JP7369355B2 - 圧電素子、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置、及び、圧電素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、圧電素子、液体吐出ヘッド、液体吐出ユニット、液体を吐出する装置、及び、圧電素子の製造方法に関するものである。

従来、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ_３）（以下、適宜「ＰＺＴ」ともいう。）を含む圧電体を下部電極と上部電極との間に備えた圧電素子が知られている。

例えば、特許文献１には、白金層からなる下部電極の上に圧電体の結晶配向性を制御するためのシード層を形成し、このシード層の上に圧電薄膜（圧電体）を形成した圧電素子が開示されている。この圧電素子では、シード層の表層部分に、結晶化している結晶化領域と、アモルファスからなるアモルファス領域との両方が存在している。

ところが、結晶化領域とアモルファス領域とが表層部分に混在したシード層では、シード層上でＰＺＴを結晶成長させるにあたり、ＰＺＴの結晶成長が下部電極の結晶特性の影響を受けてしまい、所望の結晶構造を有するＰＺＴを得られない。

上述した課題を解決するために、本発明は、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体を下部電極と上部電極との間に備えた圧電素子であって、前記下部電極と前記圧電体との間に、鉛を含むシード層を有し、前記シード層は、少なくとも前記圧電体側の表層部分の全域にわたってアモルファス構造であり、前記シード層の前記表層部分上に、前記チタン酸ジルコン酸鉛を目的の結晶構造に結晶成長させる核を備えることを特徴とする。

本発明によれば、所望の結晶構造をもつＰＺＴを結晶成長させることを妨げ得る下部電極上に、所望の結晶構造をもったＰＺＴを備える圧電素子を提供することができる。

実施形態における圧電素子の層構成の一例を示す説明図。 下部電極層上に形成したシード層の上に圧電体膜が形成された比較例１を示す説明図。 アモルファス領域と結晶化領域とが存在したシード層の上に圧電体膜が形成された比較例２を示す説明図。 全域がアモルファス領域となっているシード層の上に圧電体膜が形成された実施形態を示す説明図。 １層目のＰＺＴの脱脂温度とＰＺＴの（１００）配向度（配向率）との関係を示すグラフ。 下部電極層及び上部電極層をそれぞれ複数層構成とした他の構成例を示す説明図。 実施形態の圧電素子を用いた液体吐出ヘッドの主要部を示す説明図。 ＰＺＴに対するＸ線回折法のθ－２θ測定の結果の一例を示すグラフ。 （ａ）は、実施形態の圧電素子に対し、絶縁保護膜や引き出し配線を作製した状態を模式的に示す断面説明図。（ｂ）は、同図（ａ）の平面説明図。 同圧電素子を用いた液体吐出ヘッドのノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図。 同液体吐出ヘッドの要部を拡大した断面説明図。 同液体吐出ヘッドのノズル配列方向に沿う要部の断面説明図。 複数のノズルが配列されたノズル列を有する液体吐出ヘッドを模式的に示す断面説明図。 実施形態のインクジェット記録装置を示す斜視説明図。 同インクジェット記録装置の機構部の側面説明図。 本変形例のインクジェット記録装置の要部平面説明図。 本変形例のインクジェット記録装置の要部側面説明図。 同液体吐出ユニットの要部平面説明図。 同液体吐出ユニットの正面説明図。

以下、本発明の実施形態を、圧電装置としての液体吐出ヘッドの圧力発生手段として適用される圧電素子を例に挙げて説明する。
なお、本発明の圧電素子は、特に用途が制限されることはなく、圧電アクチュエータ、圧電センサ、圧電スピーカなどの他の圧電装置にも適用可能である。

図１は、本実施形態における圧電素子１００の層構成の一例を示す説明図である。
本実施形態における圧電素子１００は、図１に示すように、基板１０１及び振動板を構成する振動板層１０２の上に、下部電極を構成する下部電極層１０３、圧電体膜１０４、上部電極を構成する上部電極層１０５、下部電極層１０３と圧電体膜１０４との間に介在しているシード層１０６が形成されている。

下部電極層１０３は、金属材料からなり、本実施形態では、高い耐熱性と低い反応性を有する白金（Ｐｔ）を用いて形成されている。圧電体膜１０４には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ_３）を用いている。本実施形態では、ＰＺＴの結晶性配向性を制御するために、ＰＴ（チタン酸鉛：ＰｂＴｉＯ_３）からなるシード層１０６を下部電極層１０３上に形成し、そのシード層１０６の上にＰＺＴからなる圧電体膜１０４を形成している。

本実施形態は、（１１１）配向のＰｔからなる下部電極層１０３上に、圧電特性が良好な（１００）配向のＰＺＴからなる圧電体膜１０４が形成された圧電素子を得るものである。

図２は、下部電極層１０３上に形成したシード層１０６’の上に圧電体膜１０４’が形成された比較例１を示す説明図である。
この比較例１のシード層１０６’は、その表層部分を含む層全域が結晶化されたＰＴからなる層で構成されている。このようなシード層１０６’を用いた場合、シード層１０６’は、（１１１）配向のＰｔからなる下部電極層１０３からの結晶情報を受けて、（１１１）配向の結晶構造をもつものとなりやすい。その結果、このシード層１０６’の上に形成（結晶成長）されるＰＺＴからなる圧電体膜１０４’も、（１１１）配向の結晶構造となりやすい。そのため、圧電特性が良好な（１００）配向のＰＺＴからなる所望の圧電体膜１０４を得ることができない。

図３は、アモルファス領域と結晶化領域とが存在したシード層１０６’’の上に圧電体膜１０４’’が形成された比較例２を示す説明図である。
この比較例２のシード層１０６’’は、結晶化領域とアモルファス領域とが混在したＰＴからなる層で構成されている。このようなシード層１０６’’を用いた場合、シード層１０６’’中のアモルファス領域に対応するＰＺＴの部分では、（１１１）配向のＰｔからなる下部電極層１０３からの結晶情報の伝達がシード層１０６’’のアモルファス領域によって阻害される。その結果、シード層１０６’’上の核形成（（１００）配向の元となるきっかけ）を元に、（１００）配向の結晶構造が得られる。

しかしながら、比較例２のシード層１０６’’中には、結晶化領域が存在し、その結晶化領域は、（１１１）配向のＰｔからなる下部電極層１０３からの結晶情報を受けて、（１１１）配向の結晶構造をもちやすい。その結果、このシード層１０６’’の上に形成（結晶成長）されるＰＺＴからなる圧電体膜１０４’’は、図３に示すように、シード層１０６’’の結晶化領域に対応した部分１０７が、（１１１）配向の結晶構造となりやすい。

そのため、比較例２では、（１００）配向の結晶構造をもつＰＺＴからなる圧電体膜１０４’を形成できるものの、その一部には（１１１）配向の結晶構造が存在してしまい、適切に（１００）配向したＰＺＴからなる所望の圧電体膜１０４を得ることはできない。

図４は、全域がアモルファス領域となっているシード層１０６の上に圧電体膜１０４が形成された本実施形態を示す説明図である。
圧電体膜１０４の形成（結晶成長）にあたっては、図４に示すように、ＰＴからなるシード層１０６からの核形成１０８を元に、（１００）配向のＰＺＴが膜形成（結晶成長）される。このとき、シード層１０６が少なくとも圧電体膜１０４側の表層部分の全域にわたってアモルファス構造であることが重要となる。なお、シード層１０６が、圧電体膜１０４が形成される領域以外も含む場合は、圧電体膜１０４が形成される圧電体膜形成領における表層部分の全域にわたってアモルファス構造である。すなわち、シード層１０６の少なくとも圧電体膜１０４側の表層部分の全域がアモルファス構造であることで、（１１１）配向の下部電極層１０３からの結晶情報の伝達が全域にわたって阻害でき、シード層１０６上では全体が（１００）配向した結晶構造をもつＰＺＴの圧電体膜１０４を得ることができる。

