(57)【要約】【課題】固定端側からクラックの生じにくい圧電アクチュエーターおよびその製造方法、この圧電アクチュエーターを用いた液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を得ること。【解決手段】振動板５６の固定端５７側に形成された圧電体７０の厚みｄ２が、固定端５７間の中央部７３に形成された圧電体７０の厚みｄ１よりも厚いので、下電極６０と上電極８０とに挟まれた圧電体７０に加わる電界を、中央部７３と比較して固定端５７側を弱くできる。したがって、固定端５７側の変形量を、中央部７３と比較して小さくでき、固定端５７側とその近傍に加わる応力を低減でき、固定端５７付近からクラックの生じにくい圧電アクチュエーター３１０を得ることができる。【選択図】図３
2011040515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に固定された複数の固定端を有する振動板と、
前記振動板上に形成された下電極と、
前記下電極上に形成され、前記振動板の前記固定端側の厚みが、前記固定端間に形成された中央部の厚みよりも厚い圧電体と、
前記圧電体上に形成された上電極とを備えた
ことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電アクチュエーターにおいて、
前記圧電体の前記上電極に対向する面が凹面を有し、
前記凹面は、滑らかに連続した曲面である
ことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項３】
請求項１に記載の圧電アクチュエーターにおいて、
前記圧電体の前記上電極に対向する面が凹面を有し、
前記凹面は、段差を有する階段状からなる
ことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項４】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室を備えた流路形成基板と、
前記流路形成基板上に形成され、前記圧力発生室の一部を構成する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の圧電アクチュエーターとを備えた
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項４に記載の液体噴射ヘッドを備えた
ことを特徴とする液体噴射装置。
【請求項６】
基板上に下電極を形成する下電極形成工程と、
前記下電極に圧電体膜を形成する圧電体膜形成工程と、
前記圧電体膜から、前記下電極に接する面に対向する上面に凹面を形成して圧電体を得る圧電体形成工程と、
前記圧電体の前記上面に上電極を形成する上電極形成工程とを含む
ことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の圧電アクチュエーターの製造方法において、
前記圧電体形成工程は、
前記圧電体膜をパターンニングして加工圧電体を形成する圧電体膜加工工程と、
前記加工圧電体をレジストで覆うレジスト膜形成工程と、
前記加工圧電体の前記上面の中央部のレジストを取り除き、穴を形成するフォトリソ工程と、
前記加工圧電体を前記穴から湿式エッチングするエッチング工程とを含む
ことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。
【請求項８】
請求項６に記載の圧電アクチュエーターの製造方法において、
前記圧電体形成工程は、
第１の圧電体膜形成工程としての前記圧電体膜形成工程と、
第１の圧電体膜をエッチングして段差を有する凹部を形成する圧電体膜エッチング工程と、
前記凹部を埋めるように液相プロセスで、第２の圧電体膜を前記第１の圧電体膜に形成し、前記第２の圧電体膜に前記凹面を形成する第２の圧電体膜形成工程と、
前記第１の圧電体膜および前記第２の圧電体膜を加工して前記圧電体を形成する圧電体膜加工工程とを含む
ことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエーターおよびその製造方法、この圧電アクチュエーターを用いた液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等に代表される結晶を含む圧電体は、自発分極、高誘電率、電気光学効果、圧電効果、焦電効果等を有しているため、圧電体素子等の広範なデバイス開発に応用されている。
圧電アクチュエーターは、圧電体素子が電圧の印加によって変形することを利用している。一般に、圧電アクチュエーターは、圧電体素子と固定端を有する振動板とを備えている。
圧電アクチュエーターが駆動すると、変形によって固定端付近に応力が集中し、圧電体素子および振動板にクラックが生じやすい。
【０００３】
圧電体素子である圧電素子の長手方向に沿って複数の凹部を設け、長手方向の引張応力を緩和し、圧電体のクラックを防止するアクチュエーター、液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０１８５５１号公報（７頁、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧電アクチュエーターを構成する圧電体素子および振動板では、長手方向にかかわらず、固定端付近は他の部分と比較して応力が集中しやすく、固定端付近からクラックが生じやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
