(57)【要約】【課題】  電極と振動板との境界付近の圧電体層の結晶粒の不均一さや結晶の異常成長を解消し、また、圧電体能動部と圧電体非能動部との境界近傍の振動板や圧電素子の破壊を防止した液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子及びアクチュエーター装置を提供する。【解決手段】  圧電体層７０と前記圧電体層に設けられた電極とを具備する圧電素子３００を備えた液体噴射ヘッドであって、第１導電体層６１と、該第１導電体層上に設けられ且つランタンニッケル酸化物からなり配向制御層を兼ねる第２導電体層６２とからなる第１電極６０と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極８０とを具備し、前記圧電素子が、前記第１導電体層及び第２導電体層と前記第２電極とで挟まれた第１圧電体能動部３１０と、前記第２導電体層と前記第２電極とで挟まれた第２圧電体能動部３２０とを具備する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層と前記圧電体層に設けられた電極とを具備する圧電素子を備えた液体噴射ヘッドであって、
第１導電体層と、該第１導電体層上に設けられ且つランタンニッケル酸化物からなり配向制御層を兼ねる第２導電体層とからなる第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極とを具備し、
前記圧電素子が、前記第１導電体層及び第２導電体層と前記第２電極とで挟まれた第１圧電体能動部と、前記第２導電体層と前記第２電極とで挟まれた第２圧電体能動部とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記圧電体層のパターニング形状と、前記第２導電体層のパターニング形状が実質的に一致していることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
複数の前記圧電素子が、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が複数並設された流路形成基板の一方面側に圧力発生室毎に設けられ、前記第１導電体層は前記圧力発生室の並設方向である第１方向に亘って連続的に且つ前記第１方向とは交差する第２方向の前記圧力発生室の端部に対向する領域は覆わないように設けられ、前記第２導電体層と前記圧電体層とは前記圧力発生室毎に個別に且つ前記圧力発生室の前記第２方向の端部に対向する領域を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記圧電体層が、チタン酸ジルコン酸鉛からなり、配向制御用のチタンを含まず、厚さ方向に結晶が分断されていない結晶構造を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【請求項６】
第１導電体層と、該導電体層上に設けられ且つランタンニッケル酸化物からなり配向制御層を兼ねる第２導電体層とからなる第１電極と、該第２共通電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極とを具備し、
前記圧電素子が、前記第１導電体層及び第２導電体層と前記第２電極とで挟まれた第１圧電体能動部と、前記第２導電体層と前記第２電極とで挟まれた第２圧電体能動部とを具備することを特徴とする圧電素子。
【請求項７】
請求項６に記載の圧電素子を変位可能に具備することを特徴とするアクチュエーター装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体層とその両側に電極とが設けられた圧電素子、圧電素子を有するアクチュエーター装置、アクチュエーター装置を有する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッドの代表例として知られているインクジェット式記録ヘッドなどに用いられる圧電素子では、圧電体層の結晶性の向上のため、圧電体層をチタン層上に形成する技術が知られている。例えば、特許文献１には、下部電極上にチタン層を介して圧電体層の１層目を形成した後、この１層目の圧電体層と共に下部電極をパターニングし、１層目の圧電体層上及び振動板上にさらにチタン層を形成した後、残りの圧電体層を形成するようにした圧電体素子の製造方法が開示されている。また、特許文献２には、下部電極をパターニングした後、全体にチタン層を設けて、その上に圧電体層を設けた圧電素子が開示されている。
【０００３】
しかしながら、このようなチタン層で圧電体層の配向制御を行った場合は、特許文献１、２の何れの場合でも、振動板上に形成された圧電体層の結晶粒が下部電極上の圧電体層の結晶粒より大きな結晶粒となりやすく、結晶粒が不均一となり、また、下部電極のパターニング境界で小さい穴などの異常成長が発生し、何れもクラック等の原因となるという問題がある。また、特許文献１の圧電体素子の製造方法では、１層目の圧電体層上に形成されたチタン層によって、圧電体層の結晶が１層目と２層目との間で分断されて不連続となってしまう場合があり、圧電体層の結晶性に影響を与えることもある。
また、配向制御層としてチタン層の代わりにランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）を用いた技術も知られている（例えば、特許文献３、４など）。
【０００４】
しかしながら、特許文献３、４では、金属層の上層に配向制御層としてのＬＮＯを設け、両者を一緒にパターニングする構造であり、電極上と振動板上との圧電体層の結晶粒が不均一になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−８３９３７号公報
