(57)【要約】【課題】環境負荷が小さく且つ耐久性に優れる液体噴射装置を提供する。【解決手段】液体を吐出する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共通電極および個別電極を備えた圧電素子と、前記圧電素子を駆動する駆動信号を前記圧電素子に供給する駆動手段とを有する液体噴射装置であって、前記圧電体層は、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなり、前記チタンと前記バリウムのモル比（Ｔｉ／Ｂａ）が１より大きく、前記共通電極を基準電位とした際の前記個別電極に供給される駆動信号において、待機状態で印加される電圧である第１の電圧を印加する工程と、前記第１の電圧の印加状態から前記第１の電圧と逆極性の電圧である第２の電圧を印加する工程と、前記第２の電圧の印加状態から前記第１の電圧と同じ極性で該第１の電圧より大きい第３の電圧を印加して液体を吐出する吐出工程とを有する液体噴射装置とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出する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共通電極および個別電極を備えた圧電素子と、
前記圧電素子を駆動する駆動信号を前記圧電素子に供給する駆動手段と、を有する液体噴射装置であって、
前記圧電体層は、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなり、前記チタンと前記バリウムのモル比（Ｔｉ／Ｂａ）が１より大きく、
前記共通電極を基準電位とした際の前記個別電極に供給される駆動信号において、
待機状態で印加される電圧である第１の電圧を印加する工程と、
前記第１の電圧の印加状態から前記第１の電圧と逆極性の電圧である第２の電圧を印加する工程と、
前記第２の電圧の印加状態から前記第１の電圧と同じ極性で該第１の電圧より大きい第３の電圧を印加して液体を吐出する吐出工程と、を有することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項２】
前記第１の電圧が正の電圧であり、前記第２の電圧の絶対値が前記第３の電圧と前記第２の電圧との差に対して１０％以上であることを特徴とする請求項１に記載する液体噴射装置。
【請求項３】
前記第３の電圧と前記第２の電圧との差が、４０Ｖ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載する液体噴射装置。
【請求項４】
前記圧電素子が、前記個別電極、前記圧電体層及び前記共通電極を順に積層して形成されたものであり、前記第１の電圧が負の電圧であることを特徴とする請求項１に記載する液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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る電極及び圧電体層を有する圧電素子を具備する液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射装置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】
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。
【０００４】
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、圧電材料の代表例として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が挙げられるが、環境問題の観点から、非鉛又は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１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８７７４５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、このような非鉛又は鉛の含有量を抑えた複合酸化物からなる圧電体層は、耐久性が悪いため、変位量が経時低下してしまうという問題があった。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する。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、環境負荷が小さく且つ耐久性に優れる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】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を吐出する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共通電極および個別電極を備えた圧電素子と、前記圧電素子を駆動する駆動信号を前記圧電素子に供給する駆動手段と、を有する液体噴射装置であって、前記圧電体層は、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなり、前記チタンと前記バリウムのモル比（Ｔｉ／Ｂａ）が１より大きく、前記共通電極を基準電位とした際の前記個別電極に供給される駆動信号において、待機状態で印加される電圧である第１の電圧を印加する工程と、前記第１の電圧の印加状態から前記第１の電圧と逆極性の電圧である第２の電圧を印加する工程と、前記第２の電圧の印加状態から前記第１の電圧と同じ極性で該第１の電圧より大きい第３の電圧を印加して液体を吐出する吐出工程と、を有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、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなりチタンとバリウムのモル比（Ｔｉ／Ｂａ）が１より大きい、すなわちＴｉを過剰に含む圧電体層を有し且つ所定の駆動信号を供給するため、耐久性に優れる。したがって、変位量の経時低下を抑制できる。
【０００９】
