(57)【要約】【課題】圧電素子の変位量を向上しつつ圧電体層の破壊を抑制することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエータを提供する。【解決手段】圧電体層７０の端面がその外側に向かって傾斜する傾斜面で構成され、各圧電素子３００を構成する下電極６０が圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されていると共に圧電体層７０が下電極６０よりも広い幅で形成されて下電極６０の端面が圧電体層７０によって覆われており、振動板５０の最表層が酸化チタン（ＴｉＯx）からなる絶縁体膜５２で構成され、下電極６０の最表層がニッケル酸ランタン（ＬａＮｉyＯx）からなる配向制御層６２で構成され、且つ配向制御層６２及び少なくとも配向制御層６２上の前記圧電体層が、ペロブスカイト構造の結晶からなり且つ結晶面方位が（１１１）に優先配向している構成とする。【選択図】図３
2009255532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出するノズルにそれぞれ連通する圧力発生室が複数並設された流路形成基板と
、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下電極、圧電体層及び上電極か
らなる圧電素子とを具備し、前記圧電体層の端面がその外側に向かって傾斜する傾斜面で
構成され、
各圧電素子を構成する前記下電極が前記圧力発生室の幅よりも狭い幅で形成されている
と共に前記圧電体層が前記下電極よりも広い幅で形成されて当該下電極の端面が前記圧電
体層によって覆われており、
前記振動板の最表層が酸化チタン（ＴｉＯx）からなる絶縁体膜で構成され、前記下電
極の最表層がニッケル酸ランタン（ＬａＮｉyＯx）からなる配向制御層で構成され、
且つ前記配向制御層及び少なくとも当該配向制御層上の前記圧電体層が、ペロブスカイ
ト構造の結晶からなり且つ結晶面方位が（１１１）に優先配向していることを特徴とする
液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記振動板と前記圧電体層との間に、前記下電極とは不連続で、最表層の少なくとも一
部が前記配向制御層で構成された金属層が形成されていることを特徴とする請求項１に記
載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記圧電体層の結晶構造は、菱面体晶、正方晶又は単斜晶であることを特徴とする請求
項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
少なくとも前記配向制御層上の前記圧電体層が、柱状結晶からなることを特徴とする請
求項１〜３の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記絶縁体膜上の前記圧電体層が、柱状結晶からなることを特徴とする請求項１〜４の
何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記圧電体層で覆われた前記下電極の端面がその外側に向かって傾斜する傾斜面となっ
ていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記下電極は、前記配向制御層の下層に当該配向制御層よりも抵抗率の低い材料からな
る導電層を有することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項８】
前記導電層が前記配向制御層によって覆われていることを特徴とする請求項７に記載の
液体噴射ヘッド。
【請求項９】
前記導電層が、金属材料、金属材料の酸化物又はこれらの合金からなることを特徴とす
る請求項７又は８に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１０】
前記金属材料が、銅、アルミニウム、タングステン、白金、イリジウム、ルテニウム、
銀、ニッケル、オスミウム、モリブデン、ロジウム、チタン、マグネシウム及びコバルト
からなる群から選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項９に記載の液体
噴射ヘッド。
【請求項１１】
前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とすることを特徴とする請
求項１〜１０の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１２】
前記圧電体層の端面が、耐湿性を有する保護膜によって覆われていることを特徴とする
請求項１〜１１の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１３】
前記圧電体層の端面が、前記上電極によって覆われていることを特徴とする請求項１〜
１２の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１４】
前記下電極が前記圧力発生室に対応して独立して設けられて前記圧電素子の個別電極を
構成し、前記上電極が前記圧力発生室の並設方向に亘って連続的に設けられて前記圧電素
子の共通電極を構成していることを特徴とする請求項１３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体
噴射装置。
【請求項１６】
基板の一方面側に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた下電極、圧電体層及び
上電極からなる圧電素子とを具備し、前記圧電体層の端面がその外側に向かって傾斜する
傾斜面で構成され、
前記圧電体層が前記下電極よりも広い幅で形成されて当該下電極の端面が前記圧電体層
によって覆われており、
前記振動板の最表層が酸化チタン（ＴｉＯx）からなる絶縁体膜で構成され、前記下電
極の最表層がニッケル酸ランタン（ＬａＮｉyＯx）からなる配向制御層で構成され、
且つ前記配向制御層及び少なくとも当該配向制御層上の前記圧電体層が、ペロブスカイ
ト構造の結晶からなり且つ結晶面方位が（１１１）に優先配向していることを特徴とする
アクチュエータ。
【請求項１７】
前記振動板と前記圧電体層との間に、前記下電極とは独立し、最表層が前記配向制御層
で構成された金属層が形成されていることを特徴とする請求項１６に記載のアクチュエー
