(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板上に下部電極と圧電膜と上部電極とが順次積層されてなり、前記下部電極と前記上部電極とにより前記圧電膜に対して電界が印加される圧電素子において、
前記圧電膜は、前記下部電極上に直接成膜する成膜法によって形成され、
前記圧電膜は１つの圧電素子に対して複数の溝部を有しており、かつ、前記溝部に絶縁体を備え、
前記下部電極は、前記振動板上にわたって形成され、
前記上部電極は、前記圧電膜及び前記絶縁体の上に形成され、１つの圧電素子に対して１つ形成されることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
前記絶縁体は、前記圧電膜のヤング率よりも低いものであることを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
【請求項３】
前記絶縁体は、ヤング率が５０ＧＰａよりも低いものであることを特徴とする請求項２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記絶縁体は、高分子材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項５】
前記高分子材料は、合成樹脂又はシリコーンゴムであることを特徴とする請求項４に記載の圧電素子。
【請求項６】
前記合成樹脂は、光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又は熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項５に記載の圧電素子。
【請求項７】
前記溝部は、前記圧電膜の厚さと同じ深さ、又は前記圧電膜の厚さよりも浅い深さを有するものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項８】
前記溝部の深さは、前記圧電膜の厚さの２０％〜１００％、好ましくは５０％〜１００％、より好ましくは７０％〜１００％であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項９】
前記溝部によって区分される各圧電膜の形状は、ストライプ状、長方形、正方形、菱形、及びハニカム状のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の
圧電素子。
【請求項１０】
前記溝部によって複数に分離した各圧電膜は、一辺の長さが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項１１】
前記溝部は、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、及びナノインプリント法のいずれかによって形成されたものであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項１２】
前記溝部を有する圧電膜は、前記溝部に対応するマスクを使用して複数に分離した圧電膜が直接成膜されたものであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の圧電素子。
【請求項１３】
振動板上にわたって下部電極を形成する第１の工程と、
前記下部電極の上に直接成膜する成膜法によって圧電膜を成膜する第２の工程と、
前記圧電膜を複数に分離する溝部であって、１つの圧電素子に対して複数の溝部を形成する第３の工程と、
前記溝部に絶縁体を充填する第４の工程と、
前記溝部によって複数に分離した圧電膜及び前記絶縁体の上に上部電極を形成する第５の工程であって、１つの圧電素子に対して１つ形成する第５の工程と、
を含むことを特徴とする圧電素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第２の工程は、スパッタ法、エアロゾルデポジション法、化学溶液法、及びスクリーン印刷法のうちのいずれかの方法によって前記圧電膜を成膜することを特徴とする請求項１３に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第３の工程は、ドライエッチング法、ウエットエッチング法及びナノインプリント法のいずれかによって前記溝部を形成することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第２の工程及び第３の工程は、前記溝部に対応するマスクを使用して複数に分離した圧電膜を直接成膜することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１７】
