(57)【要約】【課題】セラミックスを一部に含む圧電ユニットにおいて、品質を維持する。【解決手段】圧電ユニットは、セラミックス製の振動板と、振動板を壁とする圧力室を有する基部と、振動板に対して前記基部と反対の側に設けられた誘電体層を有する圧電素子と、を有する。この圧電ユニットでは、振動板の圧電素子側の最も外側の界面は、該界面よりも内側に振動板が内包するセラミックス材料の結晶の粗さよりも平滑化されている。【選択図】図１
2014240152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス製の振動板と、
前記振動板を壁とする圧力室を有する基部と、
前記振動板に対して前記基部と反対の側に設けられた誘電体層を有する圧電素子と、を有する圧電ユニットであって、
前記振動板の前記圧電素子側の最も外側の界面は、該界面よりも内側に前記振動板が内包するセラミックス材料の結晶の粗さよりも平滑化されていることを特徴とする圧電ユニット。
【請求項２】
前記振動板は、前記界面を構成する第１層と、該第１層よりも前記基部側に位置する第２層と、を有し、
前記第１層は、前記第２層と比べて結晶サイズが小さく、平坦化層を構成していることを特徴とする、請求項１に記載の圧電ユニット。
【請求項３】
前記圧電素子は、前記界面と、前記誘電体層との間に設けられた第１電極と、前記誘電体層に対して前記第１電極と反対の側に設けられた第２電極と、を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか一項に記載の圧電ユニット。
【請求項４】
前記第１電極の端部は、前記圧電素子の能動部から非能動部にわたって延在して形成されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電ユニット。
【請求項５】
前記第１電極の端部が前記第２電極の端部よりも長さｄだけ所定方向に長く形成されており、前記長さｄは前記圧電素子を構成する前記誘電体層の厚さよりも大きく設定されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電ユニット。
【請求項６】
前記誘電体層の結晶方位は、（１００）優先配向であることを特徴とする、請求項３又は請求項４のいずれかに記載の圧電ユニット。
【請求項７】
前記請求項１に記載の圧電ユニットと、
前記圧力室と繋がるノズル孔が形成されたノズルプレートを有する液体噴射ヘッド。
【請求項８】
前記請求項７に記載の液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置。
【請求項９】
振動板と、前記振動板を壁とする圧力室を有する基部と、をセラミックス材料で形成する第１の工程と、
前記振動板の前記基部の側と反対の側に、前記振動板が内包するセラミックス材料の結晶の粗さよりも平滑化された界面を形成する第２の工程と、
前記振動板の前記界面に対して、前記基部の側と反対の側に、誘電体層を有する圧電素子を形成する第３の工程と、
を有する圧電ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電ユニット、液体噴射ヘッド、液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電現象を利用して所定の機能を実現する圧電ユニットが知られている。例えば、圧電ユニットは撓み等の機械的な変化を電気的なエネルギーに変化したり、電気的なエネルギーの変化を機械的な変化に変換したりする。
圧電ユニットを用いた製品の一例として、圧電素子とこの圧電素子により圧力変化が生じる流路とを有し、圧電素子を外部から加えられた信号により撓ませることで、流路を変形させて、流路内部の液体を排出するものが開示されている（特許文献１、２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０８４９４２号公報
【特許文献２】特開２０１２−２０１０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧電素子が固定される部位をセラミックスにより構成する場合、このような部位をセラミックスで構成しないものに比べて、圧電素子の圧電定数の低下や、動作の安定性の低下、更には耐久性の低下が問題となることがあった。
そのため、本発明は、セラミックスを一部に含む圧電ユニットにおいて、高性能及び高信頼性化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様の一つとして、セラミックス製の振動板と、前記振動板を壁とする圧力室を有する基部と、前記振動板に対して前記基部と反対の側に設けられた誘電体層を有する圧電素子と、を有する圧電ユニットであって、前記振動板の前記圧電素子側の最も外側の界面は、該界面よりも内側に前記振動板が内包するセラミックス材料の結晶の粗さよりも平滑化されている。
