(57)【要約】【課題】コストを低減することができるとともに、製造時のダメージを低減することで圧電特性が向上した圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】第１電極６０を形成し、第１電極６０上に圧電体層７０を形成し、圧電体層７０をウェットエッチングすることにより圧電体層７０をパターニングし、圧電体層７０上に、無電解めっきにより第２電極８０を形成して圧電素子３００とする。また、インクを吐出するノズル開口に連通する液体流路が設けられた流路形成基板１０上に当該圧電素子３００を形成することでインクジェット式記録ヘッドとする。【選択図】図８
2014154733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、前記第１電極上に形成された圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第２電極とを備える圧電素子の製造方法であって、
前記第１電極上に形成した前記圧電体層をウェットエッチングすることにより前記圧電体層をパターニングし、
前記圧電体層上に、無電解めっきにより前記第２電極を形成する
ことを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載する圧電素子の製造方法において、
前記第１電極を独立して複数形成するとともに、前記第２電極を前記第１電極に亘って連続して形成する
ことを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する圧電素子の製造方法において、
前記第１電極又は前記第２電極に接続される配線を無電解めっきにより形成する
ことを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項４】
液体を吐出するノズル開口に連通する液体流路が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板に設けられて前記液体流路に圧力を付与する圧電素子とを備える液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記流路形成基板上に第１電極を形成し、
前記第１電極上に圧電体層を形成し、
前記圧電体層をウェットエッチングすることにより前記圧電体層をパターニングし、
前記圧電体層上に、無電解めっきにより第２電極を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子を変形させて圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせることで、圧力発生室に連通するノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドが知られている。その代表例としては、液滴としてインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドがある。
【０００３】
インクジェット式記録ヘッドは、例えば、ノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に圧電素子を備え、この圧電素子の駆動によって振動板を変形させて圧力発生室に圧力変化を生じさせることで、ノズルからインク滴を噴射させる。
【０００４】
このような圧電素子は、振動板上に設けられた第１電極、圧電体層及び第２電極で構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
製造方法としては、複数の独立した第１電極を圧力発生室ごとに形成し、第１電極上に圧電体層を形成する。圧電体層を圧力発生室ごとにドライエッチングによりパターニングし、スパッタリング法などのドライプロセスを用いて複数の第１電極に亘り共通した第２電極を圧電体層上に形成することで圧電素子が形成される。または、第１電極は、各圧力発生室に共通して形成し、第２電極は圧力発生室ごとに形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７２８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、圧電体層のパターニングや第２電極を形成する際に、圧電体層の界面にダメージが生じてしまう。このダメージを回復するために、第２電極の形成後にポストアニール処理を行う必要があり、製造工程が煩雑化してしまうという問題がある。
【０００８】
また、このような圧電素子の形成に、ドライプロセスを用いているためにコストがウェットプロセスよりも増大してしまうという問題がある。
【０００９】
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、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在する。また、液体噴射ヘッドに搭載される圧電素子に限定されず、他のデバイスに搭載される圧電素子においても同様に存在する。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、コストを低減することができるとともに、製造時のダメージを低減することで圧電特性が向上した圧電素子の製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の態様は、第１電極と、前記第１電極上に形成された圧電体層と、前記圧電体層上に形成された第２電極とを備える圧電素子の製造方法であって、前記第１電極上に形成した前記圧電体層をウェットエッチングすることにより前記圧電体層をパターニングし、前記圧電体層上に、無電解めっきにより前記第２電極を形成することを特徴とする圧電素子の製造方法にある。
かかる態様では、圧電体層のパターニングや第２電極の形成の際にウェットプロセスを用いることにより、ドライプロセスでのプラズマ処理によるダメージの発生を防止することができる。このようなダメージが防止されるので圧電特性の向上した圧電素子を得ることができる。さらに、ウェットエッチングによりパターニングすることで圧電体層の側面に溝が形成される。この溝が形成されることで、圧電素子が放熱しやすくなり、発熱量の増大による性能低下を防止することができる。これにより、良好な圧電性能を有する圧電素子を得ることができる。また、第２電極を無電解めっき法により形成するため、圧電体層の溝を含む表面全体に第２電極を形成することができる。このような第２電極は、圧電体層を異物・水分等から保護し、圧電素子の信頼性向上に寄与する。
