(57)【要約】【課題】信頼性が向上した圧電素子等を提供すること。【解決手段】本発明に係る圧電素子は、第１の面１６において凹部１４を有する振動板１０と、凹部１４内に形成された、第１電極２０と、振動板１０および第１電極２０の上に形成された圧電体層３０と、圧電体層３０の上に形成された第２電極４０と、を含み、第１電極２０の上面２１は、第１の面１６と連続した平面を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面において凹部を有する振動板と、
前記凹部内に形成された、第１電極と、
前記振動板および前記第１電極の上に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上に形成された第２電極と、
を含み、
前記第１電極の上面は、前記第１の面と連続した平面を構成する、圧電素子。
【請求項２】
請求項１において、
前記振動板は、前記第１の面を構成する第１の層を含む積層体であって、
前記凹部は、前記第１の層を貫通しない、圧電素子。
【請求項３】
請求項１において、
前記振動板は、前記第１の面を構成する第１の層を含む積層体であって、
前記凹部は、前記第１の層を貫通する、圧電素子。
【請求項４】
請求項２または３において、
前記第１の層は、酸化ジルコニウムである、圧電素子。
【請求項５】
請求項４に記載の圧電素子を含む、液滴噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項５に記載の液滴噴射ヘッドを含む、液滴噴射装置。
【請求項７】
振動板に凹部を形成する工程と、
前記振動板の前記凹部内に第１電極を形成する工程と、
前記振動板および前記第１電極の上に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上に第２電極を形成する工程と、
を含み、
前記第１電極を形成する工程は、
前記凹部を充填するように導電膜を形成する工程と、
前記導電膜側から研磨を行い、平坦化する工程と、
を有し、
前記平坦化する工程において、前記振動板を露出させる、圧電素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記平坦化する工程は、化学機械研磨によって行われる、圧電素子の製造方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の圧電素子の製造方法を含む、液滴噴射ヘッドの製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の液滴噴射ヘッドの製造方法を含む、液滴噴射装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、液滴噴射ヘッドおよび液滴噴射装置ならびにそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子の厚みを薄くし、高密度、高速駆動を可能にするため、薄膜技術を用いて製造できる圧電素子やインクジェット式記録ヘッドが知られている。例えば、特許文献１には、薄膜技術を用いて製造できるインクジェット式記録ヘッドが記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載のインクジェット式記録ヘッドは、振動板の上に設けられた下部電極を圧電体層が覆い、複数の該圧電体層を連続して覆うように上部電極が設けられた圧電素子を有する。このような圧電素子は、例えば、上部電極により、圧電体層に対する大気中の水分等の影響を低減することができる。
【０００４】
このような構造の圧電素子に電圧が印加されて駆動する場合、第１電極が振動板から圧電体層側に突出した部分（例えば、下部電極の角部周辺等）に電界が集中しやすく、その結果、圧電体層等においてクラックが発生する可能性がある。したがって、上記の構造を有する圧電素子において、駆動時に圧電体層での電界集中を緩和することができる圧電素子が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７２８７８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よれば、圧電体層での電界集中を緩和させることなどにより、信頼性が向上した圧電素子と、この圧電素子を含む、液滴噴射ヘッドおよび液滴噴射装置を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の態様の１つである圧電素子は、
第１の面において凹部を有する振動板と、
前記凹部内に形成された、第１電極と、
前記振動板および前記第１電極の上に形成された圧電体層と、
前記圧電体層の上に形成された第２電極と、
を含み、
前記第１電極の上面は、前記第１の面と連続した平面を構成する。
【０００８】
