(57)【要約】【課題】  高密度化及び小型化が可能で且つ十分な変位が得られる積層型の圧力発生手段を備えた液滴吐出ヘッドを得る。【解決手段】  圧電素子２０を構成する圧電体層２２及び正電極層２４Ａ、負電極層２４Ｂを振動板１８の面方向に沿って積層する。製造においては、堆積法で成膜した薄膜の圧電体層２２は半導体プロセス（ドライエッチング）で加工し、圧電体層２２間に交互する導電材料は電気メッキ法で成膜する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板上に設けられた圧力発生手段によって圧力室内の液体を加圧することにより、前記圧力室と連通されたノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、
前記圧力発生手段を構成する電歪材料により形成された圧電体層と導電性材料により形成された電極層とが前記振動板の面方向に沿って積層されていることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記電極層が備える正電極層及び負電極層が櫛歯状とされ互いに噛み合うように配置されていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記電極層が備える正電極層及び負電極層が帯状とされていることを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
前記帯状の正電極層及び負電極層と前記圧電体層とが前記圧力発生手段の外周形状に沿った周回状で、且つ、圧力発生手段の内外方向に交互に積層配置されていることを特徴とする請求項３項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項５】
前記帯状の正電極層及び負電極層が渦巻状に配置されていることを特徴とする請求項３記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項６】
前記圧力発生手段の外形の略中心部に、前記周回状又は前記渦巻状に配置された正電極層及び負電極層の略中心部が配置されていることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項７】
前記圧力発生手段の変位方向が４方向以上とされていることを特徴とする請求項４〜請求項６の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項８】
前記圧電体層及び前記電極層が半導体プロセスにより形成されて積層構造とされていることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項９】
前記圧電体層は、前記振動板上に成膜されてから半導体プロセスにより前記電極層を設けるための層状空間が形成されることを特徴とする請求項８記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１０】
前記圧電体層及び前記電極層がフォトリソプロセスを用いて積層構造に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１１】
前記圧電体層は、前記振動板上にフォトリソプロセスにより形成されたフォトレジストを介して成膜されてからそのフォトレジストが除去されることにより前記電極層を設けるための層状空間が形成されることを特徴とする請求項１０記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１２】
前記電極層は、前記振動板上にフォトリソプロセスにより形成されたフォトレジストを介して形成されてからそのフォトレジストが除去されることにより前記圧電体層を設けるための層状空間が形成されることを特徴とする請求項１０記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１３】
前記電極層に電気信号を供給するための電極端子、及び、電極端子と電極層とを電気的に接続する配線電極が前記振動板上にそれぞれ形成されるとともに、前記配線電極と電極層とが前記圧力発生手段の下面部で接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項１２の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１４】
前記電極端子が備える正極端子及び負極端子が前記振動板上に２層に分離形成されていることを特徴とする請求項１３記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１５】
前記電極層に電気信号を供給するため電極端子が、前記圧力発生手段の側面に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項１２の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１６】
前記圧力発生手段は、下面の略全面が前記振動板に面接していることを特徴とする請求項１〜請求項１５の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１７】
前記圧力発生手段に前記正電極層及び前記負電極層が複数組設けられ、その複数組の正電極層及び負電極層の各組にそれぞれ電気信号を供給するタイミングを変更することにより圧力発生手段の変位量を調整することを特徴とする請求項１〜請求項１６の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１８】
前記複数組の正電極層及び負電極層の各組が圧力発生手段の中心部側と外周部側との間で複数に分割配置されていることを特徴とする請求項１７記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項１９】
複数の前記圧力発生手段を備え、その複数の圧力発生手段が前記振動板上におけるアクティブ領域に対応し互いに近接して配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項１８の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項２０】
前記圧力発生手段は、前記電極層に替えて熱歪材料により形成された発熱体層と、前記圧電体層に替えて前記発熱体層とは異なる熱膨張係数の材料により形成された基材層と、を有することを特徴とする請求項１〜請求項１９の何れか１項記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項２１】
請求項１〜請求項２０の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置に係り、詳細には、振動板上に設けられた積層型の圧力発生手段よって圧力室内の液体を加圧することによりノズルからインク滴を吐出し記録媒体に印字を行うインクジェット記録ヘッド等に適用される液滴吐出ヘッド、及び、インクジェット記録装置等に用いられる液滴吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録ヘッドに用いられる圧電素子には、単層の圧電体層を正負電極で挟んだ構造の単層型（ベンダー型）、あるいは、圧電縦効果を利用して変位させる積層型（例えば、特許文献１参照）や、ペースト状圧電材料と導電材料（グリーンシート）とをそれぞれ層状に交互に積層して焼成した圧電板を所定の幅で切断して形成した積層型（例えば、特許文献２参照）などがある。
【特許文献１】特開昭６３−２９５２６９号公報
【特許文献２】特開平４−１０５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、単層型圧電素子では、圧電体層が単層構造であるため十分な変位が得られず、また、正負電極が圧電体層を挟み上下に分離して配置されるため、電極間に大きな段差を生じて各電極に接続する配線パターンの引き回しが複雑になる。
【０００４】
一方、従来の積層型圧電素子では、圧電体層と電極層とを交互に積層して作製しているため、接合工程が多く製造プロセスが複雑であり、高価となる。また、積層間隔が容易に狭められないため、高密度化及び小型化を実現することが困難で、この積層型圧電素子圧電素子を複数備えたインクジェット記録ヘッドではサイズが大きくなってしまう。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮して、高密度化及び小型化が可能で且つ十分な変位が得られる積層型の圧力発生手段を備えた液滴吐出ヘッドを提供することを課題とする。また、また、その液滴吐出ヘッドを備えることでヘッド構成が簡素化及び小型化され低コストで十分な液滴吐出性能が得られる液滴吐出装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、振動板上に設けられた圧力発生手段によって圧力室内の液体を加圧することにより、前記圧力室と連通されたノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力発生手段を構成する電歪材料により形成された圧電体層と導電性材料により形成された電極層とが前記振動板の面方向に沿って積層されていることを特徴としている。
【０００７】