基板と、前記基板に固定された複数の固定端を有する振動板と、前記振動板上に形成された下電極と、前記下電極上に形成され、前記振動板の前記固定端側の厚みが、前記固定端間に形成された中央部の厚みよりも厚い圧電体と、前記圧電体上に形成された上電極とを備えたことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【０００８】
この適用例によれば、振動板の固定端付近に形成された圧電体の厚みが、固定端間の中央部に形成された圧電体の厚みよりも厚いので、下電極と上電極とに挟まれた圧電体に加わる電界は、中央部と比較して固定端側が弱い。したがって、固定端側の変形量は、中央部と比較して小さくなり、固定端側とその近傍に加わる応力が低減し、固定端側からクラックの生じにくい圧電アクチュエーターが得られる。
ここで、基板に固定された複数の固定端とは、振動板の外周部全体が基板に固定されている固定端も含む。
【０００９】
［適用例２］
上記圧電アクチュエーターにおいて、前記圧電体の前記上電極に対向する面が凹面を有し、前記凹面は、滑らかに連続した曲面であることを特徴とする圧電アクチュエーター。
この適用例では、圧電体の上電極に対向する面が滑らかに連続した凹面なので、圧電体の厚みおよび電界が固定端付近から中央部にかけて滑らかに変化し、応力が集中する部分も少ない。また上部電極のカバレッジ（被覆率）が良いという特徴がある。したがって、クラックのより生じにくい圧電アクチュエーターが得られる。
【００１０】
［適用例３］
上記圧電アクチュエーターにおいて、前記圧電体の前記上電極に対向する面が凹面を有し、前記凹面は、段差を有する階段状からなることを特徴とする圧電アクチュエーター。
この適用例では、凹面が段差を有する階段状からなるので、凹面を形成しやすい圧電アクチュエーターが得られる。この特徴であれば、中央部と固定端側との膜厚がより正確に調整可能となる。
【００１１】
［適用例４］
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室を備えた流路形成基板と、前記流路形成基板上に形成され、前記圧力発生室の一部を構成する上記圧電アクチュエーターとを備えたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【００１２】
この適用例によれば、前述の効果を有する液体噴射ヘッドが得られる。
【００１３】
［適用例５］
上記液体噴射ヘッドを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
【００１４】
この適用例によれば、前述の効果を有する液体噴射装置が得られる。
【００１５】
［適用例６］
基板上に下電極を形成する下電極形成工程と、前記下電極に圧電体膜を形成する圧電体膜形成工程と、前記圧電体膜から、前記下電極に接する面に対向する上面に凹面を形成して圧電体を得る圧電体形成工程と、前記圧電体の前記上面に上電極を形成する上電極形成工程とを含むことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。
【００１６】
この適用例によれば、圧電体の上面に凹面を形成することにより、圧電体の外周部の厚さが、中央部の厚さと比較して厚くなり、下電極と上電極とに挟まれた圧電体に加わる電界は、中央部と比較して外周部で弱くなる。したがって、前述の効果を有する圧電アクチュエーターの製造方法が得られる。
【００１７】
［適用例７］
上記圧電アクチュエーターの製造方法において、前記圧電体形成工程は、前記圧電体膜をパターンニングして加工圧電体を形成する圧電体膜加工工程と、前記加工圧電体をレジストで覆うレジスト膜形成工程と、前記加工圧電体の前記上面の中央部のレジストを取り除き、穴を形成するフォトリソ工程と、前記加工圧電体を前記穴から湿式エッチングするエッチング工程とを含むことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。
この適用例では、エッチング当初、湿式エッチングで使用するエッチング液はレジストに形成された穴から露出した加工圧電体の部分を侵食する。エッチングが進むにつれ、エッチング液はレジストと加工圧電体との界面、隙間に入り込み、加工圧電体を侵食し、穴に相当する中央部から離れるほど、加工圧電体のエッチングの始まる時間が遅くなる。したがって、レジストに接した加工圧電体の表面が滑らかに連続してエッチングされ、最終的に圧電体の面に滑らかで連続した凹面が形成され、前述の効果をより達成できる圧電アクチュエーターの製造方法が得られる。
【００１８】
［適用例８］
