(57)【要約】【課題】変位量の向上した圧電アクチュエーターおよびその製造方法、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】金属電極あるいは酸化物電極と比較してヤング率が小さい導電性高分子を上電極８０が含んでいるので、圧電体７０の変形を阻害する効果を小さくできる。したがって、下電極６０と上電極８０との間に印加される同一の電圧に対して変位量のより大きい、より電気機械変換効率のよ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４
2011023682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された下電極と、
前記下電極上に形成された圧電体と、
前記圧電体上に形成され、導電性高分子を含む上電極とを備えた
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、
前記導電性高分子は、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリメチルチオフェン、ポリフラン、ポリピペラジン、ポリアニリンまたはポリアセチレンのうち、１つまたは複数を含む
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または請求項２に記載の圧電アクチュエーターにおいて、
前記圧電体は、ペロブスカイト型酸化物を含む
ことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項４】
請求項３に記載の圧電アクチュエーターにおいて、
前記上電極は、金属または金属酸化物のうち少なくとも１つを含む第１電極と、前記導電性高分子を含む第２電極とを備え、
前記第１電極は前記圧電体上に形成され、前記第２電極は前記第１電極上に形成されている
ことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の圧電アクチュエーターにおいて、
前記下電極が振動板上に形成されている
ことを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の圧電アクチュエーターを、圧力発生室内の液体をノズル開口から噴射させるための圧力を発生させる圧力発生手段として備えた
ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項６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８】
基板上に下電極を形成する下電極形成工程と、
前記下電極上に圧電体を形成する圧電体形成工程と、
前記圧電体上に導電性高分子を含む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９】
請求項８に記載の圧電アクチュエーターの製造方法において、
前記上電極形成工程は、前記導電性高分子を含む溶液を塗布、乾燥および加熱して導電性高分子膜を形成する工程を含む
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１０】
基板上に下電極を形成する下電極形成工程と、
前記下電極上に圧電体膜を形成する圧電体膜形成工程と、
前記圧電体膜上に導電性高分子を含む上電極膜を形成する上電極膜形成工程と、
前記圧電体膜および前記上電極膜をフォトエッチングして、圧電体および上電極を形成するフォトリソ工程とを含む
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１１】
請求項１０に記載の圧電アクチュエーターの製造方法において、
前記上電極膜形成工程は、前記導電性高分子を含む溶液を塗布、乾燥および加熱して導電性高分子膜を形成する工程を含む
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。同じ印加電圧に対して変形による変位量が大きいほど電気機械変換効率がよく、圧電アクチュエーターとしての性能がよい。圧電体素子は、圧電体と電圧を印加するための電極とを備えている。
【０００３】
圧電体に電圧を印加するための電極として、Ｐｔ、Ｉｒ等の金属またはＲｕＯ2、ＩｒＯ2等の酸化物を用いることが知られている（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２００１−２２３４０４号公報（４頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電極として、Ｐｔ、Ｉｒ等の金属またはＲｕＯ2、ＩｒＯ2等の酸化物を用いた場合、これらの材料のヤング率が大きいため、圧電体の変形を阻害し、変位量をより大きくすることが難しい。したがって、より電気機械変換効率がよい圧電アクチュエーターを得ることが困難である。
【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、前記基板上に形成された下電極と、前記下電極上に形成された圧電体と、前記圧電体上に形成され、導電性高分子を含む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、金属電極あるいは酸化物電極と比較してヤング率が小さい導電性高分子を上電極が含んでいるので、圧電体の変形を阻害する効果が小さい。したがって、下電極と上電極との間に印加される同一の電圧に対して変位量のより大きい、より電気機械変換効率のよい圧電アクチュエーターが得られる。
【０００９】
［適用例２］