本発明において、「上」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上」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。本発明において、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」という文言を用いている。同様に、「下」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下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する。
【０００９】
本発明によれば、第１電極が振動板の凹部内に形成され、かつ、その上面は振動板の第１の面と連続した平面を構成する。これによれば、第１電極が、振動板の第１の面から圧電体層側に突出した部分を有しないため、圧電体層内での電界集中を緩和することができる。したがって、圧電体層に印加される電界がより均一化され、応力の集中も緩和されるため、圧電体層等にクラックが発生しにくくなる。以上から、信頼性が向上した圧電素子を提供することができる。
【００１０】
（２）本発明の態様の１つである圧電素子において、
前記振動板は、前記第１の面を構成する第１の層を含む積層体であって、
前記凹部は、前記第１の層を貫通しなくてもよい。
【００１１】
これによれば、第１の層がバリア層として機能することができ、圧電素子の信頼性をより向上させることができる。
【００１２】
（３）本発明の態様の１つである圧電素子において、
前記振動板は、前記第１の面を構成する第１の層を含む積層体であって、
前記凹部は、前記第１の層を貫通してもよい。
【００１３】
これによれば、振動板をより変形しやすくすることができるため、圧電素子の変位量をより大きくすることができる。
【００１４】
（４）本発明の態様の１つである圧電素子において、
前記第１の層は、酸化ジルコニウムであってもよい。
【００１５】
（５）本発明の態様の１つである液滴噴射ヘッドは、
上記いずれかの圧電素子を含む。
【００１６】
本発明によれば、本発明の態様の１つである圧電素子を有する液滴噴射ヘッドを提供することができる。
【００１７】
（６）本発明の態様の１つである液滴噴射装置は、
上記の液滴噴射ヘッドを含む。
【００１８】
本発明によれば、本発明の態様の１つである液滴噴射ヘッドを有する液滴噴射装置を提供することができる。
【００１９】
（７）本発明の態様の１つである圧電素子の製造方法は、
振動板に凹部を形成する工程と、
前記振動板の前記凹部内に第１電極を形成する工程と、
前記振動板および前記第１電極の上に圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上に第２電極を形成する工程と、
を含み、
前記第１電極を形成する工程は、
前記凹部を充填するように導電膜を形成する工程と、
前記導電膜側から研磨を行い、平坦化する工程と、
を有し、
前記平坦化する工程において、前記振動板を露出させる。
【００２０】
本発明によれば、本発明の態様の１つである圧電素子の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、平坦化された平面において圧電体層を形成することができる。これによれば、得られる圧電体層の膜厚を均一化できる。また、圧電体層が結晶化する際の成長界面が平面であるため、得られる圧電体層の結晶構造をより均一化することができる。したがって、信頼性を向上させることができる圧電素子の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、得られる圧電体層の膜厚を均一化でき、かつ、圧電体層の上面を平坦な面とすることができる。これによれば、製造工程において、圧電体層の上に設けられる部材の成形性を向上させることができる。したがって、歩留まりを向上させることができる圧電素子の製造方法を提供することができる。
【００２１】
（８）本発明の態様の１つである圧電素子の製造方法において、
前記平坦化する工程は、化学機械研磨によって行われてもよい。
【００２２】
（９）本発明の態様の１つである液滴噴射ヘッドの製造方法は、
上記いずれかの圧電素子の製造方法を含む。
【００２３】
（１０）本発明の態様の１つである液滴噴射装置の製造方法は、
上記の液滴噴射ヘッドの製造方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１（Ａ）は、本実施形態の圧電素子を模式的に示す平面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すＩＢ−ＩＢ線における圧電素子を模式的に示す断面図。
【図２】図２は、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３】図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、本実施形態の圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図４】図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、本実施形態の圧電素子の製造工程を模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る液滴噴射ヘッドの要部を模式的に示す断面図。
