(57)【要約】【課題】変位量が良好であり、かつリーク電流を抑制することができる圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンターを提供する【解決手段】  本発明にかかる圧電素子１００は、基体１０と、前記基体の上方に形成された下部電極３０と、前記下部電極の上方であって、前記基体の一部の領域の上方に形成された強誘電体層４０と、前記強誘電体層の上方に形成された上部電極５０と、を含み、前記強誘電体層の側面と、前記基体の上面とによってなされる角の角度θは、４５°〜７５°である。【選択図】図１
2008235569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
前記基体の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方に形成された強誘電体層と、
前記強誘電体層の上方に形成された上部電極と、
を含み、
前記強誘電体層の側面と、前記基体の上面とによってなされる角の角度θは、４５°〜７５°である、圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記強誘電体層は、前記下部電極の一部の領域の上方にのみ形成されている、圧電素子。
【請求項３】
請求項２において、
前記強誘電体層の側面と、前記下部電極の上面とによってなされる角の角度θは、４５°〜７５°である、圧電素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、
少なくとも前記強誘電体層の側面を覆う保護膜をさらに含む、圧電素子。
【請求項５】
請求項４において、
前記保護膜は、酸化シリコンまたは酸化アルミニウムからなる、圧電素子。
【請求項６】
請求項１において、
前記強誘電体層は、前記基体の上面および前記下部電極の上面に接して形成され、
前記下部電極の端部は、強誘電体層に覆われており、
強誘電体層の側面と基体の上面とによってなされる角の角度θ１と、強誘電体層の側面と下部電極の上面とによってなされる角の角度θ２は、ともに４５°〜７５°である、圧電素子。
【請求項７】
請求項６において、
前記角度θ１と前記角度θ２は、θ１＞θ２である、圧電素子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかにおいて、
前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛を含む、圧電素子。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の圧電素子を含む、インクジェット式記録ヘッド。
【請求項１０】
請求項９に記載のインクジェット式記録ヘッドを含む、インクジェットプリンター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンターに関する。
【背景技術】
【０００２】
強誘電体層を含む圧電素子は、アクチュエータとして機能することができるため、インクジェットプリンターの液体噴射ヘッドやジャイロセンサ等、幅広く応用することができる。たとえば液体噴射ヘッドとして圧電素子を利用する場合には、強誘電体膜の変位量を大きくすることが、液体噴射量の増加につながる。また圧電素子は、強誘電体層を下部電極と上部電極とが挟むキャパシタ構造を有する。このようなキャパシタ構造を高密度で配列することにより、高画質な画像を印刷することができる。
【０００３】
一方で、変位量が大きく高密度な圧電素子を製造する際には、高精度な成膜工程およびパターニング工程が必要不可欠であるが、これらの工程において強誘電体層がダメージを受けリーク電流が増加することがあった。このようなリーク電流を抑制するために、たとえば特許文献１は、バリア層を設けることにより、誘電体膜を保護することを開示している。
【特許文献１】特開２００３−２４３６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、変位量が良好であり、かつリーク電流を抑制することができる圧電素子、インクジェット式記録ヘッド、およびインクジェットプリンターを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明にかかる圧電素子は、
基体と、
前記基体の上方に形成された下部電極と、
前記下部電極の上方であって、前記基体の一部の領域の上方に形成された強誘電体層と、
前記強誘電体層の上方に形成された上部電極と、
を含み、
前記強誘電体層の側面と、前記基体の上面とによってなされる角の角度θは、４５°〜７５°である。
【０００６】
本発明にかかる圧電素子において、
前記強誘電体層は、前記下部電極の一部の領域の上方にのみ形成されていることができる。
【０００７】
本発明にかかる圧電素子において、
