(57)【要約】【課題】電極材料の選択の自由度を大きくできる、圧電素子、並びに、この圧電素子を含む圧電アクチュエーター、液滴噴射ヘッド及び液滴噴射装置を提供すること。【解決手段】基板１０の上に形成された第１電極層２０と、第１電極層２０に対向して配置された第２電極層４０と、第１電極層２０及び第２電極層４０の間に配置された圧電体層３０と、を含み、第１電極層２０は、導電層２２とバリア層２４とを有し、バリア層２４は、導電層２２と圧電体層３０とが接しないように、導電層２２と圧電体層３０との間に形成されている。【選択図】図２
2011129555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された第１電極層と、
前記第１電極層に対向して配置された第２電極層と、
前記第１電極層及び前記第２電極層の間に配置された圧電体層と、
を含み、
前記第１電極層は、導電層とバリア層とを有し、
前記バリア層は、前記導電層と前記圧電体層とが接しないように、前記導電層と前記圧電体層との間に形成された、圧電素子。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電素子において、
前記バリア層は、前記導電層の上面及び側面を覆って形成された、圧電素子。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれかに記載の圧電素子において、
前記導電層は、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｉｒ及びＰｄからなる群より選択される少なくとも１種を含む、圧電素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の圧電素子において、
前記バリア層は、導電性を有する窒化膜からなる、圧電素子。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の圧電素子において、
前記第１電極層は、前記基板と前記導電層との間に密着層を有し、
前記バリア層は、前記密着層の側面を覆って形成された、圧電素子。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の圧電素子において、
前記第１電極層は、前記バリア層と前記圧電体層との間に配向層を有する、圧電素子。
【請求項７】
請求項１ないし６に記載の圧電素子を含む、圧電アクチュエーター。
【請求項８】
請求項７に記載の圧電アクチュエーターを含む、液滴噴射ヘッド。
【請求項９】
請求項８に記載の液滴噴射ヘッドを含む、液滴噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、圧電アクチュエーター、液滴噴射ヘッド及び液滴噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子の厚みを薄くし高速駆動を可能にするため、薄膜技術を用いて製造できる圧電アクチュエーターやインクジェット式記録ヘッドが知られている。例えば、特許文献１には、薄膜技術を用いて製造できるインクジェット式記録ヘッドが記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載のインクジェット式記録ヘッドでは、圧電素子の下電極の上面及び側面を圧電体層で覆う構成となっている。また、圧電体層の形成工程において下電極が酸化しにくいように、下電極の材質としては白金が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３２６５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
下電極として酸化しやすい材料を用いると、圧電体層の形成工程において下電極が酸化して体積が膨張し、下電極の剥離やクラックの発生の原因となる恐れがある。そのため、下電極に用いることができる材料は、選択の自由度が小さかった。
【０００６】
本発明のいくつかの態様によれば、電極材料の選択の自由度を大きくできる、圧電素子、並びに、この圧電素子を含む圧電アクチュエーター、液滴噴射ヘッド及び液滴噴射装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の態様の１つである圧電素子は、
基板の上に形成された第１電極層と、
前記第１電極層に対向して配置された第２電極層と、
前記第１電極層及び前記第２電極層の間に配置された圧電体層と、
を含み、
前記第１電極層は、導電層とバリア層とを有し、
前記バリア層は、前記導電層と前記圧電体層とが接しないように、前記導電層と前記圧電体層との間に形成されている。
【０００８】
本発明において、「上」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上」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。本発明において、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」という文言を用いている。同様に、「下」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下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する。
【０００９】
本発明によれば、第１電極の導電層と圧電体層とが接しないように、導電層と圧電体層との間にバリア層が形成されているため、導電層が酸化しにくい。したがって、第１電極の導電層に用いる材料の選択の自由度を大きくできる。
