(57)【要約】【課題】圧電体層２５において、変位領域Ｒ11では結晶欠陥の発生を抑えて高い圧電特性を保ちつつ、配線領域Ｒ21では誘電率を小さくして、静電容量を小さく抑える。【解決手段】圧電アクチュエータ２１ａは、基板２２と、第１の電極（例えば下部電極２４）と、第２の電極（例えば上部電極２６）と、圧電体層２５とを有する。圧電体層２５は、第１の領域Ｒ１と、厚さ方向に垂直な面内で第１の領域Ｒ１を囲むように位置する第２の領域Ｒ２とを含む。第１の領域Ｒ１は、第１の電極と第２の電極との電位差に応じて変位する変位領域Ｒ11を含む。第２の領域Ｒ２は、変位領域Ｒ11上の第２の電極を引き出す配線５１の下地となる配線領域Ｒ21を含む。変位領域Ｒ11は、複数の結晶を含む多結晶膜２５ａを有している。第２の領域Ｒ２において、少なくとも配線領域Ｒ21は、複数の結晶の一体的な変質によって粒界が消滅した変質膜２５ｂを有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、第１の電極と、第２の電極と、圧電体層とを有する圧電アクチュエータであって、
前記圧電体層は、
前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に応じて変位する変位領域を含む第１の領域と、
厚さ方向に垂直な面内で前記第１の領域を囲むように位置する第２の領域とを有し、
前記第２の領域は、前記変位領域上の前記第２の電極を引き出す配線の下地となる配線領域を含み、
前記変位領域は、複数の結晶を含む多結晶膜を有しており、
前記第２の領域において、少なくとも前記配線領域は、複数の結晶の一体的な変質によって粒界が消滅した変質膜を有していることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記基板側から、前記第１の電極としての下部電極、前記圧電体層、および前記第２の電極としての上部電極をこの順で有していることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記変質膜は、非晶質構造を持つことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記配線領域は、前記基板側から、複数の結晶を含む多結晶膜と、前記変質膜とをこの順で有していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記変質膜の厚みは、前記基板側の前記多結晶膜の厚みよりも薄いことを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記第１の領域は、前記変位領域の外側に位置して、前記変位領域上の前記第２の電極を前記配線領域上に引き出す前記配線の下地となる中間領域をさらに含んでいることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の圧電アクチュエータと、
インクを吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートとを備え、
前記圧電アクチュエータの前記基板において、前記圧電体層の前記変位領域に対応する位置には、前記インクを収容する圧力室が形成されており、
前記ノズルプレートの前記ノズル孔は、前記圧力室と連通していることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】
請求項７に記載のインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させることを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項９】
基板を含む基体上に、複数の結晶を含む多結晶膜を有する圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層に電圧を印加するための第１の電極を形成する工程と、
前記圧電体層において、変位領域を含む第１の領域を厚さ方向に垂直な面内で囲むように位置する第２の領域のうち、少なくとも、前記変位領域上に形成される第２の電極を引き出す配線の下地となる配線領域を前記基板とは反対側から加熱して、前記多結晶膜に含まれる複数の結晶を一体的に変質させることにより、粒界が消滅した変質膜を、前記配線領域の厚さ方向の少なくとも一部に形成する工程と、
前記圧電体層の前記変位領域上に、前記第２の電極を形成する工程と、
前記変位領域上の前記第２の電極を引き出して、前記配線領域上に前記配線を形成する工程とを含んでいることを特徴とする圧電アクチュータの製造方法。
【請求項１０】
前記基板側から、前記第１の電極としての下部電極、前記圧電体層、および前記第２の電極としての上部電極をこの順で形成することを特徴とする請求項９に記載の圧電アクチュータの製造方法。
【請求項１１】
前記圧電体層の加熱を、レーザー光の照射によって行うことを特徴とする請求項９または１０に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１２】
前記変質膜を形成する工程では、前記変位領域と離れて位置する前記配線領域にレーザー光を照射することにより、前記変質膜を形成することを特徴とする請求項１１に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１３】
前記レーザー光の波長は、前記圧電体層を透過するときの透過率が５０％以下となる波長であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板側から、下部電極、圧電体層および上部電極をこの順で有する圧電アクチュエータと、その圧電アクチュエータの製造方法と、上記圧電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドと、上記インクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタとに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、用紙や布などの記録メディアに対して液体インクを吐出して、文字や図柄を印刷するインクジェットプリンタが知られている。記録メディアに対して、複数のチャネル（インク吐出部）を有するインクジェットヘッドを相対的に移動させながら、インクの吐出を制御することにより、記録メディア上に二次元の画像を出力することができる。インクの吐出は、アクチュエータ（圧電式、静電式、熱変形など）を利用したり、熱によって管内のインクに気泡を発生させることで行うことができる。中でも、圧電式のアクチュエータは、出力が大きい、変調が可能、応答性が高い、インクを選ばない、などの利点を有しており、近年よく利用されている。
【０００３】
