(57)【要約】    【課題】  発生する応力を分散して素子の破損を起こりにくくした圧電体素子、更にこれを用いた液体噴射ヘッド及びこれらの製造方法を提供する。    【解決手段】  下部電極３３の厚みの異なる部分を設け、圧電体膜４３の圧電特性の異なる１１１配向の領域と１００配向の領域を形成する。これにより、大きな歪みを必要とする部分では大きな歪みが得られ、大きな歪みが素子の破損をもたらす恐れがある部分では小さな歪みが得られるようにした。特に液体噴射ヘッド２２０の圧力発生室１２の周縁部において歪みを小さくすることで、応力を緩和し素子の破損を防止する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に支持された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、圧電体膜上に形成された上部電極とを備えた圧電体素子であって、前記下部電極の厚みの違いによって当該下部電極上に形成される前記圧電体膜の結晶構造の配向が異なることを特徴とする圧電体素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記圧電体膜は複数の層が積層されてなり、当該複数の層のうち下部電極に接する最下層の厚みが所定パターンで異なる、圧電体素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記下部電極の前記圧電体膜に接する面が所定パターンの高低分布を有し、前記圧電体膜は前記下部電極の高部上の部分より低部上の部分の厚みが厚く形成された、圧電体素子。
【請求項４】
請求項３において、
前記下部電極の前記基板側の面が所定パターンの高低分布を有し、前記下部電極の前記圧電体膜に接する面が前記基板側の面の高低分布に対応した高低分布を有する、圧電体素子。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項において、
前記圧電体膜の厚みが薄い部分は、正方晶系であり、１００配向である、圧電体素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項において、
前記圧電体膜の厚みが厚い部分は、正方晶系であり、１１１配向である、圧電体素子。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項において、
前記圧電体膜の厚みは、前記基板に支持される部分が他の部分より厚く形成された、圧電体素子。
【請求項８】
基板に支持された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、圧電体膜上に形成された上部電極とを備えた圧電体素子であって、前記圧電体膜は、正方晶系であり、１００配向である部分と、正方晶系であり、１１１配向である部分とを備えた、圧電体素子。
【請求項９】
請求項８において、
前記圧電体膜は、前記基板に支持される部分が１００配向であり、他の部分が１１１配向である、圧電体素子。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の圧電体素子と当該圧電体素子と前記基板との間に形成された振動板と、からなる圧電アクチュエータと、前記基板に形成され、当該圧電アクチュエータの機械的変位によって内容積が変化する圧力発生室と、当該圧力発生室に連通して液滴を吐出する吐出口と、を備えた液体噴射ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記圧電体膜の厚みが厚い部分は、前記圧力発生室の周縁部に対向する領域に形成された、液体噴射ヘッド。
【請求項１２】
請求項８又は請求項９に記載の圧電体素子と、当該圧電体素子と前記基板との間に形成された振動板と、からなる圧電アクチュエータと、前記基板に形成され、当該圧電アクチュエータの機械的変位によって内容積が変化する圧力発生室と、当該圧力発生室に連通して液滴を吐出する吐出口と、を備え、
前記正方晶系であり、１１１配向である部分は、前記圧力発生室の中央部に対向する領域に形成され、
前記正方晶系であり、１００配向である部分は、前記圧力発生室の周縁部に対向する領域に形成された、液体噴射ヘッド。
【請求項１３】
請求項１０乃至請求項１２の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドと、当該液体噴射ヘッドを駆動する駆動装置と、を備えた液体噴射装置。
【請求項１４】
基板上に下部電極を形成する工程と、下部電極上に圧電体膜を形成する工程と、圧電体膜上に上部電極を形成する工程とを備えた圧電体素子の製造方法であって、
前記下部電極を形成する工程は、前記下部電極の圧電体膜形成面に所定パターンの高低分布が形成されるように前記下部電極を形成し、