そして、前記第１の電圧が正の電圧であり、前記第２の電圧の絶対値が前記第３の電圧と前記第２の電圧との差に対して１０％以上であってもよい。これによれば、個別電極に供給される駆動信号は、正の電圧である第１の電圧を印加する工程と、第１の電圧の印加状態から負の電圧である第２の電圧を印加する工程と、該第２の電圧の印加状態から第１の電圧より大きい正の電圧である第３の電圧を印加して液体を吐出する吐出工程とを有し、第２の電圧の絶対値が第３の電圧と第２の電圧との差に対して１０％以上である液体噴射装置、すなわち、絶対値の大きい負の電圧（第２の電圧）を印加する駆動信号を供給する液体噴射装置としても、耐久性に優れ、変位量の経時低下を抑制できる。
【００１０】
また、前記第３の電圧と前記第２の電圧との差が、４０Ｖ以上であってもよい。これによれば、振幅が４０Ｖ以上という高い電圧を印加する駆動信号を供給しても、耐久性に優れるため、変位量の経時低下を抑制でき、また、圧電素子の破壊も抑制できる。
【００１１】
そして、前記圧電素子が、前記個別電極、前記圧電体層及び前記共通電極を順に積層して形成されたものであり、前記第１の電圧が負の電圧であってもよい。このような駆動信号を供給する液体噴射ヘッドであっても、耐久性に優れるため変位量の経時低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略構成を示す図。
【図２】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３】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの断面図。
【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】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図。
【図９】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１０】実施形態１に係る記録装置の制御構成を示すブロック図。
【図１１】実施形態１に係る駆動信号（駆動波形）例を示す図。
【図１２】駆動信号（駆動波形）の他の例を示す図。
【図１３】他の例の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。
【図１４】他の例のインクジェット式記録ヘッドの平面図。
【図１５】他の例のインクジェット式記録ヘッドの断面図。
【図１６】試験例１及び試験例２で用いた駆動波形を示す図。
【図１７】比較例１の試験例１の結果を示す図。
【図１８】実施例１の試験例１の結果を示す図。
【図１９】比較例１の試験例２の結果を示す図。
【図２０】実施例１の試験例２の結果を示す図。
【図２１】試験例３で用いた駆動波形を示す図。
【図２２】比較例１の試験例３の結果を示す図。
【図２３】実施例１の試験例３の結果を示す図。
【図２４】実施例のＸＲＤ測定結果を示す図。
【図２５】実施例のＸＲＤ測定結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態１）
図１は、本発明にかかる液体噴射装置の一例である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１に示すように、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に軸方向移動可能に設けられている。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。
【００１４】
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。
【００１５】
ここで、このようなインクジェット式記録装置ＩＩに搭載されるインクジェット式記録ヘッドについて、図２〜図４を参照して説明する。なお、図２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３は、図２の平面図であり、図４は図３のＡ−Ａ′線断面図である。
【００１６】
図２〜図４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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。本実施形態においては、密着層５６として酸化チタンを用いたが、密着層５６の材質は第１電極６０とその下地の種類等により異なるが、例えば、ジルコニウム、アルミニウムを含む酸化物や窒化物や、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＣｅＯ２等とすることができる。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。
【００２０】
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、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段としての圧電素子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し、個別電極とする。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。
【００２１】
そして、圧電体層７０は、少なくともビスマス（Ｂｉ）、バリウム（Ｂａ）、鉄（Ｆｅ）、及びチタン（Ｔｉ）を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなり、ＴｉとＢａのモル比（Ｔｉ／Ｂａ）が１より大きいものである。このような組成からなる複合酸化物とし、詳しくは後述するが、待機状態で印加される電圧である第１の電圧を印加する工程と、第１の電圧の印加状態から該第１の電圧とは逆極性の電圧である第２の電圧を印加する工程と、第２の電圧の印加状態から第１の電圧と同じ極性で第１の電圧より大きい第３の電圧を印加して液体を吐出する吐出工程とを有する駆動信号を供給する液体噴射装置とすると、耐久性に優れる。したがって、変位量の経時低下を抑制できる。例えば、３０億パルスを印加した後の変位量の低下率を、５％以下にすることができる。また、第３の電圧と第２の電圧との差である振幅が４０Ｖ以上、さらには４５Ｖ以上という高い電圧を印加する駆動信号を供給しても、耐久性に優れるため、変位量の経時低下を抑制でき、また、圧電素子の破壊も抑制できる。なお、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｔｉを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電体層７０を有する液体噴射ヘッドは、一般的に耐久性が不十分で変位量の経時低下が大きいが、本発明のように、Ｂａ／Ｔｉ（モル比）を１より大きくし、且つ、上記所定の駆動信号を供給するようにすることで、耐久性が向上し変位量の経時低下を顕著に抑制することができる。