また、圧電式のアクチュエータには、バルク状の圧電体を用いたものと、薄膜の圧電体（圧電薄膜）を用いたものとがある。前者は出力が大きいため、大きな液滴を吐出することができるが、大型でコストが高い。これに対して、後者は出力が小さいため、液滴量は大きくできないが、小型でコストが低い。高解像度（小液滴で良い）で小型、低コストのプリンタを実現するには、圧電薄膜を用いてアクチュエータを構成することが適していると言える。なお、圧電式のアクチュエータにおいて、圧電薄膜を用いるか、バルク状の圧電体を用いるかは、用途に応じて選択すればよい。印刷する画像の大きさ、印刷速度、装置の大きさなどにより、使用する圧電体を、バルク状のものと薄膜のものとで使い分けることができる。
【０００４】
図７は、圧電式のアクチュエータを利用した従来のインクジェットヘッド１００の概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるＢ−Ｂ’線矢視断面図とを併せて示したものである。このインクジェットヘッド１００は、複数の圧力室１０１ａを有する支持基板１０１を振動板１０２とノズルプレート１０３とで挟み込み、各圧力室１０１ａの上方の振動板１０２上に、駆動素子１０４を形成して構成されている。ノズルプレート１０３には、各圧力室１０１ａ内のインクを外部に吐出するためのノズル孔１０３ａが形成されている。
【０００５】
駆動素子１０４は、支持基板１０１側から、下部電極２０１、圧電体２０２、上部電極２０３をこの順で形成して構成されている。下部電極２０１は、全ての駆動素子１０４に共通の電極となっている。上部電極２０３は、幅の狭い引出部３０１ａを介して接続端子部３０１と個別に接続されている。引出部３０１ａおよび接続端子部３０１は、圧力室１０１ａの上方から下部電極２０１に沿って引き出された圧電体２０２上に形成されている。下部電極２０１および接続端子部３０１は、電気配線を介して図示しない駆動回路と電気的に接続されている。
【０００６】
また、振動板１０２および下部電極２０１には、インク供給口１０５が貫通形成されている。図示しないインクタンクからのインクは、インク供給口１０５を通り、支持基板１０１に形成されたインク流路１０１ｂを介して圧力室１０１ａに供給される。
【０００７】
駆動回路から下部電極２０１および上部電極２０３に電圧を印加すると、圧電体２０２が厚さ方向に垂直な方向に伸縮する。すると、圧電体２０２と振動板１０２との長さの違いにより、振動板１０２に曲率が生じ、振動板１０２が厚さ方向に変位（湾曲）する。このような振動板１０２の変位によって圧力室１０１ａ内に圧力が付与されることにより、圧力室１０１ａ内のインクがノズル孔１０３ａを介して外部に液滴として吐出される。
【０００８】
圧力室１０１ａの上方の圧電体２０２は、下部電極２０１および上部電極２０３への電圧印加によって上記のように伸縮するが、引出部３０１ａおよび接続端子部３０１の下地となる圧電体２０２は、下方の支持基板１０１に掘り込み部が形成されていないため、電圧印加時にほとんど変形せず、振動板１０２もほとんど振動しない。このため、幅の狭い引出部３０１ａおよびその下方の圧電体２０２（特に圧力室１０１ａとの境界付近）に応力が集中し、上記圧電体２０２とともに引出部３０１ａが破損するおそれがある。このような応力集中を緩和するために、引出部３０１ａの下方の支持基板１０１には、圧力室１０１ａよりも幅の狭い掘り込み部（緩衝室）が形成されてもよい。
【０００９】
駆動素子に用いられる圧電体には、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）やＰＺＴと呼ばれるチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉ／Ｚｒ）Ｏ3）など、ペロブスカイト型の金属酸化物が広く用いられている。圧電体を圧電薄膜で構成する場合、基板上に例えばＰＺＴを成膜によって形成する。ＰＺＴの成膜は、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ゾルゲル法など、種々の方法を用いて行うことが可能である。なお、圧電材料の結晶化には高温が必要となるため、基板にはシリコン（Ｓｉ）が良く用いられる。焼成法で別に作製したバルク状の圧電体を用いる場合、この圧電体を接着やネジ止めによって基板に固定してもよい。
【００１０】
インクジェットヘッドにおいて、高解像な描画を実現するには、駆動素子やチャネルの配置ピッチを狭くする必要がある。このとき、チャネルを多列化して、各列間でチャネルをずらすことで、みかけ上、ピッチを小さくすることもできる。６００〜２４００ｄｐｉ（dot per inch）など、印刷機並みの高解像度を実現するためには、数〜数十の列数が必要となる。
【００１１】
一方、図８は、従来の他のインクジェットヘッド２００の概略の構成を示す断面図である。このインクジェットヘッド２００では、駆動素子１０４の上部電極２０３への電圧の印加を、バンプ４０１および引出配線４０２を介して行うようにしている。引出配線４０２は、支持基板１０１と流路基板４０３を介して対向配置される配線基板４０４を貫通してその表裏に形成されており、外部の駆動回路４０５と接続される。また、支持基板１０１は、ガラスプレート１０６を介してノズルプレート１０３と接合されている。
【００１２】
上記のように、上部電極２０３に電圧を印加するための配線（引出配線４０２）を、支持基板１０１とは別の基板（配線基板４０４）に形成することにより、支持基板１０１上では、上記配線を設けるスペースが不要となるため、駆動素子１０４を高密度で配置することが可能となる。
【００１３】
このように、支持基板１０１と配線基板４０４とを対向配置して、駆動素子１０４を高密度に配置する構成は、例えば特許文献１でも開示されている。特許文献１では、配線基板４０４の基材として、支持基板１０１と同様のシリコンを用いることで、配線基板４０４の微細加工を可能として、加工精度を向上させている。
【００１４】
なお、配線基板４０４の基材には、余計な静電容量を持たさないよう、絶縁性のものが採用され、ガラスやポリイミドなどを使用する例もある。引出配線４０２は、こうした基材の片面、あるいは両面に形成される。
【００１５】
しかし、上記のように配線基板４０４を使用してインクジェットヘッド２００を構成する場合、配線基板４０４の使用による部材費のアップや、組立工数が増えるなどにより、コストアップを招く。コストを抑えるためは、前述のように、駆動素子を形成した支持基板上に、配線を直接形成する構成が望ましい。
【００１６】
支持基板上に駆動素子を駆動するための配線を直接形成する構成では、優れたインク吐出性能を実現するため、駆動素子の圧電体として、圧電特性が高く、誘電率も高い圧電体が成膜される。圧電体は絶縁体であるため、上部電極を引き出す配線を圧電体上に直接形成することができるが、圧電体の誘電率が高いため、配線部（配線と下部電極とで挟まれる部分）の静電容量も高くなってしまう。静電容量の増加は、駆動時の消費電力の増加や駆動信号の遅延を招くため、静電容量を小さくする必要がある。
【００１７】
