(57)【要約】【課題】圧電素子の破壊を防止して、安定した変位特性を確保することが可能な液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出装置を提供する。【解決手段】液体を吐出するノズルに連通し、かつ側壁１２Ａに囲まれてなるキャビティ１２ａを有するインク室基板１２と、キャビティ１２ａ及び側壁１２Ａに当接して形成された弾性膜１３と、弾性膜１３上に設けられた下部電極４、圧電体膜５、上部電極６からなる圧電素子１４と、を具備し、圧電体膜５の側端面が弾性膜１３に対して傾斜する傾斜面となっており、且つ圧電体膜５の上に形成される上部電極６が圧電体膜５の側端面の一部を覆って設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するノズル開口に連通し、かつ隔壁に囲まれてなる圧力発生室を有する流路形成部と、
前記圧力発生室及び前記隔壁に当接して形成された弾性膜と、
該弾性膜上に設けられた下部電極、圧電体膜、上部電極からなる圧電素子と、
を具備する液滴吐出ヘッドであって、
前記圧電体膜は、前記下部電極側の面積が前記上部電極側の面積よりも大きくされて側端面が斜面とされ、
かつ、前記上部電極が前記圧電体膜の前記側端面の一部を覆ってもうけられていること
を特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項２】
前記上部電極は、前記圧電体膜の傾斜面である側端面の２０％以上８０％以下の領域を覆うことを特徴とする請求項１記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項３】
前記弾性膜上に、前記下部電極、前記圧電体膜、及び前記上部電極を覆う絶縁性水素バリア膜が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の液滴吐出ヘッド。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
画像の形成やマイクロデバイスの製造に際して液滴吐出法（インクジェット法）を用いることが提案されている。この液滴吐出法としては、例えば半導体デバイスにおいて配線材料を含んだ機能液を液滴状にして液滴吐出ヘッドより吐出し、基体上に所望の配線パターンを形成する方法がある。
【０００３】
このような液滴吐出ヘッドは、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通するキャビティ（圧力発生室）と該キャビティの側壁面を形成する弾性膜と該弾性膜上に形成された圧電素子とを備えている。そして、圧電素子を駆動することにより、弾性膜を変位させてノズルからインク滴を吐出するようになっている。上記圧電素子は、下部電極と上部電極と、これら１対の電極間にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料からなる圧電体膜を挟持した構造を有したものである。
【０００４】
ところで、例えば下部電極が圧電体膜によって覆われる構成の場合、電圧を印加すると、圧電体膜の下部電極の端部近傍にクラック等の破損が生じてしまうという問題がある。これはつまり、下部電極上に形成された圧電体膜と、弾性膜上に形成された圧電体膜との結晶性等の特性が異なってしまうことに起因する。
そのため、圧電体膜及び下部電極の側端面を基板面に対して所定の角度で傾斜する傾斜面とすることで、下部電極の端部における圧電体膜の結晶性（膜質）を改善し、圧電体膜の破壊を防止するというものが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−３５２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１によれば、圧電体膜及び下部電極の側端面を傾斜面とすることによって振動信頼性や変位量は従来に比べて向上した。しかしながら、特許文献１に記載の液滴吐出ヘッドには以下に述べる改善すべき課題がある。
上記構成の場合、電圧を印加すると圧電体膜の端部に電界が集中し易く、圧電体膜にクラック等が発生してしまうことがあった。そのため、長期的に使用した場合には圧電素子の変位量が変化してしまう虞があり、一定の吐出量を確保することができないという問題がある。さらに、上部電極が圧電体膜の上面のみしか覆っていないため、上部電極と下部電極との間に挟持された圧電体膜の面積が小さく、したがって、所望とする液量を吐出するだけの変位量が十分に得られていないという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、圧電素子に不具合が発生するのを防止して、安定した変位特性を確保することが可能な液滴吐出ヘッド、及び液滴吐出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明者は、上記問題について鋭意検討した結果、以下の知見を得た。