【００２２】
また、圧電体層７０を構成する上述した複合酸化物は、ＢｉとＢａのモル比（Ｂｉ／Ｂａ）が２．３以上４．０以下であるのが好ましい。また、ＴｉとＢａのモル比（Ｔｉ／Ｂａ）が１．１７以上１．４５以下とすると、圧電素子のクラックの発生が抑制されるため、好ましい。
【００２３】
ここで、圧電体層７０を構成する複合酸化物は、上述したように、ペロブスカイト構造、すなわち、ＡＢＯ３型構造であり、この構造の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、このペロブスカイト構造のＡサイトにＢｉ及びＢａを含み、Ｂサイトに、Ｆｅ及びＴｉを含んでいる。
【００２４】
本実施形態にかかる複合酸化物は、例えば、Ｂｉ及びＢａの総モル量と、Ｆｅ及びＴｉの総モル量との比（Ｂｉ＋Ｂａ）：（Ｆｅ＋Ｔｉ）＝１：１のものが挙げられるが、上述したように、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による組成のずれは勿論、元素の一部置換等も許容される。そして、上述した通り、ＴｉとＢａのモル比（Ｔｉ／Ｂａ）が１より大きい。また、ＢｉとＢａのモル比（Ｂｉ／Ｂａ）は、例えば、２．３以上４．０以下であるのが好ましい。このようなペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電体層７０の組成は、例えば、下記一般式で表すことができる。ここで、一般式（１）の記述は化学量論に基づく組成表記であり、上述したように、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による組成のずれは勿論、元素の一部置換等も許容される。
【００２５】
（Ｂｉ１−ａ，Ｂａａ）（Ｆｅ１−ｂ，Ｔｉｂ）Ｏ３    （１）
式（１）において、ａ及びｂの値は、ｂ／ａ＞１を満たすものであればよく、さらに（１−ａ）／ａが２．３以上４．０以下を満たすものや、ｂ／ａ＞１．２を満たすものが好ましい。
【００２６】
また、圧電体層７０を構成する複合酸化物は、所望の特性を向上させるためにＢｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉ以外の元素を含んでいてもよい。他の元素としては、例えば、Ｍｎ、Ｃｏが挙げられ、Ｍｎ及びＣｏの両方を含むものであってもよい。勿論、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必要がある。
【００２７】
圧電体層７０が、ＭｎやＣｏを含む場合、ＭｎやＣｏはＢサイトに位置し、ＭｎやＣｏが上記Ｂサイトに存在するＦｅの一部を置換した構造の複合酸化物であると推測される。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、基本的な特性はＢｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉからなる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ものである。具体的には、リークの発生が抑制される。また、Ｃｏを含む場合も、Ｍｎ同様にリーク特性が向上するものである。また、Ｍｎ及びＣｏを例として説明したが、その他Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等の遷移金属元素を含む場合や、前記の遷移金属元素を２種以上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。
【００２８】
かかる複合酸化物の場合は、例えば、Ａサイト元素の総モル量と、Ｂサイト元素の総モル量との比（Ａサイト元素の総モル量）：（Ｂサイト元素の総モル量）＝１：１のものが挙げられるが、上述したように、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による組成のずれは勿論、元素の一部置換等も許容される。このようなＢｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉに加えて、Ｍｎ、Ｃｏ、及びその他の遷移金属元素のうち１以上を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電体層７０は、例えば、下記一般式（２）で表される混晶である。なお一般式（２）において、Ｍは、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等の遷移金属元素である。ここで、一般式（２）の記述は化学量論に基づく組成表記であり、上述したように、ペロブスカイト構造を取り得る限りにおいて、格子不整合、酸素欠損等による組成ずれは許容される。
【００２９】
（Ｂｉ１−ａ，Ｂａａ）（Ｆｅ１−ｂ−ｃ，Ｍｃ，Ｔｉｂ）Ｏ３    （２）
式（２）において、ａ及びｂの値は、ｂ／ａ＞１を満たすものであればよく、（１−ａ）／ａが２．３以上４．０以下を満たすものや、ｂ／ａ＞１．２を満たすものが好ましい。また、ｃは、０以上０．０９以下であり、好ましくは０．０１以上０．０５以下であるのが好ましい。
【００３０】
また、圧電体層７０は、ペロブスカイト構造を有するその他の化合物、例えば、Ｂｉ（Ｚｎ，Ｔｉ）Ｏ３、（Ｂｉ，Ｋ）ＴｉＯ３、（Ｂｉ，Ｎａ）ＴｉＯ３、（Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ）（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ３等を含有していてもよい。
【００３１】
本実施形態では、圧電体層７０は、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＴｉを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなり、下記一般式（３）で表されるものとした。ただし、一般式（３）の記述は化学量論に基づく組成表記であり、ペロブスカイト構造を取り得る限り、元素拡散、格子不整合、酸素欠損等による組成ずれは許容される。
【００３２】
（Ｂｉ１−ａ，Ｂａａ）（Ｆｅ１−ｂ−ｃ，Ｍｎｃ，Ｔｉｂ）Ｏ３    （３）
