圧電振動式のインクジェット式記録ヘッドには、圧電素子を軸方向に伸長、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。
【０００５】
前者は圧電素子の端面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
【０００６】
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができるものの、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。
【０００７】
一方、後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報に見られるように、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料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て各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提案されている。
【０００８】
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を高密度に作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。
【０００９】
ここで、圧電素子は、例えば、シリコン単結晶基板の一方面側に下電極、圧電体層及び上電極を順々に積層することによって形成されている。また、圧電体層は、一般的に、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる多結晶薄膜であり、各結晶間の界面、すなわち、粒界が数多く存在した柱状の結晶構造を有している。
【００１０】
そして、上述したインクジェット式記録ヘッドでは、例えば、圧電体層をサンドイッチ状に挟んだ下電極及び上電極に外部配線等から駆動電圧を印加し、圧電体層に所定の駆動電界を発生させて圧電素子及び振動板等をたわみ変形させることにより、圧力発生室の内部圧力が実質的に高められてノズル開口からインク滴が吐出するようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のインクジェット式記録ヘッドは、圧電体層の結晶構造内に粒界が数多く存在しているため、この粒界が圧電体層の伸縮、すなわち、柱状結晶の伸縮を妨げる原因となる。このため、圧電素子の変位量を所定値にすることができず、圧電体層に一定の駆動電界を発生させた場合の圧電素子の変位量が最大の状態、すなわち、最大出力でのインク吐出を行うことができないという問題がある。また、圧電体層に所定の駆動電界を発生させても、このように粒界の影響によって、圧電素子の圧電特性が実質的にバラついてしまうという問題もある。
【００１２】
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って発生するものではなく、勿論、他の液体噴射ヘッドにおいても同様に発生する。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑み、圧電素子の圧電特性を略均一にすることができると共に最大出力で液体吐出を行うことができる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。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備する液体噴射ヘッドにおいて、前記流路形成基板の一方面側に形成された酸化ジルコニウム層と、該酸化ジルコニウム層上に形成された酸化セリウム層と、該酸化セリウム層上に形成されたイットリウム−バリウム−銅−酸素系材料（ＹＢＣＯ）からなる超電導体層と、該超電導体層上に形成されたルテニウム酸ストロンチウムからなる下電極と、該下電極上に形成された圧電体層とを有することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１５】
かかる第１の態様では、圧電体層の結晶構造の単結晶化を実現することができる。これにより、圧電素子の圧電特性を略均一にすることができると共に最大出力で液体吐出を行うことができる。
【００１６】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記下電極の結晶面方位が（１００）配向となっており、前記圧電体層の結晶面方位が（１００）配向となっていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１７】
かかる第２の態様では、圧電体層の結晶面方位が（１００）配向となり、圧電素子の圧電特性を実質的に高めることができる。
【００１８】
本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記圧力発生室の長手方向は、前記圧電体層の結晶面方位（１００）に含まれる（１００）方向と同一又は４５°の方向であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００１９】
かかる第３の態様では、圧電体層の結晶面方位が（１００）配向となり、圧電素子の圧電特性を実質的に高めることができる。
【００２０】
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様において、前記圧電体層は、結晶が菱面体晶であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２１】
