(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に第１導電膜を形成する工程と、
前記第１導電膜の上に圧電材料膜を形成する工程と、
前記圧電材料膜を熱処理し、圧電体膜を形成する工程と、
前記第１導電膜と前記圧電体膜とをパターニングして、第１電極と圧電体層を形成する工程と、
少なくとも前記第１電極の側面を覆うように樹脂層を形成する工程と、
前記圧電体層の上に第２電極を形成する工程と、
を有し、
前記第１導電膜を形成する工程は、卑金属からなる金属膜を形成する工程と、前記金属膜と前記圧電材料膜とが接しないように、前記金属膜と前記圧電材料膜との間に、酸化防止膜を形成する工程と、を有する、圧電素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記樹脂層は、感光性樹脂材料を用いて形成される、圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、圧電アクチュエーター、液滴噴射ヘッド及び液滴噴射装置並びに圧電素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子の厚みを薄くし高速駆動を可能にするため、薄膜技術を用いて製造できる圧電アクチュエーターやインクジェット式記録ヘッドが知られている。例えば、特許文献１には、薄膜技術を用いて製造できるインクジェット式記録ヘッドが記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載のインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子の下部電極の上面及び側面を圧電体層で覆う構成となっている。また、圧電体層の形成工程において下部電極が酸化雰囲気に置かれるため、下部電極の材料には、卑金属と比べて比較的に酸化しにくい白金などの貴金属が用いられている。
【０００４】
下部電極として酸化しやすい卑金属材料を用いると、圧電体層の形成工程において下部電極が酸化して体積が膨張し、下部電極の剥離やクラックの発生の原因となる恐れがある。そのため、下部電極に用いることができる材料は、選択の自由度が小さかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３２６５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明のいくつかの態様によれば、電極材料の選択の自由度を大きくできる、圧電素子と、その製造方法、並びに、この圧電素子を含む圧電アクチュエーター、液滴噴射ヘッド及び液滴噴射装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の態様の１つである圧電素子は、
基板の上に形成された第１電極と、
前記第１電極の上に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上に形成された第２電極と、
少なくとも前記第１電極の側面を覆うように形成された樹脂層と、
を含み、
前記第１電極は、卑金属からなる金属層と酸化防止層とを有し、
前記酸化防止層は、前記金属層と前記圧電体層とが接しないように、前記金属層と前記圧電体層との間に設けられる。
【０００８】
本発明において、「上」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明において、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上」という文言を用いている。同様に、「下」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。
【０００９】
本発明によれば、第１電極の金属層と圧電体層とが接しないように、金属層と圧電体層との間に酸化防止層が形成され、第１電極の側面を覆うように、樹脂層が形成されているため、第１電極の金属層が酸化しにくい。したがって、第１電極の金属層に用いる材料の選択の自由度を大きくでき、卑金属も用いることができる。
【００１０】
（２）本発明の態様の１つである圧電素子は、
前記金属層の材料は、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ及びＴｉからなる群より選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。
【００１１】
本発明によれば、第１電極の導電層と圧電体層とが接しないように、導電層と圧電体層との間に酸化防止層が形成され、第１電極の側面を覆うように、樹脂層が形成されているため、第１電極の金属層が酸化しにくい。したがって、第１電極の金属層に用いる材料に卑金属も用いることができる。
【００１２】
（３）本発明の態様の１つである圧電素子は、
前記第１電極は、前記圧電体層と前記酸化防止層との間に、配向制御層をさらに有していてもよい。
【００１３】
これにより、圧電体層の配向性を制御することができる。
【００１４】
（４）本発明の態様の１つである圧電素子は、
前記第１電極は、前記金属層と前記配向制御層との間に、第１の密着層をさらに有していてもよい。
【００１５】
これにより、これにより、第１電極の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
（５）本発明の態様の１つである圧電アクチュエーターは、
上記いずれかに記載の圧電素子を含み、
前記基板は、振動板である。
【００１７】
本発明によれば、本発明の態様の１つである圧電素子を有する圧電アクチュエーターを提供することができる。
【００１８】
（６）本発明の態様の１つである圧電アクチュエーターは、
前記第１電極と前記振動板との間に、第２の密着層を有していてもよい。
【００１９】
これにより、第１電極を振動板との密着性を向上させることができる。
【００２０】
（７）本発明の態様の１つである液滴噴射ヘッドは、
上記いずれかに記載の圧電アクチュエーターを含む。
【００２１】