【図６】本実施形態に係る液滴噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図７】本実施形態に係る液滴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】
【００２５】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
【００２６】
１．圧電素子
１−１．圧電素子の構造
図１（Ａ）は、本実施形態の圧電素子を模式的に示す平面図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すＩＢ−ＩＢ線における圧電素子を模式的に示す断面図である。また、図２は、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である。
【００２７】
本実施形態に係る圧電素子１００は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、振動板１０、第１電極２０、圧電体層３０、および第２電極４０を含む。
【００２８】
なお、本発明において、「圧電素子」という文言は、「圧電アクチュエーター」という文言に置換可能な文言とする。したがって、圧電アクチュエーター１００は、振動板１０、第１電極２０、圧電体層３０、および第２電極４０を含んでいてもよい。
【００２９】
図１（Ａ）に示すように、圧電素子１００は、振動板１０を基板として形成される。図１（Ａ）に示すように、圧電素子１００は、一方向に延びるように形成されていてもよい。ここで、圧電素子１００が延びる方向を第１の方向１１０とする。また、図１に示すように、第１の方向と交差する方向を第２の方向１２０とする。例えば第１の方向１１０と第２の方向１２０とは、実質的に直交関係にあってもよい。
【００３０】
振動板１０は、例えば、導電体、半導体、絶縁体の少なくとも１つを用いて形成されたプレート状の基板であることができる。図１（Ｂ）に示すように、振動板１０は第１の面１６（上面）を有する。第１の面１６は、後述される圧電体層３０、および第２電極４０が設けられる面である。振動板１０は、図１（Ｂ）に示すように、複数の層の積層体であってもよい。また、図示はされないが、振動板１０は、単層であってもよい。振動板１０が積層体である場合、図１（Ｂ）に示すように、振動板１０は、第１の面１６を構成する第１の層１１を含む。図１（Ｂ）に示すように、第１の層１１は、第２の層１２の上に積層されていてもよい。図示はされないが、振動板１０は、更に第３の層を含んでいてもよい。振動板１０は、圧電素子１００を含む圧電アクチュエーターの可動部分となることができ、圧力発生室などの壁の一部を構成していてもよい。振動板１０の材質としては、例えば、窒化シリコンなどの無機窒化物、酸化ジルコニウム、酸化シリコン、酸化チタンなどの無機酸化物、ステンレス鋼などの合金を用いることができる。例えば、振動板１０には、第１の層１１に酸化ジルコニウムを用い、第２の層１２に酸化シリコンを用いてもよい。振動板１０の厚みは、用いる材質の弾性率などにしたがって最適に選ばれる。振動板１０が圧電素子１００を含む圧電アクチュエーターの振動板である場合は、振動板１０の厚みは、例えば、２００ｎｍ以上５０００ｎｍ以下とすることができる。振動板１０の厚みが２００ｎｍよりも薄いと、振動等の機械的出力を取り出しにくくなることがあり、５０００ｎｍよりも厚いと、振動等が生じなくなる場合がある。振動板１０は、圧電体層３０の動作により、たわんだり振動したりすることができる。
【００３１】
振動板１０は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、第１の面１６において凹部１４を有する。凹部１４は、第１の面１６において、上方に後述される圧電体層３０が設けられる位置に形成される。図示はされないが、振動板１０には、複数の凹部１４が隣り合うように配置されていてもよい。凹部１４の形状は、振動板１０の第１の面１６において、窪みを形成することができる限り、特に限定されない。凹部１４の内面は、第１の面１６における開口部に連続したテーパー状側面および底面から構成されていてもよい。図１（Ａ）に示すように、凹部１４は、底面が、第１の方向１１０において延びるように形成されていてもよい。つまりは、凹部１４は、溝状凹部であってもよい。図示はされないが、凹部１４の側面は、テーパー状ではなく、第１の面１６から鉛直方向に延びる面であってもよい。また、図示はされないが、凹部１４の内面は、例えば略円弧状の連続した曲面から形成されていてもよい。
【００３２】
凹部１４は、図１（Ｂ）に示すように、振動板１０の第１の層１１を貫通せず、第１の層１１のみに形成されていてもよい。これによれば、凹部１４の底面と、第２の層１２との間に残留した第１の層１１が、バリア層として機能し、例えば、第１電極２０および圧電体層３０等に含まれる金属元素の拡散を防止することができるため、圧電素子１００の信頼性を向上させることができる。
【００３３】