タ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の変位によってノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッド及び液体
噴射装置並びに圧電素子を具備するアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
液滴を噴射する液体噴射ヘッドの代表例であるインクジェット式記録ヘッドとしては、
例えば、圧力発生室が形成された流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる下
電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を具備し、この圧電素子の変位によって圧力
発生室内に圧力を付与することで、ノズルからインク滴を噴射するものがある。このよう
なインクジェット式記録ヘッドに採用されている圧電素子は、圧電体層の結晶配向によっ
て変位特性が大きく変化することが知られている。そして、圧電素子を構成する圧電体層
の結晶が所定配向となるようにすることで、変位特性を向上させたものが複数提案されて
いる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、このように下電極、圧電体層及び上電極で構成される圧電素子においては、
圧電体層の端面が、その外側に向かって下り傾斜する傾斜面（テーパ面）となっているも
のがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
例えば、特許文献２に記載の構成では、圧電体層の傾斜面となっている部分（以下、テ
ーパ部という）には上電極が形成されていないものの、下電極が複数の圧電素子に亘って
連続的に形成されているため、この圧電体層のテーパ部にも駆動電界が強くかかってしま
い圧電体層のテーパ部が破壊されてしまう虞がある。
【０００５】
また特許文献１及び２に記載の構成では、圧電素子を構成する下電極が、複数の圧電素
子に亘って連続的に形成されているが、例えば、下電極が各圧電素子毎にパターニングさ
れ、圧電体層が下電極の外側まで連続的に形成されているものもある（例えば、特許文献
３参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６６６００号公報
【特許文献２】特開２００７−１１８１９３号公報
【特許文献３】特開２０００−３２６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような特許文献３に記載の圧電素子においては、圧電体層のテーパ部に駆動電界が
強くかかることは無いため、このことに起因して圧電体層が破壊されてしまう虞はなくな
る。しかしながら、このような特許文献３に記載の構成に、例えば、特許文献１に記載の
圧電体層を採用して圧電素子の変位特性を向上させようとした場合、下電極上の圧電体層
と下電極の外側（振動板上）の圧電体層とで結晶性が変化してしまうためか、圧電素子を
駆動した際に、下電極の端部近傍で圧電体層が破壊されてしまう虞がある。
【０００８】
なお、このような問題は、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドだけでなく
、他の液滴を噴射する液体噴射ヘッドにおいても同様に存在し、また液体噴射ヘッドだけ
でなく、圧電素子を具備するアクチュエータであれば同様に存在する。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、圧電素子の変位量を向上しつ
つ圧電体層の破壊を抑制することができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチ
ュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明は、液滴を吐出するノズルにそれぞれ連通する圧力発生室が
複数並設された流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられる
下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備し、前記圧電体層の端面がその外
側に向かって傾斜する傾斜面で構成され、各圧電素子を構成する前記下電極が前記圧力発
生室の幅よりも狭い幅で形成されていると共に前記圧電体層が前記下電極よりも広い幅で
形成されて当該下電極の端面が前記圧電体層によって覆われており、前記振動板の最表層
が酸化チタン（ＴｉＯx）からなる絶縁体膜で構成され、前記下電極の最表層がニッケル
酸ランタン（ＬａＮｉyＯx）からなる配向制御層で構成され、且つ前記配向制御層及び少
なくとも当該配向制御層上の前記圧電体層が、ペロブスカイト構造の結晶からなり且つ結
晶面方位が（１１１）に優先配向していることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる本発明では、圧電体層の結晶性が向上することで、圧電素子の変位量を向上する
ことができると共に、圧電体層の破壊を抑制して耐久性を向上することができる。
【００１１】
ここで、前記振動板と前記圧電体層との間に、前記下電極とは不連続で、最表層の少な
くとも一部が前記配向制御層で構成された金属層が形成されているのが好ましい。これに
より、下電極が形成されていない非能動部領域においても圧電体層の結晶性が向上し、圧
電体層全体が調和して変位し、変位量が確保できる。したがって、圧電素子の高速駆動を
より実現できると共に圧電体層の破壊を抑制して耐久性をより向上することができる。
【００１２】
また、前記圧電体層の結晶構造は、菱面体晶、正方晶又は単斜晶であることが好ましい
。また、少なくとも前記配向制御層上の前記圧電体層が、柱状の結晶粒からなることが好
ましい。さらに、前記絶縁体膜上の前記圧電体層も、柱状結晶からなることが好ましい。
これにより、圧電素子の繰り返し駆動に伴う圧電体層の破壊をより確実に抑えることがで
きる。
【００１３】
また、前記圧電体層で覆われた前記下電極の端面がその外側に向かって傾斜する傾斜面
となっていることが好ましい。これにより、下電極の端面部分に形成される圧電体層の結
晶性がさらに向上する。したがって、圧電素子の繰り返し駆動に伴う圧電体層の破壊をよ
り確実に抑えることができる。
【００１４】
また、前記下電極は、前記配向制御層の下層に当該配向制御層よりも抵抗率の低い材料