上記圧電アクチュエーターにおいて、前記導電性高分子は、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリメチルチオフェン、ポリフラン、ポリピペラジン、ポリアニリンまたはポリアセチレンのうち、１つまたは複数を含む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、導電性高分子としてより抵抗の低い高分子を用いているので、上電極での抵抗による電力の損失が少なく、より電気機械変換効率のよ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、前記圧電体は、ペロブスカイト型酸化物を含む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、圧電体が圧電性能の良好なペロブスカイト型酸化物を含んでいるので、より電気機械変換効率のよい圧電アクチュエーターが得られる。
【００１１】
［適用例４］
上記圧電アクチュエーターにおいて、前記上電極は、金属または金属酸化物のうち少なくとも１つを含む第１電極と、前記導電性高分子を含む第２電極とを備え、前記第１電極は前記圧電体上に形成され、前記第２電極は前記第１電極上に形成されてい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、上電極の構造を、ペロブスカイト型酸化物を含む圧電体に形成される第１電極として、無機物の圧電体と密着性のよい無機物である金属または金属酸化物のうち少なくとも１つを含む電極と、第１電極に形成される第２電極として、金属および金属酸化物よりヤング率の小さい導電性高分子を含む電極とした。したがって、上電極と圧電体との密着性を確保しつつ、より電気機械変換効率のよい圧電アクチュエーターが得られる。
【００１２】
［適用例５］
上記圧電アクチュエーターにおいて、前記下電極が振動板上に形成されてい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、振動板によって変形がより阻害された圧電体においても、上電極を金属または金属酸化物の電極から導電性高分子を含む電極にすることで、より電気機械変換効率のよい圧電アクチュエーターが得られる。
【００１３】
［適用例６］
上記圧電アクチュエーターを、圧力発生室内の液体をノズル開口から噴射させるための圧力を発生させる圧力発生手段として備えたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【００１４】
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。
【００１５】
［適用例７］
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。
【００１６】
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。
【００１７】
［適用例８］
基板上に下電極を形成する下電極形成工程と、前記下電極上に圧電体を形成する圧電体形成工程と、前記圧電体上に導電性高分子を含む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。
【００１８】
この適用例によれば、金属電極あるいは酸化物電極と比べてヤング率が小さい導電性高分子を上電極が含んでいるので、圧電体の変形を阻害する効果が小さい。したがって、変位量のより大きい、下電極と上電極との間に印加される電圧に対して、より電気機械変換効率のよい圧電アクチュエーターの製造方法が得られる。
【００１９】
［適用例９］
上記圧電アクチュエーターの製造方法において、前記上電極形成工程は、前記導電性高分子を含む溶液を塗布、乾燥および加熱して導電性高分子膜を形成する工程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、圧電体を形成した後に溶液を塗布する溶液プロセスにより成膜が可能であるため、導電性高分子の使用量が少なくて済み、コストを抑えた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。
また、圧電体を形成した後に溶液を塗布するので、フォト工程およびエッチング工程が省けるため、工程数が削減できるだけでなく、エッチングによる圧電体へのダメージを抑制できる。
【００２０】
［適用例１０］
基板上に下電極を形成する下電極形成工程と、前記下電極上に圧電体膜を形成する圧電体膜形成工程と、前記圧電体膜上に導電性高分子を含む上電極膜を形成する上電極膜形成工程と、前記圧電体膜および前記上電極膜をフォトエッチングして、圧電体および上電極を形成するフォトリソ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。
【００２１】
この適用例によれば、一度のエッチングで圧電体および上電極が形成されるので、より簡便な圧電アクチュエーターの製造方法が得られる。
【００２２】
［適用例１１］
上記圧電アクチュエーターの製造方法において、前記上電極膜形成工程は、前記導電性高分子を含む溶液を塗布、乾燥および加熱して導電性高分子膜を形成する工程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、溶液プロセスにより成膜が可能であるため、コストを抑えた前述の効果を有する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】
【００２３】
【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部分断面図。
【図７】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８】圧電アクチュエーターの製造方法を示す部分断面図。
【図９】変形例２における圧電アクチュエーターを示す部分断面図。
【図１０】変形例２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１１】圧電アクチュエーターの製造方法を示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。図４に、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ部分断面図を示した。
