(57)【要約】【課題】信頼性の高い圧電素子を提供する。【解決手段】圧電素子１００は、第１電極２０と、第１電極２０の上方に形成された第１積層体１２と、第１電極２０の上方に第１積層体１２と離間して形成された第２積層体１４と、第１積層体１２の側面、第２積層体１４の側面、および第１積層体１２と第２積層体１４との間であって第１電極２０の表面を覆う被覆層６０と、を含み、第１積層体１２および第２積層体１４は、第１電極２０の上方に形成された圧電体３０と、圧電体３０の上方に形成された第２電極４０と、を有し、第１電極２０は、塩素と化学反応する金属を含有し、第１積層体１２と第２積層体１４との間であって第１電極２０の表面２０ａには、凸部５０および凹部の少なくとも一方が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された第１積層体と、
前記第１電極の上方に前記第１積層体と離間して形成された第２積層体と、
前記第１積層体の側面、前記第２積層体の側面、および前記第１積層体と前記第２積層体との間であって前記第１電極の表面を覆う被覆層と、
を含み、
前記第１積層体および前記第２積層体は、
前記第１電極の上方に形成された圧電体と、
前記圧電体の上方に形成された第２電極と、
を有し、
前記第１電極は、塩素と化学反応する金属を含有し、
前記第１積層体と前記第２積層体との間であって前記第１電極の表面には、凸部および凹部の少なくとも一方が形成されている、圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１電極は、ランタンおよびニッケルを含有する層の単層構造、または、白金またはイリジウムを含有する層とランタンおよびニッケルを含有する層とをこの順で積層した積層構造である、圧電素子。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記凸部は、複数形成され、
単位面積あたりの前記凸部の数は、前記第１積層体および前記第２積層体に近づくに従って多くなる、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、
前記凸部は、空洞部を有し、
前記被覆層の一部は、前記空洞部に形成されている、圧電素子。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記凹部は、複数形成され、
単位面積あたりの前記凹部の数は、前記第１積層体および前記第２積層体に近づくに従って多くなる、圧電素子。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項において、
前記凸部は、ランタン、ニッケル、および塩素を含有する、圧電素子。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の圧電素子を含む、圧電アクチュエーター。
【請求項８】
請求項７に記載の圧電アクチュエーターを含む、液体噴射ヘッド。
【請求項９】
請求項８に記載の液体噴射ヘッドを含む、液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド、および液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子は、電圧印加によりその形状を変化させる特性を有する素子であり、圧電体を電極で挟んだ構造を有する。圧電素子は、例えばインクジェットプリンターの液体噴射ヘッドや、各種アクチュエーターなど多様な用途に用いられている。
【０００３】
圧電素子を構成する圧電体は、湿気などにより劣化しやすい。例えば、特許文献１に記載のインクジェット式記録ヘッドでは、圧電体層の大気からの吸湿に起因した劣化の問題を解決するために、保護膜を圧電体層の側面や下部電極の上面に設けている。
【０００４】
このような構造の圧電素子において信頼性を向上させるためには、保護膜と、圧電体や下部電極との密着性を高めることが重要である。保護膜と圧電体や下部電極との密着性が良好でない場合には、吸湿に起因した圧電体の劣化を防ぐことができなかったり、電圧を印加して圧電素子を駆動させた際に、保護膜と圧電体との間に発生した間隙に起因してリーク電流が発生し、上部電極と下部電極との間での短絡につながったりする可能性がある。このように保護膜と圧電体や下部電極との密着性が良好でない場合には、圧電素子の信頼性が低下する可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２６０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、信頼性の高い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、上記圧電素子を含む、圧電アクチュエーター、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る圧電素子は、
第１電極と、
前記第１電極の上方に形成された第１積層体と、
前記第１電極の上方に前記第１積層体と離間して形成された第２積層体と、
前記第１積層体の側面、前記第２積層体の側面、および前記第１積層体と前記第２積層体との間であって前記第１電極の表面を覆う被覆層と、
を含み、
前記第１積層体および前記第２積層体は、
前記第１電極の上方に形成された圧電体と、
前記圧電体の上方に形成された第２電極と、
を有し、
前記第１電極は、塩素と化学反応する金属を含有し、
前記第１積層体と前記第２積層体との間であって前記第１電極の表面には、凸部および凹部の少なくとも一方が形成されている。
【０００８】