請求項１に記載の発明では、積層型の圧力発生手段を構成する圧電体層と電極層とを振動板の面方向に沿って積層することにより、それらの各層を交互に積層しなくとも作製できるようになるため、製造プロセスが簡素化されるとともに、十分な変位が得られる圧力発生手段を一体的に形成できる。また、各層を交互に積層しないことで、積層間隔を狭め高密度化及び小型化できるようになる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記電極層が備える正電極層及び負電極層が櫛歯状とされ互いに噛み合うように配置されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、正電極層及び負電極層を櫛歯状とし互いに噛み合うように配置することにより、圧電体層及び電極層を振動板の面方向に沿って積層する構成を実現しつつ、例えば、正電極層及び負電極層にそれぞれ電気信号を供給するために電気的に接続される各極の配線電極が同一層に容易に形成できるようになり、配線構造を簡素化することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記電極層が備える正電極層及び負電極層が帯状とされていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、正電極層及び負電極層を帯状とすることにより、積層間隔をより狭めて更なる高密度化及び小型化が可能となる。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記帯状の正電極層及び負電極層と前記圧電体層とが前記圧力発生手段の外周形状に沿った周回状で、且つ、圧力発生手段の内外方向に交互に積層配置されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項４項記載の発明では、帯状の正電極層及び負電極層と圧電体層とを、圧力発生手段の外周形状に沿った周回状で、且つ、圧力発生手段の内外方向に交互に積層配置することにより、この圧力発生手段では、周回状とされた正電極層及び負電極層の略中心部から略放射状に外方へ又は内方へ変位するようになるため、より大きな変位量が得られる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項３記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記帯状の正電極層及び負電極層が渦巻状に配置されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項５項記載の発明では、帯状の正電極層及び負電極層と圧電体層とを渦巻状に配置することにより、この圧力発生手段では、渦巻状とされた正電極層及び負電極層の略中心部から略放射状に内方へ又は外方へ変位するようになるため、より大きな変位量が得られる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項４又は請求項５記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力発生手段の外形の略中心部に、前記周回状又は前記渦巻状に配置された正電極層及び負電極層の略中心部が配置されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項６項記載の発明では、圧力発生手段の外形の略中心部に、周回状又は渦巻状に配置した正電極層及び負電極層の略中心部を配置することにより、この圧力発生手段では、圧力発生手段の略中心部に対し、周辺部が略均等に偏りなく内外方向へ変位するようになり、変位動作が安定する。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項４〜請求項６の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力発生手段の変位方向が４方向以上とされていることを特徴としている。
【００１９】
請求項７項記載の発明では、圧力発生手段を４方向以上に変位させることにより、例えば、２方向に変位させる場合に比べてより大きな変位量が得られる。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項７の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電体層及び前記電極層が半導体プロセスにより形成されて積層構造とされていることを特徴としている。
【００２１】
請求項８項記載の発明では、圧電体層及び電極層を、例えば薄膜、メッキ、エッチング等の半導体プロセスにより形成して積層構造とすることにより、簡単な製造方法で、十分な変位が得られる圧力発生手段を一体的に形成できる。
【００２２】
請求項９に記載の発明は、請求項８記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電体層は、前記振動板上に成膜されてから半導体プロセスにより前記電極層を設けるための層状空間が形成されることを特徴としている。
【００２３】
請求項９項記載の発明では、圧電体層を振動板上に成膜してから電極層を設けるための層状空間を半導体プロセスで形成することにより、このような簡単な製造工程で、一体構造の積層型圧力発生手段を作製することができる。
【００２４】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項７の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電体層及び前記電極層がフォトリソプロセスを用いて積層構造に形成されていることを特徴としている。
【００２５】
請求項１０項記載の発明では、圧電体層及び電極層をフォトリソプロセスを用いて積層構造に形成することにより、簡単な製造方法で、十分な変位が得られる圧力発生手段を一体的に形成できる。
【００２６】
請求項１１に記載の発明は、請求項９記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧電体層は、前記振動板上にフォトリソプロセスにより形成されたフォトレジストを介して成膜されてからそのフォトレジストが除去されることにより前記電極層を設けるための層状空間が形成されることを特徴としている。
【００２７】
請求項１１項記載の発明では、振動板上にフォトリソプロセスにより形成したフォトレジストを介して圧電体層を成膜し、その後にフォトレジストを除去して電極層を設けるための層状空間を形成することにより、このような簡単な製造工程で、一体構造の積層型圧力発生手段を作製することができる。
【００２８】
請求項１２に記載の発明は、請求項１０記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記電極層は、前記振動板上にフォトリソプロセスにより形成されたフォトレジストを介して形成されてからそのフォトレジストが除去されることにより前記圧電体層を設けるための層状空間が形成されることを特徴としている。
【００２９】
請求項１２項記載の発明では、振動板上にフォトリソプロセスにより形成したフォトレジストを介して電極層を形成し、その後にフォトレジストを除去して圧電体層を設けるための層状空間を形成することにより、このような簡単な製造工程で、一体構造の積層型圧力発生手段を作製することができる。
【００３０】
請求項１３に記載の発明は、請求項１〜請求項１２の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記電極層に電気信号を供給するための電極端子、及び、電極端子と電極層とを電気的に接続する配線電極が前記振動板上にそれぞれ形成されるとともに、前記配線電極と電極層とが前記圧力発生手段の下面部で接続されていることを特徴としている。
【００３１】
請求項１３に記載の発明では、電極端子及び配線電極を振動板上に形成し、配線電極と圧力発生手段の電極層は、圧力発生手段の下面部で接続することにより、電極端子と配線電極の間、及び、配線電極と電極層との接続部において段差等が生じることはなく、電極端子の形成、配線電極の形成（引き回し）及び電極層との接続が容易となり、配線及び接続構造の簡素化と製造性の向上が図られる。
【００３２】
請求項１４に記載の発明は、請求項１３記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記電極端子が備える正極端子及び負極端子が前記振動板上に２層に分離形成されていることを特徴としている。
【００３３】
請求項１４に記載の発明では、正極端子及び負極端子を振動板上に２層に分離して形成することにより、正極端子及び負極端子にそれぞれ電気的に接続する各配線のレイアウトが容易となる。
【００３４】
請求項１５に記載の発明は、請求項１〜請求項１２の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記電極層に電気信号を供給するため電極端子が、前記圧力発生手段の側面に形成されていることを特徴としている。
【００３５】
請求項１５に記載の発明では、圧力発生手段の側面に電極端子を形成することにより、例えば複数の圧力発生手段を振動板上に並列配置する場合に、電極端子の設置スペースが小さくされ各圧力発生手段を近接配置できるようになる。これにより、液滴吐出ヘッドのノズルピッチを小さくすることができる。
【００３６】
請求項１６に記載の発明は、請求項１〜請求項１５の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力発生手段は、下面の略全面が前記振動板に面接していることを特徴としている。