【００１０】
（２）本発明の態様の１つである圧電素子は、
前記バリア層は、前記導電層の上面及び側面を覆って形成されていてもよい。
【００１１】
本発明によれば、導電層の上面及び側面を覆ってバリア層が形成されているため、電極材料の選択の自由度を大きくできる。
【００１２】
（３）本発明の態様の１つである圧電素子は、
前記導電層は、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｉｒ及びＰｄからなる群より選択される少なくとも１種を含んでもよい。
【００１３】
（４）本発明の態様の１つである圧電素子は、
前記バリア層は、導電性を有する窒化膜からなってもよい。
【００１４】
これにより、第１電極層全体としての抵抗値を下げることができる。
【００１５】
（５）本発明の態様の１つである圧電素子は、
前記第１電極層は、前記基板と前記導電層との間に密着層を有し、
前記バリア層は、前記密着層の側面を覆って形成されていてもよい。
【００１６】
これにより、基板と導電層との密着性を高めることができる。また、密着層の酸化も防止することができる。
【００１７】
（６）本発明の態様の１つである圧電素子は、
前記第１電極層は、前記バリア層と前記圧電体層との間に配向層を有してもよい。
【００１８】
これにより、圧電体層の配向性を制御することができる。
【００１９】
（７）本発明の態様の１つである圧電アクチュエーターは、
これらのいずれかの圧電素子を含む。
【００２０】
本発明によれば、電極材料の選択の自由度を大きくできる圧電素子を含む圧電アクチュエーターを実現できる。
【００２１】
（８）本発明の態様の１つである液滴噴射ヘッドは、
これらのいずれかの圧電アクチュエーターを含む。
【００２２】
本発明によれば、電極材料の選択の自由度を大きくできる圧電素子を含む液滴噴射ヘッドを実現できる。
【００２３】
（９）本発明の態様の１つである液滴噴射装置は、
これらのいずれかの液滴噴射ヘッドを含む。
【００２４】
本発明によれば、電極材料の選択の自由度を大きくできる圧電素子を含む液滴噴射装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態の圧電素子を模式的に示す平面図。
【図２】図２（Ａ）は、図１に示すＡ−Ａ線における圧電素子の断面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す圧電素子の要部の拡大図。
【図３】図３（Ａ）は、図１に示すＢ−Ｂ線における圧電素子の断面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す圧電素子の要部の拡大図。
【図４】変形例の圧電素子を模式的に示す平面図。
【図５】図５（Ａ）は、図４に示すＡ−Ａ線における圧電素子の断面図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す圧電素子の要部の拡大図。
【図６】図６（Ａ）は、図４に示すＢ−Ｂ線における圧電素子の断面図、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す圧電素子の要部の拡大図。
【図７】図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、本実施形態の圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、本実施形態の圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの分解斜視図。
【図１１】本実施形態に係る液滴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】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２７】
１．圧電素子及び圧電アクチュエーター
１−１．圧電素子及び圧電アクチュエーターの構造
図１は、本実施形態の圧電素子１００を模式的に示す平面図である。図２（Ａ）は、図１に示すＡ−Ａ線における圧電素子１００の断面図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す圧電素子１００の要部２００ａの拡大図である。図３（Ａ）は、図１に示すＢ−Ｂ線における圧電素子１００の断面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す圧電素子１００の要部２００ｂの拡大図である。
【００２８】
本実施形態に係る圧電素子１００は、基板１０と、第１電極層２０と、圧電体層３０と、第２電極層４０とを含む。
【００２９】
基板１０は、例えば、導電体、半導体、絶縁体で形成された平板とすることができる。基板１０は、単層であっても、複数の層が積層された構造であってもよい。また、基板１０は、上面が平面的な形状であれば内部の構造は限定されず、例えば、内部に空間等が形成された構造であってもよい。
【００３０】
基板１０が、圧電素子１００を含む圧電アクチュエーターの振動板である場合には、圧電素子１００が動作したときに機械的な出力を行う部材となる。基板１０は、例えば、振動板を含んで構成され、圧電素子１００を含む圧電アクチュエーターの可動部分となることができ、圧力発生室などの壁の一部を構成していてもよい。基板１０の厚みは、用いる材質の弾性率などにしたがって最適に選ばれる。基板１０が圧電素子１００を含む圧電アクチュエーターの振動板である場合は、基板１０の厚みは、例えば、２００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下とすることができる。基板１０の厚みが２００ｎｍよりも薄いと、振動等の機械的出力を取り出しにくくなることがあり、２０００ｎｍよりも厚いと、振動等が生じなくなる場合がある。基板１０は、圧電体層３０の動作により、たわんだり振動したりすることができる。