このような圧電素子によれば、第１積層体と第２積層体との間であって第１電極の表面には、凸部および凹部の少なくとも一方が形成されている。これにより、第１電極の表面に凸部および凹部が形成されていない場合と比べて、被覆層（保護膜）との接触面積を増加させることができる。したがって、被覆層と第１電極との密着性が向上し、高い信頼性を有することができる。
【０００９】
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」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、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。
【００１０】
本発明に係る圧電素子において、
前記第１電極は、ランタンおよびニッケルを含有する層の単層構造、または、白金またはイリジウムを含有する層とランタンおよびニッケルを含有する層とをこの順で積層した積層構造であることができる。
【００１１】
このような圧電素子によれば、第１電極が塩素と化学反応する材質を含むため、塩素系ガスを用いたドライエッチングで凸部および凹部を容易に形成することができ、製造工程を容易化することができる。
【００１２】
本発明に係る圧電素子において、
前記凸部は、複数形成され、
単位面積あたりの前記凸部の数は、前記第１積層体および前記第２積層体に近づくに従って多くなることができる。
【００１３】
このような圧電素子によれば、第１積層体の近傍および第２積層体の近傍における被覆層と第１電極との密着性を高めることができる。
【００１４】
本発明に係る圧電素子において、
前記凸部は、空洞部を有し、
前記被覆層の一部は、前記空洞部に形成されていることができる。
【００１５】
このような圧電素子によれば、被覆層と第１電極との密着性をより高めることができる。
【００１６】
本発明に係る圧電素子において、
前記凹部は、複数形成され、
単位面積あたりの前記凹部の数は、前記第１積層体および前記第２積層体に近づくに従って多くなることができる。
【００１７】
このような圧電素子によれば、第１積層体の近傍および第２積層体の近傍における被覆層と第１電極との密着性を高めることができる。
【００１８】
本発明に係る圧電素子において、
前記凸部は、ランタン、ニッケル、および塩素を含有することができる。
【００１９】
本発明に係る圧電アクチュエーターは、
本発明に係る圧電素子を含む。
【００２０】
このような圧電アクチュエーターによれば、本発明に係る圧電素子を含むため、高い信頼性を有することができる。
【００２１】
本発明に係る液体噴射ヘッドは、
本発明に係る圧電アクチュエーターを含む。
【００２２】
このような液体噴射ヘッドによれば、本発明に係る圧電アクチュエーターを含むため、高い信頼性を有することができる。
【００２３】
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。
【００２４】
このような液体噴射装置によれば、本発明に係る液体噴射ヘッドを含むため、高い信頼性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図２】本実施形態に係る圧電素子を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る圧電素子の凸部を模式的に示す断面図。
【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】本実施形態に係る圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図７】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８】本実施形態に係る実験例のＳＥＭ観察結果。
【図９】本実施形態の変形例に係る圧電素子を模式的に示す平面図。
【図１０】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１１】本実施形態の変形例に係る圧電素子の凹部を模式的に示す断面図。
【図１２】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１３】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１４】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１５】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１６】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】
【００２６】
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。
【００２７】
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を模式的に示す平面図である。図２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。なお、図１では、便宜上、被覆層６０の図示を省略している。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００２８】
圧電素子１００は、図１および図２に示すように、第１電極２０と、積層体１０と、被覆層６０と、を含む。積層体１０は、圧電体３０と、第２電極４０と、を含むことができる。圧電素子１００は、基板１上に形成されている。
【００２９】
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。