本発明によれば、本発明の態様の１つである圧電アクチュエーターを有する液滴噴射ヘッドを提供することができる。
【００２２】
（８）本発明の態様の１つである液滴噴射装置は、
上記の液滴噴射ヘッドを含む。
【００２３】
（９）本発明の態様の１つである圧電素子の製造方法は、
基板の上に第１導電膜を形成する工程と、
前記第１導電膜の上に圧電材料膜を形成する工程と、
前記圧電材料膜を熱処理し、圧電体膜を形成する工程と、
前記第１導電膜と前記圧電体膜とをパターニングして、第１電極と圧電体層を形成する工程と、
少なくとも前記第１電極の側面を覆うように樹脂層を形成する工程と、
前記圧電体層の上に第２電極を形成する工程と、
を有し、
前記第１導電膜を形成する工程は、卑金属からなる金属膜を形成する工程と、前記金属膜と前記圧電材料膜とが接しないように、前記金属膜と前記圧電材料膜との間に、酸化防止膜を形成する工程と、を有する。
【００２４】
本発明によれば、本発明の態様の１つである圧電素子の製造方法を提供することができる。
【００２５】
（１０）本発明の態様の１つである圧電素子の製造方法は、
前記樹脂層は、感光性樹脂材料を用いて形成されてもよい。
【００２６】
これによれば、フォトエッチングでもってパターニングを行えるため、より簡便な方法で、圧電素子を形成することとができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態の圧電素子を模式的に示す平面図。
【図２】図２（Ａ）は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線における圧電素子の断面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す圧電素子の要部の拡大図。
【図３】図３は、図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における圧電素子の断面図。
【図４】変形例の圧電素子を模式的に示す平面図。
【図５】図５（Ａ）は、図４に示すＶＡ−ＶＡ線における圧電素子の断面図、図５（Ｂ）は、図４に示すＶＢ−ＶＢ線における圧電素子の断面図。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｄ）は、本実施形態の圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、本実施形態の圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの分解斜視図。
【図１０】本実施形態に係る液滴噴射装置を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２９】
１．圧電素子及び圧電アクチュエーター
１−１．圧電素子及び圧電アクチュエーターの構造
図１は、本実施形態の圧電素子５０を模式的に示す平面図である。図２（Ａ）は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線における圧電素子５０の断面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す圧電素子５０の要部ＩＢの拡大図である。図３は、図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における圧電素子５０の断面図である。
【００３０】
本実施形態に係る圧電素子５０は、図１に示すように、第１電極１０と、圧電体層２０と、樹脂層３０と、第２電極４０とを含む。
【００３１】
図１に示すように、圧電素子５０は、基板１の上に形成される。図１に示すように、圧電素子５０は、一の方向に延びるように形成されていてもよい。ここで、圧電素子５０が延びる方向を第１の方向１１０とする。また、図１に示すように、第１の方向と交差する一の方向を第２の方向１２０とする。例えば第１の方向１１０と第２の方向１２０とは、実質的に直交関係にあってもよい。
【００３２】
基板１は、例えば、導電体、半導体、絶縁体で形成された平板とすることができる。基板１は、単層であっても、複数の層が積層された構造であってもよい。また、基板１は、上面が平面的な形状であれば内部の構造は限定されず、例えば、内部に空間等が形成された構造であってもよい。
【００３３】
基板１が、圧電素子５０を含む圧電アクチュエーターの振動板である場合には、圧電素子５０が動作したときに機械的な出力を行う部材となる。基板１は、圧電素子５０を含む圧電アクチュエーターの可動部分となることができ、圧力発生室などの壁の一部を構成していてもよい。基板１の厚みは、用いる材質の弾性率などにしたがって最適に選ばれる。基板１が圧電素子５０を含む圧電アクチュエーターの振動板である場合は、基板１の厚みは、例えば、２００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下とすることができる。基板１の厚みが２００ｎｍよりも薄いと、振動等の機械的出力を取り出しにくくなることがあり、２０００ｎｍよりも厚いと、振動等が生じなくなる場合がある。基板１は、圧電体層２０の動作により、たわんだり振動したりすることができる。
【００３４】
基板１が、圧電素子５０を含む圧電アクチュエーターの振動板である場合には、基板１の材質には、剛性及び機械的強度の高い材料を含むことが望ましい。基板１の材質としては、例えば、酸化ジルコニウム、窒化シリコン、酸化シリコンなどの無機酸化物、ステンレス鋼などの合金を用いることができる。これらのうち、基板１の材質としては、化学的安定性及び剛性の点で、酸化ジルコニウムが好適である。基板１は、例示した物質の２種以上の積層構造であってもよい。
【００３５】
第１電極１０は、図１、図２（Ａ）及び図３に示すように、基板１の上に形成される。第１電極１０は、図１及び３に示すように、第１の方向１１０に延びるように形成されていてもよい。第１電極１０は、図２（Ａ）に示すように、基板１側の面とは反対側の面である上面１０ａと、上面１０ａから基板１上へ連続した側面１０ｂとを有する。図２（Ａ）及び図３に示すように、側面１０ｂはテーパー面であってもよい。
【００３６】