上記圧電アクチュエーターの製造方法において、前記圧電体形成工程は、第１の圧電体膜形成工程としての前記圧電体膜形成工程と、第１の圧電体膜をエッチングして段差を有する凹部を形成する圧電体膜エッチング工程と、前記凹部を埋めるように液相プロセスで、第２の圧電体膜を前記第１の圧電体膜に形成し、前記第２の圧電体膜に前記凹面を形成する第２の圧電体膜形成工程と、前記第１の圧電体膜および前記第２の圧電体膜を加工して前記圧電体を形成する圧電体膜加工工程とを含むことを特徴とする圧電アクチュエーターの製造方法。
この適用例では、液相プロセスで、第１の圧電体膜に形成された凹部を埋めるように、原料溶液を塗布することにより、第１の圧電体膜に形成された凹部の段差部分に、表面張力によって滑らかに連続した凹面が原料溶液に生じ、予備加熱、結晶化アニールによって第２の圧電体膜の上面にも段差の少ない滑らかに連続した凹面が形成される。したがって、前述の効果をより達成できる圧電アクチュエーターの製造方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態におけるインクジェット式記録装置の一例を示す概略図。
【図２】インクジェット式記録ヘッドの概略を示す分解斜視図。
【図３】（ａ）は、インクジェット式記録ヘッドの部分平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図。
【図４】インクジェット式記録ヘッドの図３（ａ）におけるＢ−Ｂ概略部分断面図。
【図５】圧電アクチュエーターの製造方法を示すフローチャート図。
【図６】圧電アクチュエーターの製造方法を示す概略部分断面図。
【図７】実施形態における、（ａ）は圧電アクチュエーターの動作を示す概略部分断面図、（ｂ）は電圧の印加によって変形した場合の様子を示す模式図。
【図８】従来における、（ａ）は圧電アクチュエーターの動作を示す概略部分断面図、（ｂ）は電圧の印加によって変形した場合の様子を示す模式図。
【図９】変形例１における圧電アクチュエーターの製造方法を示すフローチャート図。
【図１０】圧電アクチュエーターの製造方法を示す概略部分断面図。
【図１１】変形例２における圧電アクチュエーターを示す概略部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、実施形態における液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置１０００の一例を示す概略図である。インクジェット式記録装置１０００は、記録媒体である記録シートＳに液体としてのインクを噴射して記録を行う装置である。
図１において、インクジェット式記録装置１０００は、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド１を有する記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂを備えている。記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂには、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａおよび２Ｂが着脱可能に設けられている。
ここで、インクジェット式記録ヘッド１は、記録ヘッドユニット１Ａおよび１Ｂの記録シートＳと対向する側に設けられており、図１においては図示されていない。
【００２１】
記録ヘッドユニット１Ａおよび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および１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物およびカラーインク組成物を吐出するものである。
【００２２】
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および１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動する。
一方、装置本体４にはキャリッジ３に沿ってプラテン８が設けられている。このプラテン８は図示しない紙送りモーターの駆動力により回転できるようになっており、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。
【００２３】
以下、図２、図３および図４を参照して、インクジェット式記録ヘッド１について詳細に説明する。
図２は、インクジェット式記録ヘッド１の概略を示す分解斜視図であり、図３（ａ）は、インクジェット式記録ヘッド１の部分平面図、図３（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。また、図４には、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ概略部分断面図を示した。
【００２４】
図２、図３および図４において、インクジェット式記録ヘッド１は、流路形成基板１０とノズルプレート２０と保護基板３０とを備えている。
流路形成基板１０は、例えば、面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方面には予め熱酸化により形成した酸化シリコンからなる、厚さ０．５０μｍ〜２．００μｍの弾性膜５０が形成されている。
【００２５】