【００３１】
基板１０が、圧電素子１００を含む圧電アクチュエーターの振動板である場合には、基板１０の材質には、剛性および機械的強度の高い材料を含むことが望ましい。基板１０の材質としては、例えば、酸化ジルコニウム、窒化シリコン、酸化シリコンなどの無機酸化物、ステンレス鋼などの合金を用いることができる。これらのうち、基板１０の材質としては、化学的安定性および剛性の点で、酸化ジルコニウムが好適である。基板１０は、例示した物質の２種以上の積層構造であってもよい。
【００３２】
第１電極層２０は、基板１０の上に形成される。第１電極層２０は、第２電極層４０と対になり、圧電体層３０を挟む一方の電極として機能する。第１電極層２０は、例えば、同一の基板１０の上に形成された隣の圧電素子の第１導電層と共通して構成することができる。第１電極層２０は、図示せぬ外部回路と電気的に接続されている。
【００３３】
第１電極層２０は、導電層２２とバリア層２４とを有する。また、第１電極層２０は、密着層２６や配向層２８を有してもよい。
【００３４】
導電層２２は、層状又は薄膜状の形状を有することができる。導電層２２の機能の１つとしては、第１電極層２０の導電性を担うことが挙げられる。
【００３５】
導電層２２の材質としては、例えば、圧電体層３０の焼成温度（例えば８００℃）以上の融点を持ち、導電性が高い（例えば、抵抗率が６０μΩ・ｃｍ以下の）金属から選択される少なくとも１種を含んでもよい。より具体的には、導電層２２の材質としては、例えば、Ｗ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｉｒ及びＰｄからなる群より選択される少なくとも１種を含む金属や合金を挙げることができる。
【００３６】
バリア層２４は、導電層２２と圧電体層３０とが接しないように、導電層２２と圧電体層３０との間に形成されている。バリア層２４は、導電層２２の上面及び側面を覆って形成されてもよい。例えば、図２（Ｂ）に示す断面図では、バリア層２４は、導電層２２と圧電体層３０とが接しないように、導電層２２の上面及び側面を覆って形成されている。また例えば、図３（Ｂ）に示す断面図では、バリア層２４は、導電層２２と圧電体層３０とが接しないように、導電層２２の上面を覆って形成されている。
【００３７】
バリア層２４の機能の１つとしては、導電層２２が酸化されるのを防ぐことが挙げられる。また、バリア層２４は、導電性を有し、第１電極層２０の導電性の一部を担ってもよい。
【００３８】
バリア層２４の材質としては、例えば、導電性を有する窒化膜を挙げることができる。より具体的には、バリア層２４の材質としては、例えば、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＺｒＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＣｒＮ、ＴｉＺｒＮ、ＴｉＨｆＮ、ＴｉＮｂＮ、ＡｌＣｒＮなどを挙げることができる。
【００３９】
このように、本実施形態に係る圧電素子１００においては、導電層２２と圧電体層３０とが接しないように、導電層２２と圧電体層３０との間にバリア層２４が形成されているため、導電層２２が酸化しにくい。したがって、導電層２２に用いる材料の選択の自由度を大きくできる。
【００４０】
密着層２６は、基板１０と導電層２２との間に形成されている。図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示す断面図では、密着層２６は、基板１０と導電層２２の下面全面との間に形成されている。密着層２６の機能の１つとしては、基板１０と導電層２２との密着性を高めることが挙げられる。
【００４１】
密着層２６の材質としては、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｗからなる群より選択される少なくとも１種を含む金属や合金を挙げることができる。
【００４２】
第１電極層２０が密着層２６を有する構成の場合、バリア層２４は、密着層２６の側面を覆うように形成されていてもよい。図２（Ｂ）に示す断面図では、バリア層２４は、密着層２６の側面を覆うように形成されている。これにより、密着層２６の酸化も防止することができる。
【００４３】
配向層２８は、バリア層２４と圧電体層３０との間に形成されている。図２（Ｂ）及び図３（Ｂ）に示す断面図では、配向層２８は、バリア層２４の上面と圧電体層３０との間に形成されている。配向層２８の機能の１つとしては、圧電体層３０の結晶配向性を所望の配向に制御することが挙げられる。
【００４４】
配向層２８の材質としては、例えば、導電性を有するペロブスカイト酸化物を挙げることができる。より具体的には、配向層２８の材質としては、例えば、ＬａＮｉＯ３、Ｌａ２ＮｉＯ４、Ｌａ３Ｎｉ２Ｏ７、Ｌａ４Ｎｉ３Ｏ１０、Ｌａ３Ｎｉ２Ｏ６等のランタンニッケル酸化物や、ＲｅＯ３、ＳｒＲｅＯ３、ＢａＲｅＯ３、ＬａＴｉＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＳｒＶＯ３、ＣａＣｒＯ３、ＳｒＣｒ３、ＳｒＦｅＯ３、Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３（０＜Ｘ＜０．５）、ＣａＲｕＯ３、ＳｒＲｕＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＰｂＯ３などを挙げることができる。