かかる第４の態様では、圧電体層を所定の薄膜工程で成膜した結果、圧電体層の結晶構造が菱面体晶となる。
【００２２】
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れかの態様において、前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２３】
かかる第５の態様では、優れた圧電特性を有する圧電体層を形成することができる。
【００２４】
本発明の第６の態様は、第１〜５の何れかの態様において、前記圧電体層は、エピタキシャル成長させた単結晶ＰＺＴ薄膜であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２５】
かかる第６の態様では、圧電体層の結晶性が結晶面方位（１００）に成長し、圧電体層の結晶面方位が（１００）配向となる。そして、圧電体層が単結晶ＰＺＴ薄膜となる。
【００２６】
本発明の第７の態様は、第１〜６の何れかの態様において、前記流路形成基板は、結晶面方位が（１００）であるシリコン単結晶基板であることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２７】
かかる第７の態様では、結晶面方位（１００）のシリコン単結晶基板上に、結晶面方位が（１００）配向となる酸化ジルコニウム層、酸化セリウム層、超電導体層及び下電極の各層を確実に形成することができる。したがって、このような結晶面方位が（１００）配向した下電極上に形成される圧電体層の結晶面方位を（１００）配向とすることができる。
【００２８】
本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記圧力発生室がシリコン単結晶基板にドライエッチングにより形成され、前記圧電素子の各層が成膜及びリソグラフィ法により形成されたものであることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
【００２９】
かかる第８の態様では、所定形状の圧力発生室及び圧電素子を確実に形成することができる。
【００３０】
本発明の第９の態様は、第１〜８の何れか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。
【００３１】
かかる第９の態様では、圧電素子の圧電特性が略均一であり且つ最大出力で液体吐出を行うことができる液体噴射ヘッドを搭載した液体噴射装置を提供することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
（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概略を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びＡ−Ａ′断面図である。また、図３は、図２（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。
【００３４】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１００）であるシリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる、厚さ１〜２μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００３５】
この流路形成基板１０には、シリコン単結晶基板をその一方面側からドライエッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が幅方向に並設されている。このような圧力発生室１２の長手方向は、後述する圧電体層の結晶面方位（１００）に含まれる（１００）方向と同一又は４５°の方向であることが好ましい。本実施形態では、圧力発生室１２の長手方向を圧電体層の（１００）方向と同一方向とした。
【００３６】
また、圧力発生室１２の長手方向外側には、後述する封止基板３０のリザーバ部３１と連通される連通部１３が形成されている。また、この連通部１３は、各圧力発生室１２の長手方向一端部でそれぞれ液体供給路１４を介して連通されている。なお、このような液体供給路１４の幅は、本実施形態では、圧力発生室１２の幅よりも小さくなっている。
【００３７】
さらに、圧力発生室１２等が形成される流路形成基板１０の厚さは、圧力発生室１２を配設する密度に合わせて最適な厚さを選択することが好ましい。例えば、１インチ当たり１８０個（１８０ｄｐｉ）程度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１８０〜２８０μｍ程度、より望ましくは、２２０μｍ程度とするのが好適である。また、例えば、３６０ｄｐｉ程度と比較的高密度に圧力発生室１２を配置する場合には、流路形成基板１０の厚さは、１００μｍ以下とするのが好ましい。これは、隣接する圧力発生室１２間の隔壁１１の剛性を保ちつつ、配列密度を高くできるからである。
【００３８】
なお、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２の液体供給路１４とは反対側で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を介して固着されている。
【００３９】
一方、流路形成基板１０の開口面とは反対側の弾性膜５０上には、図３に示すように、酸化ジルコニウム層１０１と、酸化セリウム層１０２と、超電導体層１０３とが順々に積層形成され、これら３層の全体の厚さは、例えば、約１０ｎｍである。