第１電極１０は、第２電極４０と対になり、圧電体層２０を挟む一方の電極として機能する。第１電極１０は、例えば、圧電素子５０の下部電極であってもよい。図１及び図３に示すように、第１電極１０は、図示しない駆動回路と電気的に接続しているリード配線６０と電気的に接続されている。第１電極１０とリード配線６０との電気的接続方法は、特に限定されない。第１電極１０とリード配線６０とは、例えば、後述される圧電体層２０のコンタクトホール２６を介して電気的に接続されていてもよい。
【００３７】
本実施形態に係る圧電素子５０の第１電極１０は、複数の導電層の積層体から形成される。以下に詳細を説明する。
【００３８】
図２（Ｂ）に示すように、第１電極１０は、金属層１１と酸化防止層１２とを有する。また、図２（Ｂ）に示すように、第１電極１０は、第１の密着層１３、配向制御層１４及び第２の密着層１５をさらに有してもよい。
【００３９】
金属層１１は、層状又は薄膜状の形状を有することができる。金属層１１は、後述される第２の密着層１５の上に形成されていてもよい。また、金属層１１は、図示はされないが、基板１の上に形成されていてもよい。金属層１１の機能の１つとしては、第１電極１０の導電性を担うことが挙げられる。金属層１１は、卑金属から形成されていてもよい。つまりは、金属層１１の材質としては、貴金属よりも空気中では容易に酸化され、イオン化傾向が大きい金属であってもよい。例えば、圧電体層２０の焼成温度（例えば８００℃）以上の融点を持ち、導電性が高い（例えば、抵抗率が６０μΩ・ｃｍ以下の）金属から選択される少なくとも１種を含んでもよい。より具体的には、金属層１１の材質としては、例えば、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ及びＴｉからなる群より選択される少なくとも１種を含む金属や合金を挙げることができる。また、金属層１１は、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄなどの貴金属を含んでいてもよい。
【００４０】
酸化防止層１２は、金属層１１と圧電体層２０とが接しないように、金属層１１と圧電体層２０との間に設けられる。具体的には、酸化防止層１２は、金属層１１の基板１側の面とは反対側の面（上面）を覆うように設けられる。酸化防止層１２の機能の１つとしては、金属層１１が酸化されるのを防ぐことが挙げられる。また、酸化防止層１２は、導電性を有し、第１電極１０の導電性の一部を担ってもよい。酸化防止層１２の材質としては、例えば、導電性を有する窒化膜を挙げることができる。より具体的には、酸化防止層１２の材質としては、例えば、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＺｒＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＺｒＮ、ＴｉＨｆＮ、ＴｉＮｂＮ、ＡｌＣｒＮなどを挙げることができる。これによれば、酸化防止膜１２を形成することによる第１電極１０の全体としての抵抗値への影響を低減することができる。
【００４１】
第１の密着層１３は、酸化防止層１２の上に形成されていてもよい。図２（Ｂ）に示すように、第１の密着層１３は、酸化防止層１２と後述される配向制御層１４との間に形成されている。第１の密着層１３の機能の１つとしては、酸化防止層１２と配向制御層１４との密着性を高めることが挙げられる。第１の密着層１３の材質としては、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗからなる群より選択される少なくとも１種を含む金属や合金を挙げることができる。
【００４２】
配向制御層１４は、第１の密着層１３と圧電体層２０との間に形成されている。配向制御層１４の機能の１つとしては、圧電体層２０の結晶配向性を所望の配向に制御することが挙げられる。配向制御層１４の材質としては、例えば、導電性を有するペロブスカイト酸化物を挙げることができる。より具体的には、配向制御層１４の材質としては、例えば、ＬａＮｉＯ３、Ｌａ２ＮｉＯ４、Ｌａ３Ｎｉ２Ｏ７、Ｌａ４Ｎｉ３Ｏ１０、Ｌａ３Ｎｉ２Ｏ６等のランタンニッケル酸化物や、ＲｅＯ３、ＳｒＲｅＯ３、ＢａＲｅＯ３、ＬａＴｉＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＳｒＶＯ３、ＣａＣｒＯ３、ＳｒＣｒ３、ＳｒＦｅＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３（０＜Ｘ＜０．５）、ＣａＲｕＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＰｂＯ３などを挙げることができる。
【００４３】
第２の密着層１５は、図２（Ｂ）に示すように、金属層１１と基板１との間に形成されていてもよい。第２の密着層１５の機能の１つとしては、基板１と金属層１１との密着性を高めることが挙げられる。第２の密着層１５の材質としては、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗからなる群より選択される少なくとも１種を含む金属や合金を挙げることができる。
【００４４】
圧電体層２０は、図１、図２（Ａ）及び図３に示されるように、第１電極１０と第２電極４０との間に配置されている。図１、図２（Ａ）及び図３に示すように、圧電体層２０は、第１電極１０の上面１０ａに形成される。図３（Ａ）に示すように、圧電体層２０は、第１電極１０と同様に、第１の方向１１０に延びるように形成される。図２（Ａ）に示すように、圧電体層２０は、後述される第２電極４０が形成される上面２１（第１電極１０側の面とは反対側の面）と、テーパー状の側面２２とを有する。側面２２は、第１電極１０の側面１０ｂのテーパー面と連続する面である。圧電体層２０の厚みは、電圧が印加される際に、実質的に伸縮変形できる限り、特に限定されない。
【００４５】
