(57)【要約】【課題】従来の製造方法によるインクジェット記録装置では、圧電体薄膜の前に形成した振動板膜が成膜基板から剥離したり、振動板膜の構成材料が圧電体膜に拡散して圧電特性が低下するといった課題があった。また、振動板膜のパターンニングプロセスも必要であった。さらに、記録装置の素子密度が高まるにつれて、圧力室と圧力印加手段である圧電体薄膜の位置合わせが重要となり、接着工程の精度の課題があった。【解決手段】圧力室開口部内に振動板膜を形成することにより、パターン工程を省略するとともに、圧力室と振動板膜の位置合わせ精度を高めることにより、特性バラツキが小さく、変位量の低下を防止する、インクジェット記録装置とその製造に関する技術を提供する。【選択図】　図１
2004009399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜基板により構成されるインク液体を収容する圧力室と、
その圧力室に連通し、前記インク液体を吐出する吐出口と、
前記圧力室に圧力を印加するための圧力印加手段とを備え、
前記圧力印加手段は、前記圧力室の開口部に形成された振動板膜と、その振動板膜を振動させる圧電体薄膜と第１および第２電極膜とを有するものであって、前記第１電極膜が成膜基板により構成される圧力室上に設けられる、
ことを特徴とする圧電体素子。
【請求項２】
インク液体を収容する圧力室と、
その圧力室に連通し、前記インク液体を吐出する吐出口と、
前記圧力室に圧力を印加するための圧力印加手段とを備え、
前記圧力印加手段は、前記圧力室の開口部に形成された振動板膜と、その振動板膜を振動させる圧電体薄膜と第１および第２電極膜とを有するものであって、前記第２電極膜と圧力室が接着層により接合されている、
ことを特徴とする圧電体素子。
【請求項３】
インク液体を収容する圧力室と、
その圧力室に連通し、前記インク液体を吐出する吐出口と、
前記圧力室に圧力を印加するための圧力印加手段とを備え、
前記圧力印加手段は、前記圧力室の開口部に形成された振動板膜と、その振動板膜を振動させる圧電体薄膜と第１および第２電極膜とを有するものであって、前記第２電極膜が圧力室上に設けられている、
ことを特徴とする圧電体素子。
【請求項４】
前記圧力室と振動板膜が同一の材料で形成されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電体素子。
【請求項５】
振動板膜の弾性特性が、圧電体薄膜長手方向と圧電体薄膜幅方向で異なることを特徴とする請求項１、２、３のいずれかに記載の圧電体素子。
【請求項６】
振動板膜が、弾性特性の異なる少なくとも２種類以上の材料により構成されていることを特徴とする請求項１、２、３のいずれかに記載の圧電体素子。
【請求項７】
前記圧電体素子を構成する圧電体が強誘電体であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電体素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の圧電体素子を備え、前記吐出口の前面に配置された記録媒体に前記インク液体を吐出するときは、少なくとも前記圧電体素子に所定の電圧を印加することを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項９】
成膜基板上に共通電極である第１電極膜を形成し、その共通電極上に単結晶層あるいは結晶配向した圧電体薄膜を形成し、その単結晶層あるいは結晶配向した圧電体薄膜上に個別電極を形成し、成膜基板をエッチングすることにより圧力室を形成し、圧力室開口部側から振動板膜を第１電極膜が露出している部分に形成することを特徴とする圧電体素子の製造方法。
【請求項１０】
成膜基板上に個別電極である第１電極膜を形成し、その個別電極上に単結晶層あるいは結晶配向した圧電体薄膜を形成し、その単結晶層あるいは結晶配向した圧電体薄膜上に共通電極である第２電極膜を形成し、接着層により圧力室と第２電極膜を接合し、その後に成膜基板をエッチング除去し、圧力室開口部側から振動板膜を第２電極膜が露出している部分に形成することを特徴とする圧電体素子の製造方法。
【請求項１１】