【００４０】
酸化ジルコニウム層１０１は、フルオライト（ＣＦ３）構造を有しており、弾性膜５０上にエピタキシャル成長させた薄膜である。そして、この酸化ジルコニウム層１０１の結晶性は、流路形成基板１０と同じ配向性、すなわち、結晶面方位が（１００）に配向している。なお、酸化ジルコニウム層１０１を形成する材料としては、例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）やジルコニア（ＺｒＯ２）等を挙げることができ、本実施形態では、ＹＳＺを用いた。
【００４１】
また、酸化セリウム層１０２は、酸化ジルコニウム層１０１と同様に、フルオライト（ＣＦ３）構造を有しており、酸化ジルコニウム層１０１上にエピタキシャル成長させた薄膜である。そして、この酸化セリウム層１０２の結晶性も酸化ジルコニウム層１０１と同様に、下地である酸化ジルコニウム層１０１と同じ配向性、すなわち、結晶面方位が（１００）に配向している。
【００４２】
さらに、超電導体層１０３は、ペロブスカイト構造に類似した結晶構造を有しており、酸化セリウム層１０２上にエピタキシャル成長させた薄膜である。そして、この超電導体層１０３の結晶性も酸化セリウム層１０２と同様に、下地である酸化セリウム層１０２と同じ配向性、すなわち、結晶面方位が（１００）に配向している。なお、超電導体層１０３を形成する材料は、イットリウム−バリウム−銅−酸素系材料（ＹＢＣＯ）であり、例えば、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化銅（ＩＩ）（ＣｕＯ）からなる複合酸化物が挙げられる。
【００４３】
また、このような結晶面方位が（１００）配向した超電導体層１０３上には、厚さが例えば、約１００ｎｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、０．２〜５μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、５０〜１００ｎｍの上電極膜８０とが順々に積層形成され、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０、及び上電極膜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。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は圧電素子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、各圧力発生室毎に圧電体能動部が形成されていることになる。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圧電アクチュエータと称する。そして、振動板は、本実施形態では、弾性膜５０、下電極膜６０、酸化ジルコニウム層１０１、酸化セリウム層１０２及び超電導体層１０３から構成されている。
【００４４】
なお、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８５がそれぞれ接続されている。そして、このようなリード電極８５は、後述する駆動ＩＣと電気的に接続されている。
【００４５】
ここで、圧電体層７０の下地である下電極膜６０は、本実施形態では、上述した酸化ジルコニウム層１０１、酸化セリウム層１０２及び超電導体層１０３の３層と同様に、超電導体層１０３上にエピタキシャル成長させた薄膜である。そして、この下電極膜６０は、下地である超電導体層１０３と同じ配向性、すなわち、結晶面方位（１００）に配向している。なお、このような下電極膜６０は、本実施形態では、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）からなる酸化物導電体であり、ペロブスカイト構造を有している。
【００４６】
また、このような下電極膜６０上に形成される圧電体層７０は、ペロブスカイト構造を有しており、下地である下電極膜６０上にエピタキシャル成長させた薄膜である。そして、圧電体層７０の結晶性は、下地である下電極膜６０と同じ配向性、すなわち、結晶面方位（１００）に配向している。
【００４７】
このような圧電体層７０の結晶面方位（１００）に含まれる（１００）方向は、上述した圧力発生室１２の長手方向と同一又は４５°の方向であることが好ましい。本実施形態では、圧電体層７０の（１００）方向を圧力発生室１２の長手方向と同一方向とした。これにより、圧電体層７０の圧電特性を高めることができる。このような圧電体層７０を形成する材料としては、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３；ＰＺＴ）からなる強誘電体材料である。したがって、圧電体層７０は、結晶面方位が（１００）配向した単結晶ＰＺＴ薄膜である。
【００４８】
なお、このような圧電体層７０は、例えば、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、更に高温で焼成する、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成される。具体的には、下電極膜６０の結晶面方位と同じ配向で結晶が成長した圧電体層７０が形成される。勿論、この圧電体層７０の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタ法やＭＯＤ法等で形成してもよい。
【００４９】