ここで、シード層１０６がアモルファス構造であるかどうかは、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いてシード層１０６の結晶格子像で観察することで確認することができる。この観察において、シード層１０６の少なくとも圧電体膜１０４側の表層部分の全域にわたって結晶格子像を確認できない場合に、シード層１０６の少なくとも圧電体膜１０４側の表層部分の全域がアモルファス構造であると判断することができる。

図５は、１層目のＰＺＴの脱脂温度とＰＺＴの（１００）配向度（配向率）との関係を示すグラフである。
１層目のＰＺＴの脱脂温度が３００［℃］未満である温度領域においては、ＰＺＴの（１００）配向率が若干低く、４２０［℃］より大きい温度領域においては、ＰＺＴの（１００）配向率が大幅に低くなることがわかる。また、ＰＴからなるシード層１０６の断面状態を確認したところ、３００［℃］未満の温度領域では、ＰＺＴとシード層１０６とが混在していて、明確なシード層１０６を確認することができなかった。また、４５０［℃］以上の温度領域では、シード層１０６を確認することはできるが、シード層１０６が結晶化されていた。

一方、ＰＺＴが良好な（１００）配向率を示す３００［℃］以上４２０［℃］以下の温度領域では、シード層１０６がアモルファスな膜として存在していることを確認された。つまり、１層目のＰＺＴの脱脂温度が３００［℃］以上４２０［℃］以下の温度領域において、シード層１０６の少なくとも圧電体膜１０４側の表層部分の全域をアモルファス構造とすることができる。この確認は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いてシード層１０６近傍の結晶格子像を観察するとともに、ＴＥＭ－ＥＤＳによってシード層１０６の結晶状態を分析して、確認することができる。

次に、本実施形態の圧電素子１００における他の構成について、更に説明する。
圧電素子１００の下部電極層１０３及び上部電極層１０５は、電気的な抵抗が十分得られることが求められる。一方、圧電素子１００が振動板層１０２を変位させるアクチュエータとして良好な機能を発揮するためには、連続的に駆動させ続けたときの変位等の低下が少ないことが求められる。これらが両立されるような下部電極層１０３及び上部電極層１０５を得ることが難しい場合には、下部電極層１０３及び上部電極層１０５を複数層構成としてもよい。

図６は、下部電極層１０３及び上部電極層１０５をそれぞれ複数層構成とした他の構成例を示す説明図である。
本構成例の圧電素子１００は、電気的な抵抗が十分得られるような金属層からなる第一下部電極層１０３Ａ及び第一上部電極層１０５Ａと、連続的に駆動させ続けたときの変位等の低下を抑制するための導電性の酸化物電極層からなる第二下部電極層１０３Ｂ及び第二上部電極層１０５Ｂとを備えている。

圧電素子１００が形成される基板１０１としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、１００［μｍ］以上６００［μｍ］以下の厚みを持つことが好ましい。面方位としては、（１００）、（１１０）、（１１１）の３種類のうち、半導体産業で一般に広く使用されている（１００）、（１１１）の面方位の基板が好ましい。本実施形態の基板１０１には、（１００）の面方位を持つシリコン単結晶基板を使用する。

図７は、本実施形態の圧電素子１００を用いた圧電装置としての液体吐出ヘッド１１０の主要部を示す説明図である。
本実施形態の液体吐出ヘッド１１０は、上述した圧電素子１００が形成される基板１０１の裏面（圧電素子１００とは反対側の面）に、圧力室１１１を形成するとともに、ノズル１１２ａが形成されるノズル板１１２が接合されて構成される。液体吐出ヘッド１１０は、圧電素子１００を駆動させて振動板層１０２を変位させることにより、圧力室１１１内に充填された液体に圧力を加え、ノズル１１２ａから液体を吐出する。

圧力室１１１を作製する際、エッチングを利用してシリコン単結晶基板からなる基板１０１を加工していくが、この場合のエッチング方法としては、異方性エッチングを用いることが一般的である。異方性エッチングとは、結晶構造の面方位に対してエッチング速度が異なる性質を利用したものである。例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液に浸漬させる異方性エッチングでは、（１００）面に比べて（１１１）面は約１／４００程度のエッチング速度となる。したがって、面方位（１００）では、約５４°の傾斜を持つ構造体が作製できるのに対して、面方位（１１０）では深い溝をほることができる。そのため、より剛性を保ちつつ、配列密度を高くすることができることから、本実施形態の基板１０１としては、（１１０）の面方位を持ったシリコン単結晶基板を使用することも可能である。但し、この場合、マスク材であるＳｉＯ_２もエッチングされてしまうということが挙げられるため、この点も留意して利用する必要がある。

振動板層１０２は、圧電素子１００の圧電体膜１０４によって発生した力を受けて変形変位して、圧力室１１１内の液体をノズル１１２ａから吐出させる。そのため、振動板層１０２は、その変形変位に耐えうる所定の強度を有することが好ましい。振動板層１０２は、例えば、材料としてＳｉ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４を用い、ＣＶＤ法により作製することができる。

また、振動板層１０２の材料としては、下部電極層１０３や圧電体膜１０４の線膨張係数に近い材料を選択することが好ましい。特に、本実施形態の圧電体膜１０４にはＰＺＴが使用されていることから、その線膨張係数である８×１０^－６［１／Ｋ］に近い線膨張係数、具体的には、５×１０^－６～１０×１０^－６の線膨張係数を有した材料が好ましく、７×１０^－６～９×１０^－６の線膨張係数を有した材料がより好ましい。

振動板層１０２の具体的な材料としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化オスミウム、酸化レニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム及びそれらの化合物等を用いることができる。振動板層１０２は、これらの材料をスパッタ法もしくはＳｏｌ－ｇｅｌ法を用いてスピンコーターにより作製することができる。

振動板層１０２の膜厚は、０．１［μｍ］以上１０［μｍ］以下の範囲内が好ましく、０．５［μｍ］以上３［μｍ］以下の範囲内がさらに好ましい。この範囲よりも小さいと、圧力室１１１の加工が難しくなり、この範囲より大きいと、振動板層１０２が変形変位しにくくなり、液体の吐出が不安定になる。

図６に示した構成例における第一下部電極層１０３Ａ及び第一上部電極層１０５Ａの材料としては、一般に、金属材料の中で高い耐熱性と低い反応性を有する白金（Ｐｔ）が用いられる。ただし、白金（Ｐｔ）を用いる場合、鉛に対しては十分なバリア性を持つとはいえない場合があるので、イリジウムや白金－ロジウムなどの白金族元素やこれらの合金膜などを用いてもよい。また、第一下部電極層１０３Ａとして白金を使用する場合には、その下地となる振動板層１０２（特にＳｉＯ_２の振動板層１０２）との密着性が悪いため、ＴｉＯ_２、Ｔａ、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｔａ_３Ｎ_５等の層を介在させてもよい。この層の作製方法としては、スパッタ法や真空蒸着等の真空成膜が一般的である。この層の膜厚としては、０．０５［μｍ］以上１［μｍ］以下が好ましく、０．１［μｍ］以上０．５［μｍ］以下がさらに好ましい。

図６に示した構成例における第二下部電極層１０３Ｂ及び第二上部電極層１０５Ｂの材料としては、例えば、ＳｒＲｕＯ_３やＬａＮｉＯ_３を用いる。第二下部電極層１０３Ｂは、その上に作製されるＰＺＴの圧電体膜１０４の配向制御にも影響を与え得るため、通常は、配向優先させたい方位によっても選択される材料が異なってくる。

本実施形態においては、ＰＺＴの圧電体膜１０４の配向制御にも影響を与え得る下部電極層１０３又は第二下部電極層１０３Ｂの材料や構造にかかわらず、ＰＺＴ（１００）に優先配向させたいため、下部電極層１０３又は第二下部電極層１０３Ｂの上には、上述したように、少なくとも表層部分の全域にわたってアモルファス構造であるシード層を形成したうえで、ＰＺＴの圧電体膜１０４を作製する。このシード層１０６の材料としては、ＰｂＴｉＯ_３やＰＺＴが好ましい。