成膜基板上に個別電極である第１電極膜を形成し、その個別電極上に単結晶層あるいは結晶配向した圧電体薄膜を形成し、その単結晶層あるいは結晶配向した圧電体薄膜上に共通電極である第２電極膜を形成し、第２電極膜側に圧力室と振動板膜を形成した後に、成膜基板をエッチング除去することを特徴とする圧電体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小ノズルからインクなどの液体を吐出させ、記録紙やシート上に液体パターンを形成することにより文字や図形を描くプリンタなどに用いられるインクジェット記録装置および、例えば、このインクジェット記録装置に使用される圧電体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パソコンなどの印刷装置としてインクジェット記録装置を用いたプリンタが、取り扱いが簡単、印字性能がよい、低コストなどの理由から広く普及している。このインクジェット記録装置には、熱エネルギーによってインク中に気泡を発生させ、その気泡による圧力波によりインク滴を吐出させるもの、静電力によりインク滴を吸引吐出させるもの、ピエゾ素子のような振動子による圧力波を利用したもの等、種々の方式がある。
【０００３】
一般に、圧電体素子としてピエゾ素子を用いたものは、例えば、インク吐出口に連通したインク供給室と、そのインク供給室に連通した圧力室と、この圧力室に設けられ、ピエゾ素子が接合された振動板膜等により構成されている。従来、インクの吐出方向とピエゾ素子の振動方向は同方向である。このような構成において、ピエゾ素子に所定の電圧を印加すると、ピエゾ素子が伸縮することによって、ピエゾ素子と振動板が太鼓状の振動を起こして圧力室内のインクが圧縮され、それによりインク吐出口からインク液滴が吐出する。小型化、マルチノズルヘッドの高密度化を実現するためには、圧電体を薄膜化し半導体で用いられるフォトリソプロセスを適用することが試みられている。
【０００４】
圧電体素子の作製としては、振動板膜と圧電体薄膜を成膜基板上に形成した後に、成膜基板の一部をエッチング除去して開口部を形成して圧力室とする方法が考えられる。しかし、結晶配向性の優れたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）をはじめとする薄膜圧電体素子を形成するためには、成膜時あるいは成膜後の熱処理に６００℃前後の加熱が必要となる。振動板膜としては、ヤング率の高いＣｒやＮｉ等の金属材料が一般的に使用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の製造方法による圧電体素子では、圧電体薄膜を形成する以前に成膜基板に形成しておいた振動板膜が，成膜基板から剥離したり、振動板膜の構成材料が圧電体膜に拡散して圧電特性が低下するといった課題があった。
【０００６】
また、振動板膜のパターニングプロセスも必要であった。
【０００７】
さらに、記録装置の素子密度が高まるにつれて、圧力室と圧力印加手段である圧電体薄膜の位置合わせが重要となり、接着工程の精度の課題があった。
【０００８】
本発明は、従来のこのような振動板膜の成膜基板からの剥離や拡散による圧電体薄膜の特性低下の課題を考慮するとともに、製造プロセスの簡略化を可能とする圧電体素子およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の本発明は、成膜基板により構成されるインク液体を収容する圧力室と、その圧力室に連通し、前記インク液体を吐出する吐出口と、前記圧力室に圧力を印加するための圧力印加手段とを備え、前記圧力印加手段は、前記圧力室の開口部に形成された振動板膜と、その振動板膜を振動させる圧電体薄膜と第１および第２電極膜とを有するものであって、前記第１電極膜が成膜基板により構成される圧力室上に設けられていることを特徴とする圧電体素子である。
【００１０】
請求項２の本発明は、インク液体を収容する圧力室と、その圧力室に連通し、前記インク液体を吐出する吐出口と、前記圧力室に圧力を印加するための圧力印加手段とを備え、前記圧力印加手段は、前記圧力室の開口部に形成された振動板膜と、その振動板膜を振動させる圧電体薄膜と第１および第２電極膜とを有するものであって、前記第２電極膜と圧力室が接着層により接合されている、ことを特徴とする圧電体素子である。
【００１１】