【０００６】
上記のように構成された発明では、セラミックスで構成された振動板と、圧電素子との間には平坦化層が形成されている。そのため、この平坦化層により誘電体層の結晶の向きが揃うため、圧電素子の圧電定数や、動作の安定性、更には耐久性を向上させることができる。
ここで、誘電体層とは、圧電効果又は電歪効果により電気的変化を機械的変化（歪み）に変換する層又はこの逆の変換を行う層である。例えば、圧電材料により構成された圧電体層や、電歪材料により構成された電歪体層、焦電材料により構成された焦電体層、強誘電材料により構成された強誘電体層、又はこれらを組み合わせた層をいう。
また、圧電材料を用いた層であっても、歪みを生じさせる成分には電歪効果の成分が含まれる。従って、圧電という言葉には、圧電、電歪が含まれた簡略表現としても使用する。
【０００７】
また、前記振動板は、前記界面を構成する第１層と、該第１層よりも前記基部側に位置する第２層と、を有し、前記第１層は、前記第２層と比べて結晶サイズが小さく、平坦化層を構成していてもよい。
上記のように構成された発明では、振動板の圧電素子側の結晶サイズを小さくすることで平坦化させており、セラミックスを用いた部材において平坦化層を形成し易くすることができる。
【０００８】
そして、前記圧電素子は、前記界面と、前記誘電体層との間に設けられた第１電極と、前記誘電体層に対して前記第１電極と反対の側に設けられた第２電極と、を有している構成としてもよい。
上記のように構成された発明では、平坦化層の上に金属で構成された下電極を有するため、誘電体層の結晶方位を揃えることができる。
【０００９】
さらに、前記第１電極の端部は、前記圧電素子の能動部から非能動部にわたって延在して形成されている構成としてもよい。
振動板とスペーサーとの接合部は圧電素子が駆動することで応力集中が生じ易く、特に圧力室の長手方向の端部（短辺側）が顕著である。応力集中はクラック発生の要因ともなる。そのため、上記のように構成された発明では、振動板の応力集中が生じやすい部位を下電極により補強することができ、圧電ユニットの耐久性を高めることができる。
【００１０】
また、前記第１電極の端部が前記第２電極の端部よりも長さｄだけ所定方向に長く形成されており、前記長さｄは前記圧電素子を構成する前記誘電体層の厚さよりも大きく設定されていてもよい。
【００１１】
そして、前記誘電体層の結晶方位は、（１００）優先配向としてもよい。
誘電体層の結晶の向きが（１００）優先配向であるため、９０度ドメインの発生を抑制し、圧電定数を高くすることができる。また、（１００）優先配向により、分極軸を安定化させ、圧電体層８２の変位量の変動を少なくすることができる。その結果、圧電素子の機能を高めることができる。
ここで、誘電体層の結晶方位を観察する手法として、例えば、周知の透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope；TEM）、Ｘ線解析を用いた解析により観察することができる。
【００１２】
さらに、本発明は、このような圧電ユニットを備える液体噴射ヘッドに対しても適用することができる。
また、本発明は、このような液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置に対しても適用することができる。
そして、本発明は、圧電ユニットを製造する製造方法の発明としても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】圧電素子８を設けた使用前後の圧電ユニットＵ０を模式的に例示する断面図。
【図２】液体噴射ヘッド１の構成を模式的に例示する分解斜視図。
【図３】（ａ）は図２のＡ１−Ａ１の位置における液体噴射ヘッド１の断面図、（ｂ）は図２のＡ２−Ａ２の位置における液体噴射ヘッド１の断面図。
【図４】圧電ユニットを示す断面図である。
【図５】液体噴射ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図６】液体噴射ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図７】液体噴射装置２００の構成の概略を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を説明する。むろん、以下の実施形態は本発明を例示するものに過ぎず、実施形態に示す特徴の全てが発明の解決手段に必須になるとは限らない。
【００１５】
１．第１の実施形態：
まず、圧電ユニット及び液体噴射ヘッドの例を説明する。図１は、圧電素子８を設けた使用前後の圧電ユニットＵ０を模式的に示す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す断面図のＢの部位を拡大して示す図である。分かり易く示すため、結晶粒子を実際よりも大きくして示している。むろん、振動板の厚みに対する結晶粒子の大きさは特に限定されず、粒子に対する隙間の大きさも特に限定されず、粒子の形状も特に限定されない。図２は、圧電ユニットＵ０を含む液体噴射ヘッド１の構成の概略を例示している。図３（ａ）は、液体噴射ヘッド１を図２のＡ１−Ａ１の位置での断面図を示している。図３（ｂ）は、液体噴射ヘッド１を図２のＡ２−Ａ２の位置での断面図を示している。