また、凹部１４は、図２に示すように、第１の層１１を貫通し、第２の層１２に至るように形成されていてもよい。これによれば、可動領域における振動板１０の膜厚を、より薄くすることができる。したがって、所定の電圧が印加された際の圧電素子１００の変位量を更に大きくすることができる。
【００３４】
第１電極２０は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、振動板１０の凹部１４内に形成され、凹部１４を充填する。ここで、図１（Ｂ）に示すように、第１電極２０は、第１の面１６と連続した平面を構成する面２１（上面２１）を有する。したがって、第１電極２０が形成される領域は、振動板１０に形成された凹部１４の形状によって制限される。図１（Ａ）に示すように、凹部１４は、第１の方向１１０において延びるように形成されているため、第１電極２０も第１の方向１１０において延びるように形成される。第１電極２０は、第２電極４０と対になり、圧電体層３０を挟む一方の電極として機能する。第１電極２０は、例えば、圧電素子１００の下部電極であってもよい。図示はされないが、第１電極２０は、駆動回路と電気的に接続しているリード配線と電気的に接続されている。第１電極２０とリード配線との電気的接続方法は、特に限定されない。
【００３５】
第１電極２０の材質は、導電性を有する物質である限り特に限定されない。第１電極２０の材質として、例えば、Ｎｉ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｇ，Ｐｄ、Ｃｕなどの各種の金属およびこれらの金属の合金、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ＳｒとＲｕの複合酸化物、ＬａとＮｉの複合酸化物などを用いることができる。また、第１電極２０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００３６】
圧電体層３０は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示されるように、第１電極２０と第２電極４０との間に配置されている。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、圧電体層３０は、振動板１０（第１の面１６）および第１電極１０（上面２１）が構成する連続した平面の上に形成される。図１（Ａ）に示すように、圧電体層３０は、第１の方向１１０に延びるように形成されていてもよい。図１（Ｂ）に示すように、圧電体層３０は、後述される第２電極４０が形成される上面３１（第１電極２０側の面とは反対側の面）と、テーパー状の側面とを有する。圧電体層３０の厚みは、電圧が印加される際に、実質的に伸縮変形できる限り、特に限定されない。
【００３７】
圧電体層３０の材質としては、圧電特性を有する圧電材料であれば特に限定されないが、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物が好適に用いられる。このような材質の具体的な例としては、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、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。
【００３８】
第２電極４０は、圧電体層３０の上において、第１電極２０と対向するように配置される。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、第２電極４０は、第２の方向１２０において、圧電体層３０を覆うように形成されていてもよい。第２電極４０の形成される領域は、図１（Ｂ）に示すように、圧電体層３０の上で、第１電極２０の少なくとも一部とオーバーラップし、駆動領域３５（第１電極２０と第２電極４０との間に挟まれた圧電体層３０の領域で、実質的に変形する領域）を形成する限り、特に限定されない。したがって、第２電極４０の詳細な形状は、駆動領域を決定する際の設計事項であり、所望の駆動領域に応じて適宜決定されることができる。図示はされないが、第２電極４０は、複数の隣り合う圧電体層３０を連続して覆っていてもよい。
【００３９】
第２電極４０は、第１電極２０と対になり、圧電体層３０を挟む一方の電極として機能する。第１電極２０が下部電極である場合は、第２電極４０は上部電極であってもよい。第２電極４０は、図示しない駆動回路と電気的に接続されている。第２電極４０と駆動回路との電気的接続方法は、特に限定されない。第２電極４０と駆動回路とは、図示されないリード配線を介して電気的に接続されていてもよい。また、図示はされないが、第２電極４０の一部の表面には絶縁性保護膜が形成されていてもよい。
【００４０】
第２電極４０の材質は、導電性を有する物質である限り特に限定されない。第２電極４０の材質として、例えば、Ｎｉ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｐｄ，Ｃｕなどの各種の金属およびこれらの金属の合金、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ＳｒとＲｕの複合酸化物、ＬａとＮｉの複合酸化物などを用いることができる。また、第２電極４０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。