圧電素子に電圧を印加すると、上部電極と圧電体膜との界面における圧電体膜の角部（以下、単に圧電体膜の角部と称する）において電界が集中し易い。特に、角部は平面に比べて応力集中が生じやすいことから、角部を基点としたクラック等が発生しやすい。そして、このような知見に基づいて本発明者はさらに検討を重ねた結果、本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明の液滴吐出ヘッドは、液体を吐出するノズル開口に連通し、かつ隔壁に囲まれてなる圧力発生室を有する流路形成部と、圧力発生室及び隔壁に当接して形成された弾性膜と、該弾性膜上に設けられた下部電極、圧電体膜、上部電極からなる圧電素子と、を具備する液滴吐出ヘッドであって、圧電体膜は、下部電極側の面積が上部電極側の面積よりも大きくされて側端面が斜面とされ、かつ、前記上部電極が前記圧電体膜の前記側端面の一部を覆ってもうけられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の液滴吐出ヘッドによれば、上部電極が、圧電体膜の傾斜面とされた側端面の一部まで覆っているので、電圧を印加した際に、上部電極と圧電体膜との界面における圧電体膜の角部に電界が集中することを防ぐことができる。そのため、圧電体膜、上部電極及び下部電極に、圧電体膜の上記角部を基点としたクラック等が発生することを抑えることができる。これにより、圧電素子のクラック等に起因する印字不良を改善することができ、液滴吐出ヘッドの信頼性を向上させることができる。また、従来に比べて、上部電極の面積が広くなっているので圧電素子の面積が増加し、セグメント寸法を増やすことなく圧電素子の変位量を向上させることができる。これにより、所望とする吐出量を確保することができる。また、圧電素子の変位量を従来と同様にした場合には、従来に比べて低い電圧で圧電素子を駆動させることができるようになり、液滴吐出ヘッドの寿命を延ばすことが可能になる。
【００１０】
また、上部電極は、圧電体膜の傾斜面である側端面の２０％以上８０％以下の領域を覆うことが好ましい。
このような構成によれば、下部電極との絶縁性を確保しつつ圧電体膜の角部における電界の集中を効果的に防止することができる。上部電極によって覆われる領域が圧電体膜の側端面の２０％未満であった場合には、上部電極の端部が圧電体膜の上面側に近づくことから、圧電体膜の角部における電界の集中を確実に防止することができなくなる虞がある。また、圧電素子としても振動変位を十分に確保することができなくなってしまう。また、上部電極によって覆われる領域が圧電体膜の側端面の８０％を越えた場合には、上部電極と下部電極とのマージンが少なくなり、上部電極と下部電極との間で短絡してしまう虞がある。これらのことから、圧電体膜の側端面の２０％〜８０％の範囲内の領域を上部電極が覆う構成とすることで、上部電極に起因する圧電体膜のクラック等の発生を防止して、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを得ることができる。
【００１１】
また、弾性膜上に、下部電極、圧電体膜、及び上部電極を覆う絶縁性水素バリア膜が設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、圧電体膜は、酸化物であるため水素や水による還元作用の影響が大きいが、絶縁性水素バリア膜で覆うことで水素や水による劣化を防止することができる。また、絶縁性水素バリア膜が絶縁性であることによって、上部電極及び下部電極を覆うように成膜したとしても上部電極と下部電極との絶縁状態は確保される。
【００１２】
本発明の電子機器は、先に記載の液滴吐出ヘッドを備えたことを特徴とする。
本発明の液滴吐出装置によれば、上述したように信頼性に優れた液滴吐出ヘッドを備えているので、この液滴吐出装置自体も吐出性能が良好で高性能かつ信頼性の高いものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
【００１４】
（液滴吐出ヘッドの構成）
図１は、液滴吐出ヘッドの分解斜視図であり、図２は、液滴吐出ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図３は、液滴吐出ヘッドにおける圧電素子の構成を示す拡大図である。なお、図１は、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。
これらの図において符号１０は液滴吐出ヘッドである。この液滴吐出ヘッド１０は、図１に示すようにヘッド本体とこれの上に設けられた圧電素子１４とを備えて構成されたものである。なお、この液滴吐出ヘッド１０は、いわゆるインクジェット式記録ヘッドとして用いられるもので、後述する液滴吐出装置の一実施形態であるインクジェットプリンタで使用されるものである。
【００１５】
すなわち、この液滴吐出ヘッド１０は、図１に示すようにノズルプレート１１と、インク室基板１２（流路形成基板）と、弾性膜１３と、該弾性膜１３に接合された圧電素子１４とを備え、これらが基体１５に収納されて構成されている。基体１５は、例えば各種樹脂材料、各種金属材料等で形成されたもので、図１に示したようにこの基体１５にインク室基板１２が固定、支持されている。
【００１６】
そして、図１、図２に示すように、インク室基板１２をパターニングすることで形成された側壁（隔壁）１２Ａ、ノズルプレート１１、及び弾性膜１３により、複数のキャビティ（圧力発生室）１２ａと、インクカートリッジ（図示せず）から供給されるインクを一時的に貯留するリザーバ１２ｂと、該リザーバ１２ｂから各キャビティ１２ａにインクをそれぞれ供給するインク供給口１２ｃと、が区画形成されたものとなっている。
【００１７】
ノズルプレート１１は、例えばステンレス製の圧延プレート等で構成されており、インク滴を吐出するための多数のノズル１１ａが一列に形成されている。ノズル１１ａ間のピッチは、印刷精度に応じて適宜設定可能である。