【００２８】
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。
【００２９】
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）とは直交する方向（長手方向）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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、厚さが例えば、約１．３０μｍの圧電体７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極８０とが積膜形成されて、圧電体素子３００を構成している。
【００３２】
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。
【００３３】
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。また、ここでは、圧電体素子３００と圧電体素子３００の駆動により変位が生じる部分を合わせて圧電アクチュエーター３１０と称する。
【００３４】
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の駆動により変位が生じるが、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。
【００３５】
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１種の膜、またはこれらの膜の積膜体とすることができる。
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、圧力発生室１２が形成された後、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。液体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より液体が噴射される。
【００３６】
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。
【００３７】
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、これにより変形して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。
【００３８】
上電極８０は、導電性高分子膜からなる。導電性高分子としては、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリメチルチオフェン、ポリフラン、ポリピペラジン、ポリアリニン若しくはポリアセチレンなどを用いることができる。上電極８０の一部には、リード電極９０が形成されている。
上電極８０は、導電性高分子を含んでいればよく、導電性が維持でき、ヤング率が小さく抑えられていれば、他の高分子またはカーボン粒、金属粒等との混合物であってもよい。
【００３９】
保護膜７５は、圧電体７０表面のリード電極９０が形成された部分以外を覆っている。保護膜７５としては、例えば、シリコン系酸化膜である酸化シリコン、シリコン系窒化膜である窒化シリコン、シリコン系酸窒化膜である酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機化合物を用いることができる。
【００４０】
保護膜７５は、できるだけ柔らかい材料、ヤング率の小さい材料が好ましい。例えば、パラキシリレン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アリル樹脂、アルキド樹脂、エポキシアクリレート樹脂およびシリコーン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種あるいはそれらの変性体、などの有機化合物、または有機／無機ハイブリッド系の材料を用いる。
パラキシリレン系樹脂としては、パリレンＣ（Poly−Monochloro−Paraxylylene）、パリレンＮ（Poly−Paraxylylene）などがある。これらの樹脂は、疎水性が高く、ガスをほとんど透過しない。
【００４１】
また、有機／無機ハイブリッド材料は、ｎｍレベルで有機成分、無機成分を複合化することにより、有機成分、無機成分のメリットを相乗的に高めることができる。有機／無機ハイブリッド材料としては、シリコーン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂などの材料が代表的である。また、これらの材料は感光性を持たせることも可能なため、マスク露光によるパターニングも容易であり、プロセスを短縮し、低コスト化が可能となる。
保護膜７５は、上記例示した材料から選ばれる少なくとも１種によって形成されることができる。
【００４２】
なお、保護膜７５は、必ずしも形成されていなくてもよいが、保護膜７５を形成することにより以下の効果がある。
保護膜７５は、水分等の不純物のバリア性を有し、外部から水分、水素、および還元性の気体などの不純物が圧電体７０へ侵入あるいは拡散して、圧電体７０が劣化することを防止する機能を有する。この機能により、圧電体７０が不純物から保護され、圧電体７０の側面を伝わって流れる漏れ電流を低減するなどの効果がある。
【００４３】
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、下電極形成工程であるステップ１（Ｓ１）と、圧電体膜形成工程であるステップ２（Ｓ２）と、上電極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）を、保護膜形成工程としてのステップ５（Ｓ５）とを含む。