なお、圧電体（絶縁体）の誘電率をεｓ、圧電体を挟む２枚の金属板（電極）間の距離をｄ（ｍ）、金属板の面積をＳ（ｍ2）、真空の誘電率をεｏ（＝８．８５４×１０-12Ｆ／ｍ）、静電容量をＣ（Ｆ）としたとき、Ｃ＝εｏ・εｓ・（Ｓ／ｄ）である。したがって、面積Ｓおよび距離ｄが一定の場合、圧電体の誘電率εｓが大きいと、静電容量Ｃも大きくなる。
【００１８】
そこで、例えば特許文献２では、配線部において、圧電体と、上部電極または下部電極との間に低誘電性膜を形成することにより、配線部の静電容量を低減するようにしている。しかし、この構成では、低誘電性膜を設けることで、圧力室上方の上部電極と、配線部の上部電極（配線）とで段差が生じるため、上部電極が破断しやすくなり、歩留りが低下する。
【００１９】
この点、例えば特許文献３では、圧電体の結晶構造を制御することで、配線部の圧電体の誘電率を下げるようにしている。より具体的には、圧電体層において、圧電体が変位する変位領域には、圧電特性の良好なペロブスカイト型構造の圧電体を形成し、上部電極の引出配線の下部に位置する配線領域には、変位領域よりも誘電率の低いパイロクロア型構造の圧電体を、変位領域と面一で形成している。これにより、圧電体層上の上部電極の段差をなくして、上記段差に起因する配線の断線を低減し、歩留りの低下を防ぎつつ、配線領域の誘電率の低下により、静電容量を下げるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２０１１−２１８６４１号公報（請求項１〜３、段落〔００１６〕、〔００３３〕、図５等参照）
【特許文献２】特開平９−１５６０９９号公報（請求項１、５、段落〔０００６〕、〔０００７〕、〔００３１〕、〔００３２〕、図４等参照）
【特許文献３】特開２００４−１０４１０６号公報（請求項１〜３、段落〔０００７〕、〔０００８〕、〔００２７〕、〔００３６〕、〔００４２〕、〔００４４〕〜〔００４６〕、図７、図８等参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
ところが、特許文献３では、変位領域にペロブスカイト型構造の圧電体を成膜する際に、その下地として、上記圧電体の結晶構造を制御するための結晶制御層（例えばＰＬＴ；チタン酸ランタン鉛）を成膜する必要がある。このため、そのような結晶制御層の成膜、パターニング、エッチングなどの工程が追加で必要となる。追加された工程により、異物（コンタミ）などが残された場合、次工程の成膜で、良質な圧電特性を持った膜が得られなかったり、圧電体の結晶欠陥が増加する。結晶欠陥が駆動素子内に取り込まれると、駆動素子の信頼性の悪化につながる。
【００２２】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、圧電体層において、変位領域では結晶欠陥の発生を抑えて高い圧電特性を保ちつつ、配線領域では誘電率を小さくして静電容量を小さく抑えることができる圧電アクチュエータおよびその製造方法と、上記圧電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の一側面に係る圧電アクチュエータは、基板と、第１の電極と、第２の電極と、圧電体層とを有する圧電アクチュエータであって、前記圧電体層は、前記第１の電極と前記第２の電極との電位差に応じて変位する変位領域を含む第１の領域と、厚さ方向に垂直な面内で前記第１の領域を囲むように位置する第２の領域とを有し、前記第２の領域は、前記変位領域上の前記第２の電極を引き出す配線の下地となる配線領域を含み、前記変位領域は、複数の結晶を含む多結晶膜を有しており、前記第２の領域において、少なくとも前記配線領域は、複数の結晶の一体的な変質によって粒界が消滅した変質膜を有している。
【００２４】
上記の構成によれば、圧電体層の少なくとも配線領域は、変質膜を有している。変質膜は、複数の結晶の一体的な変質によって粒界が消滅した膜であり、粒界を持つ多結晶膜に比べて誘電率が低い。したがって、配線領域が変質膜を有していることにより、配線領域の誘電率を変位領域よりも小さくすることができる。しかも、従来のような、圧電体の結晶性を制御するための結晶制御層を設けることなく、配線領域の誘電率を小さくできるため、結晶制御層の成膜に起因する不都合、つまり、成膜時の異物混入に起因する結晶欠陥の増大や圧電特性の低下といった不都合は生じない。
【００２５】
したがって、上記構成によれば、圧電体層において、変位領域では結晶欠陥の発生を抑えて高い圧電特性を保ちつつ、配線領域では誘電率を小さくして、静電容量を小さく抑えることができる。
【００２６】
上記の圧電アクチュエータは、前記基板側から、前記第１の電極としての下部電極、前記圧電体層、および前記第２の電極としての上部電極をこの順で有していてもよい。この場合、圧電体層をｄ31モードで駆動する構成において、上述の効果を得ることができる。なお、ｄ31モードとは、圧電体層に対する電圧の印加方向と変位方向とが直交する駆動モードを指す。
【００２７】
前記変質膜は、非晶質構造を持っていてもよい。非晶質構造（アモルファス構造）であることで、粒界を持たない変質膜を確実に実現することができる。
【００２８】
前記配線領域は、前記基板側から、複数の結晶を含む多結晶膜と、前記変質膜とをこの順で有していてもよい。配線領域の厚み方向において、一部（基板側）に多結晶膜が存在する場合でも、残りに（配線側に）変質膜が存在することで、配線領域の誘電率を変位領域よりも小さくすることができる。
【００２９】
前記変質膜の厚みは、前記基板側の前記多結晶膜の厚みよりも薄いことが望ましい。変質膜は、例えばレーザー光の照射により、複数の結晶を一体的に変質させる（例えば非晶質化させる）ことによって形成される。変質膜を厚くする場合は、多結晶膜の下層（電極、基板）がレーザー光の照射時の高熱により劣化することが懸念されるため、変質膜は多結晶膜よりも薄くすることが望ましい。
【００３０】
前記第１の領域は、前記変位領域の外側に位置して、前記変位領域上の前記第２の電極を前記配線領域上に引き出す前記配線の下地となる中間領域をさらに含んでいてもよい。変質膜は、例えば配線領域にレーザー光を照射することによって形成される。変位領域と配線領域との間に中間領域が位置しており、配線領域の変質膜が変位領域と離れているため、変質膜の形成時に、レーザー光が意図せずに変位領域に照射されて、変位領域の圧電特性が低下するのを確実に回避することができる。
【００３１】
本発明の他の側面に係るインクジェットヘッドは、上述した圧電アクチュエータと、インクを吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートとを備え、前記圧電アクチュエータの前記基板において、前記圧電体層の前記変位領域に対応する位置には、前記インクを収容する圧力室が形成されており、前記ノズルプレートの前記ノズル孔は、前記圧力室と連通していてもよい。また、本発明のさらに他の側面に係るインクジェットプリンタは、上述したインクジェットヘッドを備え、前記インクジェットヘッドから記録媒体に向けてインクを吐出させる構成であってもよい。この場合、高性能で信頼性が高く、消費電力の増加や駆動信号の遅延も抑えたインクジェットヘッドまたはインクジェットプリンタを実現することができる。