【００３０】
基板１は、例えば、可撓性を有し、圧電体３０の動作によって変形（屈曲）することのできる振動板を有していてもよい。この場合、圧電素子１００は、振動板を含む圧電アクチュエーター１０２となる。基板１は、圧力室などを区画する壁の一部を構成していてもよい。圧電アクチュエーター１０２を液体噴射ヘッドに使用する場合、基板１（振動板）のたわみによって、圧力室の容積を変化させることができる。基板１が振動板を有する場合、振動板の材質としては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、窒化シリコン、酸化シリコンなどの無機酸化物、ステンレス鋼などの合金が挙げられる。振動板は、これら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。
【００３１】
なお、基板１が振動板を有しておらず、第１電極２０が振動板であってもよい。すなわち、第１電極２０は、圧電体３０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３０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。この場合においても、圧電素子１００は、圧電アクチュエーター１０２となることができる。
【００３２】
第１電極２０は、基板１上に形成されている。図示はしないが、第１電極２０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。
【００３３】
第１電極２０の形状は、例えば、層状または薄膜状の形状である。第１電極２０の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第１電極２０の平面形状は、第２電極４０が対向して配置されたときに両者の間に圧電体３０を配置できる形状であれば、特に限定されない。第１電極２０の表面２０ａは、例えば、平滑である。隣り合う積層体（例えば第１積層体１２と第２積層体１４）の間における第１電極２０の表面２０ａは、圧電体３０で覆われていない。
【００３４】
第１電極２０は、塩素と化学反応する金属を含有している。具体的には、第１電極２０は、ランタンおよびニッケルを含有する層の単層構造、または、図示はしないが、白金またはイリジウムを含有する層とランタンおよびニッケルを含有する層とをこの順で積層した積層構造である。ランタンおよびニッケルを含有する層としては、例えば、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２０は、例えば、塩素と化学反応する金属が主成分である。第１電極２０は、塩素と化学反応する金属に加えて、当該金属以外の元素を含有していてもよい。
【００３５】
積層体１０間（例えば第１積層体１２と第２積層体１４との間）であって第１電極２０の表面２０ａには、凸部５０が形成されている。凸部５０は、第１電極２０の表面２０ａに対して外方に突き出た部分である。凸部５０の形状は特に限定されず、例えば半球状である。凸部５０は、図１および図２に示すように、複数形成されている。複数の凸部５０の各々の形状は、異なっていても同じであってもよい。図１に示すように、単位面積あたりの凸部５０の数は、積層体１０に近づくに従って多くなっている。言い換えると、単位面積あたりの凸部５０の数は、第１積層体１２と第２積層体１４との中間地点（第１電極２０の表面２０ａにおいて第１積層体１２からの距離と第２積層体１４からの距離とが等しい箇所）２２から第１積層体１２に向かうに従って多くなり、同様に、中間地点２２から第２積層体１４に向かうに従って多くなっている。すなわち、積層体１０の近傍における単位面積あたりの凸部５０の数は、中間地点２２近傍における単位面積あたりの凸部５０の数よりも多い。
【００３６】
図３は、凸部５０の断面図である。凸部５０は、図３に示すように、空洞部５２を有していることができる。空洞部５２は、外部と連通しており、被覆層６０の一部は、空洞部５２に形成されている。図示の例では、空洞部５２は、被覆層６０の一部によって埋まっている。凸部５０の高さ（第１電極２０の表面２０ａと凸部５０の頂点との間の距離）Ｈは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。また、凸部５０の幅は、２０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である。これにより、被覆層６０と第１電極２０との密着性を高めることができる。凸部５０は、例えば、ランタン、ニッケル、および塩素を含有している。具体的には、凸部５０は、例えば、ＬＮＯの塩化物である。
【００３７】
第１電極２０の機能の一つとしては、第２電極４０と一対になって、圧電体３０に電圧を印加するための一方の電極（例えば、圧電体３０の下方に形成された下部電極）となることが挙げられる。第１電極２０は、複数の積層体１０の共通電極であってもよい。より具体的には、第１積層体１２に電圧を印加するための第１電極２０と、第２積層体１４に電圧を印加するための第１電極２０とは、電気的に接続されていてもよい。図１に示す例では、第１積層体１２に電圧を印加するための第１電極２０と、第２積層体１４に電圧を印加するための第１電極２０とは、共通電極として一体的に形成されている。
【００３８】
積層体１０は、第１電極２０上に形成されている。積層体１０は、例えば複数設けられており、図１に示す例では３つ設けられているが、その数は特に限定されない。複数の積層体１０は、互いに離間して設けられており、例えば、第２電極４０の短手方向に並んで配置されていてもよい。すなわち、第２電極４０の短手方向は、複数の積層体１０が併設される方向（併設方向）である。圧電素子１００では、積層体（圧電体３０、第２電極４０）１０の短手方向が、併設方向に対して平行であり、積層体１０の長手方向が、併設方向に対して垂直である。
