JP2003285445A - インクジェット式ヘッドの製造方法、インクジェット式ヘッドおよび吐出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インクジェット式ヘッドを、容易かつ確実に
製造することができるインクジェット式ヘッドの製造方
法、かかるインクジェット式ヘッドの製造方法により製
造されるインクジェット式ヘッド、および、かかるイン
クジェット式ヘッドを備える吐出装置を提供すること。 【解決手段】 図２に示すインクジェット式ヘッドＨの
主要部は、複数のインク室２１０を形成するインク室基
板２００の下側に、ノズル板１００が接合され、また、
上側に、振動板３００が接触して設けられている。ま
た、振動板３００のインク室基板２００と反対側には、
各インク室２１０に対応する位置に圧電素子４００が下
地層７００を介して設けられている。振動板３００は、
Ｓｉ単結晶中にＰ型不純物を含んでなるものであり、エ
ッチングを施すことにより、インク室基板を得る工程に
おいて、エッチングによる侵食の進行を停止させるスト
ッパ層として機能する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インクジェット式
ヘッドの製造方法、インクジェット式ヘッドおよび吐出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、インクジェット式ヘッドは、主
に、インクを貯留可能な複数のインク室（キャビティ）
を形成するインク室基板と、インク室基板の一方の面に
接合されたノズル板と、他方の面に接合された振動板を
介して設けられた複数の圧電素子（振動源）とを備えた
構成とされている。

【０００３】このようなインクジェット式ヘッドは、次
のような＜１＞〜＜４＞の工程を経て製造されている。

【０００４】＜１＞ まず、インク室基板となる母材と
してＳｉ基板を用意し、このＳｉ基板上に、振動板を積
層または接合する。

【０００５】＜２＞ 次に、この振動板上に、複数の圧
電素子を形成する。

【０００６】＜３＞ 次に、Ｓｉ基板に対してエッチン
グを施すことにより、インク室基板を得る。

【０００７】＜４＞ 次に、インク室基板の振動板と反
対側に、インクを吐出するノズル孔が形成されたノズル
板を接合する。

【０００８】ところが、この製造方法では、Ｓｉ基板に
対してエッチングを施して、インク室基板を形成する際
に、浸食が過度（必要以上）に進行してしまい、振動
板、さらには、圧電素子まで浸食されたり、各インク室
の寸法もバラついたりするという不都合が生じることが
ある。

【０００９】このような不都合を防止するためには、例
えばエッチング時間等のエッチング条件をコントロール
する必要があるが、かかるコントロールを厳密に行うの
は、極めて困難であった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、イン
クジェット式ヘッドを、容易かつ確実に製造することが
できるインクジェット式ヘッドの製造方法、かかるイン
クジェット式ヘッドの製造方法により製造されるインク
ジェット式ヘッド、および、かかるインクジェット式ヘ
ッドを備える吐出装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（１８）の本発明により達成される。

【００１２】（１） Ｓｉ単結晶中にＰ型不純物を含ん
でなるＰ型不純物層上に、ＮａＣｌ構造の金属酸化物を
含むバッファ層と、ペロブスカイト構造を有する金属酸
化物を含む導電性酸化物層と、ペロブスカイト構造を有
する強誘電体材料を含む強誘電体材料層とを、この順
で、それぞれエピタキシャル成長により形成した後、前
記強誘電体材料層上に導電性材料層を形成して積層体を
得る第１の工程と、前記Ｐ型不純物層に隣接して位置す
るＳｉ単結晶基板に対してエッチングを施すことによ
り、インクを貯留可能なインク室となる凹部を含む所定
のパターンを形成してインク室基板を得る第２の工程と
を有し、前記第２の工程における前記エッチングを、前
記Ｓｉ単結晶基板の前記Ｐ型不純物層と反対側の面から
開始し、前記Ｐ型不純物層の存在により侵食の進行を停
止させることを特徴とするインクジェット式ヘッドの製
造方法。

【００１３】（２） 前記第１の工程の前に、前記Ｓｉ
単結晶基板の表面付近にＰ型不純物をイオン注入するこ
とにより、前記Ｐ型不純物層を形成する工程を有する上
記（１）に記載のインクジェット式ヘッドの製造方法。

【００１４】（３） 前記第１の工程の前に、前記Ｓｉ
単結晶基板の表面付近にＰ型不純物を拡散させることに
より、前記Ｐ型不純物層を形成する工程を有する上記
（１）に記載のインクジェット式ヘッドの製造方法。

【００１５】（４） 前記第１の工程の前に、前記Ｓｉ
単結晶基板と前記Ｐ型不純物層とを接合する工程を有す
る上記（１）に記載のインクジェット式ヘッドの製造方
法。

【００１６】（５） 前記Ｓｉ単結晶基板と前記Ｐ型不
純物層とは、互いに配向方位が異なっている上記（４）
に記載のインクジェット式ヘッドの製造方法。

【００１７】（６） 前記Ｐ型不純物層は、（１００）
配向または（１１１）配向のものである上記（４）また
は（５）に記載のインクジェット式ヘッドの製造方法。

【００１８】（７） 前記Ｐ型不純物層におけるＰ型不
純物の濃度は、５×１０^１８〜５×１０^２０個／ｃｍ^３
である上記（１）ないし（６）のいずれかに記載のイン
クジェット式ヘッドの製造方法。

【００１９】（８） 前記Ｐ型不純物層の平均厚さは、
０．０１〜１０μｍである上記（１）ないし（７）のい
ずれかに記載のインクジェット式ヘッドの製造方法。

【００２０】（９） 前記エッチングは、アルカリ水溶
液による異方性エッチングである上記（１）ないし
（８）のいずれかに記載のインクジェット式ヘッドの製
造方法。

【００２１】（１０） 前記Ｓｉ単結晶基板は、（１１
０）配向のものである上記（１）ないし（９）のいずれ
かに記載のインクジェット式ヘッドの製造方法。

【００２２】（１１） 前記第１の工程の後、前記凹部
に対応するように前記積層体を分割して、複数の振動源
を形成する工程を有する上記（１）ないし（１０）のい
ずれかに記載のインクジェット式ヘッドの製造方法。

【００２３】（１２） 前記Ｐ型不純物層は、前記振動
源の振動により振動する振動板として機能する上記（１
１）に記載のインクジェット式ヘッドの製造方法。

【００２４】（１３） 前記第２の工程の後、前記イン
クを吐出するノズル孔を有するノズル板を、前記インク
室基板の前記Ｐ型不純物層と反対側に、前記ノズル孔が
前記凹部に対応するよう接合する工程を有する上記
（１）ないし（１２）のいずれかに記載のインクジェッ
ト式ヘッドの製造方法。

【００２５】（１４） 前記Ｐ型不純物は、ホウ素であ
る上記（１）ないし（１３）のいずれかに記載のインク
ジェット式ヘッドの製造方法。

【００２６】（１５） ペロブスカイト構造を有する金
属酸化物を含む第１の電極と、該第１の電極と対向する
第２の電極と、これらの電極の間に介挿され、ペロブス
カイト構造を有する強誘電体材料を含む圧電体層とを有
する振動源と、前記第１の電極の前記圧電体層と反対側
に設けられ、前記振動源の振動により振動し、Ｓｉ単結
晶中にＰ型不純物を含んでなる振動板とを有することを
特徴とするインクジェット式ヘッド。

【００２７】（１６） 前記Ｐ型不純物は、ホウ素であ
る上記（１５）に記載のインクジェット式ヘッド。

【００２８】（１７） 上記（１）ないし（１４）のい
ずれかに記載のインクジェット式ヘッドの製造方法によ
り製造されたことを特徴とするインクジェット式ヘッ
ド。

【００２９】（１８） 上記（１５）ないし（１７）の
いずれかに記載のインクジェット式ヘッドを備えること
を特徴とする吐出装置。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のインクジェット式
ヘッドの製造方法、インクジェット式ヘッドおよび吐出
装置の好適な実施形態について説明する。