また、ＰｂＴｉＯ_３のシード層１０６を用いる場合、ＰｂとＴｉの組成比率Ｐｂ／Ｔｉは、０．７以上１．５以下であるのが好ましく、１．０以上１．２以下であるのが更に好ましい。この範囲を外れると、圧電体膜１０４を構成するＰＺＴの（１００）配向率が低下する。

また、ＰＺＴのシード層１０６を用いる場合、その組成比率Ｐｂ／（Ｔｉ＋Ｚｒ）は、０．７以上１．５以下であるのが好ましく、１．０以上１．２以下であるのが更に好ましい。この範囲を外れると、圧電体膜１０４を構成するＰＺＴの（１００）配向率が低下する。また、Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）の組成比率については、０．３以上が好ましく、さらに好ましくは０．４以上になる。この範囲を外れると、圧電体膜１０４を構成するＰＺＴの（１００）配向率が低下する。

本実施形態におけるシード層１０６の膜厚は、３［ｎｍ］以上１５［ｎｍ］以下であるのが好ましく、更に好ましくは６［ｎｍ］以上１２［ｎｍ］以下である。この範囲を外れると、圧電体膜１０４を構成するＰＺＴの（１００）配向率が低下する。

本実施形態においては、圧電体膜１０４を構成するＰＺＴを（１００）に優先配向させることが好ましく、その結晶配向は次の式で表される。
ρ（ｈｋｌ） ＝ Ｉ（ｈｋｌ）／ΣＩ（ｈｋｌ）
なお、「ρ（ｈｋｌ）」は、（ｈｋｌ）面方位の配向度であり、「Ｉ（ｈｋｌ）」は、任意の配向のピーク強度であり、「ΣＩ（ｈｋｌ）」は各ピーク強度の総和である。

（１００）配向の配向度は、Ｘ線回折法のθ－２θ測定で得られる各ピーク強度の総和を１としたときの各々の配向のピーク強度の比率に基づいて算出される。本実施形態の圧電体膜１０４では、その（１００）配向の配向度が０．９９以上であることが好ましく、０．９９５以上であることがさらに好ましい。これ以下になるときには、圧電歪が十分得られず、変位量を十分確保できなくなるので、圧電体膜１０４の結晶配向バラつきが大きくなり、液体吐出ヘッド１１０における吐出ばらつきを生じさせる。

本実施形態の圧電体膜１０４には、ＰＺＴを使用している。ＰＺＴとは、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）の固溶体で、その比率により特性が変化する。一般に優れた圧電特性を示す組成は、ＰｂＺｒＯ_３とＰｂＴｉＯ_３の比率が５３：４７の割合であり、化学式で示すとＰｂ（Ｚｒ_０．５３，Ｔｉ_０．４７）Ｏ_３と表され、ＰＺＴ（５３／４７）と示されることもある。

圧電体膜１０４として用いられるＰＺＴ以外の複合酸化物としては、一般に、チタン酸バリウムなどが挙げられ、この場合、バリウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体溶液を作製することも可能である。

圧電体膜１０４を構成するＰＺＴのＰｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）の組成比率は、０．９以上１．３以下であるのが好ましく、１．０以上１．２以下であるが更に好ましい。この範囲より下回ると、Ｐｂが不足し、十分な変位量が確保できなくなる。また、この範囲より上回ると、過剰なＰｂによって絶縁破壊が発生しやすくなる。

圧電体膜１０４を構成するＰＺＴのＺｒとＴｉの組成比率については、Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）で表したときに、０．４０以上０．５５以下であるのが好ましく、０．４５以上０．５３以下であるのがさらに好ましい。これらの組成比率を調整することによって、図８に示すようなθ－２θ測定において、ＰＺＴ（２００）面のピーク位置やピークの非対称性が異なってくる。Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）の組成比率が前記範囲を外れると、その範囲より小さいときに回転歪を伴う変位量が少なくなったり、その範囲よりも大きいときに圧電歪による変位量が少なくなったりして、変位量を十分確保できなくなる。

ＰＺＴをＳｏｌ－ｇｅｌ法により作製する場合、出発材料に酢酸鉛、ジルコニウムアルコキシド、チタンアルコキシド化合物を用い、共通溶媒としてメトキシエタノールに溶解させて均一溶液を得ることで、ＰＺＴ前駆体溶液を作製する。金属アルコキシド化合物は大気中の水分により容易に加水分解してしまうので、ＰＺＴ前駆体溶液には安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミンなどの安定化剤を適量、添加しても良い。

圧電体膜１０４の膜厚としては、０．５［μｍ］以上５［μｍ］以下であるのが好ましく、さらに好ましくは１［μｍ］以上２［μｍ］以下となる。この範囲より小さいと、十分な変位を発生することができなくなり、この範囲より大きいと、積層させる層数が多くなるため、工程数が多くなり、プロセス時間が長くなる。

図９（ａ）及び（ｂ）は、圧電素子１００に対し、絶縁保護膜１１３，１１５や引き出し配線１１４，１１６を作製した状態を示す説明図である。
第一絶縁保護膜１１３は、コンタクトホール１１３ａを有しており、上部電極層１０５と個別引き出し配線１１４とが導通した状態になっている。また、第一絶縁保護膜１１３は、コンタクトホール１１３ｂを有しており、下部電極層１０３と共通引き出し配線１１６とが導通した状態になっている。

これらの引き出し配線１１４，１１６の上には、第二絶縁保護膜１１５が形成される。第二絶縁保護膜１１５の一部には、各引き出し配線１１４，１１６が露出する開口が設けられ、これが電極パッド１１４ａ，１１６ａとして構成される。

第一絶縁保護膜１１３としては、成膜・エッチングの工程による圧電素子１００へのダメージを防ぐとともに、大気中の水分が透過しづらい材料を選定する必要があるため、緻密な無機材料を用いることが好ましい。有機材料では十分な保護性能を得るためには膜厚を厚くする必要があるためである。第一絶縁保護膜１１３を厚い膜とした場合、振動板層１０２の振動変位を阻害してしまうため、液体吐出ヘッド１１０の吐出性能を低下させる要因となる。

薄膜で高い保護性能をもつ第一絶縁保護膜１１３を得るには、酸化物、窒化物、炭化膜を用いるのが好ましいが、その下地となる電極材料、圧電体材料、振動板材料との密着性が高い材料を選定する必要がある。また、成膜法も、圧電素子１００を損傷しない成膜方法を選定する必要がある。すなわち、反応性ガスをプラズマ化して基板上に堆積するプラズマＣＶＤ法や、プラズマをターゲット材に衝突させて飛ばすことで成膜するスパッタリング法は好ましくない。好ましい成膜方法としては、蒸着法、ＡＬＤ法などが例示できるが、使用できる材料の選択肢が広いＡＬＤ法が好ましい。

以上の観点から、第一絶縁保護膜１１３の好ましい材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２などのセラミクス材料に用いられる酸化膜が挙げられる。特に、これらの材料を用いてＡＬＤ法により第一絶縁保護膜１１３を作製する場合、膜密度の非常に高い薄膜を作製でき、プロセス中でのダメージを抑制することが可能である。

第一絶縁保護膜１１３の膜厚は、圧電素子１００の保護性能を確保できる十分な厚みの膜とする必要があると同時に、振動板層１０２の変位を阻害しないように可能な限り薄い膜とする必要がある。第一絶縁保護膜１１３の好ましい膜厚は、２０［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下である。１００［ｎｍ］より厚い場合は、振動板層１０２の変位が低下するため、液体吐出ヘッド１１０の吐出効率を低下させる。一方、２０［ｎｍ］より薄い場合は、圧電素子１００の保護層としての機能が不足してしまうため、圧電素子１００の性能が低下してしまう。