【００１２】
また、一般に、スパッタリング法などのドライプロセスではバッチ処理が行えない。これに対し、無電解めっき法ではバッチ処理が行える。したがって、本製造方法ではバッチ処理を行うことができるため、ドライプロセスで行うよりも低コストで圧電素子を製造することができる。
【００１３】
ここで、前記第１電極を独立して複数形成するとともに、前記第２電極を前記第１電極に亘って連続して形成することが好ましい。これによれば、第１電極を個別電極とし、第２電極を共通電極とした圧電素子を形成することができる。
【００１４】
また、前記第１電極又は前記第２電極に接続される配線を無電解めっきにより形成することが好ましい。これによれば、製造コストをより一層低減することができる。
【００１５】
さらに、本発明の他の態様は、液体を吐出するノズル開口に連通する液体流路が設けられた流路形成基板と、該流路形成基板に設けられて前記液体流路に圧力を付与する圧電素子とを備える液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記流路形成基板上に第１電極を形成し、前記第１電極上に圧電体層を形成し、前記圧電体層をウェットエッチングすることにより前記圧電体層をパターニングし、前記圧電体層上に、無電解めっきにより第２電極を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。
かかる態様では、圧電体層のパターニングや第２電極の形成にウェットプロセスが用いられた圧電素子を用いた液体噴射ヘッドが得られる。圧電素子は、ダメージの発生が防止されて圧電特性が向上し、かつコストが低減化されているので、液体の吐出特性が向上し、低コストの液体噴射ヘッドを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの斜視図である。
【図２】実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る圧電素子の要部を拡大した断面図である。
【図４】実施形態１に係る圧電素子の要部を拡大した断面図である。
【図５】実施形態１に係る圧電素子の要部を拡大した断面図である。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法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方法を示す断面図である。
【図８】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図９】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１０】実施形態２に係る圧電素子の断面図である。
【図１１】インクジェット式記録装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
〈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斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの平面図及びＡ−Ａ’線断面図である。
【００１８】
図示するように、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドＩは、流路形成基板１０を備えている。流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が形成されている。圧力発生室１２は、インクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、流路形成基板１０平面内において、第１の方向Ｘに直交する方向を第２の方向Ｙとする。さらに、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに直交する方向を第３の方向Ｚとする。図には、第１の方向Ｘに並設された圧力発生室１２の列は１列分示されているが、圧力発生室１２の列を第２の方向Ｙに複数並設してもよい。
【００１９】
流路形成基板１０の圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部側には、インク供給路１３と連通路１４とが複数の隔壁１１によって区画されている。連通路１４の外側（第２の方向Ｙにおいて圧力発生室１２とは反対側）には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１５が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５からなる液体流路が設けられている。
【００２０】
流路形成基板１０の一方面側、すなわち圧力発生室１２等の液体流路が開口する面には、各圧力発生室１２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接合されている。すなわち、ノズルプレート２０には、第１の方向Ｘにノズル開口２１が並設されている。
【００２１】
流路形成基板１０の他方面側には、振動板５０が形成されている。本実施形態に係る振動板５０は、流路形成基板１０上に形成された弾性膜５１と、弾性膜５１上に形成された絶縁体膜５２とで構成されている。また、流路形成基板１０の一部を薄く加工して振動板の弾性膜として使うことも可能である。なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２等の液体流路の他方面は、振動板５０（弾性膜５１）で構成されている。
【００２２】
絶縁体膜５２上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０とで構成される圧電素子３００が形成されている。この流路形成基板１０に設けられた圧電素子３００は、本実施形態ではアクチュエーター装置として機能する。