前記圧電体膜の形成工程は、前記下部電極上に圧電体の構成金属元素を含有するゾルをスピンコート法により塗布し、このゾルをゲル化させ結晶化させる、圧電体素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記下部電極を形成する工程は、前記下部電極となる導電層を表面が平坦となるように形成し、当該導電層の表面付近の導電材料を所定パターンに除去することにより前記下部電極の圧電体膜形成面に高低分布を形成する、圧電体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換機能を有する圧電体素子、及びこれを用いた液体噴射ヘッド、並びに液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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がある。このインクジェット式記録ヘッドは、プリンタのインク吐出の駆動源として圧電アクチュエータを用いている。圧電アクチュエータは、一般に、インク滴を吐出するノズル開口（吐出口）と連通する圧力発生室と、圧力発生室の一面を画成する振動板と、この振動板上に形成され、かつ下部電極、圧電体膜及び上部電極を有する圧電体素子と、を備えて構成されている。このようなインクジェット式記録ヘッドでは、安定した液滴吐出特性が得られ、信頼性を向上することを目的とした様々な改善がなされている。
【０００３】
例えば、特開２０００−１９８１９７号公報には、圧力発生室に対向する領域に、圧電体能動部と圧電体非能動部とを備えるインクジェット式記録ヘッドが開示されている。この圧電体非能動部により、圧力発生室と周壁との境界部での変位が抑えられ、圧電体層の剥離、クラックの発生等が防止される。
【特許文献１】特開２０００−１９８１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、圧電体非能動部を圧力発生室の全周に沿って設けることはできず、応力の集中する部分が発生してしまうことは避けられない。
【０００５】
本発明は、圧電体素子を備えた圧電アクチュエータで発生する応力を分散して素子の破損を起こりにくくし、更にこれを用いた液体噴射ヘッド及びこれらの製造方法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】
【０００６】
この目的を達成するため、本発明の圧電体素子は、基板に支持された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、圧電体膜上に形成された上部電極とを備え、下部電極の厚みの違いによって当該下部電極上に形成される前記圧電体膜の結晶構造の配向が異なることようにした。これにより、大きな歪みが必要な部分と、大きな歪みが素子の破損を招く恐れのある部分とで圧電特性が異なるようにし、素子の破損を起こりにくくしている。
【０００７】
上記圧電体素子において、前記圧電体膜は複数の層が積層されてなり、当該複数の層のうち下部電極に接する層の厚みに違いを持たせることで、その上に形成される圧電体膜の結晶配向を異ならせることができる。下部電極に接する層を所望の結晶構造となる圧電体膜とすることで、それより上層の圧電体膜も同様の結晶構造をもつものとすることができる。
【０００８】
上記圧電体素子において、前記下部電極の前記圧電体膜に接する面が所定パターンの高低分布を有し、前記圧電体膜は前記下部電極の高部上の部分より低部上の部分の厚みが厚く形成されていることが望ましい。下部電極の表面に高低分布を持たせることで、容易に圧電体膜の各部分の厚みを所望の厚みにすることができる。
【０００９】
上記圧電体素子において、前記下部電極の前記基板側の面が所定パターンの高低分布を有し、前記下部電極の前記圧電体膜に接する面が前記基板側の面の高低分布に対応した高低分布を有していてもよい。基板側の面に高低分布を持たせることで、容易に下部電極表面にも高低分布を持たせることができる。
【００１０】
上記圧電体素子において、前記圧電体膜の厚みが薄い部分は、正方晶系であり、１００配向であることが望ましい。比較的歪みが少ないので、応力を緩和することができる。
【００１１】
上記圧電体素子において、前記圧電体膜の厚みが厚い部分は、正方晶系であり、１１１配向であることが望ましい。歪みを大きくとることで、大きな変位を得ることができる。
【００１２】
上記圧電体素子において、前記圧電体膜の厚みは、前記基板に支持される部分が他の部分より厚く形成されたものであることが好ましい。基板に支持される部分は圧電素子のクランプ部となるので、歪みを小さくして応力を緩和することができる。
【００１３】