【００３７】
請求項１６に記載の発明では、圧力発生手段の下面の略全面を振動板に面接させることにより、下面部に段差の無いシンプルな構造にすることができる。
【００３８】
請求項１７に記載の発明は、請求項１〜請求項１６の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力発生手段に前記正電極層及び前記負電極層が複数組設けられ、その複数組の正電極層及び負電極層の各組にそれぞれ電気信号を供給するタイミングを変更することにより圧力発生手段の変位量を調整することを特徴としている。
【００３９】
請求項１７に記載の発明では、圧力発生手段の変位量を調整することで、ノズルから吐出する液滴の量（大きさ）を調整することが可能となる。
【００４０】
請求項１８に記載の発明は、請求項１７記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記複数組の正電極層及び負電極層の各組が圧力発生手段の中心部側と外周部側との間で複数に分割配置されていることを特徴としている。
【００４１】
請求項１８に記載の発明では、正電極層及び負電極層の各組を圧力発生手段の中心部側と外周部側との間で複数に分割して配置することにより、各組を個別に駆動したときの排除体積の差が大きくなり、吐出液滴量の階調幅が広くなる。
【００４２】
請求項１９に記載の発明は、請求項１〜請求項１８の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいて、複数の前記圧力発生手段を備え、その複数の圧力発生手段が前記振動板上におけるアクティブ領域に対応し互いに近接して配置されていることを特徴としている。
【００４３】
請求項１９に記載の発明では、複数の圧力発生手段を振動板上におけるアクティブ領域に対応し互いに近接して配置することにより、液滴吐出ヘッドのノズルピッチを小さくすることができる。
【００４４】
請求項２０に記載の発明は、請求項１〜請求項１９の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記圧力発生手段は、前記電極層に替えて熱歪材料により形成された発熱体層と、前記圧電体層に替えて前記発熱体層とは異なる熱膨張係数の材料により形成された基材層と、を有することを特徴としている。
【００４５】
請求項２０に記載の発明では、上記の電極層に替えて熱歪材料により形成された発熱体層と、上記の圧電体層に替えて発熱体層とは異なる熱膨張係数の材料により形成された基材層と、を有する熱変位型の圧力発生手段に適用した場合でも、請求項１〜請求項１９と同様の作用・効果が得られる。
【００４６】
請求項２１に記載の発明は、請求項１〜請求項１９の何れか１項記載の液滴吐出ヘッドを備えることを特徴としている。
【００４７】
請求項２１に記載の発明では、高密度化及び小型化が可能で且つ必要十分な変位が得られる積層型の圧力発生手段を有する液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置であれば、ヘッド構成が簡素化及び小型化され低コストで必要十分な液滴吐出性能が得られる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明の液滴吐出ヘッドは上記構成としたので、搭載する積層型の圧力発生手段の高密度化及び小型化が可能で且つ十分な変位が得られる。また、本発明の液滴吐出装置は上記構成としたので、搭載する液滴吐出ヘッドのヘッド構成が簡素化及び小型化され低コストで十分な液滴吐出性能が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置について説明する。
【００５０】
（第１の実施形態）
まず、図３６を用いてインクジェット記録装置３００の概要を説明する。なお、記録媒体は記録紙Ｐとして説明する。また図３６では、インクジェット記録装置３００における記録紙Ｐの搬送方向を副走査方向として矢印Ｓで表し、その搬送方向と直交する方向を主走査方向として矢印Ｍで表す。
【００５１】
図３６に示されるように、本実施形態のインクジェット記録装置３００は、ブラック、イエロー、マゼンタ、シアンの各インクジェット記録ユニット３３０（インクジェット記録ヘッド１０）を搭載するキャリッジ３１２を備えている。キャリッジ３１２は、記録紙Ｐの搬送方向上流側に一対のブラケット３１４が突設されており（図では片側のブラケット３１４のみを示している）、この一対のブラケット３１４にそれぞれ形成された円形孔には、主走査方向に架設されたシャフト３２０が挿通されている。
【００５２】
キャリッジ３１２に対し主走査方向の両端側には、主走査機構３１６を構成する駆動プーリー（図示省略）と従動プーリー（図示省略）が配設されている。これらの駆動プーリーと従動プーリーとに巻回されて、主走査方向に走行するタイミングベルト３２２の一部がキャリッジ３１２に固定されている。これにより、キャリッジ３１２は、駆動プーリーの回転駆動によってタイミングベルト３２２が主走査方向に走行すると、一対のブラケット３１４がシャフト３２０にガイドされて主走査方向に往復移動する。
【００５３】
インクジェット記録装置３００の前側下部には、画像印刷前の記録紙Ｐを束状にして収納しておく給紙トレイ３２６が設けられている。この給紙トレイ３２６の上方には、上記各色のインクジェット記録ユニット３３０によって画像が印刷された記録紙Ｐが排出される排紙トレイ３２８が設けられている。また、キャリッジ３１２及びシャフト３２０の下方には、給紙トレイ３２６から１枚ずつ給紙された記録紙Ｐを所定のピッチで副走査方向へ搬送する搬送ローラー及び排出ローラーからなる副走査機構３１８が設けられている。
【００５４】
その他、このインクジェット記録装置３００には、印刷時において各種設定を行うコントロールパネル３２４や、メンテナンスステーション（図示省略）等が設けられている。メンテナンスステーションは、キャップ部材、吸引ポンプ、ダミージェット受け、クリーニング機構等を含んで構成されており、吸引回復動作、ダミージェット動作、クリーニング動作等のメンテナンス動作を行うようになっている。
【００５５】
また、各色のインクジェット記録ユニット３３０は、図２に示されるインクジェット記録ヘッド１０と、それにインクを供給するインクタンク（図示省略）とが一体に構成されたものであり、インクジェット記録ヘッド１０の下面（インク吐出面）に形成された複数のノズル１２（図２参照）が、記録紙Ｐと対向するようにキャリッジ３１２上に搭載されている。これにより、インクジェット記録ヘッド１０が主走査機構３１６によって主走査方向に移動しながら、記録紙Ｐに対してノズル１２から選択的にインク滴を吐出することにより、所定のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録される。
【００５６】
そして、主走査方向への１回の移動が終了すると、記録紙Ｐは、副走査機構３１８によって副走査方向に所定ピッチ搬送され、再びインクジェット記録ヘッド１０（インクジェット記録ユニット３３０）が主走査方向（前述とは反対方向）に移動しながら、次のバンド領域に対して画像データに基づく画像の一部が記録されるようになっており、このような動作を複数回繰り返すことによって、記録紙Ｐに画像データに基づく全体画像がフルカラーで記録される。
【００５７】
インクジェット記録装置３００は以上の構成とされており、次に、このインクジェット記録装置３００に搭載されたインクジェット記録ヘッド１０について詳細に説明する。
【００５８】
図１には第１の実施形態に係る積層型の圧電素子２０と振動板１８が示されており、図２にはその圧電素子２０を備えた第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１０が示されている。
【００５９】
図２に示されるように、インクジェット記録ヘッド１０は、図の下側から、ノズル１２が形成されたノズルプレート１４、インクプールプレート１６、及び振動板１８の順に積層され、各プレートが互いに接合されて構成されている。圧電素子２０は振動板１８の上面に積層されるとともに、インクプール１７からインクが供給されノズル１２と連通された圧力室１９に対応して配置されている。
【００６０】
図１（Ａ）に示されるように、圧電素子２０は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等の電歪材料により形成された圧電体層（ＰＺＴ層）２２と、導電性材料により形成された正電極層２４Ａ及び負電極層２４Ｂとが振動板１８の面方向に沿って略交互に積層して構成されている。また、正電極層２４Ａと負電極層２４Ｂは、平面視では櫛歯状に形成され、互いに噛み合うように配置されており、本実施形態では電極層２４の幅（Ｗ１）が１０μｍ、電極層間距離（Ｐ１）が１０μｍとされている。なお、これらの正電極層２４Ａ及び負電極層２４Ｂを総称する場合には電極層２４と呼ぶ。
【００６１】
振動板１８上における圧電素子２０の両側方には、正極側の電極端子となる正極端子２６Ａ、及び、負極側の電極端子となる負極端子２６Ｂがそれぞれ形成されている。なお、これらの正極端子２６Ａ及び負極端子２６Ｂを総称する場合には電極端子２６と呼ぶ。
【００６２】