前記強誘電体層の側面と、前記下部電極の上面とによってなされる角の角度θは、４５°〜７５°であることができる。
【０００８】
本発明にかかる圧電素子において、
少なくとも前記強誘電体層の側面を覆う保護膜をさらに含むことができる。
【０００９】
本発明にかかる圧電素子において、
前記保護膜は、酸化シリコンまたは酸化アルミニウムからなることができる。
【００１０】
本発明にかかる圧電素子において、
前記強誘電体層は、前記基体の上面および前記下部電極の上面に接して形成され、
前記下部電極の端部は、強誘電体層に覆われており、
強誘電体層の側面と基体の上面とによってなされる角の角度θ１と、強誘電体層の側面と下部電極の上面とによってなされる角の角度θ２は、ともに４５°〜７５°であることができる。
【００１１】
本発明にかかる圧電素子において、
前記角度θ１と前記角度θ２は、θ１＞θ２であることができる。
【００１２】
本発明にかかる圧電素子において、
前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛を含むことができる。
【００１３】
本発明にかかるインクジェット式記録ヘッドは、上述したいずれかの圧電素子を含む。
【００１４】
本発明にかかるインクジェットプリンターは、上述したインクジェット式記録ヘッドを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
１．圧電素子
本実施の形態にかかる圧電素子１００について説明する。図１は、本実施の形態にかかる圧電素子１００を模式的に示す断面図である。本実施の形態にかかる圧電素子１００は、基体１０と、下部電極３０と、強誘電体層４０と、上部電極５０とを含む。下部電極３０、強誘電体層４０、および上部電極５０によってキャパシタ構造部６０が形成される。
【００１７】
基体１０は、基板であってもよいし、基板上に単層膜または多層膜が形成されたものであってもよい。基体１０は、たとえば、シリコン層および酸化シリコンや酸化ジルコニウム等の無機酸化物層を含むことができる。また基体１０は、弾性板として機能する層を含んでもよい。
【００１８】
下部電極３０は、基体１０の上面の少なくとも一部の領域に形成されている。強誘電体層４０は、下部電極３０の上面の少なくとも一部の領域に形成されている。具体的には図１に示すように、強誘電体層４０は、端部が下部電極３０の上面に位置するように、形成されている。この端部において、強誘電体層４０の側面と下部電極３０の上面とによってなされる傾斜角θは、４５°〜７５°であることが好ましい。
【００１９】
この傾斜角θを４５°未満にすると、強誘電体層４０の変位量が不十分になってしまい、傾斜角θを７５°より大きくすると、リーク電流を抑制できなくなるからである。その詳細については、実験例において後述する。
【００２０】
上部電極５０は、強誘電体層４０の上方に形成されている。上部電極５０の端部において、強誘電体層４０の上面と上部電極５０の側面とによってなされる傾斜角は、上述した傾斜角θと同様であってもよいし、傾斜角θより大きい角度を有していてもよい。
【００２１】
下部電極３０の材質としては、特に限定されないが、たとえばニッケル、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（たとえば酸化イリジウムなど）、ＳｒＲｕＯ３やＬａＮｉＯ３といった複合酸化物など、を用いることができる。また、下部電極３０は、前記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。
【００２２】
強誘電体層４０の材質としては、たとえば一般式ＡＢＯ３（Ａは、Ｐｂを含み、Ｂは、ＺｒおよびＴｉを含む。）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。これらのうち、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴＮ）などは、良好な圧電特性を示す材料として好適である。また、バリウム、スロトンチウム、チタンの複合酸化物（ＢＳＴ）やスロトンチウム、ビスマス、タンタルの複合酸化物（ＳＢＴ）などは強誘電性を示す材料として好適である。
【００２３】
上部電極５０の材質としては、特に限定されないが、たとえばニッケル、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（たとえば酸化イリジウムなど）、ＳｒＲｕＯ３やＬａＮｉＯ３といった複合酸化物など、を用いることができる。また、上部電極５０は、前記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。
【００２４】
２．圧電素子の製造方法
次に、本実施の形態にかかる圧電素子１００の製造方法について説明する。図２および図３は、本実施の形態にかかる圧電素子１００の製造方法を示す図である。