請求項３の本発明は、インク液体を収容する圧力室と、その圧力室に連通し、前記インク液体を吐出する吐出口と、前記圧力室に圧力を印加するための圧力印加手段とを備え、前記圧力印加手段は、前記圧力室の開口部に形成された振動板膜と、その振動板膜を振動させる圧電体薄膜と第１および第２電極膜とを有するものであって、前記第２電極膜が圧力室上に設けられている、ことを特徴とする圧電体素子である。
【００１２】
上記の構成のように、圧力室の開口部内に振動板膜を設けることにより、振動板と圧力室の位置合わせが、容易でありその精度も高い。
【００１３】
さらに、請求項５の発明のように、圧電体薄膜の幅方向と長手方向で弾性特性を異なるように設定（例えば、振動板膜を弾性の異なる少なくとも２種類以上の材料から形成）することにより、圧電体素子の長手方向の撓み変位量が増加する。
【００１４】
請求項９の本発明は、成膜基板上に共通電極である第１電極膜を形成し、その共通電極上に単結晶層あるいは結晶配向した圧電体薄膜を形成し、その単結晶層あるいは結晶配向した圧電体薄膜上に個別電極を形成し、成膜基板をエッチングすることにより圧力室を形成し、圧力室開口部側から振動板膜を、第１電極膜が露出している部分に形成することを特徴とする圧電体素子の製造方法である。
【００１５】
請求項１０の本発明は、成膜基板上に個別電極である第１電極膜を形成し、その個別電極上に単結晶層あるいは結晶配向した圧電体薄膜を形成し、その単結晶層あるいは結晶配向した圧電体薄膜上に共通電極である第２電極膜を形成し、接着層により圧力室と第２電極膜を接合し、その後に成膜基板をエッチング除去し、圧力室開口部側から振動板膜を第２電極膜が露出している部分に形成することを特徴とする圧電体素子の製造方法である。
【００１６】
請求項１１の本発明は、成膜基板上に個別電極である第１電極膜を形成し、その個別電極上に単結晶層あるいは結晶配向した圧電体薄膜を形成し、その単結晶層あるいは結晶配向した圧電体薄膜上に共通電極である第２電極膜を形成し、第２電極膜側に圧力室と振動板膜を形成した後に、成膜基板をエッチング除去することを特徴とする圧電体素子の製造方法である。
【００１７】
上記の発明によれば、圧電体薄膜が形成されていた部分の成膜基板をエッチング除去しているので、高温で形成された圧電体薄膜の残留応力を緩和することが可能であり、製造歩留まりの観点で有効である。また、圧電体薄膜を形成した後に振動板膜を形成するために、従来のように「振動板膜を形成した後に圧電体薄膜を形成する」製造形態に較べ、振動板膜の剥離や拡散による圧電特性の低下を防止できる。
【００１８】
さらに、圧力室を別途加工するために、より精密な加工が可能であり、ノズルヘッドの高密度化、多ノズル化、長尺化が可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
【００２０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明にかかる第１の実施の形態のインクジェット記録装置の断面図である。図２は、本第１の実施の形態のインクジェット記録装置の作製プロセスの断面図である。
【００２１】
まず、圧電体素子の構成について説明する。
【００２２】
共通電極である第１電極膜１０２上に圧電体薄膜１０３と個別電極である第２電極膜１０５の積層構造が形成されており、その他の領域では保護膜１０４が形成されている。そして、圧力印加手段である前記圧電体薄膜１０３のおおむね下方に、成膜基板１０１をエッチング加工することにより形成された圧力室開口部１０６が形成されている。そして、前記圧力室開口部１０６内部の第１電極膜領域には、振動板膜１０７が形成されている。
【００２３】
さらに、前記成膜基板１０１の下面には、接着層１１４を介してヘッド本体１２０が固定されている。このヘッド本体１２０は、上記振動板膜１０７により閉塞されて成膜基板で構成される圧力室１０８を形成する圧力室開口部１０６と前記圧力室１０８に連通するインク吐出口１１３とを形成する共通インク室部品１０９、共通インク室１１１とインク供給路１１０の底壁を構成する下側構造部材１１５とからなっている。そして、この記録ヘッドは、上記圧電体薄膜の作動により振動板膜１０７の中央部を下側に凸状となるように変化させることで、前記圧力室１０８に圧力を印加して圧力室開口部１０６内のインクを前記インク吐出口１１３から吐出させるようになっている。
【００２４】
引き続き、圧電体素子の作製プロセスについて以下に説明する。
【００２５】