【特許文献２】特開２００３−２８２８４３号公報
【特許文献３】特開２００４−０６６６００号公報
【特許文献４】特開２００９−２３４０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
何れにしても、特許文献１〜４の技術では、電極上と振動板上の圧電体層の結晶粒の不均一さに起因する問題は解消されていない。
一方、圧力発生室の端部近傍では、振動板の変位が大きい領域と小さな領域との境界が存在することになるから、振動板や圧電素子の破壊が生じやすいことが知られており、電界が印加される圧電体能動部と電界が印加されない圧電体非能動部との境界をどこに配置するかという問題もある。
【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、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し、また、液体噴射ヘッド以外に用いられる圧電素子や圧電アクチュエーター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、電極と振動板との境界付近の圧電体層の結晶粒の不均一さや結晶の異常成長を解消し、また、圧電体能動部と圧電体非能動部との境界近傍の振動板や圧電素子の破壊を防止した液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子及びアクチュエーター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、圧電体層と前記圧電体層に設けられた電極とを具備する圧電素子を備えた液体噴射ヘッドであって、第１導電体層と、該第１導電体層上に設けられ且つランタンニッケル酸化物からなり配向制御層を兼ねる第２導電体層とからなる第１電極と、該第１電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極とを具備し、前記圧電素子が、前記第１導電体層及び第２導電体層と前記第２電極とで挟まれた第１圧電体能動部と、前記第２導電体層と前記第２電極とで挟まれた第２圧電体能動部とを具備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、第１電極と振動板との境界付近の圧電体層の結晶粒の不均一さや結晶の異常成長を解消し、また、圧電体能動部と圧電体非能動部との境界近傍の振動板や圧電素子の破壊を防止することができる。
【００１０】
ここで、前記圧電体層のパターニング形状と、前記第２導電体層のパターニング形状が実質的に一致していることが好ましい。これにより、第２導電体層が露出する部分がなくなる。
【００１１】
また、複数の前記圧電素子が、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が複数並設された流路形成基板の一方面側に圧力発生室毎に設けられ、前記第１導電体層は前記圧力発生室の並設方向である第１方向に亘って連続的に且つ前記第１方向とは交差する第２方向の前記圧力発生室の端部に対向する領域は覆わないように設けられ、前記第２導電体層と前記圧電体層とは前記圧力発生室毎に個別に且つ前記圧力発生室の前記第２方向の端部に対向する領域を覆うように設けられているのが好ましい。これにより、圧力発生室の第２方向端部において、第１圧電体能動部の外側に連続する第２圧電体能動部が圧力発生室の外側まで延設され、振動板や圧電素子の破壊が防止される。
【００１２】
また、前記圧電体層が、チタン酸ジルコン酸鉛からなり、配向制御用のチタンを含まず、厚さ方向に結晶が分断されていない結晶構造を有するのが好ましい。このように種チタンや中間チタンなどのチタンを排除したことにより、厚さ方向に結晶が分断されていない結晶構造を有するものとなる。
【００１３】
他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備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、第１電極と振動板との境界付近の圧電体層の結晶粒の不均一さや結晶の異常成長を解消し、また、圧電体能動部と圧電体非能動部との境界近傍の振動板や圧電素子の破壊を防止した液体噴射装置が実現できる。
【００１４】
また、他の態様は、第１導電体層と、該導電体層上に設けられ且つランタンニッケル酸化物からなり配向制御層を兼ねる第２導電体層とからなる第１電極と、該第２共通電極上に設けられた圧電体層と、該圧電体層上に設けられた第２電極とを具備し、前記圧電素子が、前記第１導電体層及び第２導電体層と前記第２電極とで挟まれた第１圧電体能動部と、前記第２導電体層と前記第２電極とで挟まれた第２圧電体能動部とを具備することを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、第１電極と振動板との境界付近の圧電体層の結晶粒の不均一さや結晶の異常成長を解消し、また、圧電体能動部と圧電体非能動部との境界近傍の振動板や圧電素子の破壊を防止した圧電素子が実現できる。
【００１５】
また、他の態様は、上記態様の圧電素子を変位可能に具備することを特徴とするアクチュエーター装置にある。
