(57)【要約】【課題】圧電素子の駆動による圧電体層の破壊を防止することができるアクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。【解決手段】基板上に設けられる下電極膜と、下電極膜上に設けられる圧電体層７０と、圧電体層７０上に設けられる上電極膜８０とからなる圧電素子３００を具備し、且つ圧電素子３００を構成する圧電体層７０の各結晶粒の厚さと幅との比が１以上１００以下であるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられる下電極膜と、該下電極膜上に設けられる圧電体層と、該圧電体層上に設けられる上電極膜とからなる圧電素子を具備し、該圧電素子を構成する前記圧電体層がその膜厚方向で連続することなく積み重ねられた複数の結晶粒を含むと共に各結晶粒の厚さと幅との比が１以上１００以下であることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】
前記圧電体層の各結晶粒の端部が当該圧電体層の厚さ方向で並んでいないことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記圧電体層の各結晶粒は、当該圧電体層の面方向において一方向に優先配向することなく形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記圧電体層の各結晶粒は、当該圧電体層の面方向において一方向に優先配向していることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記圧電素子は横断面が略矩形となるように形成され、前記圧電体層の結晶粒が優先配向する方向が、前記圧電素子の長手方向又は短手方向であることを特徴とする請求項４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
前記圧電体層の各結晶粒の間隔が５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項７】
前記圧電体層の膜厚が０．５〜５μｍであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のアクチュエータ装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか一項に記載のアクチュエータ装置と、該アクチュエータ装置が一方面側に設けられると共に液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項９】
請求項８に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下電極膜、圧電材料からなる圧電体層及び上電極膜で構成される圧電素子を撓み変形可能に有するアクチュエータ装置、このアクチュエータ装置を用いた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータ装置等として用いられる圧電素子としては、例えば、電気機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した圧電性セラミックス等からなる圧電体層を、下電極膜と上電極膜との２つの電極で挟んで構成されたものがある。また、圧電素子を有するアクチュエータ装置、すなわち、撓み振動モードのアクチュエータ装置を用いた装置としては、例えば、圧電素子の変位を利用してノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドがある。この液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。また、このようなインクジェット式記録ヘッド等に用いられる圧電素子を構成する圧電体層は、例えば、下電極が設けられた基板上に圧電材料を積層することによって形成され、膜厚方向に延びる柱状結晶で形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−８１０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように圧電体層が膜厚方向に延びる柱状結晶で形成されていると、圧電素子の駆動に起因して、結晶粒界（結晶間）にクラックが発生してしまう虞がある。すなわち、結晶粒界には圧電材料が結晶化されていない非晶質な部分が存在するため、この結晶粒界が圧電体層の厚さ方向に連続していることで、圧電体層に割れが生じ易くなってしまう。
【０００５】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、勿論、液体噴射ヘッド以外に搭載されるアクチュエータ装置においても同様に存在する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子の駆動による圧電体層の破壊を防止することができるアクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明は、基板上に設けられる下電極膜と、該下電極膜上に設けられる圧電体層と、該圧電体層上に設けられる上電極膜とからなる圧電素子を具備し、該圧電素子を構成する前記圧電体層がその膜厚方向で連続することなく積み重ねられた複数の結晶粒を含むと共に各結晶粒の厚さと幅との比が１以上１００以下であることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる本発明では、圧電体層の剛性が向上するため、圧電素子の繰り返し駆動によって圧電体層にクラックが発生するのを防止することができる。
【０００８】
ここで、前記圧電体層の各結晶粒の端部が当該圧電体層の厚さ方向で並んでいないことが好ましい。このような構成では、圧電体層に、その膜厚方向に亘って直線的に連続する粒界が存在しないため、圧電体層にクラックが発生するのをより確実に防止することができる。
【０００９】
また、前記圧電体層の各結晶粒は、当該圧電体層の面方向において一方向に優先配向することなく形成されていることが好ましい。これにより、圧電体層を比較的容易に形成することができ、且つ圧電体層の剛性をより確実に向上させることができる。
【００１０】
また、前記圧電体層の各結晶粒は、当該圧電体層の面方向において一方向に優先配向していることが好ましい。これにより、結晶粒の厚さを比較的厚くすることができ、圧電体層の剛性を高めつつ変位特性を極めて良好に維持することができる。
【００１１】
さらに、前記圧電体層の各結晶粒は、当該圧電体層の面方向において一方向に優先配向している場合には、前記圧電素子は横断面が略矩形となるように形成され、前記圧電体層の結晶粒が優先配向する方向が、前記圧電素子の長手方向又は短手方向であることが好ましい。これにより、圧電素子の繰り返し駆動によって圧電体層にクラックが発生するのをより確実に防止することができる。