また、本実施形態のように、圧電体層７０等を下地と同じ配向にエピタキシャル成長させるためには、例えば、その層を下地の結晶構造及び格子面間隔と類似するように所定の条件で形成することが好ましい。また、下地の表面との間に静電相互作用による反発力のない結晶構造となるように形成することが好ましい。なお、本実施形態では、上述したペロブスカイト構造とフルオライト構造とは構造的に類似しているので、圧電体層７０等の各層をエピタキシャル成長させることができる。
【００５０】
何れにしても、このように成膜された圧電体層７０は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向しており、且つ上述したように、圧電体層７０は、結晶が菱面体晶に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。
【００５１】
上述したように、本実施形態では、弾性膜５０（流路形成基板１０）上に酸化ジルコニウム層１０１、酸化セリウム層１０２及び超電導体層１０３を順々にエピタキシャル成長させて形成するようにしたので、下電極膜６０の結晶面方位を（１００）配向とすることができる。
【００５２】
また、本実施形態では、このように下電極膜６０の結晶面方位を（１００）配向にするようにしたので、圧電体層７０の結晶面方位を（１００）配向にすることができる。
【００５３】
このように、本実施形態では、圧電体層７０は、その結晶面方位が（１００）に配向した単結晶構造となり、結晶構造内に粒界は実質的に存在しない。これにより、粒界が圧電素子３００の変位に悪影響を及ぼすことなく、圧電体層７０に所定の駆動電界を発生させて圧電素子３００に所定の変位を行わせることができる。したがって、圧電素子３００の変位量を所定値にすることができ、圧電素子３００の圧電特性を略均一にすることができる。また、実質的に最大出力での液体吐出を行うことができる。
【００５４】
ここで、下記実施例１及び比較例１のサンプルを作成し、Ｘ線回折（ＸＲＤ）分析を行った。また、実施例１のサンプルについては、Ｘ線極点測定、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真観察、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真観察により圧電体層の結晶構造解析を行った。その結果について、図４〜図９を参照して詳細に説明する。
【００５５】
なお、図４は、実施例のサンプルのＸ線回折パターンを示す図である。図５は、実施例のサンプルを結晶構造解析する際に比較対象とした比較例の圧電体層のＸ線回折パターンを示す図である。また、図６は、実施例及び比較例のサンプルのＳＥＭ写真を示す図であって、（ａ）が比較例の断面写真であり、（ｂ）が実施例の断面写真である。さらに、図７は、実施例のサンプルの断面のＴＥＭ写真である。図８は、電子回折像であって、（ａ）が結晶面方位（１００）に配向した圧電体層の菱面体晶系のサンプル像であり、（ｂ）が下電極膜上に結晶面方位（１００）に配向した圧電体層のサンプル像であり、（ｃ）が実施例の圧電素子像である。図９は、実施例の圧電体層のＸ線極点測定パターンである。
【００５６】
（実施例１）
シリコン単結晶基板上に、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）からなる酸化ジルコニウム層と、二酸化セリウム（ＣｅＯ２）からなる酸化セリウム層と、イットリウム−バリウム−銅−酸素系材料（ＹＢＣＯ）からなる超電導体層と、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）からなる下電極膜とを順々に積層し、この下電極膜上に、ゾル−ゲル法によって、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層を成膜して、実施例１の結晶構造解析用のサンプルを作成した。なお、圧電体層のＰＺＴ組成は、Ｐｂ１．１６Ｚｒ０．５５６Ｔｉ０．４４４Ｏ３である。
【００５７】
また、成膜条件は、乾燥（１８０℃、１０ｍｉｎ）、脱脂（３８５℃、１０ｍｉｎ）は各層共通である。また、脱脂の後に行う焼成に関しては、第１層及び第２層は６５０℃、３０ｍｉｎの条件で行い、その他の層（第３層以降）は６００℃、３０ｍｉｎの条件で行った。
【００５８】
（比較例１）
実施例１の結晶構造解析する際の比較のため、シリコン単結晶基板上に、白金（Ｐｔ）からなる下電極と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層とを順々に積層して、比較例１の結晶構造解析のサンプルを作成した。
【００５９】
以下、上述した実施例１のサンプルの結晶構造解析、特に、圧電体層の結晶構造解析について詳細に説明する。
【００６０】
Ｘ線回折パターンの結晶構造解析では、実施例１及び比較例１のサンプルに対して原子・分子の配列間隔と同程度の波長のＸ線を照射し、サンプルの原子・分子から反射したＸ線が相互に干渉してできる回折パターンから原子・分子の配列を調べ、実施例１及び比較例１の結晶の配向性をそれぞれ解析した。
【００６１】
実施例１の圧電体層には、図４に示すように、２２〔ｄｅｇ〕付近に結晶面方位（１００）を表した強度Ｃの強いピークが検出された。また、４５〔ｄｅｇ〕付近に結晶面方位（２００）を示す強度Ｃの強いピークが検出された。このことから、実施例１の圧電体層は、結晶面方位（１００）に配向した結晶構造を有していることは明らかである。
【００６２】
