(57)【要約】【課題】安定して良好な変位特性が得られるアクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置を提供する。【解決手段】圧電素子を構成する圧電体層７０が、その膜厚方向で連続する複数の柱状結晶粒７２で構成され、柱状結晶粒７２の厚さと幅との比が１以上１０以下であり、圧電体層７０の厚さ方向の断面における下電極膜６０側又は上電極膜８０側の何れか一方の端部での柱状結晶粒７２の幅と他方側の端部での柱状結晶粒の幅との差が、柱状結晶粒の最大幅に対して１０％以内であり、且つ各柱状結晶粒７２の外側面に形成される凹部の深さが２０ｎｍ以下であるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられる下電極膜と、該下電極膜上に設けられる圧電体層と、該圧電体層上に設けられる上電極膜とからなる圧電素子を具備し、
該圧電素子を構成する前記圧電体層が、その膜厚方向で連続する複数の柱状結晶粒で構成され、前記柱状結晶粒の厚さと幅との比が１以上１０以下であり、前記圧電体層の厚さ方向の断面における前記下電極膜側又は前記上電極膜側の何れか一方の端部での前記柱状結晶粒の幅と他方側の端部での前記柱状結晶粒の幅との差が、前記柱状結晶粒の最大幅に対して１０％以内であり、且つ各柱状結晶粒の外側面に形成される凹部の深さが２０ｎｍ以下であることを特徴とするアクチュエータ装置。
【請求項２】
前記柱状結晶粒間に粒界が存在し、前記粒界の幅が５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記圧電体層が、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）を含む圧電材料からなり、前記圧電体層の厚さが０．５〜５μｍであると共に当該圧電体層の組成比が、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１．０５〜１．５であり且つ（Ｚｒ／Ｔｉ）＝５３／４７〜７５／２５であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のアクチュエータ装置と、該アクチュエータ装置が一方面側に設けられると共に液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板とを具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項５】
請求項４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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下電極膜、圧電材料からなる圧電体層及び上電極膜で構成される圧電素子を撓み変形可能に有するアクチュエータ装置、このアクチュエータ装置を用いた液体噴射ヘッド及び液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクチュエータ装置等として用いられる圧電素子としては、例えば、電気機械変換機能を呈する圧電材料、例えば、結晶化した圧電性セラミックス等からなる圧電体層を、下電極膜と上電極膜との２つの電極で挟んで構成されたものがある。また、圧電素子を有するアクチュエータ装置、すなわち、撓み振動モードのアクチュエータ装置を用いた装置としては、例えば、圧電素子の変位を利用してノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドがある。この液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。また、このようなインクジェット式記録ヘッド等に用いられる圧電素子を構成する圧電体層は、例えば、下電極が設けられた基板上に圧電材料を積層することによって形成され、膜厚方向に延びる柱状結晶で形成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−８１０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような複数層の圧電材料層からなる圧電体層は、柱状結晶が良好に形成されていれば、高い圧電歪み特性が得られる。しかしながら、例えば、各層間において結晶が不連続であったりすること等により結晶性が安定せず、圧電歪み特性（変位特性）が極めて低くなってしまう虞がある。
【０００５】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、勿論、液体噴射ヘッド以外に搭載されるアクチュエータ装置においても同様に存在する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、安定して良好な変位特性が得られるアクチュエータ装置及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置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】
【０００７】
上記課題を解決する本発明は、基板上に設けられる下電極膜と、該下電極膜上に設けられる圧電体層と、該圧電体層上に設けられる上電極膜とからなる圧電素子を具備し、該圧電素子を構成する前記圧電体層が、その膜厚方向で連続する複数の柱状結晶粒で構成され、前記柱状結晶粒の厚さと幅との比が１以上１０以下であり、前記圧電体層の厚さ方向の断面における前記下電極膜側又は前記上電極膜側の何れか一方の端部での前記柱状結晶粒の幅と他方側の端部での前記柱状結晶粒の幅との差が、前記柱状結晶粒の最大幅に対して１０％以内であり、且つ各柱状結晶粒の外側面に形成される凹部の深さが２０ｎｍ以下であることを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる本発明では、圧電体層を構成する柱状結晶粒の結晶性が極めて高くなる。これにより、圧電体層の圧電歪み特性が向上し、安定して良好な変位特性が得られる。
【０００８】
ここで、前記柱状結晶粒間に粒界が存在し、前記粒界の幅が５ｎｍ以下であることが好ましい。これにより、圧電体層の圧電歪み特性がさらに向上する。
【０００９】
また、前記圧電体層が、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）を含む圧電材料からなり、前記圧電体層の厚さが０．５〜５μｍであると共に当該圧電体層の組成比が、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１．０５〜１．５であり且つ（Ｚｒ／Ｔｉ）＝５３／４７〜７５／２５であることが好ましい。これにより、圧電体層の圧電歪み特性がさらに向上する。
【００１０】
さらに本発明は、上記のようなアクチュエータ装置と、該アクチュエータ装置が一方面側に設けられると共に液滴を吐出するノズル開口に連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板とを具備す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、液滴の吐出特性を向上した液体噴射ヘッドを実現することができる。
【００１１】