成膜基板１０１上に第１電極膜１０２を形成した（図２（ａ））。第１電極膜１０２は、高周波マグネトロンスパッタ法（周波数１３．５６ＭＨｚ）により成膜した。第１電極膜１０２の材料および成膜条件を（表１）にまとめた。なお、第１電極膜１０２の材料は、（表１）の電極材料に限られるわけではない。また、（表１）に示した材料を少なくとも１種類含む合金でも問題はない。
【００２６】
【表１】
2004009399.tif 000003
【００２７】
上記成膜基板１０１は、（１００）面配向のＭｇＯ単結晶基板とし、この場合には、第１電極膜１０２は（００１）方向に配向する。なお、成膜基板１０１は、（１００）ＭｇＯ単結晶基板に限らず、Ｓｉ単結晶基板、ステンレス金属基板、ガラス基板をはじめ、エッチング可能な基板であればどのようなものであってもよい。
【００２８】
続いて、上記第１電極膜１０２上に圧電体薄膜１０３を形成する。圧電体薄膜１０３を高周波マグネトロンスパッタ法（周波数１３．５６ＭＨｚ）により成膜した後、パターニングを行う。この圧電体薄膜１０３は強誘電体であるＰｂｘＬａｙＴｉｚＺｒｗＯ３で表されて、下記（１）から（５）のいずれかの組成を有する物を用いた。
（１）０．７≦ｘ≦１、ｘ＋ｙ＝１、０．９２５≦ｚ≦１、ｗ＝０
（２）ｘ＝１、ｙ＝０、０≦ｚ≦０．５０、ｚ＋ｗ＝１
（３）０．７５≦ｘ＜１、ｘ＋ｙ＝１、０．３≦ｚ＜１、ｚ＋ｗ＝１
（４）ｘ＝１、ｙ＝０、０．５≦ｚ≦１．０、ｚ＋ｗ＝１
（５）０．９≦ｘ＜１、ｘ＋ｙ＝１、０≦ｚ＜０．５、ｚ＋ｗ＝１
本第１の実施形態では、ＰｂＴｉＯ３、ＰＺＴ（ＰｂＺｒ０．５０Ｔｉ０．５０Ｏ３）またはＰＬＺＴ（Ｐｂ０．９Ｌａ０．１（Ｚｒ０．１Ｔｉ０．９）０．９７５Ｏ３）で構成したときの該圧電体薄膜１０３の成膜条件を（表２）に、パターニング方法を（表３）にそれぞれ示す。なお、この圧電体薄膜１０３も、第１電極膜１０２と同様に、（００１）方向に配向する。
【００２９】
【表２】
2004009399.tif 000004
【００３０】
【表３】
2004009399.tif 000005
【００３１】
ついで、前記成膜基板１０１上に保護膜１０４をスピンコートにより形成する（図２（ｂ））。保護膜１０４に感光性樹脂を使用すると、第２電極膜１０５に相当する部分にコンタクトホールを容易に形成できる。その後、第２電極膜１０５を形成した（図２（ｃ））。
【００３２】
続いて、成膜基板１０１の圧電体薄膜１０３の下方部分をエッチング除去して、圧力室開口部１０６を形成した（図２（ｄ））。成膜基板１０１が（１００）ＭｇＯ単結晶基板の場合には、８０℃に加熱した１０％リン酸水溶液によりエッチングを行った。また、成膜基板１０１がＳｉ単結晶基板の場合には、８０℃に加熱したＫＯＨ水溶液により、異方性エッチングを実施した。さらに、成膜基板１０１がステンレス基板の場合には、塩化第２鉄水溶液によりエッチングプロセスを実施した。
【００３３】
その後、圧力室開口部から、振動板膜１０７を第１電極膜１０２上に形成した（図２（ｅ））。前記振動板膜１０７は、ヤング率が大きい金属（ＮｉＣｒ、Ｎｉ、Ｃｒ等）や絶縁体（ＳｉＯ２、ジルコニア）から構成される。その厚みは１０μｍ以下、より好ましくは６μｍ以下に設定されている。振動板膜１０７の形成方法としては、蒸着やスパッタリングによる物理的な方法と、メッキによる電気化学的な方法で実施した。物理的な手法では、導電体および絶縁体である振動板膜が形成できるという特徴がある。一方、電気化学的手法では、振動板膜を短時間に形成できるという特徴がある。さらに、メッキ膜の応力調節も可能である。いずれの方法においても、圧力室開口部側から振動板膜１０７を形成するために、１０７のパターン化工程が不要である。さらに、成膜基板をエッチング除去したために、圧電体薄膜１０３は残留応力が緩和されて、反りが発生している。しかし、物理的な方法や電気化学的方法を用いることにより、圧電体薄膜１０３の反りにかかわらず振動板膜１０７が形成可能である。
【００３４】
最後に、圧力室１０８と予め作製しておいたヘッド本体１２０を接着層１１４を介して固定した（図２（ｆ））。接着層としては、エポキシ樹脂を使用した。さらに、接着層１１４として、電着樹脂を選択すれば、圧力室１０８上あるいは共通インク室部品１０９に導通パターンを形成することにより接着層を選択的に形成できる。電着樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、あるいはポリイミド樹脂系の使用が可能である。さらに、一般的な印刷法と比較して、より薄く均一の膜厚で接着層を形成できる。従って、接着量制御の観点からより有効である。