【００１８】
また、上記インク室基板１２を構成する母材（基板）としては、後述するように面方位（１１０）のシリコン単結晶基板が用いられている。このような面方位は容易かつ確実な異方性エッチングを可能とするので、リザーバ１２ｂ及び各キャビティ１２ａの加工性及び信頼性が高いものとなっている。
【００１９】
また、上記各キャビティ１２ａは、図１に示したように各ノズル１１ａに対応して配設されたもので、弾性膜１３の振動によってそれぞれ容積が可変となっており、この容積変化によってノズル１１ａからインク滴を吐出するようになっている。
【００２０】
インク室基板１２の平均厚さ、すなわちキャビティ１２ａを含む厚さとしては、特に限定されないものの、１０〜１０００μｍ程度とするのが好ましく、１００〜５００μｍ程度とするのがより好ましい。また、キャビティ１２ａの容積としては、特に限定されないものの、０．１〜１００ｎＬ程度とするのが好ましく、０．１〜１０ｎＬ程度とするのがより好ましい。
【００２１】
ここで、図２に示すように、インク室基板１２のキャビティ１２ａ、リザーバ１２ｂ及びインク供給口１２ｃの内壁表面には、耐インク性を有する材料、例えば、酸化タンタル（ＴａＯｘ）からなる保護膜１６が、約５０ｎｍの厚さで設けられている。なお、ここで言う耐インク性とは、アルカリ性のインクに対する耐エッチング性のことである。また、本実施形態では、インク室基板１２のキャビティ１２ａ等が開口する側の表面、すなわち、ノズルプレート１１が接合される接合面にも保護膜１６が設けられている。勿論、このような領域には、インクが実質的に接触しないため、保護膜１６は設けられていなくてもよい。
【００２２】
弾性膜１３は、少なくとも一方の面に熱酸化膜層と金属酸化物層とが積層された構成となっている。具体的に本実施形態では、弾性膜１３は、厚さが約１．０μｍの二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる弾性層１３ａと、該弾性層１３ａ上に設けられ、厚さが約０．４μｍの酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）または酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる金属酸化物層１３ｂとが積層されてなるものである。このような弾性膜１３は、インク室基板１２のノズルプレート１１とは反対側の面に配設され、表面上に複数の圧電素子１４が備えられている。
【００２３】
なお、弾性膜１３の所定位置には、図１に示したように弾性膜１３の厚さ方向に貫通する連通孔１３ｃが形成されている。そして、このような連通孔１３ｃにより、後述するインクカートリッジからリザーバ１２ｂへのインクの供給がなされるようになっている。
【００２４】
各圧電素子１４は、図２に示すように、各々が各キャビティ１２ａのほぼ中央部に対応して配設されている。これら各圧電素子１４は、後述する圧電素子駆動回路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作動（振動、変形）するよう構成されている。すなわち、各圧電素子１４はそれぞれ振動源（ヘッドアクチュエーター）として機能するものとなっており、弾性膜１３は、圧電素子１４の振動（撓み）によって振動し（撓み）、キャビティ１２ａの内部圧力を瞬間的に高めるよう機能するものとなっている。
【００２５】
以下に、圧電素子１４について詳しく説明する。
図３に示すように、上記圧電素子１４は、下部電極４と上部電極６との間にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体膜５が挟持された構造を有している。一般的には、圧電素子１４のいずれか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体膜５を各キャビティ１２ａ毎にパターニングして構成される。本実施形態では、下部電極４を圧電素子１４の共通電極とし、上部電極６を圧電素子１４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。何れの場合においても、各キャビティ１２ａ毎に、下部電極４、圧電体膜５及び上部電極６からなる積層体１４ａが形成されている。
【００２６】
下部電極４は、Ｐｔ層とＩｒ層とが順に積層されて構成されたもので、その膜厚が、約０．２μｍとなっている。また、上部電極６は、導電性を有する材料、例えば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、アルミニウム（Ａｌ）等を採用することができ、本実施形態では、イリジウムを用いて約０．１μｍの膜厚に形成されている。
【００２７】
下部電極４は、キャビティ１２ａの長手方向の両端部近傍においてパターニングされ、キャビティ１２ａの並設方向に沿って連続的に設けられている。そして、下部電極４には、キャビティ１２ａに対応する領域に凸部４１が設けられており、その凸部４１の側端面が弾性膜１３に対して所定の角度θ（傾斜角度θともいう）で傾斜する傾斜面となっている。
【００２８】
圧電体膜５は、結晶性を有する強誘電膜から構成され、各キャビティ１２ａ毎に独立して下部電極４上に設けられている。圧電体膜５は、その側端面５１ａが下部電極４の凸部４１の側端面４１ａ（傾斜面）に連続する傾斜面となっており、下部電極４と同時にパターン形成されている。すなわち、側断面視において、所謂テーパ形状をなすものとなっている。