前記第４の工程は、前記圧電膜上に前記絶縁体の前躯体溶液をスピンコートした後、表面研磨することによって前記圧電膜の溝部に絶縁体を充填することを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれかに記載の圧電素子の製造方法。
【請求項１８】
液体が蓄えられる液室と、
振動板上に下部電極と圧電膜と上部電極とが順次積層されてなり、前記下部電極と前記上部電極とにより前記圧電膜に対して電界が印加される圧電素子であって、前記圧電膜は１つの圧電素子に対して複数の溝部を有しており、かつ、前記溝部に絶縁体を備え、前記下部電極は、前記振動板上にわたって形成され、前記上部電極は、前記圧電膜及び前記絶縁体の上に形成され、１つの圧電素子に対して１つ形成され、前記振動板を変形させることによって前記液室の容積を可変させる圧電素子と、
前記圧電素子による振動板の変形によって前記液室内の圧力が上昇すると、該液室内の液体を噴出するノズルと、
を備えたことを特徴とする液体噴出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電素子及びその製造方法並びに液体噴出装置に係り、特に振動板上に圧電膜が形成された圧電素子、及びその圧電素子の製造方法並びにその圧電素子を使用したインクジェット記録装置などの液体噴出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェット記録装置やマイクロポンプのような振動板の振動によって液体を噴出する装置においては、比較的低電圧で大きな変位が得られるため、モノモルフのような撓み振動モードを用いる圧電振動子を使用する場合が多くなってきている。
【０００３】
従来、薄膜技術により圧電膜を形成し、接着剤を用いずに直接成膜することにより、バルク接着より薄い圧電膜を形成する技術が提案されている（特許文献１、２）。
【０００４】
特許文献１に記載の発明は、多数の個別インク路を有するヘッド基台に取付けた振動板上に、ＰＺＴオクチル酸塩混合物をスピンコートしてＰＺＴを成膜し、次いで個別インク路上に位置する振動板上の各部分にＰＺＴ膜が残るようなパターンでＰＺＴ膜をエッチングするか、若しくは個別インク路上に位置する振動板上の各部分にＰＺＴオクチル酸塩混合物をスクリーン印刷してＰＺＴを成膜し、その後にＰＺＴ膜を焼成し、更にＰＺＴ膜をそれぞれ分極させることにより振動板上にＰＺＴ素子を形成するようにしている。
【０００５】
また、特許文献２に記載の発明は、キャビティの一方の壁面を構成し且つ少なくとも上面に下電極を有する振動板と、この振動板の表面に薄膜成膜法により形成された圧電体層及び該圧電体層の表面に形成された上電極からなる圧電体能動部とからなる圧電振動子を備えたアクチュエータにおいて、前記圧電体能動部の中央部に当該圧電体能動部の圧電歪みを許容する伸張部を形成するようにしている。
【特許文献１】特開平５−２８６１３１号公報
【特許文献２】特開平１１−１２９４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の発明のように、振動板の上に接着剤を使用せずに圧電膜を直接成膜する場合、
（１）基板からの応力により、圧電膜が剥離し、あるいはクラックが発生する
（２）基板及び横方向（膜自体）からの拘束により、バルク単体よりも圧電定数ｄ３１が悪くなる
（３）高電圧により変位を大きくすると、膜が割れたり、剥がれたりする
などの課題があった。
【０００７】
一方、特許文献２に記載の発明は、上記課題を解決するために、圧電体能動部の中央部に当該圧電体能動部の圧電歪みを許容する伸張部を形成し、圧電体層の破壊を防止するようにしているが、この伸張部には、圧電体層や上電極が形成されず、圧電歪み許容するための空間が形成されているため、この空間によって上電極と下電極との間で放電が発生するという問題がある。また、前記伸張部には上電極を形成しないようにしているため、上電極の構造等が複雑化するという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、成膜後の応力や振動板の変位時に圧電膜自体に生じる応力を緩和することができ、これにより振動板の変位量を大きくすることができるとともに、圧電膜の割れや剥がれを防止することができ、一方、上部電極と下部電極との間で放電することがなく、上部電極の構造を複雑化することがない圧電素子及びその製造方法並びに液体噴出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】
【０００９】
