(57)【要約】【課題】良好な変位特性および高い信頼性を有する圧電素子を提供する。【解決手段】本発明に係る圧電素子１００は、第１電極層１０と、第１電極層１０の上方に形成された圧電体層２０と、圧電体層２０の上方に形成された第２電極層３０と、を含み、第２電極層３０は、圧電体層２０の上面２２に形成された第１層３２と、第１層３２の上面３４に形成された第２層３６と、を有し、第２層３６の材質は、第１層３２の材質と同じであり、第２層３６の密度は、第１層３２の密度より小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極層と、
前記第１電極層の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２電極層と、
を含み、
前記第２電極層は、
前記圧電体層の上面に形成された第１層と、
前記第１層の上面に形成された第２層と、
を有し、
前記第２層の材質は、前記第１層の材質と同じであり、
前記第２層の密度は、前記第１層の密度より小さい、圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２層の厚みは、前記第１層の厚みより大きい、圧電素子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記圧電体層は、前記第１電極層を覆って形成され、
前記第２層は、さらに、前記圧電体層の側方に形成されている、圧電素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記第２電極は、上方に向かうにつれて、密度が小さくなる、圧電素子。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の圧電素子を含む、液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の液体噴射ヘッドを含む、液体噴射装置。
【請求項７】
第１電極層を成膜する工程と、
前記第１電極層の上方に圧電体層を成膜する工程と、
スパッタ法によって、前記圧電体層の上面に、第２電極層を構成する第１層を成膜する工程と、
スパッタ法によって、前記第１層の上面に、前記第２電極層を構成する第２層を成膜する工程と、
を含み、
前記第２層は、前記第１層と同じ材質で形成され、
前記第２層を成膜するためのスパッタパワー密度は、前記第１層を成膜するためのスパッタパワー密度より、大きい、圧電素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１層を成膜する工程と、前記第２層を成膜する工程とは、連続して行われる、圧電素子の製造方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記第１層を成膜する工程および前記第２層を成膜する工程において、
スパッタパワー密度を徐々に大きくして、前記第１層および前記第２層を成膜する、圧電素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項７において、
前記第２層を成膜する工程の前に、前記第１層および前記圧電体層をパターニングする工程を、さらに含み、
前記第２層を成膜する工程において、
さらに、パターニングされた前記圧電体層の側方に、前記第２層を成膜する、圧電素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項７ないし１０のいずれかにおいて、
前記第１層を成膜するためのスパッタパワー密度は、０．２ｋＷ／ｍ２以上１０ｋＷ／ｍ２以下であり、
前記第２層を成膜するためのスパッタパワー密度は、２０ｋＷ／ｍ２以上８０ｋＷ／ｍ２以下である、圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、および圧電素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばインクジェットプリンター等の液体噴射装置において、インク等の液滴を噴射する液体噴射ヘッドが知られている。液体噴射ヘッドは、圧力室内の圧力を変化させるために圧電素子を備えている。圧電素子は、上部電極および下部電極に挟まれた圧電体層を有し、圧電体層は、駆動信号等によって変形することできる。このように圧電素子が変位することにより、液体噴射ヘッドは、ノズル孔から圧力室内に供給されたインク等を噴射させることができる。したがって、圧電素子は、良好な変位特性を有することが望まれている。
【０００３】
このような圧電素子において、圧電体層上に上部電極を形成する際に、圧電体層がダメージを受けることがある（特許文献１参照）。その結果、圧電素子の信頼性が低下することがある。例えば、特許文献２に記載された技術では、上部電極を、スパッタ法で形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９６３２９号公報
【特許文献２】特開２００７−２６６２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、良好な変位特性および高い信頼性を有する圧電素子を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記圧電素子を有する液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置を提供することにある。また、本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、上記圧電素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る圧電素子は、