【００１６】
上述した図中、符号Ｄ１は圧電ユニットＵ０の厚み方向を示している。符号Ｄ３は、圧電ユニットＵ０の長手方向を示し、例えば、長尺状の圧力室２１の併設方向であり、圧力室２１の幅方向とされる。符号Ｄ４は、圧電ユニットＵ０の短手方向を示し、例えば、圧力室２１の長手方向とされる。各方向Ｄ１，Ｄ３，Ｄ４は、互いに直交するものとするが、互いに交わっていれば直交していなくてもよい。分かり易く示すため、各方向Ｄ１，Ｄ３，Ｄ４の拡大率は異なることがあり、圧電素子８の面積率も異なることがあり、各図は整合していないことがある。
【００１７】
なお、本明細書で説明する位置関係は、発明を説明するための例示に過ぎず、発明を限定するものではない。従って、圧力室の上以外の位置、例えば、下、左、右、等に振動板が配置されることも、本発明に含まれる。また、方向や位置等の同一、直交、等は、厳密な同一、直交、等のみを意味するのではなく、製造時等に生じる誤差も含む意味である。更に、接すること、及び、接合することは、間に接着剤等の介在するものが有ることと、間に介在するものが無いこととの両方を含む。
【００１８】
図１等に示す圧電ユニットＵ０は、振動板１１と、この振動板１１を壁の一部とするスペーサー部（基部）２０と、振動板１１の上部に形成された圧電素子８とを備える。振動板１１とそれ以外の圧力室２１の壁は、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ）や、酸化アルミニウム等のセラミックスにより構成されている。
【００１９】
また、振動板１１は結晶構造が異なる複数の層により構成されている。図１（ｂ）に示す振動板１１では、圧電素子８側に位置する第１層１１ａと、圧力室２１側に位置する第２層１１ｂとで構成されている。第１層１１ａの圧電素子８側の界面は、第２層１１ｂの第１層１１ａ側の界面と比べて結晶粒子が平坦化されている。具体的には、第１層１１ａは第２層１１ｂと比べて、結晶サイズが小さく、又、配列も均一化しており、第２層１１ｂの結晶の粗さに第１層１１ａが密に充填されていることで平滑な界面が得られている。なお、この第１の実施形態では、焼成後は第１層１１ａと第２層１１ｂとは、一体となるため、結晶のサイズが明確に変化する境界が存在するものではない。
また、振動板１１を２層により構成することは一例に過ぎず、第１層１１ａと第２層１１ｂとの間に異なる層を含むものであってもよい。
【００２０】
圧電素子８は、下電極８１（第１電極）と、圧電体層８２（誘電体層）と、上電極８３（第２電極）とで構成されている。下電極８１は、第１層１１ａの直上に形成されており、結晶方位が所定の方向に配向している。下電極８１の材質としては、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の金属またはこれらの酸化物や、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ）や、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ）等の酸化物や、それらの複合物（積層、混相）を用いることができる。
【００２１】
また、圧電体層８２は、スペーサー部２０に形成された圧力室２１の位置に応じて下電極８１の直上に形成されている。圧電体層８２は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）や、チタン酸バリウム（ＢＴｉＯ３）や、鉄酸ビスマス（ＢｉＦｅＯ３）を含む非鉛系材料等の誘電体材料を用いることができる。
なお、この第１の実施形態では、誘電体層として、圧電材料を含んで構成された圧電体層８２を例に説明を行うが、それ以外の誘電体材料を含んで構成された層を用いるものであってもよい。例えば、上記したチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）や、チタン酸バリウム（ＢＴｉＯ３）や、鉄酸ビスマス（ＢｉＦｅＯ３）にニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体を材料とした電歪体層であってもよい。これ以外にも、強誘電体材料により構成された強誘電体層、焦電材料により構成された焦電体層、更に、圧電体層、電歪体層、焦電体層、強誘電体層を組み合わせた層であってもよい。
なお、圧電体層８２の歪み（変形）には電歪成分が含まれるため、圧電という場合、電歪が含まれた簡略表現として使用している。
【００２２】