ここで、保護膜７５を形成しない場合は、ステップ５は省略される。以下、変形例においても同様である。
図６は、圧電体７０の製造方法を示す部分断面図である。図６（ａ）は下電極形成工程（Ｓ１）を、図６（ｂ）は圧電体膜形成工程（Ｓ２）を、図６（ｃ）は上電極膜形成工程（Ｓ３）を、図６（ｄ）はフォトリソ工程（Ｓ４）を、図６（ｅ）は保護膜形成工程（Ｓ５）を図示している。
【００４４】
図６（ａ）において、下電極形成工程（Ｓ１）では、弾性膜５０および絶縁体膜５５上に下電極６０を形成する。
最初に、基板としての流路形成基板１０となるシリコン単結晶基板に振動板５６の一部である弾性膜５０および絶縁体膜５５を形成する。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。
【００４５】
下電極６０の厚みは、例えば１００ｎｍ〜３００ｎｍ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。
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膜を形成した後、フォトリソ法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６０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。
【００４６】
図６（ｂ）において、圧電体膜形成工程（Ｓ２）では、圧電体膜７１を、下電極６０に形成する。圧電体膜７１の厚みは、５００ｎｍ〜１５００ｎｍとすることができる。
圧電体膜７１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。
【００４７】
図６（ｃ）において、上電極膜形成工程（Ｓ３）では、上電極膜８１を、圧電体膜７１の上に形成する。上電極膜８１の厚みは、例えば５０ｎｍ〜５００ｎｍとすることができる。
上電極膜８１は導電性高分子膜からなり、導電性高分子膜は、スピンコート法、スリットコート法、ダイコート法、バーコート法、スプレーコート法、ディッピング法などにより簡便に成膜が可能である。
例えば、代表的なポリチオフェンであるＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（poly（３，４−Ethylenedioxythiophene）−Poly−（Styrenesulfonate））を水に分散させたインクを用いて、スピンコート法により成膜する。その後、ホットプレート上で１５０℃３０ｍｉｎ加熱することにより、導電性高分子膜からなる上電極膜８１が得られる。導電性高分子膜は、金属電極と比べて耐熱性は劣るが、圧電体膜７１の結晶化アニールで熱の加わる下電極６０と比較して実用上問題ない。
【００４８】
図６（ｄ）において、フォトリソ工程（Ｓ４）では、圧電体膜７１および上電極膜８１をパターニングして圧電体７０および上電極８０を形成し、圧電体素子３００を形成する。したがって、フォトリソ工程（Ｓ４）に、上電極形成工程が含まれる。
上電極膜８１および圧電体膜７１のパターニングは、フォトリソ法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、フォトリソ法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。
【００４９】
図６（ｅ）において、保護膜形成工程（Ｓ５）では、圧電体素子３００に、保護膜７５を形成する。保護膜７５は、少なくとも圧電体７０の側面に形成する。
保護膜７５の厚みは、材質に依存するが、１ｎｍ〜２０００ｎｍとすることが好ましい。保護膜７５の厚みが１ｎｍよりも小さいと、不純物のバリア性能が十分に得られないことがあり、２０００ｎｍよりも大きいと、圧電体素子３００の機械的な動作を拘束してしまう場合がある。保護膜７５は、不純物のバリア性が高く、ヤング率のできるだけ小さい材質で形成されることが好ましい。
【００５０】
また、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を設ける。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る。
圧電体素子３００が保護膜７５を有する場合は、保護膜７５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。
以上のようにして、圧電体素子３００および圧電アクチュエーター３１０が形成される。
【００５１】
また、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が得られる。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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）金属電極あるいは酸化物電極と比較してヤング率が小さい導電性高分子を上電極８０が含んでいるので、圧電体７０の変形を阻害する効果を小さくできる。したがって、下電極６０と上電極８０との間に印加される同一の電圧に対して変位量のより大きい、より電気機械変換効率のよい圧電アクチュエーター３１０を得ることができる。
【００５７】
（２）導電性高分子としてより抵抗の低い高分子を用いているので、上電極８０での抵抗による電力の損失が少なく、より電気機械変換効率のよい圧電アクチュエーター３１０を得ることができる。
【００５８】
（３）圧電体７０が圧電性能の良好なペロブスカイト型酸化物を含んでいるので、より電気機械変換効率のよい圧電アクチュエーター３１０を得ることができる。
【００５９】
（４）振動板５６によって変形がより阻害された圧電体７０においても、上電極８０を金属または金属酸化物の電極から導電性高分子を含む電極にすることで、より電気機械変換効率のよい圧電アクチュエーター３１０を得ることができる。
【００６０】