第１電極層と、
前記第１電極層の上方に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上方に形成された第２電極層と、
を含み、
前記第２電極層は、
前記圧電体層の上面に形成された第１層と、
前記第１層の上面に形成された第２層と、
を有し、
前記第２層の材質は、前記第１層の材質と同じであり、
前記第２層の密度は、前記第１層の密度より小さい。
【０００７】
このような圧電素子によれば、密度の大きい第１層によって、圧電体層と第２電極層との界面状態を良好にして、高い信頼性を確保しつつ、密度の小さい第２層によって、圧電体層に対する拘束力を小さくして、良好な変位特性を有することができる。詳細は後述する。
【０００８】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下、「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下、「Ｂ」という）を形成する」などと用いる場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
【０００９】
本発明に係る圧電素子において、
前記第２層の厚みは、前記第１層の厚みより大きくてもよい。
【００１０】
このような圧電素子によれば、より良好な変位特性を有することができる。
【００１１】
本発明に係る圧電素子において、
前記圧電体層は、前記第１電極層を覆って形成され、
前記第２層は、さらに、前記圧電体層の側方に形成されていてもよい。
【００１２】
このような圧電素子によれば、圧電体層の側面に、密度の大きい第１層が形成されている場合に比べて、良好な変位特性を有することができる。さらに、第２層は、圧電体層に水分が浸入することを抑制できる。
【００１３】
本発明に係る圧電素子において、
前記第２電極は、上方に向かうにつれて、密度が小さくてもよい。
【００１４】
このような圧電素子によれば、良好な変位特性および高い信頼性を有することができる。
【００１５】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
本発明に係る圧電素子を含む。
【００１６】
このような液体噴射ヘッドによれば、液体の吐出特性が良好で、かつ高い信頼性を有することができる。
【００１７】
本発明に係る液体噴射装置は、
本発明に係る液体噴射ヘッドを含む。
【００１８】
このような液体噴射装置によれば、液体の吐出特性が良好で、かつ高い信頼性を有することができる。
【００１９】
本発明に係る圧電素子の製造方法は、
第１電極層を成膜する工程と、
前記第１電極層の上方に圧電体層を成膜する工程と、
スパッタ法によって、前記圧電体層の上面に、第２電極層を構成する第１層を成膜する工程と、
スパッタ法によって、前記第１層の上面に、前記第２電極層を構成する第２層を成膜する工程と、
を含み、
前記第２層は、前記第１層と同じ材質で形成され、
前記第２層を成膜するためのスパッタパワー密度は、前記第１層を成膜するためのスパッタパワー密度より、大きい。
【００２０】
このような圧電素子の製造方法によれば、密度の大きい第１層によって、圧電体層と第２電極層との界面状態を良好にして、高い信頼性を確保することができ、かつ、密度の小さい第２層によって、圧電体層に対する拘束力を小さくして、良好な変位特性を有することができる圧電素子を得ることができる。詳細は後述する。
【００２１】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記第１層を成膜する工程と、前記第２層を成膜する工程とは、連続して行われてもよい。
【００２２】
このような圧電素子の製造方法によれば、製造時間を短縮することができ、製造工程の効率を向上させることができる。
【００２３】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記第１層を成膜する工程および前記第２層を成膜する工程において、
スパッタパワー密度を徐々に大きくして、前記第１層および前記第２層を成膜してもよい。
【００２４】
このような圧電素子の製造方法によれば、変位特性が良好で、信頼性の高い圧電素子を得ることができる。
【００２５】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記第２層を成膜する工程の前に、前記第１層および前記圧電体層をパターニングする工程を、さらに含み、
前記第２層を成膜する工程において、
さらに、パターニングされた前記圧電体層の側方に、前記第２層を成膜してもよい。
【００２６】
このような圧電素子の製造方法によれば、圧電体層の側面に、密度の大きい第１層が形成されている場合に比べて、良好な変位特性を有する圧電素子を得ることができる。さらに、第２層は圧電体層に水分が浸入することを抑制できるので、別途保護層を形成しなくてもよく、工程の簡略化を図ることができる。
【００２７】
本発明に係る圧電素子の製造方法において、
前記第１層を成膜するためのスパッタパワー密度は、０．２ｋＷ／ｍ２以上１０ｋＷ／ｍ２以下であり、
前記第２層を成膜するためのスパッタパワー密度は、２０ｋＷ／ｍ２以上８０ｋＷ／ｍ２以下であってもよい。
【００２８】
このような圧電素子の製造方法によれば、確実に、第２層の密度を、第１層の密度より小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図２】実施例の疲労特性を示すグラフ。
【図３】実施例の変位特性を示すグラフ。