【００１２】
また、前記圧電体層の各結晶粒の間隔が５ｎｍ以下であることが好ましい。このように比較的クラックの発生しやすい結晶粒の間隔を規制することで、圧電素子の繰り返し駆動によって圧電体層にクラックが発生するのをより確実に防止することができる。さらに、前記圧電体層の膜厚が０．５〜５μｍであることが好ましい。これにより、圧電体層の剛性を高めつつ圧電素子の変位特性を良好に維持できる。
【００１３】
また、本発明は、上記のようなアクチュエータ装置と、該アクチュエータ装置が一方面側に設けられると共に液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。かかる本発明では、耐久性を向上した液体噴射ヘッドを実現することができる。
【００１４】
さらに、本発明は、上記液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。かかる本発明では、信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図であり、図３は、圧電体層の結晶状態の概略を示す上面図及び断面図である。
【００１６】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）である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（ＳｉＯ２）からなる、厚さ０．５〜２．０［μｍ］の弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。
【００１７】
また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、隔壁１１によって区画され各圧力発生室１２に連通するインク供給路１３と連通路１４とが設けられている。さらに、連通路１４の外側には、各連通路１４と連通する連通部１５が設けられている。この連通部１５は、後述する保護基板３０のリザーバ部３２と連通して、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する。
【００１８】
ここで、インク供給路１３は、圧力発生室１２よりも狭い断面積となるように形成されており、連通部１５から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。例えば、本実施形態では、インク供給路１３は、リザーバ１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されている。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、各連通路１４は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１５側に延設してインク供給路１３と連通部１５との間の空間を区画することで形成されている。
【００１９】
なお、流路形成基板１０の材料として、本実施形態ではシリコン単結晶基板を用いているが、勿論これに限定されず、例えば、ガラスセラミックス、ステンレス鋼等を用いてもよい。
【００２０】
流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１３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によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼などからなる。
【００２１】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように厚さが例えば約１．０［μｍ］の弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム等からなり厚さが例えば、約０．４［μｍ］の絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．１〜０．２［μｍ］の下電極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜５［μｍ］の圧電体層７０と、厚さが例えば、約５０［ｎｍ］の上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極を圧電体層７０と共に圧力発生室１２毎にパターニングして個別電極とする。そして、ここでは圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみを残して下電極膜６０を振動板としてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。さらに、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０がそれぞれ接続されており、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加されるようになっている。
【００２２】
ここで、圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、本実施形態では、複数の圧電素子３００に対応する領域に連続的に形成され、複数の圧電素子３００に共通する共通電極となっている。この下電極膜６０の材料は、特に限定されないが、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等が好適に用いられている。
【００２３】
圧電体層７０は、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングされ、それぞれ独立して存在している。また圧電体層７０は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料からなり結晶化された複数層の圧電体膜７２で構成されている。そして、図３に示すように、圧電体層７０を構成する各結晶粒７０ａは、膜厚方向で連続することなく積み重ねられている。なお、圧電体層７０の形成方法については詳しく後述する。
【００２４】
ここで、圧電体層７０を構成する各結晶粒７０ａは、その厚さと幅との比が１以上１００以下となっている。結晶粒７０ａの幅とは、具体的には、圧電体層７０の面内方向における結晶粒７０ａの幅、すなわち直径のことであり、圧電体層７０の結晶粒７０ａは、その厚さと結晶粒７０ａの最小径との比が１以上であり且つ厚さと最大径との比が１００以下となっている。圧電体層７０の各結晶粒７０ａの厚さと幅との比は、上記の範囲であればよいが、２以上であることが好ましく、さらに好ましくは５以上である。特に、圧電素子３００の長手方向に沿った断面における圧電体層７０の厚さｔ１と幅ｗ１との比は、比較的大きいことが好ましく、具体的には１０以上となるようにするのが望ましい。