【００３９】
圧電体３０は、第１電極２０上に形成されている。圧電体３０の厚さは、例えば、３００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である。
【００４０】
圧電体３０は、圧電材料によって形成される。そのため圧電体３０は、第１電極２０および第２電極４０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。圧電素子１００が圧電アクチュエーター１０２である場合は、この変形により振動板は変形（屈曲）することができる。
【００４１】
圧電体３０の材質としては、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物（たとえば、Ａは、Ｐｂを含み、Ｂは、ＺｒおよびＴｉを含む）が好適である。このような材料の具体例としては、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）、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）などが挙げられる。
【００４２】
第２電極４０は、圧電体３０上に形成されている。第２電極４０は、第１電極２０と対向して配置されている。第２電極４０の形状は、例えば、層状または薄膜状の形状である。第２電極４０の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。第２電極４０の平面形状は、第１電極２０に対向して配置されたときに両者の間に圧電体３０を配置できる形状であれば、特に限定されない。図示の例では、第２電極４０の平面形状は、長方形である。
【００４３】
第２電極４０の材質は、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）などを例示することができる。第２電極４０は、これら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。
【００４４】
第２電極４０の機能の一つとしては、第１電極２０と一対になって、圧電体３０に電圧を印加するための他方の電極（例えば、圧電体３０の上方に形成された上部電極）となることが挙げられる。第２電極４０は、複数の積層体１０において個別電極であってもよい。すなわち、第１積層体１２の第２電極４０と、第２積層体１４の第２電極４０とは、電気的に分離していてもよい。第２電極４０は、配線４２を介して図示しない圧電素子駆動回路と電気的に接続されていてもよい。
【００４５】
被覆層６０は、少なくとも積層体１０の側面、および積層体１０間（例えば、第１積層体１２と第２積層体１４との間）であって第１電極２０の表面２０ａを覆っている。被覆層６０は、第１電極２０の表面２０ａにおいて凸部５０を覆っている。図示の例では、被覆層６０は、積層体１０の上面も覆っている。被覆層６０の機能の一つとしては、圧電体３０の大気からの吸湿に起因した劣化を抑制または防止することが挙げられる。すなわち、被覆層６０は、圧電体３０を湿気等から保護する保護膜として機能することができる。
【００４６】
被覆層６０の材質は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、公知の有機材料が挙げられる。公知の有機材料としては、例えば、フォトレジストであってもよいし、ポリイミド、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリビニルアルコール誘導体等の樹脂組成物であってもよい。
【００４７】
圧電素子１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４８】
圧電素子１００は、積層体１０間であって第１電極２０の表面２０ａには凸部５０が形成されている。これにより、第１電極２０の表面２０ａに凸部５０が形成されていない場合と比べて、被覆層６０との接触面積を増加させることができる。したがって、被覆層６０と第１電極２０との密着性が向上し、高い信頼性を有することができる。
【００４９】
圧電素子１００では、第１電極２０は、ランタンおよびニッケルを含有する層の単層構造、または、白金またはイリジウムを含有する層とランタンおよびニッケルを含有する層とをこの順で積層した積層構造である、すなわち、第１電極２０が塩素と化学反応する材質を含むため、後述するように塩素系ガスを用いたドライエッチングで凸部５０を容易に形成することができ、製造工程を容易化することができる。
【００５０】
圧電素子１００では、凸部５０は、複数形成され、単位面積あたりの凸部５０の数は、積層体１０に近づくに従って多くなる。これにより、積層体１０の近傍における被覆層６０と第１電極２０との密着性を高めることができる。
【００５１】
圧電素子１００では、凸部５０は、空洞部５２を有し、被覆層６０の一部は、空洞部５２に形成されている。これにより、被覆層６０と第１電極２０の密着性をより高めることができる。
【００５２】
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〜図７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。
【００５３】