【００３１】図１は、本発明のインクジェット式ヘッド
の実施形態を示す分解斜視図（一部切り欠いて示す）で
あり、図２は、図１に示すインクジェット式ヘッドの主
要部の構成を示す断面図である。なお、図１は、通常使
用される状態とは、上下逆に示されている。

【００３２】図１に示すインクジェット式ヘッドＨ（以
下、単に「ヘッドＨ」と言う。）は、主に、ノズル板１
００と、インク室基板２００と、振動板３００と、圧電
素子（振動源）４００とを備え、これらが基体５００に
収納されている。

【００３３】なお、このヘッドＨは、オンデマンド形の
ピエゾジェット式ヘッドを構成する。

【００３４】ノズル板１００は、例えばステンレス製の
圧延プレート等で構成されている。このノズル板１００
には、インク滴を吐出するための多数のノズル孔１１０
が形成されている。これらのノズル孔１１０のピッチ
は、印刷精度に応じて適宜設定される。

【００３５】ノズル板１００には、インク室基板２００
が固着（固定）されている。このインク室基板２００に
は、ノズル板１００、側壁（隔壁）２２０および後述す
る振動板３００により、複数のインク室（キャビティ、
圧力室）２１０と、インクカートリッジ３１から供給さ
れるインクを一時的に貯留するリザーバ室２３０と、リ
ザーバ室２３０から各インク室２１０に、それぞれイン
クを供給する供給口２４０とが区画形成されている。

【００３６】これらのインク室２１０は、それぞれ短冊
状（直方体状）に形成され、各ノズル孔１１０に対応し
て配設されている。各インク室２１０は、後述する振動
板３００の振動により容積が変化し、この容積変化によ
り、インクを吐出するよう構成されている。

【００３７】また、インク室２１０の容積は、特に限定
されないが、１×１０^−７〜２×１０^−５ｍＬ程度とす
るのが好ましく、５×１０^−７〜１×１０^−５ｍＬ程度
とするのがより好ましい。

【００３８】インク室基板２００の平均厚さは、特に限
定されないが、１０μｍ〜１ｍｍ程度であるのが好まし
く、１００〜６００μｍ程度であるのがより好ましい。
インク室基板２００の平均厚さを、前記範囲とすること
により、ヘッドＨは、十分な強度を確保しつつ、その小
型化（特に、薄型化）を図ることができる。

【００３９】一方、インク室基板２００のノズル板１０
０と反対側には、振動板３００がインク室基板２００の
側壁２２０に接触して設けられ、さらに振動板３００の
インク室基板２００と反対側には、複数の圧電素子４０
０が下地層７００を介して設けられている。

【００４０】また、振動板３００の所定位置には、その
厚さ方向に貫通して連通孔３１０が形成されている。こ
の連通孔３１０を介して、後述するインクカートリッジ
３１からリザーバ室２３０に、インクが供給可能とされ
ている。

【００４１】この振動板３００は、Ｓｉ単結晶中にＰ型
不純物を含んでなるものである。すなわち、振動板３０
０は、半導体材料からなるものである。このため、振動
板３００は、絶縁性に優れるので、ヘッドＨでは、振
動板３００上に設けられた各部（各圧電素子４００）間
での絶縁分離を良好なものとすること、圧電素子４０
０の電解歪み特性等の各種特性の向上を図ることができ
るという効果もある。したがって、このようなヘッドＨ
は、その性能が向上する。

【００４２】各圧電素子４００は、それぞれ各インク室
２１０のほぼ中央部に対応して配設されている。各圧電
素子４００は、後述する圧電素子駆動回路に電気的に接
続され、圧電素子駆動回路からの信号に基づいて作動す
るよう構成されている。

【００４３】なお、各圧電素子４００の平面視での寸法
は、特に限定されないが、例えば、１〜３ｍｍ×１０〜
５０μｍ程度とすることができる。

【００４４】基体５００は、例えば各種樹脂材料、各種
金属材料等で構成されており、この基体５００にインク
室基板２００が固定、支持されている。

【００４５】以下、下地層７００および圧電素子４００
の構成について、図２を参照しつつ、さらに詳細に説明
する。

【００４６】図２に示す圧電素子４００は、下部電極
（第１の電極）４２０、圧電体層４３０および上部電極
（第２の電極）４１０が、この順で積層されて構成され
ている。換言すれば、圧電素子４００は、上部電極４１
０と下部電極４２０との間に、圧電体層（強誘電体層）
４３０が介挿された構成とされている。

【００４７】この圧電素子４００は、振動源として機能
するものであり、振動板３００は、圧電素子（振動源）
４００の振動により振動し、インク室２１０の内部圧力
を瞬間的に高める機能を有するものである。

【００４８】振動板３００上には、薄膜よりなる下地層
（バッファ層）７００が形成され（設けられ）ている。
すなわち、圧電素子４００（下部電極４２０）と振動板
３００（Ｐ型不純物層３０）との間に、下地層７００が
設けられている。

【００４９】この下地層７００は、圧電素子４００（下
部電極４２０）と振動板３００との接合性（密着性）を
向上させる機能を有するものである。下地層７００を設
けることにより、圧電素子４００の振動板３００からの
剥離等によるヘッドＨの経時的劣化が好適に防止される
とともに、圧電素子４００の振動をより確実に振動板３
００に伝達することができる。

【００５０】なお、この下地層７００は、振動板３００
上の少なくとも圧電素子４００を形成する領域に設ける
ようにすればよい。

【００５１】下地層７００の構成材料としては、例え
ば、ＮａＣｌ構造の金属酸化物、蛍石型構造の金属酸化
物、フルオライト構造の金属酸化物等が挙げられ、これ
らの１種または２種以上を組み合わせて用いることがで
きる。これらの中でも、下地層７００の構成材料として
は、ＮａＣｌ構造の金属酸化物を含むものが好ましく、
ＮａＣｌ構造の金属酸化物を主材料とするものがより好
ましい。

【００５２】後述するように、下部電極４２０の構成材
料としては、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物を
含むもの（特に、ペロブスカイト構造を有する金属酸化
物を主材料とするもの）が好適に使用されるが、ＮａＣ
ｌ構造の金属酸化物は、このペロブスカイト構造を有す
る金属酸化物との格子不整合が小さく、さらに、Ｓｉと
の格子不整合も小さい。

【００５３】なお、振動板３００（Ｐ型不純物層３０）
におけるＰ型不純物の濃度は、比較的少量（後述参照）
であるため、振動板３００では、Ｓｉ単結晶の結晶構造
が良好に維持されている。

【００５４】このようなことから、ＮａＣｌ構造の金属
酸化物を用いて下地層７００を構成することにより、振
動板３００（Ｐ型不純物層３０）と下部電極４２０との
接合性（密着性）がより向上する。

【００５５】また、ＮａＣｌ構造の金属酸化物として
は、例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、Ｍｎ
Ｏ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、または、これらを含む固
溶体等が挙げられるが、これらの中でも、特に、Ｍｇ
Ｏ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、または、これらを含む固
溶体の少なくとも１種を用いるのが好ましい。このよう
なＮａＣｌ構造の金属酸化物は、ペロブスカイト構造を
有する金属酸化物およびＳｉの双方との格子不整合が特
に小さい。

【００５６】このような下地層７００は、例えば、立方
晶（１００）配向、立方晶（１１０）配向、立方晶（１
１１）配向等したもののいずれであってもよいが、これ
らの中でも、特に、立方晶（１００）配向または立方晶
（１１１）配向したものであるのが好ましい。下地層７
００を立方晶（１００）配向または立方晶（１１１）配
向したものとすることにより、下地層７００の平均厚さ
を比較的小さくすることができる。このため、例えばＭ
ｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯのような潮解性を示すＮ
ａＣｌ構造の金属酸化物で下地層７００を構成する場合
であっても、製造時および使用時に空気中の水分で劣化
するという不都合を好適に防止することができる。

【００５７】かかる観点からは、下地層７００は、でき
るだけ薄く形成するのが好ましく、具体的には、その平
均厚さが１０ｎｍ以下であるのが好ましく、５ｎｍ以下
であるのがより好ましい。これにより、前記効果がより
向上する。