そして、圧電体層８２の結晶方位は、所定の方位に優先配向している。例えば、圧電体層８２をＰＺＴや、ＢＦＯ−ＢＴＯで構成する場合、結晶方位は、（１００）に優先配向している。さらに、圧電体層８２は、配向度が高くなることで、結晶が柱状に成長している。
ＰＺＴやＢＦＯ−ＢＴＯで形成された圧電体層が（１００）に優先配向することで、９０度ドメインの発生を抑制し、圧電定数を高くすることができる。ここで、圧電体層８２の分極方向に対して直交する場合を９０度ドメイン、並行の場合を１８０度ドメインという。圧電体層８２内の９０度ドメインの数が多くなると、圧電特性の大きな劣化を引き起こすと考えられる。また、（１００）優先配向により、分極軸を安定化させ、圧電体層８２の変位量の変動を少なくすることができる。
【００２３】
圧電体層８２を構成する結晶方位の（１００）の配向度は、７５パーセント以上、好ましくは９５パーセント以上である。また、圧電体層８２の配向度を判断する方法としては、周知のロットゲーリング法を用いることができる。ここで、ロットゲーリング法を用いた配向度とは、Ｘ線回折で得られた各配向のピークの総和を１とした時のそれぞれの配向比率を表し、分母を各ピーク強度の総和とし、分子を任意の配向のピーク強度とした計算方法で求めた平均配向度である。
【００２４】
さらに、圧電体層８２の直上には、上電極８３が形成されている。上電極８３の材質としては、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）等の金属を用いることができる。
【００２５】
スペーサー部２０等をセラミックスで構成する場合、セラミックで構成しない場合に比べて表面が粗くなることが知られている。即ち、セラミックスは紛体の焼結であり、且つ高温で焼結するために結晶が成長し難く、振動板１１の表面が粗くなるからである。また、振動板１１の表面が粗いと、圧電素子８の形成過程において、圧電体層８２を構成する結晶成長が界面の表面粗さに影響を受けて、結晶方位が揃わないことが知られている。即ち、圧電素子８は、振動板１１の上に、下電極８１、圧電体層８２、上電極８３の順に形成されていくが、振動板１１の表面が粗いと、下電極８１を振動板１１上に形成する際、下電極８１の表面も粗くなる。そして、このような下電極８１に対して圧電体層８２を形成すると、圧電体層８２の結晶成長の過程で結晶方位が揃わず、配向度が低くなる。そして、圧電体層８２の配向度が低いと、圧電素子８の性能（圧電定数等）を低下させる場合がある。
【００２６】
さらに、振動板１１の表面が粗いと、圧電体層８２の結晶成長の過程において下電極８１との界面で応力集中が生じ、圧電体層８２にクラックを発生させる要因ともなる。圧電体層８２にクラックが生じると、圧電素子８の耐圧（Ｖ／ｍ）も低下するため、圧電素子８が許容できる電圧や変位量のマージンが低くなり、動作が安定しない。
【００２７】
そこで、本実施形態では、圧電ユニットＵ０をセラミックスで構成することによる問題を緩和するため、振動板１１と圧電素子８との界面に平坦化層（第１層１１ａ）を形成し、上記した課題に対処している。即ち、平坦化層を設けることで、圧電体層８２の結晶方位を揃え、圧電素子８の圧電定数や動作の安定性を高めることができる。
なお、平坦化層を振動板１１の一部の層で形成することは一例に過ぎない。例えば、振動板１１と下電極８１との間に平坦化層として機能する層を設けるものであってもよい。
【００２８】
次に、このような圧電ユニットＵ０を備える液体噴射ヘッド１について説明する。図２に示す液体噴射ヘッド１は、圧電ユニットＵ０と、封止プレート４０や、リザーバープレート５０、更には、ノズルプレート６０を有し、インク（液体）を噴射（吐出）するインクジェット式記録ヘッドである。図７に例示する液体噴射装置２００は、前述のような液体噴射ヘッドを搭載したインクジェットプリンター（記録装置）である。
【００２９】
なお、液体噴射ヘッド１は、封止プレート４０やリザーバープレート５０を必ずしも備える必要は無い。例えば、封止プレートが無い場合にはリザーバープレートを接合基板にすることができ、リザーバープレートも無い場合にはノズルプレートを接合基板にすることができる。また、液体噴射ヘッドはいわゆるコンプライアンスプレート等の他のプレートを備えていてもよく、例えば、コンプライアンスプレートがリザーバープレートとノズルプレートとの間に配置されてもよい。更に、これらのプレートが複数のプレートで構成されてもよいし、複数のプレートの機能を一枚のプレートが備えていてもよい。
【００３０】
振動板部１０は、振動板１１、圧電素子８、リード電極８４、等を有する圧電アクチュエーターである。振動板部１０は、駆動信号ＳＧ１に応じて変形して圧力室２１内の液体に圧力を加える。
振動板１１は、スペーサー部２０の一方の面（表面２０ａ）を封止し、該スペーサー部２０と接する裏面とは反対側の表面に圧電素子８（少なくとも一対の電極と、一対の電極に挟まれた圧電体層とで構成される）、リード電極８４、等が設けられている。振動板の裏面は、圧力室２１の壁面の一部を構成する。すなわち、圧力室２１の壁の一部である振動板１１は、圧電素子８により駆動信号ＳＧ１に応じた変形をする。振動板１１は、矩形板状でもよいし、矩形板状でなくてもよい。