【００４５】
圧電体層３０は、第１電極層２０及び第２電極層４０との間に配置されている。図１、図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示す例では、圧電体層３０は、第１導電層２０の上に設けられている。また、図１及び図２（Ｂ）に示す例では、圧電体層３０は、基板１０の上にも設けられている。圧電体層３０の厚みは、４００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下とすることができる。圧電体層３０の厚みが上記の範囲を外れると、基板１０を変形させるのに十分な変形が得られなくなる場合がある。圧電体層３０は、第１導電層２０及び第２導電層４０によって電界が印加されることで伸縮変形し、これにより基板１０をたわませたり振動させたりする。圧電体層３０には、圧電性を有する材料を用いることができる。
【００４６】
圧電体層３０の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物が好適に用いられる。このような材質の具体的な例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）（以下、本明細書において「ＰＺＴ」と略すことがある。）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３）（以下、本明細書において「ＰＺＴＮ」と略すことがある。）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）などが挙げられる。
【００４７】
第２電極層４０は、第１電極層２０に対向して配置されている。図１、図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示す例では、第２電極層４０は、圧電体層３０の上に形成されている。第２電極層４０の厚みは、圧電体層３０の動作に悪影響を与えない範囲であれば限定されない。第２電極層４０の厚みは、例えば２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。第２電極層４０の厚みが２０ｎｍよりも薄いと、電気抵抗が増大してしまうことがあり、２００ｎｍよりも大きいと、圧電体層３０の変形を阻害してしまう場合がある。第２電極層４０は、第１導電層２０と対になり、圧電体層３０を挟む一方の電極として機能する。
【００４８】
第２電極層４０の材質は、前記機能を満足する導電性を有する物質である限り特に限定されない。第２導電層４０の材質として、例えば、ニッケル、イリジウム、金、白金、タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、クロムなどの各種の金属及びこれらの金属の合金、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムの複合酸化物、ランタンとニッケルの複合酸化物などを用いることができる。また、第２電極層４０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００４９】
なお、基板１０を、振動板を含むように構成することにより、圧電素子１００を含む圧電アクチュエーターの構成とすることができる。これにより、電極材料の選択の自由度を大きくできる圧電素子を含む圧電アクチュエーターを実現できる。
【００５０】
１−２．圧電素子及び圧電アクチュエーターの構造の変形例
図４は、変形例の圧電素子１００ａを模式的に示す平面図である。図５（Ａ）は、図４に示すＡ−Ａ線における圧電素子１００ａの断面図、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す圧電素子１００ａの要部２００ｃの拡大図である。図６（Ａ）は、図４に示すＢ−Ｂ線における圧電素子１００ａの断面図、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す圧電素子１００ａの要部２００ｄの拡大図である。以下、図１〜図３を用いて説明した圧電素子１００との相違点を中心に説明する。なお、各部材の材質や主たる機能については、図１〜図３を用いて説明した圧電素子１００と同一である。
【００５１】
第１電極層２０は、基板１０の上に形成される。第１電極層２０は、第２電極層４０と対になり、圧電体層３０を挟む一方の電極として機能する。第１電極層２０は、図示せぬ外部回路と電気的に接続されている。
【００５２】
第１電極層２０は、導電層２２とバリア層２４とを有する。また、第１電極層２０は、密着層２６や配向層２８を有してもよい。
【００５３】
導電層２２は、層状又は薄膜状の形状を有することができる。導電層２２の機能の１つとしては、第１電極層２０の導電性を担うことが挙げられる。
【００５４】
バリア層２４は、導電層２２と圧電体層３０とが接しないように、導電層２２と圧電体層３０との間に形成されている。バリア層２４は、導電層２２の上面及び側面を覆って形成されてもよい。例えば、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示す断面図では、バリア層２４は、導電層２２と圧電体層３０とが接しないように、導電層２２の上面及び側面を覆って形成されている。
【００５５】
このように、本実施形態に係る圧電素子１００ａにおいては、導電層２２と圧電体層３０とが接しないように、導電層２２と圧電体層３０との間にバリア層２４が形成されているため、導電層２２に用いる材料の選択の自由度を大きくできる。
【００５６】