【図４】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態の変形例に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態の変形例に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図８】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図１０】本実施形態に係る液体噴射装置を模式的に示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
１．  圧電素子
まず、本実施形態に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る圧電素子１００を模式的に示す断面図である。
【００３２】
圧電素子１００は、図１に示すように、第１電極層１０と、圧電体層２０と、第２電極層３０と、を含む。さらに、圧電素子１００は、保護層４０を含むことができる。圧電素子１００は、例えば、基板１上に形成されている。
【００３３】
基板１は、例えば、半導体、絶縁体で形成された平板である。基板１は、単層であっても、複数の層が積層された構造であってもよい。基板１は、上面が平面的な形状であれば内部の構造は限定されず、例えば、内部に空間等が形成された構造であってもよい。
【００３４】
基板１は、可撓性を有し、圧電体層２０の動作によって変形（屈曲）することのできる振動板を含んでいてもよい。振動板の材質としては、例えば、酸化シリコン、酸化ジルコニウム、またはこれらの積層体が挙げられる。
【００３５】
第１電極層１０は、基板１上に形成されている。第１電極層１０の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第１電極層１０の厚みは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第１電極層１０の平面形状は、第２電極層３０が対向して配置されたときに両者の間に圧電体層２０を配置できる形状であれば、特に限定されないが、例えば、矩形ある。
【００３６】
第１電極層１０の材質としては、例えば、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（例えば酸化イリジウムなど）、ストロンチウムとルテニウムとの複合酸化物（ＳｒＲｕＯｘ：ＳＲＯ）、ランタンとニッケルとの複合酸化物（ＬａＮｉＯｘ：ＬＮＯ）が挙げられる。第１電極層１０は、上記に例示した材料の単層構造でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００３７】
第１電極層１０は、第２電極層３０と一対になって、圧電体層２０に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体層２０の下方に形成された下部電極）となることができる。
【００３８】
なお、基板１が振動板を有さず、第１電極層１０が振動板としての機能を有していてもよい。すなわち、第１電極層１０は、圧電体層２０に電圧を印加するための一方の電極としての機能と、圧電体層２０の動作によって変形することのできる振動板としての機能と、を有していてもよい。
【００３９】
また、図示はしないが、第１電極層１０と基板１との間には、例えば、両者の密着性を付与する層や、強度や導電性を付与する層が形成されてもよい。このような層の例としては、例えば、チタン、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの酸化物の層が挙げられる。
【００４０】
圧電体層２０は、第１電極層１０上に形成されている。圧電体層２０の形状は、例えば、層状または薄膜状である。圧電体層２０の厚みは、例えば、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である。圧電体層２０の上面２２および圧電体層２０の側面２４は、例えば、互いに鈍角で接続されている。なお、図示はしないが、上面２２および側面２４は、互いに直角で接続されていてもよい。
【００４１】
圧電体層２０としては、ペロブスカイト型酸化物の圧電材料を用いることができる。より具体的には、圧電体層２０の材質としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ）Ｏ３：ＰＺＴＮ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３）が挙げられる。
【００４２】
圧電体層２０は、圧電性を有することができ、第１電極層１０および第２電極層３０によって電圧が印加されることで変形することができる。
【００４３】
第２電極層３０は、圧電体層２０上に形成されている。第２電極層３０の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第２電極層３０の平面形状は、特に限定されないが、例えば、矩形ある。
【００４４】
第２電極層３０は、第１電極層１０と一対になって、圧電体層２０に電圧を印加するための他方の電極（例えば、圧電体層２０の上方に形成された上部電極）となることができる。
【００４５】
第２電極層３０は、第１層３２と、第２層３６と、を有する。第１層３２は、圧電体層２２の上面に形成されている。より具体的には、第１層３２は、圧電体層２０に接しており、第２電極層３０の下面を形成している。第１層３２の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第１層３２の厚みは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。第１層３２としては、第１電極２０の材質として列挙した上記材料を用いることができる。