（５）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。
【００６１】
（６）金属電極あるいは酸化物電極と比べてヤング率が小さい導電性高分子を上電極８０が含んでいるので、圧電体７０の変形を阻害する効果を小さくできる。したがって、変位量のより大きい、下電極６０と上電極８０との間に印加される電圧に対して、より電気機械変換効率のよい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。
【００６２】
（７）一度のエッチングで圧電体７０および上電極８０が形成されるので、より簡便な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。
【００６３】
（８）溶液プロセスにより成膜が可能であるため、コストを抑えた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。
【００６４】
（変形例１）
図７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、下電極形成工程であるステップ１１（Ｓ１１）と、圧電体膜形成工程であるステップ１２（Ｓ１２）と、圧電体形成工程であるステップ１３（Ｓ１３）と、上電極形成工程としてのステップ１４（Ｓ１４）と、保護膜形成工程としてのステップ１５（Ｓ１５）とを含む。
また、図８は、圧電アクチュエーター３１０の製造方法を示す部分断面図である。図８（ａ）は下電極形成工程（Ｓ１１）を、図８（ｂ）は圧電体膜形成工程（Ｓ１２）を、図８（ｃ）は圧電体形成工程（Ｓ１３）を、図８（ｄ）は上電極形成工程（Ｓ１４）を、図８（ｅ）は保護膜形成工程（Ｓ１５）を図示している。
【００６５】
実施形態との違いは、圧電体膜７１とともに上電極膜８１のパターニングを行う代わりに、上電極８０の形成を圧電体７０に直接行う点にある。
図８（ａ）、（ｂ）および（ｅ）において、下電極形成工程（Ｓ１１）、圧電体膜形成工程（Ｓ１２）および保護膜形成工程（Ｓ１５）は、実施形態と同様に行うことができる。
【００６６】
図８（ｃ）において、圧電体形成工程（Ｓ１３）では、圧電体膜７１をパターニングして圧電体７０を形成する。圧電体膜７１のパターニングは、フォトリソ法等の方法を用いマスク等を形成して行うことができる。
【００６７】
図８（ｄ）において、上電極形成工程（Ｓ１４）では、圧電体７０に直接上電極８０を形成する。上電極８０は導電性高分子膜を加熱することによって得られる。導電性高分子膜は、凸版印刷法、凹版印刷法、転写印刷法、スクリーン印刷法、μＣＰ法、インクジェット法などの印刷法を用いて形成できる。
【００６８】
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。
（９）圧電体７０を形成した後に溶液を塗布する溶液プロセスにより成膜が可能であるため、導電性高分子の使用量を少なくでき、コストを抑えた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。
また、圧電体７０を形成した後に溶液を塗布するので、フォト工程およびエッチング工程を省くことができ、工程数を削減できるだけでなく、エッチングによる圧電体７０へのダメージを抑制できる。
【００６９】
（変形例２）
実施形態では、下電極６０を圧電体素子３００の共通電極とし、上電極８０を圧電体素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。
図９に、本変形例における圧電体素子３０１の上電極８２を共通電極とした場合の、図３（ａ）におけるＢ−Ｂ部分断面図に相当する圧電アクチュエーター３２０の部分断面図を示した。
図９において、下電極６１はパターンニングされた電極であり、上電極８２は第１電極８３と第２電極８４とを備えている。
【００７０】
図１０は、圧電アクチュエーター３２０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３２０の製造方法は、下電極形成工程であるステップ２１（Ｓ２１）と、圧電体膜形成工程であるステップ２２（Ｓ２２）と、第１電極膜形成工程であるステップ２３（Ｓ２３）と、フォトリソ工程としてのステップ２４（Ｓ２４）と、第２電極膜形成工程としてのステップ２５（Ｓ２５）と、保護膜形成工程としてのステップ２６（Ｓ２６）を含む。
また、図１１は、圧電アクチュエーター３２０の製造方法を示す部分断面図である。図１１（ａ）は下電極形成工程（Ｓ２１）を、図１１（ｂ）は圧電体膜形成工程（Ｓ２２）を、図１１（ｃ）は第１電極膜形成工程（Ｓ２３）を、図１１（ｄ）はフォトリソ工程（Ｓ２４）を、図１１（ｅ）は第２電極膜形成工程（Ｓ２５）を、図１１（ｆ）は保護膜形成工程（Ｓ２６）を図示している。
【００７１】
図１１（ａ）において、下電極形成工程（Ｓ２１）では、弾性膜５０および絶縁体膜５５上に下電極６１を形成する。下電極６１は、エッチング等により個別電極とする。エッチング等により個別電極とした以外は、材質、膜厚等は実施形態および変形例１と同様である。
【００７２】
図１１（ｂ）において、圧電体膜形成工程（Ｓ２２）では、実施形態および変形例１と同様に圧電体膜７１を形成する。
図１１（ｃ）において、第１電極膜形成工程（Ｓ２３）では、第１電極膜８５を圧電体膜７１に形成する。第１電極膜８５は、５０ｎｍ以下が好ましい。５０ｎｍを超えると変位低下、コスト上昇の原因となる。
第１電極膜８５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、それらの導電性金属酸化物（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。
【００７３】
図１１（ｄ）において、フォトリソ工程（Ｓ２４）では、実施形態のフォトリソ工程（Ｓ４）と同様に、圧電体膜７１および第１電極膜８５をパターニングして圧電体７０および第１電極８３を形成する。第１電極８３は、図２および図３に示した各圧力発生室１２に形成された圧電体７０に対応して個別に形成する。