一方、比較例１の圧電体層には、図５に示すように、２２〔ｄｅｇ〕付近に結晶面方位（１００）を示す強度Ｃの強いピークが検出された。しかし、３１〔ｄｅｇ〕付近に結晶面方位（１１０）を示すピークが検出され、３８〔ｄｅｇ〕付近に結晶面方位（１１１）を示すピークが検出された。さらに、４０〔ｄｅｇ〕付近に白金層（Ｐｔ）と思われる結晶面方位（１１１）を示す強度Ｃの強いピークも検出された。そして、４５〔ｄｅｇ〕付近に結晶面方位（２００）を示す強度Ｃの強いピークも検出された。これらのことから、比較例１の圧電体層は、Ｘ線回折パターンの結晶構造解析では結晶面方位（１００）、（１１０）及び（１１１）の混在した配向の多結晶構造を有していることを示している。
【００６３】
また、図４の実施例１の圧電体層では、３１、３８〔ｄｅｇ〕付近のピークは検出されておらず、このことからも、実施例１の圧電体層は、結晶面方位（１００）に単独配向していることは明らかである。
【００６４】
次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真観察により、実施例１及び比較例１のサンプルの結晶構造の解析を行った。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真観察によって、実施例１のサンプルの結晶構造の解析を行った。
【００６５】
図６（ａ）のＳＥＭ写真から、下電極膜上に図中上方向に延びる柱状の結晶が数多く確認できる。このことから、比較例１の圧電体層は、柱状の結晶構造を有していることは明らかであるが、図６（ｂ）の実施例１のＳＥＭ写真から、下電極膜上に柱状の結晶は確認できない。
【００６６】
一方、図７のＴＥＭ写真から、実施例１の圧電体層中には、粒界が存在しないことは明らかである。
【００６７】
このようなＳＥＭ，ＴＥＭ写真による構造解析からは、実施例１の圧電体層は単結晶構造を有していることが分かった。
【００６８】
なお、上述したように実施例１の結晶構造解析に用いられた図６のＳＥＭ写真及び図７のＴＥＭ写真からは、シリコン単結晶基板と下電極膜との間に存在する酸化ジルコニウム層、酸化セリウム層及び超電導体層は確認され難いが、これは、３層全体の厚さが１０ｎｍ程度であるためである。
【００６９】
また、電子回折像での結晶構造解析では、図８（ａ）に示すような圧電体層（ＰＺＴ）の菱面体晶（Ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｏｒａｌ）のサンプル像と、図８（ｂ）に示すような圧電体層（ＰＺＴ）〔結晶面方位（１００）〕／下電極膜（ＢＥ）のサンプル像とを用意し、実施例１のサンプルの結晶構造解析を行った。
【００７０】
図８（ｃ）に示すように、実施例１の圧電体層は、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すサンプル像と比較すると、結晶面方位（１００）の菱面体晶の結晶構造を有していることは明らかである。
【００７１】
さらに、実施例１のサンプルの断面、特に、圧電体層（ＰＺＴ）の断面のＸ線極点測定パターンでの結晶構造解析では、図９に示すように、（１１１）断面及び（１１０）断面のピークが、それぞれ略同じ回転〔φ（°）〕で交互に検出された。このことから、実施例１の圧電体層は、結晶面方位が（１００）に配向した菱面体晶系の結晶構造を有していることが明らかである。
【００７２】
以上の結晶構造解析の結果をまとめると、実施例１の圧電体層は、その結晶面方位が（１００）に優先配向し、且つ菱面体晶及び単結晶構造を有していることは明らかである。
【００７３】
このように、本実施形態では、結晶面方位が（１００）配向したシリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０（弾性膜５０）上に、酸化ジルコニウム層１０１、酸化セリウム層１０２及び超電導体層１０３を順々に積層し、さらに、超電導体層１０３上に、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を積層するようにしたので、圧電体層７０の結晶面方位を（１００）配向とすることができる。
【００７４】
このような圧電素子３００が設けられた側の流路形成基板１０上には、図１〜図３に示すように、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保した状態で、その空間を密封可能な圧電素子保持部３２を有する封止基板３０が接合され、圧電素子３００はこの圧電素子保持部３２内に密封されている。
【００７５】
また、封止基板３０には、各圧力発生室１２の共通の液体室となるリザーバ９０の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１が設けられ、このリザーバ部３１は、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の共通の液体室となるリザーバ９０を構成している。
【００７６】
さらに、封止基板３０の圧電素子保持部３２とリザーバ部３１との間、すなわち液体供給路１４に対応する領域には、この封止基板３０を厚さ方向に貫通する接続孔３３が設けられている。また、封止基板３０の圧電素子保持部３２側とは反対側の表面には外部配線３４が設けられている。さらに、この外部配線３４上には、各圧電素子３００を駆動するための駆動ＩＣ３５が実装されている。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極８５は、この接続孔３３まで延設されており、例えば、ワイヤボンディング等により外部配線３４と接続される。
【００７７】
封止基板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９０に対向する領域には、厚さ方向に完全に除去された開口部４３が形成され、リザーバ９０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。