また本発明は、上記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、信頼性を向上した液体噴射装置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】
【００１２】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態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′断面図であり、図３は、圧電体層の結晶状態の概略を示す上面図及び断面図である。
【００１３】
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、その一方面には予め熱酸化により形成した酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる、厚さ０．５〜２．０［μｍ］の弾性膜５０が形成されている。流路形成基板１０には、隔壁１１によって区画された複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。
【００１４】
また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向一端部側には、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。さらに、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。
【００１５】
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、本実施形態では、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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開口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。
【００１８】
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、上述したように厚さが例えば約１．０［μｍ］の弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、酸化ジルコニウム等からなり厚さが例えば、約０．４［μｍ］の絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．１〜０．２［μｍ］の下電極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜５［μｍ］の圧電体層７０と、厚さが例えば、約５０［ｎｍ］の上電極膜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。またここでは、圧電素子３００と当該圧電素子３００の駆動により変位が生じる振動板とを合わせてアクチュエータ装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び下電極膜６０が振動板として作用するが、弾性膜５０、絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみを残して下電極膜６０を振動板としてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。さらに、このような各圧電素子３００の上電極膜８０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が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。
【００１９】
ここで、圧電素子３００を構成する下電極膜６０は、本実施形態では、複数の圧電素子３００に対応する領域に連続的に形成され、複数の圧電素子３００に共通する共通電極となっている。この下電極膜６０の材料は、特に限定されないが、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等が好適に用いられている。
【００２０】
各圧電素子３００を構成する圧電体層７０は、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングされ、それぞれ独立して存在している。また圧電体層７０は、圧電材料からなり結晶化された複数層の圧電体膜７１で構成されている。圧電体層７０の材料としては、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔｉ）を含む圧電材料、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等が好適に用いられる。この場合、圧電体層７０の組成比は、Ｐｂ／（Ｚｒ＋Ｔｉ）＝１．０５〜１．５であり、且つＺｒ／Ｔｉ＝５３／４７〜７５／２５であることが好ましい。さらに圧電体層７０は、ペロブスカイト構造を有していることが好ましい。
【００２１】
そして、このように複数層の圧電体膜７１で構成される圧電体層７０は、図３に示すように、その厚さ方向で連続する複数の柱状結晶粒７２で構成されている。すなわち、各圧電体膜７１の結晶粒が圧電体層７０の厚さ方向に亘って連続して各柱状結晶粒７２となっている。圧電体層７０を構成する各柱状結晶粒７２は、その厚さと幅との比が１以上１０以下となっており、好ましくは、３以上１０以下である。なお、ここでいう柱状結晶粒７２の幅とは、具体的には、圧電体層７０の面内方向における柱状結晶粒７２の直径であり、本実施形態に係る柱状結晶粒７２は、その厚さと柱状結晶粒７２の最小径との比が１以上であり且つ厚さと最大径との比が１０以下となっている。
【００２２】
さらに圧電体層７０の厚さ方向の断面において、各柱状結晶粒７２は、同一柱状結晶粒における幅の差が、柱状結晶粒７２の最大幅の１０％以内となっている。具体的には、圧電体層７０の厚さ方向の断面における下電極膜６０側又は上電極膜８０側の何れか一方の端部での柱状結晶粒７２の幅と他方側の端部での柱状結晶粒７２の幅との差が、柱状結晶粒７２の最大幅に対して１０％以内となっている。また柱状結晶粒７２の上記幅の差は、さらに柱状結晶粒７２の最小幅の１０％以内となっていることが好ましい。
【００２３】
例えば、図３（ｂ）に示すように、柱状結晶粒７２ａは、その幅が下電極膜６０側から上電極膜８０側に向かって漸大している。すなわち、柱状結晶粒７２ａにおいては、圧電体層７０の下電極膜６０側の端面における幅Ｗ１が最小値であり、上電極膜８０側の端面における幅Ｗ２が最大値であり、その幅の差（Ｗ２−Ｗ１）が最大幅Ｗ２の１０％以内となっている。すなわち、圧電体層７０を構成する各柱状結晶粒７２は、その厚さ方向に亘ってほぼ同一幅で形成されている。このように各柱状結晶粒７２の幅が一定となるのは、圧電体層７０の配向度、本実施形態では（１００）配向度が、例えば、０．９以上と極めて高くなっているためである。
【００２４】
なお、圧電体層７０の配向度とは、例えば、広角ＸＲＤ法にて圧電体層７０の面方位（ＸＹＺ）面の反射強度をＩ（ＸＹＺ）で表した時に、
Ｉ（ＸＹＺ）／｛Ｉ（１００）＋Ｉ（１１０）＋Ｉ（１１１）｝
で表される値である。
【００２５】