【００３５】
本第１の実施形態の構造により、圧力室開口部側から振動板膜を形成するために、振動板膜のパターン工程を省略できる。また、圧電体薄膜形成後に振動板膜を形成するために、従来のように「振動板膜を形成した後に圧電体薄膜を形成する」製造形態に較べ、振動板膜の剥離や拡散による圧電特性の低下を防止できる。さらに、振動板膜と圧電体薄膜の位置合わせ精度が非常に高いために、各素子における変位量のバラツキを低減させる点で本発明は有効である。また、ノズルヘッドの高密度化、多ノズル化、長尺化が可能になる点で本発明は有効である。
【００３６】
さらに、圧電体薄膜が形成されていた部分の成膜基板をエッチング除去するために、高温で形成された圧電体薄膜の残留応力を緩和できるので、素子の信頼性の点でも有効である。
【００３７】
（第２の実施の形態）
本第２の実施の形態では、より圧電体薄膜の変位量を拡大させる振動板膜の構造について説明する。
【００３８】
本記録ヘッドは、圧電体薄膜の作動により振動板膜の中央部を下側に凸状となるように変化させることで、圧力室に圧力を印加して圧力室開口部内のインクを前記インク吐出口から吐出させるようになっている。従って、圧電体薄膜の伸縮をいかに効率よく撓み変位に変換するかが、記録素子の高性能化には重要である。第１の実施形態に示した構造では、圧電体薄膜はその長手方向および幅方向の両方向で撓む。ここで、幅方向の撓みを抑制することにより、長手方向の撓み量を増加させることが可能である。このためには、振動板膜の長手方向と幅方向の弾性特性に異方性を持たせることが必要である。そこで、以下の作製工程により、弾性特性に異方性を持つ振動板膜を形成した。
【００３９】
圧電体素子の構成を図３に示す。第１の実施形態の素子構造において、振動板膜１０７が圧電体薄膜長手方向に形成させた低弾性層１２１と高弾性層１２３により構成されている。低弾性層１２１には樹脂材料を、高弾性層１２３にはＮｉ、Ｃｒなどの金属を用いた。
【００４０】
図４に振動板膜の作製プロセスを示す。
【００４１】
第１の実施形態と同様にして、成膜基板をエッチングして圧力室開口部１０６を形成した（図４（ａ））。次に、レジスト１２２をパターン化した後に、第１電極膜上に低弾性層１２１を形成した。低弾性層として、電着樹脂を用いた（図４（ｂ））。低弾性層１２１を形成後、レジスト１２２を除去した。最後に、無電界メッキ法により、Ｎｉにより高弾性層１２３を形成した。このとき、電着樹脂から構成される低弾性層１２１がマスクとして機能するために、パターン工程は不要となる。
【００４２】
本構成の振動板では、圧電体膜の幅方向の歪みが低弾性層により吸収される。その結果、圧電体膜長手方向の歪みが拡大される。これにより、同電圧印加時のインク吐出量が増加する。従って、記録装置の省電力化の点で有効である。また、圧電体素子の小面積化が図れる点でも有効である。
【００４３】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明にかかる第３の実施の形態のインクジェット記録装置の断面図である。図６は、本第３の実施の形態のインクジェット記録装置の作製プロセスの断面図である。
【００４４】
圧電体素子の構成について説明する。
【００４５】
共通電極である第２電極膜３０５上に圧電体薄膜３０３と個別電極である第１電極膜３０２の積層構造が形成されており、その他の領域では保護膜３０４が形成されている。そして、圧力印加手段である前記圧電体薄膜３０３のおおむね下方に、圧力室開口部３１４が形成されている。そして、前記圧力室開口部３１４内部の第２電極膜領域には、振動板膜３０６が形成されている。
【００４６】
さらに、前記第２電極膜３０５の下面には、接着層３１３を介してヘッド本体３２０が固定されている。このヘッド本体３２０は、上記振動板膜３０６により閉塞されて圧力室３０７を形成する圧力室開口部３１４と前記圧力室３０７に連通するインク吐出口３１２とを形成する共通インク室部品３０８、共通インク室３１０とインク供給路３０９の底壁を構成する下側構造部材３１５とからなっている。そして、この記録ヘッドは、上記圧電体薄膜の作動により振動板膜３０６の中央部を下側に凸状となるように変化させることで、前記圧力室３０７に圧力を印加して圧力室開口部３１４内のインクを前記インク吐出口３１２から吐出させるようになっている。