圧電体層２０の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物が好適に用いられる。このような材質の具体的な例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）（以下、本明細書において「ＰＺＴ」と略すことがある。）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３）（以下、本明細書において「ＰＺＴＮ」と略すことがある。）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などが挙げられる。
【００４６】
なお、図２（Ａ）及び図３に示すように、圧電体層２０は、第１電極１０の上面において結晶化した圧電体から構成することができる。したがって、実質的に角部や段差を有さない平坦な面において形成され、かつ、配向制御層１４の上方で、安定的に形成することができるため、より信頼性の高い圧電体層とすることができる。
【００４７】
樹脂層３０は、図１、図２（Ａ）及び図３に示されるように、少なくとも第１電極１０の側面１０ｂを覆うように形成される。樹脂層３０の形状は、第１電極１０と、第２電極４０との絶縁性を確保できる限り、特に限定されない。図２（Ａ）に示すように、第１電極１０の側面１０ｂと、圧電体層２０の側面２１とを連続して覆っていてもよい。樹脂層３０が、圧電体層２０の側面２１も覆う場合、圧電体層２０に対する大気中の水分からの影響をより低減することができ、圧電素子５０の信頼性を向上させることができる。また、図示はされないが、樹脂層３０は、第１電極１０の側面１０ｂと、圧電体層２０の側面２１の一部を覆うように形成されていてもよい。
【００４８】
樹脂層３０の材質は、絶縁性を有する限り、特に限定されず、公知の樹脂材料を用いて形成することができる。公知の樹脂材料としては、例えば、公知の感光性樹脂材料を用いてもよい。感光性樹脂材料としては、感光性を有する樹脂である限り特に限定されない。感光性樹脂材料は、公知の感光性樹脂材料の前駆体組成物であるポリマーであってもよい。具体的には、感光性樹脂材料は、フォトレジストであってもよいし、公知の感光性ポリイミド、及びポリビニルアルコール誘導体等の感光性樹脂組成物であってもよい。また、感光性樹脂材料は、公知の不飽和結合含有重合性化合物、光重合開始剤等も含む感光性樹脂組成物であってもよい。
【００４９】
なお、本発明の感光性材料における感光性とは、放射線等のエネルギー線を選択的に露光し、現像液によって現像処理することによって、特定の領域を選択的に除去できる特性を意味する。したがって、感光性材料は、例えば、放射線等のエネルギー線によって露光された領域が現像液によって選択的に除去可能となるポジ型のレジストであってもよいし、露光されない領域が現像液によって選択的に除去可能となるネガ型のレジストであってもよい。
【００５０】
第２電極４０は、圧電体層２０の上において、第１電極１０に対向して配置される。図１、図２（Ａ）及び図３に示す例では、第２電極４０は、圧電体層２０の上及び樹脂層３０の上に形成されている。第２電極４０の形成される領域は、圧電体層２０の上で、第１電極１０の少なくとも一部とオーバーラップし、駆動領域（第１電極１０と第２電極４０との間に挟まれた圧電体層２０の領域で、実質的に変形する領域）形成する限り、特に限定されない。したがって、第２電極４０の詳細な形状は、駆動領域を決定する際の設計事項であり、所望の駆動領域に応じて適宜決定されることができる。
【００５１】
第２電極４０は、第１導電層２０と対になり、圧電体層２０を挟む一方の電極として機能する。第１電極１０が下部電極である場合は、第２電極４０は上部電極であってもよい。また、第２電極４０は、第２の方向１２０において、連続して図示されないその他の圧電素子５０の上部電極を構成してもよい。つまりは、第２電極４０は、共通電極であってもよい。図示はされないが、第２電極４０は、図示しない駆動回路と電気的に接続されている。第２電極４０と駆動回路との電気的接続方法は、特に限定されない。第２電極４０と駆動回路とは、例えば、図示しないリード配線を介して電気的に接続されていてもよい。
【００５２】
第２電極４０の材質は、導電性を有する物質である限り特に限定されない。第２電極４０の材質として、例えば、Ｎｉ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒなどの各種の金属及びこれらの金属の合金、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ＳｒとＲｕの複合酸化物、ＬａとＮｉの複合酸化物などを用いることができる。また、第２電極４０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００５３】
以上のいずれかの構成により、本実施形態に係る圧電素子５０を構成することができる。なお、本実施形態に係る圧電素子５０において、基板１を、振動板として含むように構成することにより、圧電素子５０を含む圧電アクチュエーター１００の構成とすることができる。これにより、電極材料の選択の自由度を大きくできる圧電素子を含む圧電アクチュエーターを実現できる。
【００５４】
本実施形態に係る圧電素子は、例えば、以下の特徴を有する。
【００５５】
本実施形態に係る圧電素子によれば、第１電極１０の金属層１１と圧電体層２０とが接しないように、金属層１１と圧電体層２０との間に酸化防止層１２が形成され、かつ、第１電極１０の側面１０ｂを覆うように、樹脂層３０が形成されているため、第１電極１０の金属層１１が酸化しにくい構造を有する。したがって、酸化の影響を低減することができるため、第１電極１０の金属層１１に用いる材料に、貴金属と比べて比較的酸化しやすい卑金属も用いることができる。
【００５６】
したがって、第１電極の金属層に用いる材料の選択の自由度を大きくでき、卑金属も用いることができる圧電素子５０及び圧電アクチュエーター１００を提供することができる。
【００５７】
１−２．圧電素子及び圧電アクチュエーターの構造の変形例