本発明の他の圧電体素子は、基板に支持された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電体膜と、圧電体膜上に形成された上部電極とを備え、前記圧電体膜は、正方晶系であり、１００配向である部分と、正方晶系であり、１１１配向である部分とを備えている。これにより、大きな歪みが必要な部分と、大きな歪みが素子の破損を招く恐れのある部分とで圧電特性が異なるようにし、素子の破損を起こりにくくしている。
【００１４】
上記圧電体素子において、前記圧電体膜は、前記基板に支持される部分が１００配向であり、他の部分が１１１配向であることが望ましい。基板に支持される部分は圧電素子のクランプ部となるので、歪みを小さくして応力を緩和することができる。
【００１５】
本発明の液体噴射ヘッドは、上記の圧電体素子と、当該圧電体素子と前記基板とに間に形成された振動板と、からなる圧電アクチュエータを備え、前記基板に形成され、前記圧電アクチュエータの機械的変位によって内容積が変化する圧力発生室と、当該圧力発生室に連通して液滴を吐出する吐出口と、を備えている。従ってこの液体噴射ヘッドは、素子の破損が起こりにくく信頼性が高い。
【００１６】
上記液体噴射ヘッドにおいて、前記圧電体膜の厚みが厚い部分は、前記圧力発生室の周縁部に対向する領域に形成されていることが望ましい。圧力発生室の周縁部に対向する領域は圧電素子のクランプ部となるので、歪みを小さくして応力を緩和することができる。
【００１７】
本発明の他の液体噴射ヘッドは、上記の圧電体素子と、当該圧電体素子と前記基板との間に形成された振動板と、からなる圧電アクチュエータと、前記基板に形成され、当該圧電アクチュエータの機械的変位によって内容積が変化する圧力発生室と、当該圧力発生室に連通して液滴を吐出する吐出口と、を備え、前記正方晶系であり、１１１配向である部分は、前記圧力発生室の中央部に対向する領域に形成され、前記正方晶系であり、１００配向である部分は、前記圧力発生室の周縁部に対向する領域に形成されている。圧力発生室の周縁部に対向する領域は圧電素子のクランプ部となるので、歪みを小さくして応力を緩和することができ、圧力発生室の中央部に対向する領域では大きな歪みを得ることができる。
【００１８】
本発明の液体噴射装置は、上記の液体噴射ヘッドと、当該液体噴射ヘッドを駆動する駆動装置と、を備えている。従ってこの液体噴射装置は、素子の破損が起こりにくく信頼性が高い。
【００１９】
本発明の圧電体素子の製造方法は、基板上に下部電極を形成する工程と、下部電極上に圧電体膜を形成する工程と、圧電体膜上に上部電極を形成する工程とを備え、前記下部電極を形成する工程は、前記下部電極の圧電体膜形成面に所定パターンの高低分布が形成されるように前記下部電極を形成する工程であり、前記圧電体膜の形成工程は、前記下部電極上に圧電体の構成金属元素を含有するゾルをスピンコート法により塗布し、このゾルをゲル化させ結晶化させる工程である。これにより、容易に圧電体膜の各部分の厚みを所望の厚みにすることができる。
【００２０】
上記製造方法において、前記下部電極を形成する工程は、前記下部電極となる導電層を表面が平坦となるように形成し、当該導電層の表面付近の導電材料を所定パターンに除去することにより前記下部電極の圧電体膜形成面に高低分布を形成してもよい。これにより、下部電極表面に容易に所定パターンの工程分布を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の好適な実施形態にかかる圧電体素子及び圧電アクチュエータ、これを用いた液体噴射ヘッド、及びこれらの製造方法について図面を参照して説明する。
【００２２】
なお、本実施の形態では、液体噴射ヘッドとして、インク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、液体噴射装置として、インクジェット式記録ヘッドを備えたプリンタを例にとって説明する。また、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
【００２３】
図１は、本実施の形態にかかるプリンタを示す斜視図、図２は、図１に示すプリンタに使用されるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図、図３は、図２に示すインクジェット式記録ヘッドの圧電アクチュエータ付近を拡大した平面図、図４は、図３に示すｉ−ｉ線に沿った断面図、図５は、図３に示すｉｉ−ｉｉ線に沿った断面図、図６及び図７は、本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態にかかるプリンタ１は、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０（図２参照）を有するヘッドユニット２００を備え、このヘッドユニット２００には、インク供給手段を構成するカートリッジ１Ａ及び１Ｂが着脱可能に設けられている。なお、本実施の形態では、カートリッジ１Ａは１室からなり、ブラックインク組成物が収容されている。また、カートリッジ１Ｂは例えば３つの部屋に仕切られており、各々の部屋には、シアンインク組成物、マゼンタインク組成物、イエロインク組成物が各々収容されている。これらのカートリッジ１Ａ及び１Ｂが着脱可能に設けられたヘッドユニット２００は、キャリッジ３に搭載されており、このキャリッジ３は、プリンタ本体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。