【００４１】
以上のいずれかの構成により、本実施形態に係る圧電素子１００を構成することができる。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。
【００４２】
本実施形態に係る圧電素子１００によれば、第１電極２０が振動板１０の凹部１４内に形成され、かつ、その上面２１は、振動板１０の第１の面１６と連続した平面を構成する。これによれば、第１電極２０が、振動板１０の第１の面１６から圧電体層３０側へ突出した部分を有しないため、駆動時における圧電体層３０内での電界集中を緩和することができる。したがって、圧電体層３０に印加される電界がより均一化され、構成部材にかかる応力の集中も緩和されるため、クラックが発生しにくくなる。したがって、信頼性が向上した圧電素子１００を提供することができる。
【００４３】
また、本実施形態に係る圧電素子１００によれば、振動板１０（第１の面１６）および第１電極１０（上面２１）が構成する連続した平面の上に形成された圧電体層３０を有する。これによれば、本実施形態に係る圧電素子１００の圧電体層３０の膜厚は均一で、上面３１は平坦な面であることができる。また、圧電体層３０は、結晶成長の界面が平面であるため、結晶成長が安定し、結晶構造がより均一となった圧電体層であることができる。したがって、平面の上に形成された圧電体層３０を有することで、構造物を覆うように形成された圧電体層を有する圧電素子と比べて、より信頼性の高い圧電素子１００を提供することができる。詳細は後述される。
【００４４】
１−２．圧電素子の製造方法
次に、本実施形態に係る圧電素子１００の製造方法について説明する。図３（Ａ）〜図３（Ｄ）および図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、本実施形態の圧電素子１００の製造工程を模式的に示す断面図である。各図において、左図は、第１の方向１１０における断面図であり、右図は、第２の方向１２０における断面図である。
【００４５】
本実施形態に係る圧電素子の製造方法は、振動板１０に凹部１４を形成する工程と、振動板１０の凹部１４内に第１電極２０を形成する工程と、振動板１０および第１電極２０の上に圧電体層３０を形成する工程と、圧電体層３０の上に第２電極４０を形成する工程と、を含む。
【００４６】
まず、図３（Ａ）に示すように、振動板１０に凹部１４を形成する。ここで、準備される振動板１０は、圧電素子１００としての所望の厚みよりも厚い振動板１０であってもよい。例えば、振動板１０が、第１および第２の層１１、１２を有するとき、第１の層１１が所望の厚みよりも厚い膜厚を有していてもよい。また、図示されないが、振動板１０は、所望の厚みで準備されてもよい。凹部１４をパターニングする方法は、特に限定されない。凹部１４のパターニングは、例えば、所望の位置にレジストを形成し、公知のフォトリソグラフィー技術および／またはエッチング技術によって行われることができる。エッチング技術を用いる場合、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。
【００４７】
ここで、図３（Ａ）に示すように、振動板１０の凹部１４が形成される面を、第１の面１６ａとする。
【００４８】
次に、図３（Ｂ）に示すように、振動板１０の凹部１４を充填するように導電膜２０ａを形成する。図３（Ｂ）に示すように、導電膜２０ａは、凹部１４を充填し、第１の面１６ａを覆うように形成されてもよい。また、図示はされないが、導電膜２０ａは、導電膜２０ａの上面の一部が、第１の面１６ａと同一の面を構成するように形成されてもよい。また、図示はされないが、凹部１４内に形成された導電膜２０ａの膜厚が、所望の第１電極２０の膜厚と同じとなるように形成されてもよい。導電膜２０ａを形成方法は特に限定されず、公知の成膜方法を用いることができる。例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などの蒸着法、スピンコート法、ＭＯＤ法、めっき法などにより導電膜２０ａを形成することができる。
【００４９】
次に、図３（Ｃ）に示すように、導電膜２０ａ側から研磨を行い、平坦化を行う。この平坦化工程では、導電膜２０ａによって覆われた振動板１０を露出させる。研磨による平坦化は、凹部１４内の導電膜２０ａが所望の膜厚となるように行われる。これによって、凹部１４内に形成された第１電極２０（および上面２１）と第１の面１６が形成される。また、第１の面１６ａが露出したのち、振動板１０の第１の層１１の表層部分を更に研磨除去してもよい。これによれば、第１電極２０の上面２１と、振動板１０の第１の面１６とが構成する連続した平面を、確実に平坦な面とすることができる。研磨する方法は、公知の研磨方法を用いることができる。例えば、研磨する方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ）、スピンオングラス（ＳＯＧ）などを用いることができる。より好適には、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって平坦化を行うことで、第１の面１６と上面２１とが構成する平面をより均一に平坦化することができる。