また、第一絶縁保護膜１１３を２層にすることも考えられる。この場合、２層目の絶縁保護膜については、膜厚を厚くしつつ、振動板層１０２の振動変位を阻害しないように上部電極層１０５付近に開口を設けるような構成とするのが好ましい。このとき、２層目の絶縁保護膜としては、任意の酸化物、窒化物、炭化物またはこれらの複合化合物を用いることができるが、半導体デバイスで一般的に用いられるＳｉＯ_２を用いるのが好適である。

第一絶縁保護膜１１３の成膜は、任意の手法を用いることができ、例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法を用いることができるが、引き出し配線１１４，１１６などのパターン形成部の段差被覆を考慮すると、等方的に成膜できるＣＶＤ法を用いることが好ましい。

第一絶縁保護膜１１３の膜厚は、下部電極層１０３と個別引き出し配線１１４に印加される電圧によって絶縁破壊されない十分な厚みの膜厚とする必要がある。すなわち、第一絶縁保護膜１１３に印加される電界強度を、絶縁破壊しない範囲に設定する必要がある。第一絶縁保護膜１１３の下地の表面性やピンホール等を考慮すると、第一絶縁保護膜１１３の膜厚は、２００［ｎｍ］以上は必要であり、さらに好ましくは５００［ｎｍ］以上である。

引き出し配線１１４，１１６は、Ａｇ合金、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｒのいずれかからなる金属電極材料であることが好ましい。その作製方法としては、スパッタ法、スピンコート法を用いて作製し、その後フォトリソエッチング等により所望の配線パターンを得る。引き出し配線１１４，１１６の膜厚は、０．１［μｍ］以上２０［μｍ］以下であるのが好ましく、０．２［μｍ］以上１０［μｍ］以下であるのがさらに好ましい。この範囲より小さいと、電気抵抗値が大きくなり、電極に十分な電流を流すことができなくなって、吐出が不安定になる。一方、この範囲より大きいと、プロセス時間が長くなる。

また、１０［μｍ］×１０［μｍ］のコンタクトホール１１３ａ，１１３ｂでの接触抵抗が、共通引き出し配線１１６では１０［Ω］以下、個別引き出し配線１１４では１［Ω］以下であるのが好ましく、さらに好ましくは、共通引き出し配線１１６では５［Ω］以下、個別引き出し配線１１４では０．５［Ω］以下である。この範囲を超えると、十分な電流を供給することができなくなり、吐出時に不具合が発生する。

第二絶縁保護膜１１５は、個別引き出し配線１１４や共通引き出し配線１１６の保護層の機能を有するパシベーション層として機能する。第二絶縁保護膜１１５は、図９に示すとおり、個別電極パッド１１４ａ及び共通電極パッド１１６ａを除き、個別引き出し配線１１４及び共通引き出し配線１１６の上を被覆する。そのため、これらの引き出し配線１１４，１１６の材料には、安価なＡｌもしくはＡｌを主成分とする合金材料を用いることができる。その結果、低コストかつ信頼性の高い液体吐出ヘッド１１０を得ることができる。

第二絶縁保護膜１１５の材料としては、任意の無機材料、有機材料を使用することができるが、透湿性の低い材料とすることが好ましい。無機材料としては、酸化物、窒化物、炭化物等が例示でき、有機材料としてはポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が例示できる。ただし、有機材料の場合には膜厚を厚くすることが必要となるため、第二絶縁保護膜１１５をパターニングする際には適さない。そのため、第二絶縁保護膜１１５の材料としては、薄膜で、かつ、配線保護機能を発揮できる無機材料とすることが好ましい。特に、引き出し配線１１４，１１６がＡｌからなる場合、第二絶縁保護膜１１５の材料としてＳｉ_３Ｎ_４を用いることが、半導体デバイスで実績のある技術であるため、好ましい。

第二絶縁保護膜１１５の膜厚は、２００［ｎｍ］以上とすることが好ましく、さらに好ましくは５００［ｎｍ］以上である。膜厚が薄い場合は、十分なパシベーション機能を発揮できないため、配線材料の腐食による断線が発生し、液体吐出ヘッド１１０の信頼性を低下させてしまう。

また、第二絶縁保護膜１１５には、圧電素子１００の上方とその周囲の振動板層１０２の上方に開口部を形成することが好ましい。これは、上述した第一絶縁保護膜１１３の圧力室１１１に対応する部分を薄くしていることと同様、振動板層１０２の変位を阻害しないようにするためである。

図１０は、液体吐出ヘッド１１０のノズル配列方向と直交する方向に沿う断面説明図である。
図１１は、液体吐出ヘッド１１０の要部を拡大した断面説明図である。
図１２は、液体吐出ヘッド１１０のノズル配列方向に沿う要部の断面説明図である。

液体吐出ヘッド１１０は、ノズル板１１２と、流路板となる基板１０１と、振動板層１０２と、圧電素子１００と、保持基板５０と、ＦＰＣなどの配線部材である第二配線基板１２１と、共通液室部材７０と、カバー部材４５とを備えている。ここで、基板１０１、振動板層１０２及び圧電素子１００で構成される部分がアクチュエータ基板２０となる。

ノズル板１１２には、液体を吐出する複数のノズル１１２ａが形成されている。ここでは、ノズル１１２ａを配列したノズル列を４列配置した構成としている。流路板を構成する基板１０１は、ノズル板１１２及び振動板層１０２とともに、ノズル１１２ａが通じる個別液室となる圧力室１１１、圧力室１１１６に通じる流体抵抗部７、流体抵抗部７が通じる液導入部８を形成している。この液導入部８は、振動板層１０２の開口９と保持基板５０の流路となる開口部５１を介して共通液室部材７０で形成される共通液室１０に通じている。

振動板層１０２は、圧力室１１１の壁面の一部を形成する変形可能な振動領域３０を形成している。そして、この振動板層１０２の振動領域３０の圧力室１１１と反対側の面には、振動領域３０と一体的に圧電素子１００が設けられ、振動領域３０と圧電素子１００によって圧電アクチュエータが構成される。

複数の圧電素子１００の共通電極となる下部電極層１０３は、共通引き出し配線１１６に接続されている。なお、下部電極層１０３は、ノズル配列方向ですべての圧電素子１００に跨って形成される１つの電極層である。

また、圧電素子１００の個別電極となる上部電極層１０５は、個別引き出し配線１１４を介して駆動回路部である駆動ＩＣ（以下、「ドライバＩＣ」という。）５００に接続されている。個別引き出し配線１１４などは第二絶縁保護膜１１５にて被覆されている。ドライバＩＣ５００は、圧電素子列の列間の領域を覆うようにアクチュエータ基板２０にフリップチップボンディングなどの工法により実装されている。第二配線基板１２１に設けられた配線パターンがドライバＩＣ５００と電気的に接続されており、第二配線基板１２１の他端側は第一配線基板を介してプリント基板に接続され、更に装置本体側の制御部に接続される。

アクチュエータ基板２０の振動板層１０２側には、アクチュエータ基板２０上の圧電素子１００を覆っている保持基板５０が接着剤で接合されている。保持基板５０には、共通液室１０と、圧力室１１１側に通じる流路の一部となる開口部５１と、圧電素子１００を収容する凹部５２と、ドライバＩＣ５００を収容する開口部５３が設けられている。開口部５１は、ノズル配列方向に亘って延びるスリット状の貫通穴であり、ここでは共通液室１０の一部を構成している。

この保持基板５０は、アクチュエータ基板２０と共通液室部材７０との間に介在し、共通液室１０の壁面の一部を形成している。共通液室部材７０は、各圧力室１１１に液体を供給する共通液室１０を形成する。なお、共通液室１０は４つのノズル列に対応してそれぞれ設けられる。また、液体供給部材と通じる供給口部を介して共通液室１０に所要の色の液体が供給される。共通液室部材７０には、ダンパ部材１５０が接合されている。ダンパ部材１５０は、共通液室１０の一部の壁面を形成する変形可能なダンパ１５１と、ダンパ１５１を補強するダンパプレート１５２とを有している。