【００４６】
第２層３６は、第１層３２の上面３４に形成されている。図示の例では、第２層３６は、第１層３２に接しており、第２電極層３０の上面を形成している。第２層３６の形状は、例えば、層状または薄膜状である。第２層３６の厚みは、第１層３２の厚みより大きく、例えば、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第２層３６の材質は、第１層３２の材質と同じである。
【００４７】
第２層３６の密度は、第１層３２の密度より小さい。すなわち、第１層３２は、第２層３６に比べて、緻密な層であるといえる。そのため、第２層３６のシート抵抗は、第１層３２のシート抵抗より大きいといえる。第２層３６の結晶性は、第１層３２の結晶性より低くてもよい。第２電極層３０は、第１層３２および第２層３６を有することにより、上方に向かうにつれて、密度が小さくなる。
【００４８】
なお、図示はしないが、第２電極層３０は、上方に向かうにつれて密度が小さくなれば、例えば、第２層３６の上方に形成された第３層、該第３層の上方に形成された第４層というように、第２層３６の上方に単層もしくは複数の層を有していてもよい。
【００４９】
また、第１層３２の密度は、第１層３２において均一であってもよいが、例えば、上方に向かうにつれて、徐々に密度が小さくなる分布を有していてもよい。同様に、第２層３６の密度は、第２層３６において均一であってもよいが、例えば、上方に向かうにつれて、徐々に密度が小さくなるような分布を有していてもよい。第１層３２および第２層３６の密度が分布を有することにより、第２電極層３０全体としても、上方に向かうにつれて、徐々に密度が小さくなるような分布を有することができる。
【００５０】
保護層４０は、第２層３６上および圧電体層２０の側方（側面２４）に形成されている。さらに、図示の例では、保護層４０は、第１電極層１０上にも形成されている。保護層４０の材質としては、例えば、酸化アルミニウムが挙げられる。保護層４０は、圧電体層２０に水分等が侵入することを抑制することができる。
【００５１】
保護層４０は、開口部４２を有することができる。開口部４２は、第２層３６上に形成されている。例えば、圧電体層２０は、保護層４０によって変形が制限され変位量が減少する場合があるが、開口部４２を形成することにより、保護層４０が圧電体層２０の変形に及ぼす影響を小さくし（圧電体層２０に対する拘束力を小さくし）、圧電素子１００の変位量の減少を抑えることができる。
【００５２】
本実施形態に係る圧電素子１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００５３】
圧電素子１００によれば、第１層３２上に形成された第２層３６は、第１層３２より小さい密度を有する。すなわち、圧電体層２０と接する第１層３２は、第２層３６より大きい密度を有する。そのため、圧電素子１００は、良好な疲労特性を有し、高い信頼性を有することができる。さらに、圧電素子１００は、良好な変位特性を有することができる。その理由について、以下に説明する。
【００５４】
まず、圧電素子１００が、高い信頼性を有することができる理由について説明する。
【００５５】
図２は、実施例１，２に係る圧電素子の疲労特性を示したグラフである。より具体的には、図２では、実施例１，２において、初期（パルスを印加する前の状態）と、印加後（１億回パルスを印加した後の状態）と、のヒステリシス曲線を示している。
【００５６】
実施例１，２としては、シリコン基板上に厚さ１μｍの酸化シリコン層および厚さ４００ｎｍの酸化ジルコン層を順に形成し、厚さ２０ｎｍのチタン層を介して、厚さ１００ｎｍの白金層、厚さ１μｍのＰＺＴ層、厚さ５０ｎｍのイリジウム層を順に形成して、圧電素子を得た。酸化シリコン層は、熱酸化法により形成した。酸化ジルコン層、チタン層、白金層、ＰＺＴ層、およびイリジウム層は、スパッタ法で形成した。
【００５７】
実施例１では、イリジウム層を５ｋＷ／ｍ２のスパッタパワー密度で形成した。実施例２では、イリジウム層を３０ｋＷ／ｍ２のスパッタパワー密度で形成した。その他のイリジウム層を形成するための条件としては、実施例１，２ともに、直流マグネトロンスパッタ装置を用いて行い、スパッタガスとしてＡｒを用い、スパッタガス圧を０．９Ｐａ、スパッタガス流量を５０ＳＣＣＭ、基板温度（すなわちＰＺＴ層などの被処理体の加熱温度）を２５０℃とした。
【００５８】
図２より、実施例１は、実施例２より疲労特性がよいことがわかる。これは、実施例１は、実施例２に比べて、イリジウム層を形成する際のスパッタパワー密度が小さいので、ＰＺＴ層に与えるダメージが小さく、イリジウム層とＰＺＴ層との界面状態が、良好なためである。
【００５９】
ここで、実施例１のイリジウム層のシート抵抗は、３．７５Ω／□であり、実施例２のイリジウム層のシート抵抗は、４．１５Ω／□であった。このことより、実施例１のイリジウム層は、実施例２のイリジウム層より、密度が大きく、緻密な層であることがわかる。すなわち、密度が大きいイリジウム層は、密度が小さいイリジウム層に比べて、ＰＺＴ層に与えるダメージを小さくすることができるといえる。
【００６０】
したがって、本実施形態に係る圧電素子１００では、圧電体層２０と接する第１層３２は、第２層３６より大きい密度を有するので、疲労特性がよく、高い信頼性を有することができる。上述のように、疲労特性は、第２電極層３０と圧電体層２０との界面状態に主に起因する。そのため、圧電素子１００のように、第１層３２上に密度が小さい第２層３６が形成されていても、第２層３６が疲労特性に及ぼす影響は、極めて小さく、圧電素子１００は、良好な疲労特性を有すると推察される。