【００２３】
以下、アクチュエーター装置を構成する圧電素子３００について詳細に説明する。図３（ａ）は、本発明の実施形態１に係る圧電素子の要部を拡大した断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【００２４】
図３に示すように、圧電素子３００を構成する第１電極６０は圧力発生室１２毎に切り分けられ、圧電素子３００毎に独立する個別電極を構成する。そして第１電極６０は、圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいては、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいて、第１電極６０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域の内側に位置している。圧力発生室１２の第２の方向Ｙでは、第１電極６０の両端部は、それぞれ圧力発生室１２の外側まで延設されている。なお、第１電極６０の材料は、金属材料であれば特に限定されないが、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕなどの金属や、これらの材料の１種のみ、又はこれらの２種以上を混合又は積層したものを第１電極６０としてもよい。
【００２５】
圧電体層７０は、第２の方向Ｙが所定の幅となるように第１の方向Ｘに亘って連続して設けられている。圧電体層７０の第２の方向Ｙの幅は、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの長さよりも広い。このため、圧力発生室１２の第２の方向Ｙでは、圧電体層７０は圧力発生室１２の外側まで設けられている。
【００２６】
また、圧電体層７０には、各隔壁１１に対向する凹部７１が形成されている。この凹部７１の第１の方向Ｘの幅は、各隔壁１１の第１の方向Ｘの幅と略同一、もしくはそれよりも広くなっている。すなわち、圧電体層７０は、第１の方向Ｘに沿って各圧力発生室１２に亘り連続的に形成され、各隔壁１１に対向する一部が除去されて凹部７１が形成されている。この凹部７１により、振動板５０の圧力発生室１２の幅方向端部に対向する部分（いわゆる振動板５０の腕部）の剛性が抑えられるため、圧電素子３００を良好に変位させることができる。
【００２７】
圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部側（本実施形態では、インク供給路１３側）における圧電体層７０の端部は、第１電極６０の端部よりも外側に位置している。すなわち、第１電極６０の端部は圧電体層７０によって覆われている。圧力発生室１２の第２の方向Ｙの他端側における圧電体層７０の端部は、第１電極６０の端部よりも内側（圧力発生室１２側）に位置している。
【００２８】
なお、圧電体層７０の外側まで延設された第１電極６０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０（図１，図２参照）が接続されている。図示は省略するが、このリード電極９０は、駆動回路等に繋がる接続配線が接続される端子部を構成する。
【００２９】
圧電体層７０としては、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を示す強誘電性セラミックス材料からなるペロブスカイト構造の結晶膜（ペロブスカイト型結晶）が挙げられる。圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等を用いることができる。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を用いることができる。本実施形態では、圧電体層７０として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた。
【００３０】
また、圧電体層７０の材料としては、鉛を含む鉛系の圧電材料に限定されず、鉛を含まない非鉛系の圧電材料を用いることもできる。非鉛系の圧電材料としては、例えば、鉄酸ビスマス（（ＢｉＦｅＯ３）、略「ＢＦＯ」）、チタン酸バリウム（（ＢａＴｉＯ３）、略「ＢＴ」）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）（ＮｂＯ3）、略「ＫＮＮ」）、ニオブ酸カリウムナトリウムリチウム（（Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ）（ＮｂＯ3））、ニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウムリチウム（（Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ）（Ｎｂ，Ｔａ)Ｏ3）、チタン酸ビスマスカリウム（（Ｂｉ1/2Ｋ1/2）ＴｉＯ3、略「ＢＫＴ」）、チタン酸ビスマスナトリウム（（Ｂｉ1/2Ｎａ1/2）ＴｉＯ3、略「ＢＮＴ」）、マンガン酸ビスマス（ＢｉＭｎＯ3、略「ＢＭ」）、ビスマス、カリウム、チタン及び鉄を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物（ｘ［（ＢｉｘＫ１−ｘ）ＴｉＯ3］−（１−ｘ）［ＢｉＦｅＯ3］、略「ＢＫＴ−ＢＦ」）、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（（１−ｘ）[ＢｉＦｅＯ３]−ｘ[ＢａＴｉＯ３]、略「ＢＦＯ−ＢＴ」）や、これにマンガン、コバルト、クロムなどの金属を添加したもの（（１−ｘ）[Ｂｉ（Ｆｅ１−ｙＭｙ）Ｏ３]−ｘ[ＢａＴｉＯ３]（Ｍは、Ｍｎ、ＣｏまたはＣｒ））等が挙げられる。
【００３１】
第２電極８０は、圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいて、圧電体層７０上に連続して設けられ、複数の圧電素子３００に共通する共通電極を構成する。圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端側における第２電極８０の端部は、圧電体層７０の端部よりも外側に位置している。つまり圧電体層７０の端部は第２電極８０によって覆われている。また、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの他端側における第２電極８０の端部は、圧電体層７０の端部よりも内側（圧力発生室１２側）に位置している。