共通液室部材７０はノズル板１１２の外周部及び保持基板５０と接着剤で接合され、アクチュエータ基板２０及び保持基板５０を収容して、ヘッドフレームを構成している。そして、ノズル板１１２の周縁部及び共通液室部材７０の外周面の一部を覆うカバー部材を設けている。

この液体吐出ヘッド１１０においては、ドライバＩＣ５００から圧電素子１００の上部電極層１０５と下部電極層１０３との間に駆動電圧を与えることで、圧電素子１００が電極積層方向、すなわち電界方向に伸張し、振動領域３０と平行な方向に収縮する。これにより、振動領域３０の下部電極層１０３側に引っ張り応力が発生し、振動領域３０が圧力室１１１側に撓み、圧力室１１１の内部の液体を加圧することで、ノズル１１２ａから液体が吐出される。

次に、本実施形態における圧電素子１００の実施例について説明する。
本実施例では、基板１０１として、６インチシリコンウェハ上に、振動板層１０２としてＳｉＯ_２膜（膜厚：約１．０［μｍ］）を形成した。このＳｉＯ_２膜上に、スパッタ法により３５０［℃］でＴｉ膜（膜厚：約２０［ｎｍ］）を成膜し、ＲＴＡ（急速熱処理）により７５０［℃］で熱酸化した。引き続き、下部電極層１０３として、Ｐｔ膜（膜厚：約１６０［ｎｍ］）をスパッタ法により約３００［℃］で成膜した。Ｔｉ膜を熱酸化したＴｉＯ_２膜は、ＳｉＯ_２膜からなる振動板層１０２とＰｔ膜からなる下部電極層１０３との間の密着層としての役割を持つ。

下部電極層１０３の上には、下記の表１に示す各条件（実施例１～１０、比較例１～２）でシード層１０６を作製した。シード層１０６は６［ｎｍ］となるように作製した。ここで、実施例１、２、３、４、５、９、１０及び比較例１、２のシード層の組成液は、Ｐｂ_xＴｉ_yＯ_３（ｘ、ｙはＰｂ、Ｔｉの組成比）液である。実施例６、７、８のシード層の組成液は、Ｐｂ_xＺｒ_ｙＴｉ_ｚＯ_３（ｘ、ｙ、ｚはＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉの組成比）液である。

また、シード層１０６の上に形成するＰＺＴ膜（圧電体膜１０４）の材料として、Ｐｂ：Ｚｒ：Ｔｉ＝１１５：４９：５１の組成比で調合したＰＺＴ前駆体塗布液を３種類準備した。具体的なＰＺＴ前駆体塗布液の合成は、次のようにして行った。

まず、出発材料に酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用い、酢酸鉛の結晶水をメトキシエタノールに溶解した後、脱水した。なお、化学量論組成に対し鉛量を過剰にしてある。これは、熱処理中のいわゆる鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。また、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解し、アルコール交換反応、エステル化反応を進め、前記の酢酸鉛を溶解したメトキシエタノール溶液と混合することで、ＰＺＴ前駆体塗布液を合成した。ＰＺＴ前駆体塗布液におけるＰＺＴ濃度は０．５［ｍｏｌ／ｌ］にした。なお、ＰＴ塗布液に関しても、ＰＺＴ前駆体塗布液と同様に合成した。

これらの塗布液を用いて、最初に、ＰＴ層をスピンコートにより成膜し、その後、ホットプレートにより１２０［℃］で乾燥を行った。その後、仮焼条件として前記表１に記載の仮焼温度（図５におけるＰＺＴの１層目の脱脂熱処理温度と同じ）にて処理を実施した。その後、塗布→乾燥→仮焼を繰り返して３層形成し、３層目の熱分解処理の後に、結晶化のための熱処理（温度７３０［℃］）をＲＴＡ（急速熱処理）にて行った。この結晶化の熱処理が終わったときのＰＺＴ膜の膜厚は、２４０［ｎｍ］であった。このＰＺＴ前駆体溶液の塗布、乾燥、熱分解及び結晶化の熱処理の工程を合計８回（２４層）実施し、約２．０［μｍ］の膜厚をもつＰＺＴ膜（圧電体膜１０４）を得た。

次に、上部電極層１０５として、酸化物膜であるＳｒＲｕＯ膜（膜厚：４０［ｎｍ］）と金属膜であるＰｔ膜（膜厚：１２５［ｎｍ］）とをスパッタ成膜した。その後、東京応化社製フォトレジスト（ＴＳＭＲ８８００）をスピンコート法で成膜し、通常のフォトリソグラフィーでレジストパターンを形成した後、ＩＣＰエッチング装置（サムコ社製）を用いて、図９に示すようなパターンを作製した。

次に、第一絶縁保護膜１１３として、ＡＬＤ工法を用いて５０［ｎｍ］のＡｌ_２Ｏ_３膜を成膜した。このとき、Ａｌについては、ＴＭＡ（シグマアルドリッチ社）を用い、Ｏについては、オゾンジェネレーターによって発生させたＯ_３を用い、これらを交互に積層させることで、成膜を進めた。そして、図９に示すように、エッチングによってコンタクトホール１１３ａ，１１３ｂを形成した後、引き出し配線１１４，１１６を形成するためにＡｌをスパッタ成膜し、エッチングによりパターニングした。その後、第二絶縁保護膜１１５として、５００［ｎｍ］のＳｉ_３Ｎ_４をプラズマＣＶＤにより成膜し、圧電素子１００を作製した。

圧電素子１００の作製後、ＸＲＤ測定によりＰＺＴ膜（圧電体膜１０４）の結晶性（（１００）配向率）を評価し、また、シード層１０６の状態を断面のＴＥＭ観察により評価した。実施例１～１０及び比較例１～２の条件の違いは、前記表１に記載のとおりであり、それぞれのＰＺＴ膜（圧電体膜１０４）の結晶性の評価結果とＴＥＭ観察結果も前記表１に示すとおりである。

実施例１～１０の条件では、いずれも、ＴＥＭ観察結果により、シード層１０６がその層全域にわたってアモルファス構造となっていることを確認し、かつ、ＸＲＤ測定により、ＰＺＴ膜（圧電体膜１０４）が良好な（１００）配向率（９５％以上）を示すことを確認した。特に、実施例１～８は、ＰＺＴ膜（圧電体膜１０４）の（１００）配向率が９９％以上という更に良好なものとなった。

一方、比較例１～２については、シード層１０６が（１１１）配向の結晶化膜として存在していたり、アモルファス領域と結晶化領域とが混在していたりして、ＰＺＴ膜（圧電体膜１０４）の（１００）配向率は良好なものではなかった。

また、作製した実施例１～１０及び比較例１～２の圧電素子１００についての圧電定数の評価を行った。圧電定数を求めるための変位評価については、基板１０１の裏面側から掘加工を行って評価を実施し、１５０［ｋＶ／ｃｍ］の電界を印加したときの変形量をレーザードップラー振動計で計測した。その後、シミュレーションによる合わせ込みから圧電定数を算出した。実施例１～１０の条件では、圧電定数についても良好な結果が得られているのに対して、比較例１～２については、良好な圧電定数は得られなかった。

また、圧電素子１００内での変位ばらつきについても評価を実施した。実施例１～１０の条件ではこの変位ばらつきについて良好な結果が得られているのに対して、比較例１～２については、変位ばらつきが大きく、良好な結果は得られなかった。