【００６１】
次に、圧電素子１００が、良好な変位特性を有することができる理由について説明する。
【００６２】
図３は、実施例１，２に係る圧電素子の変位特性を示したグラフである。より具体的には、図３では、実施例１，２において、圧電素子の共振周波数に対する変位量を示している。
【００６３】
図３より、実施例２は、実施例１より変位量が大きく、変位特性がよいことがわかる。これは、上述のとおり、実施例２は、実施例１に比べて、イリジウム層の密度が小さいので、その分、ＰＺＴ層の変形（圧電素子の変位）に対する拘束力が小さいためである。
【００６４】
したがって、本実施形態に係る圧電素子１００では、第１層３２上に形成された第２層３６は、第１層３２より小さい密度を有するので、良好な変位特性を有することができる。例えば、第２層３６の厚みを第１層３２の厚みより大きくすることにより、圧電素子１００は、より良好な変位特性を有することができる。
【００６５】
以上のとおり、本実施形態に係る圧電素子１００は、密度の大きい第１層３２によって、圧電体層２０と第２電極層３０との界面状態を良好にして、高い信頼性を確保しつつ、密度の小さい第２層３６によって、圧電体層２０に対する拘束力を小さくして、良好な変位特性を有することができる。さらに、圧電素子１００では、第１層３２の材質と第２層３６の材質とは、同じであるので、簡易な工程で形成されることができる。
【００６６】
以上のような圧電素子１００は、例えば、圧力発生室内の液体を加圧する圧電アクチュエーターとして、液体噴射ヘッドや、該液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置（インクジェットプリンター）などに適用されてもよいし、圧電体層の変形を電気信号として検出する圧電センサー等その他の用途として用いてもよい。
【００６７】
２．  圧電素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図４および図５は、本実施形態に係る圧電素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００６８】
図４に示すように、基板１上に、第１電極層１０を形成する。ここで、基板１は、例えば、シリコン基板上に、酸化シリコン層および酸化ジルコン層を、この順で積層することにより形成される。酸化シリコン層は、例えば、熱酸化法により形成される。酸化ジルコン層は、例えば、スパッタ法により形成される。
【００６９】
第１電極層１０は、例えば、導電層（図示せず）を成膜した後、該導電層をパターニングすることにより形成される。導電層は、例えば、スパッタ法、真空蒸着法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により形成される。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により行われる。
【００７０】
次に、第１電極層１０上に、圧電体層２０ａを成膜する。圧電体層２０ａは、例えば、例えば、スパッタ法、レーザーアブレーション法、ＭＯＣＶＤ法、ゾルゲル法、ＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法などにより成膜される。
【００７１】
次に、圧電体層２０ａの上面２２ａに、第１層３２ａを成膜する。第１層３２ａは、スパッタ法により成膜される。第１層３２ａは、例えば、直流マグネトロンスパッタ装置を用いて行われる。第１層３２ａを成膜するためのスパッタパワー密度は、例えば、０．２ｋＷ／ｃｍ２以上１０ｋＷ／ｃｍ２以下である。スパッタパワー密度は、第１層３２ａを成膜する間、一定であってもよいし、徐々に大きくなるように変化してもよい。スパッタガスとしては、例えば、Ａｒ、Ｎｅ、およびこれらと酸素との混合ガスを用いる。その他、第１層３２ａを成膜するための条件として、例えば、スパッタガス圧を０．１Ｐａ以上２Ｐａ以下、スパッタガス流量を５ＳＣＣＭ以上１００ＳＣＣＭ以下、基板温度を２５℃以上３５０℃以下とすることができる。
【００７２】
図５に示すように、第１層３２ａの上面３４ａに、第２層３６ａを成膜する。第２層３６ａは、スパッタ法により成膜される。第２層３６ａを成膜するためのスパッタパワー密度は、第１層３２ａを成膜するためのスパッタパワー密度より大きく、例えば、２０ｋＷ／ｃｍ２以上８０ｋＷ／ｃｍ２以下である。スパッタパワー密度は、第２層３６ａを成膜する間、一定であってもよいし、徐々に大きくなるように変化してもよい。その他の第２層３６ａを成膜するための条件は、上述の第１層３２ａを成膜するための条件と同じである。
【００７３】
第１層３２ａの成膜と第２層３６ａの成膜とは、連続して行われてもよい。すなわち、第１層３２ａを成膜した後、スパッタ装置から被処理体（第１層３２ａ等が成膜された被処理体）を搬出せずに、引き続き第２層３６ａを成膜してもよい。例えば、第１層３２ａおよび第２層３６ａの成膜を連続で行う際に、スパッタパワー密度を徐々に大きくすることによって、第２電極層３０は、上方に向かうにつれて、徐々に密度が小さくなるような分布を有することができる。
【００７４】
なお、図示はしないが、例えば、第２層３６ａの上方に第３層を成膜し、該第３層の上方に第４層を成膜するというように、第２層３６ａの上方に単層もしくは複数の層を成膜していてもよい。各層は、スパッタ法で成膜され、上方に向かうにつれて、大きなスパッタパワー密度で成膜される。