また、このような各柱状結晶粒７２の外側面、つまり、隣接する柱状結晶粒に対向する面には、図３（ｂ）に示すように、異物が入り込んだ凹部７３が存在する。詳しくは後述するが、圧電体層７０を構成する複数層の圧電体膜７１は、積層された圧電体前駆体膜を焼成して結晶化することによって形成される。そして、この凹部７３内の異物は、このように圧電体前駆体膜を焼成する工程等において形成されるものであり、圧電体層７０の組成とは異なるが、その成分は圧電体層７０と同様である。例えば、本実施形態においては、凹部７３内の異物は、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）等を含む圧電材料によって構成されている。
【００２６】
なお図３（ｂ）では省略しているが、各柱状結晶粒７２の間には、若干の隙間（結晶粒界）が存在し（図３（ａ））、この結晶粒界には圧電材料が実質的に結晶化されていない非晶質な部分が存在する。そして、凹部７３内の異物としては、例えば、このように結晶粒界に存在する結晶化されていない圧電材料等が挙げられる。
【００２７】
この凹部７３の深さ、すなわち圧電体層７０の面内方向での凹部７３の長さｄは２０ｎｍ以下と極めて小さくなっている。この凹部７３の深さは２０μｍ以下であればよいが、可及的に小さい（浅い）ことが好ましく、実質的に零であることが望ましい。
【００２８】
このような本発明の構成では、極めて良好な圧電撓み特性（変位特性）が得られる。つまり、圧電体層７０を構成する各柱状結晶粒がその厚さ方向に亘って同一幅を有し、また各柱状結晶粒間の結晶粒界の幅が極めて狭くなるため、圧電体層７０の圧電撓み特性が大幅に向上する。
【００２９】
特に、各柱状結晶粒７２の間の結晶粒界の幅は５ｎｍ以下となっていることが好ましい。これにより圧電体層７０の圧電撓み特性がより確実に高まり、さらに圧電体層７０の鉛成分がこの結晶粒界を介して下電極膜６０に拡散してしまうのを防止することができるという効果もある。
【００３０】
なお、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（ＰＺＴ）等の圧電材料の他、この圧電材料に、ニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等を用いてもよい。その組成は、圧電素子の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよいが、例えば、ＰｂＴｉＯ3（ＰＴ）、ＰｂＺｒＯ3（ＰＺ）、Ｐｂ（ＺｒxＴｉ1-x）Ｏ3（ＰＺＴ）、Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3（ＰＭＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3（ＰＺＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3（ＰＮＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｉｎ1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3（ＰＩＮ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ1/3Ｔａ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3（ＰＳＴ−ＰＴ）、Ｐｂ（Ｓｃ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3−ＰｂＴｉＯ3（ＰＳＮ−ＰＴ）、ＢｉＳｃＯ3−ＰｂＴｉＯ3（ＢＳ−ＰＴ）、ＢｉＹｂＯ3−ＰｂＴｉＯ3（ＢＹ−ＰＴ）等が挙げられる。
【００３１】
上電極膜８０は、圧電体層７０と共に各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングされて各圧電素子３００の個別電極となっている。この上電極膜８０の材料は、導電性の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（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）が好適に用いられる。
【００３２】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電素子３００を保護するための圧電素子保持部３１を有する保護基板３０が、例えば、接着剤３５によって接合されている。なお、圧電素子保持部３１によって画成される空間は、密封されていても、密封されていなくてもよい。また、保護基板３０には、複数の圧力発生室１２に供給するインクが貯留されるリザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部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の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１５と連通されてリザーバ１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１５を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバ部３２のみをリザーバとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１３を設けるようにしてもよい。
【００３３】
このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス材料、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料であるシリコン単結晶基板を用いている。
【００３４】
また、保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられており、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、この貫通孔３３内に露出されている。また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路２００が固定されている。そして、駆動回路２００とリード電極９０とは、貫通孔３３内に延設されるボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線２１０によって電気的に接続されている。
【００３５】
さらに保護基板３０上には、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となっており、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。
【００３６】
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と接続したインク導入口からインクを取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路２００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下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し圧電素子３００を撓み変形させることによって、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出される。