図４に示すように、基板１上に、第１電極２０を形成する。第１電極２０は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法等による成膜後、パターニングすることにより形成される。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。
【００５４】
次に、第１電極２０上に第１圧電材料膜３０ａを成膜する。第１圧電材料膜３０ａは、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法、レーザーアブレーション法により成膜される。第１圧電材料膜３０ａは、結晶化を目的として熱処理されてもよい。
【００５５】
図５に示すように、第１圧電材料膜３０ａをパターニングする。パターニングは、例えば、公知のドライエッチング技術により行われる。公知のドライエッチング技術としては、例えば、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）のような高密度プラズマ装置を用いたドライエッチングが挙げられる。ドライエッチングに用いるエッチングガスには、塩素系ガスを主成分とした混合ガスを用いることができる。例えば、ＢＣｌ３、ＣＦ４、およびＡｒを含むガスや、Ｃｌ２およびＡｒを含むガスなどが挙げられる。高密度プラズマ装置（ドライエッチング装置）において、１．０Ｐａ以下の圧力に設定すると良好にエッチングを行うことができる。
【００５６】
ここで、本工程において、塩素系ガスを用いることにより、第１電極２０の表面２０ａに第１電極２０を構成する物質（例えばＬＮＯ）と塩素との反応物が生成され、凸部５０が形成される。また、パターニングの際に用いるレジスト（図示しない）の近傍において、反応物が多く生成されるため、凸部５０は、パターニングされた第１圧電材料膜３０ａの近傍に多く形成される。
【００５７】
次に、Ｔｉ層（図示しない）を第１圧電材料膜３０ａ上および第１電極２０上に成膜する。Ｔｉ層は、例えば、スパッタ法により成膜される。Ｔｉ層は、後述する第２圧電材料膜３０ｂの結晶成長を制御することができる。これにより、配向性の高い圧電体３０を得ることができる。
【００５８】
図６に示すように、第２圧電材料膜３０ｂを、Ｔｉ層を介して、第１電極２０上、第１圧電材料膜３０ａ上、および凸部５０上に成膜する。第２圧電材料膜３０ｂは、第１圧電材料膜３０ａと同様に成膜される。第２圧電材料膜３０ｂは、結晶化を目的として熱処理されてもよい。なお、Ｔｉ層は、熱処理時に第２圧電材料膜３０ｂに取り込まれる。
【００５９】
次に、第２圧電材料膜３０ｂ上に導電材料膜４０ａを成膜する。導電材料膜４０ａは、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法により成膜される。
【００６０】
図７に示すように、導電材料膜４０ａおよび第２圧電材料膜３０ｂをパターニングして、第２電極４０および圧電体３０を形成する。パターニングは、例えば、第１圧電材料膜３０ａのパターニングと同様に行われる。したがって、本工程においても同様に、塩素系ガスを用いることにより、第１電極２０の表面２０ａに凸部５０が形成される。また、パターニングの際に用いるレジスト（図示しない）の近傍において、反応物が多く生成されるため、凸部５０は、圧電体３０の近傍に多く形成される。
【００６１】
ここでは、凸部５０が、第１圧電材料膜３０ａをパターニングする工程および第２圧電材料膜３０ｂをパターニングする工程の両方で形成される場合について説明したが、凸部５０は、第１圧電材料膜３０ａをパターニングする工程のみで形成されてもよいし、第２圧電材料膜３０ｂをパターニングする工程のみで形成されてもよい。
【００６２】
図１に示すように、第２電極４０と電気的に接続する配線４２を形成する。配線４２は、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法等による成膜後、パターニングすることにより形成される。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。
【００６３】
図２に示すように、少なくとも積層体１０の側面、積層体１０間であって第１電極２０の表面２０ａを覆うように被覆層６０を形成する。被覆層６０は、例えばスピンコート法、スパッタ法等による成膜後、パターニングすることにより形成される。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って行われる。
【００６４】
以上の工程により、圧電素子１００を製造することができる。
【００６５】
圧電素子１００の製造方法によれば、上記のとおり信頼性の高い圧電素子１００を得ることができる。
【００６６】
３．  実験例
以下に実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実験例によってなんら限定されるものではない。
【００６７】
（１）  試料の作製
まず、シリコン基板上に、スパッタ法により、酸化シリコン（ＳｉＯ２）および酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）をこの順で成膜し、基板を形成した。次に、基板上にＬＮＯを成膜し、第１電極を形成した。次に、ＭＯＤ法によりＰＺＴ（第１圧電材料膜）を形成し、高密度プラズマ装置（ドライエッチング装置）でパターニングした。エッチングガスには、塩素系ガスを主成分とした混合ガスを用い（例えば、ＢＣｌ３、ＣＦ４、およびＡｒを含むガスやＣｌ２およびＡｒを含むガス）、１．０Ｐａ以下の圧力に設定した。次に、スパッタ法によりＴｉ層を成膜し、ＭＯＤ法によりＰＺＴ（第２圧電材料膜）を形成した。次に、ＰＺＴ（第２圧電材料膜）を、高密度プラズマ装置（ドライエッチング装置）でパターニングして圧電体を形成した。エッチングガスには、ＢＣｌ３を含む塩素系ガスを主成分とする混合ガスを用い、１．０Ｐａ以下の圧力に設定した。