【００２９】
本実施形態においては、これら下部電極４の凸部４１の側端面４１ａと圧電体膜５の側端面５１ａとの、弾性膜１３表面に対する傾斜角度θが約１０°以上５０°以下の範囲、より好ましくは、４０°以下となるように形成されている。例えば、本実施形態では、下部電極４の凸部４１及び圧電体膜５は、それらの側端面４１ａ，５１ａの傾斜角度θが３０°となるように形成されている。
【００３０】
上記傾斜角度θは、小さいほうが好ましいが、１０°よりも小さくすると、凸部４１及び圧電体膜５の側端面５１ａの形成精度が著しく低下するため好ましくない。また、角度θが５０°よりも大きいと、強誘電膜の結晶性が低下してしまうため好ましくない。本実施形態で下部電極４の凸部４１の側端面４１ａ及び圧電体膜５の側端面５１ａの傾斜角度θを３０°としたのは、上記側端面４１ａ，５１ａの形成精度と結晶性の観点から適切な値だからである。
【００３１】
上部電極６は、圧電体膜５と同様に各キャビティ１２ａ毎に独立して設けられる。上部電極６は、圧電体膜５上に設けられ、圧電体膜５の上面５ｂから側端面５１ａの一部を覆うようにしてパターン形成されている。本実施形態の上部電極６は、当該上部電極６と圧電体膜５との界面における圧電体膜５の角部ｇ（上面５ｂと側端面５１ａとの接続部分）を少なくとも覆うことを特徴としている。覆う範囲としては、側端面５１ａの上部電極６側から下部電極４側に向かって、２０％以上８０％以下の領域とし、下部電極４側の所定領域を露出させておく。
【００３２】
上部電極６によって覆われる領域が圧電体膜５の側端面５１ａの２０％未満であった場合には、上部電極６の端縁が圧電体膜５の上面５ｂ側に近づくことから、圧電体膜５の角部ｇ及びその近傍における電界の集中を確実に防止することができなくなる虞がある。また、圧電素子１４としても、下部電極４及び上部電極６間に挟持される圧電体膜５の面積があまり増えないため、振動変位をより十分に確保することができなくなってしまう。また、上部電極６によって覆われる領域が圧電体膜５の側端面５１ａの８０％を越えた場合には、上部電極６と下部電極４とのマージンが少なくなり、上部電極６と下部電極４との間で短絡してしまう虞がある。なお、上部電極６と下部電極４とのマージンは、例えば、側端面４１ａの幅方向長さが３μｍであった場合、０．５μｍ以上であることが好ましい。このようなことから、圧電体膜５の側端面５１ａの２０％〜８０％の範囲内の領域を上部電極６で覆う構成とすることで、上部電極６に起因する圧電体膜５のクラックの発生を防止して、信頼性の高い液滴吐出ヘッド１０を得ることができる。
【００３３】
そして、弾性膜１３上には、上部電極６、圧電体膜５、及び下部電極４の露出面を覆う絶縁性水素バリア膜１７が設けられている。本実施形態では、絶縁性水素バリア膜１７を、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ：ＡｌＯｘ）を用いて形成し、その膜厚を０．２μｍとする。
【００３４】
絶縁性水素バリア膜１７は、水素（Ｈ２）、水（Ｈ２Ｏ）等の還元性物質による圧電体膜５の劣化を防止するものであって、これにより、キャパシタの電気的特性が変動するのを抑止でき、高品位な液滴吐出ヘッド１０が得られることになる。
【００３５】
そして、各上部電極６には、上記絶縁性水素バリア膜１７に設けられた貫通孔１７ａを介して、例えば、金（Ａｕ）等からなり、弾性膜１３上まで延設されたリード電極１８がそれぞれ接続されている。このようにして圧電素子１４が構成されている。
【００３６】
（液滴吐出）
続いて、このような構成からなる液滴吐出ヘッド１０からインク滴を吐出する場合について説明する。
上記液滴吐出ヘッド１０は、不図示の圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力されていない状態、すなわち、図１に示す圧電素子１４の下部電極４と上部電極６との間に電圧が印加されていない状態では、圧電体膜５に変形が生じない。このため、弾性膜１３にも変形が生じず、キャビティ１２ａには容積変化が生じない。したがって、この状態にあるときはノズル１１ａからインク滴は吐出されない。
【００３７】
一方、圧電素子駆動回路を介して所定の吐出信号が入力された状態、すなわち、圧電素子１４の下部電極４と上部電極６との間に一定電圧（例えば３０Ｖ程度）が印加された状態では、圧電体膜５においてその短軸方向に撓み変形が生じる。これにより、弾性膜１３が例えば５００ｎｍ程度撓み、キャビティ１２ａの容積変化が生じる。このとき、キャビティ１２ａ内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル１１ａからインク滴を吐出できる。
【００３８】
すなわち、電圧を印加すると、圧電体膜５の結晶格子は面に対して垂直な方向に引き伸ばされるが、同時に面に平行な方向には圧縮される。この状態で、圧電体膜５には面内に引っ張り応力が働いていることになる。したがって、この応力によって弾性膜１３をそらせ、撓ませることになる。キャビティ１２ａの短軸方向での圧電体膜５の変位量（絶対値）が大きければ大きいほど、弾性膜１３の撓み量が大きくなり、より効率的にインク滴を吐出することが可能になる。ここで、効率的とは、より少ない電圧で同じ量のインク滴を飛ばすことができることを意味する。
【００３９】