【００３７】
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、圧力発生室の長手方向の断面図である。
【００３８】
まず、図４（ａ）に示すように、複数の流路形成基板１０が一体的に形成される流路形成基板用ウェハ１１０を約１１００℃の拡散炉で熱酸化し、その表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる二酸化シリコン膜５１を形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。具体的には、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、スパッタリング法等によりジルコニウム（Ｚｒ）を主成分とする絶縁体膜を形成後、この絶縁体膜５５を拡散炉で熱酸化することにより酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）からなる絶縁体膜５５とする。次に、図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上に下電極膜６０を形成する。具体的には、絶縁体膜５５上に白金（Ｐｔ）と、イリジウム（Ｉｒ）とを、例えば、スパッタリング法によって順次積層形成することによって下電極膜６０を形成する。なお、下電極膜６０の形成方法は、スパッタリング法に限定されるものではなく、例えば、PＶＤ法（物理蒸着法）等であってもよい。
【００３９】
次に、図４（ｄ）に示すように、下電極膜６０上に種チタン層６５を介して圧電体層７０を形成する。種チタン層６５は、具体的には、チタン（Ｔｉ）をスパッタ法等により下電極膜６０に塗布することで形成され、圧電体層７０を構成する核柱状結晶粒の核となる。なおこの種チタン層６５の膜厚は、１ｎｍ〜８ｎｍ程度であることが好ましい。
【００４０】
圧電体層７０を形成する方法としては、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を形成している。
【００４１】
圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図５（ａ）に示すように、下電極膜６０上にＰＺＴ前駆体膜である圧電体前駆体膜７４を一層成膜する。具体的には、下電極膜６０が形成された流路形成基板１０上に、上述した種チタン層６５を介して金属有機化合物を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。次いで、この圧電体前駆体膜７４を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。次に、乾燥した圧電体前駆体膜７４を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。なお、ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７４に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ2、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ等として離脱させることである。次に、圧電体前駆体膜７４を所定温度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜７１を形成する（焼成工程）。すなわち、圧電体前駆体膜７４を焼成することで種チタン層６５を核として結晶が成長して圧電体膜７１が形成される。そして、このように形成した圧電体膜７１の結晶は（１００）面に優先配向する。
【００４２】
なお、このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、拡散炉や、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置などを用いることができる。
【００４３】
このように下電極膜６０上に１層目の圧電体膜７１を形成後、図５（ｂ）に示すように、下電極膜６０及び１層目の圧電体膜７１を同時にパターニングして、下電極膜６０を所定形状に形成する。その後、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程を複数回繰り返すことで、１０層の圧電体膜７１からなる所定厚さの圧電体層７０を形成する。例えば、本実施形態では、上述した塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程を３回繰り返して３層の圧電体前駆体膜７４を形成した後、焼成工程を実施して、図５（ｃ）に示すように、１層目の圧電体膜７１上に３層の圧電体膜７１を形成する。さらに、同様の工程を２回繰り返して６層の圧電体膜７１を形成することで、図５（ｄ）に示すように、１０層の圧電体膜７１からなる圧電体層７０を形成する。なお、上述したような種チタン層を１層目の圧電体膜７１上に再び形成した後、２層目以降の圧電体膜７１を形成するようにしてもよい。
【００４４】
ここで、このように形成された圧電体層７０を構成する圧電体膜７１の結晶粒は、圧電体層の厚さ方向に亘って実質的に一体化されて柱状結晶粒７２となるが、各柱状結晶粒７２の外側面には、上述したように各圧電体膜７１の層間部分に凹部７３が形成される場合がある。この凹部７３は、圧電体前駆体膜７４を脱脂する脱脂工程、或いは圧電体前駆体膜７４を焼成する焼成工程を実施する際に形成されるが、特に焼成工程で形成され易い。つまり、焼成工程により形成される圧電体膜とその下層の圧電体膜との層間部分、例えば、本実施形態の構成では、圧電体膜７１の１層目と２層目との層間部分、４層目と５層目との層間部分、及び７層目と８層目との層間部分には少なくとも形成される（図３（ｂ））。
【００４５】
このような凹部７３の深さは３０ｎｍ以上と比較的深くなる場合もある。このような場合には、圧電体前駆体膜７４の脱脂工程及び焼成工程を、加圧状態、つまり大気圧よりも高い圧力下で実施すればよい。これにより圧力の高さに応じて凹部７３は小さくなるため、凹部７３の深さを制御して２０ｎｍ以下とすることができる。
【００４６】
また、以下に説明する方法で圧電体層を形成した場合、凹部７３の深さを実質的に零とすることもできる。すなわち、各柱状結晶粒７２に凹部７３が実質的に形成されないようにすることもできる。具体的には、例えば、上述の実施形態と同様に、絶縁体膜５５上に下電極膜６０を形成した後（図４（ｃ））、次いで、図６（ａ）に示すように、下電極膜６０を所定形状にパターニングする。その後、上述した塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程を１０回繰り返すことで、図６（ｂ）に示すように１０層の圧電体前駆体膜７４を形成し、その後、これら１０層の圧電体前駆体膜７４を一度に焼成することで圧電体層７０を形成する。
【００４７】