【００７５】
図１に示すように、第１層３２ａ、第２層３６ａ、および圧電体層２０ａをパターニングして、第１層３２と第２層３６とを有する第２電極層３０、および圧電体層２０を形成する。パターニングは、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術などにより行われる。
【００７６】
なお、第１層３２ａ、第２層３６ａ、および圧電体層２０ａは、一括でパターニングされてもよいし、別々にパターニングされてもよい。また、図示はしないが、圧電体層２０ａをパターニングした後に、第１層３２ａおよび第２層３６ａを成膜してパターニングし第２電極層３０を形成してもよい。
【００７７】
次に、第２電極層３０上および圧電体層２０の側方（側面２４）に、保護層４０を形成する。保護層４０は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成される。次に、保護層４０をパターニングして、開口部４２を形成する。
【００７８】
以上の工程により、本実施形態に係る圧電素子１００を製造することができる。
【００７９】
本実施形態に係る圧電素子１００の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００８０】
圧電素子１００の製造方法によれば、第２層３６ａを成膜するためのスパッタパワー密度を、第１層３２ａを成膜するためのスパッタパワー密度より大きくすることができる。これにより、上述のように、第２層３６は、第１層３２より小さい密度を有する。すなわち、圧電体層２０と接する第１層３２は、第２層３６より大きい密度を有する。そのため、密度の大きい第１層３２によって、圧電体層２０と第２電極層３０との界面状態を良好にして、高い信頼性を確保することができ、かつ、密度の小さい第２層３６によって、圧電体層２０に対する拘束力を小さくして、良好な変位特性を有することができる圧電素子１００を得ることができる。
【００８１】
圧電素子１００の製造方法によれば、第１層３２ａの成膜と第２層３６ａの成膜とを、連続して行うことができる。すなわち、第１層３２ａを成膜した後、スパッタ装置から被処理体を搬出せずに、引き続き第２層３６ａを成膜することができる。これにより、製造時間を短縮することができ、製造工程の効率を向上させることができる。
【００８２】
圧電素子１００の製造方法によれば、第１層３２を成膜するためのスパッタパワー密度を、０．２ｋＷ／ｍ２以上１０ｋＷ／ｍ２以下とし、第２層３６を成膜するためのスパッタパワー密度を、２０ｋＷ／ｍ２以上８０ｋＷ／ｍ２以下とすることができる。これにより、確実に、第２層３６の密度を、第１層３２の密度より小さくすることができる。
【００８３】
３．  圧電素子の変形例
次に、本実施形態の変形例に係る圧電素子について、図面を参照しながら説明する。  図６は、本実施形態の変形例に係る圧電素子２００を模式的に示す断面図である。以下、本実施形態の変形例に係る圧電素子２００において、本実施形態に係る圧電素子１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８４】
圧電素子１００の例では、図１に示すように、第２層３６は、第１層３２の上面３４に形成されていた。これに対し、圧電素子２００では、図６に示すように、第２層３６は、第１層３２の上面３４、および圧電体層２０の側面２４に形成されている。図示の例では、第２層３６は、圧電体層２０の側面２４を覆って形成されている。図示の例では、第２層３６は、さらに基板１上にも形成されている。圧電素子２００では、圧電体層２０は、第１電極層１０を覆って（第１電極層１０の上面および側面を覆って）形成されている。
【００８５】
次に、本実施形態の変形例に係る圧電素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の変形例に係る圧電素子２００の製造方法を模式的に示す断面図である。
【００８６】
圧電素子２００の製造方法において、第１層３２ａを成膜する工程までは、基本的に圧電素子１００の製造方法と同じなので省略する。ただし、圧電素子２００の製造方法では、第１電極層１０は、圧電体層２０ａに覆われるように形成される。
【００８７】
圧電素子２００の製造方法では、図７に示すように、第２層３６ａを成膜する前に、第１層３２ａおよび圧電体層２０ａをパターニングして、第１層３２および圧電体層２０を形成する。次に、図６に示すように、第２層３６を成膜する。第２層３６は、必要に応じてパターニングされる。なお、第２層３６の成膜条件は、圧電素子１００の製造方法と同じである。
【００８８】
本実施形態の変形例に係る圧電素子２００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００８９】
圧電素子２００によれば、第２層３６は、圧電体層２０の側面２４に形成されている。そのため、第２層３６によって、圧電体層２０に水分等が侵入することを抑制できる。すなわち、第２層３６は、圧電体層２０を保護する機能を有する。したがって、圧電素子２００では、圧電素子１００のように保護層４０を形成しなくても（図１参照）、圧電体層２０を保護することができる。そのため、工程の簡略化を図ることができる。
【００９０】
圧電素子２００によれば、上述のように、圧電体層２０の側面２４には、第１層３２より密度が小さい第２層３６が形成されている。仮に、圧電体層の側面に、密度の大きい層が形成されていると、該層によって圧電体層の変形が拘束され、圧電素子の変位特性が悪化することがある。このような形態に比べて、圧電素子２００は、良好な変位特性を有することができる。
