(57)【要約】【課題】歩留まりが向上した圧電素子の製造方法および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の製造方法は、振動板１０の上に、第１電極２０を形成する工程と、第１電極２０を覆うように、配向制御層２６を形成する工程と、配向制御層２６を覆うように、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、を含み、配向制御層２６は、配向制御層２６の前駆体溶液２６ａを吐出するインクジェット方式によって形成される。【選択図】図１
2012089600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板の上に、第１電極を形成する工程と、
前記第１電極を覆うように、配向制御層を形成する工程と、
前記配向制御層を覆うように、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、
前記配向制御層は、前記配向制御層の前駆体溶液を吐出するインクジェット方式によって形成される、圧電素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記前駆体溶液は、ニッケル酸ランタンもしくはルテニウム酸ストロンチウムの前駆体溶液である、圧電素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記配向制御層を形成する工程は、
前記配向制御層の前駆体を含む混合溶液である前記前駆体溶液を準備する工程と、
前記前駆体溶液をインクジェット方式で滴下する工程と、
滴下された前駆体溶液を熱処理する工程と、
を含む、圧電素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電素子の製造方法によって製造された圧電素子。
【請求項５】
第１の面の上に形成された第１電極と、
前記第１電極を覆うように形成された配向制御層と、
前記配向制御層を覆うよう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電極の端部を覆う前記配向制御層の上面は曲面である、圧電素子。
【請求項６】
請求項５において、
前記配向制御層の前記上面は、弧状を有する、圧電素子。
【請求項７】
請求項５において、
前記配向制御層は、前記第１電極の上方の第１の部分と、前記振動板の上方の第２の部分と、を有し、
前記第２の部分は、前記第１電極から遠ざかる方向において、次第に膜厚が薄くなるフィレット状である、圧電素子。
【請求項８】
請求項４から７のいずれか１項に記載の圧電素子を含む、液滴噴射ヘッド。
【請求項９】
請求項８に記載の液滴噴射ヘッドを含む、液滴噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子、液滴噴射ヘッドおよび液滴噴射装置ならびに圧電素子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第１電極を圧電体層が覆い、該圧電体層の上に第２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においては、圧電体層の配向性を制御することで、圧電特性の向上及び駆動時の圧電特性低下防止を目的として、第１電極と圧電体層の間に、例えば、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３：ＬＮＯ）やルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３：ＳＲＯ）などの導電性酸化物を配向制御層として設けることが知られている。
【０００４】
圧電素子の加工には、高い選択比と、微細加工が可能であることから、反応性イオンエッチング(RIE)による加工が望ましい。しかし一般的に、ニッケル酸ランタンなどの配向制御層材料は、圧電体層に用いられる圧電材料や第１電極に用いられる導電材料と比べてRIEでのエッチングレートが著しく低い。よって、RIEでの加工を行った場合、配向制御層を所望の形状にパターニングすることは、技術的な困難性を伴う。加えて、配向制御層のエッチングの際、比較的にエッチングレートが高い周囲の部材がオーバーエッチングされてしまう可能性もある。したがって、ＬＮＯやＳＲＯの配向制御層のパターニング工程は、圧電素子の製造工程の歩留まりを低下させる可能性がある。
【０００５】
また、特許文献１に記載される構造を有した圧電素子においては、例えば、第１電極の角部周辺等に電界が集中しやすく、その結果、圧電体層等にクラックが発生し、信頼性が低下する可能性がある。
【０００６】
以上により、信頼性の高い圧電素子、およびその圧電素子の製造方法であって、歩留まりが向上した圧電素子の製造方法が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２３９０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明のいくつかの態様によれば、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、ならびに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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の態様の１つである圧電素子の製造方法は、
振動板の上に、第１電極を形成する工程と、
前記第１電極を覆うように、配向制御層を形成する工程と、
前記配向制御層を覆うように、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、
前記配向制御層は、前記配向制御層の前駆体溶液を滴下するインクジェット方式によって形成される。
【００１０】
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。
【００１１】