【００３２】
このような第２電極８０の材料は、金属材料であれば特に限定されず、例えば、第１電極６０と同様の材料を用いることができる。本実施形態では、第２電極８０は、ニッケル（Ｎｉ−ＰあるいはＮｉ−Ｂ）から形成されている。
【００３３】
このような構成の圧電素子３００は、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加することで変位が生じる。すなわち両電極の間に電圧を印加することで、第１電極６０と第２電極８０とで挟まれている圧電体層７０に圧電歪みが生じる。両電極に電圧を印加した際に、圧電体層７０に圧電歪みが生じる部分を能動部３２０と称する。これに対して、圧電体層７０に圧電歪みが生じない部分を非能動部と称する。また、圧電体層７０に圧電歪みが生じる能動部３２０において、圧力発生室１２に対向する部分を可撓部と称し、圧力発生室１２の外側の部分を非可撓部と称する。
【００３４】
本実施形態では、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０の全てが圧力発生室１２の第２の方向Ｙにおいて圧力発生室１２の外側まで連続的に設けられている。すなわち能動部３２０が圧力発生室１２の外側まで連続的に設けられている。このため、能動部３２０のうち圧電素子３００の圧力発生室１２に対向する部分が可撓部となり、圧力発生室１２の外側の部分が非可撓部となっている。
【００３５】
このような圧電素子３００を構成する圧電体層７０は、複数の圧電体膜７４が積層されて構成されている。流路形成基板１０側の最下層となる１層目の圧電体膜７４は、凹部７１となる領域を除いて絶縁体膜５２及び第１電極６０上に設けられている。また、２層目以降の圧電体膜７４は、下層側の圧電体膜７４上に設けられている。
【００３６】
圧電素子３００は、ウェットエッチングにより圧電体層７０の一部を除去して凹部７１が形成され、無電解めっき法により第２電極８０が形成されたものである。図４は、圧電素子の要部を拡大した断面図である。
【００３７】
詳細は後述するが、圧電体層７０をウェットエッチングにより一部を除去することで凹部７１（図３参照）が形成されるとともに、圧電体層７０の側面に溝７７が形成される。
【００３８】
すなわち、圧電体層７０の側面には、第１電極６０側に臨む内面７５を有する溝７７が第１電極６０から第２電極８０に向かう積層方向（第３の方向Ｚ）とは交差する方向（第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙ）に沿って各圧電体膜７４の界面ごとに複数（本実施形態では４つ）形成されている。
【００３９】
なお、圧電体膜７４の界面ごとに形成された溝７７とは、隣接する二層の圧電体膜７４の外側に突出した端部７４ａ同士が対向して形成された溝をいう。
【００４０】
隣接した二層の圧電体膜７４のうち第２電極８０側を上層側圧電体膜７４、第１電極６０側を下層側圧電体膜７４とも称する。上層側圧電体膜７４の端部７４ａの下層側圧電体膜７４側の表面を内面７５とし、下層側圧電体膜７４の端部７４ａの上層側圧電体膜７４側の表面を内面７６とする。
【００４１】
内面７５は、第１電極６０側に臨んでいる。内面７５が第１電極６０側に臨むとは、内面７５が第１電極６０（第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙがなす平面）に対して平行であるか、内面７５と第１電極６０との成す角度が鋭角であることをいう。このように内面７５が第１電極６０に臨むように溝７７を形成することで、圧電体層７０の側面は複数の溝７７からなる波面状に形成される。なお、圧電体層７０の溝７７は、圧電体層７０の能動部３２０よりも外側の非能動部に設けられているので、圧電素子３００の変位に影響はない。
【００４２】
また、溝７７が形成された圧電体層７０には、圧電体層７０の溝７７内を含めた表面全体に亘って第２電極８０が形成されている。後述するように、第２電極８０は無電解めっき法により形成されるので、溝７７内にも第２電極８０が形成される。すなわち、溝７７を含む圧電体層７０の表面全体に連続した均一な厚さで第２電極８０が形成されている。
【００４３】
上述した構成の圧電素子３００は、圧力発生室ごとに圧電体層７０をパターニングする際にはウェットエッチングが用いられ、第２電極８０の形成には無電解めっき法が用いられている。
【００４４】
すなわち、凹部７１を設けて圧電体層７０をパターニングする際には、ウェットエッチングが用いられるので、ドライエッチングを行う際に生じるようなダメージが圧電体層７０には生じていない。また、第２電極８０の形成は、無電解めっき法が用いられるので、スパッタリング法により第２電極８０を形成する際に生じるようなダメージが圧電体層７０には生じていない。
【００４５】
このようにウェットプロセスにより形成された圧電素子３００は、ドライプロセスによるダメージが圧電体層７０に生じていない。したがって、ダメージの無い圧電体層７０の表面に無電解めっき法による第２電極８０が形成されることで、圧電特性の向上した圧電素子３００が得られる。
【００４６】
また、ドライプロセスを用いずにウェットプロセスを用いたことにより、製造工程におけるバッチ処理が可能となるため、コストが低減した圧電素子３００が得られる。
【００４７】
第２電極８０は、無電解めっき法により形成されているため、溝７７内を含めた圧電体層７０の表面全体を連続して覆っている。これにより、第２電極８０は、圧電体層７０を保護する保護膜として作用し、圧電体層７０を異物・水分等から保護することができる。
【００４８】
さらに、圧電体層７０をウェットエッチングによりパターニングすると、上述したように圧電体膜７４の界面に沿って溝７７が形成される。このような溝７７により、圧電体層７０の熱を外部に放出することが促進される。すなわち、溝７７が設けられた圧電体層７０の側面は、放熱板として機能し、生じた熱は外部に放熱され圧電素子３００の温度上昇が抑えられる。第２電極８０が圧電体層７０の表面全体に設けられていても、圧電体層７０の熱は第２電極８０を介して外部に放熱される。