【００２５】
また、プリンタ本体４には、キャリッジ３を駆動するための駆動モータ６が設けられており、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、ヘッドユニット２００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。
【００２６】
さらに、プリンタ本体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。そして、ヘッドユニット２００から、所望のインク組成物が、所望のタイミングで記録シートＳに吐出されることで、文字や画像等が印刷される。
【００２７】
本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２２０は、図２〜図５に示すようにノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成される流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方面側に振動板５０を介して設けられた圧電体素子３００を備えて構成されている。そして、振動板５０及び圧電体素子３００により、圧力発生室１２内の圧力を高め、ノズル開口２１からインク滴を吐出させるための駆動源としての圧電アクチュエータを構成している。
【００２８】
流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板から構成されており、この流路形成基板１０の一方側に形成されている振動板５０は、流路形成基板１０を予め熱酸化して形成した二酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる酸化膜５１と、この酸化膜５１上に形成した拡散防止膜５２から構成されている。（図４及び図５参照）。この拡散防止膜５２は、本実施の形態では、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）膜から構成されており、後述する圧電体膜４３に含有されている鉛（Ｐｂ）が、酸化膜５１に拡散されることを防止する機能を備えている。
【００２９】
また、この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁２２によって区画された圧力発生室１２が複数形成されている。各圧力発生室１２のノズル開口が列設された方向の外側には、後述するリザーバ形成基板３０に設けられるリザーバ部３１と連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成する連通部１３が形成されている。この連通部１３は、インク供給路１４を介して各圧力発生室１２のノズル開口が列設された方向一端部に各々連通されている。
【００３０】
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１４とは反対側で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。すなわち、本実施の形態では、１つのインクジェット式記録ヘッド２２０にノズル開口２１の並設されたノズル列２１Ａが２列設けられている。
【００３１】
振動板５０上には、所定の形状にパターニングされた下部電極３３と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体膜４３と、上部電極４４と、を備えた圧電体素子３００が形成されている。
【００３２】
図４に示すように、圧力発生室１２の周縁部に対向する領域では、下部電極３３の表面に窪み３３ｃが形成されており、窪み３３ｃ上の圧電体膜４３が、圧力発生室１２の中央部に対向する領域の圧電体膜４３よりも厚くなっている。そして、圧電体膜４３の厚みが厚い部分は正方晶系で１００配向であり、それ以外の圧電体膜４３が薄い部分は正方晶系で１１１配向である。
【００３３】