【００４７】
引き続き、圧電体素子の作製プロセスについて以下に説明する。
【００４８】
成膜基板３０１上に個別電極である第１電極膜３０２を形成した（図６（ａ））。形成方法および材料は第１の実施形態と同様である。
【００４９】
上記成膜基板３０１は、（１００）Ｓｉ単結晶基板とした。なお、成膜基板３０１は、（１００）Ｓｉ単結晶基板に限らず、（１００）ＭｇＯ単結晶基板、ステンレス金属基板、ガラス基板、あるいは他の結晶面配向面を持つＳｉ単結晶基板をはじめ、エッチング可能な基板であればどのようなものであってもよい。
【００５０】
続いて、上記第１電極膜３０２上に圧電体薄膜３０３を形成する。圧電体薄膜３０３の形成および材料は、第１の実施形態と同様である。
【００５１】
次いで、前記成膜基板３０１上に保護膜３０４をスピンコートにより形成する（図６（ｂ））。保護膜３０４に感光性樹脂を使用すると、第２電極膜３０５に相当する部分にコンタクトホールを容易に形成できる。その後、共通電極である第２電極膜３０５を形成した（図６（ｃ））。
【００５２】
続いて、圧力室３０７と前記第２電極膜３０５を接着層３１３により接合した（図６（ｄ））。接着層としては、エポキシ樹脂を使用した。さらに、接着層３１３として、電着樹脂を選択すれば、圧力室３０７上あるいは第２電極膜３０５に導通パターンを形成することにより接着層を選択的に形成できる。電着樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、あるいはポリイミド樹脂系の使用が可能である。さらに、一般的な印刷法と比較して、より薄く均一の膜厚で接着層を形成できる。従って、接着量制御の観点からより有効である。
【００５３】
次に、圧力室開口部から、振動板膜３０６を第２電極膜３０５上に形成した（図６（ｅ））。前記振動板膜３０６は、ヤング率が大きい金属（ＮｉＣｒ、Ｎｉ、Ｃｒ等）や絶縁体（ＳｉＯ２、ジルコニア）から構成される。その厚みは１０μｍ以下に設定されている。振動板膜３０６の形成方法としては、蒸着やスパッタリングによる物理的な方法と、メッキによる電気化学的な方法で実施した。物理的な手法では、導電体および絶縁体である振動板膜を形成できるという特徴がある。一方、電気化学的手法では、振動板膜を短時間に形成できるという特徴がある。さらに、メッキ膜の応力調節も可能である。いずれの方法においても、圧力室開口部側から振動板膜３０６を形成するために、３０６のパターン化工程が不要である。
【００５４】
その後、圧力室３０７と予め作製しておいたヘッド本体３２０を接着層３１３を介して固定した（図６（ｆ））。接着層としては、エポキシ樹脂を使用した。さらに、接着層３１３として、電着樹脂を選択すれば、圧力室３０７上あるいは共通インク室部品３０８に導通パターンを形成することにより接着層を選択的に形成できる。電着樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、あるいはポリイミド樹脂系の使用が可能である。さらに、一般的な印刷法と比較して、より薄く均一の膜厚で接着層を形成できる。従って、接着量制御の観点からより有効である。
【００５５】
最後に、成膜基板３０１をエッチングにより全面除去した。成膜基板３０１がＳｉ基板の場合には、ＳＦ６を反応ガスとしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング装置）によりエッチングを行った。また、８０℃に加熱したＫＯＨ水溶液によるエッチングでも可能であった。なお、成膜基板３０１が（１００）ＭｇＯ単結晶基板の場合には、８０℃に加熱した１０％リン酸水溶液によりエッチングを行った。また、成膜基板３０１がステンレス基板の場合には、塩化第２鉄水溶液によりエッチングプロセスを実施した。
【００５６】
本第３の実施形態の構造により、圧力室開口部側から振動板膜を形成するために、振動板膜のパターン工程を省略できる。また、圧電体薄膜形成後に振動板膜を形成するために、従来のように「振動板膜を形成した後に圧電体薄膜を形成する」製造形態に較べ、振動板膜の剥離や拡散による圧電特性の低下を防止できる。さらに、振動板膜と圧電体薄膜の位置合わせ精度が非常に高いために、各素子における変位量のバラツキを低減させる点で本発明は有効である。また、ノズルヘッドの高密度化、多ノズル化、長尺化が可能になる点で本発明は有効である。