このような方法で圧電体層７０を形成することで、圧電体層７０の厚さ方向において、各柱状結晶粒７２が極めて良好に一体化されるため、各圧電体膜７１の境界が実質的に存在しなくなり、凹部７３も形成されなくなる。ただし、このような方法で圧電体層７０を形成する場合、各圧電体膜７１の内部まで均等に加熱するのが難しく、圧電体層の結晶性が部分的に低下する虞がある。このため、複数層の圧電体前駆体膜７４を一度に焼成して圧電体層７０を形成する場合には、焼成温度及び時間等の各種条件を細かく調整する必要がある。
【００４８】
このように圧電体層７０を形成した後は、図７（ａ）に示すように、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる上電極膜８０を圧電体層７０上に形成し、上電極膜８０と圧電体層７０とを、各圧力発生室１２に対向する領域に同時にパターニングすることによって圧電素子３００を形成する。次いで、リード電極９０を形成する。具体的には、図７（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、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属層９１を形成後、この金属層９１を、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して圧電素子３００毎にパターニングすることでリード電極９０を形成する。
【００４９】
次に、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハ１３０を接合する。そして、図８（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０を所定の厚みに加工する。
【００５０】
次いで、図８（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０上に保護膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、この保護膜５２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て異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、図８（ｃ）に示すように、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等を形成する。
【００５１】
その後は、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する。そして、流路形成基板用ウェハ１１０の保護基板用ウェハ１３０とは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート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、流路形成基板用ウェハ１１０等を図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。
【００５２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。上述の実施形態では、圧電体層７０を、ゾル−ゲル法によって形成しているが、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法によって形成するようにしてもよい。さらに圧電体層７０は、スパッタリング法、或いはＣＶＤ法によって成膜するようにしてもよい。ただし、これらスパッタリング法、或いはＣＶＤ法で圧電体層７０を成膜する場合、圧電体層７０の成膜過程において、少なくとも１回以上のアニール処理工程、つまり成膜された圧電体層７０を所定レートで冷却する工程を実施する必要がある。
【００５３】
なお、このような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、インクジェット式記録装置に搭載される。図９は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略斜視図である。図９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。
【００５４】
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。
【００５５】
また、本実施形態では、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挙げて説明したが、本発明は広く液体噴射ヘッド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液体噴射ヘッドの製造方法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、ＦＥＤ（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ｃｈｉｐ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。
【００５６】
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装置の製造方法に限られず、他の装置に搭載されるアクチュエータ装置の製造方法にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】一実施形態に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】一実施形態に係る記録ヘッドの上面図及び断面図である。
【図３】一実施形態に係る圧電体層の結晶状態の概略を示す上面図及び断面図である。
【図４】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図５】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図６】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程の他の例を示す断面図である。
【図７】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図８】一実施形態に係る記録ヘッドの製造工程を示す断面図である。
【図９】一実施形態に係る記録装置を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  流路形成基板、  １２  圧力発生室、  １３  インク供給路、  １４  連通路、  １５  連通部、  ２０  ノズルプレート、  ２１  ノズル開口、  ３０  保護基板、  ３１  圧電素子保持部、  ３２  リザーバ部、  ４０  コンプライアンス基板、  ５０  弾性膜、  ５５  絶縁体膜、  ６０  下電極膜、  ６５  種チタン層、  ７０  圧電体層、  ７１  圧電体膜、  ７２  柱状結晶粒、  ７３  凹部、  ７４  圧電体前駆体膜、  ８０  上電極膜、  ９０  リード電極、  １００  リザーバ、  ３００  圧電素子
【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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【図９】
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