(57)【要約】【課題】上部電極における応力の集中を緩和することができる信頼性の高い圧電素子を提供する。【解決手段】本発明に係る圧電素子１００は、基板１０と、基板１０の上方に形成された下部電極２０と、下部電極２０を覆う圧電体層３０と、圧電体層３０の上方に形成された上部電極４０と、を含み、圧電体層３０の側面３４は、圧電体層３０の上面３２と接続し、基板１０の上面１２に対して第１角度αで傾く第１部分３５と、第１部分３５と接続し、基板１０の上面１２に対して第２角度βで傾く第２部分３６と、を有し、第２角度βは、第１角度αより小さく、上部電極４０は、少なくとも第１部分３５および第２部分３６を覆っている。【選択図】図１
2011018723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極を覆う圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された上部電極と、
を含み、
前記圧電体層の側面は、
前記圧電体層の上面と接続する第１部分と、前記第１部分と接続する第２部分と、を有し、
前記第１部分は、前記基板の上面に対して第１角度で傾いており、
前記第２部分は、前記基板の上面に対して第２角度で傾いており、
前記第２角度は、前記第１角度より小さく、
前記上部電極は、少なくとも前記第１部分および前記第２部分を覆っている、圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１部分および前記第２部分の形状は、それぞれ平面である、圧電素子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記圧電体層の側面は、前記第２部分と接続する第３部分を、さらに有し、
前記第３部分は、前記基板の上面に対して第３角度で傾いており、
前記第３角度は、前記第２角度より大きく、前記第１角度より小さい、圧電素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記下部電極、前記圧電体層および前記上部電極からなる積層構造は、複数設けられ、
前記下部電極は、複数の前記積層構造において、個別電極であり、
前記上部電極は、複数の前記積層構造において、共通電極である、圧電素子。
【請求項５】
基板の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極を覆うように圧電体層を成膜する工程と、
前記圧電体層の上方に第１上部電極を成膜する工程と、
前記第１上部電極および前記圧電体層をパターニングする工程と、
パターニングされた前記第１上部電極および前記圧電体層の上方に第２上部電極を形成する工程と、
を含み、
前記パターニングする工程では、
前記圧電体層の上面と接続し、前記基板の上面に対して第１角度で傾く前記圧電体層の側面の第１部分と、
前記第１部分と接続し、前記基板の上面に対して第２角度で傾く前記圧電体層の側面の第２部分と、
を形成し、
前記第２角度は、前記第１角度より小さく、
前記第２上部電極を形成する工程では、
少なくとも前記第１部分および前記第２部分を覆うように、前記第２上部電極を形成する、圧電素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電素子を含み、
前記基板は、可撓性を有し、前記圧電体層の動作によって変形する、圧電アクチュエーター。
【請求項７】
請求項６に記載の圧電アクチュエーターと、
ノズル孔と連通し、前記圧電アクチュエーターの動作によって容積が変化する圧力室と、
を含む、液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載の液体噴射ヘッドを含む、液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子およびその製造方法、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、並びに、液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は、電圧印加によりその形状を変化させる特性を有する素子であり、圧電体層を電極で挟んだ構造を有する。圧電素子は、例えばインクジェットプリンターの液滴吐出ヘッド部分や、各種アクチュエーターなど多様な用途に用いられている。
【０００３】
圧電素子を構成する圧電体層は、外部の湿度の影響を受け、特性が劣化することがある。圧電体層の耐湿性を確保する方法としては、例えば、圧電体層を上部電極で覆う構造が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１に開示された構造では、上部電極の一部（例えば、圧電体層の側面と、基板（振動板）の上面と、が接続する部分近傍に形成された上部電極）に応力が集中することがある。そして、応力が集中した上部電極の一部が破壊し、圧電体層の耐湿性を確保できない場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８８４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上部電極における応力の集中を緩和することができる信頼性の高い圧電素子およびその製造方法を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記圧電素子を含む圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、並びに、液体噴射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る圧電素子は、