式（３）において、ａ及びｂの値は、ｂ／ａ＞１を満たすものであればよく、（１−ａ）／ａが２．３以上４．０以下を満たすものや、ｂ／ａ＞１．２を満たすものが好ましい。また、ｃは、０以上０．０９以下であり、好ましくは０．０１以上０．０５以下であるのが好ましい。
【００３３】
なお、本実施形態の圧電体層７０は、（１１０）面、（１００）面、（１１１）面のいずれに配向していてもよく、特に限定されるものではない。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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（駆動信号）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。
【００４２】
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５〜図９を参照して説明する。なお、図５〜図９は、圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００４３】
まず、図５（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５（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、スパッターリング法や熱酸化等で形成する。
【００４４】
次に、図６（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をスパッターリング法や蒸着法等により全面に形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、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、密着層５６及び第１電極６０の側面が傾斜するように同時にパターニングする。
【００４５】
次いで、レジストを剥離した後、この第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、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、スパッターリング法、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、気相法、液相法や固相法でも圧電体層７０を製造することができる。
【００４６】
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、図６（ｃ）に示すように、第１電極６０上に、金属錯体、例えば、本実施形態においては、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ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）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）。
【００４７】
塗布する前駆体溶液は、焼成により圧電体層７０を構成する複合酸化物を形成しうる金属錯体、例えば本実施形態においては焼成によりＢｉ、Ｆｅ、Ｂａ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。また、Ｍｎ、ＣｏやＣｒを含む複合酸化物からなる圧電体層７０を形成する場合は、さらに、Ｍｎ、ＣｏやＣｒを有する金属錯体を含有する前駆体溶液を用いる。各金属錯体の混合割合は、各金属が所望のモル比となるように、具体的には、ＴｉとＢａのモル比（Ｔｉ／Ｂａ）が１より大きく、好ましくはＢｉとＢａのモル比（Ｂｉ／Ｂａ）が２．３以上４．０以下の複合酸化物となるように混合すればよい。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、トリス（アセチルアセトナート）鉄などが挙げられる。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。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。Ｃｏを含む有機金属化合物としては、例えば２−エチルヘキサン酸コバルト、コバルト（III）アセチルアセトナートなどが挙げられる。Ｃｒを含む有機金属化合物としては、２−エチルヘキサン酸クロムなどが挙げられる。勿論、金属を二種以上含む金属錯体を用いてもよい。また、前駆体溶液の溶媒としては、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、オクタン、デカン、シクロヘキサン、キシレン、トルエン、テトラヒドロフラン、酢酸、オクチル酸などが挙げられる。
【００４８】
次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度（例えば１３０〜２００℃）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）。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、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。
【００４９】
次に、図７（ａ）に示すように、圧電体前駆体膜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、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ及びＴｉを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物であって、ＴｉとＢａのモル比（Ｔｉ／Ｂａ）が１より大きい複合酸化物からなる圧電体膜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、酸素雰囲気中や、不活性ガス中でもよい。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。
【００５０】