正極端子２６Ａは、振動板１８上にパターン状に形成された正極側の配線電極２８Ａを介して圧電素子２０の正電極層２４Ａと電気的に接続されており、負極端子２６Ｂは、振動板１８上にパターン状に形成された負極側の配線電極２８Ｂを介して圧電素子２０の負電極層２４Ｂと電気的に接続されている。なお、これらの配線電極２８Ａ及び配線電極２８Ｂを総称する場合には配線電極２８と呼ぶ。そして、配線電極２８と電極層２４とは、図１（Ｂ）、（Ｃ）に示されるように、圧電素子２０の下面部で接続されており、圧電素子２０の下面の略全面（電極層２４を除く領域）は振動板１８の上面に面接している。
【００６３】
また、振動板１８は、少なくとも表面が非導電性とされた材料によって形成されており、例えば、酸化膜等の絶縁膜を表面に被覆したステンレス板、あるいは樹脂板等によって形成されている。
【００６４】
この圧電素子２０及び振動板１８が図２に示されるようにインクジェット記録ヘッド１０に搭載された状態では、電極端子２６には図示しないヘッド制御部が接続され、ヘッド制御部は、外部から入力された画像情報に応じて電気信号（駆動信号）を送信し、圧電素子２０を所定のタイミングで駆動させる。これにより、圧電素子２０が変位して振動板１８を変形させ、圧力室１９のインクが加圧されてノズル１２からインク滴ｉｄが吐出される。
【００６５】
次に、本実施形態に係る積層型圧電素子２０の製造方法について説明する。
【００６６】
図３（Ａ）に示されるように、先ず、振動板１８上に、Ｉｒ、Ｐｂ等で電極端子２６（正極端子２６Ａ、負極端子２６Ｂ）及び配線電極２８（配線電極２８Ａ、２８Ｂ）と、電気メッキ用のシード層を成膜した後、フォトレジストをマスクとして電極端子２６及び配線電極２８をドライエッチングでパターニングする。パターニング後は、電極端子２６を酸化膜等の絶縁膜３０で保護する。
【００６７】
次に、図３（Ｂ）に示されるように、振動板１８上に圧電体層２２を、ゾルゲル法、スパッタ法、基相成長法、液相成長法、水熱合成法、ＭＯＣＶＤ法、ＡＤ（エアロゾルデポジション）法等の堆積法により成膜する。成膜後は、圧電体層２２上にフォトレジスト又はＳｉ含有レジスト等の耐エッチング膜３２を成膜し、フォトリソグラフィー法でエッチングマスクを形成する。
【００６８】
続いて、圧電体層２２をドライエッチングでパターニングした後に、図３（Ｃ）に示されるように、耐エッチング膜３２（エッチングマスク）を剥離する。さらに、図３（Ｄ）に示されるように、圧電体層２２間に、電極層２４（正電極層２４Ａ、負電極層２４Ｂ）の形成材料である導電性材料を電気メッキ等により成膜する。ここで、圧電体層２２の表面を平坦にする必要があれば研磨加工を行う。
【００６９】
次に、電極端子２６の絶縁膜３０を剥離する。なお、ここで絶縁膜３０を剥離せず、次の工程で電極端子２６の開口を行っても良い。
【００７０】
最後に、図３（Ｅ）に示されるように、酸化膜等の絶縁膜３４を成膜し、正極端子２６Ａ、負極端子２６Ｂの開口３６Ａ、３６Ｂを形成すると、振動板１８上に、圧電素子２０と、正極端子２６Ａ、負極端子２６Ｂ、及び配線電極２８Ａ、２８Ｂが形成される。
【００７１】
ここで、上記の製造方法によって作製された薄膜積層型の圧電素子と、一般的な単層型の圧電素子との変位の比較を説明する。
【００７２】
図４及び図５に示される圧電素子は、上記の製造プロセスで圧電体層４２と正電極層４４Ａ、負電極層４４Ｂとが振動板１８の面方向に沿って交互に積層された積層型圧電素子４０であり、この積層型圧電素子４０は電気信号が印加されると、積層方向（分極方向）では外方（図４（Ａ）及び図５（Ａ）の矢印Ｘ１方向）に歪みを生じ、積層方向と直交する方向では内方（図４（Ａ）及び図５（Ａ）の矢印Ｙ１方向）に歪みを生じて、振動板１８上では例えば図４（Ｂ）の２点鎖線で示すように矢印Ｚ１方向へ変位する。
【００７３】
また、この積層型圧電素子４０において、圧電体層４２を幅（ｄ）２０μｍで２０層積層し、全幅（Ｗ１）を４００μｍとした場合の変位量をシミュレーションした結果、圧電素子単体では最大変位が０．１０６μｍとなり（図５（Ａ）参照）、厚さ１０μｍのＮｉ製の振動板１８に取り付けた状態では最大変位が０．０６６μｍとなった（図５（Ｂ）参照）。
【００７４】
図６及び図７に示される圧電素子は、単層の圧電体層５２を正電極層５４Ａ及び負電極層５４Ｂで挟んだ一般的な構成の単層型圧電素子５０であり、この単層型圧電素子５０は電気信号が印加されると、面方向に沿った方向（分極方向と直交する方向）では全て内方（図６（Ａ）及び図７（Ａ）の矢印Ｘ２／Ｙ２方向）に歪みを生じて、振動板１８上では例えば図６（Ｂ）の２点鎖線で示すように矢印Ｚ２方向へ変位する。
【００７５】
また、この単層型圧電素子５０において、全幅（Ｗ２）を４００μｍとした場合の変位をシミュレーションした結果、圧電素子単体では最大変位が０．１１７μｍとなり（図７（Ａ）参照）、厚さ１０μｍのＮｉ製の振動板１８に取り付けた状態では最大変位が０．２７５μｍとなった（図７（Ｂ）参照）。なお、図５（Ｂ）と比較しやすくするために、図７（Ｂ）では単層型圧電素子５０の変位方向を図６（Ｂ）とは逆方向に示している。
【００７６】
この比較から、変位量を増やす方向（内方）と減らす方向（外方）とに歪み変形する積層型圧電素子４０は、変位量を増やす方向（内方）のみに歪み変形する単層型圧電素子５０に対し、圧電素子単体では同等の変位量が得られるが、振動板１８に取り付けた状態では変位量が小さくなることがわかる。（例えば上記のシミュレーション結果では変位量が１／４程度）。ただし、インクジェット記録ヘッドにおいては、上記の変位量があればインクに必要十分な吐出エネルギー（圧力）を与えられるため、この積層型圧電素子４０は十分に利用可能である。
【００７７】
図８には、本実施形態の圧電素子２０を、振動板１８上にマトリックス状に配置した場合の一例が示されている。ここでは、各圧電素子２０が振動板１８上におけるアクティブ領域に対応し互いに近接して配置されており、正極端子２６Ａ及び負極端子２６Ｂはそれぞれ圧電素子２０の両側面に形成している。また、各圧電素子２０（２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ…）の正極端子２６Ａは、振動板１８上に個別に配線された各アドレス線５６（５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ…）と接続され、各圧電素子２０の負極端子２６Ｂは、振動板１８上に共通に配線されたＧＮＤ線５８と接続されている。
【００７８】
このように、電極端子２６を側面に形成した複数の圧電素子２０を振動板１８上におけるアクティブ領域に対応し互いに近接して配置するとともに、圧電素子間にアドレス線５６及びＧＮＤ線５８を引き回すことにより、電極端子２６の設置スペースが小さくされ複数の圧電素子２０を高密度に配置することができる。これにより、インクジェット記録ヘッド１０のノズルピッチを小さくすることができて、画像の高解像度化が可能となる。
【００７９】
図９には、本実施形態の圧電素子２０を図２とは異なる構成のインクジェット記録ヘッド６０に搭載した状態が示されている。このインクジェット記録ヘッド６０に、例えば上述した単層型圧電素子５０を設けると、正電極層５４Ａ及び負電極層５４Ｂが圧電体層５２を挟み上下に分離して配置されるため、電極間に大きな段差を生じて各電極に接続する配線パターンの引き回しが複雑になる。これに対し、本実施形態の圧電素子２０であれば、正電極層２４Ａ及び負電極層２４Ｂ間に段差はないため、これらの電極層２４と、駆動ＩＣ６２が接続された電極層２４との間の配線電極２８の引き回しが容易になる。
【００８０】
以上説明したように、本実施形態のインクジェット記録ヘッド１０、６０が備える圧電素子２０では、圧電体層２２と電極層２４とを振動板１８の面方向に沿って積層していることにより、製造プロセスが簡素化されるとともに、インク吐出を行うための十分な変位が得られ、また、各層を交互に積層しないことで、積層間隔を狭め高密度化及び小型化できるようになる。したがって、このインクジェット記録ヘッド１０、６０を備えるインクジェット記録装置３００では、ヘッド構成が簡素化及び小型化され低コストで必要十分なインク吐出性能が得られる。
【００８１】
また、圧電素子２０の製造においては、堆積法で成膜した薄膜の圧電体層２２は半導体プロセス（ドライエッチング）で加工し、圧電体層間に交互する導電材料は電気メッキ法で成膜していることにより、簡単な製造方法で、十分な変位が得られる圧電素子２０をモノリシックに形成できる。
【００８２】
また、本実施形態の圧電素子２０では、製造工程の簡略化によりコストダウンが可能となり、電極間ピッチが狭ピッチ化できるため、変位が安定する。さらに、電極が圧電素子下面部の振動板１８上に引き出せるため、プロセスの信頼性が向上する。
【００８３】
また、本実施形態では、正電極層２４Ａ及び負電極層２４Ｂを櫛歯状とし互いに噛み合うように配置していることにより、圧電体層２２及び電極層２４を振動板１８の面方向と平行に積層する構成を実現しつつ、正電極層２４Ａ及び負電極層２４Ｂにそれぞれ電気信号を供給するために電気的に接続される各極の配線電極２８Ａ、２８Ｂが同一層に容易に形成できるようになり、配線構造を簡素化することができる。
【００８４】
また、本実施形態では、電極端子２６及び配線電極２８を振動板１８上に形成し、配線電極２８と圧電素子２０の電極層２４は、圧電素子２０の下面部で接続していることにより、電極端子２６と配線電極２８の間、及び、配線電極２８と電極層２４との接続部において段差等が生じることはなく、電極端子２６の形成、配線電極２８の形成（引き回し）及び電極層２４との接続が容易となり、配線及び接続構造の簡素化と製造性の向上が図られる。
【００８５】