【００２５】
（１）まず、基体１０を準備する。次いで、基体１０上に、下部電極層３０ａを形成する（図２参照）。下部電極層３０ａの形成は、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの公知の方法でおこなうことができる。たとえば、下部電極層３０ａは、材質を白金とし、スパッタ法により、たとえば１００ｎｍ〜３００ｎｍの厚みに形成することができる。
【００２６】
（２）次に、下部電極層３０ａ上に、強誘電体層４０ａを形成する（図２参照）。強誘電体層４０ａは、ゾル−ゲル法、有機金属熱塗布分解法（ＭＯＤ法）等の液相法やスパッタ法、アブレーション法、ＣＶＤ法等の気相法などを用いて形成される。強誘電体層４０ａの材質は、上述したように、鉛、ジルコニウム、チタンを構成元素として含む酸化物とすることができる。すなわち、チタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴという）は、圧電性能が良好なため、強誘電体層４０ａの材質として好適である。たとえば、ゾル−ゲル法を用いる場合には、Ｐｂ、Ｚｒ、およびＴｉをそれぞれ含有する有機金属化合物を溶媒に溶解させた溶液を基体１０上に塗布し、その後、乾燥工程および脱脂工程、および結晶化工程を経ることにより、強誘電体層４０ａを形成することができる。以上の一連の工程を繰り返すことにより、所望の膜厚の強誘電体層４０ａを得ることができる。強誘電体層４０ａの膜厚は、たとえば５０ｎｍ〜１５００ｎｍであることができる。
【００２７】
（３）次に強誘電体層４０ａ上に、上部電極層５０ａを形成する。上部電極層５０ａの形成は、スパッタ法、真空蒸着、ＣＶＤ法、めっき法などの公知の方法でおこなうことができる。たとえば、上部電極層５０ａは、材質を白金またはイリジウムなどの金属の他、LaNiO3やSrRuO3などの酸化物電極を用いることができるとし、スパッタ法により、たとえば２０ｎｍ〜３００ｎｍの厚みに形成することができる。以上の工程により、下部電極層３０ａ、強誘電体層４０ａ、および上部電極層５０ａを含む積層体を得ることができる。
【００２８】
（４）次に、下部電極層３０ａ、強誘電体層４０ａ、および上部電極層５０ａをパターニングする。パターニング方法の一例を以下に説明する。
【００２９】
まず上部電極層５０ａの上に所定の形状を有するレジスト層Ｒ１を形成する。レジスト層Ｒ１は、公知のフォトリソグラフィー技術により得られる（図３参照）。リソグラフィーは、たとえばコンタクトアライナやプロジェクションアライナを用いて行うことができる。
【００３０】
次に、レジスト層Ｒ１をマスクとして、少なくとも上部電極層５０ａと強誘電体層４０ａとをドライエッチングする（図４参照。ここでは、上部電極層５０ａ、強誘電体層４０ａ、必要に応じて下部電極層３０ａをエッチングする。本実施の形態では、上部電極層５０ａおよび強誘電体層４０ａのみをエッチングしている。エッチングの方法としては、ドライエッチングを適用するのが好ましく、なかでも反応性イオンエッチングを適用することがより好ましい。例えば、上部電極層５０ａのパターニングの際にはハロゲンガスとアルゴンガスの混合ガスを用い、強誘電体層４０ａのパターニングの際にはハロゲンガスとフロンガスの混合ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、強誘電体層のエッチングレートとレジスト層のエッチングレートの比（レジスト選択比＝強誘電体層のエッチングレート／レジスト層のエッチングレート）を調整することにより、所望の傾斜角を形成することができる。例えば、強誘電体層にＰＺＴを１ｕｍ、レジスト膜厚を２ｕｍとした場合、レジスト選択比が１．０の条件では、傾斜角は５５度になる。これよりもレジスト選択比が大きければ傾斜角は５０度以上となり、逆に小さければ５０度以下となる。また、レジスト膜厚を増加させれば傾斜角は大きくなる。
【００３１】
次に、レジスト層Ｒ１を除去する。レジスト層Ｒ１は、酸素プラズマを用いたアッシングによって除去される。アッシングは、公知の方法で行うことができる。
【００３２】
以上の工程により、強誘電体層４０ａおよび上部電極層５０ａをパターニングすることができる（図１参照）。なお、下部電極層３０ａは、上述したように、パターニングしなくてもよいし、強誘電体層４０ａおよび上部電極層５０ａとは異なる平面形状にパターニングしてもよい。下部電極層３０ａを、強誘電体層４０ａおよび上部電極層５０ａと異なる形状にパターニングする場合には、レジスト層の形成工程、ドライエッチング工程、およびアッシング工程を複数回行う。
【００３３】
このようにして、下部電極３０、強誘電体層４０、および上部電極５０からなるキャパシタ構造部６０を形成することができる。
【００３４】