シリコン単結晶基板を、弾性膜５０が形成された面に対向する面側から異方性エッチングすることにより、この流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が複数並設されている。このとき、弾性膜５０はエッチングストッパーとして働く。
また、圧力発生室１２の並設方向（幅方向でＹ軸方向とする）とは直交する方向（長手方向でＸ軸方向とする）の一方の端部の外側には、保護基板３０の後述するリザーバ部３２と連通される連通部１３が形成されている。また、この連通部１３は、各圧力発生室１２の長手方向一端部でそれぞれインク供給路１４を介して連通されている。
【００２６】
また、流路形成基板１０の弾性膜５０が形成された面に対向する面側には、圧力発生室１２を形成する際のマスク膜５１が設けられており、このマスク膜５１上には、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を介して固着されている。
【００２７】
一方、このような流路形成基板１０とは反対側の弾性膜５０の上には、厚さが例えば、約０．４０μｍの絶縁体膜５５が形成され、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．２０μｍの下電極６０と、平均の厚さが例えば、約０．８０μｍの圧電体７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極８０とが積層形成されて、圧電体素子３００を構成している。
【００２８】
なお、圧電体素子３００とは、下電極６０、圧電体７０および上電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電体素子３００のいずれか一方の電極を共通電極とし、他方の電極および圧電体７０を圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされたいずれか一方の電極および圧電体７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。いずれの場合においても、圧力発生室１２毎に圧電体能動部が形成されていることになる。
【００２９】
実施形態では、弾性膜５０、絶縁体膜５５および下電極６０が振動板５６として作用し、圧電体素子３００の駆動により変形が生じる。
また、ここでは、圧電体素子３００と圧電体素子３００の駆動により変形が生じる部分を含む振動板５６と振動板５６とを合わせて圧電アクチュエーター３１０と称する。
ここで、下電極６０だけで振動板を構成してもよい。この場合、圧電体素子３００が圧電アクチュエーターとなる。
【００３０】
振動板５６を構成する弾性膜５０および絶縁体膜５５は、酸化シリコンのほかに、例えば、酸化ジルコニウムまたは酸化アルミニウムから選ばれる少なくとも一種の層、またはこれらの層の積層体とすることができる。
振動板５６の外周部は、流路形成基板１０に固定されている。したがって、実施形態では、外周部全体が固定端５７となっている。
振動板５６は、圧電体素子３００が駆動することによって振動する機能を有する。振動板５６は、圧電体素子３００の動作によって変形し、圧力発生室１２の体積を変化させる。インクが充填された圧力発生室１２の体積が小さくなれば、圧力発生室１２内部の圧力が大きくなり、ノズルプレート２０のノズル開口２１よりインク滴が噴射される。
【００３１】
下電極６０の材質は、導電性を有する限り特に限定されず、例えばニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、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。
下電極６０は、上電極８０と対になり、圧電体７０を挟む一方の電極として機能する。下電極６０は、例えば、複数の圧電体素子３００の共通電極とすることができる。下電極６０は、図示しない外部回路と電気的に接続されている。
【００３２】
圧電体７０の形状は、下電極６０と接する面を底面７１とする略台形状となっている。一方、上電極８０に対向して接している面である上面７２は、凹面に加工されている。凹面は滑らかに連続した曲面である。実施形態の図では、上面７２が円弧状に描かれているが、滑らかに連続した曲面であれば、例えばバスタブ状であってもよい。
したがって、圧電体７０の中央部７３の厚みｄ１は、図３におけるＸ軸方向の外周部７４の厚みｄ２および図４におけるＹ軸方向の外周部７４の厚みｄ３よりも薄くなっている。厚みｄ２と厚みｄ３は同じ厚みであってもよいし、異なっていてもよい。
【００３３】
圧電体７０としては、一般式ＡＢＯ3で示されるペロブスカイト型酸化物を好適に用いることができる。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）（以下、「ＰＺＴ」と略す。）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ3）（以下、「ＰＺＴＮ（登録商標）」と略すことがある。）、およびチタン酸バリウム（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。