前記目的を達成するために請求項１に係る発明は、振動板上に下部電極と圧電膜と上部電極とが順次積層されてなり、前記下部電極と前記上部電極とにより前記圧電膜に対して電界が印加される圧電素子において、前記圧電膜は、前記下部電極上に直接成膜する成膜法によって形成され、前記圧電膜は１つの圧電素子に対して複数の溝部を有しており、かつ、前記溝部に絶縁体を備え、前記下部電極は、前記振動板上にわたって形成され、前記上部電極は、前記圧電膜及び前記絶縁体の上に形成され、１つの圧電素子に対して１つ形成されることを特徴としている。
【００１０】
前記圧電膜は、前記絶縁体が充填されている溝部によって複数に分離されているため、振動板の変位時に圧電膜自体に生じる応力を緩和することができ、これにより振動板の変位量を大きくすることができるとともに、圧電膜の割れや剥がれを防止することができる。また、前記溝部には、絶縁体が充填されているため、この部分によって上部電極と下部電極との間で放電することがない。更に、前記溝部に絶縁体が充填された圧電膜の上面は平坦であるため、上部電極は通常のものを適用することできる。
【００１１】
請求項２に示すように請求項１に記載の圧電素子において、前記絶縁体は、前記圧電膜のヤング率よりも低いものであることを特徴としている。
【００１２】
請求項３に示すように請求項２に記載の圧電素子において、前記絶縁体は、ヤング率が５０ＧＰａよりも低いものであることを特徴としている。即ち、現在の圧電膜のヤング率は５０ＧＰａ以上であるため、前記絶縁体はこれよりもヤング率が低いものを使用するようにしている。
【００１３】
請求項４に示すように請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電素子において、前記絶縁体は、高分子材料からなることを特徴としている。高分子材料は、ヤング率が数ＧＰａと圧電膜のヤング率よりも１桁近く低く、かつ絶縁性を有しており、前記絶縁体として好適である。
【００１４】
請求項５に示すように請求項４に記載の圧電素子において、前記高分子材料は、合成樹脂又はシリコーンゴムであることを特徴としている。
【００１５】
請求項６に示すように請求項５に記載の圧電素子において、前記合成樹脂は、光硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、又は熱硬化性樹脂であることを特徴としている。
【００１７】
請求項７に示すように請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電素子において、前記溝部は、前記圧電膜の厚みと同じ深さ、又は前記圧電膜の厚みよりも浅い深さを有するものであることを特徴としている。即ち、本発明において、圧電膜の溝部による分離とは、完全に分離している場合に限らず、一部が繋がっている場合も含むものとする。
【００１８】
請求項８に示すように請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電素子において、前記溝部の深さは、前記圧電膜の厚さの２０％〜１００％、好ましくは５０％〜１００％、より好ましくは７０％〜１００％であることを特徴としている。
【００１９】
請求項９に示すように請求項１乃至８のいずれかに記載の圧電素子において、前記溝部によって区分される各圧電膜の形状は、ストライプ状、長方形、正方形、菱形、及びハニカム状のいずれかであることを特徴としている。
【００２０】
請求項１０に示すように請求項１乃至８のいずれかに記載の圧電素子において、前記溝部によって複数に分離した各圧電膜は、一辺の長さが１００μｍ以下であることを特徴としている。
【００２１】
請求項１１に示すように請求項１乃至１０のいずれかに記載の圧電素子において、前記溝部は、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、及びナノインプリント法のいずれかによって形成されたものであることを特徴としている。ドライエッチング法及びウエットエッチング法では、圧電膜の成膜後に溝部を形成し、ナノインプリント法では、圧電膜の硬化前に金型を押しつけて溝部を形成し、その後、硬化させる。
【００２２】
請求項１２に示すように請求項１乃至１０のいずれかに記載の圧電素子において、前記溝部を有する圧電膜は、前記溝部に対応するマスクを使用して複数に分離した圧電膜が直接成膜されたものであることを特徴としている。これにより、圧電膜の成膜と同時に溝部が形成される。
【００２３】