基板と、
前記基板の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極を覆う圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された上部電極と、
を含み、
前記圧電体層の側面は、
前記圧電体層の上面と接続する第１部分と、前記第１部分と接続する第２部分と、を有し、
前記第１部分は、前記基板の上面に対して第１角度で傾いており、
前記第２部分は、前記基板の上面に対して第２角度で傾いており、
前記第２角度は、前記第１角度より小さく、
前記上部電極は、少なくとも前記第１部分および前記第２部分を覆っている。
【０００７】
このような圧電素子によれば、前記上部電極における応力の集中を緩和することができ、高い信頼性を有することができる。
【０００８】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【０００９】
本発明に係る圧電素子において、
前記第１部分および前記第２部分の形状は、それぞれ平面であることができる。
【００１０】
このような圧電素子によれば、例えば、前記圧電体層の側面が曲面である場合に比べて、加工精度が高く、ばらつきの小さい前記圧電体層を形成することができる。
【００１１】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層の側面は、前記第２部分と接続する第３部分を、さらに有し、
前記第３部分は、前記基板の上面に対して第３角度で傾いており、
前記第３角度は、前記第２角度より大きく、前記第１角度より小さいことができる。
【００１２】
このような圧電素子によれば、前記圧電体層の幅（前記基板の厚み方向と直交する方向の長さ）を必要以上に大きくすることなく、前記上部電極における応力の集中を緩和することができる。
【００１３】
本発明に係る圧電素子において、
前記下部電極、前記圧電体層および前記上部電極からなる積層構造は、複数設けられ、
前記下部電極は、複数の前記積層構造において、個別電極であり、
前記上部電極は、複数の前記積層構造において、共通電極であることができる。
【００１４】
このような圧電素子によれば、前記上部電極を共通電極とする場合においても、前記上部電極における応力の集中を緩和でき、高い信頼性を有することができる。
【００１５】
本発明に係る圧電素子の製造方法は、
基板の上方に下部電極を形成する工程と、
前記下部電極を覆うように圧電体層を成膜する工程と、
前記圧電体層の上方に第１上部電極を成膜する工程と、
前記第１上部電極および前記圧電体層をパターニングする工程と、
パターニングされた前記第１上部電極および前記圧電体層の上方に第２上部電極を形成する工程と、
を含み、
前記パターニングする工程では、
前記圧電体層の上面と接続し、前記基板の上面に対して第１角度で傾く前記圧電体層の側面の第１部分と、
前記第１部分と接続し、前記基板の上面に対して第２角度で傾く前記圧電体層の側面の第２部分と、
を形成し、
前記第２角度は、前記第１角度より小さく、
前記第２上部電極を形成する工程では、
少なくとも前記第１部分および前記第２部分を覆うように、前記第２上部電極を形成する。
【００１６】
このような圧電素子の製造方法によれば、前記上部電極における応力の集中を緩和し、高い信頼性を有する圧電素子を形成することができる。
【００１７】
本発明に係る圧電アクチュエーターは、
本発明に係る圧電素子を含み、
前記基板は、可撓性を有し、前記圧電体層の動作によって変形する。
【００１８】
このような圧電アクチュエーターによれば、前記圧電素子を含むので、高い信頼性を有することができる。
【００１９】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
本発明に係る圧電アクチュエーターと、
ノズル孔と連通し、前記圧電アクチュエーターの動作によって容積が変化する圧力室と、
を含む。
【００２０】
このような液体噴射ヘッドによれば、前記圧電アクチュエーターを含むので、高い信頼性を有することができる。
【００２１】
本発明に係る液体噴射装置は、
本発明に係る液体噴射ヘッドを含む。
【００２２】