以上の工程により、本実施の形態にかかる圧電素子１００を形成することができる。本実施の形態にかかる圧電素子１００の製造方法によれば、強誘電体層４０の端部の傾斜角の角度θを４５°〜７５°に容易に制御することができる。
【００３５】
３．変形例
次に本実施の形態にかかる変形例について説明する。
【００３６】
３．１．第１の変形例
第１の変形例にかかる圧電素子２００は、キャパシタ構造部６０を覆う保護膜７０をさらに含む点で、上述した圧電素子１００と異なる。
【００３７】
図４は、第１の変形例にかかる圧電素子２００を模式的に示す断面図である。第１の変形例にかかる圧電素子２００は、基体１０と、下部電極３０と、強誘電体層４０と、上部電極５０と、保護膜７０とを含む。
【００３８】
基体１０、下部電極３０、強誘電体層４０、および上部電極５０の構造、材質、および製造方法については、上述したとおりであるので、説明を省略する。
【００３９】
保護膜７０は、少なくとも強誘電体層４０の露出面を覆っていればよく、図４に示すように、キャパシタ構造部６０の全体を覆っていてもよい。また保護膜７０は、上部電極５０または下部電極３０とのコンタクトをとるために貫通穴等を有していてもよいし、所定の形状にパターニングされていてもよい。
【００４０】
保護膜７０は、強誘電体層４０の結晶を保護する機能を有し、たとえば水素による酸素欠損や水分によって圧電特性が劣化するのを抑制することができる。保護膜７０の材質としては、例えば、酸化シリコン、窒化チタン、酸化チタン、酸化アルミニウム、窒化シリコン等を用いることができ、特に酸化シリコンおよび酸化アルミニウムを好適に用いることができる。
【００４１】
次に第１の変形例にかかる圧電素子２００の製造方法を説明する。まず、圧電素子１００の製造方法と同様の方法により基体１０上にキャパシタ構造部６０を形成する。
【００４２】
次いで、基体１０側にＲＦバイアスを印加したプラズマ処理を行うことにより、強誘電体層４０の側面（露出面）にプラズマを接触させる。図５は、本工程において、強誘電体層４０の露出面にプラズマが接触する様子を模式的に示している。
【００４３】
プラズマ処理のプラズマは、発生方法に制限はなく、二極放電型、マグネトロン放電型、無電極放電型などの公知の方法で発生させることができる。また、プラズマ処理にヘリコン波プラズマや誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）（ＩＣＰ）を用いることは、高密度のプラズマであるためより好適である。プラズマ処理は、基体１０側にＲＦバイアスを印加して行われる。基体１０側のＲＦバイアスがわずかでも印加されていれば好適なプラズマ処理を行うことができる。基体１０側にＲＦバイアスが印加されることで、基体１０側へのプラズマ粒子の引き込みが生じる。
【００４４】
また、チャンバに導入してプラズマとするガスとしては、強誘電体層４０のエッチングが優先して生じないようなガスが好ましい。具体的には、プラズマのソースガスとしては、酸素、窒素、一酸化二窒素、三フッ化窒素、ネオン、アルゴン、四フッ化炭素などが好適である。これらの中でも酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、一酸化二窒素（Ｎ２Ｏ）、ネオン（Ｎｅ）は、強誘電体層４０のエッチング効果が小さくさらに好適である。
【００４５】
このように、キャパシタ構造部６０の形成後にプラズマ処理を行うことにより、強誘電体層４０の露出面を良好な状態にすることができる。たとえば、キャパシタ構造部６０の製造工程におけるドライエッチングによって、電極材料等の残渣が強誘電体層４０の露出面に付着していることがある。このような残渣をプラズマ処理により除去することができる。また、ドライエッチングによって、強誘電体層４０の結晶に酸素欠損が生じている場合には、このプラズマ処理によって、結晶状態を修復することができる。また、ドライエッチング工程による電荷の蓄積を解消することも可能である。このようにして、強誘電体層４０の露出面の良好な状態に修復し、リーク電流の抑制を図ることができる。
【００４６】
また、図５に示すように、強誘電体層４０の傾斜角θが７５°以下であることによって、基体１０方向に引き込まれているプラズマ粒子を、強誘電体層４０の側面により多く接触させることができ、プラズマ処理による修復効果を向上させることができ、ひいては、リーク電流の抑制効果を向上させることができる。
【００４７】
次に、キャパシタ構造部６０を覆う保護膜７０を形成する（図４参照）。保護膜７０の成膜方法としては、公知の方法を用いることができ、たとえばスパッタ法またはＣＶＤ法を用いることができる。保護膜７０の形成は、上述したプラズマ処理の直後に行うことが好ましい。これにより、キャパシタ構造部６０の表面が劣化する前に保護することができるため、圧電素子２００の特性の劣化を防止することができる。
【００４８】