【００５８】また、このように下地層７００の平均厚さ
を小さくすることにより、ヘッドＨの大型化を防止する
こともできる。

【００５９】下地層７００上には、圧電体層４３０に電
圧を印加するための一方の電極である下部電極４２０が
形成され（設けられ）ている。

【００６０】この下部電極４２０は、複数の圧電素子４
００の個別電極として、それぞれ設けられている。すな
わち、下部電極４２０の平面視形状が、圧電体層４３０
の平面視形状とほぼ等しくなるよう形成されている。

【００６１】下部電極４２０の構成材料としては、例え
ば、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物等の各種導
電性酸化物が挙げられ、これらの１種または２種以上を
組み合わせて用いることができる。これらの中でも、下
部電極４２０の構成材料としては、ペロブスカイト構造
を有する金属酸化物を含むものが好ましく、ペロブスカ
イト構造を有する金属酸化物を主材料とするものがより
好ましい。

【００６２】このペロブスカイト構造を有する金属酸化
物としては、例えば、ルテニウム酸ストロンチウム（Ｓ
ＲＯ）、ＮｂドープしたＳｒＴｉＯ_３、または、これら
を含む固溶体等が挙げられ、これらの１種または２種以
上を組み合わせて用いることができる。これらのペロブ
スカイト構造の金属酸化物は、導電性および化学的安定
性に優れているので、下部電極４２０も、導電性および
化学的安定性に優れたものとすることができる。その結
果、圧電素子４００は、電界歪み特性等の各種特性が向
上する。

【００６３】これらの中でも、下部電極４２０に用いる
ペロブスカイト構造を有する金属酸化物としては、ルテ
ニウム酸ストロンチウム（ＳＲＯ）が最適である。ＳＲ
Ｏは、特に導電性および化学的安定性に優れているの
で、ＳＲＯを用いて下部電極４２０を構成することによ
り、圧電素子４００は、前記効果がより向上する。

【００６４】ここで、ＳＲＯは、一般式Ｓｒ_ｎ＋１Ｒｕ
_ｎＯ_３ｎ＋１（ｎは１以上の整数）で表される。ｎ＝１
のときＳｒ_２ＲｕＯ_４となり、ｎ＝２のときＳｒ_３Ｒｕ
_２Ｏ _７となり、ｎ＝∞のときＳｒＲｕＯ_３となる。ＳＲ
Ｏを用いて下部電極４２０を構成する場合は、ＳｒＲｕ
Ｏ_３が最適である。これにより、下部電極４２０の導電
性および化学的安定性を極めて優れたものとすることが
できるとともに、下部電極４２０上に形成する圧電体層
４３０の結晶性を高めることもできる。

【００６５】なお、下部電極４２０は、その厚さ方向の
途中に、イリジウムまたは白金等で構成される部分（中
間層）を有する構成、すなわち、ＳＲＯ／Ｐｔ／ＳＲ
Ｏ、ＳＲＯ／Ｉｒ／ＳＲＯの積層構造とすることもでき
る。この場合、下部電極４２０の圧電体層４３０側の部
分を、ＳｒＲｕＯ_３を含む材料で（特に、ＳｒＲｕＯ_３
を主材料として）構成するようにすればよい。

【００６６】このような下部電極４２０は、例えば、擬
立方晶（００１）配向、擬立方晶（１１１）配向、擬立
方晶（１１０）配向、擬立方晶（１００）配向等したも
ののいずれであってもよいが、これらの中でも、特に、
擬立方晶（００１）配向または擬立方晶（１１１）配向
したものであるのが好ましい。このような下部電極４２
０を用いて圧電素子４００を構成することにより、圧電
素子４００は、前記効果がより顕著となる。

【００６７】また、下部電極４２０の平均厚さは、特に
限定されないが、１〜１０００ｎｍ程度とするのが好ま
しく、１００〜７００ｎｍ程度とするのがより好まし
い。

【００６８】下部電極４２０上には、電圧の印加により
変形する圧電体層４３０が、所定の形状で形成されてい
る。

【００６９】圧電体層４３０の構成材料としては、各種
強誘電体材料が挙げられるが、特に、ペロブスカイト構
造を有する強誘電体材料を含むものが好ましく、ペロブ
スカイト構造を有する強誘電体材料を主材料とするもの
がより好ましい。

【００７０】このペロブスカイト構造を有する強誘電体
材料としては、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３（ＰＺ
Ｔ）、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３（ＰＬＺ
Ｔ）、ＢａＴｉＯ_３、ＫＮｂＯ_３、ＰｂＺｎＯ_３のよう
なペロブスカイト構造の金属酸化物、ＳｒＢｉ_２（Ｔ
ａ，Ｎｂ）_２Ｏ_９、（Ｂｉ，Ｌａ）_４Ｔｉ_３Ｏ_１２のよ
うなＢｉ層状化合物、または、これらを含む固溶体等が
挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合
わせて用いることができる。これらのペロブスカイト構
造を有する金属酸化物を用いて圧電体層４３０を構成す
ることにより、圧電素子４００は、電界歪み特性等の各
種特性が向上する。

【００７１】これらの中でも、圧電体層４３０に用いる
ペロブスカイト構造を有する金属酸化物としては、チタ
ン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が最適である。ＰＺＴを用
いることにより、圧電素子４００は、前記効果がより向
上する。

【００７２】また、ペロブスカイト構造を有する強誘電
体材料としてＰＺＴを用いる場合、このＰＺＴとして
は、正方晶、菱面体晶のいずれのものを用いてもよい。

【００７３】このような圧電体層４３０は、例えば、正
方晶（００１）配向、正方晶（１１１）配向、菱面体晶
（００１）配向、菱面体晶（１１１）配向等したものの
いずれであってもよいが、これらの中でも、特に、正方
晶（００１）配向、正方晶（１１１）配向、菱面体晶
（００１）配向、または、菱面体晶（１１１）配向した
ものであるのが好ましい。これにより、圧電素子４００
は、電界歪み特性等の各種特性が特に優れたものとな
る。

【００７４】また、圧電体層４３０の平均厚さは、特に
限定されないが、０．１〜５０μｍ程度とするのが好ま
しく、０．５〜１０μｍ程度とするのがより好ましい。
圧電体層４３０の平均厚さを、前記範囲とすることによ
り、圧電素子４００（延いては、ヘッドＨ）の大型化を
防止しつつ、各種特性を好適に発揮し得る圧電素子４０
０を得ることができる。

【００７５】圧電体層４３０上には、圧電体層４３０に
電圧を印加するための他方の電極となる上部電極４１０
が形成され（設けられ）ている。

【００７６】この上部電極４１０は、複数の圧電素子４
００の個別電極として、それぞれ設けられている。すな
わち、上部電極４１０の平面視形状は、圧電体層４３０
の平面視形状とほぼ等しくなるよう形成されている。

【００７７】上部電極４１０の構成材料としては、前記
の下部電極４２０で挙げた材料と同様のものを用いるこ
とができる他、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉ
ｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、または、これらを含む合
金等の各種導電性材料が挙げられ、これらのうちの１種
または２種以上を組み合わせて用いることができる。

【００７８】なお、上部電極４１０をアルミニウムで構
成する場合、イリジウム等で構成される層を積層するよ
うにするのが好ましい。これにより、上部電極４１０の
電蝕による劣化を防止または抑制することができる。

【００７９】また、上部電極４１０の平均厚さは、特に
限定されないが、１〜１０００ｎｍ程度とするのが好ま
しく、１０〜５００ｎｍ程度とするのがより好ましい。

【００８０】このようなヘッドＨは、後述する圧電素子
駆動回路から所定の吐出信号が入力されていない状態、
すなわち、圧電素子４００の下部電極４２０と上部電極
４１０との間に電圧が印加されていない状態では、圧電
体層４３０に変形が生じない。このため、振動板３００
にも変形が生じず、インク室２１０には容積変化が生じ
ない。したがって、ノズル孔１１０からインク滴は吐出
されない。