【００６８】
（２）  ＳＥＭ観察結果
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、上記のように作製した試料のＳＥＭ観察結果である。図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すＳＥＭ観察結果より、第１電極の表面には、凸部が形成されていることが確認できた。また、図８（Ｂ）に示すＳＥＭ観察結果より、凸部に空洞部が形成されていることが確認できた。
【００６９】
４．  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９は、本実施形態の変形例に係る圧電素子２００を模式的に示す平面図である。図１０は、本実施形態に係る圧電素子２００を模式的に示す断面図である。なお、図９では、便宜上、被覆層６０の図示を省略している。また、図１０は、図９のＩＸ−ＩＸ線断面図である。以下、圧電素子２００において、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。
【００７０】
圧電素子２００では、図９および図１０に示すように、積層体１０間であって第１電極２０の表面２０ａには、凹部５５が形成されている。
【００７１】
凹部５５は、第１電極２０の表面２０ａに形成された窪みである。凹部５５は、複数形成されている。凹部５５の形状は特に限定されず、例えば半球状である。また、複数の凹部５５の各々の形状は、異なっていても同じであってもよい。図９に示すように、単位面積あたりの凹部５５の数は、積層体１０に近づくに従って多くなっている。言い換えると、単位面積あたりの凹部５５の数は、第１積層体１２と第２積層体１４との中間地点（第１電極２０の表面２０ａにおいて第１積層体１２からの距離と第２積層体１４からの距離とが等しい箇所）２２から第１積層体１２に向かうに従って多くなり、同様に、中間地点２２から第２積層体１４に向かうに従って多くなっている。すなわち、積層体１０の近傍における単位面積あたりの凹部５５の数は、中間地点２２近傍における単位面積あたりの凹部５５の数よりも多い。
【００７２】
図１１は、凹部５５の断面図である。被覆層６０は、凹部５５に沿って形成されている。凹部５５の深さ（第１電極２０の表面２０ａと凹部５５の最下点との間の距離）Ｄは、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。また、凹部５５の幅は２０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下である。これにより、被覆層６０と第１電極２０との密着性を高めることができる。
【００７３】
圧電素子２００は、以下の特徴を有する。
【００７４】
圧電素子２００は、積層体１０間であって、第１電極２０の表面２０ａには凹部５５が形成されている。これにより、第１電極２０の表面２０ａに凹部５５が形成されていない場合と比べて、被覆層６０との接触面積を増加させることができる。したがって、被覆層６０と第１電極２０との密着性が向上し、高い信頼性を有することができる。
【００７５】
圧電素子２００では、第１電極２０は、ランタンおよびニッケルを含有する層の単層構造、または、白金またはイリジウムを含有する層とランタンおよびニッケルを含有する層とをこの順で積層した積層構造である。すなわち、第１電極２０が塩素と化学反応する材質を含むため、後述するように塩素ガスを用いたドライエッチングで凹部５５を容易に形成することができ、製造工程を容易化することができる。
【００７６】
圧電素子２００では、凹部５５は、複数形成され、単位面積あたりの凹部５５の数は、積層体１０に近づくに従って多くなる。これにより、積層体１０の近傍における被覆層６０と第１電極２０との密着性を高めることができる。
【００７７】
５．  変形例に係る圧電素子の製造方法
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１２〜図１３は、本実施形態の変形例に係る圧電素子２００の製造工程を模式的に示す断面図である。なお、上述した圧電素子１００の製造方法と異なる点について説明し、同様の点については詳細な説明を省略する。
【００７８】
まず、基板１上に、第１電極２０を形成する。次に、第１電極２０上に第１圧電材料膜３０ａを成膜し、パターニングする。パターニングは、ドライエッチングにより行われ、ドライエッチングに用いるエッチングガスには、塩素系ガスを主成分とする混合ガスを用いることができる。例えば、ＢＣｌ３、ＣＦ４、およびＡｒを含むガスや、Ｃｌ２およびＡｒを含むガスなどが挙げられる。これにより、第１電極２０の表面２０ａ上には、凸部５０が形成される。第１圧電材料膜３０ａは、成膜後に結晶化を目的として熱処理されてもよい。
【００７９】
図１２に示すように、第１電極２０の表面２０ａを洗浄する。洗浄は、例えば、純水を用いて行われる。凸部５０は塩化物であるため、水に溶ける。したがって、洗浄により凸部５０がなくなり、凸部５０が形成されていた箇所に凹部５５が形成される。凸部５０は、パターニングされた第１圧電材料膜３０ａ近傍に多く形成されているため、凹部５５は、パターニングされた第１圧電材料膜３０ａ近傍に多く形成される。
【００８０】
次に、Ｔｉ層（図示しない）を第１圧電材料膜３０ａ上および第１電極２０上に成膜する。次に、第２圧電材料膜３０ｂを、Ｔｉ層を介して、第１電極２０上、第１圧電材料膜３０ａ上、に成膜する。第２圧電材料膜３０ｂは、結晶化を目的として熱処理されてもよい。次に、第２圧電材料膜３０ｂ上に導電材料膜４０ａを成膜し、導電材料膜４０ａおよび第２圧電材料膜３０ｂをパターニングして、第２電極４０および圧電体３０を形成する。パターニングは、例えば、第１圧電材料膜３０ａのパターニングと同様に行われるため、第１電極２０の表面２０ａには凸部５０が形成される。