密着層２６は、基板１０と導電層２２との間に形成されている。図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示す断面図では、密着層２６は、基板１０と導電層２２の下面全面との間に形成されている。
【００５７】
第１電極層２０が密着層２６を有する構成の場合、バリア層２４は、密着層２６の側面を覆うように形成されていてもよい。図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示す断面図では、バリア層２４は、密着層２６の側面を覆うように形成されている。これにより、密着層２６の酸化も防止することができる。
【００５８】
配向層２８は、バリア層２４と圧電体層３０との間に形成されている。図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示す断面図では、配向層２８は、バリア層２４の上面と圧電体層３０との間に形成されている。
【００５９】
圧電体層３０は、第１電極層２０及び第２電極層４０との間に配置されている。図４、図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示す例では、圧電体層３０は、第１導電層２０の上に設けられている。また、図４、図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示す例では、圧電体層３０は、基板１０の上にも設けられている。
【００６０】
第２電極層４０は、第１電極層２０に対向して配置されている。図４、図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示す例では、第２電極層４０は、圧電体層３０の上に形成されている。また、図４、図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示す例では、第２電極層４０は、基板１０の上にも形成されている。第２電極層４０は、例えば、同一の基板１０の上に形成された隣の圧電素子の第２導電層と共通して構成することができる。
【００６１】
なお、基板１０を、振動板を含むように構成することにより、圧電素子１００ａを含む圧電アクチュエーターの構成とすることができる。これにより、電極材料の選択の自由度を大きくできる圧電素子を含む圧電アクチュエーターを実現できる。
【００６２】
１−３．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説明する。図７（Ａ）〜図７（Ｄ）及び図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、本実施形態の圧電素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。図７（Ａ）〜図７（Ｄ）及び図８（Ａ）は、図１のＡ−Ａ線に相当する断面の要部の拡大図を示している。図８（Ｂ）〜図８（Ｃ）は、図１のＡ−Ａ線に相当する断面図を示している。
【００６３】
まず、図７（Ａ）に示すように、基板１０の上に密着層２６ａを形成する。例えば、スパッタ法、真空蒸着法、めっき法、印刷法などにより密着層２６ａを形成することができる。
【００６４】
次に、密着層２６ａの上に導電層２２ａを形成する。例えば、スパッタ法、真空蒸着法、めっき法、印刷法などにより導電層２２ａを形成することができる。
【００６５】
次に、図７（Ｂ）に示すように、密着層２６ａ及び導電層２２ａをパターニングして密着層２６及び導電層２２を形成する。例えば、フォトリソグラフィーなどの方法で密着層２６ａ及び導電層２２ａの不要部分をエッチングすることにより、密着層２６ａ及び導電層２２ａをパターニングして密着層２６及び導電層２２を形成することができる。
【００６６】
次に、図７（Ｃ）に示すように、基板１０及び導電層２２の上にバリア層２４ａを形成する。例えば、スパッタ法、印刷法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法（ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法）などによりバリア層２４ａを形成することができる。
【００６７】
次に、バリア層２４ａの上に配向層２８ａを形成する。例えば、スパッタ法、真空蒸着法、めっき法、印刷法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ゾルゲル法などにより配向層２８ａを形成することができる。
【００６８】
次に、配向層２８ａの上に圧電体層３０ａを形成する。例えば、ゾルゲル法などによって圧電体層３０ａを形成することができる。ゾルゲル法においては、原料溶液塗布、予備加熱、結晶化アニール（焼成）の一連の作業を行う。焼成温度は、例えば５５０℃以上９００℃以下の範囲で設定することができる。
【００６９】
次に、図７（Ｄ）に示すように、バリア層２４ａ、配向層２８ａ及び圧電体層３０ａをパターニングしてバリア層２４、配向層２８及び圧電体層３０ｂを形成する。例えば、フォトリソグラフィーなどの方法でバリア層２４ａ、配向層２８ａ及び圧電体層３０ａの不要部分をエッチングすることにより、バリア層２４ａ、配向層２８ａ及び圧電体層３０ａをパターニングしてバリア層２４、配向層２８及び圧電体層３０ｂを形成することができる。これにより、第１電極層２０が形成される。
【００７０】
次に、図８（Ａ）に示すように、圧電体層３０ｂと一体となるように圧電体層３０ｃを形成する。例えば、ゾルゲル法において、原料溶液塗布、予備加熱、結晶化アニール（焼成）の一連の作業を行うことにより、圧電体層３０ｂと一体となるように圧電体層３０ｃを形成することができる。