このような液体噴射装置によれば、前記液体噴射ヘッドを含むので、高い信頼性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態の第１変形例に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態の第２変形例に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態の第３変形例に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態の第４変形例に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図１１】本実施形態に係る液体噴射装置を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
１．  圧電素子
まず、本実施形態に係る圧電素子１００について、図面を参照しながら説明する。図１は、圧電素子１００を模式的に示す断面図である。
【００２６】
圧電素子１００は、図１に示すように、基板１０と、下部電極２０と、圧電体層３０と、上部電極４０と、を含む。
【００２７】
基板１０の材質としては、例えば、導電体、半導体、絶縁体などを列挙することができ、特に限定されないが、基板１０の上面１２に下部電極２０を形成することから、基板１０の表層は、絶縁体が好ましい。より具体的には、基板１０としては、例えば、単結晶シリコン基板を用いることができる。また、基板１０は、可撓性を有し、圧電体層３０の動作によって変形（屈曲）する振動板であってもよい。この場合、圧電素子１００は、圧電アクチュエーターとして機能することができ、基板１０としては、例えば、単結晶シリコン上に酸化シリコン（ＳｉＯ２）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）とを積層したものを用いることができる。
【００２８】
下部電極２０は、基板１０上に形成されている。下部電極２０の材質としては、例えば、白金、イリジウム、それらの導電性酸化物、ランタンニッケル酸化物（ＬａＮｉＯ３：ＬＮＯ）などを列挙することができる。下部電極２０は、前述の例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。下部電極２０の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。下部電極２０は、圧電体層３０に電圧を印加するための一方の電極である。
【００２９】
圧電体層３０は、下部電極２０を覆って形成されている。図示の例では、圧電体層３０は、下部電極２０の上面および側面と、基板１０の上面１２と、を覆っている。圧電体層３０としては、ペロブスカイト型酸化物の圧電材料を用いることができる。より具体的には、圧電体層３０としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）などを用いることができる。圧電体層３０の厚さは、例えば、３００ｎｍ〜３０００ｎｍである。圧電体層３０は、上面３２と、上面３２に接続する側面３４と、を有する。図示の例では、圧電体層３０の上面３２は、平坦な面（平面）であり、基板１０の上面１２と平行（ほぼ平行）である。圧電体層３０の側面３４は、圧電体層３０の上面３２から、基板１０の上面１２まで設けられている。側面３４は、第１部分３５と、第２部分３６と、を有する。
【００３０】
第１部分３５は、圧電体層３０の上面３２と接続している。第１部分３５は、基板１０の上面１２に対して第１角度αで傾いている。図１の例では、便宜上、第１部分３５は、上面１２と平行な架空線Ｌ１に対して、第１角度αで傾いて図示されている。第１角度αは、鋭角であり、例えば、３０度〜７０度である。第１部分３５は、平坦な面（平面）であることができる。
【００３１】
第２部分３６は、第１部分３５と接続している。図示の例では、第２部分３６は、さらに、基板１０の上面１２と接続している。第２部分３６は、第１部分３５よりも下方側の側面である。第２部分３６は、基板１０の上面１２に対して第２角度βで傾いている。第２角度βは、第１角度αよりも小さく、例えば、５度〜２０度である。第２部分３６は、平坦な面（平面）であることができる。
【００３２】
圧電体層３０の側面３４は、基板１０の上面１２に対して異なる傾きを有する第１部分３５および第２部分３６によって、屈曲部３８を有することができる。すなわち、屈曲部３８は、第１部分３５と第２部分３６との境界に位置している。屈曲部３８から基板１０の上面１２までの距離（膜厚）は、例えば、圧電体層３０の上面３２から基板１０の上面１２までの距離（膜厚）の１／１０程度である。また、圧電体層３０の上面３２から基板１０の上面１２までの距離が１．２μｍ程度である場合、屈曲部３８から、圧電体層３０の側面３４と基板１０の上面１２との接続部３９までの距離は、例えば、１．３μｍ程度である。
【００３３】
上部電極４０は、圧電体層３０上に形成されている。上部電極４０としては、例えば、下部電極２０の説明で例示した材料と同じ材料を用いることができる。上部電極４０の厚さは、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。上部電極４０は、圧電体層３０に電圧を印加するための他方の電極である。図示の例では、上部電極４０は、第１上部電極４２と、第２上部電極４４と、を有する。図示はしないが、上部電極４０は、第２上部電極４４のみから構成されていてもよい。