このようにして１回のインクの吐出が終了すると、圧電素子駆動回路は、下部電極４と上部電極６との間への電圧の印加を停止する。これにより、圧電素子１４は元の形状に戻り、キャビティ１２ａの容積が増大する。なお、このとき、インクには、後述するインクカートリッジ６３１（図７参照）からノズル１１ａへ向かう圧力（正方向への圧力）が作用している。このため、空気がノズル１１ａからインク室５２１へと入り込むことが防止され、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカートリッジ６３１からリザーバ１２ｂを経てキャビティ１２ａへ供給される。上記液滴吐出ヘッド１０によれば、圧電素子１４と弾性膜１３との間の密着性が高く剥離し難いため、長期間に亘って上述したインクの吐出を行うことが可能となっている。
このように、インク滴の吐出を行わせたい位置の圧電素子１４に対して、圧電素子駆動回路を介して吐出信号を順次入力することにより、任意の（所望の）文字や図形等を印刷することができる。
【００４０】
（液滴吐出ヘッドの製造方法）
続いて、本発明の液滴吐出ヘッドの製造方法の一実施形態として、上記液滴吐出ヘッド１０を製造する工程について図面を参照して説明する。図４〜図６は、液滴吐出ヘッドの製造工程を説明する工程図である。
まず、図４（ａ）に示すように、インク室基板１２となる母材、すなわち前述した（１１０）配向のシリコン単結晶基板（Ｓｉ基板）からなる基板２を用意する。そして、この基板２上に弾性膜１３を形成する。この弾性膜１３は、上述したように二酸化シリコンからなる弾性層１３ａと、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）からなる金属酸化物層１３ｂとが積層されて構成されたものである。そのため、まず基板２上に、当該基板２を熱酸化処理することで上記弾性層１３ａとして機能する二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層を形成し、該二酸化シリコン層上に金属酸化物層１３ｂとして酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）層を形成する。このようにして基板２と一体に弾性膜１３を形成する。
【００４１】
続いて、弾性膜１３における基板２側とは反対側の面、すなわち金属酸化物層１３ｂの表面に対して表面処理を行う。具体的に本実施形態では、上記表面処理として、水素（Ｈ２）を添加したアルゴン（Ａｒ）を処理ガスとして用いた雰囲気下で弾性膜１３にプラズマ処理を行う。
【００４２】
次に、弾性膜１３上に圧電素子１４を形成する。
まず、図４（ｂ）に示すように、上記プラズマ処理によって金属化された金属酸化物層１３ｂ上に下部電極４を形成する。具体的には、このようなプラズマ処理を施した弾性膜１３上に、スパッタ法等の公知の方法によって下部電極４の前駆層４Ａを成膜する。なお、下部電極４はＰｔ層４ａとＩｒ層４ｂとを積層して形成されるため、処理面５５ａ上にＰｔ層４ａ、Ｉｒ層４ｂを順に積層し前駆層４Ａを形成する。
【００４３】
下部電極４の前駆層４Ａを成膜する工程は、上述したプラズマ処理（表面処理）を行ったチャンバ（処理室）内で不活性雰囲気の下で連続的に処理することが望ましい。このようにすれば、処理面５５ａが大気に曝されるのを防止できるので、処理面５５ａの汚染や酸化、不純物の付着等によってＰｔ層４ａとの密着性が低下するのを防止できる。
【００４４】
以下、下部電極４を含む圧電素子１４を形成する工程について説明する。
図４（ｃ）に示すように、下部電極４の前駆層４Ａ上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体膜５の前駆層５Ａを成膜する。ここで、本実施形態では、金属有機物を溶媒（分散性）に溶解・分散してなるゾルを塗布乾燥しゲル化して前駆層５Ａを形成し、さらにこの前駆層５Ａを脱脂して有機成分を離脱させた後、焼成して結晶化させることで各圧電体膜５を得ている。なお、下部電極４と圧電体膜５との密着層としてＴｉを設けるようにしてもよい。また、圧電体膜５の製造方法は、上述したゾルゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法等を用いてもよい。
【００４５】
なお、圧電体膜５の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛等の強誘電性材料の他、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイッテルビ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。
【００４６】
このように、弾性膜１３上に下部電極４の前駆層４Ａ及び圧電体膜５の前駆層５Ａを形成した後、前駆層４Ａと前駆層５Ａとを同時にパターニングする。このとき、図５（ａ）に示すように、パターニングによって形成される下部電極４の凸部４１の側端面４１ａと圧電体膜５の側端面５１ａとの弾性膜１３に対する傾斜角度θが、約１０°〜５０°の範囲、本実施形態では、約３０°となるようにパターニングする。具体的には、前駆層５Ａ上に設けた所定の開口パターンを有するレジストをマスクＭとしてパターニングを行うが、このとき、マスクＭの端面の前駆層５Ａに対する角度θ１が、約３０°の角度となっている。
【００４７】