【００７１】
次に、図８（Ｂ）に示すように、圧電体層３０ｃの上に第２導電層４０ａを形成する。例えば、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法などの方法で第２導電層４０ａを形成することができる。
【００７２】
次に、図８（Ｃ）に示すように、第２導電層４０ａ及び圧電体層３０ｃをパターニングして第１導電層２０、圧電体層３０及び第２導電層４０からなるキャパシタ構造の圧電素子１００を形成する。例えば、フォトリソグラフィーなどの方法で第２導電層４０ａ及び圧電体層３０ｃの不要部分をエッチングすることにより、第２導電層４０ａ及び圧電体層３０ｃをパターニングすることができる。
【００７３】
以上のようにして圧電素子１００が製造されるが、本実施形態の製造方法は、各工程の間に適宜他の部材を形成する工程や表面処理を行う工程を有することができる。
【００７４】
なお、上記においては本実施形態に係る圧電素子１００を例にとり説明したが、変形例に係る圧電素子１００ａについても、同様の方法で製造できる。
【００７５】
２．液滴噴射ヘッド
次に、本実施形態に係る圧電素子１００が圧電アクチュエーターとして機能する液滴噴射ヘッド６００について、図面を参照しながら説明する。図９は、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図である。図１０は、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド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。
【００７６】
液滴噴射ヘッド６００は、上述の圧電素子（圧電アクチュエーター）を有することができる。以下の例では、基板１０の上部に振動板１０ａを含む構造体として形成され、圧電素子１００が圧電アクチュエーターとして構成されている液滴噴射ヘッド６００について説明する。
【００７７】
液滴噴射ヘッド６００は、図９及び図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と、を含む。さらに、液滴噴射ヘッド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を簡略化して図示している。
【００７８】
ノズル板６１０は、図９及び図１０に示すように、ノズル孔６１２を有する。ノズル孔６１２からは、インクなどの液体等（液体のみならず、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、又は、メタルフレーク等を含むものなどを含む。以下同じ。）を液滴として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）などを挙げることができる。
【００７９】
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、シリコンなどを例示することができる。圧力室基板６２０がノズル板６１０と振動板１０ａ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。この例では、リザーバー６２４と、供給口６２６と、圧力室６２２とを区別して説明するが、これらはいずれも液体等の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また例えば、供給口６２６は、図示の例では流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計にしたがって任意に形成することができ、必ずしも必須の構成ではない。リザーバー６２４、供給口６２６及び圧力室６２２は、ノズル板６１０と圧力室基板６２０と振動板１０ａ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、振動板１０ａ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、振動板１０ａ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の容積が変化することによって、ノズル孔６１２から液体等が吐出される。
【００８０】
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。振動板１０ａは、積層構造（圧電体層３０）の動作によって変形し、圧力室６２２の内部圧力を適宜変化させることができる。
【００８１】
筐体６３０は、図１０に示すように、ノズル板６１０、圧力室基板６２０及び圧電素子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、金属などを挙げることができる。
【００８２】
液滴噴射ヘッド６００は、上述した電極材料の選択の自由度を大きくできる圧電アクチュエーターを含んでいる。したがって、電極材料の選択の自由度を大きくできる圧電素子を含む液滴噴射ヘッドを実現できる。
【００８３】
なお、ここでは、液滴噴射ヘッド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、本発明の液滴噴射ヘッドは、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。
【００８４】
３．液滴噴射装置
次に、本実施形態に係る液滴噴射装置について、図面を参照しながら説明する。液滴噴射装置は、上述の液滴噴射ヘッドを有する。以下では、液滴噴射装置が上述の液滴噴射ヘッドを有する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。図１１は、本実施形態に係る液滴噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。