圧電体膜４３のうち１１１配向の部分は圧電定数が大きく、電圧印加時の変位が大きいのに対し、１００配向の部分は１１１配向の部分より圧電定数が小さく、電圧印加時の変位が小さい。かかる１００配向の部分が圧力発生室１２の周縁部に対向する領域に形成されているため、圧電素子を支持するクランプ部として機能する当該領域に応力が集中しないようにし、素子の破損を防止することができる。また、１１１配向の部分が圧力発生室１２の中央部に対向する領域に形成されているため、大きな変位を得ることができる。
【００３４】
窪み３３ｃは、圧力発生室１２の周縁部に対向する領域から圧力発生室１２の中央部に対向する領域にかけてなだらかに傾斜していることが好ましく、その角度は基板表面に対して５度〜２０度程度であることが好ましい。傾斜角度が２０度を超えると、圧力発生室１２の周縁部に対向する領域上の圧電体膜と圧力発生室１２の中央部に対向する領域上の圧電体膜との間で格子の不連続が生じてしまう恐れがあり、逆に５度未満の場合は十分な深さの窪みを形成できない恐れがあるためである。
【００３５】
なお、この実施形態では振動板５０を平坦に形成し、圧力発生室の周縁部に対向する領域における下部電極３３の厚みを薄くすることで下部電極３３の表面を窪ませているが、これに限らず、圧力発生室の周縁部に対向する領域における振動板５０の厚みを薄くして、その上に均一な厚さの下部電極３３を形成することによって、振動板５０の窪みに応じた形状に、下部電極３３の表面の窪みを形成しても良い。
【００３６】
このような圧電体素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が接合されている。このリザーバ部３１は、本実施の形態では、リザーバ形成基板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。
【００３７】
なお、このようなリザーバ形成基板３０としては、ガラス、セラミック、金属、プラスチック等を挙げることができるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料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と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００３８】
さらに、リザーバ形成基板３０上には、各圧電体素子３００を駆動するための駆動ＩＣ１１０が設けられている。この駆動ＩＣ１１０の各端子は、図示しないボンディングワイヤ等を介して各圧電体素子３００の個別電極から引き出された引き出し配線と接続されている。そして、駆動ＩＣ１１０の各端子には、フレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）等の外部配線１１１を介して外部と接続され、外部から外部配線１１１を介して印刷信号等の各種信号を受け取るようになっている。
【００３９】
また、このようなリザーバ形成基板３０上には、コンプライアンス基板４０が接合されている。コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４５が厚さ方向に貫通することで形成されている。また、コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域のインク導入口４５以外の領域は、厚さ方向に薄く形成された可撓部４６となっており、リザーバ１００は、可撓部４６により封止されている。そして、この可撓部４６により、リザーバ１００内にコンプライアンスを与えている。
【００４０】
このように、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２２０は、ノズルプレート２０、流路形成基板１０、リザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０の４つの基板で構成されている。そして、このようなインクジェット式記録ヘッド２２０のコンプライアンス基板４０上には、インク導入口４５に連通すると共に、図示しないカートリッジケースのインク連通路に連通して、カートリッジケースからのインクをインク導入口４５に供給するインク供給連通路２３１が設けられたヘッドケース２３０が設けられている。このヘッドケース２３０には、可撓部４６に対向する領域に、図示しない凹部が形成され、可撓部４６の撓み変形が適宜行われるようになっている。また、ヘッドケース２３０には、リザーバ形成基板３０上に設けられた駆動ＩＣ１１０に対向する領域に厚さ方向に貫通した駆動ＩＣ保持部２３３が設けられており、外部配線１１１は、駆動ＩＣ保持部２３３を挿通して駆動ＩＣ１１０と接続されている。
【００４１】