【００５７】
さらに、成膜基板をエッチング除去するために、高温で形成された圧電体薄膜の残留応力を緩和できる。その結果、圧電素子の信頼性の点でも有効である。
【００５８】
（第４の実施の形態）
図７は、本発明にかかる第４の実施の形態のインクジェット記録装置の断面図である。図８は、本第４の実施形態のインクジェット記録装置の作製プロセスの断面図である。
【００５９】
圧電体素子の構成について説明する。
【００６０】
共通電極である第２電極膜４０５上に圧電体薄膜４０３と個別電極である第１電極膜４０２の積層構造が形成されており、その他の領域では保護膜４０４が形成されている。そして、圧力印加手段である前記圧電体薄膜４０３のおおむね下方に、圧力室開口部４１４が形成されている。そして、前記圧力室開口部４１４内部の第２電極膜領域には、振動板膜４０６が形成されている。
【００６１】
さらに、前記第２電極膜４０５の下面には、ヘッド本体４２０が固定されている。このヘッド本体４２０は、上記振動板膜４０６により閉塞されて圧力室４０７を形成する圧力室開口部４１４と前記圧力室４０７に連通するインク吐出口４１２とを形成する共通インク室部品４０８、共通インク室４１０とインク供給路４０９の底壁を構成する下側構造部材４１５とからなっている。そして、この記録ヘッドは、上記圧電体薄膜の作動により振動板膜４０６の中央部を下側に凸状となるように変化させることで、前記圧力室４０７に圧力を印加して圧力室開口部４１４内のインクを前記インク吐出口４１２から吐出させるようになっている。
【００６２】
引き続き、圧電体素子の作製プロセスについて以下に説明する。
【００６３】
共通電極である第２電極膜４０５を形成するまでの工程は、第３の実施形態と同様に実施した（図８（ａ）〜図８（ｃ））。成膜基板４０１には、ステンレス基板を使用した。
【００６４】
続いて、圧力室４０７と振動板膜４０６を同時に形成した。形成方法としては、蒸着やスパッタリング法などの物理的方法と、メッキ法などの電気化学的方法が可能である。特に、メッキ法では、膜厚の大きい膜を形成できるために、本発明の記録装置作製にはより適している。以下に、メッキ法による圧力室および振動板膜の形成方法について述べる。
【００６５】
第２電極膜４０５上に、レジストパターンを形成して振動板膜４０６をまず形成した（図８（ｄ））。前記振動板膜４０６は、ヤング率が大きい金属（ＮｉＣｒ、Ｎｉ、Ｃｒ等）が適当である。本第４の実施形態では、無電界メッキ法によりＮｉ製の厚さ６μｍの振動板膜を形成した。次に、この振動板膜４０６を保護するようにレジスト４１６をパターン化する（図８（ｅ））。その後、無電界メッキ法により、厚さ７０μｍのＮｉ製圧力室４０７を形成した（図８（ｆ））。その後、振動板膜を保護していたレジストを剥離することにより振動板膜と圧力室を形成した。この工法の場合には、圧力室と振動板膜の位置合わせが容易である。さらに、接着層を用いることなく圧力室４０７を圧電素子と接合できるために、圧電体膜の変位バラツキが減少するといった特徴がある。また、メッキ法により形成した膜の応力調整も可能である。
【００６６】
次に、圧力室４０７と予め作製しておいたヘッド本体４２０を接着層４１３を介して固定した（図８（ｇ））。接着層としては、エポキシ樹脂を使用した。さらに、接着層４１３として、電着樹脂を選択すれば、圧力室４０７上あるいは共通インク室部品４０８に導通パターンを形成することにより接着層を選択的に形成できる。電着樹脂としては、たとえば、エポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、あるいはポリイミド樹脂系の使用が可能である。さらに、一般的な印刷法と比較して、より薄く均一の膜厚で接着層を形成できる。従って、接着量制御の観点からより有効である。
【００６７】
最後に、成膜基板４０１をエッチングにより全面除去した（図８（ｇ））。成膜基板４０１がステンレス基板の場合には、５０℃に加熱した塩化第２鉄水溶液によりエッチングプロセスを実施した。なお、成膜基板４０１が（１００）ＭｇＯ単結晶基板の場合には、８０℃に加熱した１０％リン酸水溶液によりエッチングを行った。また、成膜基板４０１がＳｉ単結晶基板の場合には、ＳＦ６を反応ガスとしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング装置）によりエッチングを行った。８０℃に加熱したＫＯＨ水溶液によるエッチングも可能である。