【００５０】
次に、図３（Ｄ）に示すように、振動板１０および第１電極２０の上に、圧電体層３０ａを形成する。形成方法は特に限定されず、公知の成膜方法および焼成方法を用いることができる。例えば、ゾルゲル法などによる前駆体溶液からなる圧電材料を塗布し、熱処理することで圧電体層３０ａを形成することができる。また、圧電体層３０ａは、スピンコート法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、スパッタリング法、レーザーアブレーション法などを用いて形成されてもよい。熱処理の条件は、用いられるプロセス、圧電材料によって適宜決定される。熱処理の条件は、用いられる圧電材料膜が結晶化できる温度であれば、特に限定されない。熱処理は、例えば、酸素雰囲気中において、５００度以上、９００度以下で行われることができる。また、熱処理は、脱脂などを目的とした仮焼成を含んでいてもよい。
【００５１】
このとき、図３（Ｄ）に示すように、第１の面１６と上面２１とが構成する平面の上に、配向制御膜３０ｂを形成してもよい。配向制御膜３０ｂとは、圧電体層３０ａが焼成時に結晶化する際の配向を制御する層である。配向制御膜３０ｂには、例えば、チタン膜、ランタンニッケル酸化物膜などを用いることができる。また、配向制御膜３０ｂの他に、窒化チタン膜などの導電膜２０ａの酸化防止膜を形成してもよい。
【００５２】
ここで、図３（Ｄ）に示すように、圧電体層３０ａは、第１の面１６と上面２１とが構成する平面の上に成膜された後に熱処理されて形成される。これによれば、図３（Ｄ）に示すように、得られる圧電体層３０ａの膜厚は均一であり、かつ、上面３１は平坦な面であることができる。
【００５３】
次に、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）に示すように、圧電体層３０および第２電極４０を形成する。以下において、圧電体層３０および第２電極４０を形成する工程の一例を説明する。しかしながら、圧電体層３０および第２電極４０を形成する工程は、上述された構成を備えた圧電体層３０と第２電極４０を形成することができる限り、公知の方法を用いることができ、その方法および工程順は、以下の説明に限定されない。
【００５４】
まず、図４（Ａ）に示すように、圧電体層３０ａの上に導電膜４０ａを形成してもよい。導電膜４０ａは、第２電極４０と同じ材料又は異なる材料で形成され、かつ、第２電極４０の膜厚よりも薄い膜厚を有する。導電膜４０ａを形成する方法は特に限定されず、公知の成膜技術を用いて形成される。公知の成膜方法には、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などの蒸着法、スピンコート法、ＭＯＤ法、めっき法などを用いることができる。
【００５５】
次に、図４（Ｂ）に示すように、導電膜４０ａを所望の形状にパターニングし、導電膜４０ｂを形成して、導電膜４０ｂをハードマスクとして、圧電体層３０ａをパターニングしてもよい。導電膜４０ａおよび圧電体層３０ａのパターニングには、公知のフォトリソグラフィー技術および／またはエッチング技術を用いることができる。エッチング技術を用いる場合、公知のレジストを適宜形成して、ウェットエッチングまたはドライエッチングを用いることができる。ここで、図示はされないが、適宜レジストを形成することなどにより、段階的なエッチングを行い、圧電体層３０に、第１電極２０へのコンタクトホールを形成してもよい。
【００５６】
次に、図４（Ｃ）に示すように、パターニングされた圧電体層３０の上に導電膜４０ｃを形成してもよい。導電膜４０ｂは、第２電極４０と同じ材料又は異なる材料で形成され、かつ、導電膜４０ｂを取り込むことができる。導電膜４０ｃは、導電膜４０ａと同様の方法で形成されてもよい。
【００５７】
次に、図４（Ｄ）に示すように、導電膜４０ｃを所望の形状にパターニングし、第２電極４０を形成してもよい。導電膜４０ｃは、導電膜４０ｂと同様の方法でパターニングされてもよい。これによって、図４（Ｄ）に示すように、圧電体層３０に、第１電極２０と第２電極４０とによって挟まれた部分である駆動領域３５を形成することができる。
【００５８】
以上の工程により、圧電素子１００を製造することができる。しかしながら、上述のように、圧電体層３０と第２電極４０を形成する工程は、上記工程に限定されない。図示はされないが、例えば、圧電体層３０ａの上に、第２電極４０と同じ膜厚の導電膜を形成し、所望のレジストを形成した後、該導電膜と、圧電体層３０ａとを連続してパターニングすることで、圧電体層３０と第２電極４０を形成してもよい。また、例えば、段階的にレジストを形成することで、圧電体層３０と第２電極４０を形成してもよい。
【００５９】
本実施形態に係る圧電素子の製造方法は、例えば、以下の特徴を有する。