【００３１】
上記したように、振動板１１は、結晶構造等が異なる第１層１１ａと第２層１１ｂとを有する。第１層１１ａは、第２層１１ｂと比べて結晶サイズが小さい。そのため、第１層１１ａと下電極８１との界面は、第２層１１ｂとスペーサー部２０との界面と比べて平坦化されている。本実施形態では、この第１層１１ａにより平坦化層が形成される。
【００３２】
振動板１１は、厚みを例えば１．０〜４．５マイクロメートル（μｍ）とすることができる。振動板１１が薄いと、圧力室２１内の液体が振動板１１を透過する現象（インクパスとも記載する。）が問題となる。しかし、振動板１１を結晶構造が異なる複数層（第１層１１ａ、第２層１１ｂ）で構成することで、結晶間の隙間が連続することを抑制し、液体の透過を抑制することができる。
【００３３】
なお、振動板１１の結晶構造を観察する手法としては、周知の透過型電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope; TEM）、Ｘ線回析を用いて観察することができる。
【００３４】
スペーサー部２０には、厚み方向Ｄ１へ貫通した圧力室２１が形成されている。このスペーサー部２０が振動板１１と接続部３０とに挟まれることにより、圧力室２１が圧電ユニットＵ０の内部に設けられる。スペーサー部２０は、矩形板状でもよいし、矩形板状でなくてもよい。
スペーサー部２０に設けられた各圧力室２１は、長手方向を流路基板の短手方向Ｄ４に向けた長尺状に形成され、流路基板の長手方向Ｄ３へ複数並べられている。圧力室２１同士の間は、隔壁２２とされる。圧力室２１内の液体には、壁の一部である振動板１１の変形により圧力が加わる。圧力室２１の形状は、この形状に限定されるものではなく任意な形状とすることができる。例えば、圧力室２１の幅や長さは、裏面２０ｂ側の長さが表面２０ａ側の長さよりも短くされてもよい。流路基板の長手方向Ｄ３へ並んだ圧力室２１の列は、流路基板の短手方向Ｄ４へ複数並べられてもよい。
【００３５】
圧電素子８は、上記した、下電極８１と、圧電体層８２と、上電極８３とを有する。図２、図３に示す各圧電素子８は、各圧力室２１に対応した位置にある。圧電素子８を駆動制御するための制御回路基板９１は、例えば、上電極８３に対してフレキシブル基板等といったケーブル類９２を介して接続される。電極８１，８３の一方は、共通電極にされてもよい。上下電極の構成金属には、例えば、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｔｉ（チタン）、等の一種以上を用いることができる。
リード電極８４は、下電極８１に接続されてもよいし、上電極８３に接続されてもよい。リード電極の構成金属には、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ、等の一種以上を用いることができる。
【００３６】
図４は、圧電ユニットＵ０の一部を示す断面図である。図４に示すように、圧電体層８２は、第３方向Ｄ３において、上端８２ａ（上電極側の端部）から下端８２ｂ（下電極８１側の端部）にかけて傾斜している。即ち、第３方向Ｄ３において、下端８２ｂが上端８２ａよりもｄだけ長くなっている。圧電体層８２は、電界が生じると端部において電界集中が顕著となる。電界が集中すると、絶縁破壊や、圧電体層８２が変形する際、電界が集中する部位と集中しない部位との間で応力差が生じクラックの原因となる。そのため、圧電体層８２の端部に傾斜を設けることで、電界集中を緩和し、圧電体層８２に生じるクラックを抑制している。尚、長さｄは圧電体層８２の厚さ以上であることが好ましいがこれに限定されない。
【００３７】
また、図４に示すように、振動板１１の内、圧電素子８の変形による力が直接的に加えられる部位を圧電素子８の能動部１１１と記載する（図中、矢印で示す領域、）。また、振動板１１の圧力室２１と対向する近傍の部位の内、圧電素子８の変形により直接的に力が加えられない部位を非能動部１１２と記載する。これとは、異なり、振動板１１の内、圧電素子８の変形に応じて変形する部位を振動板１１の能動部とも記載する。以下、能動部１１１、非能動部１１２と記載するときは、圧電素子８の能動部及び非能動部を意味する。図４では、能動部１１１は、圧力室２１の壁となる振動板１１の内、下電極８１、圧電体層８２、上電極８３の重なる領域である。また、非能動部１１２は能動部１１１以外の領域である。なお、能動部１１１、非能動部１１２の位置はこれに限定されない。
【００３８】