このようなインクジェット式記録ヘッド２２０は、インクカートリッジから供給されるインクをインク導入口４５から取り込み、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ＩＣ１１０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圧電体素子３００に電圧を印加し、振動板５０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力を高め、ノズル開口２１からインク滴を吐出させる。
【００４２】
次に、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２２０の製造方法について図６及び図７を参照して説明する。
【００４３】
（振動板の形成工程：Ｓ１）
シリコン単結晶基板（例えば、厚さ２００μｍ程度）からなる流路形成基板１０を、酸素或いは水蒸気を含む酸化性雰囲気中で高温処理し、流路形成基板１０に、二酸化シリコン膜からなる酸化膜５１（例えば、厚さ１μｍ程度）を形成する。この工程には通常用いる熱酸化法の他、ＣＶＤ法を使用することもできる。
【００４４】
次に、酸化膜５１上に、酸化ジルコニウム膜からなる拡散防止膜５２（例えば、厚さ２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度）を形成する。この拡散防止膜５２は、例えば、スパッタ法または真空蒸着法等によりジルコニウムの層を形成し、酸素雰囲気中で高温処理して得られる。また、酸化ジルコニウムターゲットを用いてＲＦスパッタを行い、酸化ジルコニウムを直接形成してもよい。このようにして、酸化膜５１及び拡散防止膜５２からなる振動板５０を形成する。
【００４５】
（下部電極形成用膜の形成工程：Ｓ２）
次に、拡散防止膜５２上に、後にパターニングにより下部電極３３を形成するための下部電極形成用膜３３ａを形成する。この下部電極形成用膜３３ａは、本実施の形態では、例えば、スパッタ法等でイリジウム（Ｉｒ）を含む層を形成する工程と、該Ｉｒ層上に、スパッタ法等で白金（Ｐｔ）を含む層を形成する工程と、該Ｐｔ層上にスパッタ法等でイリジウムを含む層を形成する工程を行うことで形成した。なお、拡散防止膜５２上には、下部電極形成用の膜３３ａの形成に先立ち、チタンからなる密着層（図示せず）をスパッタ法又は真空蒸着法により形成してもよい。
【００４６】
下部電極形成用膜３３ａには、圧力発生室１２の周縁部分に対向する領域に、窪み３３ｃを形成する。この窪み３３ｃは、下部電極形成用膜３３ａの表面を、イオンミリング、ドライエッチング、或いはウェットエッチングで削ることにより形成する。削る量は、例えば下部電極形成用膜３３ａの厚さを２００ｎｍとすると、そのうち４０ｎｍ程度を削り、当該部分の下部電極形成用膜３３ａの厚さを１６０ｎｍ程度とする。
【００４７】
また本発明はこれに限らず、振動板５０をイオンミリング、ドライエッチング、或いはウェットエッチングで削ってから下部電極形成用膜３３ａをスパッタ法で形成することとしてもよい。振動板５０の凹凸面上にスパッタ法による成膜を行うと、振動板５０の凹凸面に対応した凹凸面が下部電極形成用膜３３ａにも形成される。
【００４８】
下部電極形成用膜３３ａを形成した後、これに連続して下部電極形成用膜３３ａ上に図示しないチタン（Ｔｉ）層を形成する。このチタン層は、後に形成される圧電体前駆体膜４３ａを結晶化させるための核となる機能を有するものであり、チタン結晶を核として圧電体前駆体膜４３ａを結晶化させることにより、結晶成長が下部電極形成用膜３３ａ側から起こり、緻密で柱状の結晶を得ることができる。このチタン層は、例えばスパッタ法等により形成することが好ましい。
【００４９】
（圧電体膜第１層の形成工程：Ｓ３及びＳ４）
次に、下部電極形成用膜３３ａ上に、最終的に形成されるべき圧電体膜４３の所望の厚さ以下、好ましくは所望の厚さの半分以下の厚さで圧電体前駆体膜４３ａを形成する。例えば、全体の膜厚１５００ｎｍの圧電体膜４３を７層で構成する場合、この第１工程では厚い部分で９０ｎｍ、薄い部分で５０ｎｍの少なくとも１層からなる圧電体前駆体膜４３ａを形成する。（Ｓ３参照）。
【００５０】
具体的には、ゾル・ゲル法により、下部電極形成用膜３３ａ上に、有機金属アルコキシド溶液からなるゾルをスピンコート等の塗布法により塗布する。次いで、一定温度で一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発させる。乾燥後、さらに大気雰囲気下において所定の高温で一定時間脱脂し、金属に配位している有機の配位子を熱分解させ、金属酸化物とする。この塗布、乾燥、脱脂の各工程を所定回数、例えば２回繰り返して圧電体前駆体膜４３ａを積層する。これらの乾燥と脱脂処理により、溶液中の金属アルコキシドと酢酸塩とは配位子の熱分解を経て金属、酸素、金属のネットワークを形成する。
【００５１】