【００３２】
本発明のさらに他の側面に係る圧電アクチュエータの製造方法は、基板を含む基体上に、複数の結晶を含む多結晶膜を有する圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層に電圧を印加するための第１の電極を形成する工程と、前記圧電体層において、変位領域を含む第１の領域を厚さ方向に垂直な面内で囲むように位置する第２の領域のうち、少なくとも、前記変位領域上に形成される第２の電極を引き出す配線の下地となる配線領域を前記基板とは反対側から加熱して、前記多結晶膜に含まれる複数の結晶を一体的に変質させることにより、粒界が消滅した変質膜を、前記配線領域の厚さ方向の少なくとも一部に形成する工程と、前記圧電体層の前記変位領域上に、前記第２の電極を形成する工程と、前記変位領域上の前記第２の電極を引き出して、前記配線領域上に前記配線を形成する工程とを含んでいる。
【００３３】
上記の製法によれば、基板を含む基体上に、第１の電極、圧電体層、第２の電極が形成される。圧電体層において、変位領域を含む第１の領域を、厚さ方向に垂直な面内で囲むように位置する第２の領域のうち、少なくとも配線領域を基板とは反対側から加熱することにより、配線領域の厚さ方向の少なくとも一部に、粒界が消滅した変質膜が形成される。第２の電極は、圧電体層の変位領域上に形成され、第２の電極を引き出す配線は、変位領域上から配線領域上に引き出される。なお、第２の電極と配線とは、同時に形成されてもよいし、時間的に前後にずれて形成されてもよい。
【００３４】
上記の変質膜は、上記配線領域を加熱して、複数の結晶を一体的に変質させることにより形成される。粒界が消滅した変質膜は、粒界を持つ多結晶膜に比べて誘電率が低いため、このような変質膜を配線領域に形成することで、配線領域の誘電率を変位領域よりも小さくすることができる。しかも、従来のような、圧電体の結晶性を制御するための結晶制御層を、圧電体層の下地として形成することなく、変位領域と誘電率の低い配線領域とを形成できるため、結晶制御層の成膜に起因する結晶欠陥の増大や圧電特性の低下は生じない。
【００３５】
したがって、圧電体層の変位領域では結晶欠陥の発生を抑えて高い圧電特性を保ちつつ、配線領域では誘電率を小さくして、静電容量を小さく抑えることができる。
【００３６】
前記基板側から、前記第１の電極としての下部電極、前記圧電体層、および前記第２の電極としての上部電極をこの順で形成してもよい。この場合、圧電体層をｄ31モードで駆動する圧電アクチュータを実現できる。
【００３７】
前記圧電体層の加熱を、レーザー光の照射によって行うことが望ましい。レーザー光の照射により、圧電体層（多結晶膜）を局所的に加熱して、つまり、圧電体層の厚み方向の一部（例えば表面側）を瞬間的に加熱して、変質膜を形成することができる。このような局所加熱により、圧電体層の下地となる基板や電極に余分な高熱がかからないようにできるため、これらの部材の劣化を防ぐことができる。
【００３８】
前記変質膜を形成する工程では、前記変位領域と離れて位置する前記配線領域にレーザー光を照射することにより、前記変質膜を形成してもよい。この場合、レーザー照射によって配線領域に変質膜を形成する際に、レーザー光が意図せずに変位領域に照射されて、変位領域の圧電特性が低下するのを確実に回避することができる。
【００３９】
前記レーザー光の波長は、前記圧電体層を透過するときの透過率が５０％以下となる波長であることが望ましい。圧電体層が吸収する波長のレーザー光を照射することにより、圧電体層を確実に局所加熱できる。
【発明の効果】
【００４０】
圧電体層の変位領域では、圧電体の結晶欠陥の発生を抑えて高い圧電特性を保ちつつ、配線領域では、誘電率を小さくして静電容量を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の一形態に係るインクジェットプリンタの概略の構成を示す説明図である。
【図２】上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドの概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図とを併せて示した図である。
【図３】上記インクジェットヘッドの圧電体層が有する多結晶膜および変質膜の顕微鏡画像を模式的に示す説明図である。
【図４】上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】上記圧電体層の構成材料であるＰＺＴの分光透過率を示すグラフである。
【図７】従来のインクジェットヘッドの概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるＢ−Ｂ’線矢視断面図とを併せて示した図である。
【図８】従来の他のインクジェットヘッドの概略の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、数値範囲をＡ〜Ｂと表記した場合、その数値範囲に下限Ａおよび上限Ｂの値は含まれるものとする。
【００４３】
〔インクジェットプリンタの構成〕
図１は、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド部２において、インクジェットヘッド２１が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。
【００４４】
インクジェットプリンタ１は、上記のインクジェットヘッド部２と、繰り出しロール３と、巻き取りロール４と、２つのバックロール５・５と、中間タンク６と、送液ポンプ７と、貯留タンク８と、定着機構９とを備えている。
【００４５】
インクジェットヘッド部２は、インクジェットヘッド２１から記録媒体Ｐに向けてインクを吐出させ、画像データに基づく画像形成（描画）を行うものであり、一方のバックロール５の近傍に配置されている。なお、インクジェットヘッド２１の詳細については後述する。
【００４６】
繰り出しロール３、巻き取りロール４および各バックロール５は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール３は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Ｐを、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール３は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Ｐを図１のＸ方向へ繰り出して搬送する。
【００４７】
巻き取りロール４は、繰り出しロール３より繰り出されて、インクジェットヘッド部２によってインクが吐出された記録媒体Ｐを周面に巻き取る。
【００４８】