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を形成する。これにより、図７（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が形成される。なお、複数の圧電体膜７２を形成する際には、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を順に行って積層していってもよいが、塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程を繰り返し行った後、複数層をまとめて焼成するようにしてもよい。また、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。
【００５１】
このように圧電体層７０を形成した後は、図８（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をスパッター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を有する圧電素子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。
【００５２】
次に、図８（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。
【００５３】
次に、図８（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。
【００５４】
次に、図９（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。
【００５５】
そして、図９（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。
【００５６】
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。
【００５７】
図１０は、このようなインクジェット式記録装置の制御構成例を示すブロック図である。図１０を参照して、本実施形態のインクジェット式記録装置の制御について説明する。本実施形態のインクジェット式記録装置は、図１０に示すように、プリンターコントローラー５１１とプリントエンジン５１２とから概略構成されている。プリンターコントローラー５１１は、外部インターフェース５１３（以下、外部Ｉ／Ｆ５１３という）と、各種データを一時的に記憶するＲＡＭ５１４と、制御プログラム等を記憶したＲＯＭ５１５と、ＣＰＵ等を含んで構成した制御部５１６と、クロック信号を発生する発振回路５１７と、インクジェット式記録ヘッドＩへ供給するための駆動信号を発生する駆動信号発生回路５１９と、駆動信号や印刷データに基づいて展開されたドットパターンデータ（ビットマップデータ）等をプリントエンジン５１２に送信する内部インターフェース５２０（以下、内部Ｉ／Ｆ５２０という）とを備えている。
【００５８】
外部Ｉ／Ｆ５１３は、例えば、キャラクターコード、グラフィック関数、イメージデータ等によって構成される印刷データを、図示しないホストコンピューター等から受信する。また、この外部Ｉ／Ｆ５１３を通じてビジー信号（ＢＵＳＹ）やアクノレッジ信号（ＡＣＫ）が、ホストコンピューター等に対して出力される。ＲＡＭ５１４は、受信バッファー５２１、中間バッファー５２２、出力バッファー５２３、及び、図示しないワークメモリーとして機能する。そして、受信バッファー５２１は外部Ｉ／Ｆ５１３によって受信された印刷データを一時的に記憶し、中間バッファー５２２は制御部５１６が変換した中間コードデータを記憶し、出力バッファー５２３はドットパターンデータを記憶する。なお、このドットパターンデータは、階調データをデコード（翻訳）することにより得られる印字データによって構成してある。
【００５９】
また、ＲＯＭ５１５には、各種データ処理を行わせるための制御プログラム（制御ルーチン）の他に、フォントデータ、グラフィック関数等を記憶させてある。
【００６０】
制御部５１６は、受信バッファー５２１内の印刷データを読み出すと共に、この印刷データを変換して得た中間コードデータを中間バッファー５２２に記憶させる。また、中間バッファー５２２から読み出した中間コードデータを解析し、ＲＯＭ５１５に記憶させているフォントデータ及びグラフィック関数等を参照して、中間コードデータをドットパターンデータに展開する。そして、制御部５１６は、必要な装飾処理を施した後に、この展開したドットパターンデータを出力バッファー５２３に記憶させる。さらに、制御部５１６は、波形設定手段としても機能し、駆動信号発生回路５１９を制御することにより、この駆動信号発生回路５１９から発生される駆動信号の波形形状を設定する。かかる制御部５１６は、後述する駆動回路（図示なし）などと共に本発明の駆動手段を構成する。また、インクジェット式記録ヘッドＩを駆動する液体噴射駆動装置としては、この駆動手段を少なくとも具備するものであればよく、本実施形態では、プリンターコントローラー５１１を含むものとして例示してある。
【００６１】
そして、インクジェット式記録ヘッドＩの１行分に相当するドットパターンデータが得られたならば、この１行分のドットパターンデータは、内部Ｉ／Ｆ５２０を通じてインクジェット式記録ヘッドＩに出力される。また、出力バッファー５２３から１行分のドットパターンデータが出力されると、展開済みの中間コードデータは中間バッファー５２２から消去され、次の中間コードデータについての展開処理が行われる。
【００６２】
プリントエンジン５１２は、インクジェット式記録ヘッドＩと、紙送り機構５２４と、キャリッジ機構５２５とを含んで構成してある。紙送り機構５２４は、紙送りモーターとプラテン８等から構成してあり、記録紙等の印刷記憶媒体をインクジェット式記録ヘッドＩの記録動作に連動させて順次送り出す。即ち、この紙送り機構５２４は、印刷記憶媒体を副走査方向に相対移動させる。
【００６３】
キャリッジ機構５２５は、インクジェット式記録ヘッドＩを搭載可能なキャリッジ３と、このキャリッジ３を主走査方向に沿って走行させるキャリッジ駆動部とから構成してあり、キャリッジ３を走行させることによりインクジェット式記録ヘッドＩを主走査方向に移動させる。なお、キャリッジ駆動部は、上述したように駆動モーター６及びタイミングベルト７等で構成されている。
【００６４】