【００３４】
第１上部電極４２は、圧電体層３０の上面３２を覆っている。第１上部電極４２の材質および厚さは、例えば、圧電体層３０との密着性、圧電体層３０への拡散性などを考慮して選択される。より具体的には、第１上部電極４２の材質としては、例えば、イリジウム（厚さ１５ｎｍ）を列挙することができる。
【００３５】
第２上部電極４４は、第１上部電極４２と、第１部分３５および第２部分３６と、を覆っている。図示の例では、第２上部電極４４は、さらに、基板１０の上面１２上にも設けられている。第２上部電極４４の材質および厚さは、例えば、耐湿性（水分バリア性）、導電性などを考慮して選択される。より具体的には、第２上部電極４４の材質としては、例えば、イリジウム（厚さ５０ｎｍ）を列挙することができる。上部電極４０、圧電体層３０および下部電極２０は、積層構造１１０を構成することができる。
【００３６】
本実施形態に係る圧電素子１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００３７】
圧電素子１００によれば、圧電体層３０の側面３４は、第１部分３５と、第２部分３６と、を有することができる。第１部分３５は、基板１０の上面１２に対して第１角度αで傾いており、第２部分３６は、基板１０の上面１２に対して第１角度αより小さい第２角度βで傾いている。そして、圧電体層３０の側面３４（第２部分３６）は、基板１０の上面１２に対して、第２角度βで接続されている。そのため、例えば、側面が角度αで傾く部分のみからなる場合に比べて、圧電素子１００における側面３４は、小さい角度βで基板１０の上面１２に接続されることができる。これにより、上部電極４０（第２上部電極４４）における応力の集中を緩和することができる。例えば、圧電体層の側面と基板の上面との接続する角度が大きい場合（垂直に近い場合）は、圧電体層の側面と基板の上面との接続部（角部ともいえる）近傍に形成された上部電極に応力が集中する。すなわち、圧電素子１００では、第１部分３５および第２部分３６を有する側面３４によって、上部電極４０における応力の集中（より具体的には、圧電体層３０の側面３４と基板１０の上面１２との接続部近傍に形成された上部電極４０における応力の集中）を緩和でき、高い信頼性を有することができる。
【００３８】
また、例えば、圧電体層の側面と基板の上面との接続する角度が大きい場合は、上部電極の基板および圧電体層に対する密着性およびカバレッジが悪くなる場合がある。これに対し、圧電素子１００では、圧電体層３０の側面３４と基板１０の上面１２との接続する角度を小さくすることができるので、上部電極４０の密着性およびカバレッジを向上させることができる。
【００３９】
さらに、例えば、側面が角度βで傾く部分のみからなる場合に比べて、圧電素子１００では、圧電体層３０の幅（基板１０の厚み方向と直交する方向の長さ）を小さくすることができる。すなわち、圧電素子１００では、小型化を図ることができる。
【００４０】
圧電素子１００によれば、第１部分３５および第２部分３６の形状は、平面であることができる。例えば、圧電体層の側面が曲面からなる場合は、製造時のプロセスが困難となる場合があり、精度の高い（ばらつきの小さい）圧電体層を形成することが困難となる場合がある。特に、ウェットエッチングによって圧電体層の側面を曲面に形成する場合は、ドライエッチングによって圧電体層の側面を平面に形成する場合に比べて精度が低くなることがある。したがって、圧電素子１００では、加工精度が高く、ばらつきの小さい圧電体層３０を形成することができる。
【００４１】
２．  圧電素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図２〜図４は、本実施形態に係る圧電素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００４２】
図２に示すように、基板１０上に下部電極２０を形成する。下部電極２０は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成される。より具体的には、基板１０上に、導電層（図示せず）を形成し、該導電層をパターニングすることにより、下部電極２０を形成することができる。
【００４３】
図３に示すように、下部電極２０を覆うように、基板１０の上面１２の全面に圧電体層３０ａを成膜する。圧電体層３０ａは、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより形成される。ここで、例えば、圧電体層３０ａの材質がＰＺＴである場合、酸素雰囲気で７００度程度のアニールを行うことにより、圧電体層３０ａを結晶化することができる。なお、結晶化は、圧電体層３０ａをパターニングした後に行うこともできる。
【００４４】
次に、圧電体層３０ａの全面に第１上部電極４２ａを成膜する。第１上部電極４２ａは、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成される。
【００４５】
次に、第１上部電極４２ａ上に、所定の形状のレジストＲを形成する。レジストＲは、例えば、第１上部電極４２ａの上面に対して、角度θで傾く側面を有するように形成される。角度θの大きさは、露光時間や、ベーク温度によって調整される。