【００８１】
図１３に示すように、第１電極２０の表面２０ａを洗浄する。洗浄は、例えば、純水を用いて行われる。この洗浄により凸部５０がなくなり、凸部５０が形成されていた箇所に凹部５５が形成される。凸部５０は、圧電体３０近傍に多く形成されているため、凹部５５は、圧電体３０近傍に多く形成される。
【００８２】
ここでは、凹部５５が、第１圧電材料膜３０ａをパターニングした後の洗浄工程および第２圧電材料膜３０ｂをパターニングした後の洗浄工程の両方で形成される場合について説明したが、凸部５０は、第１圧電材料膜３０ａをパターニングした後の洗浄工程のみで形成されてもよいし、第２圧電材料膜３０ｂをパターニングした後の洗浄工程のみで形成されてもよい。
【００８３】
図１０に示すように、少なくとも積層体１０の側面、積層体１０間であって第１電極２０の表面を覆うように被覆層６０を形成する。
【００８４】
以上の工程により、圧電素子２００を製造することができる。
【００８５】
圧電素子２００の製造方法によれば、上記のとおり信頼性の高い圧電素子２００を得ることができる。
【００８６】
６．  液体噴射ヘッド
次に、本実施形態にかかる圧電素子（圧電アクチュエーター）の用途の一例として、これらを有する液体噴射ヘッド６００について、図面を参照しながら説明する。図１４は、液体噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図であって、図２に対応するものである。図１５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。
【００８７】
液体噴射ヘッド６００は、上述の圧電素子（圧電アクチュエーター）を有することができる。以下では、基板１（上部に振動板１ａを含む構造体）の上に圧電素子１００が形成され、圧電素子１００と振動板１ａとが圧電アクチュエーター１０２を構成している液体噴射ヘッド６００を例示して説明する。なお、図示の例では、基板１は、振動板１ａと、圧力室基板６２０と、ノズル板６１０と、を含む。
【００８８】
液体噴射ヘッド６００は、図１４および図１５に示すように、ノズル孔６１２を有するノズル板６１０と、圧力室６２２を形成するための圧力室基板６２０と、圧電アクチュエーター１０２と、を含む。さらに、液体噴射ヘッド６００は、図１５に示すように、筐体６３０を有することができる。なお、図１５では、圧電素子１００を簡略化して図示している。
【００８９】
ノズル板６１０は、図１４および図１５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ことができる。ノズル板６１０には、例えば、多数のノズル孔６１２が一列に設けられている。ノズル板６２０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを挙げることができる。
【００９０】
圧力室基板６２０は、ノズル板６１０上（図１５の例では下）に設けられている。圧力室基板６２０の材質としては、例えば、シリコンなどを例示することができる。圧力室基板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１５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と連通する圧力室６２２と、が設けられている。この例では、リザーバー６２４と、供給口６２６と、圧力室６２２とを区別して説明するが、これらはいずれも液体の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また例えば、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。リザーバー６２４、供給口６２６および圧力室６２２は、ノズル板６１０と圧力室基板６２０と振動板１ａとによって区画されている。
【００９１】
リザーバー６２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、基板１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、圧力室６２２に供給されることができる。圧力室６２２は、振動板１ａの変形により容積が変化する。圧力室６２２はノズル孔６１２と連通しており、圧力室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。なお、リザーバー６２４を、マニホールドと呼ぶこともできる。
【００９２】
圧電素子１００は、圧力室基板６２０上（図１５の例では下）に設けられている。圧電素子１００は、圧電素子駆動回路（図示しない）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動作（振動、変形）することができる。振動板１ａは、圧電体３０の動作によって変形し、圧力室６２２の内部圧力を適宜変化させることができる。
【００９３】
図１４に示す例では、第２電極４０の短手方向に沿う圧力室６２２の幅は、第２電極４０の短手方向に沿う圧電体３０の幅よりも大きい。すなわち、圧電体３０の側面は、圧力室６２２の側面（圧力室６２２を区画する圧力室基板６２０の側面）よりも内側に位置している。これにより、効果的に圧力室６２２の内部圧力を変化させることができる。
【００９４】