かかる態様では、第１電極と振動板との境界付近の圧電体層の結晶粒の不均一さや結晶の異常成長を解消し、また、圧電体能動部と圧電体非能動部との境界近傍の振動板や圧電素子の破壊を防止したアクチュエーター装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの要部拡大断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの要部拡大平面図である。
【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１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
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概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、流路形成基板の平面図及びインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向の断面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′線断面の要部を拡大した図、図４は図２の要部拡大平面図である。
【００１８】
図示するように、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。
流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその短手方向である第１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、すなわち、前記第１方向と直交する第２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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、厚さが例えば、４００ｎｍ程度の酸化ジルコニウム等からなる絶縁体膜５５が形成されている。この絶縁体膜５５上には、チタン、ジルコニウム等の酸化物からなり、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。
【００２１】
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する。また、ここでは、基板（流路形成基板１０）上に変位可能に設けられた圧電素子３００を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、絶縁体膜５５、密着層５６及び第１電極６０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または絶縁体膜５５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。
【００２２】
第１電極６０は、導電性を示す材料、例えば、白金、イリジウム、酸化イリジウム又はこれらの積層構造からなるもの、又はランタンニッケル酸化物などの導電性酸化物からなる第１導電体層６１と、この上に設けられたランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）からなりペロブスカイト構造を有する配向制御層を兼ねる第２導電体層６２とからなる。
【００２３】
第２導電体層６２は、結晶の配向面が疑キュービック表示で（１００）面に優先配向しており、この上に積層される圧電体層７０を（１００）に優先配向させる配向制御層として機能する。なお、本発明で「結晶が（１００）面に優先配向している」とは、全ての結晶が（１００）面に配向している場合と、ほとんどの結晶（例えば、９０％以上）が（１００）面に優先配向している場合と、を含むものである。また、第２導電体層６２は、導電性を具備するものであるから、４ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上の厚さとするのが好ましい。また、圧電素子の変位確保の面から、２０ｎｍ以下の厚さとするのが好ましい。
また、第２導電体層６２は、圧電体層７０に鉛が含まれる場合には、鉛拡散機能を有するので、第１導電体層６１に同じく鉛拡散機能を有する白金を用いる必要はない。
【００２４】
圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、Ａは、鉛を含み、Ｂは、ジルコニウムおよびチタンのうちの少なくとも一方を含むことができる。前記Ｂは、例えば、さらに、ニオブを含むことができる。具体的には、圧電体層７０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、シリコンを含むニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮＳ）などを用いることができる。
【００２５】
また、圧電体層７０は、鉛を含まない非鉛系圧電材料、例えば、鉄酸ビスマスや鉄酸マンガン酸ビスマスと、チタン酸バリウムやチタン酸ビスマスカリウムとを含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物などとしてもよい。
第２電極８０は、金属伝導を示す材料であればよく、例えば、白金、イリジウム、酸化イリジウム又はこれらの積層構造からなるものとすることができる。
【００２６】