また、本実施形態では、圧電素子２０の下面の略全面（電極層２４を除く領域）を振動板１８に面接させていることにより、下面部に段差の無いシンプルな構造にすることができている。
【００８６】
（第２の実施形態）
図１０には第２の実施形態に係る積層型の圧電素子１１０と振動板１８が示されており、図１１にはその圧電素子１１０を備えた第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッド１００が示されている。なお、このインクジェット記録ヘッド１００は、圧電素子１１０を除く各構成部材が第１実施形態のインクジェット記録ヘッド１０と同一構成である。
【００８７】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、本実施形態の圧電素子１１０も、圧電体層１１２と、正電極層１１４Ａ及び負電極層１１４Ｂとが振動板１８の面方向に沿って積層して構成されているが、正負電極層は２組設けられている。また、各正負電極層は、平面視では圧電素子２０の外周に沿って矩形の渦巻状に形成されており、その略中心部が圧電素子２０の略中心部に配置されている。また、本実施形態も、正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂの幅（Ｗ２）が１０μｍ、電極層間距離（Ｐ２）が１０μｍとされている。
【００８８】
振動板１８上における圧電素子１１０の一側方には、正極端子１１６Ａ及び負極端子１１６Ｂがそれぞれ形成されており、これらの正極端子１１６Ａ、負極端子１１６Ｂには、第１実施形態と同じく、振動板１８上に形成されたパターン状の配線電極１１８Ａ、１１８Ｂを介して、圧電素子１１０の正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂが電気的に接続されている。また、本実施形態も、配線電極１１８Ａ、１１８Ｂと正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂとは、図１０（Ｂ）、（Ｃ）に示されるように、圧電素子１１０の下面部で接続されており、圧電素子１１０の下面の略全面（正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂを除く領域）は振動板１８の上面に面接している。
【００８９】
次に、本実施形態に係る圧電素子１１０の製造方法について説明する。この圧電素子１１０は、図１２（Ａ）〜（Ｅ）に示されるように、第１実施形態の圧電素子２０と同様の工程で作製される。
【００９０】
図１２（Ａ）に示されるように、振動板１８上に、正極端子１１６Ａ、負極端子１１６Ｂ、及び配線電極１１８Ａ、１１８Ｂと、電気メッキ用のシード層を成膜した後、フォトレジストをマスクとして正極端子１１６Ａ、負極端子１１６Ｂ、及び配線電極１１８Ａ、１１８Ｂをドライエッチングでパターニングし、正極端子１１６Ａ、負極端子１１６Ｂを絶縁膜３０で保護する。
【００９１】
次に、図１２（Ｂ）に示されるように、振動板１８上に圧電体層１１２を堆積法により成膜し、圧電体層１１２上に耐エッチング膜３２を成膜し、フォトリソグラフィー法でエッチングマスクを形成する。続いて、圧電体層１１２をドライエッチングでパターニングした後に、図１２（Ｃ）に示されるように、耐エッチング膜３２（エッチングマスク）を剥離し、図１２（Ｄ）に示されるように、圧電体層１１２間に正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂの形成材料である導電性材料を電気メッキ等により成膜する。ここで、圧電体層１１２の表面を平坦にする必要があれば研磨加工を行い、正極端子１１６Ａ、負極端子１１６Ｂの絶縁膜３０を剥離する。
【００９２】
最後に、図１２（Ｅ）に示されるように、酸化膜等の絶縁膜３４を成膜し、正極端子１１６Ａ、負極端子１１６Ｂの開口１１９Ａ、１１９Ｂを形成すると、振動板１８上に、圧電素子１１０と、正極端子１１６Ａ、負極端子１１６Ｂ、及び配線電極１１８Ａ、１１８Ｂが形成される。
【００９３】
上記の製造方法によって作製された本実施形態の薄膜積層型の圧電素子１１０は、電気信号が印加されると、図１３に示されるように、圧電素子１１０の中心部が平面視ではほぼ不変で、中心部に対し周辺部がそれぞれ変位して変位方向が４方向になる（図１３の上下左右方向）。また、第１実施形態で説明した積層型の圧電素子４０や圧電素子２０では、図１４に示されるように変位方向が２方向（図１４の左右方向）であるため、これらの圧電素子と比較すると、本実施形態の圧電素子１１０ではより大きな変位量が得られる。
【００９４】
また、図１５には、本実施形態の圧電素子１１０を図１１とは異なる構成のインクジェット記録ヘッド１２０に搭載した状態が示されている。なお、このインクジェット記録ヘッド１２０は、圧力室１９の大きさ及び圧電素子１１０を除く各構成部材が第１実施形態のインクジェット記録ヘッド６０と同一構成である。この場合も、正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂと、駆動ＩＣ６２が接続された正極端子１１６Ａ、負極端子１１６Ｂとの間の配線電極１１８Ａ、１１８Ｂの引き回しが容易になる。
【００９５】
以上説明したように、本実施形態の圧電素子１１０でも、第１実施形態と同様に、インク吐出を行うための十分な変位が得られるとともに、積層間隔を狭め高密度化及び小型化できるようになる。したがって、この圧電素子１１０を備えたインクジェット記録ヘッド１００、１２０でも、ヘッド構成が簡素化及び小型化され低コストで必要十分なインク吐出性能が得られる。また、この圧電素子１１０の製造においても、堆積法で成膜した薄膜の圧電体層１１２は半導体プロセス（ドライエッチング）で加工し、圧電体層間に交互する導電材料は電気メッキ法で成膜していることにより、簡単な製造方法で、十分な変位が得られる圧電素子１１０をモノリシックに形成できる。
【００９６】
また、第１実施形態と同様に、製造工程の簡略化によるコストダウン、電極間ピッチが狭ピッチ化できることによる変位の安定性向上、電極が圧電素子下面部の振動板１８上に引き出せることによるプロセスの信頼性向上、正極端子１１６Ａ、負極端子１１６Ｂと配線電極１１８Ａ、１１８Ｂの間、及び、配線電極１１８Ａ、１１８Ｂと正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂの間の接続構造の簡素化とそれに伴う製造性の向上、圧電素子１１０の下面部構造の簡素化などの効果が得られる。
【００９７】
さらに、本実施形態の圧電素子１１０では、渦巻状とされた正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂの略中心部から略放射状（４方向）に内外方向へ変位するようになるため、より大きな変位量が得られる。さらに、圧電素子１１０の外形の略中心部に、渦巻状に配置した正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂの略中心部を配置していることにより、圧電素子１１０の略中心部に対し、周辺部が略均等に偏りなく内外方向へ変位するようになるため、変位動作が安定する。
【００９８】
（第３の実施形態）
図１６には第３の実施形態に係る積層型の圧電素子１３０と振動板１８が示されている。この圧電素子１３０は、第２実施形態の圧電素子１１０と同一構成で、正極端子及び負極端子が２層構造とされた変形例である。
【００９９】
図示のように、正極端子１３２Ａは振動板１８上に形成され、負極端子１３２Ｂは正極端子１３２Ａよりも上層に形成されており、これらの正極端子１３２Ａ及び負極端子１３２Ｂは２層に形成されている。
【０１００】
次に、本実施形態に係る圧電素子１３０の製造方法について説明する。
【０１０１】
図１７（Ａ）に示されるように、振動板１８上に、Ｉｒ、Ｐｂ等の電極用の導電性膜を成膜した後、レジストマスクを使って正極端子１３２Ａをドライエッチングでパターニングする。配線上に、ＳＯＧ、ＰＩ等の層間絶縁膜１３４を塗布して正極端子１３２Ａを開口する（開口１３６Ａ）。
【０１０２】
次に、形成した開口１３６ＡをＬＰＣＶＤ等で成膜したＳｉＯ２等の絶縁膜で保護して、図１７（Ｂ）に示されるように、Ｉｒ、Ｐｂ等の電極用の導電性膜を成膜した後、レジストマスクを使って負極端子１３２Ｂをドライエッチングでパターニングする。
【０１０３】
次に、図１７（Ｃ）に示されるように、形成した正極端子１３２Ａ、負極端子１３２Ｂを酸化膜等の絶縁膜１３６で保護し、振動板１８上に圧電体層１１２を堆積法により成膜し、圧電体層１１２上に耐エッチング膜３２を成膜し、フォトリソグラフィー法でエッチングマスクを形成する。続いて、圧電体層１１２をドライエッチングでパターニングした後に、図１７（Ｄ）に示されるように、耐エッチング膜３２（エッチングマスク）を剥離し、図１７（Ｅ）に示されるように、圧電体層１１２間に正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂの形成材料である導電性材料を電気メッキ等により成膜する。ここで、圧電体層１１２の表面を平坦にする必要があれば研磨加工を行い、正極端子１３２Ａ、負極端子１３２Ｂの絶縁膜１３６を剥離する。
【０１０４】
最後に、図１７（Ｆ）に示されるように、酸化膜等の絶縁膜（保護膜）３４を成膜し、圧電素子１３０のところのみ絶縁膜３４を残す。
【０１０５】