【００９１】
４．  液体噴射ヘッド
次に、本実施形態にかかる液体噴射ヘッドについて、図面を参照しながら説明する。図８は、液体噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図である。図９は、液体噴射ヘッド６００の分解斜視図であり、通常使用される状態とは上下を逆に示したものである。
【００９２】
液体噴射ヘッド６００は、本発明に係る圧電素子を有する。以下では、本発明に係る圧電素子として、圧電素子１００を用いた例について説明する。
【００９３】
液体噴射ヘッド６００は、図８および図９に示すように、例えば、振動板１ａと、ノズル板６１０と、流路形成基板６２０と、圧電素子１００と、筐体６３０と、を含む。なお、図９では、圧電素子１００を簡略化して図示している。
【００９４】
ノズル板６１０は、図８および図９に示すように、ノズル孔６１２を有する。ノズル孔６１２からは、インクが吐出される。ノズル板６１０には、例えば、複数のノズル孔６１２が設けられている。図９に示す例では、複数のノズル孔６１２は、一列に並んで形成されている。ノズル板６１０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）が挙げられる。
【００９５】
流路形成基板６２０は、ノズル板６１０上（図９の例では下）に設けられている。流路形成基板６２０の材質としては、例えば、シリコンが挙げられる。流路形成基板６２０がノズル板６１０と振動板１ａとの間の空間を区画することにより、図９に示すように、リザーバー（液体貯留部）６２４と、リザーバー６２４と連通する供給口６２６と、供給口６２６と連通する圧力発生室６２２と、が設けられている。図９に示す例では、リザーバー６２４と、供給口６２６と、圧力発生室６２２と、が区別されているが、これらはいずれも液体の流路（例えば、マニホールドということもできる）であって、このような流路はどのように設計されても構わない。例えば、供給口６２６は、図示の例では流路の一部が狭窄された形状を有しているが、設計にしたがって任意に形成することができ、必ずしも必須の構成ではない。
【００９６】
リザーバー６２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、振動板１ａに設けられた貫通孔６２８を通じて供給されるインクを一時貯留することができる。リザーバー６２４内のインクは、供給口６２６を介して、圧力発生室６２２に供給されることができる。圧力発生室６２２は、振動板１ａの変形により容積が変化する。圧力発生室６２２はノズル孔６１２と連通しており、圧力発生室６２２の容積が変化することによって、ノズル孔６１２からインク等が吐出される。
【００９７】
なお、リザーバー６２４および供給口６２６は、圧力発生室６２２と連通していれば、流路形成基板６２０とは別の部材（図示せず）に設けられていてもよい。
【００９８】
圧電素子１００は、流路形成基板６２０上（図９の例では下）に設けられている。圧電素子１００は、駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、駆動回路の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。振動板１ａは、圧電体層３０の動作によって変形し、圧力発生室６２２の内部圧力を適宜変化させることができる。
【００９９】
筐体６３０は、図９に示すように、ノズル板６１０、流路形成基板６２０、振動板１ａ、および圧電素子１００を収納することができる。筐体６３０の材質としては、例えば、樹脂、金属などを挙げることができる。
【０１００】
液体噴射ヘッド６００によれば、良好な変位特性および高い信頼性を備えた圧電素子１００を有する。したがって、液体噴射ヘッド６００は、液体の吐出特性が良好で、かつ高い信頼性を有することができる。
【０１０１】
なお、上記の例では、液体噴射ヘッド６００がインクジェット式記録ヘッドである場合について説明した。しかしながら、本実施形態の液体噴射ヘッドは、例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッドなどとして用いられることもできる。
【０１０２】
５．  液体噴射装置
次に、本実施形態にかかる液体噴射装置について、図面を参照しながら説明する。図１０は、本実施形態にかかる液体噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。
【０１０３】
液体噴射装置７００は、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。以下では、本発明に係る液体噴射ヘッドとして、液体噴射ヘッド６００を用いた例について説明する。
【０１０４】
液体噴射装置７００は、図１０に示すように、ヘッドユニット７３０と、駆動部７１０と、制御部７６０と、を含む。液体噴射装置７００は、さらに、液体噴射装置７００は、装置本体７２０と、給紙部７５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ７２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口７２２と、装置本体７２０の上面に配置された操作パネル７７０と、を含むことができる。
【０１０５】
ヘッドユニット７３０は、上述した液体噴射ヘッド６００から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット７３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ７３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ７３１を搭載した運搬部（キャリッジ）７３２と、を備える。