インクジェット式記録ヘッドＩは、副走査方向に沿って多数のノズル開口２１を有し、ドットパターンデータ等によって規定されるタイミングで各ノズル開口２１から液滴を吐出する。そして、このようなインクジェット式記録ヘッドＩの圧電素子３００には、図示しない外部配線を介して電気信号、例えば、後述する駆動信号（ＣＯＭ）や記録データ（ＳＩ）等が供給される。このように構成されるプリンターコントローラー５１１及びプリントエンジン５１２では、プリンターコントローラー５１１と、駆動信号発生回路５１９から出力された所定の駆動波形を有する駆動信号を選択的に圧電素子３００に入力するラッチ５３２、レベルシフター５３３及びスイッチ５３４等を有する駆動回路（図示なし）とが圧電素子３００に所定の駆動信号を印加する駆動手段となる。
【００６５】
なお、これらのシフトレジスター（ＳＲ）５３１、ラッチ５３２、レベルシフター５３３、スイッチ５３４及び圧電素子３００は、それぞれ、インクジェット式記録ヘッドＩの各ノズル開口２１毎に設けられており、これらのシフトレジスター５３１、ラッチ５３２、レベルシフター５３３及びスイッチ５３４は、駆動信号発生回路５１９が発生した吐出駆動信号や緩和駆動信号から駆動パルスを生成する。ここで、駆動パルスとは実際に圧電素子３００に印加される印加パルスのことである。
【００６６】
このようなインクジェット式記録ヘッドＩでは、最初に発振回路５１７からのクロック信号（ＣＫ）に同期して、ドットパターンデータを構成する記録データ（ＳＩ）が出力バッファー５２３からシフトレジスター５３１へシリアル伝送され、順次セットされる。この場合、まず、全ノズル開口２１の印字データにおける最上位ビットのデータがシリアル伝送され、この最上位ビットのデータシリアル伝送が終了したならば、上位から２番目のビットのデータがシリアル伝送される。以下同様に、下位ビットのデータが順次シリアル伝送される。
【００６７】
そして、当該ビットの記録データの全ノズル分が各シフトレジスター５３１にセットされたならば、制御部５１６は、所定のタイミングでラッチ５３２へラッチ信号（ＬＡＴ）を出力させる。このラッチ信号により、ラッチ５３２は、シフトレジスター５３１にセットされた印字データをラッチする。このラッチ５３２がラッチした記録データ（ＬＡＴｏｕｔ）は、電圧増幅器であるレベルシフター５３３に印加される。このレベルシフター５３３は、記録データが例えば「１」の場合に、スイッチ５３４が駆動可能な電圧値、例えば、数十ボルトまでこの記録データを昇圧する。そして、この昇圧された記録データは各スイッチ５３４に印加され、各スイッチ５３４は、当該記録データにより接続状態になる。
【００６８】
そして、各スイッチ５３４には、駆動信号発生回路５１９が発生した駆動信号（ＣＯＭ）も印加されており、スイッチ５３４が選択的に接続状態になると、このスイッチ５３４に接続された圧電素子３００に選択的に駆動信号が印加される。このように、例示したインクジェット式記録ヘッドＩでは、記録データによって圧電素子３００に吐出駆動信号を印加するか否かを制御することができる。例えば、記録データが「１」の期間においてはラッチ信号（ＬＡＴ）によりスイッチ５３４が接続状態となるので、駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）を圧電素子３００に供給することができ、この供給された駆動信号（ＣＯＭｏｕｔ）により圧電素子３００が変位（変形）する。また、記録データが「０」の期間においてはスイッチ５３４が非接続状態となるので、圧電素子３００への駆動信号の供給は遮断される。この記録データが「０」の期間において、各圧電素子３００は直前の電位を保持するので、直前の変位状態が維持される。
【００６９】
なお、上記の圧電素子３００は、撓み振動モードの圧電素子３００である。この、撓み振動モードの圧電素子３００を用いると、圧電体層７０が電圧印加に伴い電圧と垂直方向（３１方向）に縮むことで、圧電素子３００および振動板が圧力発生室１２側に撓み、これにより圧力発生室１２を収縮させる。一方、電圧を減少させることにより圧電体層７０が３１方向に伸びることで、圧電素子３００および振動板が圧力発生室１２の逆側に撓み、これにより圧力発生室１２を膨張させる。このようなインクジェット式記録ヘッドＩでは、圧電素子３００に対する充放電に伴って対応する圧力発生室１２の容積が変化するので、圧力発生室１２の圧力変動を利用してノズル開口２１から液滴を吐出させることができる。
【００７０】
圧電素子３００に入力される本実施形態の駆動信号（ＣＯＭ）を表す駆動波形について図１１を例に説明する。なお、図１１は、本実施形態の駆動信号例を示す駆動波形である。
【００７１】
ここで、圧電素子３００に入力される駆動波形は、共通電極（図４等においては第１電極６０）を基準電位（「Ｇｎｄ」とも記載する。）として、個別電極（図４等においては第２電極８０）に印加されるものである。すなわち、駆動波形によって個別電極に印加される電圧は、基準電位（Ｇｎｄ）を基準としての電位として示される。したがって、図１１においては、基準電位（Ｇｎｄ）より上側が正の電圧であり、基準電位（Ｇｎｄ）よりも下側が負の電圧となる。
【００７２】
本発明において、駆動手段が圧電素子３００に供給する駆動信号は、共通電極を基準電位とした際の個別電極に供給される駆動信号が、待機状態で印加される電圧である第１の電圧（中間電圧）を印加する工程と、この第１の電圧の印加状態から第１の電圧と逆極性の電圧である第２の電圧を印加する工程と、この第２の電圧の印加状態から第１の電圧と同じ極性で第１の電圧より大きい第３の電圧を印加して液体を吐出する吐出工程とを有するものである。このような駆動信号を、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなりＴｉ／Ｂａ（モル比）＞１である圧電体層７０を有する圧電素子３００に供給することにより、耐久性に優れたものとなる。
【００７３】