請求項１３に係る圧電素子の製造方法は、振動板上にわたって下部電極を形成する第１の工程と、前記下部電極の上に直接成膜する成膜法によって圧電膜を成膜する第２の工程と、前記圧電膜を複数に分離する溝部であって、１つの圧電素子に対して複数の溝部を形成する第３の工程と、前記溝部に絶縁体を充填する第４の工程と、前記溝部によって複数に分離した圧電膜及び前記絶縁体の上に上部電極を形成する第５の工程であって、１つの圧電素子に対して１つ形成する第５の工程と、を含むことを特徴としている。
【００２４】
請求項１４に示すように請求項１３に記載の圧電素子の製造方法において、前記第２の工程は、スパッタ法、エアロゾルデポジション法、化学溶液法、及びスクリーン印刷法のうちのいずれかの方法によって前記圧電膜を成膜することを特徴としている。特に、エアロゾルデポジション法によって成膜すると、大きな膜応力（熱応力や成膜に伴う振動板との界面に生じる圧縮応力）が作用するが、圧電膜を複数に分離する溝部を設けることにより膜応力を低減させることができる。
【００２５】
請求項１５に示すように請求項１３又は１４に記載の圧電素子の製造方法において、前記第３の工程は、ドライエッチング法、ウエットエッチング法及びナノインプリント法のいずれかによって前記溝部を形成することを特徴としている。特に、ナノインプリント法によって溝部を形成する場合、溝部の断面形状（例えば、三角形の形状） を精度よく形成することができる。
【００２６】
請求項１６に示すように請求項１３又は１４に記載の圧電素子の製造方法において、前記第２の工程及び第３の工程は、前記溝部に対応するマスクを使用して複数に分離した圧電膜を直接成膜することを特徴としている。即ち、前記第２の工程と第３の工程は、前記溝部に対応するマスクを使用したゾルゲル法、スクリーン印刷法等によって成膜することにより、同一工程で行うことができる。
【００２７】
請求項１７に示すように請求項１３乃至１６のいずれかに記載の圧電素子の製造方法において、前記第４の工程は、前記圧電膜上に前記絶縁体の前躯体溶液をスピンコートした後、表面研磨することによって前記圧電膜の溝部に絶縁体を充填することを特徴としている。
【００２８】
請求項１８に係る液体噴出装置は、液体が蓄えられる液室と、振動板上に下部電極と圧電膜と上部電極とが順次積層されてなり、前記下部電極と前記上部電極とにより前記圧電膜に対して電界が印加される圧電素子であって、前記圧電膜は１つの圧電素子に対して複数の溝部を有しており、かつ、前記溝部に絶縁体を備え、前記下部電極は、前記振動板上にわたって形成され、前記上部電極は、前記圧電膜及び前記絶縁体の上に形成され、１つの圧電素子に対して１つ形成され、前記振動板を変形させることによって前記液室の容積を可変させる圧電素子と、前記圧電素子による振動板の変形によって前記液室内の圧力が上昇すると、該液室内の液体を噴出するノズルと、を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、絶縁体が充填された溝部によって圧電膜を複数に分離するようにしたため、振動板の変位時に圧電膜自体に生じる応力を緩和することができ、これにより振動板の変位量を大きくすることができるとともに、圧電膜の割れや剥がれを防止することができる。また、前記溝部には、絶縁体が充填されているため、この部分によって上部電極と下部電極との間で放電することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下添付図面に従って本発明に係る圧電素子及びその製造方法並びに液体噴出装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００３１】
［インクジェット記録装置の概要］
まず、本発明に係る液体噴出装置の一つであるインクジェット記録装置の概要について説明する。
【００３２】
図１はインクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色ごとに設けられた複数の液体噴出ヘッド（以下、単に「ヘッド」という）を有する印字部１２と、各ヘッドに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。
【００３３】
給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。
【００３４】
ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター（第１のカッター）２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置される。尚、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。
【００３５】
デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラ３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。
【００３６】
ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラ３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面に対向する位置には吸着チャンバ３４が設けられており、この吸着チャンバ３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。
【００３７】
ベルト３３が巻かれているローラ３１、３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１上の時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は図１の左から右へと搬送される。
【００３８】
縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。
【００３９】
吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹き付け、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
【００４０】
図２は印字部１２の周辺の要部平面図である。印字部１２には、記録紙１６の紙幅方向（主走査方向）に延びる２本のガイドレール１３に沿って往復移動可能なキャリッジ１５が設けられている。キャリッジ１５には、黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色インクに対応するヘッド２３（２３Ｋ、２３Ｃ、２３Ｍ、２３Ｙ）及び印字検出部（スキャナユニット）２４が搭載されており、これらはキャッリッジ１５に対して着脱自在に構成されており、キャリッジ１５と一体的に主走査方向に走査可能となっている。
【００４１】
尚、本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出するヘッドを追加する構成も可能である。
【００４２】
印字検出部２４は、記録画像を撮像するためのセンサ（図２中不図示）を含み、ヘッド２３により記録されるテストパターンを読み取り、ヘッド２３のインク吐出状態をチェックする手段として機能する。即ち、印字検出部２４によってヘッド２３に含まれる各ノズルのばらつき検出が可能となっている。
【００４３】
図１に戻って、印字部１２の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹き付ける方式が好ましい。
【００４４】
後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラ４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００４５】
こうして生成されたプリント物はカッター４８によって所定のサイズに切断された後、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り替える不図示の選別手段が設けられている。尚、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。
【００４６】
［圧電素子の構造］
次に、前記液体噴出ヘッド等に使用される本発明に係る圧電素子の構造について説明する。
【００４７】
図３は本発明に係る圧電素子が適用された液体噴出ヘッドの要部断面図であり、同図（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ振動板の非駆動状態及び駆動状態に関して示している。
【００４８】
図３に示す液体噴出ヘッド５０は、振動板５１と圧力隔壁５２とノズルプレート５３とによって液室（圧力室）５４が形成され、振動板５１の上に下部電極５５が形成され、下部電極５５の上に圧電膜５６が直接成膜されている。
【００４９】
この圧電膜５６は、溝部によって複数に分離され（下部は繋がっていてもよい）、この溝部には高分子材料（樹脂）５７が充填されている。そして、圧電膜５６及び樹脂５７の上に上部電極５８が形成されている。この樹脂５７が充填される圧電膜５６の溝部の深さは、圧電膜５６の厚さの２０％〜１００％、好ましくは５０％〜１００％、より好ましくは７０％〜１００％である。
【００５０】
上記構成の液体噴出ヘッド５０において、下部電極５５と上部電極５８との間に駆動電圧を印加すると、圧電膜５６は、長辺方向に伸縮するｄ３１モードで変位し、その結果、図３（Ｂ）に示すように振動板５１を凹状に変位させる。