【００２５】
このような構成とすることにより、圧電体層７０の剛性が実質的に向上するため、圧電素子３００の繰り返し駆動による圧電体層７０の破壊、すなわち、圧電体層７０へのクラックの発生を防止することができる。したがって、圧電素子３００の耐久性が大幅に向上する。
【００２６】
また、圧電体層７０の各結晶粒７０ａの端部は、圧電体層７０の厚さ方向で並んでいないことが好ましい。圧電体層７０を構成する各結晶粒７０ａの間（結晶粒界）には実質的に結晶化されていない非晶質な部分が存在するため、圧電体層７０の各結晶粒７０ａの端部が圧電体層７０の厚さ方向で並んでいると、この結晶粒界（非晶質部分）にクラックが入り易いからである。また、結晶粒界が圧電体層７０の膜厚方向で直線的に連続していないため、圧電体層７０の鉛成分がこの結晶粒界を介して下電極膜に拡散してしまうのを防止することができるという効果もある。
【００２７】
さらに、圧電体層７０を構成する各結晶粒７０ａの間隔、すなわち、結晶粒界の幅は、５ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、圧電体層７０の剛性がより確実に高まり、圧電体層７０にクラックが発生するのをより確実に防止することができる。また、鉛成分の拡散もより確実に防止することができる。
【００２８】
また、本実施形態に係る圧電体層７０の結晶粒７０ａは、圧電体層７０の面方向において一方向に優先配向することなく形成されている。すなわち、圧電体層７０は、面内方向における各結晶粒７０ａの幅が規制されることなく形成されている。そして、本実施形態のように圧電体層７０の結晶粒７０ａが圧電体層７０の面方向において一方向に優先配向することなく形成されている場合、圧電体層７０を構成する各圧電体膜７２は可及的に薄く形成されていることが好ましい。つまり、圧電体層７０は、膜厚の薄い圧電体膜７２をできるだけ多く積層することによって形成されていることが望ましい。
【００２９】
このように圧電体層７０を構成する各圧電体膜７２を薄くすることで、結晶粒７０ａが膜厚方向で柱状に形成されることがなく、また結晶粒７０ａの幅（直径）が大きくなる。これにより圧電体層７０の剛性がさらに向上し、圧電体層７０にクラックが発生するのをより確実に防止することができる。また、圧電体膜７２を薄くすることで、各結晶粒界の幅が比較的広くなる。これにより、圧電体層７０の剛性を高め且つ圧電体層７０の変位量を確保することができる。ただし、結晶粒界の幅が広すぎても圧電素子３００の変位特性を低下させる要因となるため、結晶粒界の幅は５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
なお、圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料の他、この圧電材料に、ニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等を用いてもよい。その組成は、圧電素子の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、ＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ３（ＰＺ）、Ｐｂ（ＺｒｘＴｉ１−ｘ）Ｏ３（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ３−ＰｂＴｉＯ３（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。
【００３１】
上電極膜８０は、圧電体層７０と共に各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングされて各圧電素子３００の個別電極となっている。この上電極膜８０の材料は、導電性の高い材料であれば特に限定されないが、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）が好適に用いられる。
【００３２】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００を保護するための圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が、例えば、接着剤３５によって接合されている。なお、圧電素子保持部３１によって画成される空間は、密封されていても、密封されていなくてもよい。また、保護基板３０には、複数の圧力発生室１２に供給するインクが貯留されるリザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１５と連通されてリザーバ１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１５を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３２のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１３を設けるようにしてもよい。
【００３３】
このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス材料、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料であるシリコン単結晶基板を用いている。
【００３４】
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられており、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、この貫通孔３３内に露出されている。また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路２００、例えば、回路基板、半導体集積回路（ＩＣ）等が固定されている。そして、駆動回路２００とリード電極９０とは、貫通孔３３内に延設されるボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線２１０によって電気的に接続されている。
【００３５】