【００８１】一方、圧電素子駆動回路から所定の吐出信
号が入力された状態、すなわち、圧電素子４００の下部
電極４２０と上部電極４１０との間に一定電圧（例え
ば、１０〜５０Ｖ程度）が印加された状態では、圧電体
層４３０に変形が生じる。これにより、振動板３００が
大きくたわみ（図２中下方にたわみ）、インク室２１０
の容積の減少（変化）が生じる。このとき、インク室２
１０内の圧力が瞬間的に高まり、ノズル孔１１０からイ
ンク滴が吐出される。

【００８２】１回のインクの吐出が終了すると、圧電素
子駆動回路は、下部電極４２０と上部電極４１０との間
への電圧の印加を停止する。これにより、圧電素子４０
０は、ほぼ元の形状に戻り、インク室２１０の容積が増
大する。なお、このとき、インクには、後述するインク
カートリッジ３１からノズル孔１１０へ向かう圧力（正
方向への圧力）が作用している。このため、空気がノズ
ル孔１１０からインク室２１０へ入り込むことが防止さ
れ、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカー
トリッジ３１（リザーバ室２３０）からインク室２１０
へ供給される。

【００８３】このようにして、ヘッドＨにおいて、印刷
させたい位置の圧電素子４００に、圧電素子駆動回路か
ら吐出信号を順次入力することにより、任意の（所望
の）文字や図形等を印刷することができる。

【００８４】以上のように、本発明のインクジェット式
ヘッドＨは、電界歪み特性等の各種特性に優れる圧電素
子４００を備える。このため、より少ない電圧で圧電素
子４００を作動させることができるので、圧電素子駆動
回路を簡略化することができるとともに、消費電力を低
減することができる。

【００８５】また、圧電素子４００を小型化することも
できる。この場合、圧電素子４００の幅（短軸方向の長
さ）を短くすると、インク室２１０の幅も小さくするこ
とができ、その結果、ノズル孔１１０のピッチも小さく
することができるので、より高精度の印刷が可能とな
る。また、圧電素子４００の長さ（長軸方向の長さ）を
短くすると、ヘッドＨのさらなる小型化を図ることがで
きる。

【００８６】次に、インクジェット式ヘッドＨ（ヘッド
Ｈ）の製造方法について説明する。図３〜図６は、それ
ぞれ、図２に示すインクジェット式ヘッドの主要部の製
造工程を説明するための図（縦断面図）である。

【００８７】これらの図に示すヘッドＨの製造方法は、
［１］Ｓｉ単結晶基板２０の隣接位置にＰ型不純物層３
０を設ける工程と、［２］Ｐ型不純物層３０上に積層体
４００’を形成する工程（第１の工程）と、［３］積層
体４００’を分割して圧電素子（振動源）４００を形成
する工程と、［４］Ｓｉ単結晶基板２０に対してエッチ
ングを施すことによりインク室基板２００を形成する工
程（第２の工程）と、［５］インク室基板２００にノズ
ル板１００を接合する工程とを有している。

【００８８】ここで、Ｓｉ単結晶基板２０およびＰ型不
純物層３０について、それぞれ説明する。

【００８９】Ｓｉ単結晶基板２０には、後述するよう
に、インク室２１０となる凹部２１０’、その他、リザ
ーバ室２３０および供給口２４０となる凹部が、それぞ
れエッチングにより形成される。すなわち、このＳｉ単
結晶基板２０に対してエッチングを施すことにより、ヘ
ッドＨのインク室基板２００が得られる。

【００９０】このＳｉ単結晶基板２０、すなわち、Ｓｉ
単結晶で構成される基板は、汎用的な基板であるので、
このＳｉ単結晶基板２０を用いることにより、ヘッドＨ
の製造コストを低減することができる。

【００９１】一方、Ｐ型不純物層３０は、Ｓｉ単結晶中
にＰ型不純物を含んでなるものであり、Ｓｉ単結晶基板
２０に前記凹部２１０’を含む所定のパターン形状をエ
ッチングにより形成する際に、浸食の進行を防止するス
トッパ層として機能するものである。

【００９２】このＰ型不純物層３０の存在により、エッ
チングによる浸食が過度（必要以上）に進み、Ｐ型不純
物層３０のＳｉ単結晶基板２０と反対側に設けられる各
部（特に、後述する振動源としての圧電素子４００）が
侵食されるのを防止することができる。その結果、ヘッ
ドＨの機能（性能）が低下、または、失われることを防
止することができる。

【００９３】Ｐ型不純物としては、特に限定されない
が、例えば、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジ
ウム等が挙げられ、これらの１種または２種以上を用い
ることができるが、これらの中でも、Ｐ型不純物として
は、特に、ホウ素が好適である。Ｐ型不純物として、ホ
ウ素を用いることにより、Ｐ型不純物層３０は、エッチ
ングによる浸食の防止効果がより向上する。

【００９４】また、このＰ型不純物層３０は、圧電素子
４００の振動により振動する振動板３００として機能す
る。このため、Ｐ型不純物層３０には、エッチングによ
る浸食の進行を防止する機能に加えて、振動板としての
十分な強度（物理的性質）が要求される。

【００９５】このようなＰ型不純物層３０の平均厚さ
は、特に限定されないが、０．０１〜１０μｍ程度とす
るのが好ましく、０．１〜２μｍ程度とするのがより好
ましい。Ｐ型不純物層３０の平均厚さを、前記範囲とす
ることにより、得られるヘッドＨの圧電特性を最適化し
つつ、Ｐ型不純物層３０は、エッチングによる浸食の進
行を防止する機能を十分に発揮することができるととも
に、振動板に要求される十分な強度を確保することがで
きる。

【００９６】これらの効果は、Ｐ型不純物層３０におい
て、Ｓｉ単結晶中に比較的少量のＰ型不純物が含まれる
ことで、十分に発揮される。

【００９７】このようなＰ型不純物層３０におけるＰ型
不純物の濃度は、特に限定されないが、５×１０^１８〜
５×１０^２０個／ｃｍ^３程度であるのが好ましく、１×
１０ ^１９〜１×１０^２０個／ｃｍ^３程度であるのがより
好ましい。

【００９８】また、Ｐ型不純物層３０におけるＰ型不純
物の含有量を、比較的少量とすることにより、Ｐ型不純
物層３０におけるＳｉ単結晶の結晶構造は、良好に維持
される。したがって、Ｐ型不純物層３０上に、積層体４
００’の各部（各層）を成膜した場合、各層は、それぞ
れＰ型不純物層３０の配向方位に依存して（影響を受け
て）成長、すなわち、エピタキシャル成長するので、そ
の配向方位が揃うようになる。

【００９９】ヘッドＨでは、Ｐ型不純物層３０上に、少
なくとも下地層７００、圧電素子４００の下部電極４２
０となる導電性酸化物層４２０’、および、圧電体層４
３０となる強誘電体材料層４３０’を、順次成膜してい
く。したがって、下地層７００、導電性酸化物層４２
０’（下部電極４２０）、および、強誘電体材料層４３
０’ （圧電体層４３０）は、それぞれ、その配向方位
が揃うようになる。このように、配向方位が揃った圧電
体層４３０を有する圧電素子４００は、電界歪み特性等
の各種特性が向上する。その結果、ヘッドＨは、その性
能が向上する。

【０１００】以下、各工程について、順次説明する。 ［１］ Ｐ型不純物層３０を設ける工程：図３および図
４ まず、Ｓｉ単結晶基板２０の隣接した位置にＰ型不純物
層３０を設ける。

【０１０１】これは、例えば、＜Ｉ＞Ｓｉ単結晶基板２
０に対してＰ型不純物をイオン注入する方法（イオン注
入法）、＜II＞Ｓｉ単結晶基板２０にＰ型不純物を拡散
させる方法（拡散法）、または、＜III＞Ｓｉ単結晶基
板２０とＰ型不純物層３０とを接合する方法（接合法）
を用いて行うことができる。