【００５１】
この振動板５１の変位により液室５４の容積が小さくなり、液室内の液体（インク液等）は、ノズルプレート５３に形成されたノズル５３ａから噴出される。
【００５２】
ここで、振動板５１が凹状に変位する際に、圧電膜５６は樹脂５７によって圧電膜自体に生じる応力が緩和され、これにより振動板５１を大きく変位させることができる。また、圧電膜５６が分離されているため、圧電膜５６の割れや剥がれを防止することができるとともに、圧電膜の成膜後の応力（熱応力等）による割れや剥がれもなくなる。
【００５３】
更に、前記溝部には、絶縁体である樹脂５７が充填されているため、下部電極５５と上部電極５８との間で放電することがない。
【００５４】
［圧電素子の製造方法］
次に、本発明に係る圧電素子の製造方法について説明する。
【００５５】
図４は本発明に係る圧電素子の製造方法を含む液体噴出ヘッドの製造工程を示す工程図である。
【００５６】
（Ａ）振動板及び液室の形成
図４（Ａ）に示すように、まず、シリコン（Ｓｉ）基板の裏面にアルミニウムをマスク材料としてパターニングし、誘導結合型反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）装置にて異方性エッチングを行い、液室５４及び振動板５１を形成する。このときの開口部（即ち、振動板５１）のサイズは３００μｍ角で設計した。
【００５７】
（Ｂ）下部電極の形成
次に、図４（Ｂ）に示すように下部電極５５を形成する。即ち、熱酸化膜が１μｍ形成されたＳｉ基板に、密着層となる膜厚２０ｎｍの酸化チタン層（ＴｉＯ2 ）をスパッタリングにより形成し、その上に導電層となる膜厚２０００ｎｍの白金層（Ｐｔ）をスパッタリングにより形成する。それぞれのスパッタリング時の基板温度は３００°Ｃとした。
【００５８】
（Ｃ）圧電膜（ＰＺＴ膜）の形成
図４（Ｃ）に示すように下部電極５５の上に、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の圧電膜５６をスパッタリングによって直接成膜する。このときの基板温度は５５０°Ｃであり、圧電膜５６の膜厚は５μｍである。
【００５９】
尚、圧電膜５６を下部電極５５の上に直接成膜する方法としては、上記スパッタ法に限らず、エアロゾルデポジション法、ゾルゲル法等の化学溶液法、スクリーン印刷法を使用してもよい。
【００６０】
ゾルゲル法により圧電膜を成膜する場合には、ＰＺＴ組成のゾルゲル溶液を調整し、スピンコートにより下部電極上に塗布し、その後、乾燥、脱溶媒工程を繰り返すことで膜厚を制御し、最後に６５０°Ｃで焼成することにより形成することができる。ゾルゲル法とは加水分解による溶液成膜法であるが、ゾルゲル法の代わりに、熱分解による溶液成膜法である有機金属分解法（ＭＯＤ法）などの他の化学溶液法によって化学溶液膜を形成するようにしてもよい。
【００６１】
（Ｄ）圧電膜の分離
図４（Ｄ）に示すように、圧電膜５６をＲＩＥドライエッチングして溝部６０を形成し、圧電膜５６を複数の分離体５６Ａに分離する。
【００６２】
この実施の形態では、図５に示すように３００μｍ角の圧電膜５６を６×６の３６分割するようにしている。また、溝部６０の最大幅は、４μｍとしている。
【００６３】
尚、ドライエッチングに限らず、ウエットエッチングによって溝部６０を形成するようにしてもよい。
【００６４】
また、図４（Ｄ）に示すように溝部６０の形状は、断面がＶ字状の溝（Ｖ溝）としたが、この形状には限定されない。更に、各分離体５６Ａは完全に分離している場合に限らず、下部が繋がっていてもよい。
【００６５】
更にまた、分離された分離体５６Ａの形状は、この実施の形態の正方形に限らず、ストライプ状、長方形、菱形、又はハニカム状にしてもよい。また、３００μｍ角の圧電膜５６を分離する場合には、その分離された分離体のサイズは、一辺の長さが１００μｍ以下にすることが好ましい。
【００６６】
（Ｅ）樹脂埋め
図４（Ｅ）に示すように圧電膜５６に形成した溝部６０を樹脂５７で埋める。この実施の形態では、樹脂５７として熱可塑性樹脂であるポリイミド樹脂を使用し、ポリイミド前躯体溶液をスピンコートし、硬化後にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置にて表面研磨し、分離体５６Ａの上面に付着するポリイミド樹脂を取り除く。
【００６７】
尚、溝部６０を埋める絶縁体としては、ポリイミド樹脂に限らず、合成樹脂又はシリコーンゴムなどの高分子材料を使用してもよい。合成樹脂の種類としては、光硬化性樹脂（ウレタンアクリレート系光硬化性樹脂、エポキシ系光硬化性樹脂など）、熱可塑性樹脂（ポリイミド樹脂、ポリアセタール、ポリフッ化ビニリデンなど）、熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂など）がある。