からなる導電層を有することが好ましい。これにより、複数の圧電素子を同時に駆動して
も十分な電流供給能力が得られる。したがって、並設された各圧電素子の変位特性を均一
化することができる。
【００１５】
また、導電層を設ける場合、この前記導電層が前記配向制御層によって覆われているこ
とが好ましい。これにより下電極の配向制御層のみが圧電体層と接触するため、圧電体層
の結晶性がより確実に向上する。
【００１６】
また、前記導電層が、金属材料、金属材料の酸化物又はこれらの合金からなることが好
ましい。特に、前記金属材料が、銅、アルミニウム、タングステン、白金、イリジウム、
ルテニウム、銀、ニッケル、オスミウム、モリブデン、ロジウム、チタン、マグネシウム
及びコバルトからなる群から選択される少なくとも一種を含むことが望ましい。これらの
材料を用いることで、より確実に上述した電流供給能力が得られる。
【００１７】
また、前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とすることが好まし
い。これにより、良好な変位特性を有する圧電素子となる。
【００１８】
また、前記圧電体層の端面が、耐湿性を有する保護膜によって覆われていることが好ま
しい。また前記圧電体層の端面が、前記上電極によって覆われていることが好ましい。こ
れにより、大気中の水分等による圧電体層の破壊を抑制することができる。
【００１９】
また、圧電素子の電極構造は特に限定されず、前記下電極が前記圧力発生室に対応して
独立して設けられて前記圧電素子の個別電極を構成し、前記上電極が前記圧力発生室の並
設方向に亘って連続的に設けられて前記圧電素子の共通電極を構成していてもよい。これ
により圧電素子の電極構造に拘わらず、圧電素子の変位量を向上することができ且つ圧電
体層の破壊を抑制して耐久性を向上することができる。
【００２０】
また、本発明は、このような液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置
にある。かかる本発明では、ヘッドの信頼性が向上した液体噴射装置を実現することがで
きる。
【００２１】
さらに本発明は、基板の一方面側に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた下電
極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備し、前記圧電体層の端面がその外側に
向かって傾斜する傾斜面で構成され、前記圧電体層が前記下電極よりも広い幅で形成され
て当該下電極の端面が前記圧電体層によって覆われており、前記振動板の最表層が酸化チ
タン（ＴｉＯx）からなる絶縁体膜で構成され、前記下電極の最表層がニッケル酸ランタ
ン（ＬａＮｉyＯx）からなる配向制御層で構成され、且つ前記配向制御層及び少なくとも
当該配向制御層上の前記圧電体層が、ペロブスカイト構造の結晶からなり且つ結晶面方位
が（１１１）に優先配向していることを特徴とするアクチュエータにある。
かかる本発明では、圧電体層の結晶性が向上することで、圧電素子の変位量を向上する
ことができると共に、圧電体層の破壊を抑制して耐久性を向上したアクチュエータを実現
することができる。
【００２２】
ここで、前記振動板と前記圧電体層との間に、前記下電極とは不連続で、最表層の少な
くとも一部が前記配向制御層で構成された金属層が形成されているのが好ましい。これに
より、下電極が形成されていない非能動部領域においても圧電体層の結晶性が向上し、圧
電体層全体が調和して変位し、変位量が確保できる。したがって、圧電体層の破壊を抑制
して耐久性がより向上したアクチュエータを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録
ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面
図である。
【００２４】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では結晶面方位が（１１０）である
シリコン単結晶基板からなり、その一方面には酸化膜からなる弾性膜５１が形成されてい
る。流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画され一方側の面が弾性膜５１で構成さ
れる複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。
【００２５】
流路形成基板１０には、圧力発生室１２の長手方向一端部側に、隔壁１１によって区画
され各圧力発生室１２に連通するインク供給路１３と連通路１４とが設けられている。連
通路１４の外側には、各連通路１４と連通する連通部１５が設けられている。この連通部
１５は、後述する保護基板３０のリザーバ部３２と連通して、各圧力発生室１２の共通の
インク室（液体室）となるリザーバ１００の一部を構成する。
【００２６】
ここで、インク供給路１３は、圧力発生室１２よりも狭い断面積となるように形成され
ており、連通部１５から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持してい
る。例えば、インク供給路１３は、リザーバ１００と各圧力発生室１２との間の圧力発生
室１２側の流路を幅方向に絞ることで、圧力発生室１２の幅より小さい幅で形成されてい
る。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路を形成したが、
流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るの
ではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、各連通路１４
は、圧力発生室１２の幅方向両側の隔壁１１を連通部１５側に延設してインク供給路１３
と連通部１５との間の空間を区画することで形成されている。
【００２７】
なお、流路形成基板１０の材料として、本実施形態ではシリコン単結晶基板を用いてい
るが、勿論これに限定されず、例えば、ガラスセラミックス、ステンレス鋼等を用いても
よい。
【００２８】
流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１３とは反対側の
端部近傍に連通するノズル２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィ
ルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えば、ガラスセラミッ
クス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼などからなる。
【００２９】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、振動板５０を介して圧電
素子３００が形成されている。そして、ここでは、この圧電素子３００と圧電素子３００
の駆動により変位が生じる振動板５０とを合わせてアクチュエータと称する。本実施形態
では、流路形成基板１０上に、上述したように弾性膜５１が形成され、この弾性膜５１上
には、酸化チタン（ＴｉＯx）からなる絶縁体膜５２が形成され、これら弾性膜５１と絶
縁体膜５２とで振動板５０が構成されている。
【００３０】
振動板５０（絶縁体膜５２）上には、下電極膜６０と圧電体層７０と上電極膜８０とか
らなる圧電素子３００が形成されている。ここで、圧電素子３００は、下電極膜６０、圧
電体層７０及び上電極膜８０を有する部分だけでなく、少なくとも圧電体層７０を有する
部分を含む。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電
極を圧電体層７０と共に圧力発生室１２毎にパターニングして個別電極とする。
そして、ここではパターニングされた電極および圧電体層７０から構成され、両電極へ
の電圧の印加により圧電歪みが生じる領域を圧電体能動部３２０という。
【００３１】
ここで、本実施形態に係る圧電素子３００の構造について詳しく説明する。図３に示す
ように、圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、各圧力発生室１２に対向する領域毎
に、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で設けられて各圧電素子３００の個別電極を構成し
ている。そして下電極膜６０の端面は、その外側に向かって傾斜する傾斜面となっている
。また下電極膜６０は、各圧力発生室１２の長手方向一端部側から周壁上まで延設され、
圧力発生室１２の外側の領域で、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０とそれぞ
れ接続されており、このリード電極９０を介して各圧電素子３００に選択的に電圧が印加
されるようになっている（図２参照）。
ここで、パターニングされた下電極膜６０が形成されていない領域を非能動部領域３３
０と呼ぶ。
【００３２】
また下電極膜６０は、本実施形態では、絶縁体膜５２上に形成された導電層６１と、導
電層６１上に形成されたニッケル酸ランタン（ＬａＮｉyＯx）からなる配向制御層６２と
で構成されている。導電層６１は、配向制御層６２よりも抵抗率の低い材料、例えば、金
属材料、金属材料の酸化物又はこれらの合金等からなる。導電層６１を形成する金属材料
としては、具体的には、銅、アルミニウム、タングステン、白金、イリジウム、ルテニウ
ム、銀、ニッケル、オスミウム、モリブデン、ロジウム、チタン、マグネシウム及びコバ
ルトからなる群から選択される少なくとも一種が含むものであることが好ましい。
【００３３】
配向制御層６２として用いられるニッケル酸ランタンとしては、例えば、本実施形態で
は、ｘ＝３、ｙ＝１のＬａＮｉＯ3を用いた。このようなニッケル酸ランタンからなる配
向制御層６２は、下地となる導電層６１の面方位の影響を実質的に受けず、ペロブスカイ
ト構造の結晶からなり且つ結晶面方位が（１１１）に優先配向している。
【００３４】
なお、このような配向制御層６２を形成する方法は、特に限定されず、例えば、スパッ
タ法、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ法等が挙げられ、成膜条件を適宜調整することで、上記のよ
うな結晶性を有する配向制御層６２を形成することができる。
【００３５】
圧電体層７０は、圧力発生室１２の幅方向においては、下電極膜６０よりも広い幅で且
つ圧力発生室１２よりも狭い幅で設けられている。すなわち圧電体層７０は、下電極膜６
０上からその外側の絶縁体膜５２上まで連続的に形成されている。一方、圧力発生室１２
の長手方向においては、圧電体層７０の両端部は、圧力発生室１２の端部の外側まで延設
されている（図２参照）。そして圧力発生室１２に対向する領域の下電極膜６０はこの圧
電体層７０によって覆われている。なお圧力発生室１２の長手方向一端部側の圧電体層７
０の端部は、圧力発生室１２の端部近傍に位置しておりその外側の領域には下電極膜６０
がさらに延設されている（図２参照）。
【００３６】
ここで、配向制御層６２（下電極膜６０）上に形成されている圧電体層７０ａは、ペロ
ブスカイト構造の結晶からなる。また配向制御層６２上の圧電体層７０ａは、配向制御層
６２の結晶配向の影響を受けて結晶面方位が（１１１）に配向している。つまり圧電体層
７０は、配向制御層６２上にエピタキシャル成長して結晶面方位が（１１１）に配向して
いる。なお配向制御層６２以外の部分に形成されている圧電体層７０ｂ、つまり絶縁体膜
５２上の圧電体層７０ｂも、ペロブスカイト構造の結晶からなり且つ結晶面配向が（１１
１）に配向しているのが好ましい。
【００３７】
このような圧電体層７０を具備する圧電素子３００は、圧電体層７０の結晶性が優れて
いることで圧電素子３００の変位量が向上し、且つ圧電体層７０の破壊が抑えられて耐久
性も向上する。例えば、圧電素子３００を繰り返し駆動すると圧電素子３００の劣化等に
伴ってその変位量は徐々に低下してしまうが、圧電体層７０が良好な結晶性を有すること
で、このような変位量の低下も抑えられる。
【００３８】
なお、圧電体層７０は、その全体がペロブスカイト構造の結晶からなり且つ結晶面方位
が（１１１）に配向していることが好ましいが、絶縁体膜５２上に形成されている圧電体
層７０ｂは、圧電素子３００の変位には実質的に影響しないため、必ずしもペロブスカイ
ト構造の結晶からなり且つ結晶面方位が（１１１）に配向している必要はない。つまり圧
電体層７０は、少なくとも配向制御層６２上に形成された部分（圧電体層７０ａ）が、ペ
ロブスカイト構造の結晶からなり且つ結晶面方位が（１１１）に優先配向していればよい
。
【００３９】
また、圧電体層７０、特に配向制御層６２上の圧電体層７０ａの結晶構造は、菱面体晶
、正方晶又は単斜晶であることが好ましい。さらに圧電体層７０は柱状結晶からなること