【００４６】
図４に示すように、レジストＲをマスクとして、第１上部電極４２ａおよび圧電体層３０ａをエッチングし、第１上部電極４２および圧電体層３０を形成する。すなわち、第１上部電極４２ａおよび圧電体層３０ａをパターニングする。エッチングは、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）のような高密度プラズマ装置を用いたドライエッチングにより行うことができる。該高密度プラズマ装置（ドライエッチング装置）において、１．０Ｐａ以下の圧力に設定すると良好にエッチングを行うことができる。第１上部電極４２ａをエッチングするためのエッチングガスとしては、例えば、塩素系ガスとアルゴンガスの混合ガスを用いることができる。圧電体層３０ａをエッチングするためのエッチングガスとしては、例えば、塩素系ガスとフロン系ガスとの混合ガスを用いることができる。塩素系のガスとしては、例えば、Ｃｌ２、ＢＣｌ３などが挙げられる。フロン系のガスとしては、例えば、Ｃ４Ｆ８、ＣＦ４などが挙げられる。このような混合ガスを用いて圧電体層３０ａをエッチングすることにより、第１部分３５および第２部分３６を有する側面３４を形成することができる。その理由を以下に説明する。
【００４７】
圧電体層３０の材質がＰＺＴである場合、エッチャントは主に塩素系ガスである。上記の混合ガスによりエッチングを行うと、フロン系のガスによって塩素ラジカルが多量に発生し、反応性の高いエッチングになる。この場合、エッチングガスが構造体の側壁（圧電体層３０の側面３４近傍や、基板１０の上面１２近傍など）に供給されにくくなり、その部分のエッチングレートが小さくなる。そのため、第１部分３５と第２部分３６とを有する側面３４が形成されると推察される。なお、第１角度αおよび第２角度βの大きさは、オーバーエッチング量や、レジストＲの角度θの大きさで調整することができる。
【００４８】
図１に示すように、レジストＲを除去し、第１上部電極４０および圧電体層３０上に第２上部電極４４を形成する。第２上部電極４４は、第１部分３５および第２部分３６を覆うように形成される。第２上部電極４４は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成される。より具体的には、全面に、導電層（図示せず）を形成し、該導電層をパターニングすることにより、第２上部電極４４を形成することができる。
【００４９】
以上の工程により、圧電素子１００を製造することができる。
【００５０】
本実施形態に係る圧電素子１００の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００５１】
圧電素子１００の製造方法によれば、上述のように、第１部分３５および第２部分３６を有する側面３４によって、上部電極４０（第２上部電極４４）における応力の集中を緩和できる信頼性の高い圧電素子１００を形成することができる。
【００５２】
圧電素子１００の製造方法によれば、圧電体層３０の上面３２を、第１上部電極４２で覆うことができる。そのため、プロセスダメージ（圧電体層３０ａをエッチングするときのダメージや、レジストＲを除去するときのダメージなど）から、圧電体層３０の上面３２を保護することができる。そのため、信頼性の高い圧電素子１００を製造することができる。
【００５３】
３．  圧電素子の変形例
（１）次に、本実施形態の第１変形例に係る圧電素子２００について、図面を参照しながら説明する。図５は、圧電素子２００を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の第１変形例に係る圧電素子２００において、本実施形態に係る圧電素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５４】
圧電素子２００では、図５に示すように、圧電体層３０の側面３４は、第１部分３５と、第２部分３６と、さらに、第３部分２３７と、を有する。
【００５５】
第３部分２３７は、第２部分３６と接続している。図示の例では、第３部分２３７は、さらに、基板１０の上面１２と接続している。第３部分２３７は、第２部分３６よりも下方側の側面である。第３部分２３７は、基板１０の上面１２に対して第３角度γで傾いている。第３角度γは、第２角度βよりも大きく、第１角度αよりも小さい。第３部分２３７は、平坦な面（平面）であることができる。なお、図示の例では、第２部分３６は、便宜上、基板１０の上面１２と平行な架空線Ｌ２に対して、第２角度βで傾いて図示されている。
【００５６】
圧電素子２００によれば、圧電体層３０の側面３４は、第１部分３５および第２部分３６に加え、さらに、基板１０の上面１２に対して第３角度γで傾く第３部分２３７を有することができる。第３角度γは、第２角度βよりも大きい角度である。そのため、圧電素子２００では、例えば圧電素子１００の例に比べて、圧電体層３０の幅（基板１０の厚み方向と直交する方向の長さ）を小さくすることができる。すなわち、圧電素子２００では、小型化を図ることができる。
【００５７】
