(57)【要約】【課題】高い液体吐出特性を有する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】複数の圧力発生室１２を備える流路形成基板１０と、流路形成基板１０上に設けられた振動板５０と、振動板５０上に設けられた第１電極６０、第１電極６０上に設けられた圧電体層７０、及び圧電体層７０上に設けられた第２電極８０を有する圧電素子３００とを備え、第１電極６０が圧電素子３００ごとに独立する個別電極を構成し、第２電極８０が複数の圧電素子３００に共通する共通電極を構成し、第２電極８０は、圧電素子３００ごとに個別に形成された圧電体層７０の側面との間に空間部３０１を形成する。【選択図】図３
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【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複数の圧力発生室を備える流路形成基板と、
該流路形成基板上に設けられた振動板と、
該振動板上に設けられた第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層、及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有する圧電素子とを備え、
前記第１電極が前記圧電素子ごとに独立する個別電極を構成し、
前記第２電極が複数の前記圧電素子に共通する共通電極を構成し、
前記第２電極は、前記圧電素子ごとに個別に形成された前記圧電体層の側面との間に空間部を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
請求項１に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記第２電極は、前記圧電体層上に形成された第１層、及び該第１層上に形成された第２層を備え、
前記第１層は、前記圧電素子ごとに、前記圧電体層上から側方に突出するとともに前記圧電体層の側面との間に前記空間部を形成して前記振動板に接触し、
前記第２層は、前記圧電素子ごとに形成された前記第１層上に共通して形成されている
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記振動板は、前記圧力発生室の幅方向端部に対向する腕部を有し、
前記第２電極は、前記圧電体層の側面、及び前記腕部との間に前記空間部を形成する
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載する液体噴射ヘッドを備えることを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関し、特に液体としてインクを噴射するインクジェット式記録ヘッド及びインクジェット式記録装置に関する。
【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）。第１電極は、複数の圧電素子ごとに独立した個別電極を構成し、第２電極は、複数の圧電素子に共通した共通電極を構成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
しかしながら、第２電極は各圧電体層に密着して形成されており、圧電素子の変形が拘束されている。このように圧電素子の変形が拘束されることにより、振動板の変位量が低下し、インクの吐出特性も低下するおそれがある。
【０００７】
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。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、高い液体吐出特性を有する液体噴射ヘッド及び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】
【０００９】
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複数の圧力発生室を備える流路形成基板と、該流路形成基板上に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層、及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有する圧電素子とを備え、前記第１電極が前記圧電素子ごとに独立する個別電極を構成し、前記第２電極が複数の前記圧電素子に共通する共通電極を構成し、前記第２電極は、前記圧電素子ごとに個別に形成された前記圧電体層の側面との間に空間部を形成することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、圧電素子は、第２電極と圧電体層との間に空間部が形成されている。すなわち、第２電極が圧電体層に接合される部分は、圧電素子の能動部を構成するために必要な圧電体層の上面に限定されている。このため、第２電極が圧電素子の変形を阻害する拘束力は、第２電極が圧電体層の全面に密着する従来構成の圧電素子と比較して低減されている。
よって、空間部を有する圧電素子は、従来構成の圧電素子に比較して圧電素子の変位量が向上したものとなり、変位量が向上した当該圧電素子を備えることにより、液体噴射ヘッドの液体の吐出特性を向上させることができる。
【００１０】
ここで、前記第２電極は、前記圧電体層上に形成された第１層、及び該第１層上に形成された第２層を備え、前記第１層は、前記圧電素子ごとに、前記圧電体層上から側方に突出するとともに前記圧電体層の側面との間に前記空間部を形成して前記振動板に接触し、前記第２層は、前記圧電素子ごとに形成された前記第１層上に共通して形成されていることが好ましい。これによれば、空間部が潰れてしまうことを防止することができる。
【００１１】
また、前記振動板は、前記圧力発生室の幅方向端部に対向する腕部を有し、前記第２電極は、前記圧電体層の側面、及び前記腕部との間に前記空間部を形成することが好ましい。これによれば、振動板の圧力発生室に対向する領域の変位が第２電極により阻害されることを防止することができる。これにより、振動板の変位がより一層向上し、液体噴射ヘッドの吐出特性がさらに向上する。
【００１２】
さらに、本発明の他の態様は、上記態様に記載する液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置にある。
かかる態様では、高い液体吐出特性を有する液体噴射装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【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２に係る圧電素子の断面図である。
【図１０】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】
【００１４】