圧電体７０は、下電極６０および、上電極８０によって電界が印加されることで伸縮変形し、機械的な出力を行うことができる。圧電体７０の材質としては、ＰＺＴおよびＰＺＴＮ（登録商標）が、圧電性能が特に良好であるためより好ましい。
【００３４】
上電極８０は、圧電体７０の上面７２に形成されている。
上電極８０の材質は、下電極６０と同様に、例えばニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、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。
【００３５】
以下に、圧電アクチュエーター３１０の製造方法について詳しく説明する。
図５は、圧電アクチュエーター３１０の製造方法を示すフローチャート図である。
圧電アクチュエーター３１０の製造方法は、圧電体膜形成工程であるステップ１（Ｓ１）と、圧電体膜加工工程であるステップ２（Ｓ２）と、レジスト膜形成工程であるステップ３（Ｓ３）と、フォトリソ工程としてのステップ４（Ｓ４）と、エッチング工程としてのステップ５（Ｓ５）と、レジスト剥離工程としてのステップ６（Ｓ６）と、上電極形成工程としてのステップ７（Ｓ７）とを含む。
圧電体形成工程は、圧電体膜加工工程（Ｓ２）と、レジスト膜形成工程（Ｓ３）と、フォトリソ工程（Ｓ４）と、エッチング工程（Ｓ５）とを含む。
【００３６】
また、図６は、圧電アクチュエーター３１０の製造方法のうち、主に圧電体７０の製造方法を示す概略部分断面図である。ここで、この概略部分断面図は、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面に相当する。図３（ｂ）におけるＡ−Ａ断面に相当する概略部分断面図は図示しないが、圧電体７０のＹ軸方向長さとＸ軸方向の長さが異なるものの、圧電体については同様の断面となる。
図６（ａ）は圧電体膜形成工程（Ｓ１）を、図６（ｂ）は圧電体膜加工工程（Ｓ２）を、図６（ｃ）はレジスト膜形成工程（Ｓ３）を、図６（ｄ）はフォトリソ工程（Ｓ４）を、図６（ｅ）はエッチング工程（Ｓ５）を、図６（ｆ）はレジスト剥離工程（Ｓ６）を、図６（ｇ）は上電極形成工程（Ｓ７）を図示している。
【００３７】
図６（ａ）において、圧電体膜形成工程（Ｓ１）では、流路形成基板１０上に形成された下電極６０に、圧電体膜７５を形成する。流路形成基板１０には、弾性膜５０および絶縁体膜５５が形成されており、下電極６０は、絶縁体膜５５に形成する。ここでは、下電極６０と弾性膜５０と絶縁体膜５５とで振動板５６を構成している。
振動板５６の一部である弾性膜５０および絶縁体膜５５は、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法などの方法で形成することができる。
【００３８】
下電極６０は、下電極形成工程によって形成する。下電極６０は、弾性膜５０および絶縁体膜５５上の全面に、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法などの方法で導電体の層を形成した後、フォトリソグラフィー等によりパターニングして形成することができる。また、下電極は、印刷法などのパターニングが不要な方法によって形成してもよい。
下電極６０の厚みは、例えば０．１０ｎｍ〜０．３０ｎｍとすることができる。また、下電極６０は、前述の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。
【００３９】
圧電体膜７５は、ゾルゲル法やＣＶＤ法などによって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、結晶化アニールの一連の作業を複数回繰り返して所定の膜厚にしてもよい。
例えば、ＰＺＴを形成する場合は、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉを含むゾルゲル溶液を用いて、スピンコート法、印刷法などにより形成することができる。
圧電体膜７５の厚みは、０．５０μｍ〜１．５０μｍとすることができる。
【００４０】
図６（ｂ）において、圧電体膜加工工程（Ｓ２）では、圧電体膜７５をパターニングして、加工圧電体７６を形成する。
圧電体膜７５のパターニングは、フォトリソ等の方法を用いマスク等を形成して行うことができる。またこの工程では、フォトリソ等を複数回行ってもよい。本工程のエッチングは、例えば乾式エッチング等の方法により行うことができる。
【００４１】
図６（ｃ）において、レジスト膜形成工程（Ｓ３）では、レジスト５００を、加工圧電体７６を覆うように形成する。
【００４２】
図６（ｄ）において、フォトリソ工程（Ｓ４）では、加工圧電体７６の上面７６１の中央部７６２のレジスト５００を取り除き、Ｙ軸方向の外周部７６３のレジスト５００を残し、穴５１０を形成する。
【００４３】
図６（ｅ）において、エッチング工程（Ｓ５）では、加工圧電体７６の湿式エッチングをレジスト５００に形成された穴５１０から行い、圧電体７０を形成する。
例えば、圧電材料（ＰＺＴ：ジルコン酸チタン酸鉛）の湿式のエッチングは、いろいろな酸の複合したもので行うことができる。例えば、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、塩酸、酢酸、硝酸、塩化アンモニウム、緩衝酸化物エッチング溶液の混合物２５％＋水７５％のエッチング液を用いて行う。