図４は、変形例の圧電素子５０ａを模式的に示す平面図である。図５（Ａ）は、図４に示すＶＡ−ＶＡ線における圧電素子５０ａの断面図、図５（Ｂ）は、図４に示すＶＢ−ＶＢ線における圧電素子５０ａの断面図である。以下、図１〜図３を用いて説明した圧電素子５０と異なる構成のみに関して説明する。なお、各部材の材質や主たる機能については、図１〜図３を用いて説明した圧電素子５０と同一である。
【００５８】
本変形例に係る第１電極１０は、第１の方向１１０に延びるように形成されず、図４及び図５に示すように、第２の方向１２０において、延びるように形成される。したがって、図５（Ｂ）に示すように、第１電極１０は、圧電体層２０の側面２２と連続した側面１０ｂを、第１の方向１１０においてのみ有する。第１電極１０は、第２の方向１２０において、連続して図示されないその他の圧電素子５０の下部電極を構成してもよい。つまりは、第１電極１０は、共通電極であってもよい。
【００５９】
第２の方向１２０における圧電体層２０の側面２２は、第１電極１０の側面１０ｂと連続せず、上面１０ａ上に至るように形成される。
【００６０】
樹脂層３０は、図４及び図５（Ｂ）に示すように、第１の方向１１０において、少なくとも第１電極１０の側面１０ｂを覆うように形成されていてばよい。また、図示はされないが、第２の方向１２０における圧電体層２０の側面２２と、露出した第１電極１０の上面１０ａと、を連続して覆うように、樹脂層３０を形成してもよい。また、図示はされないが、樹脂層３０は、第２の方向１２０における第１電極１０の側面１０ｂ（図示せず）を覆っていてもよい。
【００６１】
第２電極４０は、図４及び図５（Ｂ）に示すように、圧電体層２０の上面２１の上において、第１の方向１１０に延びるように形成される。第２電極４０の形成される領域は、圧電体層２０の上で、第１電極１０の少なくとも一部とオーバーラップし、駆動領域を形成する限り、特に限定されない。したがって、第２電極４０の詳細な形状は、駆動領域を決定する際の設計事項であり、所望の駆動領域に応じて適宜決定される。図４に示すように、第２電極４０は、圧電体層２０の上面２１の全面を覆っていてもよいし、上面２１の一部のみを覆っていてもよい。
【００６２】
本変形例に係る圧電素子は、上述の圧電素子５０と同様の特徴を有することができる。
【００６３】
１−３．圧電素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電素子５０の製造方法について説明する。図６（Ａ）〜図６（Ｄ）及び図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、本実施形態の圧電素子５０の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００６４】
本実施形態に係る圧電素子の製造方法は、第１導電膜を形成する工程と、第１導電膜１０ｃの上に圧電材料膜２０ａを形成する工程と、圧電材料膜２０ａを熱処理し、圧電体膜２０ｂを形成する工程と、第１導電膜１０ｃと圧電体膜２０ｂとをパターニングして、第１電極１０と圧電体層２０を形成する工程と、少なくとも第１電極１０の側面を覆うように樹脂層３０を形成する工程と、圧電体層２０の上に第２電極４０を形成する工程と、を有する。
【００６５】
まず、図６（Ａ）に示すように、基板１の上に第２の密着膜１５ａを形成してもよい。形成方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法、スピンコート法などにより第２の密着膜１５ａを形成することができる。
【００６６】
次に、図６（Ａ）に示すように、第２の密着膜１５ａの上に金属膜１１ａを形成する。形成方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法、スピンコート法などにより金属膜１１ａを形成することができる。
【００６７】
次に、図６（Ｂ）に示すように、金属膜１１ａの上に酸化防止膜１２ａを形成する。酸化防止膜１２ａは、金属膜１１ａと圧電材料膜２０ａとが接しないように、金属膜１１ａａと圧電材料膜２０ａとの間に、形成される。形成方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法、スピンコート法などにより酸化防止膜１２ａを形成することができる。
【００６８】
次に、基板１の上に第１の密着膜１３ａを形成してもよい。形成方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法、スピンコート法などにより第１の密着膜１３ａを形成することができる。
【００６９】
次に、第１の密着膜１３ａの上に配向制御膜１４ａを形成してもよい。形成方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法、スピンコート法などにより配向制御膜１４ａを形成することができる。
【００７０】
以上の方法により、密着膜１５a、金属膜１１a、酸化防止膜１２a、密着膜１３a、配向制御膜１４aの積層からなる第１導電膜１０ｃを形成することができる。
【００７１】
次に、図６（Ｃ）に示すように、第１導電膜１０ｃの上に圧電材料膜２０ａを形成する。形成方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。例えば、ゾルゲル法などによって圧電材料膜２０ａを形成することができる。また、スピンコート法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などを用いてもよい。
【００７２】
次に、圧電材料膜２０ａを熱処理することで、結晶化させることができる。これによって、圧電体膜２０ｂを形成することができる。熱処理の条件は、圧電材料膜２０ａを結晶化できる温度であれば、特に限定されない。熱処理は、例えば、酸素雰囲気中において、５００℃以上、８００℃以下で行われることができる。
【００７３】
ここで、第１導電膜１０ｃの金属膜１１ａは、酸化防止膜１２ａに覆われているため、圧電材料膜２０ａの熱処理工程において、金属膜１１ａが酸化されることを防ぐことができる。また、配向制御膜１４ａが設けられている場合、圧電材料膜２０ａは、実質的に凹凸のない平面的な配向制御膜１４ａの上面において結晶化することができる。これによれば、より精度よく圧電体膜２０ｂの配向を制御できるため、信頼性の高い圧電体層を作ることができる。