そして、マスクＭを用いて前駆層４Ａ及び前駆層５Ａをエッチングすると、これら前駆層４Ａ及び前駆層５ＡとともにマスクＭが徐々にエッチングされるため、圧電体膜５の側端面５１ａが傾斜面となる。また、前駆層４Ａの表面が除々にエッチングされることで下部電極４に凸部４１が形成され、その側端面４１ａが圧電体膜５の側端面５１ａに連続する傾斜面となる。このように、下部電極４の凸部４１及び圧電体膜５の側端面５１ａは、互いに同じ角度で傾斜することになり、本実施形態では、弾性膜１３に対して約３０°の角度で傾斜する傾斜面となる。
【００４８】
このように、圧電体膜５の端面を弾性膜１３に対して約１０〜５０°の範囲で傾斜する傾斜面とすることで、圧電体膜５の端部を良好な膜質で形成することができる。また、同時に前駆層４Ａの表面を若干エッチングすることによって、前駆層４Ａとの界面におけるエッチングの不具合をなくして圧電体膜５の端部をさらに良好な状態で形成することができる。
【００４９】
なお、このような下部電極４、圧電体膜５の形成にあたっては、例えば、イオンミリング法を用いて前記傾斜面５１ａ、６１ａを形成することもできる。
【００５０】
続いて、図５（ｂ）に示すように、下部電極４及び圧電体膜５上に上部電極６の前駆層６Ａを、上記前駆層４Ａおよび前駆層５Ａと同様にスパッタ法等の公知の方法によって成膜する。
この前駆層６Ａとしては導電性を有する材料、例えば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、アルミニウム（Ａｌ）等を採用できる。なお、アルミニウムが用いられる場合、電蝕対策のため、この上にイリジウム等が積層される。
【００５１】
この前駆層６Ａを、図５（ｃ）に示すように、レジストからなるマスクパターン（不図示）を用いてパターニングすることによって上部電極６を形成する。このとき、上部電極６の端部が圧電体膜５の側端面５１ａの上部電極６側から２０％以上８０％以下の領域を覆うようにパターニングする。これにより、圧電体膜５の角部ｇを覆う上部電極６が形成される。
以上の工程により、弾性膜１３上に圧電素子１４を構成する積層体１４ａが形成される。
【００５２】
その後、図６に示すように、各積層体１４ａを一体として覆うように、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）を用いてスパッタ法等により絶縁性水素バリア膜１７を成膜した後、この絶縁性水素バリア膜１７を各積層体１４ａ毎にパターニングすることによって、下層に位置する上部電極６を露出させる貫通孔１７ａを形成する。そして、各貫通孔１７ａを埋めるようにして、金（Ａｕ）からなる金属層（図示略）を基板２の全面に亘って形成後、この金属層を各積層体１４ａ毎にパターニングすることによってリード電極１８を形成する。このようにして、各キャビティ１２ａに対向する領域内に圧電素子１４を形成する。
【００５３】
なお、以下の説明において工程図は省略し、図１〜図３を適宜参照して説明する。
圧電素子１４を形成した後は、インク室基板１２となる母材となる基板２をパターニングし、圧電素子１４に対応する位置にそれぞれキャビティ１２ａとなる凹部を、また、所定位置にリザーバ１２ｂおよびインク供給口１２ｃとなる凹部を形成する。なお、本実施形態では、このインク室基板１２を構成する基板２として、例えば面方位（１１０）のシリコン単結晶からなるものを用いている。このような面方位（１１０）を有した基板２は異方性エッチングに適しているために、容易かつ確実にインク室基板１２を形成することができる。
【００５４】
具体的には、キャビティ１２ａ、リザーバ１２ｂおよびインク供給口１２ｃを形成すべき位置に合せてマスク層を形成し、例えば５重量％〜４０重量％程度の水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド等の高濃度アルカリ水溶液によるウエットエッチングを行う。
【００５５】
このようにして基板２を、その厚さ方向に弾性膜１３が露出するまでエッチング除去することにより、インク室基板１２を形成することができる。また、このときエッチングされずに残った部分が側壁１２Ａとなる。なお、上記基板２をパターニングする方法としては、上述したウエットエッチングに限定されることはなく、例えば平行平板型反応性イオンエッチング、誘導結合型方式、エレクトロンサイクロトロン共鳴方式、ヘリコン波励起方式、マグネトロン方式、プラズマエッチング方式、イオンビームエッチング方式等のドライエッチングを採用することもできる。
【００５６】
次いで、複数のノズル１１ａが形成されたノズルプレート１１を、各ノズル１１ａが各キャビティ１２ａとなる凹部に対応するように位置合わせした状態で接合する。これにより、複数のキャビティ１２ａ、リザーバ１２ｂおよび複数のインク供給口１２ｃが形成される。なお、ノズルプレート１１の接合については、例えば接着剤による接着法や、融着法等を用いることができる。
その後、インク室基板１２を基体１５に取り付け、これにより液滴吐出ヘッド１０が製造される。
【００５７】
以上説明したように、本発明では、圧電体膜５の側端面５１ａの２０％〜８０％の領域を、圧電体膜５上に設けられる上部電極６の端部で覆う構成とすることによって、圧電体膜５の、上部電極６との界面における角部ｇを上部電極６によって覆うことができる。これにより、電圧を印加した際に、圧電体膜５の角部ｇに電界が集中することを防ぐことができるので、圧電体膜５に圧電体膜５の上記角部ｇを基点としたクラック等が発生することを抑えることが可能となる。これにより圧電素子１４のクラック等に起因する印字不良が改善され、液滴吐出ヘッド１０の信頼性を向上させることができる。