【００６８】
この種の高分子材料は、ヤング率が数ＧＰａであり、５０ＧＰａ以上のＰＺＴのヤング率よりも１桁近く低く、かつ絶縁性を有しているため、溝部６０を充填する材料として好適であるが、これに限らず、圧電膜よりもヤング率の小さい絶縁体であれば、いかなるものでもよい。
【００６９】
（Ｆ）上部電極の形成
続いて、図４（Ｆ）に示すように上部電極５８を形成する。即ち、分離された圧電膜５６及び樹脂５７の上に、Ｐｔをスパッタリングにより形成する。このスパッタリング時の基板温度は１００°Ｃとした。この上部電極５８は、１つの圧電素子につき１つ形成され、特許文献１に記載の上電極のように分割されていない。
【００７０】
（Ｇ）ノズルプレートの貼付け
最後に、図４（Ｇ）に示すようにノズル５３ａが形成されたノズルプレート５３を接着剤にて貼り付ける。
【００７１】
上記のようにして液体噴出ヘッドの製造工程で製造された圧電素子の特性を測定した。即ち、下部電極５５と上部電極５８との間に印加した電圧と、そのときの振動板５１の変位量とから圧電定数ｄ３１を測定すると、圧電定数ｄ３１は、２００ｐｍ／Ｖであった。
【００７２】
これに対し、圧電膜を分離しないこと以外は、図４に示した方法と同様の製造方法（図４（Ｄ）及び（Ｅ）の工程無し）で製造した圧電素子の圧電定数ｄ３１を測定すると、圧電定数ｄ３１は、１５０ｐｍ／Ｖであった。
【００７３】
このように圧電膜５６を溝部６０によって分離し、この溝部６０に樹脂５７を充填したものと、圧電膜５６を分離しないものとを比較すると、前者の方が変位量が大きくなることが分かる。
【００７４】
次に、圧電膜を分離するための溝部を形成する他の実施の形態（ナノインプリント法）について説明する。
【００７５】
図６に示すように、圧電膜を分離するための溝部の形状に対応する金型７０を準備する。尚、半導体製造技術の進歩により、ナノオーダのパターンを有する金型の製造が可能になっている。
【００７６】
ゾルゲル法等により、下部電極の上に所望の厚みの圧電膜７２を塗布する（図６（Ａ））。尚、この状態では、圧電膜７２は焼結されていない。
【００７７】
続いて、金型７０を圧電膜７２に押し付け、金型７０のパターン形状を圧電膜７２に転写する（図６（Ｂ））。
【００７８】
その後、圧電膜７２から金型７０を剥離し、圧電膜７２を焼結する（図６（Ｃ））。
【００７９】
これにより、圧電膜７２を分離する溝部７４を形成することができる。このナノインプリント法によって溝部７４の断面形状を、精度よく形成することができる。
【００８０】
尚、本発明に係る圧電素子は、液体噴出ヘッドのアクチュエータとして適用する場合について説明したが、これに限らず、マイクロアクチュエータ（マイクロポンプ、ＭＥＭＳデバイス）、マイクロセンサ（圧力センサ、バイオセンサ）等に応用することができる。
【００８１】
また、本発明に係る液体噴出装置は、記録紙にインクを噴射するインクジェット記録装置に限らず、例えば、記録媒体に処理液、又は水を噴射することによって画像を形成する装置として、また、基材に塗布液を噴射することで画像記録媒体を形成する装置として使用することができる。さらに電子デバイスやバイオチップの製作にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】図１は本発明に係る液体噴出装置の一つであるインクジェット記録装置の全体構成図である。
【図２】図２は図１に示したインクジェット記録装置の印字部周辺の要部平面図である。
【図３】図３は本発明に係る圧電素子が適用された液体噴出ヘッドの要部断面図である。
【図４】図４本発明に係る圧電素子の製造方法を含む液体噴出ヘッドの製造工程を示す工程図である。
【図５】図５は１つの圧電素子に対する圧電膜の分割の一例を示す図である。
【図６】図６は圧電膜を分離するナノインプリント法を説明するために用いた図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０…インクジェット記録装置、５０…液体噴出ヘッド、５１…振動板、５２…圧力隔壁、５３…ノズルプレート、５３ａ…ノズル、５４…液室（圧力室）、５５…下部電極、５６、７２…圧電膜、５７…樹脂、５８…上部電極、６０、７４…溝部、７０…金型
【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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