ここで、図２（ａ）の要部を拡大した図４に示すように、第１電極６０の第１導電体層６１と第２導電体層６２とは異なるパターニング形状を有する。第１導電体層６１は、圧力発生室１２の並設方向（第１方向）に亘って連続的に設けられているが、圧力発生室１２の並設方向と直交する第２方向端部に対向する領域には設けられていない。一方、第２導電体層６２は、基本的には、第２電極８０及び圧電体層７０のパターニング形状と同一であり、圧力発生室１２の並設方向（第１方向）では圧力発生室１２に対向する領域内で圧力発生室１２の短手寸法（第１方向の寸法）より若干小さな寸法でパターニングされ、圧力発生室１２の第２方向（長手方向）では第１導電体層６１の端部を越えて圧力発生室１２の外側に対向する領域まで延設されている。よって、圧電素子３００は、圧力発生室１２の第２方向中央領域で第１導電体層６１、第２導電体層６２、圧電体層７０及び第２電極８０を具備する第１圧電体能動部３１０と、第１圧電体能動部３１０の第２方向外側に延設される、第２導電体層６２、圧電体層７０及び第２電極８０とを具備する第２圧電体能動部３２０とを具備する。
【００２７】
ここで、第１圧電体能動部３１０は、第１導電体層６１及び第２導電体層６２からなる第１電極６０を具備するのに対し、第２圧電体能動部３２０は、第１導電体層６１が存在せずに第２導電体層６２のみからなる第１電極６０を具備するので、第１圧電体能動部３１０と比較して印加される電界が相対的に小さくなり、圧電歪が小さくなる。すなわち、圧力発生室１２の端部近傍に対向する領域では、第１導電体層６１が存在しないので、振動板としては変位し易いが、第１圧電体能動部３１０より相対的に圧電歪が小さい第２圧電体能動部３２０が設けられ、当該第２圧電体能動部３２０が圧力発生室１２の外側に対向する領域まで延設されているので、変位を確保しつつ振動板及び圧電素子３００の破壊を防止できるという効果を奏する。因みに、第１圧電体能動部３１０を圧力発生室１２の外側に対向する領域まで延設してしまうと、第１圧電体能動部３１０とその外側の圧電体非能動部との境界における応力が振動板の変形によって開放されず、この境界に応力集中に起因する焼損やクラック等の破壊が発生する虞がある。本実施形態では、振動板が変形し難い境界付近の非可撓部に圧電歪が小さい第２圧電体能動部３２０を設けられているため、非圧電体能動部との境界の応力集中を低減して破壊を抑制できる。
【００２８】
また、圧電素子３００は、耐湿性を有する絶縁材料からなる保護膜２００によって覆われている。本実施形態では、保護膜２００を圧電体層７０の側面と第２電極８０の側面及び上面の周縁部を覆い、且つ複数の圧電素子３００に亘って連続して設けるようにした。すなわち、第２電極８０の上面の略中心領域である主要部は、保護膜２００が設けられておらず、第２電極８０の上面の主要部を開口する開口部２０１が設けられている。
【００２９】
開口部２０１は、保護膜２００を厚さ方向に貫通して圧電素子３００の長手方向に沿って矩形状に開口するものであり、例えば、流路形成基板１０上の全面に亘って保護膜２００を形成した後、選択的にパターニングすることで形成することができる。
【００３０】
このように圧電素子３００を保護膜２００で覆うことにより、大気中の水分等に起因する圧電素子３００の側面でのリークに起因する破壊を防止することができる。ここで、このような保護膜２００の材料としては、耐湿性を有する材料であればよいが、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）等の無機絶縁材料、または、ポリイミド（ＰＩ）等の有機絶縁材料を用いることができる。
【００３１】
また、保護膜２００に開口部２０１を設けることにより、圧電素子３００（圧電体能動部）の変位を阻害することなく、インク吐出特性を良好に保持することができる。
なお、保護膜２００は、圧電素子３００の少なくとも圧電体層７０の表面を覆うように設ければよく、各圧電素子３００毎に保護膜を設け、複数の圧電素子３００に亘って不連続となるようにしてもよい。
【００３２】
この保護膜２００上には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が設けられている。リード電極９０は、保護膜２００に設けられた連通孔２０２を介して一端部が上電極膜８０に接続されると共に、他端部が流路形成基板１０のインク供給路１４側まで延設され、延設された先端部は、後述する圧電素子３００を駆動する駆動回路１２０と接続配線１２１を介して接続されている。
【００３３】
さらに、圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、連通部１３に対向する領域にマニホールド部３１が設けられた保護基板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、上述したように、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の共通の液体室となるリザーバー１００を構成している。
【００３４】
また、保護基板３０には、圧電素子３００に対向する領域に、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。なお、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。
【００３５】
さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３２とマニホールド部３１との間の領域には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出されている。
【００３６】
また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が実装されている。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。