また、保護膜７０の形成前にプラズマ処理を行うことにより、保護膜７０の成膜工程で受けるダメージを防止することができる。これにより、圧電素子２００においてリーク電流が生じるのを抑制することができる。
【００４９】
３．２．第２の変形例
第１の変形例にかかる圧電素子３００は、強誘電体層４２の一部が下部電極３２の形成領域以外の領域に形成されている点で、上述した圧電素子１００と異なる。
【００５０】
図６は、第３の変形例にかかる圧電素子３００を模式的に示す断面図である。第２の変形例にかかる圧電素子３００は、基体１０と、下部電極３２と、強誘電体層４２と、上部電極５０とを含む。下部電極３２は、所定の形状にパターニングされており、その端部の一部は、強誘電体層４２に覆われている。
【００５１】
強誘電体層４２は、基体１０および下部電極３２の上に形成されている。強誘電体層４２の端部において、強誘電体層４２の側面と基体１０の上面とによってなされる傾斜角の角度θ１と、強誘電体層４２の側面と下部電極３２の上面とによってなされる傾斜角の角度θ２は、ともに４５°〜７５°であり、θ１＞θ２であることが好ましい。即ち、下部電極３２の露出部の近傍における強誘電体層４２の傾斜角の角度θ２を小さくすることにより、第１の変形例において上述したプラズマ処理において、下部電極３２の露出部の近傍における強誘電体層４２の側面に、プラズマ粒子を多く接触させることができ、下部電極３２と上部電極５０との導通が原因のリーク電流を効率的に低減し、かつ、電流リークのない領域の角度θ１を大きくすることによって、キャパシタの高密度化を図ることができる。
【００５２】
基体１０、下部電極３２、強誘電体層４２、および上部電極５０の他の構造、材質は、上述したとおりである。製造方法は、上述とほぼ同じである。角度をθ１＞θ２にする方法として、例えば、レジストの露光において、フォーカスを下部電極３２が形成されていない領域に合わせる。この領域と下部電極３２が形成されている領域では段差がついているので（図６参照）下部電極３２が形成されている領域ではレジストがデフォーカスされて形成される。この場合、レジスト露光のフォーカスがあっている領域（下地に下部電極が形成されていない領域）のレジスト層の端部での傾斜角は９０度に近くなるが、デフォーカスされている領域（下地に下部電極が形成されている領域）のレジスト層の傾斜角は、これより小さくなる。この傾斜角の差に応じて、この後に行われるエッチングにより形成される強誘電体層の傾斜角もθ１＞θ２となる。
【００５３】
４．実験例
本実施の形態にかかる圧電素子１００を備えたインクジェット式ヘッドのサンプルを作製した。このとき、基体１０は、シリコン層５２０および酸化シリコン層１４からなる基板１１と、圧力発生室５２１と、ノズルプレート５１０と、酸化ジルコニウムからなる弾性体層２０とを有する。下部電極３０および上部電極５０の材質としては、白金を用い、強誘電体層４０の材質としては、ＰＺＴを用いた。基板１１の厚さは、１０００ｎｍであり、弾性体層２０の厚さは、４００ｎｍであり、下部電極３０の厚さは、２００ｎｍであり、強誘電体層４０の厚さは、１１００ｎｍであり、上部電極の厚さは、５０ｎｍであった。また強誘電体層４０の幅は、３９μｍであり、インクジェット式ヘッドのキャビティ幅は５５μｍ、キャビティ長は０．５７ｍｍであった。
【００５４】
インクジェット式ヘッドは、強誘電体膜４０の傾斜角の角度θが、３５°、４５°、６５°、８５°のサンプルを作製した。
【００５５】
そして、各インクジェット式ヘッドを用いてキャビティの変位量を測定した。その結果を図７に示す。図７において、横軸は傾斜角θ（°）を示し、縦軸は変位量を示す。なお、図７においては、角度θが３５°のサンプルの変位量を１００として、他のサンプルの測定値を規格化した値を示す。
【００５６】
図７によれば、θが大きくなるにつれて変位量が増大し、θが４５°以上において特に良好な特性が得られた。また、θが７５°より大きくなると、θが大きくなっても変位量にはほとんど変化がなかった。以上の結果から、圧電素子は、θが４５°〜７５°の範囲の傾斜角を有することによって、傾斜角に応じた良好な変位量を得ることができることが確認された。
【００５７】
５．インクジェット式記録ヘッド
次に、圧電素子を用いたインクジェット式記録ヘッドについて説明する。図９は、図４に示した圧電素子２００を用いたインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す側断面図であり、図９は、このインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。なお、図９は、通常使用される状態とは上下逆に示したものである。
【００５８】