ここで、下電極８１の端部８１ａは、第３方向Ｄ３において振動板１１の能動部及び非能動部にまでおよんでいる。即ち、下電極８１の端部８１ａは能動部１１１と非能動部１１２の境界まで達している。能動部１１１と非能動部１１２との境界は、圧電素子８の変形により応力集中が生じ易く、振動板１１にクラックが生じやすい。そのため、本実施形態では、能動部１１１と非能動部１１２との境界を下電極８１でその一部から全領域を覆うことで、振動板１１を保護している。下電極８１で覆うことによって、振動板１１の撓む部分のコンプライアンス機能が下がり、しいては振動板１１の変形量が低下する。従って、下電極８１で覆う部位は補強する必要がある箇所、例えば前述した長手方向の端部とすることが好ましい。
【００３９】
接続部３０には、各圧力室２１に連通する位置で厚み方向Ｄ１へ貫通した液体の供給孔３１及びノズル連通孔３２が形成されている。すなわち、接続部３０は、孔３１，３２を除いてスペーサー部２０における表面２０ａとは反対側の他方の面（裏面２０ｂ）を封止する。接続部３０は、矩形板状でもよいし、矩形板状でなくてもよい。各供給孔３１は各圧力室２１の長手方向（Ｄ４）の一端に対応する位置に設けられ、各ノズル連通孔３２は各圧力室２１の長手方向（Ｄ４）の他端に対応する位置に設けられている。孔３１，３２及び圧力室２１は、圧電ユニットＵ０の液体流路Ｆ１となる。
【００４０】
なお、振動板１１、スペーサー部２０及び接続部３０は、一体焼成をすることで一体の圧電ユニットＵ０となっている。なお、圧電ユニットといった場合には、接続部３０が無くてもよい。
【００４１】
接続部３０の裏面３０ｂに接合される封止プレート４０には、厚み方向Ｄ１へ貫通した液体の共通供給孔４１、ノズル連通孔４２、及び、リザーバー５１への液体導入孔４３（図３（ａ）参照）が形成されている。共通供給孔４１は、長手方向を封止プレート４０の長手方向Ｄ３に向けた長尺状に形成され、接続部の複数の供給孔３１に連通する位置に設けられている。各ノズル連通孔４２は、接続部の各ノズル連通孔３２に連通する位置に設けられている。液体導入孔４３は、圧電ユニットＵ０に接しない位置に設けられている。封止プレートの裏面４０ｂは、リザーバー５１の壁面の一部を構成する。
【００４２】
リザーバープレート５０には、厚み方向Ｄ１へ貫通したリザーバー５１及びノズル連通孔５２が形成されている。リザーバー５１は、共通供給孔４１と液体導入孔４３とに連通した共通インク室である。各ノズル連通孔５２は、封止プレートの各ノズル連通孔４２に連通する位置に設けられている。
【００４３】
ノズルプレート６０には、各ノズル連通孔５２に連通する位置で厚み方向Ｄ１へ貫通したノズル６２が形成されている。ノズルプレート６０の裏面は、ノズル６２から液滴を噴射するノズル面６０ｂとされる。図２、図３に示すノズルプレート６０は、各圧力室２１に連通するノズル６２が所定方向（Ｄ３）へ所定間隔で並べられたノズル列を有している。複数のノズルは、千鳥状に配置されてもよい。
なお、上記プレート４０，５０，６０を含む種々のプレートの材料には、例えば、ステンレスやニッケルといった金属、合成樹脂、セラミックス、等の一種以上を用いることができる。
【００４４】
上述した液体噴射ヘッド１において、インク等の液体は、液体導入孔４３から導入されてリザーバー５１内を満たし、共通供給孔４１及び個別の供給孔３１を通って圧力室２１内を満たす。制御回路基板９１からの駆動電圧（駆動信号ＳＧ１）に応じて振動板１１を圧力室２１側へ膨らませるように圧電素子８が変形すると、それに応じて振動板１１も変形し、振動板１１の変形により圧力室２１内の液体の圧力が高まり、ノズル連通孔３２，４２，５２を介してノズル６２から液滴が噴射される。
【００４５】
次に、図１〜３とともに図５、図６を参照して、液体噴射ヘッドの製造方法を例示する。図５、図６は、液体噴射ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【００４６】
まず、図５（ａ）に示すように、第２層１１ｂとスペーサー部２０のセラミック製の基材を少なくとも含む前駆体１１０ｂ、１２０、１３０を形成する。ここでは、前駆体１１０ｂ、１２０、１３０として、ジルコニア（ＺｒＯx）に希土類酸化物又は第２族元素を異なるモル比でそれぞれ添加した粉体をバインダー等に分散したペーストをシート状に成形したグリーンシートを用いる。
【００４７】
グリーンシートの成形には、ドクターブレード装置やリバースロールコーター装置等といった一般的な装置を用いることができる。スペーサー部２０用のグリーンシート１２０、及び、接続部３０用のグリーンシート１３０には、切断や切削や打ち抜き等といった機械加工やレーザー加工を施す。これにより、圧力室２１を有するシート状のスペーサー部前駆体１２０が得られ、孔３１，３２を有するシート状の接続部前駆体１３０が得られる。振動板１１用のグリーンシート１１０ｂは、必要無ければ加工は不要である。そして、振動板前駆体１１０ｂとスペーサー部前駆体１２０と接続部前駆体１３０とを積層する。
前駆体はシート状に形成する以外にも、型を用いた転写により形成してもよい。