以上のプロセスにより、本実施形態の圧電素子１３０及び２層構造の正極端子１３２Ａ及び負極端子１３２Ｂが作製される。そして本実施形態の構成では、正極端子１３２Ａ及び負極端子１３２Ｂを振動板１８上に２層に分離して形成していることにより、正極端子１３２Ａ、負極端子１３２Ｂにそれぞれ接続する各配線のレイアウトが容易となる。
【０１０６】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、第３の実施形態の構成において、高画質化と高速化を両立するための有効な手段として用いられる、インク滴のサイズを変えるいわゆる「ドロップ変調」行う場合について説明する。
【０１０７】
本実施形態では、図１８に示されるように、圧電素子１３０に２組設けられた正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂにおいて、圧電素子１３０の内部側に配置された正負電極層の組を（１）組、外部側に配置された正負電極層の組を（２）組とし、図１９に示されるように、組毎に、信号発生器１４０Ａ、１４０Ｂ、増幅器１４２Ａ、１４２Ｂ、回路スイッチ１４４Ａ、１４４Ｂを設けている。また、回路スイッチ１４４Ａ、１４４Ｂは、制御器１４６によって、それぞれＯＮ／ＯＦＦが切り替えられる。ここで、制御器１４６が回路スイッチ１４４Ａ、１４４ＢをＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、（１）組の正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂ、及び、（２）組の正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂに電気信号がそれぞれ供給され、各組に対応する圧電素子（圧電体層１１２）が個別に変位可能となる。
【０１０８】
図２０に、各組の正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂに電気信号を供給した場合の、圧電素子１３０の変位を示す。（１）組の正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂのみに電気信号を供給した場合には、図の点線で示されるように、圧電素子１３０の中心部付近が小さく変位し、ノズル１２から吐出されるインク滴（インクドロップ）ｉｄは小さくなる。また、（２）組の正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂのみに電気信号を供給した場合には、図の一点鎖線で示されるように、圧電素子１３０のほぼ全体が平均的に小さく変位し、インク滴ｉｄの大きさは中程度となる。また、（１）及び（２）組の正電極層１１４Ａ、負電極層１１４Ｂに同時に電気信号を供給した場合には、図の実線で示されるように、圧電素子１３０の中心部付近が大きく変位し、インク滴ｉｄは大きくなる。
【０１０９】
このように、本実施形態では、圧電素子１３０による圧力室１９の加圧状態が３種類に切り替えられて、インク滴のサイズが３段階に調整されるため（ドロップ変調）、高画質化と高速化の両立を図ることが可能となる。また、ここでは、正電極層１１４Ａ及び負電極層１１４Ｂの（１）組を圧電素子１３０の中心部側に、（２）組を圧電素子１３０の外周部側に分割して配置していることにより、各組を個別に駆動したときの排除体積の差が大きくなり、ドロップ量の階調幅が広くなる。
【０１１０】
次に、第５〜第９の実施形態で、上述した積層型圧電素子の製造方法の変形例を説明する。
【０１１１】
（第５の実施形態）
第５の実施形態に係る製造方法では、図２１（Ａ）に示されるように、先ず、振動板１８上に、ＳＴＯなどの配向制御層１５１を形成する。
【０１１２】
次に、図２１（Ｂ）、（Ｂ´）に示されるように、正極側及び負極側の配線電極１５２Ａ、１５２Ｂをパターニングして絶縁層を被覆し、図２１（Ｃ）に示されるように、フォトレジスト１５４による凸部を形成する。続いて、図２１（Ｄ）に示されるように、圧電体層１５６を成膜（ゾル-ゲル）して焼成し、図２１（Ｅ）に示されるように、圧電体層１５６のパターニングとフォトレジスト１５４（凸部）の除去を行う。またここで、場合により研摩を行う。
【０１１３】
次に、図２２（Ａ）に示されるように、マスク１５８を用いて電気メッキ用のシード層１６０を形成する。さらに、図２２（Ｂ）に示されるように、圧電体層１５６間に、導電性材料のペーストを充填して焼成する、あるいは、電鋳、メッキ等を用いて電極１６２を埋め込み形成する。そして、図２２（Ｃ）、（Ｃ´）に示されるように、研磨を行うことで薄膜積層型の圧電素子１５０が完成する。
【０１１４】
このように、圧電体層及び電極層をフォトリソプロセスを用いて積層構造に形成する方法によっても、簡単な工程で、十分な変位が得られるとともに高密度化及び小型化が可能な圧電素子１５０を一体的に形成することができる。
【０１１５】
（第６の実施形態）
第６の実施形態に係る製造方法では、図２３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｂ´）工程は、図２１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｂ´）工程と同じであり、続く工程で、図２３（Ｃ）に示されるように、フォトレジスト１６４を形成してパターニングを行う。次に、図２３（Ｄ）に示されるように、電気メッキ用のシード層１６０を形成し、図２３（Ｅ）に示されるように、フォトレジスト１６４間に、ペースト充填後に焼成する、あるいは、電鋳、メッキ等を用いて電極１６２を埋め込む。さらに、図２４（Ａ）に示されるように、フォトレジスト１６４を除去し、図２４（Ｂ）に示されるように、デポジション法（スパッタ、ゾルゲル、ＡＤ等)で圧電体層１５６を形成する。最後に、図２４（Ｃ）、（Ｃ´）に示されるように、研磨を行うことで薄膜積層型の圧電素子１７０が完成する。
【０１１６】
このように、本実施形態のフォトリソプロセスを用いた製造方法によっても、簡単な工程で、十分な変位が得られるとともに高密度化及び小型化が可能な圧電素子１７０を一体的に形成することができる。
【０１１７】
（第７の実施形態）
第７の実施形態に係る製造方法では、図２５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｂ´）工程は、図２１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｂ´）工程と同じであり、続く工程で、図２５（Ｃ）に示されるように、フォトレジスト１７２の形成による内部電極構成部のパターン化を行い、図２５（Ｄ）に示されるように、圧電体層１５６を成膜（スパッタ）する。次に、図２５（Ｅ）に示されるように、フォトレジスト１７２を除去し、図２６（Ａ）に示されるように、マスク１７４を用いてメッキ用のシード層１６０を形成し、図２６（Ｂ）に示されるように、電極１６２を埋め込む。最後に、図２６（Ｃ）、（Ｃ´）に示されるように、研磨を行うことで薄膜積層型の圧電素子１８０が完成する。
【０１１８】
このように、本実施形態のフォトリソプロセスを用いた製造方法によっても、簡単な工程で、十分な変位が得られるとともに高密度化及び小型化が可能な圧電素子１８０を一体的に形成することができる。
【０１１９】
（第８の実施形態）
第８の実施形態に係る製造方法では、図２７（Ａ）に示されるように、振動板１８（Ｓｉ基板）上にバリア層１８２を形成してから、配向制御層１５１を形成する。続く図２７（Ｂ）、（Ｂ´）〜図２８（Ｃ）、（Ｃ´）工程は、図２１（Ｂ）、（Ｂ´）〜図２２（Ｃ）、（Ｃ´）工程と同じであり、これにより、バリア層１８０が設けられた薄膜積層型の圧電素子１９０が作製される。本実施形態の製造方法では、振動板１８上にバリア層１８２を設けていることにより、圧電体層１５６を焼成する際の振動板１８への熱拡散が防止される。
【０１２０】
（第９の実施形態）
第９の実施形態に係る製造方法では、図２９（Ａ）、（Ａ´）に示されるように、先ず、振動板１８上に配線電極１９２Ａ、１９２Ｂをパターニングし、図２９（Ｂ）、（Ｂ´）に示されるように、ストッパ層１９４及び配向制御層１５１を成膜する。次に、図２９（Ｃ）、（Ｃ´）に示されるように、配向制御層１５１のパターンを形成し、図２９（Ｄ）、（Ｄ´）に示されるように、フォトレジスト１９６により電極１９８Ａのパターンを形成する。次に、図３０（Ａ）、（Ａ´）に示されるように、電極１９８Ａを埋め込み、図３０（Ｂ）、（Ｂ´）に示されるように、フォトレジスト１９６を除去する。次に、図３０（Ｃ）、（Ｃ´）に示されるように、デポジション法で圧電体層１５６を形成し、図３１（Ａ）、（Ａ´）に示されるように、研磨後にストッパ層２００を成膜して電極１９８Ｂのパターンを形成する。さらに、図３１（Ｂ）、（Ｂ´）に示されるように、圧電体層１５６をエッチングし、図３１（Ｃ）、（Ｃ´）に示されるように、電極１９８Ｂを埋め込み形成し、研磨を行うと図３２に示されるような薄膜積層型の圧電素子２１０が完成する。
【０１２１】
このように、本実施形態のフォトリソプロセスを用いた製造方法によっても、簡単な工程で、十分な変位が得られるとともに高密度化及び小型化が可能な圧電素子２１０を一体的に形成することができる。
【０１２２】
（第１０の実施形態）
第１０の実施形態は、第１〜第９の実施形態で説明したような圧電型の圧力発生手段（圧電素子）ではなく、発熱体を用いた熱変位型の圧力発生手段に本発明を適用した変形例であり、以下、第１０の実施形態に係る圧力発生手段の構成について説明する。
【０１２３】