【００５８】
また、従来に比べて上部電極６の面積が広くなっているので、圧電素子の面積が増加し、セグメント寸法を増やすことなく圧電素子１４の変位量を向上させることができる。これにより、所望とする液体の吐出量を確保することができる。また、圧電素子１４の変位量が従来と同様であった場合には、低い電圧で圧電素子１４を駆動させることができるようになり、液滴吐出ヘッド１０の寿命を延ばすことができる。
【００５９】
また、本発明では、絶縁性水素バリア膜１７によって水素や水による圧電体膜５の劣化を防止しているので、圧電素子１４としての長期的な信頼性が確保されたものとなっている。
【００６０】
（試験例）
ここで、圧電素子を形成し、この実施例となる圧電素子について耐電圧試験及び耐久試験を行った。その結果を下記表１に示す。なお、各試験における「クラックの有無」とは、圧電体膜の側端面におけるクラックの有無である。
また、耐久試験の試験条件は、印加電圧：３５Ｖ、印加パルス数：１００億であり、耐電圧試験の試験条件は、印加電圧１１０Ｖである。
【００６１】
【表１】
2008296416.tif 000003
【００６２】
表１に示すように、実施例の圧電素子は、耐電圧試験において、１１０Ｖの電圧を印加してもクラックの発生は確認されず、耐久試験においてもクラックの発生は確認されなかった。そして、圧電素子に３５Ｖの電圧を印加したときの変位量（弾性膜の振れ幅）は、４２０ｎｍであった。これは、所望とする液量を吐出するのに十分な変位量である。
【００６３】
この結果から明らかなように、圧電体膜５の角部ｇを覆うようにして上部電極６を形成することによって、特に角部ｇやその近傍での圧電体膜５のクラックの発生を良好に防止して、信頼性の高い圧電素子１４を得ることができる。
【００６４】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６５】
上記実施形態では基板２と一体に弾性膜１３を形成したが、例えば、別途用意した弾性膜１３を基板２に貼り合わせてもよい。この場合、上記実施形態と同様に、基板２の裏面（二酸化シリコン層が形成されていない面）側から弾性膜１３を露出させるようにエッチングし、キャビティ１２ａやリザーバ１２ｂを形成し、弾性膜１３を基板２と一体に形成することができる。
【００６６】
また、上記実施形態では、下部電極４に凸部４１を設けたが、圧電体膜５の側端部５１ａのみを傾斜面とすべくパターン形成してもよい。
【００６７】
（液滴吐出装置）
次に、液滴吐出ヘッド１０を備えた液滴吐出装置の一実施形態としてのインクジェットプリンタについて説明する。なお、インクジェットプリンタとは、紙等に印刷するものはもちろん、工業的に用いられる液滴吐出装置も含めたものとする。
【００６８】
図７は、インクジェットプリンタの概略構成図であり、図７中符号６０はインクジェットプリンタである。なお、以下の説明では、図７中の上側を「上部」、下側を「下部」と言う。
インクジェットプリンタ６０は、装置本体６２０を備えたもので、上部後方に記録用紙Ｐを設置するトレイ６２１を有し、下部前方に記録用紙Ｐを排出する排出口６２２を有し、上部面に操作パネル６７０を有したものである。
【００６９】
操作パネル６７０は、例えば液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＬＥＤランプ等で構成されたもので、エラーメッセージ等を表示する表示部（図示せず）と、各種スイッチ等で構成される操作部（図示せず）とを備えたものである。
【００７０】
装置本体６２０の内部には、主に、往復動するヘッドユニット６３０を備えた印刷装置６４０と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置６４０に送り込む給紙装置６５０と、印刷装置６４０および給紙装置６５０を制御する制御部６６０とが設けられている。
【００７１】
制御部６６０の制御により、給紙装置６５０は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りするようになっている。間欠送りされる記録用紙Ｐは、ヘッドユニット６３０の下部近傍を通過する。このとき、ヘッドユニット６３０が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動し、記録用紙Ｐへの印刷を行うようになっている。すなわち、ヘッドユニット６３０の往復動と、記録用紙Ｐの間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となり、インクジェット方式の印刷が行なわれるようになっている。
【００７２】
印刷装置６４０は、ヘッドユニット６３０と、ヘッドユニット６３０の駆動源となるキャリッジモータ６４１と、キャリッジモータ６４１の回転を受けて、ヘッドユニット６３０を往復動させる往復動機構６４２とを備えたものである。
【００７３】
ヘッドユニット６３０は、その下部に、多数のノズル１１ａを備える液滴吐出ヘッド１０と、この液滴吐出ヘッド１０にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、液滴吐出ヘッド１０およびインクカートリッジ６３１を搭載したキャリッジ６３２とを有したものである。