【００３７】
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（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）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、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のリザーバー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、リザーバー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。
【００３９】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段からインクを取り込み、リザーバー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からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極膜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。
【００４０】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図５〜図１０を参照して説明する。なお、図５〜図７、図９、図１０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製造方法を示す圧力発生室の長手方向の断面図であり、図８は短手方向の断面図である。
【００４１】
まず、図５（ａ）に示すように、流路形成基板１０が複数個一体的に形成されるシリコンウェハである流路形成基板用ウェハー１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン膜５１を形成する。もちろん、弾性膜５０の材料は、二酸化シリコンに限定されず、窒化シリコン膜、ポリシリコン膜、有機膜（ポリイミド、パリレンなど）等にしてもよい。弾性膜５０の形成方法は熱酸化に限定されず、スパッタリング法、ＣＶＤ法、スピンコート法等によって形成してもよい。
次いで、図５（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、スパッタ法等によりジルコニウム（Ｚｒ）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５５を形成する。なお、絶縁体膜５５は、酸化ジルコニウムに限定されず、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ３）等を用いるようにしてもよい。また、絶縁体膜５５を形成する方法としては、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等が挙げられる。
【００４２】
次いで、図５（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上に、チタン、ジルコニウムなどの図示しない密着層、及び、例えば、白金、イリジウムからなる第１導電体層６１を積層し、所定の形状にパターニングする（図４参照）。
【００４３】
次に、図６（ａ）に示すように、パターニングされた第１導電体層６１を覆うように、図６（ｂ）に示すように、ランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）からなる第２導電体層６２を全面に積層する。第２導電体層６２は、スパッタリング法や液相法によって形成することができる。
【００４４】
続いて、図６（ｃ）に示すように、第２導電体層６２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、有機金属化合物を溶媒に溶解・分散した溶液を塗布乾燥し、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７０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を形成できる。圧電体層７０の製造方法は、ＭＯＤ法やゾル−ゲル法に限定されず、例えば、レーザアブレーション法、スパッタリング法、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でもよい。
【００４５】
圧電体層７０の具体的な形成手順をＰＺＴの場合を例として説明する。すなわち、図６（ｃ）に示すように、第２導電体層６２が全面に形成された流路形成基板１０上にチタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及び鉛（Ｐｂ）を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。
【００４６】
次に、乾燥した圧電体前駆体膜７１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）。なお、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。次いで、圧電体前駆体膜７１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７２を形成する（焼成工程）。
【００４７】