が好ましい。これにより、圧電素子３００の変位量の低下をより確実に抑えつつ圧電体層
７０の破壊を抑制することができる。本発明の構成では、下電極膜６０の最表層がニッケ
ル酸ランタンからなる配向制御層６２で構成され且つ振動板５０の最表層が酸化チタンか
らなる絶縁体膜５２で構成されており、圧電体層７０の結晶は、下地となるこれら配向制
御層６２及び絶縁体膜５２から成長する。したがって、上記の何れかの結晶構造で且つ柱
状結晶である圧電体層７０を比較的容易に形成することができる。
【００４０】
圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛［Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
3：ＰＺＴ］を主成分とする材料で形成されていることが好ましいが、その他、マグネシ
ウム酸ニオブ酸鉛とチタン酸鉛の固溶体［Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3：Ｐ
ＭＮ−ＰＴ］、亜鉛酸ニオブ酸鉛とチタン酸鉛の固溶体［Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−
ＰｂＴｉＯ3：ＰＺＮ−ＰＴ］等を用いてもよい。いずれにしても圧電体層７０の材料は
、ペロブスカイト構造の結晶からなるものであれば上記の材料に限定されない。
【００４１】
なお、このような圧電体層７０の製造方法は、特に限定されず、例えば、ゾル−ゲル法
、ＭＯＤ法等が挙げられる。そして、このような方法によって圧電体層７０を形成する際
、成膜条件や、加熱（焼成）条件等を適宜調整することで、上記のような結晶性を有する
圧電体層７０を形成することができる。
【００４２】
また、本実施形態では、上述したように下電極膜６０の端面が、振動板５０の表面に対
して略垂直な面ではなく傾斜面で構成されている（図３参照）。この下電極膜６０の端面
の振動板５０の表面に対する傾斜角度は、例えば、１０〜３０°であることが好ましい。
これにより、この下電極膜６０の端面上にも圧電体層７０が比較的良好に形成される。つ
まり、圧電体層７０の結晶性が全体に亘ってさらに均一化される。したがって、圧電素子
３００及び振動板５０の変位量の低下がより確実に抑えられる。
【００４３】
さらに、本実施形態では、上述したように下電極膜６０が配向制御層６２よりも抵抗率
の低い導電層６１を有するため、複数の圧電素子３００を同時に駆動しても、十分な電流
供給能力が得られる。したがって、並設された複数の圧電素子３００を同時に駆動しても
、各圧電素子３００の変位特性にばらつきが生じることなく、安定した略均一な変位特性
が得られる。
【００４４】
上電極膜８０は、本実施形態では、複数の圧力発生室１２に対向する領域に連続的に形
成され、また圧力発生室１２の長手方向他端部側から周壁上まで延設されている。すなわ
ち、上電極膜８０は、圧力発生室１２に対向する領域の圧電体層７０の上面及び端面のほ
ぼ全域を覆って設けられている。これにより、圧電体層７０への大気中の水分（湿気）の
浸透が上電極膜８０によって実質的に防止される。したがって、水分（湿気）に起因する
圧電素子３００（圧電体層７０）の破壊を抑制することができ、圧電素子３００の耐久性
を著しく向上することができる。
【００４５】
このような振動板５０及び圧電素子３００からなるアクチュエータが形成された流路形
成基板１０上には、圧電素子３００に対向する領域にその運動を阻害しない程度の空間を
確保可能な圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されてい
る。圧電素子３００は、この圧電素子保持部３１内に形成されているため、外部環境の影
響を殆ど受けない状態で保護されている。また、保護基板３０には、流路形成基板１０の
連通部１５に対応する領域にリザーバ部３２が設けられている。このリザーバ部３２は、
本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の並設方向に沿って
設けられており、上述したように流路形成基板１０の連通部１５と連通されて各圧力発生
室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。
【００４６】
さらに、保護基板３０の圧電素子保持部３１とリザーバ部３２との間の領域には、保護
基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられ、下電極膜６０及びリード電極９０
の端部がこの貫通孔３３内に露出されている。そして、図示しないが、これら下電極膜６
０及びリード電極９０は、貫通孔３３内に延設される接続配線によって圧電素子３００を
駆動するための駆動ＩＣ等に接続される。
【００４７】
なお、保護基板３０の材料としては、例えば、ガラス、セラミックス材料、金属、樹脂
等が挙げられるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料で形成されていることが
より好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用
いて形成した。
【００４８】
この保護基板３０上には、さらに、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライア
ンス基板４０が接合されている。封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり
、この封止膜４１によってリザーバ部３２の一方面が封止されている。固定板４２は、金
属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２のリザーバ１００に対向する領域は、厚
さ方向に完全に除去された開口部４３となっているため、リザーバ１００の一方面は可撓
性を有する封止膜４１のみで封止されている。
【００４９】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給
手段からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル２１に至るまで内部をインクで満
たした後、図示しない駆動ＩＣからの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞ
れの圧電素子３００に電圧を印加し、圧電素子３００をたわみ変形させることにより、各
圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル２１からインク滴が吐出する。
【００５０】
以下、このようなインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図４〜図７を参照
して説明する。なお、図４〜図７は、インクジェット式記録ヘッドの製造工程を示す断面
図である。
【００５１】
まず、図４（ａ）に示すように、結晶面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなる
シリコンウェハである流路形成基板用ウェハ１１０の表面に振動板５０を形成する。具体
的には、まず、弾性膜５１を構成する二酸化シリコン膜５３を形成する。例えば、本実施
形態では、流路形成基板用ウェハ１１０の表面を熱酸化することによって弾性膜５１（二
酸化シリコン膜５３）を形成している。勿論、弾性膜５１は、熱酸化以外の方法で形成し
てもよい。さらに、この弾性膜５１（二酸化シリコン膜５３）上に、酸化チタン（ＴｉＯ
x）からなる絶縁体膜５２を形成する。絶縁体膜５２の形成方法は、特に限定されず、例
えば、スパッタ法等によって形成すればよい。
【００５２】
ところで、振動板５０を構成する絶縁体膜５２は、圧電素子３００を構成する圧電体層
７０の鉛成分が弾性膜５１や流路形成基板１０に拡散するのを防止するための役割も果た
している。
【００５３】
次いで、図４（ｂ）に示すように、振動板５０（絶縁体膜５２）上に、導電層６１及び
配向制御層６２からなる下電極膜６０を形成し、この下電極膜６０を所定形状にパターニ
ングする。具体的には、例えば、白金（Ｐｔ）等の所定の金属材料を絶縁体膜５２上にス
パッタリング法等によって導電層６１を形成し、さらにこの導電層６１上にニッケル酸ラ
ンタンからなる配向制御層６２を形成する。その後、これら配向制御層６２と導電層６１
とを順次パターニングする。
【００５４】
なお、配向制御層６２の形成方法は、上述したように、例えば、スパッタ法、ゾル−ゲ
ル法、ＭＯＤ法等が挙げられる。そして成膜条件を適宜調整することで、上述の結晶性を
有する配向制御層６２を形成することができる。
【００５５】
次に、図４（ｃ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる
圧電体層７０を、下電極膜６０が形成された流路形成基板用ウェハ１１０の全面に成膜す
る。圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、金属有
機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成す
ることで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体
層７０を形成した。勿論、圧電体層７０の形成方法は、ゾル−ゲル法に限定されるもので
はなく、例えば、ＭＯＤ法やスパッタリング法等を用いてもよい。
【００５６】
そして、このような方法で圧電体層７０を形成する際に、成膜条件や、加熱（焼成）条
件等を適宜調整することで、上述した結晶性を有する圧電体層７０を形成することができ
る。
【００５７】
次に、この圧電体層７０を所定形状にパターニングする。具体的には、図５（ａ）に示
すように、圧電体層７０上にレジストを塗布してこのレジストを露光及び現像することに
より所定パターンのレジスト膜２００を形成する。すなわち、例えば、ネガレジストをス
ピンコート法等により圧電体層７０上にレジストを塗布し、その後、所定のマスクを用い
て露光・現像・ベークを行うことによりレジスト膜２００を形成する。勿論、ネガレジス
トの代わりにポジレジストを用いてもよい。なお本実施形態では、レジスト膜２００の端
面が所定角度で傾斜するように形成している。
【００５８】
次いで、図５（ｂ）に示すように、このレジスト膜２００をマスクとして圧電体層７０
をイオンミリングすることによって所定形状にパターニングする。このとき、圧電体層７
０は、レジスト膜２００の傾斜した端面に沿ってパターニングされる。つまり、圧電体層
７０の端面が傾斜面となる。
【００５９】
次に、図５（ｃ）に示すように、圧電体層７０上のレジスト膜２００を剥離させる。レ
ジスト膜２００の剥離方法は、特に限定されないが、例えば、有機剥離液等によって剥離
させればよい。その後、さらに圧電体層７０の表面を所定の洗浄液等によって洗浄するこ
とでレジスト膜２００を完全に除去する。
【００６０】
次に、図６（ａ）に示すように、上電極膜８０を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に
形成し、この上電極膜８０を所定形状にパターニングすることによって圧電素子３００が
形成される。上電極膜８０の材料としては、導電性が比較的高い材料であれば、特に限定
されないが、例えば、イリジウム、白金、パラジウム等の金属材料を用いることが好まし
い。また、上電極膜８０の厚さは、圧電素子３００の変位を妨げない程度の厚さで形成す
る必要がある。ただし、この上電極膜８０は、本実施形態では、水分に起因する圧電体層
７０の破壊を防止するための耐湿保護膜を兼ねているため、比較的厚く形成されているこ
とが望ましい。
【００６１】
次に、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って金（Ａｕ
）からなるリード電極９０を形成後、各圧電素子３００毎にパターニングする。次に、図
６（ｃ）に示すように、複数の保護基板３０が一体的に形成される保護基板用ウェハ１３
０を、流路形成基板用ウェハ１１０上に接着剤３５によって接着する。なお保護基板用ウ
ェハ１３０には、圧電素子保持部３１、リザーバ部３２及び貫通孔３３が予め形成されて
いる。
【００６２】
次いで、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに薄くす
る。次に、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に、例えば、窒化シ
リコン（ＳｉＮx）からなる保護膜５５を新たに形成し、所定のマスクを介して保護膜５
５を所定形状にパターニングする。そして、図７（ｃ）に示すように、この保護膜５５を
マスクとして流路形成基板用ウェハ１１０を、例えば、ＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた
異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、流路形成基板用ウェハ１１０
に、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５を形成する。
【００６３】
その後は、図示しないが流路形成基板用ウェハ１１０及び保護基板用ウェハ１３０の外
周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去し、流路形
成基板用ウェハ１１０にノズルプレート２０を接合すると共に保護基板用ウェハ１３０に
コンプライアンス基板４０を接合した後、これら流路形成基板用ウェハ１１０を、図１に
示すような一つのチップサイズに分割することによってインクジェット式記録ヘッドが製
造される。
【００６４】
（実施形態２）
図８は、実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す断面図である。
【００６５】
本実施形態は、下電極膜の構成の他の例であり、下電極膜６０以外の構成は実施形態１
と同様である。すなわち、実施形態１では、配向制御層６２を導電層６１上（上面）に形
成したのに対し、図８に示すように本実施形態では、下電極膜６０を構成する配向制御層
６２Ａを、導電層６１の上面及び端面上、つまり導電層６１を覆って設けるようにした。
【００６６】
このような構成では、下電極膜６０の端面においても、圧電体層７０が配向制御層６２
Ａ上に形成されることになるため、下電極膜６０の端部近傍における圧電体層７０の結晶
性がさらに向上する。
【００６７】
（実施形態３）
図９は、実施形態３に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図で
あり、図１０は、図９の平面図及びそのＢ−Ｂ′断面図である。また図１１は、実施形態
３に係るインクジェット式記録ヘッドの要部を示す断面図である。なお図１〜図３に示し
た部材と同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６８】
本実施形態は、圧電素子３００を構成する下電極膜６０Ａが、圧電素子３００の共通電
極を構成し、上電極膜８０Ａが個別電極を構成している以外は、実施形態１と同様である
。
【００６９】
図示するように、本実施形態に係る下電極膜６０Ａは、各圧力発生室１２に対向する領
域毎に、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で、各圧力発生室１２の長手方向一端部側から
周壁上まで延設され、周壁上で連結されて各圧電素子３００に共通する共通電極を構成し
ている。圧力発生室１２の長手方向他端部側の下電極膜６０Ａの端部は、圧力発生室１２
に対向する領域内に位置している。
【００７０】
圧電体層７０は、圧力発生室１２の長手方向に両端部の外側まで延設されており、圧力
発生室１２に対向する領域の下電極膜６０Ａの上面及び端面が圧電体層７０によって完全
に覆われている。また圧力発生室１２の長手方向一端部側では、圧電体層７０の外側まで
下電極膜６０Ａがさらに延設されている。
【００７１】
上電極膜８０Ａは、圧電体層７０の幅よりも広い幅で、各圧力発生室１２に対向する領
域にそれぞれ独立して設けられている。すなわち上電極膜８０Ａは圧力発生室１２間の隔
壁１１上で切り分けられて圧電素子３００の個別電極を構成している。また上電極膜８０
Ａは、圧力発生室１２の長手方向他端部側から周壁上まで延設されている。
【００７２】
なお本実施形態では、上電極膜８０Ａは、各圧力発生室１２の長手方向他端部側で圧電
体層７０の端部よりも外側まで延設されている。そして、この上電極膜８０Ａの端部近傍
にリード電極９１が接続されており、このリード電極９１を介して各圧電素子３００に選
択的に電圧が印加されるようになっている。
【００７３】
勿論、このような本実施形態の構成においても、圧電体層７０が良好な結晶性を有する
ことで、圧電素子３００の変位量を十分に確保することができ、また圧電素子３００の繰
り返し駆動に伴う変位量の低下を抑えることができる。さらに、圧電体層７０の表面が上
電極膜８０Ａによって覆われていることで、水分等に起因する圧電素子３００の破壊を抑
制することができる。つまり、圧電素子３００の電極構造に拘わらず、圧電体層７０の破
壊を確実に抑制することができ、耐久性を向上したインクジェット式記録ヘッドを実現す
ることができる。
【００７４】
（実施形態４）
図１２は、実施形態４に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図及びその要部を示す
Ｃ−Ｃ′断面図である。なお実施形態１の図１〜図３に示した部材と同一部材には同一符
号を付し、重複する説明は省略する。
【００７５】
本実施形態は、下電極膜６０の他に、振動板５０と圧電体層７０との間に、下電極膜６
０とは不連続な金属層６５が形成されている例であり、金属層６５を加えた以外の構成は
実施形態１と同様である。
図１２において、金属層６５は、下電極膜６０が形成されていない振動板５０上の領域
で、圧電体層７０との間に形成されている。また金属層６５は、下電極膜６０とは不連続
で、電気的に接続されていない。
金属層６５の平面形状は、本実施形態で示した矩形状に限らず、下電極膜６０と不連続
であればどのような形状であってもよい。また、断面形状も矩形状に限らず、下電極膜６
０と同様に台形状であってもよい。
【００７６】
金属層６５は、下電極膜６０と同様な２層構造で、導電層６１上に最表層として配向制
御層６２が形成されている。導電層６１及び配向制御層６２を形成する材料としては、実
施形態１と同じものを用いることができるが、導電層６１はこれらの材料に限らない。
このような構成では、下電極膜６０が形成されていない非能動部領域３３０においても
圧電体層７０ｂの結晶性が配向制御層６２によって向上し、圧電体層７０全体が調和して
変位し、変位量がより確保できる。したがって、圧電体層７０の破壊を抑制して耐久性を
より向上することができる。
【００７７】
また、金属層６５の構造は、実施形態２の図８で示した下電極膜６０と同様に、配向制
御層６２が導電層６１を覆うような構造であってもよい。
このような構成では、金属層６５の端面においても、圧電体層７０が配向制御層６２上
に形成されることになるため、圧電体層７０の結晶性がさらに向上する。
【００７８】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるも
のではない。
【００７９】
例えば、上述の実施形態では、下電極膜６０が、導電層６１と配向制御層６２との２層
で構成された例を説明したが、下電極膜６０の構成は、これに限定されるものではない。
下電極膜６０は、最表層がニッケル酸ランタンからなる配向制御層６２で構成されていれ
ば、その下側の構成は特に限定されず、例えば、導電層６１が複数層で構成されていても
よい。
【００８０】
同様に、上述の実施形態では、振動板５０が弾性膜５１と絶縁体膜５２との２層で構成
された例を説明したが、振動板５０の構成は、これに限定されるものではない。振動板５
０は、最表層が酸化チタンからなる絶縁体膜５２で構成されていればよく、例えば、弾性
膜５１と絶縁体膜５２との間、或いは、弾性膜５１と流路形成基板１０との間に、他の層
がさらに設けられていてもよい。
【００８１】
さらに、例えば、上述の実施形態では、上電極膜８０によって圧電体層７０を覆い、こ
れにより圧電体層７０の水分に起因する破壊を抑制するようにしたが、上電極膜８０の構
成は、これに限定されるものではない。例えば、上電極膜８０は、下電極膜６０に対向す
る領域のみ設けられていてもよい。この場合には、圧電体層７０のその他の部分に、例え
ば、酸化アルミニウム等からなる耐湿性を有する材料からなる保護膜を形成し、この保護
膜によって圧電体層７０の水分に起因する破壊を抑制するようにしてもよい。
【００８２】
また上述した実施形態のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通
するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、液体噴射装置の一例と
してのインクジェット式記録装置に搭載される。図１３は、そのインクジェット式記録装
置の一例を示す概略図である。図１３に示すように、インクジェット式記録ヘッドを有す
る記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び
２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ
３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。
この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカ
ラーインク組成物を吐出するものとしている。そして、駆動モータ６の駆動力が図示しな
い複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、記録
ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂを搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動され
る。一方、装置本体４にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示し
ない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上
を搬送されるようになっている。
【００８３】
なお、上述した実施形態においては、本発明の液体噴射ヘッドの一例としてインクジェ
ット式記録ヘッドを説明したが、液体噴射ヘッドの基本的構成は上述したものに限定され
るものではない。本発明は、広く液体噴射ヘッドの全般を対象としたものであり、インク
以外の液体を噴射するものにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとし
ては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプ
レー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、Ｆ
ＥＤ（電界放出ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃ
ｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられる。
【００８４】
また、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに搭載され
るアクチュエータに限られず、他の装置に搭載されるアクチュエータにも、勿論適用する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの要部を示す断面図である。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】実施形態２に係る記録ヘッドの要部を示す断面図である。
【図９】実施形態３に係る記録ヘッドの分解斜視図である。
【図１０】実施形態３に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図１１】実施形態３に係る記録ヘッドの要部を示す断面図である。
【図１２】実施形態４に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。
【図１３】一実施形態に係る記録装置の概略図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル
、  ３０  保護基板、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  振動板、  ５１  弾性膜
、  ５２  絶縁体膜、  ６０  下電極膜、  ７０  圧電体層、  ８０  上電極膜、  １０
０  リザーバ、  ３００  圧電素子。
【図１】
2009255532.tif 000003
【図２】
2009255532.tif 000004
【図３】
2009255532.tif 000005
【図４】
2009255532.tif 000006
【図５】
2009255532.tif 000007
【図６】
2009255532.tif 000008
【図７】
2009255532.tif 000009
【図８】
2009255532.tif 000010
【図９】
2009255532.tif 000011
【図１０】
2009255532.tif 000012
【図１１】
2009255532.tif 000013
【図１２】
2009255532.tif 000014
【図１３】
2009255532.tif 000015