本発明によれば、配向制御層は、前記配向制御層の前駆体溶液を吐出するインクジェット方式によって形成される。これによれば、所望の形状にパターニングする工程がなくなるため、製造工程が簡便化され、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。また、本発明によれば、配向制御層を、前駆体溶液をインクジェット方式で吐出し、滴下することで形成するため、配向制御層の表面が、曲面、または曲面および平面によって形成される。したがって、電界集中を緩和できる、信頼性の高い圧電素子の製造方法を提供することができる。
【００１２】
（２）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、
前記前駆体溶液は、ニッケル酸ランタンもしくはルテニウム酸ストロンチウムの前駆体溶液であってもよい。
【００１３】
これによれば、ニッケル酸ランタンもしくはルテニウム酸ストロンチウムをエッチングする必要がなくなるため、製造工程の歩留まりを更に向上させることができる。
【００１４】
（３）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、
前記配向制御層を形成する工程は、
前記配向制御層の前駆体を含む混合溶液である前記前駆体溶液を準備する工程と、
前記前駆体溶液をインクジェット方式で滴下する工程と、
滴下された前駆体溶液を熱処理する工程と、
を含んでいてもよい。
【００１５】
（４）本発明の態様の１つである圧電素子は、
上記のいずれかに記載の圧電素子の製造方法によって製造された圧電素子。
【００１６】
（５）本発明の態様の１つである圧電素子は、
第１の面の上に形成された第１電極と、
前記第１電極を覆うように形成された配向制御層と、
前記配向制御層を覆うよう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電極の端部を覆う前記配向制御層の上面は曲面である。
【００１７】
本発明によれば、前記第１電極の端部を覆う前記配向制御層の上面は曲面である。これによれば、圧電素子が駆動する際、圧電体層における電界集中を緩和することができ、信頼性の高い圧電素子を提供することができる。
【００１８】
（６）本発明の態様の１つである圧電素子において、
前記配向制御層の前記上面は、弧状を有していてもよい。
【００１９】
（７）本発明の態様の１つである圧電素子において、
前記配向制御層は、前記第１電極の上方の第１の部分と、前記振動板の上方の第２の部分と、を有し、
前記第２の部分は、前記第１電極から遠ざかる方向において、次第に膜厚が薄くなるフィレット形状であってもよい。
【００２０】
これによれば、圧電素子が駆動した際、圧電体層の電界集中をより緩和することができる。また、圧電体層の結晶成長界面（上面）が、第２の部分において、より上方（第１電極の厚み方向）を向くことができるため、より均一な方向で圧電体層を結晶成長させることができる。
【００２１】
（８）本発明の態様の１つである液滴噴射ヘッドは、
上記のいずれかに記載の圧電素子を含む、液滴噴射ヘッド。
【００２２】
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。
【００２３】
（９）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、液滴噴射装置。
【００２４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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】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５】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６】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】
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、配向制御層２６、圧電体層３０、および第２電極４０を含む。
【００２９】
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、配向制御層２６、圧電体層３０、および第２電極４０を含んでいてもよい。
【００３０】
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。
【００３１】
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。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の層１１と第２の層１２を含んでいてもよい。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、Ｎｉなどの金属や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。
【００３２】
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の上に形成される。第１電極２０は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、第１の方向１１０に延びるように形成されていてもよい。第１電極２０は、後述される第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。
【００３３】
図１（Ｂ）に示すように、第１電極２０は、圧電体層３０側の面である上面２１と、側面２２と、上面２１と側面２２が連続する角部２３と、を有している。ここで、側面２２および角部２３が明確に規定されない場合は、第１電極２０の外形が、上面２１上における接線から離れる点を角部２３とし、角部２３から振動板１０までの面を側面２２としてもよい。図１（Ｂ）に示すように、第１電極２０は、端部２４を有する。図１（Ｂ）に示すように、端部２４は、側面２３と角部２２を含む部分である。