【００７４】
図１１（ｅ）において、第２電極膜形成工程（Ｓ２５）では、個別に形成された第１電極８３をそれぞれ接続して共通電極の上電極８２とするために第２電極８４を形成する。
第２電極８４は、導電性高分子膜を加熱して形成することができる。導電性高分子膜は、実施形態および変形例１と同様にスピンコート法、スプレーコート法のような溶液プロセスで形成することができ、段差のある基板への成膜追従性に優れるというメリットもあり、高密度化にも優位である。
また、導電性高分子膜は、凸版印刷法、凹版印刷法、転写印刷法、スクリーン印刷法、μＣＰ法、インクジェット法などの印刷法を用いて、直接パターニングを行うこともできる。
図１１（ｆ）において、保護膜形成工程（Ｓ２６）は、実施形態と同様に行うことができる。
【００７５】
本変形例によれば、実施形態および変形例１の効果に加えて以下の効果がある。
（１０）上電極８２の構造を、ペロブスカイト型酸化物を含む圧電体に形成される第１電極８３として、無機物の圧電体７０と密着性のよい無機物である金属または金属酸化物のうち少なくとも１つを含む電極と、第１電極８３に形成される第２電極８４として、金属および金属酸化物よりヤング率の小さい導電性高分子を含む電極とした。したがって、上電極８２と圧電体７０との密着性を確保しつつ、より電気機械変換効率のよい圧電アクチュエーター３２０を得ることができる。
【００７６】
以下に、実施例に基づいて圧電アクチュエーター３１０についてより詳しく説明する。実施形態の構造において、各実施例および比較例は、上電極８０の構成を変えたものである。その他の構成は、同じ構成とした。
【００７７】
（実施例１）
上電極８０として、ポリピロールからなる導電性高分子膜を１００ｎｍ形成した。
【００７８】
（実施例２）
上電極８０として、ポリピロールからなる導電性高分子膜を５００ｎｍ形成した。
【００７９】
（実施例３）
上電極８０として、ポリアニリンからなる導電性高分子膜を１００ｎｍ形成した。
【００８０】
（実施例４）
上電極８０として、ポリアニリンからなる導電性高分子膜を５００ｎｍ形成した。
【００８１】
（実施例５）
上電極８０として、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳからなる導電性高分子膜を１００ｎｍ形成した。
【００８２】
（実施例６）
上電極８０として、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳからなる導電性高分子膜を５００ｎｍ形成した。
【００８３】
（実施例７）
第１電極８３として白金を２０ｎｍ、第２電極としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳからなる導電性高分子膜を１００ｎｍ形成し、２層構造の上電極８０とした。
【００８４】
（比較例）
上電極８０として、白金を１００ｎｍ形成した。
【００８５】
得られた圧電アクチュエーター３１０について、耐電圧（Ｖ）と変位量（ｎｍ）を測定し、まとめて表に示した。
【００８６】
【表１】
2011023682.tif 000003
実施例および比較例の結果より、導電性高分子膜を上電極８０として用いても耐電圧に大きな変化はなく、変位量が大きくなることがわかった。したがって、より電気機械変換効率のよい圧電アクチュエーターが得られることがわかった。
【００８７】
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、実施形態および変形例１において、個別電極である上電極の構造を変形例２のように２層にしてもよいし、変形例２において共通電極である上電極を１層にしてもよい。
また、基板は特に限定されず、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、変形例２において、第１電極を第２電極と同様に、導電性高分子膜で形成してもよい。
また、振動板は、例えば、ステンレス鋼等の金属の膜が積膜されていてもよい。
【００８８】
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。
【００８９】
さらに、圧電体および圧電アクチュエーターは、広範なデバイス開発に応用でき、その用途等は特に限定されない。例えば、マイクロアクチュエーター、フィルター、遅延線、リードセレクター、音叉発振子、音叉時計、トランシーバー、圧電ピックアップ、圧電イヤホン、圧電マイクロフォン、ＳＡＷフィルター、ＲＦモジュレーター、共振子、遅延素子、マルチストリップカプラー、圧電加速度計、圧電スピーカー等に応用できる。
【符号の説明】
【００９０】
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、６０，６１…下電極、７０…圧電体、７１…圧電体膜、８０，８２…上電極、８１…導電性高分子膜としての上電極膜、８３…第１電極、８４…第２電極、９０…リード電極、３００，３０１…圧電体素子、３１０，３２０…圧力発生手段としての圧電アクチュエーター、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】
2011023682.tif 000004
【図２】
2011023682.tif 000005
【図３】
2011023682.tif 000006
【図４】
2011023682.tif 000007
【図５】
2011023682.tif 000008
【図６】
2011023682.tif 000009
【図７】
2011023682.tif 000010
【図８】
2011023682.tif 000011
【図９】
2011023682.tif 000012
【図１０】
2011023682.tif 000013
【図１１】
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