エッチングレートは特に限定はされないが、穴５１０に相当する中央部７３で、例えば、０．２０μｍ／ｍｉｎ程度で行う。
【００４４】
図６（ｆ）において、レジスト剥離工程（Ｓ６）では、有機酸等を用いたウェットエッチングあるいは酸素プラズマで灰化して除去するドライエッチングによって、レジスト５００を除去する。
【００４５】
図６（ｇ）において、上電極形成工程（Ｓ７）では、上電極８０を、圧電体７０の上面７２に形成する。スパッタ法、真空蒸着等とフォトリソ工程を用いて上面７２に形成することができる。上電極８０の厚みは、例えば０．０５μｍ〜０．５０μｍとすることができる。
以上説明した圧電体形成工程を含む工程により、圧電アクチュエーター３１０が得られる。
【００４６】
ウェーハー状態で圧電体７０、上電極８０、リード電極９０等の形成を行い、最終的にウェーハー状態から分割することによって、複数のインクジェット式記録ヘッド１、圧電体素子３００、圧電アクチュエーター３１０を得ることができる。
【００４７】
図２および図３において、圧電体素子３００には、上電極８０に電気的に接続するリード電極９０が設けられている。例えば、リード電極９０は、上電極８０と電気的に接続し延出して設けることができ、リード電極９０は、回路素子等に接続されている。
圧電体素子３００が保護膜を有する場合は、保護膜にスルーホールを形成し、上電極８０とリード電極９０とを接続してもよい。
【００４８】
流路形成基板１０の圧電体素子３００側には、圧電体素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を確保可能な圧電体素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤を介して接合されている。圧電体素子３００は、この圧電体素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影響を殆ど受けない状態で保護されている。
なお、圧電体素子保持部３１は、空間が密封されていてもよいし密封されていなくてもよい。
【００４９】
また、保護基板３０には、リザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、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の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。また、保護基板３０の圧電体素子保持部３１とリザーバ部３２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が設けられている。そして、各圧電体素子３００から引き出されたリード電極９０は、その端部近傍が貫通孔３３内で露出されている。
【００５０】
さらに、このような保護基板３０上には、封止膜４１および固定板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。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。
【００５１】
このようなインクジェット式記録ヘッド１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１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たす。その後、図示しない駆動ＩＣからの駆動信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極６０と上電極８０との間に駆動電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、下電極６０および圧電体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。
【００５２】
図７に、実施形態における、上面７２に凹面が形成された圧電体７０の場合の圧電アクチュエーター３１０を示した。（ａ）は概略部分断面図で、（ｂ）は圧電アクチュエーター３１０が電圧の印加によって変形した場合の様子を示す模式図を表している。
図８に従来の上面が凹面でない圧電体７７の場合の圧電アクチュエーター３２０を示した。（ａ）は概略部分断面図で、（ｂ）は圧電アクチュエーター３２０が電圧の印加によって変形した場合の様子を示す模式図を表している。
ここで、概略部分断面図は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面に相当する。
【００５３】
図７（ａ）において、圧電体７０の上面７２が凹面の場合、中央部７３における下電極６０と上電極８０との間の距離と比較して、外周部７４における下電極６０と上電極８０との間の距離が長いため、電圧を印加した際に図中矢印で示したように、中央部７３の電界が、外周部７４と比較して大きくなる。
図７（ｂ）において、圧電体７０の中央部７３の電界が大きく、外周部７４の電界が小さいため、圧電アクチュエーター３１０の中央部７３での変形が大きく、固定端５７での変形が小さくなる。