また、図１３に示すように、複数のノズル１１２ａが配列されたノズル列を有する液体吐出ヘッド１１０を作製し、各ノズル１１２ａに対応する圧力室１１１内の液体に圧力を付与する圧力付与手段として、上述した実施例１～１０で作製した圧電素子１００を用いて、液体の吐出評価を行った。この評価では、液体として、粘度を５［ｃｐ］に調整したインクを用い、単純Ｐｕｓｈ波形により－１０［Ｖ］～－３０［Ｖ］の駆動電圧を印加したときの吐出状況を確認した。その結果、すべてのノズル１１２ａから適切に液体が吐出されていることを確認した。

次に、上述した液体吐出ヘッド１１０をインクジェットヘッドとして搭載した液体を吐出する装置であるインクジェット記録装置の実施形態について説明する。
図１４は、本実施形態のインクジェット記録装置を示す斜視説明図である。
図１５は、同インクジェット記録装置の機構部の側面説明図である。

本実施形態のインクジェット記録装置は、装置本体８１の内部に、主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載したインクジェットヘッド（記録ヘッド）、記録ヘッドへ液体であるインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部８２等を収納し、装置本体８１の下方には多数枚の用紙８３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）８４を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙８３を手差しで給紙するための手差しトレイ８５を開倒することができ、給紙カセット８４或いは手差しトレイ８５から給送される用紙８３を取り込み、印字機構部８２によって画像を記録した後、排紙トレイ８６に排紙する。

印字機構部８２は、左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド９１と従ガイドロッド９２とでキャリッジ９３を主走査方向に摺動自在に保持している。キャリッジ９３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインクを吐出する記録ヘッド９４が搭載されている。記録ヘッド９４は、複数のノズル１１２ａを主走査方向と交差する方向に配列したノズル列を備え、インク吐出方向が下方に向くように、キャリッジ９３に装着されている。また、キャリッジ９３には、記録ヘッド９４に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ９５が交換可能に装着されている。

インクカートリッジ９５は、上方に大気と連通する大気口、下方には記録ヘッド９４へインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド９４へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。また、記録ヘッド９４は、色ごとに個別に設けられているが、単一の記録ヘッドで構成してもよい。

ここで、キャリッジ９３は用紙搬送方向下流側を主ガイドロッド９１に摺動自在に嵌装し、用紙搬送方向上流側を従ガイドロッド９２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ９３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ９７で回転駆動される駆動プーリ９８と従動プーリ９９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０をキャリッジ９３に固定しており、主走査モータ９７の正逆回転によりキャリッジ９３が往復駆動される。

一方、給紙カセット８４にセットした用紙８３をヘッド９４の下方側に搬送するために、給紙カセット８４から用紙８３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙８３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙８３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙８３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ９３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙８３を記録ヘッド９４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙８３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙８３を排紙トレイ８６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。

記録時には、キャリッジ９３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド９４を駆動することにより、停止している用紙８３にインクを吐出して１行分を記録し、用紙８３を所定量搬送後、次の行の記録を行う。記録終了信号または用紙８３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ、用紙８３を排紙する。

また、キャリッジ９３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド９４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段とを有している。キャリッジ９３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド９４をキャッピングされ、ノズル１１２ａを湿潤状態に保つことによりインクの乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全てのノズル１１２ａのインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド９４のノズル１１２ａを密封し、チューブを通じて吸引手段でノズル１１２ａからインクとともに気泡等を吸い出し、ノズル面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され、吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置される廃インク溜に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。

このように、本実施形態のインクジェット記録装置においては、上述した実施例１～１０の液体吐出ヘッド１１０からなる記録ヘッド９４を搭載しているので、振動板層１０２の駆動不良によるインク吐出不良がなく、安定したインク吐出特性が得られて、画像品質が向上する。

次に、本実施形態に係る液体を吐出する装置としてのインクジェット記録装置の他の例（変形例）について、図１６及び図１７を参照して説明する。
図１６は、本変形例のインクジェット記録装置の要部平面説明図である。
図１７は、本変形例のインクジェット記録装置の要部側面説明図である。

本変形例のインクジェット記録装置は、シリアル型装置であり、主走査移動機構４９３によって、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動する。主走査移動機構４９３は、ガイド部材４０１、主走査モータ４０５、タイミングベルト４０８等を含む。ガイド部材４０１は、左右の側板４９１Ａ、４９１Ｂに架け渡されてキャリッジ４０３を移動可能に保持している。そして、主走査モータ４０５によって、駆動プーリ４０６と従動プーリ４０７間に架け渡したタイミングベルト４０８を介して、キャリッジ４０３は主走査方向に往復移動される。

このキャリッジ４０３には、上述した実施形態に係る液体吐出ヘッド１１０と同様の液体吐出ヘッド４０４及びヘッドタンク４４１を一体にした液体吐出ユニット４４０を搭載している。液体吐出ユニット４４０の液体吐出ヘッド４０４は、例えば、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｋ）の各色の液体を吐出する。また、液体吐出ヘッド４０４は、複数のノズルからなるノズル列を主走査方向と直交する副走査方向に配置し、吐出方向を下方に向けて装着している。

液体吐出ヘッド４０４の外部に貯留されている液体を液体吐出ヘッド４０４に供給するための供給機構４９４により、ヘッドタンク４４１には、液体カートリッジ４５０に貯留されている液体が供給される。

供給機構４９４は、液体カートリッジ４５０を装着する充填部であるカートリッジホルダ４５１、チューブ４５６、送液ポンプを含む送液ユニット４５２等で構成される。液体カートリッジ４５０はカートリッジホルダ４５１に着脱可能に装着される。ヘッドタンク４４１には、チューブ４５６を介して送液ユニット４５２によって、液体カートリッジ４５０から液体が送液される。

本変形例のインクジェット記録装置は、用紙４１０を搬送するための搬送機構４９５を備えている。搬送機構４９５は、搬送手段である搬送ベルト４１２、搬送ベルト４１２を駆動するための副走査モータ４１６を含む。

搬送ベルト４１２は用紙４１０を吸着して液体吐出ヘッド４０４に対向する位置で搬送する。この搬送ベルト４１２は、無端状ベルトであり、搬送ローラ４１３と、テンションローラ４１４との間に掛け渡されている。吸着は静電吸着、あるいは、エアー吸引などで行うことができる。

そして、搬送ベルト４１２は、副走査モータ４１６によってタイミングベルト４１７及びタイミングプーリ４１８を介して搬送ローラ４１３が回転駆動されることによって、副走査方向に周回移動する。

さらに、キャリッジ４０３の主走査方向の一方側には搬送ベルト４１２の側方に液体吐出ヘッド４０４の維持回復を行う維持回復機構４２０が配置されている。

維持回復機構４２０は、例えば液体吐出ヘッド４０４のノズル面（ノズルが形成された面）をキャッピングするキャップ部材４２１、ノズル面を払拭するワイパ部材４２２などで構成されている。

主走査移動機構４９３、供給機構４９４、維持回復機構４２０、搬送機構４９５は、側板４９１Ａ，４９１Ｂ、背板４９１Ｃを含む筐体に取り付けられている。

このように構成したこの装置においては、用紙４１０が搬送ベルト４１２上に給紙されて吸着され、搬送ベルト４１２の周回移動によって用紙４１０が副走査方向に搬送される。

そこで、キャリッジ４０３を主走査方向に移動させながら画像信号に応じて液体吐出ヘッド４０４を駆動することにより、停止している用紙４１０に液体を吐出して画像を形成する。

このように、本変形例のインクジェット記録装置では、上述した実施形態の液体吐出ヘッドを備えているので、高画質画像を安定して形成することができる。

次に、本実施形態における液体吐出ユニットの他の例について、図１８を参照して説明する。
図１８は、同液体吐出ユニットの要部平面説明図である。
この液体吐出ユニットは、上述したインクジェット記録装置を構成している部材のうち、側板４９１Ａ、４９１Ｂ及び背板４９１Ｃで構成される筐体部分と、主走査移動機構４９３と、キャリッジ４０３と、液体吐出ヘッド４０４で構成されている。なお、この液体吐出ユニットの例えば側板４９１Ｂに、前述した維持回復機構４２０、及び供給機構４９４の少なくともいずれかを更に取り付けた液体吐出ユニットを構成することもできる。