【００４９】
このように溝７７により放熱が促進されるため、圧電素子３００は、発熱量の増大を抑えて性能低下を防止し、良好な圧電性能を有するという効果を奏する。
【００５０】
また、下層側圧電体膜７４は、上層側圧電体膜７４よりも外側に突出している。このように各圧電体膜７４を形成することで、圧電体層７０全体としては、第２電極８０から第１電極６０側に向かって拡幅したテーパー状となる。テーパー状となるように各溝７７が形成されることで、圧電素子３００は、より一層、放熱し易い構造となる。なお、圧電体層７０の側面のテーパー状の拡幅の程度は特に限定はない。
【００５１】
また、ノズル開口２１の高密度化に対応して圧電素子３００を高密度化しても、圧電素子３００の発熱による性能低下を防止できるため、インクジェット式記録ヘッドＩとしては、高密度なノズル開口２１からインクを安定して高精細に吐出することができる。
【００５２】
ここで、圧電体層７０の側面の溝７７について、他の態様を示す。図５は、圧電素子の要部を拡大した断面図である。図４に示した溝７７は、内面７５は第１電極６０に対して略平行であったが、図５（ａ）に示す溝７７Ａは、内面７５と第１電極６０（第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙがなす平面）とが成す角度が鋭角である。
【００５３】
図５（ｂ）に示す溝７７Ｂは（最下層を除く）、内面７６が第１電極６０に略平行となっている。また、溝７７Ａ及び溝７７Ｂの何れの下層側圧電体膜７４は、上層側圧電体膜７４よりも外側に突出しているが、必ずしもこのような態様に限定されない。すなわち、各下層側圧電体膜７４は、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙにおける各上層側圧電体膜７４の幅と略同一、又はそれより短くてもよい。
【００５４】
また、図５（ｃ）に示すように、圧電体層７０がテーパー状に拡幅せずに、各圧電体膜７４の幅が揃うように溝７７Ｃを形成してもよい。
【００５５】
これらの何れの溝７７Ａ、溝７７Ｂ及び溝７７Ｃにおいても、図４に示したような溝７７を有する圧電素子３００と同様の作用効果を奏する。
【００５６】
このような溝７７、溝７７Ａ、溝７７Ｂ及び溝７７Ｃは、後述するように、圧電体層７０をウェットエッチングすることにより形成される。このとき、第３の方向Ｚと、それに直交する方向である第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙとのエッチングレート差を適宜調整することにより、上述したような種々の形状の溝を形成することができる。
【００５７】
図１及び図２に示すように、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００を保護する保護基板３０が接着剤３５によって接合されている。保護基板３０には、圧電素子３００を収容する空間を画成する凹部である圧電素子保持部３１が設けられている。また保護基板３０には、マニホールド１００の一部を構成するマニホールド部３２が設けられている。マニホールド部３２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１５と連通している。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。各圧電素子３００の第１電極６０に接続されたリード電極９０は、この貫通孔３３内に露出している。各圧電素子３００の第１電極６０に接続されたリード電極９０には、図示しない駆動回路に接続される接続配線の一端がこの貫通孔３３内で接続されている。
【００５８】
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。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３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。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。
【００５９】
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に至るまで液体流路の内部をインクで満たした後、駆動回路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する。これにより圧電素子３００と共に振動板５０がたわみ変形して各圧力発生室１２内の圧力が高まり、各ノズル開口２１からインク滴が噴射される。
【００６０】
ここで、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。図６〜図９は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す第１の方向Ｘの断面図である。
【００６１】
まず、図６（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５１を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハー１１０を熱酸化することによって二酸化シリコンからなる弾性膜５１を形成した。もちろん、弾性膜５１の形成方法は熱酸化に限定されず、スパッタリング法やＣＶＤ法等によって形成してもよい。
【００６２】
次いで、図６（ｂ）に示すように、弾性膜５１上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５２を形成する。絶縁体膜５２は、ジルコニウムをスパッタリング法等により形成後、加熱することで熱酸化して形成してもよく、酸化ジルコニウムを反応性スパッタリング法により形成するようにしてもよい。この弾性膜５１及び絶縁体膜５２によって振動板５０が形成される。
【００６３】
次いで、図６（ｃ）に示すように、絶縁体膜５２上の全面に第１電極６０を形成する。この第１電極６０の材料は特に限定されないが、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望ましい。このため、第１電極６０の材料としては白金、イリジウム等が好適に用いられる。また、第１電極６０は、例えば、スパッタリング法やＰＶＤ法（物理蒸着法）などにより形成することができる。