また、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を添加したのは、バインダー等に含まれる炭素を除去することを目的としたものであり、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が添加されていなくともよい。
【００４８】
次いで、上記前駆体を一体焼成し、図５（ｂ）に示すように圧電ユニット本体１０１を形成する（第１の工程Ｓ１）。焼成温度は、一体化されたセラミック製圧電ユニット本体が形成される温度であれば特に限定されず、例えば、１３００〜１５００℃程度とすることができる。焼成前に、焼成温度よりも低い脱脂温度で加熱して前駆体１００を脱脂してもよい。更に、脱脂前に、脱脂温度よりも低い乾燥温度で加熱して前駆体を乾燥させてもよい。得られる圧電ユニット本体１０１は、特別な接着処理等を加える必要が無く、各部１１ｂ，２０，３０の重ね合わせ面のシール性が得られる。
なお、圧電ユニット本体は、セラミック粉体とバインダーと溶媒を含むスラリーを用いるゲルキャスト法等により形成してもよい。
【００４９】
次に、図５（ｃ）に示すように、圧電ユニット本体１０１の第２層１１ｂ側に第１層１１ａを形成する（第２の工程：Ｓ２）。その方法として、振動板１１（スペーサー部２０）の第２層１１ｂ側に、ジルコニアアルコキシド及び酢酸ジルコニア等の有機金属を溶媒に分散させた溶液を塗布し、第１層１１ａの前駆体を形成する。前駆体を塗布する方法としては、周知のスピンコート法を用いることができる。そして、前駆体が形成された圧電ユニット本体１０１を１００度〜３００度で脱脂する。そして、圧電ユニット本体１０１を５００度〜７００度で焼成することで、第２層１１ｂ上に第１層１１ａを形成する。
【００５０】
ここで、溶液法を用いて形成することで、第１層１１ａを５００度〜７００度といった第２層１１ｂと比べて低い温度で焼成することができる。焼成温度が低ければ、ジルコニア結晶の成長速度を遅らせることができるため、第１層１１ａの結晶サイズを第２層１１ｂに比べて小さくすることができる。即ち、第１層１１ａを平坦化させることができる。
【００５１】
次に、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、振動板１１の上に圧電素子８を形成する（第３の工程：Ｓ３）。
そのため、まず、図６（ａ）に示すように、振動板１１（第１層１１ａ）上に下電極８１を形成する。その方法として、まず、振動板１１上に、スパッター法を用いて下電極層を形成する。次に、下電極層に対して、フォトリソグラフィーを用いて圧力室２１のパターンに応じて露光する。そして、下電極８１となる部位以外のレジストを除去し、後に反応性ドライエッチング、イオンミリング等でパターニングして振動板１１上に下電極８１を形成する。
【００５２】
下電極８１を、スパッター法を用いて形成することで、振動板１１上に結晶方位が揃った下電極８１を形成することができる。これ以外にも、下電極８１の形成方法は、配向度を高くできるものであれば、周知の溶液法といった他の手法を用いるものであってもよい。
【００５３】
そして、図６（ｂ）に示すように、下電極８１の上部に圧電体層８２及び上電極８３の元となる層１８２、１８３を形成する。層１８２の形成方法としては、ＰＺＴを用いる場合は、ＰＺＴ等を構成する金属を含んだ金属アルコキシド又は金属酢酸塩等を溶媒に分解したＰＺＴ液体をスピンコート法により下電極８１上に塗布し、前駆体を形成する。次に、前駆体を１００度〜３００度で脱脂した後、前駆体を６００度〜７００度で焼成し、層１８２を形成する。ここで、上記塗布、脱脂、焼成の一連の工程は、層１８２が所望の膜厚（例えば、１〜３マイクロメートル）になるまで、繰り返し行われる。そして、層１８２の上に上電極８３の元となる層１８３を、スピンコート法等を用いて形成する。
【００５４】
さらに、図６（ｃ）に示すように、層１８２、１８３に対してパターニングを行い、圧力室２１に応じた圧電体層８２及び上電極８３を形成する。圧電体層８２、上電極８３を形成するためのパターニング方法としては、下電極８１と同様に周知のフォトリソグラフィーを用いることができる。
上記した圧電素子８の形成方法以外にも、レジストパターンを振動板上に形成し、振動板全面上に電極や圧電体層を形成した後にレジストパターンとともに電極や圧電体層を除去してもよい。
【００５５】
その後、圧電ユニットＵ０、封止プレート４０、リザーバープレート５０、及び、ノズルプレート６０を接合し、制御回路基板９１をケーブル類９２で圧電素子８に接続する。部材Ｕ０，４０，５０，６０間の接合は、プレートと略同じ孔を形成した熱圧着用接着シートを部材間に挟んだ状態で部材同士を熱圧着する方法、液状の接着剤を部材間に塗布する方法、熱圧着性（自己圧着性）を有する部材を用いて部材同士を熱圧着する方法、等が可能である。制御回路基板９１の接続は、部材Ｕ０，４０，５０，６０間の一部又は全部を接合する前に行ってもよい。