【００５４】
図８（ａ）において、圧電体７７を有する圧電体素子３０５では、中央部７３と外周部７４とで下電極６０と上電極８０との間の距離が変わらないため、電圧を印加した際に図中矢印で示したように略均一な電界が圧電体７７に印加される。
図８（ｂ）において、圧電体７７にわたって略均一な電界となるため、変形も均一に起こり、固定端３２１間で連続してなだらかに変形する。
【００５５】
以上に述べた実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）振動板５６の固定端５７側に形成された圧電体７０の厚みｄ２が、固定端５７間の中央部７３に形成された圧電体７０の厚みｄ１よりも厚いので、下電極６０と上電極８０とに挟まれた圧電体７０に加わる電界は、中央部７３と比較して固定端５７側で弱くなる。したがって、固定端５７側とその近傍の変形量を、中央部７３と比較して小さくでき、固定端５７側とその近傍に加わる応力を低減でき、固定端５７側からクラックの生じにくい圧電アクチュエーター３１０を得ることができる。
【００５６】
（２）圧電体７０の上電極８０に対向する上面７２が滑らかに連続した凹面なので、圧電体７０の厚みおよび電界が固定端５７側から中央部７３にかけて滑らかに変化し、応力が集中する部分を少なくできる。したがって、クラックのより生じにくい圧電アクチュエーター３１０を得ることができる。
【００５７】
（３）前述の効果を有するインクジェット式記録ヘッド１およびインクジェット式記録装置１０００を得ることができる。
【００５８】
（４）圧電体７０の上面７２に凹面を形成することにより、圧電体７０の外周部７４の厚さｄ２，ｄ３を、中央部７３の厚さｄ１と比較して厚くでき、下電極６０と上電極８０とに挟まれた圧電体７０に加わる電界を、中央部７３と比較して外周部７４で弱くできる。したがって、前述の効果を有する圧電アクチュエーター３１０の製造方法を得ることができる。
【００５９】
（５）エッチング当初、湿式エッチングで使用するエッチング液はレジスト５００に形成された穴５１０から露出した加工圧電体７６の部分を侵食する。エッチングが進むにつれ、エッチング液はレジスト５００と加工圧電体７６との界面、隙間に入り込み、加工圧電体７６を侵食し、穴５１０に相当する部分から離れるほど、加工圧電体７６のエッチングの始まる時間を遅くできる。したがって、レジスト５００に接した加工圧電体７６の上面７６１が滑らかに連続してエッチングされ、最終的に圧電体７０の上面７２に滑らかで連続した凹面を形成でき、前述の効果をより達成できる圧電アクチュエーター３１０の製造方法を得ることができる。
【００６０】
（変形例１）
図９は、本変形例における圧電アクチュエーター３１０の製造方法を示すフローチャート図である。
圧電アクチュエーター３１０の製造方法は、第１の圧電体膜形成工程であるステップ１１（Ｓ１１）と、レジスト膜形成工程であるステップ１２（Ｓ１２）と、フォトリソ工程であるステップ１３（Ｓ１３）と、圧電体膜エッチング工程としてのステップ１４（Ｓ１４）と、レジスト剥離工程としてのステップ１５（Ｓ１５）と、第２の圧電体膜形成工程であるステップ１６（Ｓ１６）と、圧電体膜加工工程としてのステップ１７（Ｓ１７）と、上電極形成工程であるステップ１８（Ｓ１８）とを含む。
レジスト膜形成工程（Ｓ１２）と、フォトリソ工程（Ｓ１３）と、圧電体膜エッチング工程（Ｓ１４）と、レジスト剥離工程（Ｓ１５）と、第２の圧電体膜形成工程（Ｓ１６）と、圧電体膜加工工程（Ｓ１７）とを含む工程が、圧電体形成工程である。
【００６１】
また、図１０は、圧電アクチュエーター３１０の製造方法を示す概略部分断面図である。図１０（ａ）は第１の圧電体膜形成工程（Ｓ１１）を、図１０（ｂ）はレジスト膜形成工程（Ｓ１２）を、図１０（ｃ）はフォトリソ工程（Ｓ１３）を、図１０（ｄ）は圧電体膜エッチング工程（Ｓ１４）を、図１０（ｅ）はレジスト剥離工程（Ｓ１５）を、図１０（ｆ）は第２の圧電体膜形成工程（Ｓ１６）を、図１０（ｇ）は圧電体膜加工工程（Ｓ１７）を、図１０（ｈ）は上電極形成工程（Ｓ１８）を図示している。
【００６２】
図１０（ａ）において、第１の圧電体膜形成工程（Ｓ１１）では、実施形態の圧電体膜形成工程（Ｓ１）と同様に第１の圧電体膜７５を形成することができるが、その厚みは実施形態よりは薄く形成する。
また、実施形態と同様に、原料溶液塗布、予備加熱、結晶化アニールの一連の作業を複数回繰り返して所定の膜厚にしてもよい。
【００６３】
図１０（ｂ）において、レジスト膜形成工程（Ｓ１２）では、レジスト５００を第１の圧電体膜７５に形成する。
【００６４】
図１０（ｃ）において、フォトリソ工程（Ｓ１３）では、後の工程で圧電体７０が形成される第１の圧電体膜７５の部分７００の中心部のレジスト５００を取り除き、穴５２０を形成する。圧電体７０が形成される部分７００の外周部７０２にはレジスト５００を残す。
【００６５】
図１０（ｄ）において、圧電体膜エッチング工程（Ｓ１４）では、乾式エッチングによって、第１の圧電体膜７５をエッチングし、段差のある凹部７８を形成する。
【００６６】
図１０（ｅ）において、レジスト剥離工程（Ｓ１５）では、実施形態のレジスト剥離工程（Ｓ６）と同様に、レジスト５００を剥離する。
【００６７】