【００７４】
次に、第１導電膜１０ｃ及び圧電体膜２０ｂを所望の形状にパターニングして、第１電極１０及び圧電体層２０を形成する。第１導電膜１０ｃ及び圧電体膜２０ｂのパターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって行われることができる。エッチング技術を用いる場合、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。
【００７５】
例えば、図６（Ｄ）に示すように、レジスト６０を形成し、第１導電膜１０ｃ及び圧電体膜２０ｂを所望の形状にエッチングして、所望の形状を有する圧電体層２０を形成してもよい。また、例えば、図示はされないが、エッチング用のハードマスクとして、第２電極４０の材料を用い、所望のパターンを有したマスク層を、公知の成膜方法で形成してもよい。
【００７６】
次に、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すように、第１導電膜１０ｃ及び圧電体膜２０ｂを所望の形状にパターニングして、第１電極１０および圧電体層２０を形成する。図７（Ａ）に示すように、レジスト６０を用いて、第１導電膜１０ｃ及び圧電体膜２０ｂをエッチングしてもよい。これにより、所望の形状を有する第１電極１０及び圧電体層２０が形成される。
【００７７】
ここで、図７（Ｂ）に示すように、段階的に適宜レジストを形成することや、エッチングレートを調整することで、段階的なエッチングを行い、コンタクトホール２６を形成してもよい。また、図４、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）において説明した変形例に係る圧電素子５０ａの第１電極１０及び圧電体層２０を形成する場合も、段階的にエッチングを行うことで、所望の形状を有した第１電極１０及び圧電体層２０を形成することができる。
【００７８】
なお、パターニングに用いられたレジスト６０は、第１電極１０及び圧電体層２０が形成された後、適宜除去することができる。
【００７９】
次に、図７（Ｃ）に示すように、樹脂材料膜３０ａを形成する。形成方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。例えば、スピンコート法を用いて樹脂材料膜３０ａを形成した場合、図７（Ｃ）に示すように、圧電体層２０の上面２１の上方よりも、側面２２の側方において、より膜厚の厚い樹脂材料膜３０ａを簡便に形成することができる。
【００８０】
次に、図７（Ｄ）に示すように、樹脂材料膜３０ａを所望の形状にパターニングする。パターニングは、公知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって行われることができる。例えば、図示されないレジストを形成し、所望の形状を有する樹脂層３０を形成してもよい。樹脂層３０の形状は、少なくとも第１電極１０の側面を覆い、かつ、圧電体層２０の上で、第２電極４０が形成される領域を覆わないように形成される限り、特に限定されない。ここで、樹脂材料膜３０ａに感光性の樹脂材料を用いる場合、フォトリソグラフィー技術により、簡便にパターニングを行うことができる。
【００８１】
次に、圧電体層２０の上方に第２導電膜（図示せず）を成膜して、パターニングすることによって、第２電極４０を形成する（図２（Ａ）及び図３参照）。第２導電膜の形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。第２導電膜は、例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法、スピンコート法などにより形成される。第２導電膜のパターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって行われる。
【００８２】
ここで、図示はされないが、コンタクトホール２６内に形成された第２導電膜を用いて、リード配線６０を形成してもよい（図３参照）。あるいは、図には示さないが、コンタクトホ−ル内の第２導電膜に別途リード配線を接続してもよい。この場合、第２導電膜よりも低抵抗の配線部材を用いることができ、リード配線による電圧低下を低減できる。
【００８３】
以上の工程により、圧電素子５０及び圧電アクチュエーター１００を製造することができる。なお、上記においては、主に本実施形態に係る圧電素子５０を例にとり説明したが、変形例に係る圧電素子５０ａについても、同様の方法で製造できる。
【００８４】
本実施形態に係る圧電素子５０及び圧電アクチュエーター１００の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００８５】
本実施形態に係る圧電素子５０及び圧電アクチュエーター１００の製造方法によれば、本実施形態に係る圧電素子及圧電アクチュエーター１００を提供することができる。
【００８６】
２．液滴噴射ヘッド
次に、本実施形態に係る圧電素子５０が圧電アクチュエーターとして機能する液滴噴射ヘッド６００について、図面を参照しながら説明する。図８は、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図である。図９は、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド６００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
【００８７】
液滴噴射ヘッド６００は、上述の圧電素子（圧電アクチュエーター）を有することができる。以下の例では、基板１が振動板１である構造体として形成され、圧電素子５０が圧電アクチュエーターとして構成されている液滴噴射ヘッド６００について説明する。
【００８８】
液滴噴射ヘッド６００は、図８及び図９に示すように、ノズル孔６１２を有するノズル板６１０と、圧力室６２２を形成するための圧力室基板６２０と、圧電素子５０（５０ａ）と、を含む。
【００８９】