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断面図である。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。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（振動板５０の腕部５４）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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
ここで、図３及び図４を用いて、第２電極８０及び第２電極８０により形成される空間部３０１について詳細に説明する。図４は、圧電素子の要部を拡大した断面図である。
【００３３】
第２電極８０は、圧電体層７０の側面との間に空間部３０１を形成している。すなわち、第２電極８０は、能動部３２０を構成する圧電体層７０の上面から、圧電体層７０の側面には密着せずに凹部７１の底として現れる振動板５０（隔壁１１に対向する領域）上に亘り形成されている。
【００３４】
このように、第２電極８０が圧電体層７０の側面に密着せずに圧電体層７０と振動板５０上に形成されることで、第２電極８０と圧電体層７０との間に空間部３０１が形成されている。
【００３５】
また、本実施形態に係る第２電極８０は、圧電体層７０上に形成された第１層８１、及び第１層８１上に形成された第２層８２を備える。第１層８１及び第２層８２は、それぞれが上述した第２電極８０に適用できる電極材料から形成されている。第１層８１及び第２層８２の電極材料は、同一でも異なっていてもよい。
【００３６】
第１層８１は、圧電体層７０の上面から側方（第１の方向Ｘ）に突出し、その先端が振動板５０に接触している。すなわち、第１層８１は、第１の方向Ｘにおいては、隣接する他の圧電素子３００には連続しておらず、圧電素子３００ごとに独立して形成されている。
【００３７】
第２層８２は、圧電素子３００ごとに形成された第１層８１上に共通して形成され、また、凹部７１に現れた振動板５０を覆うように形成されている。すなわち、第２層８２は、第１の方向Ｘにおいて、各圧電素子３００に連続して形成されている。
【００３８】
上述した構成の圧電素子３００は、第２電極８０と圧電体層７０との間に空間部３０１を有している。すなわち、第２電極８０は、圧電体層７０の全面に密着していない。
【００３９】
このように第２電極８０が圧電体層７０に接合される部分は、能動部３２０を構成するために必要な圧電体層７０の上面に限定されている。このため、第２電極８０が圧電素子３００の変形を阻害する拘束力は、第２電極８０が圧電体層７０の全面に密着する従来構成の圧電素子と比較して低減されている。
【００４０】
よって、空間部３０１を有する圧電素子３００は、従来構成の圧電素子に比較して圧電素子３００の変位量が向上したものとなる。このように変位量が向上した圧電素子３００を備えることにより、インクジェット式記録ヘッドＩのインクの吐出特性を向上させることができる。
【００４１】
なお、圧電体層７０の上面にのみ第２電極８０を設け、圧電体層７０の側面に第２電極８０を設けない構成、すなわち第２電極８０と圧電体層７０の側面との間に空間部３０１を設けない構成とすることも考えられる。
【００４２】
この構成の場合では、第２電極８０による拘束力を低減できるものの、第２電極８０の面積が小さくなる分、電気抵抗が増大してしまう。本実施形態に係る圧電素子３００は、そのように電気抵抗を増大させずに、第２電極８０による拘束力を低減することができる。
【００４３】
また、本実施形態に係る圧電素子３００は、第２電極８０が第１層８１及び第２層８２で構成されている。第１層８１の空間部３０１を形成する部分は、上に凸となったアーチ状になっている。一方、第１層８１の振動板５０に接触した先端部は、外側への移動が第２層８２により規制されている。すなわち、第１層８１がアーチ状に維持されるので、第２電極８０により形成された空間部３０１が潰れてしまうことを防止することができる。
【００４４】
さらに、第２電極８０が振動板５０に接触する部位は、振動板５０の隔壁１１に対向する領域となっている。すなわち、振動板５０の腕部５４には接触しておらず、第２電極８０（第１層８１）、圧電体層７０の側面及び腕部５４とで空間部３０１が形成されている。これにより、腕部５４を含む振動板５０の変位が第２電極８０により阻害されることを防止でき、振動板５０の変位をより一層向上させることができる。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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５〜図８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。
【００４９】
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。
【００５０】
次いで、図５（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。
【００５１】
次いで、図５（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）や無電界めっき法などにより形成することができる。
【００５２】
次いで、図６（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図６（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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
図６（ｃ）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。
【００５９】
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。
【００６０】
次に、特に図示しないが、圧電体層７０の全面に第２電極８０を構成する第１層８１を形成する。第１層８１の形成は、第１電極６０と同様に形成することができる。
【００６１】
次に、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、第１層８１上にレジスト膜７８を形成する。
【００６２】
詳細には、まず、第１層８１の全面にレジスト膜７８を形成し、凹部７１（図１〜図４参照）が形成される領域に第１層８１が露出するように開口部７９を形成する。そして、ドライエッチングにより、開口部７９に露出した第１層８１をエッチングし、圧電体層７０を露出させる。
【００６３】
次に、図７（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。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。
【００６４】
圧電体層７０のウェットエッチングは、レジスト膜７８の開口部７９を基点として、圧電体層７０の厚さ方向（第３の方向Ｚ）に進行するとともに、幅方向（第１の方向Ｘ）にも進行する（サイドエッチング）。これにより、圧電体層７０は、略台形状にパターニングされる。このとき、第１層８１は、レジスト膜７８とは反対面側が露出する。すなわち、第１層８１は、一方面の全体がレジスト膜７８に接触し、他方面は一部が圧電体層７０の上面に接触した状態となる。