また、圧電素子２００によれば、第３角度γは、第１角度αよりも小さい角度である。そのため、角度αで傾く部分のみからなる側面に比べて、圧電素子２００では、特に、圧電体層３０の側面３４と、基板１０の上面１２と、の接続部近傍に形成された上部電極４０（第２上部電極４４）における応力の集中を緩和することができる。
【００５８】
（２）次に、本実施形態の第２変形例に係る圧電素子３００について、図面を参照しながら説明する。図６は、圧電素子３００を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の第２変形例に係る圧電素子３００において、本実施形態に係る圧電素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５９】
圧電素子３００では、図６に示すように、下部電極２０、圧電体層３０および上部電極４０は、積層構造１１０（積層体１１０ともいえる）を構成しており、積層構造１１０は、複数設けられている。図示の例では、積層構造１１０は、３つ設けられているが、その数は特に限定されない。より具体的には、図示の例では、複数の下部電極２０と、複数の圧電体層３０と、複数の第１上部電極４２と、１つの第２上部電極４４が設けられている。第２上部電極４４は、複数の積層構造１１０において、共通電極であるといえる。第２上部電極４４は、複数の積層構造１１０において、連続しているともいえる。第２上部電極４４は、複数の第１上部電極４２の各々と、複数の圧電体層３０の各々と、基板１０の上面１２と、を覆っている。これに対し、下部電極２０は、複数の積層構造１１０において、個別電極であり、電気的に分離されている。
【００６０】
圧電素子３００によれば、上部電極４０（第２上部電極４４）を共通電極とする場合においても、第１部分３５および第２部分３６を有する側面３４によって、上部電極４０における応力の集中を緩和でき、高い信頼性を有することができる。
【００６１】
（３）次に、本実施形態の第３変形例に係る圧電素子４００について、図面を参照しながら説明する。図７は、圧電素子４００を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の第３変形例に係る圧電素子４００において、本実施形態の第２変形例に係る圧電素子３００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６２】
圧電素子３００の例では、第２上部電極４４は、連続する１つの共通電極であった。圧電素子４００では、図７に示すように、さらに圧電体層３０が、複数の積層構造１１０において、共通の圧電体層となっている。すなわち、圧電素子４００では、複数の下部電極２０と、１つの圧電体層３０と、複数の第１上部電極４２と、１つの第２上部電極４４が設けられている。圧電体層３０は、複数の積層構造１１０において、連続しているともいえる。第２上部電極４４は、複数の第１上部電極４２の各々と、圧電体層３０と、を覆っている。
【００６３】
圧電素子４００によれば、第２上部電極４４は、基板１０と接触していない。そのため、第２上部電極４４は、圧電体層３０（および第１上部電極４２）との相性（密着性、反応性など）を考慮すればよく、第２上部電極４４の材料の選択肢を広げることができる。また、例えば、基板１０として可撓性を有する振動板を用いた場合は、圧電体層３０の残し量（基板１０と接触する部分の膜厚量）を制御することによって、容易に共振周波数を調整することができる。
【００６４】
（４）次に、本実施形態の第４変形例に係る圧電素子５００について、図面を参照しながら説明する。図８は、圧電素子５００を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の第４変形例に係る圧電素子５００において、本実施形態の第２変形例に係る圧電素子３００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６５】
圧電素子３００の例では、第２上部電極４４は、連続する１つの共通電極であった。圧電素子５００では、図８に示すように、第２上部電極４４は、複数の圧電体層３０に対応して、複数設けられている。複数の第２上部電極４４は、配線（図示せず）によって、電気的に接続されて、共通電極となっていることができる。
【００６６】
圧電素子５００では、圧電素子３００，４００の例に比べて、隣り合う積層構造１１０において、一方の圧電体層３０の駆動が、他方の圧電体層３０の駆動に及ぼす影響（クロストーク）を小さくすることができる。そのため、高い信頼性を得ることができる。
【００６７】
４．  液体噴射ヘッド
次に、本発明に係る圧電素子が圧電アクチュエーターとして機能している液体噴射ヘッド６００について、図面を参照しながら説明する。図９は、液体噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図である。図１０は、液体噴射ヘッド６００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
【００６８】