各バックロール５は、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に配設されている。記録媒体Ｐの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール５は、繰り出しロール３によって繰り出された記録媒体Ｐを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール５は、インクジェットヘッド部２との対向位置から巻き取りロール４に向けて、記録媒体Ｐを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。
【００４９】
中間タンク６は、貯留タンク８より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク６は、複数のインクチューブ１０と接続され、各インクジェットヘッド２１におけるインクの背圧を調整して、各インクジェットヘッド２１にインクを供給する。
【００５０】
送液ポンプ７は、貯留タンク８に貯留されたインクを中間タンク６に供給するものであり、供給管１１の途中に配設されている。貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７によって汲み上げられ、供給管１１を介して中間タンク６に供給される。
【００５１】
定着機構９は、インクジェットヘッド部２によって記録媒体Ｐに吐出されたインクを当該記録媒体Ｐに定着させる。この定着機構９は、吐出されたインクを記録媒体Ｐに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにＵＶ（紫外線）を照射することによりインクを硬化させるためのＵＶランプ等で構成されている。
【００５２】
上記の構成において、繰り出しロール３から繰り出される記録媒体Ｐは、バックロール５により、インクジェットヘッド部２との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド部２から記録媒体Ｐに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Ｐに吐出されたインクは定着機構９によって定着され、インク定着後の記録媒体Ｐが巻き取りロール４によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ１では、インクジェットヘッド部２を静止させた状態で、記録媒体Ｐを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Ｐに画像が形成される。
【００５３】
なお、インクジェットプリンタ１は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。
【００５４】
〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、上記したインクジェットヘッド２１の構成について説明する。図２は、インクジェットヘッド２１の概略の構成を示す平面図と、その平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図とを併せて示したものである。
【００５５】
インクジェットヘッド２１の圧電アクチュエータ２１ａは、複数の圧力室２２ａ（開口部）を有する基板２２上に、熱酸化膜２３、下部電極２４、圧電体層２５、上部電極２６をこの順で有している。基板２２と熱酸化膜２３とで、下部電極２４が形成される基体が構成されている。そして、基板２２の圧電体層２５とは反対側にノズルプレート３１が接合されて、インクジェットヘッド２１が構成されている。ノズルプレート３１には、圧力室２２ａと連通するノズル孔３１ａが形成されている。
【００５６】
基板２２は、厚さが例えば１００〜３００μｍ程度の単結晶Ｓｉ（シリコン）単体からなる半導体基板またはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板で構成されている。この基板２２は、例えば厚さが３００〜７５０μｍ程度の基板を準備し、その基板上に後述の圧電体層２５を成膜後、研磨処理等により１００〜３００μｍの厚みにしたものである。図２では、基板２２をＳＯＩ基板で構成した場合を示している。ＳＯＩ基板は、酸化シリコン（ＳｉＯ2）かなるＢｏｘ層４１を介して２枚のＳｉ基板４２・４３を接合したものである。基板２２における圧力室２２ａの上壁、つまり、圧力室２２ａよりも圧電体層２５側に位置するＳｉ基板４２は、従動膜となる振動板２２ｂを構成しており、圧電体層２５の駆動（伸縮）に伴って変位（振動）し、圧力室２２ａ内のインクに圧力を付与する。
【００５７】
熱酸化膜２３は、例えば厚さが０．１μｍ程度のＳｉＯ2（酸化シリコン）からなり、基板２２の保護および絶縁の目的で形成されている。
【００５８】
下部電極２４は、複数の圧力室２２ａに共通して設けられるコモン電極（第１の電極）であり、Ｔｉ（チタン）層とＰｔ（白金）層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、熱酸化膜２３とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１μｍ程度である。なお、Ｔｉ層の代わりに酸化チタン（ＴｉＯｘ）からなる層を形成してもよい。
【００５９】
圧電体層２５は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）からなる強誘電体薄膜で構成されており、基板２２のほぼ全面に形成されている。以下、圧電体層２５にはＰＺＴを用いた例で説明するが、これに限られずＰＺＴにランタン（Ｌａ）を添加したＰＬＺＴや、ＰＺＴにニオブ（Ｎｂ）を添加したＰＮＺＴでも良いし、その他の添加物を有する材料を用いてもよい。圧電体層２５の膜厚は、例えば１μｍ以上１０μｍ以下である。圧電体層２５には、個々の圧力室２２ａに対応する形状の溝Ｇが形成されている。これにより、圧電体層２５を基板２２の全面に設ける場合でも、個々の圧力室２２ａに対応して圧電体層２５を伸縮させることが可能となっている。なお、圧電体層２５の詳細については後述する。
【００６０】
上部電極２６は、各圧力室２２ａに対応して設けられる個別電極（第２の電極）であり、Ｔｉ層とＰｔ層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、圧電体層２５とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１〜０．２μｍ程度である。上部電極２６は、下部電極２４との間で圧電体層２５を膜厚方向から挟むように設けられている。なお、Ｐｔ層の代わりに、金（Ａｕ）からなる層を形成してもよい。
【００６１】
下部電極２４、圧電体層２５および上部電極２６は、圧力室２２ａ内のインクを外部に吐出させるための薄膜圧電素子２７（駆動素子）を構成している。この薄膜圧電素子２７は、駆動回路（図示せず）から下部電極２４および上部電極２６に印加される電圧（駆動信号）に基づいて駆動される。インクジェットヘッド２１は、薄膜圧電素子２７および圧力室２２ａを縦横に並べることにより形成される。