次に、本実施形態における液体吐出ユニットの更に他の例について、図１９を参照して説明する。
図１９は、同液体吐出ユニットの正面説明図である。
この液体吐出ユニットは、液体供給部材である流路部品４４４が取付けられた液体吐出ヘッド４０４と、流路部品４４４に接続されたチューブ４５６で構成されている。なお、流路部品４４４はカバー４４２の内部に配置されている。流路部品４４４に代えてヘッドタンク４４１を含むこともできる。また、流路部品４４４の上部には液体吐出ヘッド４０４と電気的接続を行うコネクタ４４３が設けられている。

本願において、吐出される液体は、ヘッドから吐出可能な粘度や表面張力を有するものであればよく、特に限定されないが、常温、常圧下において、または加熱、冷却により粘度が３０［ｍＰａ・ｓ］以下となるものであることが好ましい。より具体的には、水や有機溶媒等の溶媒、染料や顔料等の着色剤、重合性化合物、樹脂、界面活性剤等の機能性付与材料、ＤＮＡ、アミノ酸やたんぱく質、カルシウム等の生体適合材料、天然色素等の可食材料、などを含む溶液、懸濁液、エマルジョンなどであり、これらは例えば、インクジェット用インク、表面処理液、電子素子や発光素子の構成要素や電子回路レジストパターンの形成用液、３次元造形用材料液等の用途で用いることができる。

「液体吐出ユニット」は、液体吐出ヘッドに機能部品、機構が一体化したものであり、液体の吐出に関連する部品の集合体が含まれる。例えば、「液体吐出ユニット」は、ヘッドタンク、キャリッジ、供給機構、維持回復機構、主走査移動機構の構成の少なくとも一つを液体吐出ヘッドと組み合わせたものなどが含まれる。

ここで、一体化とは、例えば、液体吐出ヘッドと機能部品、機構が、締結、接着、係合などで互いに固定されているもの、一方が他方に対して移動可能に保持されているものを含む。また、液体吐出ヘッドと、機能部品、機構が互いに着脱可能に構成されていても良い。

例えば、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。また、チューブなどで互いに接続されて、液体吐出ヘッドとヘッドタンクが一体化されているものがある。ここで、これらの液体吐出ユニットのヘッドタンクと液体吐出ヘッドとの間にフィルタを含むユニットを追加することもできる。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドとキャリッジが一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドを走査移動機構の一部を構成するガイド部材に移動可能に保持させて、液体吐出ヘッドと走査移動機構が一体化されているものがある。また、液体吐出ヘッドとキャリッジと主走査移動機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、液体吐出ヘッドが取り付けられたキャリッジに、維持回復機構の一部であるキャップ部材を固定させて、液体吐出ヘッドとキャリッジと維持回復機構が一体化されているものがある。

また、液体吐出ユニットとして、ヘッドタンク若しくは流路部品が取付けられた液体吐出ヘッドにチューブが接続されて、液体吐出ヘッドと供給機構が一体化されているものがある。このチューブを介して、液体貯留源の液体が液体吐出ヘッドに供給される。

主走査移動機構は、ガイド部材単体も含むものとする。また、供給機構は、チューブ単体、装填部単体も含むものする。

「液体を吐出する装置」には、液体吐出ヘッド又は液体吐出ユニットを備え、液体吐出ヘッドを駆動させて液体を吐出させる装置が含まれる。液体を吐出する装置には、液体が付着可能なものに対して液体を吐出することが可能な装置だけでなく、液体を気中や液中に向けて吐出する装置も含まれる。

この「液体を吐出する装置」は、液体が付着可能なものの給送、搬送、排紙に係わる手段、その他、前処理装置、後処理装置なども含むことができる。

例えば、「液体を吐出する装置」として、インクを吐出させて用紙に画像を形成する装置である画像形成装置、立体造形物（三次元造形物）を造形するために、粉体を層状に形成した粉体層に造形液を吐出させる立体造形装置（三次元造形装置）がある。

また、「液体を吐出する装置」は、吐出された液体によって文字、図形等の有意な画像が可視化されるものに限定されるものではない。例えば、それ自体意味を持たないパターン等を形成するもの、三次元像を造形するものも含まれる。

前記「液体が付着可能なもの」とは、液体が少なくとも一時的に付着可能なものであって、付着して固着するもの、付着して浸透するものなどを意味する。具体例としては、用紙、記録紙、記録用紙、フィルム、布などの被記録媒体、電子基板、圧電素子などの電子部品、粉体層（粉末層）、臓器モデル、検査用セルなどの媒体であり、特に限定しない限り、液体が付着するすべてのものが含まれる。

前記「液体が付着可能なもの」の材質は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックスなど液体が一時的でも付着可能であればよい。

また、「液体を吐出する装置」は、液体吐出ヘッドと液体が付着可能なものとが相対的に移動する装置があるが、これに限定するものではない。具体例としては、液体吐出ヘッドを移動させるシリアル型装置、液体吐出ヘッドを移動させないライン型装置などが含まれる。

また、「液体を吐出する装置」としては、他にも、用紙の表面を改質するなどの目的で用紙の表面に処理液を塗布するために処理液を用紙に吐出する処理液塗布装置、原材料を溶液中に分散した組成液を、ノズルを介して噴射させて原材料の微粒子を造粒する噴射造粒装置などがある。

なお、本願の用語における、画像形成、記録、印字、印写、印刷、造形等はいずれも同義語とする。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。
［第１態様］
第１態様は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含む圧電体（例えば圧電体膜１０４）を下部電極（例えば下部電極層１０３）と上部電極（例えば上部電極層１０５）との間に備えた圧電素子１００であって、前記下部電極と前記圧電体との間に、鉛化合物を含むシード層１０６を有し、前記シード層は、少なくとも表層部分の全域にわたってアモルファス構造であることを特徴とするものである。
例えば、（１１１）配向の白金（Ｐｔ）層からなる下部電極上に、シード層を介して、圧電特性が良好な（１００）配向のＰＺＴを形成したい場合がある。この場合、シード層中に結晶化領域が存在すると、シード層上でＰＺＴを結晶成長させる際に、ＰＺＴの結晶成長が下部電極の結晶特性の影響を受けて、適切に（１００）配向した所望の結晶構造をもつＰＺＴを得ることが難しい。
本態様においては、シード層が、少なくとも表層部分の全域にわたってアモルファス構造となっており、結晶化している領域が実質的に存在しない構造となっている。このようなシード層を備えることで、例えば、下部電極が、所望の結晶構造をもつＰＺＴを結晶成長させることを妨げ得るものであっても、アモルファス構造のシード層が下部電極の影響を遮断して、ＰＺＴを所望の結晶構造へと結晶成長させることができる。よって、所望の結晶構造をもつＰＺＴを結晶成長させることを妨げ得る下部電極上に、所望の結晶構造をもったＰＺＴを備える圧電素子を提供することができる。

［第２態様］
第２態様は、第１態様において、前記鉛化合物は、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）であることを特徴とするものである。
これによれば、アモルファス構造のシード層が下部電極の影響を遮断して、圧電体となるＰＺＴを所望の結晶構造へと結晶成長させることができる。

［第３態様］
第３態様は、第２態様において、前記チタン酸鉛の組成比率Ｐｂ／Ｔｉは０．７以上１．５以下であることを特徴とするものである。
これによれば、圧電体を構成するＰＺＴの配向率の低下を抑制することができる。

［第４態様］
第４態様は、第２又は第３態様において、前記シード層の膜厚は、３［ｎｍ］以上１５［ｎｍ］以下であることを特徴とするものである。
これによれば、圧電体を構成するＰＺＴの配向率の低下を抑制することができる。