以上のように圧電体の構成金属元素を含有するゾルをスピンコート法で塗布することにより、下部電極形成用膜３３ａの表面の凹凸に関わらず、ゾル及びこれを乾燥、脱脂して得た圧電体前駆体膜４３ａは、表面が平坦に形成される。従って、窪み３３ｃ上の圧電体前駆体膜４３ａは他の部分よりも厚くなっている。例えば下部電極形成用膜３３ａの表面のうち窪み３３ｃがそれ以外の部分より４０ｎｍ窪んでいた場合、窪み３３ｃ上の圧電体前駆体膜４３ａはそれ以外の部分より４０ｎｍ厚くなる。
【００５２】
次に、圧電体前駆体膜４３ａを焼成して結晶化させる。この焼成により、圧電体前駆体膜４３ａは、アモルファス状態から正方晶系結晶構造をとるようになり、電気機械変換作用を示す膜へと変化する。以上の圧電体前駆体膜４３ａの形成および焼成の工程を１回行うことにより、第１の圧電体膜の第１層４３ｂが形成される。（Ｓ４参照）。
【００５３】
こうして形成された圧電体膜の第１層４３ｂの配向性をＸ線回折広角法により測定すると、窪み３３ｃ上の部分は（１００）面配向度が約９０％となり、それ以外の部分は（１１１）面配向度が約９０％となる。ここで（１００）面配向度或いは（１１１）面配向度とは、（１００）面、（１１０）面、（１１１）面の回折強度の和を１００とした時の（１００）面或いは（１１１）面の回折強度の割合を示すものとする。かかる圧電体膜第１層４３ｂの配向性は、圧電体膜の成膜時の膜厚に依存するものと考えられる。すなわち、圧電体膜の膜厚が９０ｎｍ以上の部分では１００配向となり、圧電体膜の膜厚が５０ｎｍ以下の部分では１１１配向となる。
【００５４】
好ましい実施態様では、下部電極表面の窪み３３ｃは、圧力発生室１２の中央部に対向する領域にかけてなだらかな傾斜を有している。このため圧電体膜第１層４３ｂは、圧力発生室１２の周縁部に対向する領域から圧力発生室１２の中央部に対向する領域にかけて、１００配向から緩やかに１１１面の配向度が高くなる。従って、圧電体膜の格子の不連続が起こりにくく、信頼性の高い圧電体膜を得ることができる。
【００５５】
なお、前記焼成に伴い、下部電極形成用膜３３ａも一部酸化し、及び圧電体膜の成分が一部拡散することにより膜厚が増加する。ここで、下部電極形成用膜をパターニングしてから圧電体膜を形成する方法では、下部電極形成用膜のパターニング境界付近の膜厚の増加が他の部分より少ないため膜厚が不均一となるが、本実施の形態の方法によれば、下部電極形成用膜３３ａをパターニングする前に圧電体膜第１層４３ｂを形成するので、下部電極形成用膜３３ａの膜厚は全体的に増加し、不均一となることがない。
【００５６】
次に、圧電体膜第１層４３ｂ上に所望の形状のマスクを形成し、マスク領域以外をエッチングすることで圧電体膜第１層４３ｂ及び下部電極形成用膜３３ａのパターニングを行い、下部電極３３及び配線用電極３３ｂを形成する。具体的には、まずスピンナー法、スプレー法等により均一な厚みのレジスト材料を圧電体膜第１層４３ｂ上に塗布し（図示せず）、次いで、このレジスト材料を所定の形状にパターニングした後、露光・現像して、レジストパターンを形成し（図示せず）、これをマスクとして圧電体膜第１層４３ｂ及び下部電極形成用膜３３ａを、通常用いるイオンミリング又はドライエッチング法等によりエッチング除去し、拡散防止膜５２を露出させる。
【００５７】
（圧電体膜第２層の形成工程：Ｓ５）
次いで、圧電体膜第１層４３ｂ上及び露出された拡散防止膜５２上に、前記圧電体膜第１層の形成工程と同様の工程によって圧電体膜第２層を形成し、これを複数回繰り返して複数層からなる圧電体膜４３を形成する。第２層及び第３層以降の圧電体膜は１層あたり例えば２００ｎｍとし、所定の膜厚となるまで積層する。なお、第２の圧電体膜の形成前に、圧電体膜第１層４３ｂ上及び露出された拡散防止膜５２上に、チタン層を再度スパッタ法等により形成しても良い。
【００５８】
こうして形成される圧電体膜第２層は、圧電体膜第１層の影響を受けて結晶成長する。この結果、圧力発生室１２の周縁部に対向する窪み３３ｃ上の領域は圧電体膜第１層と同様１００配向となり、圧力発生室１２の中央部に対向する領域も圧電体膜第１層と同様に１１１配向となる。
【００５９】
（上部電極形成用膜の形成工程：Ｓ６）
次に、圧電体膜４３上に、電子ビーム蒸着法またはスパッタ法により上部電極形成用膜４４ａを形成する。この上部電極形成用膜４４ａとしては、白金、イリジウム、あるいはその他の金属等を用い、５０ｎｍ程度の膜厚で形成する。
【００６０】
（圧電体膜及び上部電極のパターニング工程：Ｓ７）
次に、圧電体膜４３及び上部電極形成用膜４４ａを、形成すべき圧電体素子３００の所定形状にパターニングする。具体的には、上部電極形成用膜４４ａ上にレジスト材料をスピンコートした後、圧力発生室１２が形成されるべき位置に合わせてパターニングする。残ったレジスト材料をマスクとして上部電極形成用膜４４ａ及び圧電体膜４３をイオンミリング等でエッチングする。以上の工程により圧電体素子３００が形成される。