また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板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。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６［μｍ］のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）からなり、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０［μｍ］のステンレス鋼（ＳＵＳ）等）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となっており、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。
【００３６】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口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した後、駆動回路２００からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し圧電素子３００を撓み変形させることによって、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される。
【００３７】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図４〜図７を参照して説明する。なお、図４〜図７は、圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００３８】
まず、図４（ａ）に示すように、複数の流路形成基板１０が一体的に形成される流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる二酸化シリコン膜５１を形成する。
【００３９】
次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、スパッタリング法等によりジルコニウム（Ｚｒ）を主成分とする絶縁体膜を形成後、この絶縁体膜５５を拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる絶縁体膜５５とする。
【００４０】
次に、図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上に下電極膜６０を形成すると共に、下電極膜６０を所定形状にパターニングする。具体的には、絶縁体膜５５上に白金（Ｐｔ）と、イリジウム（Ｉｒ）とを、例えば、スパッタリング法によって順次積層形成することによって下電極膜６０を形成する。なお、下電極膜６０の形成方法は、スパッタリング法に限定されるものではなく、例えば、ＣＶＤ法（化学蒸着法）等であってもよい。
【００４１】
次に、図４（ｄ）に示すように、下電極膜６０上に圧電体層７０を形成する。ここで、圧電体層７０を形成する方法としては、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、ゾル−ゲル法、スパッタリング法及びＣＶＤ法が挙げられる。そして、これらの中の何れか一つの方法で、圧電体層７０を形成するようにしてもよいし、複数の方法を組み合わせて圧電体層７０を形成するようにしてもよい。例えば、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成している。
【００４２】
圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図５（ａ）に示すように、下電極膜６０上にＰＺＴ前駆体膜である圧電体前駆体膜７１を一層成膜する。すなわち、下電極膜６０が形成された流路形成基板１０上に金属有機化合物を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。次に、乾燥した圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。なお、ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７１に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させることである。次に、圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、拡散炉や、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置などを用いることができる。
【００４３】
このように下電極膜６０上に圧電体膜７２の１層目を形成後、図５（ｂ）に示すように、下電極膜６０及び１層目の圧電体膜７２を同時にパターニングして、下電極膜６０を所定形状に形成する。その後、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を複数回繰り返すことで、図５（ｃ）に示すように複数層の圧電体膜７２からなる所定厚さの圧電体層７０を形成する。
【００４４】
ここで、上述したように、本実施形態に係る圧電体層７０は、膜厚の薄い圧電体膜７２を多数積層することによって形成されている。具体的には、例えば、厚さが０．１［μｍ］程度の圧電体膜７２を１０層積層することによって、厚さ１．０［μｍ］の圧電体層７０を形成している。なお、圧電体層７０の厚さは、特に限定されないが、０．５〜５［μｍ］程度であることが好ましい。
【００４５】
このように圧電体層７０を形成した後は、図６（ａ）に示すように、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる上電極膜８０を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成し、圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングすることによって圧電素子３００を形成する。
【００４６】
次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９１を形成後、この金属層９１を、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して圧電素子３００毎にパターニングすることでリード電極９０を形成する。
【００４７】
次に、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハ１３０を接合する。そして、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに加工する。
【００４８】
次いで、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に保護膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を、この保護膜５２をマスクとして、例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いて異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５等を形成する。