【００７４】
なお、インクカートリッジ６３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が可能となる。この場合、ヘッドユニット６３０には、各色にそれぞれ対応した液滴吐出ヘッド１０が設けられることになる。
【００７５】
往復動機構６４２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６４３と、キャリッジガイド軸６４３と平行に延在するタイミングベルト６４４とを有したものである。
キャリッジ６３２は、キャリッジガイド軸６４３に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベルト６４４の一部に固定されたものである。
キャリッジモータ６４１の作動により、プーリを介してタイミングベルト６４４を正逆走行させると、キャリッジガイド軸６４３に案内されて、ヘッドユニット６３０が往復動する。そして、この往復動の際に、液滴吐出ヘッド１０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ようになっている。
【００７６】
給紙装置６５０は、その駆動源となる給紙モータ６５１と、給紙モータ６５１の作動により回転する給紙ローラ６５２とを有したものである。
給紙ローラ６５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ６５２ａと、駆動ローラ６５２ｂとで構成されたものであり、駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されたものである。このような構成によって給紙ローラ６５２は、トレイ６２１に設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置６４０に向かって１枚ずつ送り込めるようになっている。なお、トレイ６２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構成としてもよい。
【００７７】
制御部６６０は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置６４０や給紙装置６５０等を制御することにより印刷を行うものである。
この制御部６６０には、いずれも図示しないものの、主に各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモリ、圧電素子（振動源）１４を駆動してインクの吐出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置６４０（キャリッジモータ６４１）を駆動する駆動回路、給紙装置６５０（給紙モータ６５１）を駆動する駆動回路、およびホストコンピュータからの印刷データを入手する通信回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うＣＰＵとが備えられている。
【００７８】
また、ＣＰＵには、例えば、インクカートリッジ６３１のインク残量、ヘッドユニット６３０の位置、温度、湿度等の印刷環境等を検出可能な各種センサが、それぞれ電気的に接続されている。
制御部６６０は、通信回路を介して印刷データを入手してメモリに格納する。ＣＰＵは、この印刷データを処理し、この処理データおよび各種センサからの入力データに基づき、各駆動回路に駆動信号を出力する。この駆動信号により圧電素子１４、印刷装置６４０および給紙装置６５０は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに所望の印刷がなされる。
【００７９】
このようなインクジェットプリンタ６０にあっては、上述したように弾性膜１３と圧電素子１４との密着性が高く、信頼性の高い液滴吐出ヘッド１０を備えているので、このインクジェットプリンタ自体も吐出性能が良好な高性能かつ高信頼性なものとなる。
なお、本発明のインクジェットプリンタは、前述したように工業的に用いられる液滴吐出装置とすることもできる。その場合に吐出するインク（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、使用する。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図２】液滴吐出ヘッドの概略構成を示す側断面図である。
【図３】液滴吐出ヘッドにおける圧電素子の構成を示す拡大図である。
【図４】液滴吐出ヘッドの製造方法を示す製造工程図である。
【図５】図４に続く製造工程図である。
【図６】図５に続く製造工程図である。
【図７】インクジェットプリンタの概略構成図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０…液滴吐出ヘッド、１１ａ…ノズル、１２ａ…キャビティ（圧力発生室）、１２…インク室基板（流路形成基板）、１３…弾性膜、４…下部電極、５…圧電体膜、６…上部電極、１４…圧電素子、４１ａ…側端面、５１ａ…側端面、１７…絶縁性水素バリア膜、６０…インクジェットプリンタ
【図１】
2008296416.tif 000004
【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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