［第５態様］
第５態様は、第１態様において、前記鉛化合物は、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（ＺｒＴｉ）Ｏ_３）であることを特徴とするものである。
これによれば、アモルファス構造のシード層が下部電極の影響を遮断して、圧電体となるＰＺＴを所望の結晶構造へと結晶成長させることができる。

［第６態様］
第６態様は、第５態様において、前記チタン酸ジルコン酸鉛の組成比率Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）は０．３以上であることを特徴とするものである。
これによれば、圧電体を構成するＰＺＴの配向率の低下を抑制することができる。

［第７態様］
第７態様は、第１乃至第６態様のいずれかにおいて、前記下部電極は、白金層と酸化チタンを含む密着層とから構成されていることを特徴とするものである。
これによれば、金属材料の中で高い耐熱性と低い反応性を有する白金（Ｐｔ）を下部電極として用いる場合でも、密着層によって下地層（振動板層）との密着性を確保することができる。

［第８態様］
第８態様は、第１乃至第７態様のいずれかにおいて、前記圧電体を構成するチタン酸ジルコン酸鉛の組成比率Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）は０．４以上０．５５以下であることを特徴とするものである。
これによれば、圧電体を構成するＰＺＴの配向率の低下を抑制することができる。

［第９態様］
第９態様は、第１乃至第８態様のいずれかにおいて、前記圧電体は、Ｘ線回折法でのθ－２θ測定による（１００）配向の配向度（配向率）が９９％以上であることを特徴とするものである。
これによれば、圧電特性が良好な圧電素子を得ることができる。

［第１０態様］
第１０態様は、液体吐出ヘッド１１０であって、第１乃至第９態様のいずれかの圧電素子１００を含むことを特徴とするものである。
本態様によれば、圧電特性が良好な圧電素子によって駆動する液体吐出ヘッドを提供することができる。

［第１１態様］
第１１態様は、液体吐出ユニットであって、第１０態様の液体吐出ヘッドを含むことを特徴とするものである。
本態様によれば、圧電特性が良好な圧電素子によって駆動する液体吐出ユニットを提供することができる。

［第１２態様］
第１２態様は、第１１態様において、前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか１つと前記液体吐出ヘッドとを一体化したことを特徴とするものである。
本態様によれば、圧電特性が良好な圧電素子によって駆動する種々の液体吐出ユニットを提供することができる。

［第１３態様］
第１３態様は、液体を吐出する装置（例えばインクジェット記録装置）であって、第１乃至第９態様のいずれかの圧電素子、第１０態様の液体吐出ヘッド、又は、第１１若しくは第１２態様の液体吐出ユニットの少なくともいずれかを備えていることを特徴とするものである。
本態様によれば、圧電特性が良好な圧電素子によって駆動する液体を吐出する装置を提供することができる。

［第１４態様］
第１４態様は、チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体を下部電極と上部電極との間に備えた圧電素子の製造方法であって、前記下部電極上に、直接または他の層を介して、少なくとも表層部分の全域にわたってアモルファス構造である鉛化合物を含むシード層を形成し、前記シード層上で前記チタン酸ジルコン酸鉛の結晶を成長させて前記圧電体を形成することを特徴とするものである。
本態様においては、シード層が、少なくとも表層部分の全域にわたってアモルファス構造となっており、結晶化している領域が実質的に存在しない構造となっている。このようなシード層を設けることで、例えば、下部電極が、所望の結晶構造をもつＰＺＴを結晶成長させることを妨げ得るものであっても、アモルファス構造のシード層が下部電極の影響を遮断して、ＰＺＴを所望の結晶構造へと結晶成長させることができる。よって、所望の結晶構造をもつＰＺＴを結晶成長させることを妨げ得る下部電極上に、所望の結晶構造をもったＰＺＴを備える圧電素子を製造することができる。

１０ ：共通液室
２０ ：アクチュエータ基板
３０ ：振動領域
９４ ：記録ヘッド
１００ ：圧電素子
１０１ ：基板
１０２ ：振動板層
１０３ ：下部電極層
１０３Ａ ：第一下部電極層
１０３Ｂ ：第二下部電極層
１０４，１０４’，１０４’’：圧電体膜
１０５ ：上部電極層
１０５Ａ ：第一上部電極層
１０５Ｂ ：第二上部電極層
１０６，１０６’，１０６’’：シード層
１１０ ：液体吐出ヘッド
１１１ ：圧力室
１１２ ：ノズル板
１１２ａ ：ノズル
１１３ ：第一絶縁保護膜
１１４ ：個別引き出し配線
１１５ ：第二絶縁保護膜
１１６ ：共通引き出し配線
４０３ ：キャリッジ
４０４ ：液体吐出ヘッド
４４０ ：液体吐出ユニット
４４１ ：ヘッドタンク

特開２０１３－２２９５１０号公報

Claims (14)

1. チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体を下部電極と上部電極との間に備えた圧電素子であって、
   前記下部電極と前記圧電体との間に、鉛を含むシード層を有し、
   前記シード層は、少なくとも前記圧電体側の表層部分の全域にわたってアモルファス構造であり、
   前記シード層の前記表層部分上に、前記チタン酸ジルコン酸鉛を目的の結晶構造に結晶成長させる核を備えることを特徴とする圧電素子。
2. 請求項１に記載の圧電素子において、
   前記シード層は、チタン酸鉛であることを特徴とする圧電素子。
3. 請求項２に記載の圧電素子において、
   前記チタン酸鉛の組成比率Ｐｂ／Ｔｉは０．７以上１．５以下であることを特徴とする圧電素子。
4. 請求項２又は３に記載の圧電素子において、
   前記シード層の膜厚は、３［ｎｍ］以上１５［ｎｍ］以下であることを特徴とする圧電素子。
5. 請求項１に記載の圧電素子において、
   前記シード層は、チタン酸ジルコン酸鉛であることを特徴とする圧電素子。
6. 請求項５に記載の圧電素子において、
   前記チタン酸ジルコン酸鉛の組成比率Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）は０．３以上であることを特徴とする圧電素子。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧電素子において、
   前記下部電極は、白金層と酸化チタンを含む密着層とから構成されていることを特徴とする圧電素子。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の圧電素子において、
   前記圧電体を構成するチタン酸ジルコン酸鉛の組成比率Ｔｉ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）は０．４以上０．５５以下であることを特徴とする圧電素子。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の圧電素子において、
   前記圧電体は、Ｘ線回折法でのθ－２θ測定による（１００）配向の配向度が９９％以上であることを特徴とする圧電素子。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の圧電素子を含むことを特徴とする液体吐出ヘッド。
11. 請求項１０に記載の液体吐出ヘッドを含むことを特徴とする液体吐出ユニット。
12. 請求項１１に記載の液体吐出ユニットにおいて、
    前記液体吐出ヘッドに供給する液体を貯留するヘッドタンク、前記液体吐出ヘッドを搭載するキャリッジ、前記液体吐出ヘッドに液体を供給する供給機構、前記液体吐出ヘッドの維持回復を行う維持回復機構、前記液体吐出ヘッドを主走査方向に移動させる主走査移動機構の少なくともいずれか１つと前記液体吐出ヘッドとを一体化したことを特徴とする液体吐出ユニット。
13. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の圧電素子、請求項１０に記載の液体吐出ヘッド、又は、請求項１１若しくは１２に記載の液体吐出ユニットの少なくともいずれかを備えていることを特徴とする液体を吐出する装置。
14. チタン酸ジルコン酸鉛を含む圧電体を下部電極と上部電極との間に備えた圧電素子の製造方法であって、
    前記下部電極上に、直接または他の層を介して、少なくとも前記圧電体側の表層部分の全域にわたってアモルファス構造であり、かつ、前記表層部分上に前記チタン酸ジルコン酸鉛を目的の結晶構造に結晶成長させる核を備える、鉛を含むシード層を形成し、
    前記シード層上で前記チタン酸ジルコン酸鉛の結晶を成長させて前記圧電体を形成することを特徴とする圧電素子の製造方法。

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