【００３４】
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）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。
【００３５】
配向制御層２６は、図１（Ａ）、図１（Ｂ）および図２に示すように、第１電極２０を覆うように形成される。図１（Ｂ）および図２に示すように、配向制御層２６は、後述される圧電体層３０側の面である上面２７を有する。上面２７は、曲面または、曲面および平面から形成される。換言すれば、上面２７は、角部を有さない面であって、少なくとも一部が曲面である。例えば、図１（Ｂ）および図２に示すように、第１電極２０の端部２４を覆う配向制御層２６の上面は曲面であってもよい。
【００３６】
図１（Ｂ）に示すように、配向制御層２６の上面２７は、弧状を有していてもよい。図１（Ｂ）に示すように、上面２７は、全面が曲面から構成され、その断面形状（第１電極２０の厚み方向と直交する方向から見た場合の断面形状）が、所謂ドーム形状であってもよい。換言すれば、上面２７は、圧電体層３０側に凸な曲面から形成されていてもよい。これによれば、圧電素子が駆動した際、圧電体層３０の電界集中を緩和することができる。
【００３７】
また、図２に示すように、配向制御層２６は、第１電極２０の上方の第１の部分２８と、振動板の上方の第２の部分２９と、を有し、第２の部分２９は、第１電極２０から遠ざかる方向において、次第に膜厚が薄くなるフィレット形状であってもよい。図２に示すように、第１の部分２８の上面２７の一部（例えば、中央部）は、平面であってもよい。図２に示すように、配向制御層２６の第１電極２０の端部２４（側面２２および角部２３）を覆う部分の断面形状（第１電極２０の厚み方向と直交する方向から見た場合の断面形状）が、所謂フィレット形状であってもよい。換言すれば、第１電極２０の端部２４を覆う部分の上面２７は、角部２３上方の圧電体層３０側に凸な曲面と、側面２２上方の第１電極２０側に凸な曲面とが連続した面から形成されていてもよい。これによれば、圧電素子が駆動した際、圧電体層３０の電界集中を緩和することができる。また、圧電体層３０の結晶成長界面（上面２７）が、第２の部分２９において、より上方（第１電極２０の厚み方向）を向くことができるため、より均一な方向で圧電体層３０を結晶成長させることができる。
【００３８】
配向制御層２６の材質は、導電性を有し、上方に設けられた圧電体層３０が結晶化する際に、上面２７に設けられた圧電体層３０の結晶性の向上に寄与するものであれば、特に限定されない。例えば、配向制御層２６は、特定の配向面に優先配向した配向膜であってもよい。配向制御層２６の材質は、圧電体層３０に用いられる圧電材料、優先的に制御したい配向面、および圧電材料との格子マッチング条件等によって適宜選択されることができる。配向制御層２６の材質は、例えば、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３：ＬＮＯ）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３：ＳＲＯ）、ランタンストロンチウムコバルト酸化物（Ｌａ１−ＸＳｒＸＣｏＯ３）、酸化鉛（ＰｂＯ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、などを用いてもよい。好適には、配向制御層２６は、（１００）方向に優先配向したニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３：ＬＮＯ）またはルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３：ＳＲＯ）を用いてもよい。
【００３９】
圧電体層３０は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示されるように、配向制御層２６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、配向制御層２６を覆うように形成される。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および配向制御層２６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。
【００４０】
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。
【００４１】
圧電体層３０は、配向制御層２６（上面２７）の上において結晶成長した圧電体であることができる。したがって、圧電体層３０は、任意の配向面に優先的に配向制御されていることができる。また、結晶成長界面が、配向制御層２６の上面２７であるため、角部周辺で結晶成長した部分を有さない。したがって、角部を有する第１電極や、配向制御層を覆うように設けられた圧電体層と比べて、圧電体層３０は、より均一な方向で結晶成長した圧電体層であることができる。
【００４２】
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、配向制御層２６の少なくとも一部とオーバーラップし、駆動領域（配向制御層２６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。
【００４３】
第２電極４０は、第１電極２０および配向制御層２６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および配向制御層２６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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