【００６４】
次いで、図７（ａ）に示すように、第１電極６０をパターニングする。パターニングは、例えば、イオンミリング等のドライエッチングにより行うことができる。
【００６５】
また、特に図示しないが、第１電極６０上にチタン（Ｔｉ）からなる結晶種層を形成してもよい。第１電極６０の上に結晶種層を設けることにより、第１電極６０上に結晶種層を介して圧電体層７０を形成する際に、圧電体層７０の優先配向方位を（１００）に制御することができ、電気機械変換素子として好適な圧電体層７０を得ることができる。結晶種層としては、チタン（Ｔｉ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いてもよく、また、チタン及びチタン酸化物以外の材料、例えば、ランタンニッケル酸化物等を用いることもできる。
【００６６】
次に、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成する。ここで、本実施形態では、金属錯体を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、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、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成している。なお、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。すなわち、圧電体層７０は液相法、気相法の何れで形成してもよい。
【００６７】
圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図７（ｂ）に示すように、第１電極及び絶縁体膜５２上にＰＺＴ前駆体膜である圧電体前駆体膜７３を成膜する。すなわち、第１電極６０が形成された流路形成基板用ウェハー１１０上に金属錯体を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。ゾルの塗布方法は特に限定されず、例えば、スピンコート装置を用いたスピンコート法やスリットコータを用いたスリットコート法等が挙げられる。次いで、この圧電体前駆体膜７３を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜７３を１７０〜１８０℃で８〜３０分間保持することで乾燥することができる。
【００６８】
次に、乾燥した圧電体前駆体膜７３を所定温度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）。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜７３を３００〜４００℃程度の温度に加熱して約１０〜３０分保持することで脱脂した。なお、ここでいう脱脂とは、圧電体前駆体膜７３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。
【００６９】
次に、圧電体前駆体膜７３を所定温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７４を形成する（焼成工程）。この焼成工程では、圧電体前駆体膜７３を７００℃以上に加熱するのが好ましい。なお、焼成工程では、昇温レートを５０℃／ｓｅｃ以上とするのが好ましい。これにより優れた特性の圧電体膜７４を得ることができる。
【００７０】
図７（ｂ）に示すように、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を複数回繰り返すことにより複数層の圧電体膜７４からなる圧電体層７０を形成する。圧電体膜７４は、一層ごと形成してもよいし、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程を繰り返して複数層の圧電体前駆体膜７３を形成し、それらにまとめて焼成工程を行うことで複数の圧電体膜７４を形成してもよい。
【００７１】
なお、このような乾燥工程、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、ホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置などを用いることができる。
【００７２】
次に、図７（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー法により、圧電体層７０の各圧電素子３００が形成される領域ごとにレジスト膜７８が形成され、凹部７１が形成される領域にはレジスト膜７８が形成されないようにパターニングする。レジスト膜７８は、少なくとも圧電体層７０の最上面よりも大きく形成しておく。
【００７３】
次に、図８（ａ）に示すように、ウェットエッチングにより、圧電体層７０を各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングするとともに、圧電体層７０の側面に溝７７を形成する。
【００７４】
圧電体層７０は複数の圧電体膜７４からなり、その界面はウェットエッチングにより選択的に除去されやすい。このため、各圧電体膜７４間の界面が窪んだ溝７７が好適に形成される。
【００７５】
また、ドライプロセスによる圧電体層７０のエッチングでは、圧電体層７０のエッチングのみならず、振動板５０の腕部までオーバーエッチングされる。しかしながら、本発明のウェットエッチングによれば、そのようなオーバーエッチングされることは生じない。すなわち、振動板５０や圧電素子３００を設計通りに加工することができ、所望の特性を得ることができる。さらに、ウェットエッチングの採用により、ドライプロセスに比較して圧電素子３００及びインクジェット式記録ヘッドＩのコストを低減することができる。
【００７６】
さらに、本実施形態では、第１電極６０を個別電極とし、その短手方向（第１の方向Ｘ）の幅が圧電素子３００の第１の方向Ｘにおける能動部３２０の幅を規定するようにした。すなわち、第１の方向Ｘにおける能動部３２０の外側は、圧電素子３００の非能動部である。したがって、ウェットエッチングによるサイドエッチングされる寸法の精度が低くても、非能動部がサイドエッチングされるだけにとどめ、能動部３２０には及ばないようにすることができる。