圧電素子５０の数は特に限定されず、複数形成されていてよい。なお、圧電素子５０が複数形成される場合は、第２電極４０が共通電極となる。また、圧電素子５０ａが複数形成される場合は、第１電極１０が共通電極となる。さらに、液滴噴射ヘッド６００は、図９に示すように、筐体６３０を有することができる。なお、図９では、圧電素子５０を簡略化して図示している。
【００９０】
ノズル板６１０は、図８及び図９に示すように、ノズル孔６１２を有する。ノズル孔６１２からは、インクなどの液体等（液体のみならず、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したもの、又は、メタルフレーク等を含むものなどを含む。以下同じ。）を液滴として吐出されることができる。ノズル板６１０には、例えば、多数のノズル孔６１２が一列に設けられている。ノズル板６２０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを挙げることができる。
【００９１】
圧力室基板６２０は、ノズル板６１０上（図９の例では下）に設けられている。圧力室基板６２０の材質としては、例えば、シリコンなどを例示することができる。圧力室基板６２０がノズル板６１０と振動板１０ａとの間の空間を区画することにより、図９に示すように、リザーバー（液体貯留部）６２４と、リザーバー６２４と連通する供給口６２６と、供給口６２６と連通する圧力室６２２と、が設けられている。この例では、リザーバー６２４と、供給口６２６と、圧力室６２２とを区別して説明するが、これらはいずれも液体等の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また例えば、供給口６２６は、図示の例では流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計にしたがって任意に形成することができ、必ずしも必須の構成ではない。リザーバー６２４、供給口６２６及び圧力室６２２は、ノズル板６１０と圧力室基板６２０と振動板１０ａとによって区画されている。リザーバー６２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、振動板１０ａに設けられた貫通孔６２８を通じて供給されるインクを一時貯留することができる。リザーバー６２４内のインクは、供給口６２６を介して、圧力室６２２に供給されることができる。圧力室６２２は、振動板１０ａの変形により容積が変化する。圧力室６２２はノズル孔６１２と連通しており、圧力室６２２の容積が変化することによって、ノズル孔６１２から液体等が吐出される。
【００９２】
圧電素子５０は、圧力室基板６２０上（図９の例では下）に設けられている。圧電素子５０は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。振動板１０ａは、積層構造（圧電体層２０）の動作によって変形し、圧力室６２２の内部圧力を適宜変化させることができる。
【００９３】
筐体６３０は、図９に示すように、ノズル板６１０、圧力室基板６２０及び圧電素子５０を収納することができる。筐体６３０の材質としては、例えば、樹脂、金属などを挙げることができる。
【００９４】
液滴噴射ヘッド６００は、上述した電極材料の選択の自由度を大きくできる圧電アクチュエーターを含んでいる。したがって、電極材料の選択の自由度を大きくできる圧電素子を含む液滴噴射ヘッドを実現できる。
【００９５】
なお、ここでは、液滴噴射ヘッド６００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液滴噴射ヘッドは、例えば、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（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【００９６】
３．液滴噴射装置
次に、本実施形態に係る液滴噴射装置について、図面を参照しながら説明する。液滴噴射装置は、上述の液滴噴射ヘッドを有する。以下では、液滴噴射装置が上述の液滴噴射ヘッドを有するインクジェットプリンターである場合について説明する。図１０は、本実施形態に係る液滴噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。
【００９７】
液滴噴射装置７００は、図１０に示すように、ヘッドユニット７３０と、駆動部７１０と、制御部７６０と、を含む。さらに、液滴噴射装置７００は、装置本体７２０と、給紙部７５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ７２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口７２２と、装置本体７２０の上面に配置された操作パネル７７０と、を含むことができる。
【００９８】
ヘッドユニット７３０は、上述した液滴噴射ヘッド６００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット７３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ７３１と、ヘッド及びインクカートリッジ７３１を搭載した運搬部（キャリッジ）７３２と、を備える。
【００９９】
駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０を往復動させることができる。駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０の駆動源となるキャリッジモーター７４１と、キャリッジモーター７４１の回転を受けて、ヘッドユニット７３０を往復動させる往復動機構７４２と、を有する。
【０１００】