液体噴射ヘッド６００は、本発明に係る圧電素子を有することができる。以下の例では、本発明に係る圧電素子として圧電素子１００を有する液体噴射ヘッド６００について説明する。なお、上述のとおり、圧電素子１００が圧電アクチュエーターとして機能する場合、基板１０は、可撓性を有し、圧電体層３０の動作によって変形する振動板となることができる。
【００６９】
液体噴射ヘッド６００は、図９および図１０に示すように、ノズル孔６１２を有するノズル板６１０と、圧力室６２２を形成するための圧力室基板６２０と、圧電素子１００（圧電アクチュエーター１００ともいえる）と、を含む。さらに、液体噴射ヘッド６００は、図１０に示すように、筐体６３０を有することができる。なお、図１０では、圧電素子１００の積層構造１１０を簡略化して図示している。
【００７０】
ノズル板６１０は、図９および図１０に示すように、ノズル孔６１２を有する。ノズル孔６１２からは、インクが吐出されることができる。ノズル板６１０には、例えば、多数のノズル孔６１２が一列に設けられている。ノズル板６２０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを列挙することができる。
【００７１】
圧力室基板６２０は、ノズル板６１０上（図１０の例では下）に設けられている。圧力室基板６２０の材質としては、例えば、単結晶シリコンなどを列挙することができる。圧力室基板６２０がノズル板６１０と基板１０との間の空間を区画することにより、図１０に示すように、リザーバー（液体貯留部）６２４と、リザーバー６２４と連通する供給口６２６と、供給口６２６と連通する圧力室６２２と、が設けられている。すなわち、リザーバー６２４、供給口６２６および圧力室６２２は、ノズル板６１０と圧力室基板６２０と基板１０とによって区画されている。リザーバー６２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、基板１０に設けられた貫通孔６２８を通じて供給されるインクを一時貯留することができる。リザーバー６２４内のインクは、供給口６２６を介して、圧力室６２２に供給されることができる。圧力室６２２は、基板１０の変形により容積が変化する。圧力室６２２はノズル孔６１２と連通しており、圧力室６２２の容積変化によって、ノズル孔６１２からインクが吐出される。
【００７２】
圧電素子１００は、圧力室基板６２０上（図１０の例では下）に設けられている。圧電素子１００の積層構造１１０は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。基板１０は、積層構造１１０（圧電体層３０）の動作によって変形し、圧力室６２２の内部圧力を瞬間的に高めることができる。なお、図９では、圧電体層３０の側面３４と基板１０の上面１２との接続部３９が平面視において圧力室６２２の外側に配置されているが、内側に配置されていてもよい。
【００７３】
筐体６３０は、図１０に示すように、ノズル板６１０、圧力室基板６２０および圧電素子１００を収納することができる。筐体６３０の材質としては、例えば、樹脂、金属などを列挙することができる。
【００７４】
液体噴射ヘッド６００によれば、上述のとおり信頼性の高い圧電素子１００を有することができる。これにより、信頼性の高い液体噴射ヘッド６００を得ることができる。
【００７５】
なお、上述した例では、液体噴射ヘッド６００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本発明の液体噴射ヘッドは、例えば、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（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【００７６】
５．  液体噴射装置
次に、本実施形態に係る液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。図１１は、本実施形態に係る液体噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。液体噴射装置７００は、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。以下では、液体噴射装置７００がインクジェットプリンターである場合について説明する。
【００７７】
液体噴射装置７００は、図１１に示すように、ヘッドユニット７３０と、駆動部７１０と、制御部７６０と、を含む。さらに、液体噴射装置７００は、装置本体７２０と、給紙部７５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ７２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口７２２と、装置本体７２０の上面に配置された操作パネル７７０と、を含むことができる。
【００７８】
ヘッドユニット７３０は、例えば、上述した液体噴射ヘッド６００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット７３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ７３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ７３１を搭載した運搬部（キャリッジ）７３２と、を備える。