【００６２】
また、基板２２（特にＳｉ基板４２）、熱酸化膜２３、下部電極２４および圧電体層２５には、インク供給口２８が形成されており、基板２２にはインク流路２９が形成されている。中間タンク６内のインクは、インク供給口２８およびインク流路２９を介して、圧力室２２ａに供給される。
【００６３】
上記の構成において、駆動回路から下部電極２４および上部電極２６に電圧を印加すると、圧電体層２５が、下部電極２４と上部電極２６との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向（基板２２の面に平行な方向）に伸縮する。そして、圧電体層２５と振動板２２ｂとの長さの違いにより、振動板２２ｂに曲率が生じ、振動板２２ｂが厚さ方向に変位（湾曲、振動）する。
【００６４】
したがって、圧力室２２ａ内にインクを収容しておけば、上述した振動板２２ｂの振動により、圧力室２２ａ内のインクに圧力波が伝搬され、圧力室２２ａ内のインクがノズル孔３１ａからインク滴として外部に吐出される。
【００６５】
〔圧電体層の詳細〕
上記した圧電体層２５は、第１の領域Ｒ１と、厚さ方向に垂直な面内で第１の領域Ｒ１を囲むように位置する第２の領域Ｒ２とを有している。
【００６６】
第１の領域は、変位領域Ｒ11と、中間領域Ｒ12とを含む。変位領域Ｒ11は、下部電極２４と上部電極２６との電位差に応じて圧電体層２５が変位する領域であり、個々の圧力室２２ａの形成領域に対応して位置している。この変位領域Ｒ11は、ペロブスカイト型構造を持つ複数の結晶（例えば柱状結晶）の集合体からなる多結晶膜２５ａで構成されている。
【００６７】
中間領域Ｒ12は、変位領域Ｒ11と同じ多結晶膜２５ａで構成されており、変位領域Ｒ11の外側に、つまり、厚さ方向に垂直な面内で、変位領域Ｒ11およびその外側の溝Ｇを囲むように位置している。溝Ｇは、圧力室２２ａの形状にほぼ沿うように圧電体層２５に形成されており、これによって、変位領域Ｒ11の圧電体層２５を変位させることが可能となっている。また、中間領域Ｒ12は、変位領域Ｒ11上の上部電極２６を、第２の領域Ｒ２の配線領域Ｒ21上に引き出す配線５１の下地ともなる。
【００６８】
第２の領域Ｒ２は、配線領域Ｒ21と、残余領域Ｒ22とを含む。配線領域Ｒ21は、圧電体層２５において、変位領域Ｒ11上の上部電極２６を圧力室２２ａの外側に引き出す配線５１の下地となる領域である。上記の配線５１は、上部電極２６よりも幅の狭い引出部５２と、引出部５２と駆動回路（図示せず）とを電気的に接続するための接続端子部５３とを含んでおり、個々の上部電極２６に対応して形成されている。
【００６９】
配線領域Ｒ21は、基板２２側から、変位領域Ｒ11と同じ多結晶膜２５ａと、変質膜２５ｂとをこの順で有している。変質膜２５ｂは、複数の結晶（例えば柱状結晶）の一体的な変質によって粒界が消滅した膜であり、例えば非晶質構造（アモルファス構造）の膜である。なお、変質とは、一般的に、物質の性質が変わることを言うが、ここでは、粒界を持つ複数の結晶の結晶構造を一体的に変化させることで膜質を変化させることを指す。このような変質は、後述するように、所定波長のレーザー光を多結晶構造の膜に照射して加熱し、照射部分を溶融、固化させることによって実現できる。
【００７０】
図３は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）により観察される多結晶膜２５ａおよび変質膜２５ｂの水平断面を模式的に示している。同図のように、多結晶膜２５ａにおいては、結晶と結晶との間に粒界が存在しているが、変質膜２５ｂにおいては、多結晶膜２５ａで見られたような粒界のない非晶質構造となっている。
【００７１】
残余領域Ｒ22は、第２の領域Ｒ２において、配線領域Ｒ21以外の領域であるが、層構成は配線領域Ｒ21と同じである。つまり、残余領域Ｒ22においても、基板２２側から、多結晶膜２５ａと、変質膜２５ｂとをこの順で有している。残余領域Ｒ22は、その上に配線５１が形成されていないため、表面が露出している。
【００７２】
なお、後述する本実施形態の効果（配線領域Ｒ21の誘電率の低減効果）を得るにあたっては、残余領域Ｒ22は、変質膜２５ｂを有していなくてもよいが（多結晶膜２５ａのみで構成されてもよいが）、配線５１をパターニング形成するときの自由度（配線５１の形成位置の選択自由度）を増大させるために、残余領域Ｒ22を含む第２の領域Ｒ２の全体に変質膜２５ｂが形成されていることが望ましい。
【００７３】
配線領域Ｒ21の変質膜２５ｂは、複数の結晶の一体的な変質によって粒界が消滅した膜である。非晶質構造の変質膜２５ｂは、規則的な結晶構造を持つ多結晶膜２５ａよりも誘電率が低いため、配線領域Ｒ21がこのような変質膜２５ｂを有していることで、配線領域Ｒ21の誘電率を、多結晶膜２５ａを有する変位領域Ｒ11よりも小さくすることができる。しかも、従来のような結晶制御層を成膜することなく、変位領域Ｒ11と配線領域Ｒ21とを形成し、かつ、配線領域Ｒ21の誘電率を変位領域Ｒ11よりも小さくできるため、結晶制御層の成膜に起因する結晶欠陥の増大や圧電特性の低下は生じない。したがって、本実施形態の構成によれば、圧電体層２５において、変位領域Ｒ11では結晶欠陥の発生を抑えて高い圧電特性を保ちつつ、配線領域Ｒ21では誘電率を小さくして、配線部（配線５１、配線領域Ｒ21、下部電極２４）の静電容量を小さく抑えることができる。
【００７４】
また、変質膜２５ｂは、粒界を持たない非晶質構造であるため、粒界が消滅した変質膜２５ｂを確実に実現することができる。
【００７５】
また、配線領域Ｒ21は、基板２２側から、多結晶膜２５ａと変質膜２５ｂとをこの順で有している。配線領域Ｒ21の厚み方向の一部に多結晶膜２５ａが存在しても、残りに変質膜２５が存在することにより、配線領域Ｒ21の誘電率を変位領域Ｒ11よりも小さくすることができる。
【００７６】
ここで、配線領域Ｒ21において、レーザー光の照射によって変質膜２５ｂを厚く形成すると、下地の多結晶膜２５ａの下層（下部電極２４、基板２２）がレーザー光の照射時の高熱により劣化することが懸念される。このため、変質膜２５ｂの厚みは、下地の多結晶膜２５ａの厚みよりも薄いことが望ましい。
【００７７】
なお、変質膜２５ｂを薄くしすぎると、配線領域Ｒ21の誘電率を小さくする効果が低減し、静電容量を小さく抑える効果が低減する。変質膜２５の形成によって配線領域Ｒ21の誘電率を確実に小さくするためには、変質膜２５ｂの厚さは５ｎｍ以上であることが望ましく、２０ｎｍ以上であることがより望ましい。
【００７８】
また、配線領域Ｒ21において、厚み方向の全体を変質膜２５ｂで構成してもよい。この場合、配線領域Ｒ21の誘電率を変位領域Ｒ11よりも確実に小さくして、静電容量を確実に小さくできる。厚み方向の全体に変質膜２５ｂを形成する場合、上述のようにレーザー光の照射時の高熱による下層の劣化が懸念されるが、静電容量の低減効果を重視するときは有効な構成となる。
【００７９】