図３４（Ａ）〜（Ｃ）には第１０の実施形態に係る熱変位型の圧力発生素子２２０が示されている。この圧力発生素子２２０は、第１実施形態で説明した圧電素子２０の形状をベースに形成されたものであり（図１参照）、電極層２４に替えて熱歪材料により形成された発熱体層２２４と、圧電体層２２に替えて発熱体層２２４とは異なる熱膨張係数（低熱膨張係数）の材料により形成された基材層２２２と、を備えており、それらの発熱体層２２４と基材層２２２とが振動板１８の面方向に沿って略交互に積層して構成されている。また、発熱体層２２４は図３４（Ａ）に示されるように平面視では帯状（直線状）に形成されるとともに、図３４（Ｂ）に示されるように振動板１８上にパターン状に形成された配線電極２８Ｃ上に設けられて配線電極２８Ｃと電気的に接続されている。なお、本実施形態では発熱体層２２４の幅（Ｗ３）が５μｍ以下とされ、発熱体層間距離（Ｐ３）が１０μｍ以下とされている。また、発熱体層２２４には例えばタンタル、ニッケル合金、クロム等の金属材料を使用することができ、基材層２２２には例えばガラス材料（蒸着）、ポリマー系材料、ポリイミド系樹脂材料、エポキシ系樹脂材料、酸化膜等の発熱体層２２４とは熱膨張係数が異なり（低熱膨張係数）、且つ、添加物と作製プロセスが異なる材料を使用することができる。
【０１２４】
配線電極２８Ｃの両端部には、正極端子２６Ａに繋がれた配線電極２８Ａと、負極端子２６Ｂに繋がれた配線電極２８Ｂとがそれぞれ接続されている。また、本実施形態も、配線電極２８Ｃと発熱体層２２４とは、図３３（Ｂ）に示されるように、圧力発生素子２２０の下面部で接続されており、圧力発生素子２２０の下面の略全面（発熱体層２２４を除く領域）は振動板１８の上面に面接している。
【０１２５】
次に、本実施形態に係る圧力発生素子２２０の製造方法について説明する。
【０１２６】
図３４（Ａ）に示されるように、先ず、振動板１８上に、Ｉｒ、Ｐｂ等で正極端子２６Ａ、負極端子２６Ｂ、及び配線電極２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃと（配線電極２８Ａ、２８Ｂは不図示）を成膜した後、フォトレジストをマスクとしてそれらをドライエッチングでパターニングする。パターニング後は、正極端子２６Ａ、負極端子２６Ｂを酸化膜等の絶縁膜３０で保護する。
【０１２７】
次に、図３４（Ｂ）に示されるように、振動板１８上に基材層２２２の形成材料を、塗布、デポジション法、蒸着法等により成膜する。成膜後は、基材層２２２上にフォトレジスト又はＳｉ含有レジスト等の耐エッチング膜２２６を成膜し、フォトリソグラフィー法でエッチングマスクを形成する。
【０１２８】
続いて、基材層２２２をドライエッチングでパターニングした後に、図３４（Ｃ）に示されるように、耐エッチング膜２２６（エッチングマスク）を剥離する。さらに、図３４（Ｄ）に示されるように、基材層２２２間に、発熱体層２２４の形成材料であるタンタル、ニッケル合金、クロム等の金属材料をデポジション法、蒸着法、スパッタ法等により成膜する。ここで、発熱体層２２４の表面を平坦にする必要があれば研磨加工を行う。
【０１２９】
次に、正極端子２６Ａ、負極端子２６Ｂの絶縁膜３０を剥離する。なお、ここで絶縁膜３０を剥離せず、次の工程で正極端子２６Ａ、負極端子２６Ｂの開口を行っても良い。
【０１３０】
最後に、図３４（Ｅ）に示されるように、酸化膜等の絶縁膜（保護膜）３４を成膜し、正極端子２６Ａ、負極端子２６Ｂの開口３６Ａ、３６Ｂを形成すると、振動板１８上に、圧力発生素子２２０と、正極端子２６Ａ、負極端子２６Ｂ、及び配線電極２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃが形成される。
【０１３１】
以上により、この圧力発生素子２２０がインクジェット記録ヘッドに搭載されて正極端子２６Ａ及び負極端子２６Ｂにヘッド制御部が接続され、ヘッド制御部から圧力発生素子２２０に電気信号（駆動信号）が印加／停止されると、発熱体層２２４が高温／常温となって基材層２２２よりも大きく歪み、図３５に示されるように、積層方向（図３５の矢印Ｘ３方向）に歪みを生じて、振動板１８上では例えば図３５の２点鎖線で示すように矢印Ｚ３方向へ変位する。また、この圧力発生素子２２０は、発熱体層２２４が高温になると平板状に保たれ、常温になると変位するように構成されている。そして、この圧力発生素子２２０の変位によって振動板１８が変形し、圧力室のインクが加圧されてインクジェット記録ヘッドのノズルからインク滴が吐出される。
【０１３２】
以上説明したように、本実施形態の圧力発生素子２２０においても、第１実施形態と同様に、インク吐出を行うための十分な変位が得られるとともに、積層間隔を狭め高密度化及び小型化できるようになる。したがって、この圧力発生素子２２０を備えたインクジェット記録ヘッドの場合も、ヘッド構成が簡素化及び小型化され低コストで必要十分なインク吐出性能が得られる。また、この圧力発生素子２２０の製造においても、堆積法で成膜した基材層２２２を半導体プロセス（ドライエッチング）で加工し、基材層間に交互する薄膜の発熱体層２２４を半導体プロセスで成膜していることにより、簡単な製造方法で、十分な変位が得られる圧力発生素子２２０をモノリシックに形成できる。
【０１３３】
また、第１実施形態と同様に、製造工程の簡略化によるコストダウン、電極間ピッチが狭ピッチ化できることによる変位の安定性向上、電極が圧電素子下面部の振動板１８上に引き出せることによるプロセスの信頼性向上、正極端子２６Ａ、負極端子２６Ｂと配線電極２８Ａ、２８Ｂの間、配線電極２８Ａ、２８Ｂと配線電極２８Ｃの間、及び、配線電極２８Ｃと発熱体層２２４の間の接続構造の簡素化とそれに伴う製造性の向上、圧力発生素子２２０の下面部構造の簡素化などの効果が得られる。このように、本発明による薄膜積層型の圧力発生手段は、電歪材料を用いた圧電型に限らず、熱歪材料を用いた熱変位型など、エネルギーの印加によって歪みを生じる材料を用いたものであれば利用可能である。
【０１３４】
以上、本発明を上述した第１〜第１０の実施形態により詳細に説明したが、本発明はそれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の形態が実施可能である。
【０１３５】
例えば、第１〜第９の実施形態で説明した圧電素子では、圧電体層を形成する電歪材料として、例えばゾルゲル法による成膜及びドライエッチングによるパターニングが可能なＳＢＴ（Strontium Bismuth Tantalates）やＢＳＴ（Barium Strontium Titanate）等を使用することもできる。
【０１３６】
また、第２〜第４の実施形態では、帯状の正電極層１１４Ａ及び負電極層１１４Ｂを渦巻状に配置しているが、これに替えて、圧電素子の外周形状に沿った周回状で、且つ、圧電素子の内外方向に交互に積層配置するようにしてもよく、それによっても同様の作用・効果が得られる。また、これらの渦巻状や周回状の正電極層１１４Ａ及び負電極層１１４Ｂは矩形状（四角形）に限らず、例えば五角形以上の多角形状や、円弧状、円周状等とすることもでき、その場合には、圧電素子の変位方向が５方向以上となって更に大きな変位量が得られるようになる。
【０１３７】
また、第１０の実施形態で説明した熱変位型の圧力発生素子２２０については、第２〜第４の実施形態と同様の構成にすることが可能であり、それによって同様の作用・効果を得ることができる。
【０１３８】
また、本発明は、上述したインクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置に限らず、半導体等のパターン形成のために液滴を吐出するパターン形成装置等に使用される他の液滴吐出ヘッド及び液滴吐出装置にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る圧電素子を示す（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）の１Ｃ−１Ｃ線断面図である。
【図２】図１の圧電素子が備えられた本発明の第１の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は図１の圧電素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図４】（Ａ）は本発明の第１の実施形態に相当する積層型圧電素子を示す斜視図、（Ｂ）は変位動作を示す断面図である。
【図５】図４の積層型圧電素子の変位をシミュレーションした（Ａ）は圧電素子単体での変位状態を示す斜視図、（Ｂ）は振動板に取り付けた状態での変位状態を示す斜視図である。
【図６】（Ａ）は単層型圧電素子を示す斜視図、（Ｂ）は変位動作を示す断面図である。
【図７】図６の単層型圧電素子の変位をシミュレーションした（Ａ）は圧電素子単体での変位状態を示す斜視図、（Ｂ）は振動板に取り付けた状態での変位状態を示す斜視図である。
【図８】図１の圧電素子をマトリックス状に配置した例を示す平面図である。
【図９】図１の圧電素子が備えられた他のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る圧電素子を示す（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の１０Ｂ−１０Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）の１０Ｃ−１０Ｃ線断面図である。