【００６１】
（細帯電極形成工程：Ｓ８）
次に、上部電極４４と配線用電極３３ｂを導通する細帯電極５５を形成する。細帯電極５５の材質は剛性が低く、電気抵抗が低い金から形成することが好ましいが、他に、アルミニウム、銅等も好適である。細帯電極５５は、約０．２μｍの膜厚で形成し、その後各上部電極４４と配線用電極３３ｂとの導通部が残るようにパターニングする。
【００６２】
（圧力発生室の形成工程：Ｓ９）
次に、圧電体素子３００が形成された流路形成基板１０の他方の面に、異方性エッチングまたは平行平板型反応性イオンエッチング等の活性気体を用いた異方性エッチングを施し、圧力発生室１２を形成する。エッチングされずに残された部分が隔壁２２（図５参照）になる。
【００６３】
（ノズルプレートの貼り合わせ工程：Ｓ１０）
最後に、エッチング後の流路形成基板１０にノズルプレート２０を接着剤で貼り合わせる。貼り合わせの時に各ノズル開口２１が圧力発生室１２の各々の空間に配置されるよう位置合わせする。ノズルプレート２０が貼り合わせられた流路形成基板１０をヘッドケース２３０に取り付け、インクジェット式記録ヘッド２２０を完成させる。
【００６４】
なお、本実施の形態では、拡散防止膜５２を酸化ジルコニウム膜から構成した場合について説明したが、これに限らず、拡散防止膜５２は、拡散防止機能を備えていれば、例えば、酸化アルミニウムや、酸化チタン等、他の材料から構成してもよく、また、所望により、添加物等が加えられていてもよい。
【００６５】
そしてまた、本実施の形態では、圧電体膜４３をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成した場合について説明したが、これに限らず、圧電体膜４３は、圧電性セラミックスの結晶であり、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料の他、これに酸化ニオブ、酸化ニッケルまたは酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したものから構成してもよい。また、圧電体膜４３の組成は、圧電体素子の特性、用途等を考慮して適宜選択する。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等が好適に用いられる。また、チタン酸鉛やジルコニウム酸鉛にニオブ（Ｎｂ）を適宜添加することにより、圧電特性に優れた膜を得ることができる。
【００６６】
そしてまた、本実施の形態では、圧電体素子の一例としてインクジェット式記録ヘッドを示したが、この他に、各装置、例えば、マイクロホン、発音体、各種振動子、発振子等に用いられることは言うまでもない。また、液体噴射ヘッドとして、インク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、液体噴射装置として、インクジェット式記録ヘッドを備えたプリンタを例にとって説明したが、これに限らず、広く液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置全般を対象としたものである。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（面発光ディスプレー）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を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施の形態にかかるプリンタを示す斜視図である。
【図２】図１に示すプリンタに使用されるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図３】図２に示すインクジェット式記録ヘッドの圧電アクチュエータ付近を拡大した平面図である。
【図４】図３に示すｉ−ｉ線に沿った断面図である。
【図５】図３に示すｉｉ−ｉｉ線に沿った断面図である。
【図６】本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図７】本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・プリンタ、１０・・・流路形成基板、１２・・・圧力発生室、３３・・・下部電極、３３ｃ・・・窪み、４３・・・圧電体膜、４４・・・上部電極、５０・・・振動板、５１・・・酸化膜、５２・・・拡散防止膜、５３・・・密着領域、２２０・・・インクジェット式記録ヘッド、３００・・・圧電体素子
【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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