往復動機構７４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸７４４と、キャリッジガイド軸７４４と平行に延在するタイミングベルト７４３と、を備える。キャリッジガイド軸７４４は、キャリッジ７３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ７３２を支持している。さらに、キャリッジ７３２は、タイミングベルト７４３の一部に固定されている。キャリッジモーター７４１の作動により、タイミングベルト７４３を走行させると、キャリッジガイド軸７４４に導かれて、ヘッドユニット７３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【０１０１】
なお、本実施形態では、液滴噴射ヘッド６００及び記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる例を示しているが、本発明の液滴噴射装置は、液滴噴射ヘッド６００及び記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であってもよい。また、本実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液滴噴射装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。
【０１０２】
制御部７６０は、ヘッドユニット７３０、駆動部７１０及び給紙部７５０を制御することができる。
【０１０３】
給紙部７５０は、記録用紙Ｐをトレイ７２１からヘッドユニット７３０側へ送り込むことができる。給紙部７５０は、その駆動源となる給紙モーター７５１と、給紙モーター７５１の作動により回転する給紙ローラー７５２と、を備える。給紙ローラー７５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー７５２ａ及び駆動ローラー７５２ｂを備える。駆動ローラー７５２ｂは、給紙モーター７５１に連結されている。制御部７６０によって供紙部７５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット７３０の下方を通過するように送られる。
【０１０４】
ヘッドユニット７３０、駆動部７１０、制御部７６０及び給紙部７５０は、装置本体７２０の内部に設けられている。
【０１０５】
液滴噴射装置７００は、上述した電極材料の選択の自由度を大きくできる液滴噴射ヘッドを含んでいる。したがって、電極材料の選択の自由度を大きくできる圧電素子を含む液滴噴射装置を実現できる。
【０１０６】
なお、上記例示した液滴噴射装置は、１つの液滴噴射ヘッドを有し、この液滴噴射ヘッドによって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液滴噴射ヘッドを有してもよい。液滴噴射装置が複数の液滴噴射ヘッドを有する場合には、複数の液滴噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液滴噴射ヘッドが互いに連結されて、１つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。
【０１０７】
以上、本発明に係る液滴噴射装置の一例として、インクジェットプリンターとしてのインクジェット記録装置７００を説明したが、本発明に係る液滴噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体等（液状材料）としては、各種の機能性
材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。本発明の液滴噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、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装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。
【０１０８】
なお、上述した実施形態及び各種の変形は、それぞれ一例であって、本発明は、これらに限定されるわけではない。例えば実施形態及び各変形は、複数を適宜組み合わせることが可能である。
【０１０９】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【０１１０】
１  基板（振動板）、１０  第１電極、１０ａ  上面、１０ｂ  側面、
１０ｃ  第１導電膜、１１  金属層、１１ａ  金属膜、１２  酸化防止層、
１２ａ  酸化防止膜、１３  第１の密着層、１３ａ  第１の密着膜、
１４  配向制御層、１４ａ  配向制御膜、１５  第２の密着層、１５ａ  配向制御膜、
２０  圧電体層、２１  上面、２２  側面、３０  樹脂層、４０  第２電極、
５０、５０ａ  圧電素子、６０  レジスト、１００  圧電アクチュエーター、
１１０  第１の方向、１２０  第２の方向、
６００  液滴噴射ヘッド、６１０  ノズル板、６１２  ノズル孔、
６２０  圧力室基板、６２２  圧力室、６２４  リザーバー、６２６  供給口、
６２８  貫通孔、６３０  筐体、７００  液滴噴射装置、７１０  駆動部、
７２０  装置本体、７２１  トレイ、７２２  排出口、７３０  ヘッドユニット、
７３１  インクカートリッジ、７３２  キャリッジ、７４１  キャリッジモーター、
７４２  往復動機構、７４３  タイミングベルト、７４４  キャリッジガイド軸、
７５０  給紙部、７５１  給紙モーター、７５２  給紙ローラー、
７５２ａ  従動ローラー、７５２ｂ  駆動ローラー、７６０  制御部、
７７０  操作パネル
【図１】
0005541450.tif 000002
【図２】
0005541450.tif 000003
【図３】
0005541450.tif 000004
【図４】
0005541450.tif 000005
【図５】
0005541450.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005541450.tif 000008
【図８】
0005541450.tif 000009
【図９】
0005541450.tif 000010
【図１０】
0005541450.tif 000011