また、本実施形態では、第２の領域Ｒ２の配線領域Ｒ21と、第１の領域Ｒ１の変位領域Ｒ11との間に、中間領域Ｒ12が位置しており、これによって、配線領域Ｒ21と変位領域Ｒ11とが離れている（図２参照）。変質膜２５ｂは、後述するように、配線領域Ｒ21にレーザー光を照射することによって形成されるが、変質膜２５ｂの形成位置が変位領域Ｒ11と離れているため、変質膜２５ｂの形成時に、レーザー光が意図せずに変位領域Ｒ11に照射されて、変位領域Ｒ11の圧電特性が低下するのを確実に回避することができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、圧電体層２５の膜厚は、溝Ｇの部分を除いて、第１の領域Ｒ１から第２の領域Ｒ２にかけて一定である。このため、変位領域Ｒ11上の上部電極２６から、中間領域Ｒ12を介して変質膜２５ｂ上に配線５１を引き出した場合でも、上部電極２６および配線５１に段差が生じることはない。
【００８１】
〔インクジェットヘッドの製造方法〕
次に、上述したインクジェットヘッド２１の製造方法について説明する。図４および図５は、インクジェットヘッド２１の製造工程を示す断面図である。
【００８２】
（１）基板準備工程、熱酸化膜形成工程
まず、基板２２を用意する。基板２２としては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）に多く利用されている結晶シリコン（Ｓｉ）を用いることができ、ここでは、酸化膜であるＢｏｘ層４１を介して２枚のＳｉ基板４２・４３が接合されたＳＯＩ構造のものを用いている。そして、基板２２を加熱炉に入れ、１５００℃程度に所定時間保持して、Ｓｉ基板４２・４３の表面にＳｉＯ2からなる熱酸化膜２３ａ・２３ｂをそれぞれ形成する。
【００８３】
（２）下部電極形成工程、圧電体層形成工程
次に、基板２２を含む基体上に下部電極２４を形成する。つまり、基板２２上の一方の熱酸化膜２３ａ上に、ＴｉＯ2（例えば厚さ０．０２μｍ）およびＰｔ（例えば厚さ０．１μｍ）の各層をスパッタ法で順に成膜し、下部電極２４を形成する。続いて、基板２２を６００℃程度に再加熱し、ＰＺＴからなる圧電体層２５（例えば厚さ１〜５μｍ）をスパッタ法で下部電極２４上に形成する。なお、圧電体層２５は、複数の結晶の集合体からなる多結晶膜２５ａである。
【００８４】
（３）レーザー照射工程
圧電体層２５において、変位領域Ｒ11と離れて位置する第２の領域Ｒ２を基板２２とは反対側からレーザー照射によって加熱して、多結晶膜２５ａに含まれる複数の結晶を一体的に変質させることにより、粒界が消滅した変質膜２５ｂを第２の領域Ｒ２に形成する。これにより、圧電体層２５の配線領域Ｒ21の厚さ方向の少なくとも一部に変質膜２５ｂが形成される。つまり、成膜後の圧電体層２５は、配向性を持った柱状結晶構造（多結晶膜２５ａ）になっているが、レーザー照射された部分は、アモルファス状の粒界を持たない変質膜２５ｂに変化する。なお、配線領域Ｒ21の厚さ方向において変質膜２５ｂが形成されていない部分は、多結晶膜２５ａのままである。この工程では、第２の領域Ｒ２の少なくとも配線領域Ｒ21を基板２２とは反対側から加熱してそこに変質膜２５ｂを形成すればよく、残余領域Ｒ22の加熱は必ずしも行う必要はない。
【００８５】
（４）上部電極形成工程
次に、上部電極２６となるＴｉ（例えば厚さ０．０２μｍ）およびＡｕ（例えば厚さ０．３μｍ）の各層を、蒸着法またはスパッタ法で成膜する。
【００８６】
（５）上部電極および配線の個別パターンの形成工程
圧電体層２５の多結晶膜２５ａを含む変位領域Ｒ11上に、上部電極２６の個別パターンを形成するとともに、変位領域Ｒ11上の上部電極２６を引き出して、中間領域Ｒ12上および配線領域Ｒ21上に配線５１の個別パターンを形成する。
【００８７】
より詳しくは、上部電極２６上に、感光性樹脂材料をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂材料の不要な部分を除去し、各圧力室２２ａに対応する個別の上部電極２６の形状と、この個別の上部電極２６を下層の圧電体層２５に沿って引き出す配線５１の形状とを転写する。そして、感光性樹脂材料をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて不要な部分のメタル層（上部電極２６）を除去し、個別の上部電極２６および配線５１のパターンを形成する。
【００８８】
（６）圧電体層のパターン形成工程
次に、圧電体層２５上に、感光性樹脂材料をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって感光性樹脂材料の不要な部分を除去し、圧電体層２５のパターン形状を転写する。そして、感光性樹脂材料をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて不要な部分の圧電体層２５を除去する。これにより、変位領域Ｒ11の圧電体層２５の周囲に溝Ｇが形成され、変位領域Ｒ11の圧電体層２５のパターンが形成される。
【００８９】
（７）基板研磨工程
次に、基板２２の裏面の熱酸化膜２３ｂを除去して研磨を行い、所望の厚みに調整する。
【００９０】
（８）圧力室、インク流路形成工程
基板２２の裏面に感光性樹脂材料をスピンコート法で塗布し、マスクを介して露光、エッチングすることによって、感光性樹脂材料の不要な部分を除去し、形成しようとする圧力室２２ａおよびインク流路２９の形状を転写する。そして、感光性樹脂材料をマスクとして、反応性イオンエッチング法を用いて基板２２の除去加工を行い、圧力室２２ａ等を形成して圧電アクチュエータ２１ａとする。このとき、基板２２の圧電体層２５側からも同様の加工を行って、インク供給口２８を形成する。
【００９１】
（９）ノズルプレート接合工程
その後、圧電アクチュエータ２１ａの基板２２と、ノズル孔３１ａを有するノズルプレート３１とを、接着剤等を用いて接合する。これにより、インクジェットヘッド２１が完成する。なお、ノズル孔３１ａに対応する位置に貫通孔を有する中間ガラスを用い、基板２２と中間ガラス、および中間ガラスとノズルプレート３１とをそれぞれ陽極接合するようにしてもよい。この場合は、接着剤を用いずに３者（基板２２、中間ガラス、ノズルプレート３１）を接合することができる。
【００９２】
このように、圧電体層２５の少なくとも配線領域Ｒ21を加熱して、粒界が消滅した変質膜２５ｂを形成することにより、配線領域Ｒ21の誘電率を変位領域Ｒ11よりも小さくすることができる。しかも、従来のように圧電体層２５の下地として結晶制御層を形成する必要がないため、結晶制御層の成膜に起因する結晶欠陥の増大や圧電特性の低下は生じない。したがって、圧電体層２５の変位領域Ｒ11では結晶欠陥を抑えて高い圧電特性を保ちつつ、配線領域Ｒ21では誘電率を小さくして、静電容量を小さく抑えた圧電アクチュエータ２１ａを実現することができる。
【００９３】
また、圧電体層２５の加熱を、レーザー光の照射によって行うため、レーザー光によって圧電体層２５の厚み方向の一部を瞬間的に加熱して、変質膜２５ｂを形成することができる。このような局所加熱により、構成部材である基板２２や下部電極２４に余分な高熱がかからないようにできるため、これらの部材の劣化を防ぐことができる。