本実施形態に係る圧電素子１００によれば、第１電極２０の端部２４を覆う配向制御層２６の上面２７は曲面である。通常のパターニング技術でもって形成された配向制御層を形成した場合、レジスト端部において、配向制御層に角部や、側面に凹凸面が形成される。しかしながら、圧電素子１００によれば、配向制御層２６の上面２７は、曲面および／または平面から構成され、角部が形成されない。よって、圧電素子１００が駆動する際、圧電体層３０における電界集中をより緩和できる。したがって、信頼性の高い圧電素子を提供することができる。
【００４７】
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）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。
【００４８】
本実施形態に係る圧電素子の製造方法は、振動板１０の上に、第１電極２０を形成する工程と、第１電極２０を覆うように、配向制御層２６を形成する工程と、配向制御層２６を覆うように、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、を含み、配向制御層２６は、配向制御層２６の前駆体溶液を吐出するインクジェット方式によって形成される。
【００４９】
まず、図３（Ａ）に示すように、振動板１０を準備する。振動板１０は、後述される圧力室６２２などの流路が形成される領域６２２ａを備え、流路形成板６２０となる基板６２０aの表面に設けられてもよい。基板６２０aは、例えば、シリコン基板であってもよい。例えば、振動板１０は、第１および第２の層１１、１２を有していてもよく、第１の層は酸化シリコンであり、第２の層は酸化ジルコニウムであってもよい。
【００５０】
次に、図３（Ｂ）に示すように、振動板１０に第１電極２０を形成する。第１電極２０は、振動板１０の上に所望の膜厚を有した導電膜を成膜して、所望の形状にパターニングすることによって形成される。導電膜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を形成することができる。導電膜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。なお、第１電極２０の詳細な構成は上述されているため、省略する。
【００５１】
次に、図３（Ｃ）に示すように、配向制御層２６の前駆体溶液２６aを基板に塗布し、配向制御層２６を形成する。前駆体溶液２６aを基板に塗布する方法は、直接パターニングできる方法が望ましく、例えば、ＬＳＭＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｍｉｓｔｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やインクジェット方式が好適である。例えば、第１電極２０の上方からインクジェット方式によって滴下し、配向制御層２６を形成してもよい。
【００５２】
ここで、前駆体溶液２６aを塗布する前に、振動板１０および第１電極２０の表面に対して親水化／撥水化処理などの表面処理を行ってもよい。例えば、前駆体溶液２６aを塗布される表面の接触角が、塗布されない表面の接触角よりも小さくなるように表面処理を行ってもよい。表面処理は特に限定されないが、例えば、ＵＶ露光処理を行って、表面の所望の領域における接触角を低下させてもよい。具体的には、前駆体溶液２６aが塗布される領域が露出するように、マスクを形成した後、前駆体溶液２６aが塗布される領域に対してＵＶ露光処理を行い、表面の接触角を低下させてもよい。
【００５３】
配向制御層２６の前駆体溶液２６aは、公知のＣＳＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法の技術を用いて準備される。例えば、配向制御層２６が、ニッケル酸ランタン（ＬＮＯ）である場合、前駆体溶液２６aの出発原料には、例えば、硝酸ランタン六水和物および酢酸ニッケル四水和物を、溶媒としては、２−メトキシエタノール、２−アミノエタノールを用いることができる。また、例えば、配向制御層２６が、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳＲＯ）である場合、前駆体溶液２６aの出発原料には、例えば、Ｓｒ化合物としては酢酸ストロンチウム等の有機酸塩、Ｒｕ化合物としては、酢酸ルテニウム等の有機酸塩を用いることができる。溶媒としては、カルボン酸やアルコール等を用いることができる。前駆体溶液２６ａを準備する工程は、水和物除去を目的とした乾燥工程や、撹拌工程および還流工程を適宜含むことができる。また、前駆体溶液２６aは、溶媒の濃度を調整することにより、粘性や、第１電極２０および振動板１０との接触角（濡れ性）を調整することができる。ここで、前駆体溶液２６aの粘性や接触角（濡れ性）を調整することにより、配向制御層２６の形状を適宜調整することができる（図１（Ｂ）、図２参照）。なお、配向制御層２６の詳細な構成は上述されているため、省略する。
【００５４】
図３（Ｃ）に示すように、第１電極２０の上方から前駆体溶液２６ａをインクジェット方式により滴下することで、第１電極２０を前駆体溶液２６ａで覆うことができる。ここで、滴下される前駆体溶液２６ａのドット径は、第１電極２０との相対的な大きさより適宜調整される。また、第１電極２０を覆うために、前駆体溶液２６ａの複数の液滴を滴下してもよい。
【００５５】
配向制御層２６を形成する工程は、滴下された前駆体溶液２６ａを熱処理する工程を含む。これにより、結晶化した配向制御層２６を形成することができる。熱処理の条件は、前駆体溶液２６ａを結晶化することができる限り特に限定されない。例えば、熱処理工程は、塗膜の乾燥を目的とした乾燥工程、脱脂などを目的とした仮焼成工程、および結晶化を目的とした焼成工程を含んでいてもよい。仮焼成は、例えば、１００度以上、２５０度以下の温度範囲で熱処理することができる。また、焼成は、例えば、２５０度以上、５００度以下の温度範囲で熱処理することができる。
【００５６】
次に、図３（Ｄ）に示すように、配向制御層２６を覆うように、圧電体層３０を形成し、圧電体層３０の上に第２電極４０を形成する。
【００５７】