以上により、図３（ａ），（ｂ）で示したような液体噴射ヘッド１が製造される。
【００５６】
以上、説明したようにこの第１の実施形態では、セラミックス製の振動板と圧電素子との間には平坦化層が形成されている。そのため、この平坦化層により圧電素子に含まれる圧電材料で形成された層の結晶方位が揃うため、圧電素子の圧電定数や、動作の安定性、更には耐久性を向上させることができる。
【００５７】
また、平坦化の手法として振動板の圧電素子側の結晶サイズを小さくすることで、セラミックスを用いた部材において平坦化層を形成し易くすることができる。
【００５８】
そして、平坦化層の上に金属で構成された下電極を有するため、圧電体層の結晶方位をより揃えることができる。
さらに、下電極の端部が、振動板の能動部と非能動部の境界に及んでいることで、応力集中が生じやすい部位を下電極により補強することができ、圧電ユニットの耐久性を高めることができる。
また、圧電体層の結晶の向きが（１００）優先配向であるため、圧電体層の圧電定数を高めて圧電ユニットの性能、分極軸を安定にして信頼性を高めることが可能となる。
【００５９】
２．その他の実施形態：
図７は、液体噴射ヘッド１を記録ヘッドとして有するインクジェット式の記録装置である液体噴射装置２００の外観を示している。液体噴射ヘッド１を記録ヘッドユニット２１１，２１２に組み込むと、液体噴射装置２００を製造することができる。図７に示す液体噴射装置２００は、記録ヘッドユニット２１１，２１２のそれぞれに、液体噴射ヘッド１が設けられ、外部インク供給手段であるインクカートリッジ２２１，２２２が着脱可能に設けられている。記録ヘッドユニット２１１，２１２を搭載したキャリッジ２０３は、装置本体２０４に取り付けられたキャリッジ軸２０５に沿って往復移動可能に設けられている。駆動モーター２０６の駆動力が図示しない複数の歯車及びタイミングベルト２０７を介してキャリッジ２０３に伝達されると、キャリッジ２０３がキャリッジ軸２０５に沿って移動する。図示しない給紙ローラー等により給紙される記録シート２９０は、プラテン２０８上に搬送され、インクカートリッジ２２１，２２２から供給され液体噴射ヘッド１から噴射されるインク滴により印刷がなされる。
【００６０】
本発明は、種々の変形例が考えられる。
第１の実施形態において、第１層１１ａと第２層１１ｂのグリーンシートの粉体の粒径をそれぞれ異ならせることで、第１層１１ａを平坦化させてもよい。
【００６１】
液体噴射装置は、印刷中に液体噴射ヘッドが移動しないように固定されて、記録シートを移動させるだけで印刷を行ういわゆるラインヘッド型のプリンターでもよい。
液体噴射ヘッドから吐出される液体は、液体噴射ヘッドから吐出可能な材料であればよく、染料等が溶媒に溶解した溶液、顔料や金属粒子といった固形粒子が分散媒に分散したゾル、等の流体が含まれる。このような流体には、インク、液晶、等が含まれる。液体噴射ヘッドは、プリンターといった画像記録装置の他、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造装置、有機ＥＬディスプレーやＦＥＤ（電解放出ディスプレー）等の電極の製造装置、バイオチップ製造装置、等に搭載可能である。
【００６２】
また、圧電ユニットを用いる製品は、液体噴射ヘッドや液体噴射装置に限定されない。即ち、圧電ユニットは、機械的な変化や電磁波（光）・音波の変化を電気的な変化に変換する赤外線センサー、力センサー、加速度センサー、ジャイロ、超音波センサーの一部として用いても良い。
【００６３】
圧電素子は、薄膜型に限定されず、圧電材料と電極材料とを交互に積層させた積層型、縦振動させて各圧力室に圧力変化を与える縦振動型、等でもよい。更には、そのほかの様々な圧電ユニットに適用することができる。
【００６４】
振動板は、液体流路を形成するスペーサー部や接続部とは別に焼成されて形成されてからスペーサー部に接合されてもよい。スペーサー部や接続部は、金属、合成樹脂、等、セラミック製でなくてもよい。
【００６５】
また、上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態及び変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も実施可能である。本発明は、これらの構成等も含まれる。
【符号の説明】
【００６６】
１…液体噴射ヘッド、８…圧電素子、１０…振動板部、１１…振動板、１１ａ…第１層、１１ｂ…第２層、２０…スペーサー部、２１…圧力室、３０…接続部、３１…供給孔、３２…ノズル連通孔、４０…封止プレート、５０…リザーバープレート、５１…リザーバー、６０…ノズルプレート、６２…ノズル、２００…液体噴射装置、Ｕ０…圧電ユニット
【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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