【０１０２】＜Ｉ＞ イオン注入法（図３） まず、Ｓｉ単結晶基板２０を用意する。

【０１０３】次に、このＳｉ単結晶基板２０に対して、
例えばホウ素のようなＰ型不純物をイオン化して注入す
る。これにより、Ｓｉ単結晶基板２０の表面付近にＰ型
不純物が注入され、Ｐ型不純物層３０が形成される。か
かるイオン注入法によれば、Ｐ型不純物層３０を容易に
形成することができるので、ヘッドＨの製造コストの低
減を図ることができる。また、かかるイオン注入法によ
れば、Ｐ型不純物層３０におけるＰ型不純物の分布を均
一にすることができるという利点もある。

【０１０４】イオン化されたＰ型不純物の加速電圧は、
用いるイオン源の種類等により若干異なるが、通常、５
〜３００ｋｅＶ程度とするのが好ましく、１０〜２００
ｋｅＶ程度とするのがより好ましい。イオン注入後に
は、８００〜１２００℃で３０分〜１時間程度のアニー
ルを行うのが好ましい。

【０１０５】この加速電圧を適宜設定することにより、
Ｐ型不純物の注入深さ、すなわち、Ｐ型不純物層３０の
厚さを調整することができる。

【０１０６】次に、必要に応じて、Ｓｉ単結晶基板２０
およびＰ型不純物層３０に対して、それぞれ、例えば、
研削、研磨、エッチング等の後処理を施すことにより、
それらの形状（厚さ）を整えるようにしてもよい。

【０１０７】また、このようなイオン注入法によれば、
Ｓｉ単結晶基板２０とＰ型不純物層３０とは、それらの
配向方位が一致するようになる。

【０１０８】この場合、Ｓｉ単結晶基板２０として（１
１０）配向のものを選択するようにするのが好ましい。
このような（１１０）配向のＳｉ単結晶基板２０は、面
方向に対してほぼ垂直な方向にエッチングによる浸食が
精度よく進行する（すなわち、容易に異方性エッチング
される）ので、より寸法精度の高いインク室基板２００
を得ることができる。

【０１０９】＜II＞ 拡散法 この拡散法では、Ｐ型不純物を含む拡散源を用いて、Ｓ
ｉ単結晶基板２０にＰ型不純物を拡散させる。この拡散
源としては、例えば、固定拡散源、液体拡散源等が挙げ
られる。

【０１１０】以下、Ｐ型不純物としてホウ素を、固体拡
散源を用いてＳｉ単結晶基板２０へ拡散させる場合を一
例に説明する。

【０１１１】まず、Ｓｉ単結晶基板２０を用意する。次
に、拡散源となるＢ_２Ｏ_３を有機溶剤に分散した分散液
を、例えば、スピンコート、刷毛塗り、ディッピング等
の各種塗布法によりＳｉ単結晶基板２０の表面に塗布し
た後、乾燥して、塗布層を形成する。

【０１１２】この塗布層の厚さ（平均）は、好ましくは
０．１〜１０μｍ程度、より好ましくは１〜５μｍ程度
とされる。

【０１１３】なお、分散液中の拡散源の含有量は、特に
限定されないが、０．１〜１０ｗｔ％程度であるのが好
ましく、１〜７ｗｔ％程度であるのがより好ましい。

【０１１４】また、前記乾燥条件は、特に限定されない
が、１００〜２００℃×１０〜１００分程度であるのが
好ましく、１２０〜１８０℃×２０〜７０分程度である
のがより好ましい。

【０１１５】次に、この塗布層に対して、例えば酸素雰
囲気、大気中等の酸化性雰囲気中で、熱処理を施す。こ
れにより、Ｂ_２Ｏ_３を焼結させる。

【０１１６】この熱処理条件は、特に限定されないが、
４００〜１０００℃×１０〜６０分程度であるのが好ま
しい。

【０１１７】次に、例えば窒素雰囲気、不活性ガス雰囲
気、減圧状態等の非酸化性雰囲気中で、熱処理を施す。
これにより、ＢがＳｉ単結晶基板２０に拡散して、Ｐ型
不純物層３０が形成される。

【０１１８】この熱処理条件は、特に限定されないが、
７００〜１４００℃×８〜１６時間程度であるのが好ま
しく、９００〜１２００℃×１０〜１４時間程度である
のがより好ましい。

【０１１９】この熱処理条件を適宜設定することによ
り、Ｐ型不純物層３０の厚さを調整することができる。

【０１２０】かかる拡散法によれば、Ｐ型不純物層３０
を容易に形成することができるので、ヘッドＨの製造コ
ストの低減を図ることができる。

【０１２１】次に、必要に応じて、Ｓｉ単結晶基板２０
およびＰ型不純物層３０に対して、それぞれ、例えば、
研削、研磨、エッチング等の後処理を施すことにより、
それらの形状（厚さ）を整えるようにしてもよい。

【０１２２】また、このような拡散法によれば、Ｓｉ単
結晶基板２０とＰ型不純物層３０とは、それらの配向方
位が一致するようになる。

【０１２３】この場合、Ｓｉ単結晶基板２０として（１
１０）配向のものを選択するようにするのが好ましい。
このような（１１０）配向のＳｉ単結晶基板２０は、面
方向に対してほぼ垂直な方向にエッチングによる浸食が
精度よく進行する（すなわち、容易に異方性エッチング
される）ので、より寸法精度の高いインク室基板２００
を得ることができる。

【０１２４】＜III＞ 接合法（図４） まず、Ｓｉ単結晶基板２０と、例えば前記＜Ｉ＞に記載
の方法を用いて製造したＰ型不純物層３０とを用意す
る。この場合、Ｐ型不純物層３０としては、比較的厚膜
のものを用意する。

【０１２５】次に、Ｓｉ単結晶基板２０とＰ型不純物層
３０とを接合する。これにより、Ｓｉ単結晶基板２０と
Ｐ型不純物層３０とを一体化させる。

【０１２６】この接合には、例えばＳｉ単結晶基板２０
とＰ型不純物層３０とを圧着させた状態で、熱処理する
方法が好適に用いられる。かかる方法によれば、容易か
つ確実に、これらを一体化させることができる。この熱
処理条件は、特に限定されないが、８００〜１４００℃
×４時間程度とするのが好ましく、９００〜１２００℃
×２時間程度とするのがより好ましい。なお、接合に
は、その他の各種接着方法、各種融着方法等を用いても
よい。

【０１２７】次に、Ｐ型不純物層３０に対して、例え
ば、研削、研磨、エッチング等の後処理を施すことによ
り、それらの形状（特に、厚さ）を整えて、Ｐ型不純物
層３０の平均厚さを前述したような範囲とする。

【０１２８】このような接合法によれば、Ｓｉ単結晶基
板２０とＰ型不純物層３０との配向方位を、互いに異な
るようにすることもできる。

【０１２９】この場合、具体的には、次のようにするの
が好ましい。すなわち、前述したように、圧電体層４３
０は、Ｐ型不純物層３０の配向方位に依存して（影響を
受けて）成長するので、圧電体層４３０の配向方位が、
圧電素子４００の各種特性を向上させることができるよ
うな配向方位となるように、Ｐ型不純物層３０の配向方
位を選択する。一方、Ｓｉ単結晶基板２０の配向方位
は、エッチングに適し、かつ、面方向に対してほぼ垂直
な方向にエッチングによる浸食が進行する（異方性エッ
チングされる）ものを選択する。これにより、ヘッドＨ
の性能の向上を図ることができる。

【０１３０】かかる観点からは、Ｐ型不純物層３０とし
ては、（１００）配向または（１１１）配向のものが好
ましい。これにより、圧電体層４３０を、例えば、正方
晶（００１）配向、正方晶（１１１）配向、菱面体晶
（００１）配向、菱面体晶（１１１）配向等でエピタキ
シャル成長により形成することができる。かかる圧電体
層４３０を有する圧電素子４００は、電界歪み特性等の
各種特性が特に優れたものとなる。