圧電体層３０の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３０を形成することができる。また、圧電体層３０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度以下で行われてもよい。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。圧電体層３０は、熱処理の後、所望の形状のレジストを形成しパターニングされてもよいし、第２電極４０と同じ材料からなる導電膜を所望の形状に形成し、ハードマスクとして機能させてパターニングを行ってもよい。なお、圧電体層３０の詳細な構成は上述されているため、省略する。
【００５８】
第２電極４０を形成する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。第２電極４０は、圧電体層３０の上に所望の膜厚を有した導電膜を成膜して、所望の形状にパターニングすることによって形成してもよい。導電膜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を形成することができる。導電膜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。なお、第２電極４０の詳細な構成は上述されているため、省略する。
【００５９】
以上の工程により、圧電素子１００を製造することができる。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】
本実施形態に係る圧電素子の製造方法によれば、配向制御層２６は、配向制御層２６の前駆体溶液２６ａを吐出するインクジェット方式によって形成される。これによれば、配向制御層２６はパターニングする必要がなく、表面である上面２７は、液相である前駆体溶液２６ａの表面張力により形成される。したがって、配向制御層２６の上面２７に角部が形成されないため、圧電素子１００が駆動する際、電界の集中を緩和することができる。
【００６２】
また、本実施形態に係る圧電素子の製造方法によれば、圧電体層３０は、曲面または平面から構成される配向制御層２６の上面２７の上に設けることができる。これによれば、圧電体層３０の前駆体溶液が角部を含む界面上において結晶成長する場合と比べて、より均一な方向で結晶成長することができる。したがって、圧電体層３０の結晶性を向上させることができ、圧電素子１００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、配向制御層２６を形成する際、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たパターニング工程が不要となる。これによれば、圧電素子の製造工程の歩留まりを向上させることができる。例えば、配向制御層２６に、ニッケル酸ランタン（ＬＮＯ）やルテニウム酸ストロンチウム（ＳＲＯ）を用いる場合、これらの材料のエッチングレートは、レジストや、振動板１０などの周囲の部材と比べて低いことが知られている。したがって、配向制御層を所望の形状にパターニングする際、振動板１０をオーバーエッチングしてしまう可能性がある。また、これらの材料は、エッチングされにくい材料であるため、エッチング界面に凹凸などが形成されやすく、圧電体層３０との接触面に角部などが形成される可能性がある。以上のように、ニッケル酸ランタン（ＬＮＯ）などの配向制御層を所望の形状にパターニングすることは技術的な困難性を伴うため、製造工程の歩留まりを低下させる可能性がある。しかしながら、上述のように、本実施形態に係る圧電素子の製造方法によれば、配向制御層２６を形成する際、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たパターニング工程が不要となる。これによれば、圧電素子の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４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５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５では、圧電素子１００を簡略化して図示している。
【００６５】
図４および図５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４および図５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５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４および図５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５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５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５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５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６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６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、２０  第１電極、２１  上面、
２２  側面、２３  角部、２４  端部、２６  配向制御層、２７  上面、
２８  第１の部分、２９  第２の部分、３０  圧電体層、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】
2012089600.tif 000003
【図２】
2012089600.tif 000004
【図３】
2012089600.tif 000005
【図４】
2012089600.tif 000006
【図５】
2012089600.tif 000007
【図６】
2012089600.tif 000008