【００９４】
また、配線領域Ｒ21において、変位領域Ｒ11と離れた位置の圧電体層２５にレーザー光を照射することによって、変質膜２５ｂを形成するため、変質膜２５ｂの形成時にレーザー光が変位領域Ｒ11にも照射されるのを確実に回避できる。その結果、レーザー光の意図しない照射によって、変位領域Ｒ11の圧電特性が低下するのを確実に回避することができる。
【００９５】
ここで、図６は、圧電体層２５の構成材料であるＰＺＴの分光透過率を示すグラフである。圧電体層２５の局所加熱に用いるレーザー光としては、ＰＺＴを透過せず、ＰＺＴに吸収されてその表面を加熱できる波長であればよい。なお、圧電体層２５を透過する波長のレーザー光を照射すると、レーザー光が圧電体層２５を透過して下地（下部電極２４、基板２２）を破損させてしまうおそれがある。この観点では、用いるレーザー光の波長は、圧電体層２５を透過するときの透過率が５０％以下となる波長であることが望ましい。したがって、ＰＺＴを加熱する場合は、図６より、４００ｎｍ以下の波長のレーザー光を用いることが望ましく、３６０ｎｍ以下の波長のレーザー光を用いることがより望ましい。なお、オーブンやホットプレートは、瞬間的な局所加熱が難しいため、レーザー光を用いるほうがよい。
【００９６】
〔実施例〕
次に、変質膜２５ｂを形成する具体的な実施例について説明する。
【００９７】
図４および図５で示した方法で、基板２２上に、下部電極２４および圧電体層２５を順に形成した後、圧電体層２５の配線領域Ｒ21にレーザー光を照射して変質膜２５ｂを形成し、その後、上部電極２６および配線５１を形成して、圧電アクチュエータ２１ａを製造した。このとき、Ｓｉからなる振動板２２ｂ（Ｓｉ基板３２）の厚みを５μｍとし、Ｐｔを含む下部電極２４の厚みを０．１μｍとし、ＰＺＴからなる圧電体層２５の厚みを５μｍとし、Ａｕを含む上部電極の厚みを０．３μｍとした。
【００９８】
下部電極２４上にスパッタ法で成膜される圧電体層２５は、下部電極２４から上側に伸びる柱状の結晶が集まった多結晶膜２５ａ（粒径：数十ｎｍ〜１μｍ程度、結晶配向：＜１００＞方向）を有しており、また、圧電体層２５の配線領域Ｒ21には、アモルファスの状態のＰＺＴ、すなわち、粒界のない領域（変質膜２５ｂ）が形成されていることが、ＳＥＭ画像等から確認された。なお、変質膜２５ｂの厚みは、２０ｎｍであった。
【００９９】
ここで、変質膜２５ｂは、ＰＺＴの多結晶膜２５ａを局所加熱（表面のみを加熱）することにより形成されるが、このときの局所加熱は、ＨＯＹＡ製のＹＡＧレーザー照射機（ＬＲ−３１００ＳＵＶ）を用い、パルスレーザーを照射して行った。レーザー光の波長は２６６ｎｍであり、パルス幅は５ｎｓｅｃであり、光量は０．１ｍＪであった。ＰＺＴの融点は、一般的には１３００〜１６００℃と言われているが、上記のレーザー光を用いることにより、局所加熱によってＰＺＴ表面を確実に融解し、固化させて、ＰＺＴ表面の粒界を無くすことができた。
【０１００】
ＰＺＴ透過率の高い波長（吸収の少ない波長）での加工は、光のほとんどがＰＺＴを透過して、ＰＺＴの表面にかかる熱が非常に小さくなるので好適ではない。ＰＺＴの局所加熱に使用できるレーザー光の波長は、上述のように４００ｎｍ以下であることが望ましい。このようなレーザー光の例としては、以下のものが挙げられる。
（１）ＹＡＧレーザー（固体レーザーの一種で、波長１０６４ｎｍを基本波とするレーザー）
ＹＡＧ第３高調波：波長３５５ｎｍ（ＹＡＧ基本波を３分の１の波長に変換したもの）
ＹＡＧ第４高調波：波長２６６ｎｍ（ＹＡＧ基本波を４分の１の波長に変換したもの）
ＹＡＧ第５高調波：波長２１３ｎｍ（ＹＡＧ基本波を５分の１の波長に変換したもの）
（２）エキシマレーザー（気体レーザーの一種で、使う媒質により波長が異なる）
媒質Ｎ2    ：波長３３７ｎｍ
媒質ＸｅＣｌ：波長３０８ｎｍ
媒質ＫｒＦ  ：波長２４８ｎｍ
媒質ＫｒＣｌ：波長２２２ｎｍ
媒質ＡｒＦ  ：波長１９３ｎｍ
【０１０１】
また、ＰＺＴ表面に十分な熱が加わるように照射光量を上げると、ＰＺＴ表面だけでなく、その下地（下部電極２４、振動板２２ｂ等）および照射エリア周辺が、加熱の影響を受けて、素子性能が劣化する場合がある。このため、照射光量についても適切に設定する必要がある。
【０１０２】
このようにして作製した圧電アクチュエータ２１ａでは、配線領域Ｒ21に変質膜２５ｂを持たない構成に比べて、配線領域Ｒ21を含む配線部の静電容量を１／１０以下に低減できることがわかった。
【０１０３】
以上では、基板２２側から、第１の電極としての下部電極２４、圧電体層２５、第２の電極としての上部電極２６をこの順で形成して圧電アクチュエータ２１ａを構成した例について説明した。このような圧電アクチュエータ２１ａでは、圧電体層２５はｄ31モードで駆動される。つまり、圧電体層２５に対する電圧の印加方向（例えば基板２２の厚さ方向）と、圧電体層２１の変位方向（例えば基板２２の厚さ方向に垂直な方向）とが直交する。しかし、本実施形態で説明した構成や製造方法は、ｄ31モード以外の駆動モードで駆動される圧電アクチュエータ２１ａにも適用可能である。例えば、円環状の圧電体層の外側および内側に電極を形成し、圧電体層の滑り変形（せん断変形）を利用する駆動モード（ｄ15モード）で圧電体層を駆動する圧電アクチュエータにも、圧電体層において配線の下地となる領域に変質膜を形成する本実施形態の構成を適用することができ、これによって、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の圧電アクチュエータは、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタに利用可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１      インクジェットプリンタ
２１      インクジェットヘッド
２１ａ    圧電アクチュエータ
２２      基板
２２ａ    圧力室
２４      下部電極（第１の電極）
２５      圧電体層
２５ａ    多結晶膜
２５ｂ    変質膜
２６      上部電極（第２の電極）
３１      ノズルプレート
３１ａ    ノズル孔
５１      配線
Ｐ      記録媒体
Ｒ１      第１の領域
Ｒ２      第２の領域
Ｒ11     変位領域
Ｒ12     中間領域
Ｒ21     配線領域
【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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【図７】
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【図８】
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