【００７８】
なお、このような液体噴射ヘッドは、図示しない外部液体供給手段から液体を取り込み、リザーバ９０からノズル開口２１に至るまで内部を液体で満たした後、図示しない駆動回路からの記録信号に従い、外部配線３４を介して圧力発生室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，酸化ジルコニウム層１０１，酸化セリウム層１０２，超電導体層１０３，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から液滴が吐出する。
【００７９】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の構成は上述したものに限定されるものではない。
【００８０】
例えば、成膜及びリソグラフィプロセスを応用して製造される薄膜型の液体噴射ヘッドを例にしたが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の液体噴射ヘッドにも本発明を採用することができる。
【００８１】
また、このような本発明の液体噴射ヘッドは、液体カートリッジ等と連通する液体流路を具備する噴射ヘッドユニットの一部を構成して、液体噴射装置に搭載される。図１０は、その液体噴射装置の一例を示す概略図である。
【００８２】
図１０に示すように、液体噴射ヘッドを有する噴射ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、液体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、この噴射ヘッドユニット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。この噴射ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、液体として、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、噴射ヘッドユニット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上に搬送されるようになっている。
【００８４】
ここで、上述した実施形態においては、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。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド等の各種の記録ヘッド、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にも適用することができる。勿論、このような液体噴射ヘッドを搭載した液体噴射装置も特に限定されるものではない。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、圧電体層の結晶構造の単結晶化を実現することができる。また、圧電素子の圧電特性を略均一にすることができると共に最大出力で液体吐出を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの平面図及びＡ−Ａ′断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る図２（ａ）のＢ−Ｂ′断面図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る実施例１の圧電体層のＸ線回折パターンを示す図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る実施例１のサンプルを結晶構造解析する際に比較対象とした比較例１の圧電体層のＸ線回折パターンを示す図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る実施例及び比較例のサンプルの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す図であって、（ａ）が比較例１の断面写真であり、（ｂ）が実施例１の断面写真である。
【図７】本発明の実施形態１に係る実施例１のサンプルの断面の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。
【図８】本発明の実施形態１に係る電子回折像であって、（ａ）が結晶面方位（１００）に配向した圧電体層の菱面体晶系のサンプル像であり、（ｂ）が下電極膜上に結晶面方位（１００）に配向した圧電体層のサンプル像であり、（ｃ）が実施例１の圧電素子像である。
【図９】本発明の実施形態１に係る実施例１の圧電体層のＸ線極点測定パターンである。
【図１０】本発明の実施形態に係る液体噴射装置の概略斜視図である。
【符号の説明】
１０　流路形成基板
１２　圧力発生室
１３　連通部
１４　液体供給路
２０　ノズルプレート
２１　ノズル開口
３０　封止基板
３１　リザーバ部
３２　圧電素子保持部
３３　接続孔
３４　外部配線
４０　コンプライアンス基板
５０　弾性膜
６０　下電極膜
７０　圧電体層
８０　上電極膜
９０　リザーバ
１０１　酸化ジルコニウム層
１０２　酸化セリウム層
１０３　超電導体層
【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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