【０１３１】一方、Ｓｉ単結晶基板２０としては、前記
＜Ｉ＞と同様に（１１０）配向のものが好適である。

【０１３２】［２］ 積層体４００’を形成する工程
（第１の工程）：図５および図６ 次に、Ｐ型不純物層３０上に積層体４００’を形成す
る。

【０１３３】なお、以下では、Ｓｉ単結晶基板２０とし
て（１１０）配向のもの、Ｐ型不純物層３０として（１
００）配向のものを用いる場合について説明する。

【０１３４】また、以下の説明では、Ｓｉ単結晶基板２
０とＰ型不純物層３０との全体を「基板１０」と言う。

【０１３５】［２−１］ 下地層（バッファ層）７００
の形成：図５のＳ１ まず、Ｐ型不純物層３０上に、例えばＳｒＯからなる下
地層７００を形成する。

【０１３６】下地層７００は、Ｐ型不純物層３０の結晶
構造の影響を受けて結晶成長する。Ｐ型不純物層３０
は、（１００）配向のものであるので、Ｐ型不純物層３
０上に下地層７００を成膜すると、下地層７００は、立
方晶（１００）配向でエピタキシャル成長する。

【０１３７】下地層７００の形成方法（成膜方法）とし
ては、レーザーアブレーション法が好適に用いられる。
かかる方法によれば、レーザー光の入射窓を備えた簡易
な構成の真空装置を用いて、容易かつ確実に、下地層７
００を形成することができる。

【０１３８】具体的には、まず、基板１０（サンプル）
を、例えば、室温での背圧が１３３×１０^−９〜１３３
×１０^−６Ｐａ（１×１０^−９〜１×１０^−６Ｔｏｒ
ｒ）程度に減圧された真空装置内に設置する。

【０１３９】なお、真空装置内には、基板１０に対向し
て、下地層７００の構成元素を含むターゲットが所定距
離、離間して配置されている。このターゲットとして
は、目的とする下地層７００の組成と同一の組成または
近似組成のものが好適に使用される。

【０１４０】次いで、例えば赤外線ランプ（加熱手段）
等を用いて、基板１０を加熱して昇温する。

【０１４１】この昇温速度は、特に限定されないが、１
〜２０℃／分程度とするのが好ましく、５〜１５℃／分
程度とするのがより好ましい。

【０１４２】また、サンプルの温度（到達温度）も、特
に限定されず、３００〜８００℃程度とするのが好まし
く、４００〜７００℃程度とするのがより好ましい。

【０１４３】なお、昇温速度、サンプルの温度、真空装
置内の圧力等の各条件は、基板１０の表面に、熱酸化膜
が形成されないものであれば、前記範囲に限定されるも
のではない。

【０１４４】次いで、レーザー光をターゲットに照射す
ると、ターゲットから酸素原子および金属原子を含む原
子が叩き出され、プルームが発生する。換言すれば、プ
ルームが基板１０に向かって照射される。そして、この
プルームは、基板１０（Ｐ型不純物層３０）上に接触し
て、下地層７００が形成される。

【０１４５】このレーザー光は、好ましくは波長が１５
０〜３００ｎｍ程度、パルス長が１〜１００ｎｓ程度の
パルス光とされる。具体的には、レーザー光としては、
例えば、ＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレー
ザー、ＸｅＣｌエキシマレーザーのようなエキシマレー
ザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ_４レーザー、ＣＯ_２レー
ザー等が挙げられる。これらの中でも、レーザー光とし
ては、特に、ＡｒＦエキシマレーザーまたはＫｒＦエキ
シマレーザーが好適である。ＡｒＦエキシマレーザーお
よびＫｒＦエキシマレーザーは、いずれも、取り扱いが
容易であり、また、より効率よく原子をターゲットから
叩き出すことができる。

【０１４６】下地層７００の形成（成膜）における各条
件は、下地層７００がエピタキシャル成長し得るもので
あればよく、例えば、次のようにすることができる。

【０１４７】レーザー光の周波数は、３０Ｈｚ以下とす
るのが好ましく、１５Ｈｚ以下とするのがより好まし
い。

【０１４８】レーザー光のエネルギー密度は、０．５Ｊ
／ｃｍ^２以上とするのが好ましく、２Ｊ／ｃｍ^２以上と
するのがより好ましい。

【０１４９】サンプルとターゲットとの距離は、６０ｍ
ｍ以下とするのが好ましく、４５ｍｍ以下とするのがよ
り好ましい。

【０１５０】また、真空装置内の圧力は、１気圧以下が
好ましく、そのうち、酸素分圧は、例えば、酸素ガス供
給下で１３３×１０^−３Ｐａ（１×１０^−３Ｔｏｒｒ）
以上とするのが好ましく、原子状酸素ラジカル供給下で
１３３×１０^−５Ｐａ（１×１０^−５Ｔｏｒｒ）以上と
するのが好ましい。

【０１５１】下地層７００の形成における各条件を、そ
れぞれ、前記範囲とすると、より効率よく、下地層７０
０をエピタキシャル成長により形成することができる。

【０１５２】また、このとき、レーザー光の照射時間を
適宜設定することにより、下地層７００の平均厚さを前
述したような範囲に調整することができる。この場合、
レーザー光の照射時間は、前記各条件によっても異なる
が、通常、２時間以下とするのが好ましく、１時間以下
とするのがより好ましい。

【０１５３】なお、下地層７００の形成方法としては、
これに限定されず、例えば、真空蒸着法、スパッタリン
グ法、ＭＯＣＶＤ法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等の各種
薄膜作製法を用いることもできる。

【０１５４】なお、下地層（バッファ層）７００は、そ
の構成材料の種類、後述する工程［２−２］〜［２−
４］における各層の成膜条件等によっては、下地層７０
０の厚さ方向の少なくとも一部が消失する場合がある。

【０１５５】［２−２］ 導電性酸化物層４２０’の形
成：図５のＳ２ 次に、下地層７００上に、例えばＳｒＲｕＯ_３からなる
導電性酸化物層４２０’を形成する。なお、この導電性
酸化物層４２０’は、後述する工程［３］により分割さ
れ、下部電極４２０となる。

【０１５６】導電性酸化物層４２０’は、下地層７００
の結晶構造の影響を受けて結晶成長する。下地層７００
は、立方晶（１００）配向したものであるので、下地層
７００上に導電性酸化物層４２０’を成膜すると、導電
性酸化物層４２０’は、擬立方晶（００１）配向でエピ
タキシャル成長する。

【０１５７】導電性酸化物層４２０’の形成は、前記工
程［２−１］と同様にして行うことができる。すなわ
ち、導電性酸化物層４２０’の形成方法（成膜方法）と
しては、レーザーアブレーション法が好適であるが、こ
れに限定されず、例えば、真空蒸着法、スパッタリング
法、ＭＯＣＶＤ法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等の各種薄
膜作製法を用いることもできる。

【０１５８】［２−３］ 強誘電体材料層４３０’の形
成：図５のＳ３ 次に、導電性酸化物層４２０’上に、例えば、組成比Ｐ
ｂ（Ｚｒ_０．５６Ｔｉ _０．４４）Ｏ_３のＰＺＴからなる
強誘電体材料層４３０’を形成する。なお、この強誘電
体材料層４３０’は、後述する工程［３］により分割さ
れ、圧電体層４３０となる。

【０１５９】強誘電体材料層４３０’は、導電性酸化物
層４２０’の結晶構造の影響を受けて結晶成長する。導
電性酸化物層４２０’は、擬立方晶（００１）配向した
ものであるので、導電性酸化物層４２０’上に強誘電体
材料層４３０’を成膜すると、強誘電体材料層４３０’
は、菱面体晶（００１）配向でエピタキシャル成長す
る。

【０１６０】強誘電体材料層４３０’の形成は、前記工
程［２−１］と同様にして行うことができる。すなわ
ち、強誘電体材料層４３０’の形成方法（成膜方法）と
しては、レーザーアブレーション法が好適であるが、こ
れに限定されず、例えば、真空蒸着法、スパッタリング
法、ＭＯＣＶＤ法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等の各種薄
膜作製法を用いることもできる。