インクジェット式記録ヘッド（以下、「ヘッド」ともいう）５００は、図８に示すように、ヘッド本体５４２と、ヘッド本体５４２の上に設けられた圧電部５４０と、を備える。なお、図８に示した圧電部５４０は、下部電極３０、強誘電体層４０、および上部電極５０を含む。また、圧電部５４０は、必要に応じて保護膜７０を含んでもよい。本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドおいて、圧電素子２００は、圧電アクチュエータとして機能することができる。圧電アクチュエータとは、ある物質を動かす機能を有する素子である。
【００５９】
ヘッド本体５４２は、圧電素子２００における基体１０に対応し、酸化物層１４と、基板５２０と、ノズルプレート５１０と、弾性体層２０とを含む。基板５２０を下方からエッチングすることによって、圧力発生室５２１が得られる。酸化物層１４および弾性体層２０は、弾性膜として機能することができる。
【００６０】
すなわち、ヘッド５００は、図９に示すようにノズル板５１０と、インク室基板５２０と、弾性膜５５０と、弾性膜５５０に接合された圧電部（振動源）５４０とを備え、これらが基体５６０に収納されて構成されている。なお、このヘッド５００は、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成している。
【００６１】
ノズル板５１０は、例えばステンレス製の圧延プレート等で構成されたもので、インク滴を吐出するための多数のノズル５１１を一列に形成したものである。これらノズル５１１間のピッチは、印刷精度に応じて適宜に設定されている。
【００６２】
ノズル板５１０には、インク室基板５２０が固着（固定）されている。インク室基板５２０は、上述の基板２によって形成されたものである。インク室基板５２０は、ノズル板５１０、側壁（隔壁）５２２、および後述する弾性膜５５０によって、複数のキャビティ（インクキャビティー）５２１と、リザーバ５２３と、供給口５２４と、を区画形成したものである。リザーバ５２３は、インクカートリッジ６３１（図１０参照）から供給されるインクを一時的に貯留する。供給口５２４によって、リザーバ５２３から各キャビティ５２１にインクが供給される。
【００６３】
キャビティ５２１は、図９に示すように、各ノズル５１１に対応して配設されている。キャビティ５２１は、後述する弾性膜５５０の振動によってそれぞれ容積可変になっている。キャビティ５２１は、この容積変化によってインクを吐出するよう構成されている。
【００６４】
インク室基板５２０のノズル板５１０と反対の側には弾性膜５５０が配設されている。さらに弾性膜５５０のインク室基板５２０と反対の側には複数の圧電部５４０が設けられている。弾性膜５５０の所定位置には、図９に示すように、弾性膜５５０の厚さ方向に貫通して連通孔５３１が形成されている。連通孔５３１により、後述するインクカートリッジ６３１からリザーバ５２３へのインクの供給がなされる。
【００６５】
各圧電部５４０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、各圧電部５４０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。弾性膜５５０は、圧電部５４０の振動（たわみ）によって振動し（たわみ）、キャビティー５２１の内部圧力を瞬間的に高めるよう機能する。
【００６６】
基体５６０は、例えば各種樹脂材料、各種金属材料等で形成されている。図９に示すように、この基体５６０にインク室基板５２０が固定、支持されている。
【００６７】
本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド５００によれば、上述したように、圧電部５４０にクラックが発生しにくいため信頼性が高く、良好な圧電特性を有し、効率的なインクの吐出が可能となっている。したがって、ノズル５１１の高密度化などが可能となり、高密度印刷や高速印刷が可能となる。さらには、ヘッド全体の小型化を図ることができる。
【００６８】
６．インクジェットプリンター
次に、上述のインクジェット式記録ヘッド５００を備えたインクジェットプリンターについて説明する。図１０は、本発明のインクジェットプリンター６００を、紙等に印刷する一般的なプリンターに適用した場合の一実施形態を示す概略構成図である。なお、以下の説明では、図１０中の上側を「上部」、下側を「下部」と言う。
【００６９】
インクジェットプリンター６００は、装置本体６２０を備えており、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を有する。
【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】
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とを備えている。
【００７２】
ヘッドユニット６３０は、その下部に、上述の多数のノズル５１１を備えるインクジェット式記録ヘッド５００と、このインクジェット式記録ヘッド５００にインクを供給するインクカートリッジ６３１と、インクジェット式記録ヘッド５００およびインクカートリッジ６３１を搭載したキャリッジ６３２とを有する。