【００７７】
このような溝７７の内面７５，７６の傾斜の程度や、溝７７を形成したあとの各圧電体膜７４の幅や、圧電体層７０をテーパー状にするか否かは、第３の方向Ｚと、それに直交する方向である第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙとのエッチングレート差を設けることで所望の形状とすることができる。具体的には、焼成工程における焼成温度や、脱脂工程における脱脂温度や、ＰＺＴからなる圧電体層７０であればＺｒの組成比を調整することにより、エッチングレート差を生じさせ、上述したような種々の形状の溝７７を形成することができる。
【００７８】
なお、ウェットエッチングは、公知の方法を用いることができる。例えば、ＢＨＦ２０％溶液、硝酸及び塩酸の混合液を用いることができる。他にも、ＢＨＦ２０％溶液のみでウェットエッチングを行い、残渣物を硝酸で除去する二段階の工程を用いることができる。
【００７９】
次に、図８（ｂ）に示すように、レジスト膜７８を除去し、圧電体層７０上及び絶縁体膜５２上に亘って、無電解めっき法により第２電極８０を形成する。具体的には、特に図示しないが、流路形成基板用ウェハー１１０の振動板５０側の表面、すなわち、振動板５０や圧電体層７０の表面にレジスト膜を形成する。そして、第２電極８０の材料、ここではニッケルを析出させる領域を除去するように該レジスト膜をパターニングする。レジスト膜のパターニングはリソグラフィー法により行うことができる。
【００８０】
次に、触媒を振動板５０や圧電体層７０の表面に形成する。具体的には、触媒溶液に流路形成基板用ウェハー１１０を浸漬する。触媒溶液は、無電解めっきの触媒として機能する触媒成分を含む。触媒成分としては、例えばパラジウムを用いることができる。
【００８１】
次に、レジスト膜を除去する。これにより、レジスト膜上に設けられた触媒がレジスト膜とともに除去され、流路形成基板用ウェハー１１０のうちニッケルを析出させる領域のみに触媒が形成される。
【００８２】
次に、流路形成基板用ウェハー１１０上に第２電極８０を形成する。具体的には、ニッケルを含む無電解めっき液に流路形成基板用ウェハー１１０を浸漬させることにより、触媒が設けられた領域にニッケルを析出させることができる。これにより、触媒が設けられた領域上に第２電極８０が形成される。本実施形態では、ニッケルからなる柱状結晶の第２電極８０が形成される。
【００８３】
なお、第２電極８０を形成する無電解めっき法としては、上述した方法に限らず、公知の無電解めっき法の何れも適用可能である。また、第２電極８０の材料としてはニッケルに限定されず、無電解めっき法により形成可能なものであればよい。
【００８４】
上述したように本実施形態に係る圧電素子３００の製造方法によれば、圧電体層７０のパターニングにウェットエッチングを用いる。このため、ドライエッチングを用いる際に生じるようなダメージが圧電体層７０に生じることを防止することができる。また、第２電極８０の形成は無電解めっき法を用いる。このため、スパッタリング法により第２電極８０を形成する際に生じるようなダメージが圧電体層７０に生じることを防止することができる。
【００８５】
このように本製造方法によれば、圧電体層７０のパターニングや第２電極８０の形成の際にウェットプロセスを用いてダメージの発生を防止するので、圧電特性の向上した圧電素子３００を得ることができる。
【００８６】
さらに、本製造方法によれば、ウェットエッチングによりパターニングすることで圧電体層７０の側面に溝７７を形成することができる。これにより、圧電素子３００の発熱量の増大による性能低下を防止できるため、良好な圧電性能を有する圧電素子３００を得ることができる。また、第２電極８０を無電解めっき法により形成するため、圧電体層７０の溝７７を含む表面全体に第２電極８０を形成することができる。これにより、圧電体層７０を異物・水分等から保護することができる。
【００８７】
また、一般に、スパッタリング法などのドライプロセスではバッチ処理が行えない。これに対し、無電解めっき法ではバッチ処理が行える。したがって、本製造方法ではバッチ処理を行うことができるため、ドライプロセスで行うよりも低コストで圧電素子３００及びインクジェット式記録ヘッドＩを製造することができる。
【００８８】
次に、リード電極９０を形成する。特に図示しないが、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）を介して圧電素子３００ごとにパターニングすることで形成される。
【００８９】
次に、図９（ａ）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（図２（ｂ）参照）を介して接合した後、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。
【００９０】
次いで、図９（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜５３を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図９（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５３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、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５等を形成する。
【００９１】
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とする。
【００９２】
〈実施形態２〉
実施形態１では、第１電極６０を個別電極とし、第２電極８０を共通電極としたが、逆であってもよい。図１０は、本実施形態に係る圧電素子の第１の方向Ｘの断面図である。
【００９３】
図示するように、第１電極６０は、絶縁体膜５２上に各圧力発生室１２を覆うように連続して設けられ、複数の圧電素子３００に共通する共通電極を構成する。
【００９４】