【００８５】
液滴噴射装置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、液滴噴射装置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。
【００８６】
ヘッドユニット７３０は、上述した液滴噴射ヘッド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、ヘッド及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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
なお、本実施形態では、液滴噴射ヘッド６００および記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる例を示しているが、本発明の液滴噴射装置は、液滴噴射ヘッド６００および記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であってもよい。また、本実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液滴噴射装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。
【００９０】
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。
【００９１】
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及び駆動ローラー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。
【００９２】
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。
【００９３】
液滴噴射装置７００は、上述した電極材料の選択の自由度を大きくできる液滴噴射ヘッドを含んでいる。したがって、電極材料の選択の自由度を大きくできる圧電素子を含む液滴噴射装置を実現できる。
【００９４】
なお、上記例示した液滴噴射装置は、１つの液滴噴射ヘッドを有し、この液滴噴射ヘッドによって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液滴噴射ヘッドを有してもよい。液滴噴射装置が複数の液滴噴射ヘッドを有する場合には、複数の液滴噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液滴噴射ヘッドが互いに連結されて、１つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。
【００９５】
以上、本発明に係る液滴噴射装置の一例として、インクジェットプリンターとしてのインクジェット記録装置７００を説明したが、本発明に係る液滴噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体等（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。本発明の液滴噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、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装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。
【００９６】
なお、上述した実施形態および各種の変形は、それぞれ一例であって、本発明は、これらに限定されるわけではない。例えば実施形態および各変形は、複数を適宜組み合わせることが可能である。
【００９７】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００９８】
１０  基板、１０ａ  振動板、２０  第１電極層、２２，２２ａ  導電層、２４，２４ａ  バリア層、２６，２６ａ  密着層、２８，２８ａ  配向層、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  圧電体層、４０，４０ａ  第２電極層、１００，１００ａ  圧電素子、２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，２００ｄ  要部、６００  液滴噴射ヘッド、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  液滴噴射装置、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】
2011129555.tif 000003
【図２】
2011129555.tif 000004
【図３】
2011129555.tif 000005
【図４】
2011129555.tif 000006
【図５】
2011129555.tif 000007
【図６】
2011129555.tif 000008
【図７】
2011129555.tif 000009
【図８】
2011129555.tif 000010
【図９】
2011129555.tif 000011
【図１０】
2011129555.tif 000012
【図１１】
2011129555.tif 000013