【００７９】
駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０を往復動させることができる。駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０の駆動源となるキャリッジモーター７４１と、キャリッジモーター７４１の回転を受けて、ヘッドユニット７３０を往復動させる往復動機構７４２と、を有する。
【００８０】
往復動機構７４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸７４４と、キャリッジガイド軸７４４と平行に延在するタイミングベルト７４３と、を備える。キャリッジガイド軸７４４は、キャリッジ７３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ７３２を支持している。さらに、キャリッジ７３２は、タイミングベルト７４３の一部に固定されている。キャリッジモーター７４１の作動により、タイミングベルト７４３を走行させると、キャリッジガイド軸７４４に導かれて、ヘッドユニット７３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【００８１】
制御部７６０は、ヘッドユニット７３０、駆動部７１０および給紙部７５０を制御することができる。
【００８２】
給紙部７５０は、記録用紙Ｐをトレイ７２１からヘッドユニット７３０側へ送り込むことができる。給紙部７５０は、その駆動源となる給紙モーター７５１と、給紙モーター７５１の作動により回転する給紙ローラー７５２と、を備える。給紙ローラー７５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー７５２ａおよび駆動ローラー７５２ｂを備える。駆動ローラー７５２ｂは、給紙モーター７５１に連結されている。制御部７６０によって供紙部７５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット７３０の下方を通過するように送られる。
【００８３】
ヘッドユニット７３０、駆動部７１０、制御部７６０および給紙部７５０は、装置本体７２０の内部に設けられている。
【００８４】
液体噴射装置７００によれば、上述のとおり信頼性の高い液体噴射ヘッド６００を有することができる。これにより、信頼性の高い液体噴射装置７００を得ることができる。
【００８５】
なお、上述した例では、液体噴射装置７００がインクジェットプリンターである場合について説明したが、本発明の液体噴射装置は、工業的な液体吐出装置として用いられることもできる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。
【００８６】
なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【００８７】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００８８】
１０  基板、１２  基板の上面、２０  下部電極、３０  圧電体層、３０ａ  圧電体層、
３２  圧電体層の上面、３４  圧電体層の側面、３５  第１部分、３６  第２部分、
３８  屈曲部、３９  接続部、４０  上部電極、４２  第１上部電極、
４２ａ  第１上部電極、４４  第２上部電極、１００  圧電素子、１１０  積層構造、
２００  圧電素子、２３７  第３部分、３００  圧電素子、４００  圧電素子、
５００  圧電素子、６００  液体噴射ヘッド、６１０  ノズル板、６１２  ノズル孔、
６２０  圧力室基板、６２２  圧力室、６２４  リザーバー、６２６  供給口、
６２８  貫通孔、６３０  筐体、７００  液体噴射装置、７１０  駆動部、
７２０  装置本体、７２１  トレイ、７２２  排出口、７３０  ヘッドユニット、
７３１  インクカートリッジ、７３２  キャリッジ、７４１  キャリッジモーター、
７４２  往復動機構、７４３  タイミングベルト、７４４  キャリッジガイド軸、
７５０  給紙部、７５１  給紙モーター、７５２  給紙ローラー、
７５２ａ  従動ローラー、７５２ｂ  駆動ローラー、７６０  制御部、
７７０  操作パネル
【図１】
2011018723.tif 000003
【図２】
2011018723.tif 000004
【図３】
2011018723.tif 000005
【図４】
2011018723.tif 000006
【図５】
2011018723.tif 000007
【図６】
2011018723.tif 000008
【図７】
2011018723.tif 000009
【図８】
2011018723.tif 000010
【図９】
2011018723.tif 000011
【図１０】
2011018723.tif 000012
【図１１】
2011018723.tif 000013