【００７３】
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とを有する。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の一部に固定されている。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。この往復動の際に、インクジェット式記録ヘッド５００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。
【００７４】
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とを有する。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とで構成されており、駆動ローラ６５２ｂは、給紙モータ６５１に連結されている。
【００７５】
本実施の形態にかかるインクジェットプリンター６００によれば、信頼性が高く高性能でノズルの高密度化が可能なインクジェット式記録ヘッド５００を備えているので、高密度印刷や高速印刷が可能となる。
【００７６】
なお、本発明のインクジェットプリンター６００は、工業的に用いられる液滴吐出装置として用いることもできる。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て使用することができる。
【００７７】
７．上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【００７８】
また、上述した実施形態に係る圧電素子は、アクチュエータ、インクジェット式記録ヘッド、インクジェットプリンターの他に、たとえばジャイロセンサ等のジャイロ素子、ＦＢＡＲ（film bulk acoustic resonator）型やＳＭＲ（solid mounted resonator）型等のＢＡＷ（bulk acoustic wave）フィルタ、超音波モータなどに適用されることができる。本発明の実施形態に係る圧電素子は、上述したように良好な圧電特性を有し、信頼性が高いため、各種の用途に好適に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本実施の形態にかかる圧電素子１００模式的に示す断面図である。
【図２】本実施の形態にかかる圧電素子１００の製造方法を説明するための模式図である。
【図３】本実施の形態にかかる圧電素子１００の製造方法を説明するための模式図である。
【図４】第１の変形例にかかる圧電素子２００を模式的に示す断面図である。
【図５】第１の変形例にかかる圧電素子２００の製造方法を説明するための模式図である。
【図６】第２の変形例にかかる圧電素子３００を模式的に示す断面図である。
【図７】実験例における変位量の測定結果を示す図である。
【図８】本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの概略断面図である。
【図９】本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図１０】本実施の形態にかかるインクジェットプリンターの概略構成図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０  基体、１２  シリコン層、１４  酸化物層、２０  弾性体層、３０  下部電極、３０ａ  下部電極層、４０、４０ａ  強誘電体層、５０  上部電極、５０ａ  上部電極層、６０  キャパシタ構造部、７０  保護膜、１００  圧電素子、２００  圧電素子、３００  圧電素子、５００  インクジェット式記録ヘッド、５１０  ノズル板、５１１  ノズル、５２０  インク室基板、５２１  キャビティ、５２２  側壁、５２３  リザーバ、５２４  供給口、５３１  連通孔、５４０  圧電アクチュエータ、５４２  ヘッド本体、５５０  弾性板、５６０  基体、６００  インクジェットプリンター、６２０  装置本体、６２１  トレイ、６２２  排出口、６３０  ヘッドユニット、６３１  インクカートリッジ、６３２  キャリッジ、６４０  印刷装置、６４１  キャリッジモータ、６４２  往復動機構、６４３  キャリッジガイド軸、６４４  タイミングベルト、６５０  給紙装置、６５１  給紙モータ、６５２  給紙ローラ、６６０  制御部、６７０  操作パネル
【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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