【００６５】
なお、圧電体層７０のパターニングは、ウェットエッチングに限定されず、ドライエッチングにより行ってもよい。
【００６６】
次に、図７（ｂ）に示すように、レジスト膜７８を除去する。これにより、第１層８１の第１の方向Ｘにおける両端部分の拘束が解かれ、振動板５０に接触する。第１層８１は上に凸となるアーチ状となり、圧電体層７０の側面との間に空間部３０１が形成される。なお、特に図示しないが、このようなアーチ状の第１層８１は、凹部７１内の第２の方向Ｙにおいても同様に形成される。
【００６７】
次に、図７（ｃ）に示すように、第１層８１及び振動板５０上に第２層８２を形成することで第２電極８０を形成する。第２層８２は、第１電極６０と同様に形成することができる。
【００６８】
このようにして、各圧電体層７０に共通した第２電極８０が形成され、空間部３０１を有する複数の圧電素子３００が形成される。
【００６９】
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。
【００７０】
次に、図８（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。
【００７１】
次いで、図８（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８（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。
【００７２】
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。
【００７３】
〈実施形態２〉
インクジェット式記録ヘッドＩの製造方法のうち、圧電体層７０をパターニングし、第２電極８０（第１層８１）を形成する工程について他の態様を説明する。
【００７４】
図９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。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７５】
まず、振動板５０上に第１電極６０を形成し、圧電体層７０を形成する（図５〜図６（ｂ）参照）。
【００７６】
次に、図９（ａ）に示すように、圧電体層７０をパターニングする。このパターニングは、ドライエッチング又はウェットエッチングにより行う。
【００７７】
次に、図９（ｂ）に示すように、各圧電体層７０の間の凹部７１を犠牲層７２で充填し、第２電極８０を構成する第１層８１及びレジスト膜７８を形成する。
【００７８】
詳細には、エッチング可能な材料からなる犠牲層７２を凹部７１に形成し、犠牲層７２が圧電体層７０と略面一となるようにする。次に、圧電体層７０の上面及び犠牲層７２の上面に、第２電極８０を構成する第１層８１を全面に形成する。そして、実施形態１と同様に、第１層８１上にレジスト膜７８を形成し、凹部７１に対向する領域に開口部７９を形成する。また、開口部７９に現れた第１層８１を除去して犠牲層７２を露出させる。
【００７９】
次に、図９（ｃ）に示すように、ウェットエッチング等により、犠牲層７２を除去する。これにより、略台形状にパターニングされた圧電体層７０が現れるとともに、第１層８１のレジスト膜７８とは反対面側が露出する。すなわち、第１層８１は、一方面の全体がレジスト膜７８に接触し、他方面は一部が圧電体層７０の上面に接触した状態となる。
【００８０】
特に図示しないが、レジスト膜７８を除去することで、第１層８１が振動板５０側に屈曲し、その第１層８１上に第２層８２を形成することで第２電極８０が形成される（図７（ｂ）〜（ｃ）と同様である。）。
【００８１】
このように、始めに圧電体層７０のパターニングを行い、その後に、犠牲層７２の形成・除去を行うことによっても、第１層８１と圧電体層７０との間に空間部３０１を形成することができる。
【００８２】
〈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。
【００８３】
第２電極８０は、圧電体層７０の側面全体には密着せずに空間部３０１を形成していたが、このような態様に限定されない。例えば、第２電極８０が圧電体層７０の側面の一部に密着され、残りの部分には密着しないことで空間部を形成してもよい。
【００８４】
また、第２電極８０は、第１層８１及び第２層８２から構成されるものに限定されない。例えば、第２層８２を形成せずに第１層８１だけを形成して第２電極８０としてもよい。この場合、図３に示したように、圧力発生室１２や隔壁１１に対向する領域では、第２電極８０は連続しない。しかしながら、インク供給路１３と連通路１４に対向する領域やリード電極９０の近傍の領域では第２電極８０は連続しているので（図１〜図２参照）、共通電極としての機能を確保することができる。
【００８５】
また、インクジェット式記録ヘッドＩは、例えば、図１０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２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。
【００８６】
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。
【００８７】
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は、インクの吐出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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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】
【００９１】
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、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ５０  振動板、  ５４  腕部、  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、  ８０  第２電極、  ８１  第１層、  ８２  第２層、  ３００  圧電素子、  ３０１  空間部、  ３２０  能動部
【図１】
2014159115.tif 000003
【図２】
2014159115.tif 000004
【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】
2014159115.tif 000009
【図８】
2014159115.tif 000010
【図９】
2014159115.tif 000011
【図１０】
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