このような塗布工程、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、所定の膜厚の圧電体層７０を形成する。ここで、圧電体前駆体膜７１を焼成する工程は、圧電体前駆体膜７１を２〜４層積層毎に、同時に焼成工程を行うようにしてもよい。
【００４８】
このように、本実施形態の圧電体層７０は、従来技術に基づく配向制御のための種チタンや、いわゆる中間チタンなどを排除し、第１導電体層６１をパターニングした後に全面に設けたＬＮＯからなる第２導電体層６２上に、第１層から最上層まで連続して設けられたものであり、（１００）面に優先配向し、厚さ方向での結晶の分断がなく、結晶粒の不均一さや異常成長のない結晶構造を有する。
【００４９】
次に、図７（ａ）、図８（ａ）に示すように、圧電体層７０上全体に亘って、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる第２電極８０を形成する。
次に、図７（ｂ）、図８（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び第２電極８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。圧電体層７０及び上電極膜８０のパターニングとしては、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチング、又はウェットエッチングが挙げられる。ドライエッチングの場合、ＬＮＯからなる第２導電体層６２はエッチングストップ層として機能する。
【００５０】
次に、図７（ｃ）、図８（ｃ）に示すように、圧電体層７０第２電極８０が存在しない領域の第２導電体層６２を、ウェットエッチングにより除去する。
次に、図７（ｄ）、図８（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って保護膜２００を形成した後、保護膜２００を所定形状にパターニングすることにより、開口部２０１及び連通孔２０２を形成する。
【００５１】
次に、図９（ａ）に示すように、リード電極９０を形成する。具体的には、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ことで形成される。
【００５２】
次に、図９（ｂ）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を接合する。
次に、図９（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。
【００５３】
次いで、図１０（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０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。そして、図１０（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。
【００５４】
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。
【００５５】
（実施例１）
上述したものと同一の構造で、ＬＮＯからなる第２導電体層６２の厚さを４ｎｍとしたインクジェット式記録ヘッドを作製した。
かかる圧電素子について、長手方向の断面の第１導電体層６１のパターニング境界の圧電体層の結晶構造を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察し、第１導電体層６１が存在しないで第２導電体層６２上に形成された圧電体層７０の結晶粒子と第１導電体層６１及び第２導電体層６２が存在する領域の圧電体層７０の結晶粒子とを比較し、特に、第１導電体層６１が存在しない領域に大粒が存在しないかを観察した。また、第１導電体層６１のパターニング端部の圧電体層７０に小さい穴などの結晶の異常成長の有無も観察した。
【００５６】
さらに、６０Ｖで２５分間駆動したときのクラックの発生率、２５Ｖで駆動した際の変位量を測定した。また、Ｘ線回折装置によるＸ線回折測定（ＸＲＤ）（２θ／θ）を行い、圧電体層の（１００）面配向率を求めた。
【００５７】
クラック発生率は、圧電素子の電気容量とリーク電流値を測定し、異常素子数/全体測定素子数により求めた。
また、変位量は、ヘテロダイン方式レーザ変位計を用いて測定した。
【００５８】
また、配向率は、以下の式により求めた。
（１００）面配向率（％）＝［（１００）面の回折ピーク強度］／［結晶に起因するすべての回折ピーク強度の総和］×１００
結果を表１に示す。
【００５９】
（実施例２）
ＬＮＯからなる第２導電体層６２の厚さを１２ｎｍとした以外は実施例１と同様にしてインクジェット式記録ヘッドを作製し、同様の試験を行った。
【００６０】
（実施例３）
ＬＮＯからなる第２導電体層６２の厚さを２０ｎｍとした以外は実施例１と同様にしてインクジェット式記録ヘッドを作製し、同様の試験を行った。
【００６１】
（実施例４）
ＬＮＯからなる第２導電体層６２の厚さを３０ｎｍとした以外は実施例１と同様にしてインクジェット式記録ヘッドを作製し、同様の試験を行った。
【００６２】
（比較例１）
ＬＮＯからなる第２導電体層６２の厚さを２ｎｍとした以外は実施例１と同様にしてインクジェット式記録ヘッドを作製し、同様の試験を行った。なお、２ｎｍのＬＮＯは圧電体層７０を形成した際に拡散し、導電体層としては存在しなかった。
【００６３】
（比較例２）
ＬＮＯからなる第２導電体層６２の代わりに厚さ４ｎｍのチタン層を用いた以外は実施例１と同様にしてインクジェット式記録ヘッドを作製し、同様の試験を行った。なお、４ｎｍのチタン層は圧電体層７０を形成した際に拡散し、導電体層としては存在しなかった。