このような駆動信号の具体例としては、図１１に示すように、第１の電圧が正の電圧であり第２の電圧の絶対値が第３の電圧と第２の電圧との差に対して１０％以上である駆動信号、すなわち、待機状態で印加される電圧であって正の電圧である第１の電圧を印加する工程と、この第１の電圧の印加状態から負の電圧である第２の電圧を印加する工程と、この第２の電圧の印加状態から第１の電圧より大きい正の電圧である第３の電圧を印加して液体を吐出する吐出工程とを有し、第２の電圧の絶対値が第３の電圧と第２の電圧との差に対して１０％以上である駆動信号２００が挙げられる。詳述すると、このような駆動波形（駆動信号）は、例えば、図１１に示すように、まず、正の電圧である第１の電圧Ｖ１を印加して第１の電圧Ｖ１で保持して待機状態とする（Ｐ０１）。例えば、この第１の電圧Ｖ１を圧電体層７０の抗電圧以上（駆動信号２００においては正の抗電圧以上）の電圧とすると、このＰ０１工程は圧電体層７０を分極状態にする工程となる。なお、抗電圧以上の電圧とは、圧電体層７０の分極量−電圧の関係を示すヒステリシスカーブを描いたときの抗電圧の電圧以上の電圧のことをいう。次いで、この第１の電圧Ｖ１から負の電圧である第２の電圧Ｖ２まで下降させる（Ｐ０２）。このＰ０２工程で、圧電素子３００が圧力発生室１２の容積を膨張させる方向に変形することにより、ノズル開口２１内のメニスカスが圧力発生室１２側に引き込まれる。そして、第２の電圧Ｖ２で保持する（Ｐ０３）。次に、この第２の電圧Ｖ２から第１の電圧Ｖ１より大きい正の電圧である第３の電圧Ｖ３まで上昇させる（Ｐ０４）。このＰ０４工程で、圧電素子３００が圧力発生室１２の容積を収縮させる方向に変形することにより、ノズル開口２１内のメニスカスが圧力発生室１２側から大きく押し出され、ノズル開口２１から液滴が吐出される。そして、第３の電圧Ｖ３で保持する（Ｐ０５）。その後は、再び第１の電圧Ｖ１まで下降させて（Ｐ０６）、第１の電圧Ｖ１で保持する（Ｐ０７）。
【００７４】
そして、上記駆動信号２００においては、負の電圧である第２の電圧Ｖ２の絶対値Ｖｄが第３の電圧Ｖ３と第２の電圧Ｖ２との差（振幅）ΔＶに対して１０％以上とする。
【００７５】
このように、Ｖｄ／ΔＶが１０％以上という絶対値の大きい負の電圧を、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなる圧電体層７０を有する圧電素子３００に印加すると、後述する試験例に示すように、一般的に耐久性が悪く、変位量が経時低下してしまい、また、高い電圧ΔＶを印加すると破壊も生じ易い。しかしながら、本発明においては、Ｔｉ／Ｂａ（モル比）＞１すなわちＴｉを過剰に含む圧電体層７０とし、駆動波形を上記のものとしているため、絶対値の大きい負の電圧を印加する駆動波形を供給しても、耐久性に優れ、変位量の経時低下を抑制できる。また、第３の電圧Ｖ３と第２の電圧Ｖ２との差である振幅ΔＶが４０Ｖ以上、さらには４５Ｖ以上という高い電圧を印加する駆動信号を供給しても、耐久性に優れるため、変位量の経時低下を抑制でき、圧電素子３００の破壊も抑制できる。なお、Ｖｄ／ΔＶが１０％以上である絶対値の大きい負の電圧を圧電素子３００に印加したり、振幅ΔＶが大きい電圧を圧電素子３００に印加すると、例えば、変位量が大きくなるという効果がある。
【００７６】
また、第１電極６０を個別電極とし第２電極８０を共通電極とし、共通電極を基準電位（Ｇｎｄ）として、個別電極に印加される駆動信号を、第１の電圧Ｖ１が負の電圧である駆動信号、すなわち、例えば他の駆動信号例を示す図である図１２に示すように、待機状態で印加される電圧であって、負の電圧である第１の電圧Ｖ１を印加する工程と、この第１の電圧Ｖ１の印加状態から正の電圧である第２の電圧Ｖ２を印加する工程と、この第２の電圧Ｖ２の印加状態から第１の電圧Ｖ１より絶対値が大きい負の電圧である第３の電圧Ｖ３を印加して液体を吐出する吐出工程とを有する駆動信号２００Ａを印加してもよい。このような駆動信号２００Ａを供給するものとしても、耐久性に優れる。第１電極６０を個別電極とし第２電極８０を共通電極としたインクジェット式記録ヘッドの具体例として、他の例の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を図１３に、図１３の平面図を図１４に、図１４のＡ−Ａ′線断面図を図１５（ａ）に、Ｂ−Ｂ′線断面図を図１５（ｂ）に示す。なお、図１３〜図１５において、図２〜図４と同じ部材に同じ番号を付し、説明は省略する。
【００７７】
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。
【００７８】
（実施例１）
まず、（１１０）に配向した単結晶シリコン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法により膜厚２０ｎｍ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法により膜厚１３０ｎｍの白金膜を形成して第１電極６０とした。
【００７９】
また、２−エチルヘキサン酸ビスマス、２−エチルヘキサン酸鉄、２−エチルヘキサン酸バリウム、２−エチルヘキサン酸チタン、２−エチルヘキサン酸マンガンのｎ−オクタン溶液を混合し、Ｂｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉのモル比が、Ｂｉ：Ｂａ：Ｆｅ：Ｍｎ：Ｔｉ＝０．７５０：０．２５０：０．６６８：０．０１５：０．３１８となるようにして、前駆体溶液を調整した。
【００８０】
次いで、この前駆体溶液を酸化チタン膜及び第１電極６０が形成された上記基板上に滴下し、５００ｒｐｍで５秒間回転後、３０００ｒｐｍで基板を２０秒回転させてスピンコート法により圧電体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３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３分間脱脂を行った（脱脂工程）。この塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程からなる工程を３回繰り返した後に、酸素雰囲気中で、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置で７００℃で５分間焼成を行った（焼成工程）。次いで、上記の工程を４回繰り返し、計１２回の塗布により全体で厚さ８８０ｎｍの圧電体層７０を形成した。
【００８１】
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装置を用いてＯ２フローのもと７００℃で５分間焼成を行うことで、圧電素子を形成した。
【００８２】
（比較例１）
前駆体溶液のＢｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉのモル比を、Ｂｉ：Ｂａ：Ｆｅ：Ｍｎ：Ｔｉ＝０．７５０：０．２５０：０．７１３：０．０３８：０．２５０とした以外は実施例１と同様の操作を行った。
【００８３】
（実施例２〜１７）
前駆体溶液のＢｉ、Ｂａ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｔｉのモル比及び焼成温度を表１に示す値とした以外は実施例１と同様の操作を行った。
【００８４】
【表１】
2013139096.tif 000002
【００８５】
（試験例１）