【００６８】
本第４の実施形態の構造により、圧力室と振動板膜を同プロセスにより形成するために、振動板膜と圧電体薄膜の位置合わせ精度が非常に高い。従って、各素子における変位量のバラツキを低減させる点で本発明は有効である。また、圧電体薄膜形成後に振動板膜を形成するために、従来のように「振動板膜を形成した後に圧電体薄膜を形成する」製造形態に較べ、振動板膜の剥離や拡散による圧電特性の低下を防止できる。さらに、ノズルヘッドの高密度化、多ノズル化、長尺化が可能になる点で本発明は有効である。
【００６９】
さらに、成膜基板をエッチング除去するために、高温で形成された圧電体薄膜の残留応力を緩和できる。その結果、圧電素子の信頼性の点でも有効である。
【００７０】
なお、実施形態２に記述した振動板膜を実施形態３および４の構造の記録装置に適用できることは明らかである。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の圧電体素子およびインクジェット記録装置によれば、圧力室の開口部内に振動板膜が設けられており、振動板膜と圧力室の位置合わせが、容易でありその精度も高い。
【００７２】
その結果、素子変位量のバラツキを抑制し、素子の変位量の低下を防止できる点で有効である。また、ノズルヘッドの高密度化、多ノズル化、長尺化が可能である。
【００７３】
そして、本発明の圧電体素子の製造方法によれば、圧電体薄膜が形成されていた部分の成膜基板をエッチング除去しているので、高温で形成された圧電体薄膜の残留応力を緩和することが可能であり、製造歩留まりの観点で有効である。
【００７４】
また、圧電体薄膜形成後に振動板膜を形成するために、従来のように「振動板膜を形成した後に圧電体薄膜を形成する」製造形態に較べ、振動板膜の剥離や拡散による圧電特性の低下を防止できる。
【００７５】
さらに、圧力室開口部側から振動板膜を形成するために、圧力室と振動板膜の位置合わせが容易であり、かつ位置合わせ精度が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態のインクジェット記録装置の断面図
【図２】第１の実施の形態のインクジェット記録装置の製造工程の断面図
【図３】第２の実施の形態のインクジェット記録装置の断面図
【図４】第２の実施の形態のインクジェット記録装置の製造工程の断面図
【図５】第３の実施の形態のインクジェット記録装置の断面図
【図６】第３の実施の形態のインクジェット記録装置の製造工程の断面図
【図７】第４の実施の形態のインクジェット記録装置の断面図
【図８】第４の実施の形態のインクジェット記録装置の製造工程の断面図
【符号の説明】
１０１　成膜基板
１０２　第１電極膜
１０３　圧電体薄膜
１０４　保護膜
１０５　第２電極膜
１０６　圧力室開口部
１０７　振動板膜
１０８　圧力室
１０９　共通インク室部品
１１０　インク供給路
１１１　共通インク室
１１２　インク吐出路
１１３　インク吐出口
１１４　接着層
１１５　下側構造部材
１２０　ヘッド本体
１２１　低弾性層
１２２　レジスト
１２３　高弾性層
３０１　成膜基板
３０２　第１電極膜
３０３　圧電体薄膜
３０４　保護膜
３０５　第２電極膜
３０６　振動板膜
３０７　圧力室
３０８　共通インク室部品
３０９　インク供給路
３１０　共通インク室
３１１　インク吐出路
３１２　インク吐出口
３１３　接着層
３１４　圧力室開口部
３１５　下側構造部材
３２０　ヘッド本体
４０１　成膜基板
４０２　第１電極膜
４０３　圧電体薄膜
４０４　保護膜
４０５　第２電極膜
４０６　振動板膜
４０７　圧力室
４０８　共通インク室部品
４０９　インク供給路
４１０　共通インク室
４１１　インク吐出路
４１２　インク吐出口
４１３　接着層
４１４　圧力室開口部
４１５　下側構造部材
４１６　レジスト
４２０　ヘッド本体
【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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