【００６４】
（比較例３）
ＬＮＯからなる第２導電体層６２を設けず、特許文献１に記載されるように、第１電極上に厚さ４ｎｍのチタン層を介して圧電体層の１層目を形成した後、この１層目の圧電体層と共に第１電極をパターニングし、１層目の圧電体層上及び振動板上にさらに厚さ４ｎｍのチタン層を形成した後、残りの圧電体層を形成するようにした以外は実施例１と同様なインクジェットヘッドを作製し、同様に試験した。
【００６５】
（比較例４）
比較例３の第１電極上のチタン層の代わりに厚さを２ｎｍのＬＮＯを用いた以外は、比較例３と同様にしてインクジェット式記録ヘッドを作製し、同様の試験を行った。
【００６６】
【表１】
2014192436.tif 000003
【００６７】
表１に示す結果より、実施例１〜４では、第１導電体層６１が存在しないで第２導電体層６２上に形成された圧電体層７０にも大粒が観察されず、また、第１導電体層６１のパターニング端部の圧電体層７０に小さい穴などの結晶の異常成長も見られなかった。また、この結果に基づくと共に、さらに、上述した通り、圧力発生室１２の長手方向端部で第１導電体層６１が存在せず、その外側に第２圧電体能動部３２０が延設されているので、クラック発生率が顕著に低く、変位量も大きかった。
【００６８】
これに対し、ＬＮＯを実施例１〜４と同様に用いた場合でも、厚さが薄くて第２導電体層６２として存在しない比較例１では、大粒や小穴が観察され、これに基づく共に第２圧電体能動部３２０も形成されないので、クラックの発生率が高かった。
また、ＬＮＯの代わりにチタン層を用いた比較例２では、大粒は観察されなかったものの、小穴が観察され、クラック発生率が高かった。
【００６９】
また、特許文献１に記載の構造の比較例３では、大粒は観察されないものの、圧電体層７０の第一層目のその上の層との境界で結晶が分断される異相が観察され、クラック発生率が高かった。
さらに、特許文献１のチタンの代わりにＬＮＯを用いた比較例４では大粒や小穴が観察され、クラックの発生率が高かった。
【００７０】
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能なものである。
また上述のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１１は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
【００７１】
図１１に示すインクジェット式記録装置において、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に軸方向移動自在に設けられている。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。
【００７２】
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。
【００７３】
なお、上述した実施形態では、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り、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッド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る。
【００７４】
また、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載される圧電素子に限られず、超音波発信機等の超音波デバイス、超音波モーター、圧力センサー、焦電センサー等他の装置に搭載される圧電素子にも適用することができる。また、本発明は強誘電体メモリー等の強誘電体素子にも同様に適用することができる。 
【００７５】
また、本発明は、液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子に限定されず、その他のデバイスにも用いることができる。その他のデバイスとしては、例えば、超音波発信器等の超音波デバイス、超音波モーター、圧電トランス等が挙げられる。また、センサーとして用いられる圧電素子にも本発明は適用可能である。圧電素子が用いられるセンサーとしては、例えば、赤外線センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー及び焦電センサー等が挙げられる。
【符号の説明】
【００７６】
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、  ６０  第１電極、  ６１  第１導電体層、  ６２  第２導電体層、  ７０  圧電体層、  ７１  圧電体前駆体膜、  ７２  圧電体膜、  ８０  第２電極、  ９０  リード電極、  １００  リザーバー、  １２０  駆動回路、  １２１  接続配線、  ３００  圧電素子、  ３１０  第１圧電体能動部、  ３２０  第２圧電体能動部
【図１】
2014192436.tif 000004
【図２】
2014192436.tif 000005
【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】
2014192436.tif 000010
【図８】
2014192436.tif 000011
【図９】
2014192436.tif 000012
【図１０】
2014192436.tif 000013
【図１１】
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