図１０（ｆ）において、第２の圧電体膜形成工程（Ｓ１６）では、凹部７８を埋めるように、第１の圧電体膜７５に第２の圧電体膜７９を形成する。ここで、第２の圧電体膜７９は、液相プロセス、例えば、ゾルゲル法を用いて形成する。
本工程においても、原料溶液塗布、予備加熱、結晶化アニールの一連の作業を複数回繰り返して所定の膜厚にしてもよい。
【００６８】
図１０（ｇ）において、圧電体膜加工工程（Ｓ１７）では、第１の圧電体膜７５および第２の圧電体膜７９をパターニングして、第１の圧電体層７５０および最外圧電体層としての第２の圧電体層７９０からなる圧電体７０を形成する。
第１の圧電体膜７５および第２の圧電体膜７９のパターニングは、フォトリソ等の方法を用いマスク等を形成して行うことができる。またこの工程では、フォトリソ等を複数回行ってもよい。本工程のエッチングは、例えばドライエッチング等の方法により行うことができる。
なお、第２の圧電体層７９０と下電極６０との間には、圧電体層が複数形成されていてもよい。複数の圧電体層に異なる形状の凹部を形成することにより、第２の圧電体膜７９の形状を調節することができる。
【００６９】
図１０（ｈ）において、上電極形成工程（Ｓ１８）では、実施形態における上電極形成工程（Ｓ７）と同様に、上電極８０を、圧電体７０の上面７２に形成する。
【００７０】
本変形例によれば、実施形態の効果に加えて以下の効果がある。
（６）最外圧電体層７９０と下電極６０との間の第１の圧電体層７５０の凹部７８に応じて最外圧電体層７９０の上電極８０に対向する上面７２に凹面が生じ、前述の効果を有する圧電アクチュエーター３１０を得ることができる。
【００７１】
（７）液相プロセスで、第１の圧電体膜７５に形成された凹部７８を埋めるように、原料溶液を塗布することにより、第１の圧電体膜７５に形成された凹部７８の段差部分に、表面張力によって滑らかに連続した凹面が原料溶液に生じ、予備加熱、結晶化アニールによって第２の圧電体膜７９の上面７９１にも段差の少ない滑らかに連続した凹面を形成できる。したがって、前述の効果をより達成できる圧電アクチュエーター３１０の製造方法を得ることができる。
【００７２】
（変形例２）
図１１に、本変形例における圧電体素子３３０および圧電アクチュエーター３４０の図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面に相当する概略部分断面図を示した。
図１１において、上電極８１に対向する圧電体７１０の上面７１２は段差を有する階段状の凹面となっており、上面７１２には上電極８１が形成されている。
段差は、実施形態の製造方法を用いる場合、多段階のエッチングによって形成することができる。また、変形例１の製造方法を用いる場合、第１の圧電体膜に階段状の凹部を設けて形成してもよい。
【００７３】
本変形例によれば、実施形態の効果に加えて以下の効果がある。
（８）上面７１２が段差を有する階段状の凹面からなるので、凹面を形成しやすい圧電アクチュエーター３４０が得られる。
【００７４】
上述した実施形態および変形例以外にも、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、圧電アクチュエーターの基板としては、流路形成基板１０に限らず、例えば、半導体基板、樹脂基板などを用途に応じて任意に用いることができる。
また、振動板は、例えば、ステンレス鋼等の金属の層が積層されていてもよい。
【００７５】
また、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１を挙げて説明したが、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、液晶ディスプレー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ディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）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。
【符号の説明】
【００７６】
１…液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド、１０…基板としての流路形成基板、１２…圧力発生室、２１…ノズル開口、５６…振動板、５７…固定端、６０…下電極、７０，７７…圧電体、７２，７１２，７９１…上面、７３…中央部、７４…外周部、７５…圧電体膜または第１の圧電体膜、７６…加工圧電体、７８…凹部、７９…第２の圧電体膜、８０，８１…上電極、３００，３３０…圧電体素子、３１０，３４０…圧力発生手段としての圧電アクチュエーター、５００…レジスト、５１０，５２０…穴、７５０…第１の圧電体層、７６１…加工圧電体の上面、７６２…加工圧電体の上面の中央部、７６３…加工圧電体の上面の外周部、７９０…最外圧電体層としての第２の圧電体層、１０００…液体噴射装置としてのインクジェット式記録装置。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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