【０１０６】
駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０を往復動させることができる。駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０の駆動源となるキャリッジモーター７４１と、キャリッジモーター７４１の回転を受けて、ヘッドユニット７３０を往復動させる往復動機構７４２と、を有する。
【０１０７】
往復動機構７４２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７４４と、キャリッジガイド軸７４４と平行に延在するタイミングベルト７４３と、を備える。キャリッジガイド軸７４４は、キャリッジ７３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ７３２を支持している。さらに、キャリッジ７３２は、タイミングベルト７４３の一部に固定されている。キャリッジモーター７４１の作動により、タイミングベルト７４３を走行させると、キャリッジガイド軸７４４に導かれて、ヘッドユニット７３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッド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。
【０１０８】
なお、本実施形態では、液体噴射ヘッド６００および記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる液体噴射装置の例を示しているが、本発明の液体噴射装置は、液体噴射ヘッド６００および記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であればよい。また、本実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液体噴射装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、適宜構成を変更することができる。
【０１０９】
制御部７６０は、ヘッドユニット７３０、駆動部７１０および給紙部７５０を制御することができる。
【０１１０】
給紙部７５０は、記録用紙Ｐをトレイ７２１からヘッドユニット７３０側へ送り込むことができる。給紙部７５０は、その駆動源となる給紙モーター７５１と、給紙モーター７５１の作動により回転する給紙ローラー７５２と、を備える。給紙ローラー７５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー７５２ａおよび駆動ローラー７５２ｂを備える。駆動ローラー７５２ｂは、給紙モーター７５１に連結されている。制御部７６０によって供紙部７５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット７３０の下方を通過するように送られる。ヘッドユニット７３０、駆動部７１０、制御部７６０および給紙部７５０は、装置本体７２０の内部に設けられている。
【０１１１】
液体噴射装置７００によれば、液体の吐出特性が良好で、かつ信頼性の高い液体噴射ヘッド６００を有する。したがって、液体噴射装置７００は、液体の吐出特性が良好で、かつ高い信頼性を有することができる。
【０１１２】
なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
【０１１３】
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。したがって、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。
【符号の説明】
【０１１４】
１  基体、１ａ  振動板、１０  第１電極層、２０  圧電体層、２２  圧電体層の上面、
２４  圧電体層の側面、３０  第２電極層、３２  第１層、３４  第１層の上面、
３６  第２層、４０  保護層、４２  開口部、１００  圧電素子、２００  圧電素子、
６００  液体噴射ヘッド、６１０  ノズル板、６１２  ノズル孔、
６２０  流路形成基板、６２２  圧力発生室、６２４  リザーバー、６２６  供給口、
６２８  貫通孔、６３０  筐体、７００  液体噴射装置、７１０  駆動部、
７２０  装置本体、７２１  トレイ、７２２  排出口、７３０  ヘッドユニット、
７３１  インクカートリッジ、７３２  キャリッジ、７４１  キャリッジモーター、
７４２  往復動機構、７４３  タイミングベルト、７４４  キャリッジガイド軸、
７５０  給紙部、７５１  給紙モーター、７５２  給紙ローラー、
７５２ａ  従動ローラー、７５２ｂ  駆動ローラー、７６０  制御部、
７７０  操作パネル
【図１】
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【図２】
2012139922.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012139922.tif 000008
【図７】
2012139922.tif 000009
【図８】
2012139922.tif 000010
【図９】
2012139922.tif 000011
【図１０】
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