筐体６３０は、図１５に示すように、ノズル板６１０、圧力室基板６２０、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、金属を挙げることができる。
【００９５】
液体噴射ヘッド６００は、上述した信頼性の高い圧電素子１００を有する。したがって液体噴射ヘッド６００は、高い信頼性を有することができる。
【００９６】
なお、ここでは、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。
【００９７】
７．  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。液体噴射装置は、上述の液体噴射ヘッドを有する。以下では、液体噴射装置が上述の液体噴射ヘッド６００を有するインクジェットプリンターである場合について説明する。図１６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。
【００９８】
液体噴射装置７００は、図１６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、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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
液体噴射装置７００は、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、高い信頼性を有することができる。
【０１０７】
なお、上記例示した液体噴射装置７００は、１つの液体噴射ヘッド６００を有し、この液体噴射ヘッド６００によって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液体噴射ヘッドを有してもよい。液体噴射装置が複数の液体噴射ヘッドを有する場合には、複数の液体噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液体噴射ヘッドが互いに連結されて、１つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。
【０１０８】
以上、本発明にかかる液体噴射装置の一例として、インクジェットプリンターとしての液体噴射装置７００を説明したが、本発明にかかる液体噴射装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体（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たものなどを用いることができる。本発明の液体噴射装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、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装置、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）、電気泳動ディスプレイ等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料噴射装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料噴射装置としても好適に用いられることができる。
【０１０９】
以上に述べた実施形態および変形例は、任意の複数の形態を適宜組み合わせることが可能である。これにより、組み合わされた実施形態および変形例は、それぞれの実施形態および変形例が有する効果または相乗的な効果を奏することができる。
【０１１０】
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。
【符号の説明】
【０１１１】
１  基板、１ａ  振動板、１０  積層体、１２  第１積層体、１４  第２積層体、
２０  第１電極、２０ａ  表面、２２  中間地点、３０  圧電体、
３０ａ  第１圧電材料膜、３０ｂ  第２圧電材料膜、４０  第２電極、
４０ａ  導電材料膜、４２  配線、５０  凸部、５２  空洞部、５５  凹部、
６０  被覆層、１００  圧電素子、１０２  圧電アクチュエーター、２００  圧電素子、
６００  液体噴射ヘッド、６１０  ノズル板、６１２  ノズル孔、６２０  圧力室基板、
６２２  圧力室、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】
2012056194.tif 000003
【図２】
2012056194.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012056194.tif 000007
【図６】
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【図７】
2012056194.tif 000009
【図９】
2012056194.tif 000010
【図１０】
2012056194.tif 000011
【図１１】
2012056194.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
2012056194.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
2012056194.tif 000016
【図１６】
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【図８】
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