第１電極６０上には、側面に溝７７を有する圧電体層７０が各圧力発生室１２に対向する領域に個別に形成されている。
【００９５】
各圧電体層７０の上面には、第２電極８０が形成されている。第２電極８０は、圧力発生室１２毎に切り分けられ、圧電素子３００毎に独立する個別電極を構成する。このように第２電極８０は個別電極であるため、圧電体層７０の側面の溝７７には第２電極８０が形成されておらず、溝７７が露出している。
【００９６】
このように、第１電極６０が共通電極であり、第２電極８０が個別電極である圧電素子３００であっても、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【００９７】
このような圧電素子３００は、特に図示しないが、例えば次のようにして形成することができる。まず、流路形成基板用ウェハー１１０に、振動板５０及び第１電極６０を形成する。この第１電極６０は、圧力発生室１２ごとにパターニングせず、各圧力発生室１２に共通した共通電極とする（図６（ａ）〜（ｃ）参照）。
【００９８】
次に、第１電極６０上に、圧電体層７０を形成し、ウェットエッチングによりパターニングして凹部７１を形成する。そして、実施形態１と同様に、無電解めっき法により圧電体層７０の上面に第２電極８０を形成する。例えば、圧電体層７０の第２電極８０が形成される上面が露出するようにレジスト膜を設け、当該上面及びレジスト膜上に触媒層を形成した後、レジスト膜及びレジスト膜上に形成された触媒層を除去する。そして、圧電体層７０上に形成された触媒層上にニッケルなどからなる第２電極８０を析出させる。
【００９９】
このようにして、圧電体層７０ごとに上面に第２電極８０が形成された圧電素子３００を形成することができる。
【０１００】
〈他の実施形態〉
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
【０１０１】
例えば、第２電極８０を無電解めっき法で形成したが、流路形成基板用ウェハー１１０に形成される他の配線や膜などについても無電解めっき法で形成してもよい。例えば、第１電極６０及び第２電極８０に接続される配線であるリード電極９０を無電解めっき法で形成してもよい。このように、圧電素子３００のみならず、圧電素子３００に接続される配線を無電解めっき法で形成することで、コストをより一層低減することができる。
【０１０２】
また、インクジェット式記録ヘッドＩは、例えば、図１１に示すように、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装置ＩＩは、装置本体４を備え、装置本体４にキャリッジ軸５が取り付けられている。キャリッジ軸５には、キャリッジ３が軸方向移動可能に設けられている。キャリッジ３には、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ、２Ｂが着脱可能に設けられるとともに、インクジェット式記録ヘッドＩが取り付けられている。
【０１０３】
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、インクジェット式記録ヘッドＩ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。
【０１０４】
本発明では、上述のようにインクジェット式記録ヘッドＩを構成する圧電素子３００は、圧電特性に優れたものであるので、印刷品質を向上したインクジェット式記録装置ＩＩを実現することができる。
【０１０５】
なお、上述した例では、インクジェット式記録装置ＩＩとして、インクジェット式記録ヘッドＩがキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、その構成は特に限定されるものではない。インクジェット式記録装置ＩＩは、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩを固定し、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させることで印刷を行う、いわゆるライン式の記録装置であってもよい。
【０１０６】
また、上述の実施形態では、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本発明を説明したが、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る。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の他、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。
【０１０７】
さらに本発明は、このような液体噴射ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエーター装置に適用することができる。本発明のアクチュエーター装置は、例えば、各種センサー類等にも適用することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
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、  １１  隔壁、  １２  圧力発生室、  １３  インク供給路、  １４  連通路、  １５  連通部、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  マニホールド部、  ３３  貫通孔、  ３５  接着剤、  ４０  コンプライアンス基板、  ４１  封止膜、  ４２  固定板、  ４３  開口部、  ５０  振動板、  ５１  弾性膜、  ５２  絶縁体膜、  ６０  第１電極、  ７０  圧電体層、  ７１  凹部、  ７３  圧電体前駆体膜、  ７４  圧電体膜、  ７５、７６  内面、  ７７、７７Ａ、７７Ｂ、７７Ｃ  溝、  ８０  第２電極、  ９０  リード電極、  １００  マニホールド、  ３００  圧電素子、  ３２０  能動部
【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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