【００６０】
本実施形態に係る圧電素子の製造方法によれば、本実施形態に係る圧電素子１００を提供することができる。また、本実施形態に係る圧電素子の製造方法によれば、圧電素子の信頼性を向上させることができ、かつ、製造工程の歩留まりを向上させることができる。以下に詳細を説明する。
【００６１】
一般的に、公知の成膜技術を用いて、圧電体層が、構造物が設けられた平面において構造物を覆うように形成される場合、その膜厚を均一に形成することは、技術的に困難である。また、その圧電体層の上面は、構造物の形状に対応してしまうため、上面の平坦性を確保することも、技術的な困難性を伴う。
【００６２】
しかしながら、本実施形態に係る圧電素子の製造方法によれば、振動板１０（第１の面１６）および第１電極１０（上面２１）が構成する連続した平面の上に圧電体層３０を形成することができる。これによれば、構造物を覆うように形成された圧電体層と比べて、膜厚がより均一な圧電体層３０を有する圧電素子を製造することができる。また、圧電体層３０を、平面上で結晶化することができるため、焼成時における圧電体層の結晶成長が安定し、結晶構造がより均一な圧電体層３０を製造することができる。したがって、本実施形態に係る圧電素子の製造方法によれば、圧電素子の信頼性を向上させることができる。
【００６３】
また、本実施形態に係る圧電素子の製造方法によれば、上面３１の平坦性がより高い圧電体層３０を有する圧電素子を製造することができる。構造物を覆うように形成された圧電体層と比べて、パターニングされる前の圧電体層３０ａの上面３１の平坦性が高くなることで、以後の工程において形成されるレジストや、導電膜等の各部材の膜厚が均一となり、パターニング時のアライメント精度などが向上するため、各部材の成形性が向上する。したがって、本実施形態に係る圧電素子の製造方法によれば、製造工程の歩留まりを向上させることができる。
【００６４】
２．液滴噴射ヘッド
次に、本実施形態に係る圧電素子１００を有する液滴噴射ヘッド６００について、図面を参照しながら説明する。図５は、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図である。図６は、本実施形態に係る液滴噴射ヘッド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。なお、図６では、圧電素子１００を簡略化して図示している。
【００６５】
図５および図６に示すように、液滴噴射ヘッド６００は、上述の圧電素子１００（圧電アクチュエーター１００）を有する。また、液滴噴射ヘッド６００は、図５および図６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、を含む。
【００６６】
圧電素子１００の数は特に限定されず、複数形成されていてよい。なお、圧電素子１００が複数形成される場合は、振動板１０は共通の基板となり、複数の凹部１４が形成され、かつ、第２電極４０が共通電極となる。さらに、液滴噴射ヘッド６００は、図６に示すように、筐体６３０を有することができる。
【００６７】
ノズル板６１０は、図５および図６に示すように、ノズル孔６１２を有する。ノズル孔６１２からは、インクなどの液体等（液体のみならず、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、又は、メタルフレーク等を含むものなどを含む。以下同じ。）を液滴として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。
【００６８】
圧力室基板６２０は、ノズル板６１０上（図６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１０ａとの間の空間を区画することにより、図６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等の流路であって、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１０ａとによって区画されている。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１０ａ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１０ａ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から液体等が吐出される。
【００６９】
圧電素子１００は、圧力室基板６２０上（図６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（図示せず）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１０ａは、積層構造（圧電体層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。
【００７０】
筐体６３０は、図６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、金属などを挙げることができる。