【０１６１】［２−４］ 導電性酸化物層４１０’の形
成：図５のＳ４ 次に、強誘電体材料層４３０’上に、例えばＳｒＲｕＯ
_３からなる導電性酸化物層（導電性材料層）４１０’を
形成する。なお、この導電性酸化物層４１０’は、後述
する工程［３］により分割され、上部電極４１０とな
る。

【０１６２】導電性酸化物層４１０’の形成は、前記工
程［２−１］と同様にして行うことができる。すなわ
ち、導電性酸化物層４１０’の形成方法（成膜方法）と
しては、レーザーアブレーション法が好適であるが、こ
れに限定されず、例えば、真空蒸着法、スパッタリング
法、ＭＯＣＶＤ法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等の各種薄
膜作製法を用いることもできる。

【０１６３】［３］ 圧電素子（振動源）４００を形成
する工程：図６のＳ５ 次に、積層体４００’、すなわち、導電性酸化物層４２
０’、強誘電体材料層４３０’および導電性酸化物層
（導電性材料層）４１０’を所定形状に加工（分割）し
て、複数の圧電素子（圧電アクチュエータ）４００を形
成する。

【０１６４】具体的には、まず、導電性酸化物層４１
０’上に、例えばスピンコートによりレジストを形成し
た後、インク室２１０を形成すべき位置に合わせて、露
光・現像してパターニングする。次いで、残ったレジス
トをマスクとして、例えばイオンミリング等でエッチン
グする。これにより、導電性酸化物層４１０’、強誘電
体材料層４３０’および導電性酸化物層４２０’の不要
な部分が除去され、複数の圧電素子４００が得られる。

【０１６５】［４］ インク室基板２００を得る工程
（第２の工程）：図６のＳ６ 次に、Ｓｉ単結晶基板２０の圧電素子４００に対応した
位置に、それぞれインク室２１０となる凹部２１０’
を、また、所定位置にリザーバ室２３０および供給口２
４０となる凹部を形成する。

【０１６６】具体的には、インク室２１０、リザーバ室
２３０および供給口２４０を形成すべき位置に合せて、
Ｓｉ単結晶基板２０の圧電素子４００（Ｐ型不純物層３
０）と反対側の面にマスクを形成した後、エッチングを
行う。

【０１６７】エッチングを開始すると、Ｓｉ単結晶基板
２０の不要な部分が除去され、Ｐ型不純物層３０にまで
到達すると、Ｐ型不純物層３０の存在により侵食の進行
が停止し、インク室基板２００が得られる。

【０１６８】このように、Ｐ型不純物層３０の存在によ
り、エッチングによる浸食が過度（必要以上）に進行
し、圧電素子４００が浸食されるのを好適に防止するこ
とができ、インク室基板２００、延いては、ヘッドＨを
容易かつ確実に製造することができる。

【０１６９】また、このとき、エッチングされずに残っ
た部分が、側壁２２０となり、また、露出したＰ型不純
物層３０は、振動板として機能し得る状態となる。

【０１７０】このエッチングには、例えば、平行平板型
反応性イオンエッチング、誘導結合型方式、エレクトロ
ンサイクロトロン共鳴方式、ヘリコン波励起方式、マグ
ネトロン方式、プラズマエッチング方式、イオンビーム
エッチング方式等のドライエッチング、５重量％〜４０
重量％程度の水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド等の高濃度アルカリ水溶液による
ウエットエッチングが挙げられ、これらの１種または２
種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中
でも、エッチングには、特に、アルカリ水溶液による異
方性エッチングを用いるのが好ましい。かかる異方性エ
ッチングによれば、Ｓｉ単結晶基板２０は、凹部２１
０’、リザーバ室２３０および供給口２４０となる凹部
を、容易かつ精度よく形成することができる。このた
め、より寸法精度の高いインク室基板２００を得ること
ができる。

【０１７１】また、本実施形態では、Ｓｉ単結晶基板２
０として、（１１０）配向のものを用いるので、異方性
エッチングによる浸食は、Ｓｉ単結晶基板２０の面方向
に対して、ほぼ垂直な方向に効率よく進行する。

【０１７２】［５］ ノズル板１００を接合する工程：
図６のＳ７ 次に、例えばステンレス製のノズル板１００を、各ノズ
ル孔１１０が各凹部２１０’に対応するように位置合わ
せして接合する。これにより、複数のインク室２１０、
リザーバ室２３０および複数の供給口２４０が、それぞ
れ区画形成される。

【０１７３】この接合には、例えば、接着剤による各種
接着方法、各種融着方法等を用いることができる。

【０１７４】次に、ヘッドＨの主要部を基体５００に取
り付けて、インクジェット式ヘッドＨ（ヘッドＨ）を完
成する。

【０１７５】これは、例えばインク室基板２００を基体
５００に対して、接着剤による接着方法等により行うこ
とができる。

【０１７６】なお、本実施形態のヘッドＨでは、振動板
３００がＰ型不純物層３０で構成されていたが、これに
限定されず、例えば、振動板３００は、Ｐ型不純物層３
０と任意の目的で設けられる他の層とで構成されていて
もよい。

【０１７７】また、本実施形態では、下部電極４２０お
よび上部電極４１０は、各圧電素子４００毎に設けられ
た個別電極であったが、下部電極４２０および上部電極
４１０のいずれか一方を、各圧電素子４００の共通電極
として設けるようにしてもよい。

【０１７８】次に、インクジェット式ヘッドを備える吐
出装置の一形態であるインクジェットプリンタ、すなわ
ち、本発明の吐出装置をインクジェットプリンタに適用
した場合の実施形態について説明する。

【０１７９】図７は、本発明の吐出装置の一形態である
インクジェットプリンタの実施形態を示す概略図であ
る。なお、以下の説明では、図７中、上側を「上部」、
下側を「下部」と言う。

【０１８０】図７に示すインクジェットプリンタ１は、
装置本体２を備えており、上部後方に記録用紙（記録媒
体）Ｐを設置するトレイ２１と、下部前方に記録用紙Ｐ
を排出する排紙口２２と、上部面に操作パネル７とが設
けられている。

【０１８１】操作パネル７は、例えば、有機ＥＬディス
プレイ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤランプ等で構成さ
れ、エラーメッセージ等を表示する表示部（図示せず）
と、各種スイッチ等で構成される操作部（図示せず）と
を備えている。

【０１８２】また、装置本体２の内部には、主に、往復
動するヘッドユニット３を備える印刷装置（印刷手段）
４と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置４に送り込む給紙
装置（給紙手段）５と、印刷装置４および給紙装置５を
制御する制御部（制御手段）６と、各部に電力を供給す
る電源部（図示せず）とを有している。

【０１８３】制御部６の制御により、給紙装置５は、記
録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りする。この記録用紙Ｐは、
ヘッドユニット３の下部近傍を通過する。このとき、ヘ
ッドユニット３が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する
方向に往復移動して、記録用紙Ｐへの印刷が行なわれ
る。すなわち、ヘッドユニット３の往復動と記録用紙Ｐ
の間欠送りとが、印刷における主走査および副走査とな
って、インクジェット方式の印刷が行なわれる。

【０１８４】印刷装置４は、ヘッドユニット３と、ヘッ
ドユニット３の駆動源となるキャリッジモータ４１と、
キャリッジモータ４１の回転を受けて、ヘッドユニット
３を往復動させる往復動機構４２とを備えている。

【０１８５】ヘッドユニット３は、その下部に、多数の
ノズル孔１１０を備える本発明のヘッドＨと、ヘッドＨ
にインクを供給するインクカートリッジ３１と、ヘッド
Ｈおよびインクカートリッジ３１を搭載したキャリッジ
３２とを有している。

【０１８６】なお、インクカートリッジ３１として、イ
エロー、シアン、マゼンタ、ブラック（黒）の４色のイ
ンクを充填したものを用いることにより、フルカラー印
刷が可能となる。この場合、ヘッドユニット３には、各
色にそれぞれ対応したヘッドＨが設けられることにな
る。