【図１１】図８の圧電素子が備えられた本発明の第２の実施形態に係るインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｅ）は図１０の圧電素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図１３】図１０の圧電素子の変位動作を示す平面図である。
【図１４】図４の圧電素子の変位動作を示す平面図である。
【図１５】図１０の圧電素子が備えられた他のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る圧電素子を示す（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の１６Ｂ−１６Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）の１６Ｃ−１６Ｃ線断面図である。
【図１７】（Ａ）〜（Ｆ）は図１６の圧電素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る圧電素子を示す（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の１８Ｂ−１８Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）の１８Ｃ−１８Ｃ線断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る圧電素子を駆動する駆動回路の概略構成を示す回路図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態に係る圧電素子の変位動作を示す断面図である。
【図２１】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の第５の実施形態に係る圧電素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図２２】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第５の実施形態に係る圧電素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図２３】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の第６の実施形態に係る圧電素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図２４】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第６の実施形態に係る圧電素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図２５】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の第７の実施形態に係る圧電素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図２６】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第７の実施形態に係る圧電素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図２７】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明の第８の実施形態に係る圧電素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図２８】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第８の実施形態に係る圧電素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図２９】（Ａ）、（Ａ´）〜（Ｄ）、（Ｄ´）は本発明の第９の実施形態に係る圧電素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図３０】（Ａ）、（Ａ´）〜（Ｃ）、（Ｃ´）は本発明の第９の実施形態に係る圧電素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図３１】（Ａ）、（Ａ´）〜（Ｃ）、（Ｃ´）本発明の第９の実施形態に係る圧電素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図３２】本発明の第９の実施形態に係る圧電素子を示す部分断面斜視図である。
【図３３】本発明の第１０の実施形態に係る熱変位型の圧力発生素子を示す（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の３３Ｂ−３３Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）の３３Ｃ−３３Ｃ線断面図である。
【図３４】（Ａ）〜（Ｅ）は図３３の圧力発生素子の製造工程を示す製造工程図である。
【図３５】図３３の圧力発生素子の変位動作を示す断面図である。
【図３６】本発明の一実施形態に係るインクジェット記録装置の外観を示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１０   インクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
１２   ノズル
１８   振動板
１９   圧力室
２０   圧電素子（圧力発生手段）
２２   圧電体層
２４   電極層
２４Ａ 正電極層
２４Ｂ 負電極層
２６   電極端子
２６Ａ 正極端子
２６Ｂ 負極端子
２８   配線電極
２８Ａ 配線電極
２８Ｂ 配線電極
２８Ｃ 配線電極
４０   積層型圧電素子（圧力発生手段）
４２   圧電体層
４４Ａ 正電極層
４４Ｂ 負電極層
６０   インクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
１００ インクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
１１０ 圧電素子（圧力発生手段）
１１２ 圧電体層
１１４Ａ      正電極層
１１４Ｂ      負電極層
１１６Ａ      正極端子
１１６Ｂ      負極端子
１１８Ａ      配線電極
１１８Ｂ      配線電極
１２０ インクジェット記録ヘッド（液滴吐出ヘッド）
１３０ 圧電素子（圧力発生手段）
１３２Ａ      正極端子
１３２Ｂ      負極端子
１５０ 圧電素子（圧力発生手段）
１５２Ａ      配線電極
１５２Ｂ      配線電極
１５６ 圧電体層
１６２ 電極
１７０ 圧電素子（圧力発生手段）
１８０ 圧電素子（圧力発生手段）
１９０ 圧電素子（圧力発生手段）
１９２Ａ      配線電極
１９２Ｂ      配線電極
１９８Ａ      電極
１９８Ｂ      電極
２１０ 圧電素子（圧力発生手段）
２２０ 圧力発生素子（圧力発生手段）
２２２ 基材層
２２４ 発熱体層
３００ インクジェット記録装置
Ｐ     記録紙
ｉｄ   インク滴（液滴）
【図１】
2006272664.tif 000003
【図２】
2006272664.tif 000004
【図３】
2006272664.tif 000005
【図４】
2006272664.tif 000006
【図５】
2006272664.tif 000007
【図６】
2006272664.tif 000008
【図７】
2006272664.tif 000009
【図８】
2006272664.tif 000010
【図９】
2006272664.tif 000011
【図１０】
2006272664.tif 000012
【図１１】
2006272664.tif 000013
【図１２】
2006272664.tif 000014
【図１３】
2006272664.tif 000015
【図１４】
2006272664.tif 000016
【図１５】
2006272664.tif 000017
【図１６】
2006272664.tif 000018
【図１７】
2006272664.tif 000019
【図１８】
2006272664.tif 000020
【図１９】
2006272664.tif 000021
【図２０】
2006272664.tif 000022
【図２１】
2006272664.tif 000023
【図２２】
2006272664.tif 000024
【図２３】
2006272664.tif 000025
【図２４】
2006272664.tif 000026
【図２５】
2006272664.tif 000027
【図２６】
2006272664.tif 000028
【図２７】
2006272664.tif 000029
【図２８】
2006272664.tif 000030
【図２９】
2006272664.tif 000031
【図３０】
2006272664.tif 000032
【図３１】
2006272664.tif 000033
【図３２】
2006272664.tif 000034
【図３３】
2006272664.tif 000035
【図３４】
2006272664.tif 000036
【図３５】
2006272664.tif 000037
【図３６】
2006272664.tif 000038