【００７１】
液滴噴射ヘッド６００は、信頼性が向上した圧電素子１００を含んでいる。したがって、信頼性の向上した液滴噴射ヘッドを実現できる。
【００７２】
なお、ここでは、液滴噴射ヘッド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、本発明の液滴噴射ヘッドは、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。
【００７３】
３．液滴噴射装置
次に、本実施形態に係る液滴噴射装置について、図面を参照しながら説明する。液滴噴射装置は、上述の液滴噴射ヘッドを有する。以下では、液滴噴射装置が上述の液滴噴射ヘッド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７は、本実施形態に係る液滴噴射装置７００を模式的に示す斜視図である。
【００７４】
液滴噴射装置７００は、図７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。さらに、液滴噴射装置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。
【００７５】
ヘッドユニット７３０は、上述した液滴噴射ヘッド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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
なお、本実施形態では、液滴噴射ヘッド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例を示しているが、本発明の液滴噴射装置は、液滴噴射ヘッド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ってもよい。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、本発明の液滴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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
液滴噴射装置７００は、信頼性が向上した圧電素子１００を含んでいる。したがって、信頼性の向上した液滴噴射装置を実現できる。
【００８３】
なお、上記例示した液滴噴射装置は、１つの液滴噴射ヘッドを有し、この液滴噴射ヘッドによって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液滴噴射ヘッドを有してもよい。液滴噴射装置が複数の液滴噴射ヘッドを有する場合には、複数の液滴噴射ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液滴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。
【００８４】
以上、本発明に係る液滴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インクジェット記録装置７００を説明したが、本発明に係る液滴噴射装置は、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等（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。本発明の液滴噴射装置は、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。
【００８５】
なお、上述した実施形態および各種の変形は、それぞれ一例であって、本発明は、これらに限定されるわけではない。例えば実施形態および各変形は、複数を適宜組み合わせることが可能である。
【００８６】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
【符号の説明】
【００８７】
１０  振動板、１１  第１の層、１２  第２の層、１４  凹部、１６  第１の面、
２０  第１電極、２１  上面、２０  圧電体層３０  圧電体層、３１  上面、
３５  駆動領域、４０  第２電極、１００  圧電素子、
１１０  第１の方向、１２０  第２の方向、
６００  液滴噴射ヘッド、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  液滴噴射装置、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】
2012059770.tif 000003
【図２】
2012059770.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012059770.tif 000007
【図６】
2012059770.tif 000008
【図７】
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