【００４９】
その後は、流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハ１３０にコンプライアンス基板４０を接合し、流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【００５０】
（実施形態２）
図８は、実施形態２に係る圧電体層の結晶構造を模式的に示す上面図及び断面図である。本実施形態は、圧電体層７０Ａの結晶粒７０ａが、圧電体層７０Ａの面内方向の一方向に優先配向するようにした例であり、それ以外の構成は実施形態１と同様である。なお、同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５１】
本実施形態に係る圧電体層７０Ａを構成する結晶粒７０ａは、圧電素子３００の面内方向における一方向に沿って優先配向している。言い換えれば、圧電体層７０Ａの結晶粒７０ａのうちの６０％以上が、図８に示すように、圧電体層７０Ａの面内方向における一方向に沿って柱状に形成されている。また、圧電体層７０Ａの結晶粒７０ａが優先配向する方向、すなわち、結晶粒７０ａの長辺方向が、略矩形形状を有する圧電素子３００の長手方向又は短手方向と一致していることが好ましい。例えば、本実施形態に係る圧電体層７０Ａは、結晶粒７０ａが圧電素子３００の長手方向に沿って優先配向するように形成されている。
【００５２】
このような構成としても実施形態１の場合と同様に、圧電体層７０Ａの剛性が向上し、圧電素子３００の繰り返し駆動によって圧電体層７０Ａにクラックが発生するのを防止することができるという効果を奏する。
【００５３】
なお、このような結晶粒７０ａが優先配向する圧電体層７０Ａは、上述した焼成工程を実施する際に、圧電体前駆体膜７１の面内方向において温度傾斜を生じさせせることによって形成することができる。例えば、圧電体前駆体膜７１が形成された流路形成基板用ウェハ１１０を、所定温度に加熱された拡散炉内に徐々に移動させながら挿入することによって、圧電体前駆体膜７１に温度傾斜が生じる。そして、このように圧電体前駆体膜７１に温度勾配を生じさせることで、その温度傾斜の向きに沿って結晶粒７０ａが優先配向した圧電体膜７２Ａ（圧電体層７０Ａ）が形成される。なお、圧電体前駆体膜７１に温度傾斜を生じさせる方法は、上述した方法に限定されず、圧電体前駆体膜７１を加熱する際に、圧電体前駆体膜７１と、例えば、赤外線ランプ等の熱源とを一定方向且つ一定速度で相対的に移動させるようにしてもよい。
【００５４】
また、このように圧電体前駆体膜７１に温度勾配を生じさせて圧電体層７０Ａの結晶粒７０ａを優先配向させている場合、圧電体膜７２Ａの厚さに拘わらず、各結晶粒７０ａが膜厚方向に柱状に形成されることがない。このため、圧電体層７０Ａを構成する各圧電体膜７２Ａの膜厚は比較的厚いことが好ましい。例えば、本実施形態では、厚さが０．３［μｍ］程度の圧電体膜７２Ａを４層だけ積層することによって圧電体層７０Ａを形成している。これにより、圧電体層７０Ａの剛性を高めつつ、圧電体層７０Ａの変位特性も良好に維持することができる。
【００５５】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
【００５６】
また、このようなインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図９は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略斜視図である。図９に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び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及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００５７】
そして、駆動モータ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及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラ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上を搬送されるようになっている。
【００５８】
また、本実施形態では、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を挙げて説明したが、本発明は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の製造方法にも勿論適用することができる。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。
【００５９】
また、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置の製造方法に限られず、他の装置に搭載されるアクチュエータ装置の製造方法にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの上面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る圧電体層の結晶状態の概略を示す上面図及び断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】実施形態２に係る圧電体層の結晶状態の概略を示す上面図及び断面図である。
【図９】一実施形態に係る記録装置を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  １３  インク供給路、  １４  連通路、  １５  連通部、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  リザーバ部、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜、  ５５  絶縁体膜、  ６０  下電極膜、  ７０，７０Ａ  圧電体層、  ７０ａ  結晶、  ７１  圧電体前駆体膜、  ７２，７２Ａ  圧電体膜、  ８０  上電極膜、  ９０  リード電極、  １００  リザーバ、  ３００  圧電素子
【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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