１０個の実施例１の圧電素子及び１０個の比較例１の圧電素子のそれぞれに、第１電極６０を基準電位として、第２電極８０に図１６に示す駆動波形を連続して３０億パルス印加した時の、変位量の変化率を求めた。なお、図１６に示す駆動波形において、Ｖ１＝１５．５Ｖ、Ｖ３＝２９Ｖとし、実施例１ではＶ２＝−６Ｖ、比較例１ではＶ２＝−５Ｖとした。
【００８６】
そして、変位量の変化率は、破壊していなかった圧電素子について、それぞれ駆動波形を印加する前と、３０億パルス印加直後の変位量を測定し、３０億パルス印加直後の変位量／駆動波形を印加する前の変位量×１００［％］として各圧電素子の変位量の変化率を求め、これを平均した値として求めた。また、変位量は、グラフテック社製のレーザードップラー変位計を用い室温で測定した。変位量の変化率について、比較例１の結果を図１７に、実施例１の結果を図１８に示す。
【００８７】
図１７及び図１８に示すように、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなりＴｉとＢａのモル比（Ｔｉ／Ｂａ）が１より大きい圧電体層を有する実施例１は、比較例１と比べて顕著に変位量の変化率が小さかった。負の電圧であるＶ２の絶対値が大きいほど変位量の低下率が高いことが分かっており、実施例１は比較例１よりもＶ２の絶対値が大きく変位量の低下率が高いことが容易に想定されることに反して、顕著に変位量の変化率が低いことが分かる。また、実施例１及び比較例１とも、３０億パルス印加後に破壊していた圧電素子はなかった。
【００８８】
（試験例２）
駆動波形をＶ１＝１５．５Ｖ、Ｖ２＝−２Ｖ、Ｖ３＝４３Ｖとした以外は、試験例１と同様の試験を行った。また、破壊率を、３０億パルス印加後に破壊していた圧電素子の個数／１０×１００［％］として求めた。変位量の変化率について、比較例１の結果を図１９に、実施例１の結果を図２０に示す。
【００８９】
図１９及び図２０に示すように、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなりＴｉとＢａのモル比（Ｔｉ／Ｂａ）が１より大きい圧電体層を有する実施例１は、ΔＶ＝４５Ｖの高い電圧を印加した場合の変位量の変化率も、比較例１と比較して、顕著に小さいことが確認された。
【００９０】
また、３０億パルス印加後の破壊率は、実施例１では０％であったのに対し、比較例１は４０％であった。
【００９１】
（試験例３）
１０個の実施例１の圧電素子及び１０個の比較例１の圧電素子のそれぞれに、第２電極８０を基準電位として、第１電極６０に図２１に示す駆動波形を、連続して、３０億パルス印加した時、６０億パルス印加した時、及び、１９０億パルス印加した時の変位量の変化率を、それぞれ求めた。なお、図２１に示す駆動波形において、Ｖ１＝−１５．５Ｖ、Ｖ２＝２Ｖ、Ｖ３＝−３３Ｖとした。変位量の変化率は、試験例１と同様の方法で求めた。また、破壊率を、９０億パルス印加後に破壊していた圧電素子の個数／１０×１００［％］として求めた。変位量の変化率について、比較例１の結果を図２２に、実施例１の結果を図２３に示す。
【００９２】
図２２及び図２３に示すように、Ｂｉ、Ｆｅ、Ｂａ及びＴｉを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物からなりＴｉとＢａのモル比（Ｔｉ／Ｂａ）が１より大きい圧電体層を有する実施例１は、比較例１と比べて顕著に変位量の変化率が小さかった。
【００９３】
また、１９０億パルス印加後の破壊率は、実施例１では０％であったのに対し、比較例１は５０％であった。
【００９４】
（試験例３）
実施例１〜１７及び比較例１の圧電素子について、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Ｘ線回折パターンを求めた。実施例の回折強度−回折角２θの相関関係を示す図であるＸ線回折パターンの一例を、図２４及び図２５に示す。
【００９５】
この結果、実施例１〜１７及び比較例１の全てにおいて、ペロブスカイト構造に起因するピークと、基板由来のピークが観測された。具体的には、ペロブスカイト構造単相からなる圧電体層に起因する（１００）のピークが２３°付近に、シリコン基板に起因する（１１０）のピークが３２°付近に、白金に起因する（１１１）のピークが４０°付近に確認された。すなわち、図２４に示すように、ＦｅとＴｉの割合を変化させても異相は確認されず、図２５に示すように、ＢｉとＢａの割合を変化させても異相は確認されず、いずれの圧電体層もペロブスカイト単相であることがわかった。
【００９６】
（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。
【００９７】
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を具備する液体噴射装置にも本発明を適用することができる。
【００９８】
なお、上記各実施形態においては、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、また液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射装置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装置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、かかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００９９】
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、  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】
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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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【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１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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