【０１８７】往復動機構４２は、その両端をフレーム
（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸４２１
と、キャリッジガイド軸４２１と平行に延在するタイミ
ングベルト４２２とを有している。

【０１８８】キャリッジ３２は、キャリッジガイド軸４
２１に往復動自在に支持されるとともに、タイミングベ
ルト４２２の一部に固定されている。

【０１８９】キャリッジモータ４１の動作により、プー
リを介してタイミングベルト４２２を正逆走行させる
と、キャリッジガイド軸４２１に案内されて、ヘッドユ
ニット３が往復動する。そして、この往復動の際に、ヘ
ッドＨ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。

【０１９０】給紙装置５は、その駆動源となる給紙モー
タ５１と、給紙モータ５１の作動により回転する給紙ロ
ーラ５２とを有している。

【０１９１】給紙ローラ５２は、記録用紙Ｐの送り経路
（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向する従動ローラ５２
ａと駆動ローラ５２ｂとで構成され、駆動ローラ５２ｂ
は給紙モータ５１に連結されている。これにより、給紙
ローラ５２は、トレイ２１に設置した多数枚の記録用紙
Ｐを、印刷装置４に向かって１枚ずつ送り込めるように
なっている。なお、トレイ２１に代えて、記録用紙Ｐを
収容する給紙カセットを着脱自在に装着し得るような構
成であってもよい。

【０１９２】制御部６は、例えばパーソナルコンピュー
タやディジタルカメラ等のホストコンピュータから入力
された印刷データに基づいて、印刷装置４や給紙装置５
等を制御することにより印刷を行うものである。

【０１９３】制御部６は、いずれも図示しないが、主
に、各部を制御する制御プログラム等を記憶するメモ
リ、圧電素子（振動源）４００を駆動して、インクの吐
出タイミングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置４
（キャリッジモータ４１）を駆動する駆動回路、給紙装
置５（給紙モータ５１）を駆動する駆動回路、ホストコ
ンピュータからの印刷データを入手する通信回路、およ
び、印刷データを処理するデータ処理回路と、これらに
電気的に接続され、各部での各種制御を行うＣＰＵとを
備えている。

【０１９４】また、ＣＰＵには、例えば、ヘッドＨの周
囲の環境条件（例えば、温度、湿度等）、インクの吐出
状況、記録用紙（記録媒体）Ｐ上の印刷状況、記録用紙
Ｐの供給状態、記録用紙Ｐの印刷部位付近の雰囲気のイ
ンク溶媒濃度等を検出可能な各種センサが、それぞれ電
気的に接続されている。

【０１９５】このようなインクジェットプリンタ１で
は、まず、ＣＰＵが、通信回路を介して、印刷データを
入手してメモリに格納する。次いで、データ処理回路
は、この印刷データを処理する。次いで、ＣＰＵは、こ
の処理データおよび各種センサの検出データに基づい
て、各駆動回路にそれぞれ駆動信号を出力する。この駆
動信号により圧電素子４００、印刷装置４および給紙装
置５は、それぞれ作動する。これにより、記録用紙Ｐに
印刷が行われる。

【０１９６】以上、本発明のインクジェット式ヘッドの
製造方法、インクジェット式ヘッドおよび吐出装置につ
いて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明
は、これらに限定されるものではない。

【０１９７】例えば、本発明のインクジェット式ヘッド
の製造方法、インクジェット式ヘッドおよび吐出装置を
構成する各部は、同様の機能を発揮する任意のものと置
換、または、その他の構成を追加することもできる。

【０１９８】また、例えば、本発明のインクジェット式
ヘッドの製造方法では、任意の工程を追加することもで
きる。

【０１９９】また、前記実施形態では、インクジェット
式ヘッドを備える吐出装置の一形態として、インクジェ
ットプリンタについて説明したが、本発明の吐出装置
は、例えば、各種工業用液体吐出装置に適用することも
できる。この場合、工業用液体吐出装置では、前述した
ようなインク（イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック
等のカラー染料インク）の他、例えば、インクジェット
式ヘッドのノズル（液体吐出口）からの吐出に適当な粘
度を有する溶液や液状物質等が使用可能である。

【０２００】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、Ｐ
型不純物層を有しているので、Ｓｉ単結晶基板に対して
エッチングを施す際に、このエッチングにより必要とし
ない部分まで浸食されてしまうという不都合が防止さ
れ、容易かつ確実にインクジェット式ヘッドを製造する
ことができる。

【０２０１】また、Ｓｉ単結晶基板の表面付近にＰ型不
純物をイオン注入することにより、Ｐ型不純物層を形成
する場合には、インクジェット式ヘッドを容易に製造す
ることができるとともに、製造コストの低減を図ること
ができる。

【０２０２】また、Ｓｉ単結晶基板とＰ型不純物層とを
接合する場合には、Ｓｉ単結晶基板として、エッチング
に適した配向のものを選択し、Ｐ型不純物層として、こ
の上に形成する（設ける）振動源の特性を向上させ得る
配向のものを選択することができるので、インクジェッ
ト式ヘッドの性能の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のインクジェット式ヘッドの実施形態
を示す分解斜視図（一部切り欠いて示す）である。

【図２】 図１に示すインクジェット式ヘッドの主要部
の構成を示す断面図である。

【図３】 図２に示すインクジェット式ヘッドの主要部
の製造工程を説明するための図（縦断面図）である。

【図４】 図２に示すインクジェット式ヘッドの主要部
の製造工程を説明するための図（縦断面図）である。

【図５】 図２に示すインクジェット式ヘッドの主要部
の製造工程を説明するための図（縦断面図）である。

【図６】 図２に示すインクジェット式ヘッドの主要部
の製造工程を説明するための図（縦断面図）である。

【図７】 本発明の吐出装置の一形態であるインクジェ
ットプリンタの実施形態を示す概略図である。

【符号の説明】

１‥‥インクジェットプリンタ ２‥‥装置本体 ２１
‥‥トレイ ２２‥‥排紙口 ３‥‥ヘッドユニット
３１‥‥インクカートリッジ ３２‥‥キャリッジ ４
‥‥印刷装置 ４１‥‥キャリッジモータ ４２‥‥往
復動機構 ４２１‥‥キャリッジガイド軸 ４２２‥‥
タイミングベルト ５‥‥給紙装置 ５１‥‥給紙モー
タ ５２‥‥給紙ローラ ５２ａ‥‥従動ローラ ５２
ｂ‥‥駆動ローラ ６‥‥制御部 ７‥‥操作パネル
１０‥‥基板 ２０‥‥Ｓｉ単結晶基板 ３０‥‥Ｐ型
不純物層 １００‥‥ノズル板 １１０‥‥ノズル孔
２００‥‥インク室基板 ２１０‥‥インク室 ２１
０’‥‥凹部 ２２０‥‥側壁 ２３０‥‥リザーバ室
２４０‥‥供給口 ３００‥‥振動板 ３１０‥‥連
通孔 ４００‥‥圧電素子 ４００’‥‥積層体 ４１
０‥‥上部電極 ４１０’‥‥導電性酸化物層 ４２０
‥‥下部電極 ４２０’‥‥導電性酸化物層４３０‥‥
圧電体層 ４３０’‥‥強誘電体材料層 ５００‥‥基
体 ７００‥‥下地層 Ｈ‥‥インクジェット式ヘッド
Ｐ‥‥記録用紙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 天光 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF93 AG44 AP14 AP23 AP24 AP34 AP35 AP51 AP52 AP53 AP56 AP57 AQ02 AQ06

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｓｉ単結晶中にＰ型不純物を含んでなる
   Ｐ型不純物層上に、ＮａＣｌ構造の金属酸化物を含むバ
   ッファ層と、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物を
   含む導電性酸化物層と、ペロブスカイト構造を有する強
   誘電体材料を含む強誘電体材料層とを、この順で、それ
   ぞれエピタキシャル成長により形成した後、前記強誘電
   体材料層上に導電性材料層を形成して積層体を得る第１
   の工程と、 前記Ｐ型不純物層に隣接して位置するＳｉ単結晶基板に
   対してエッチングを施すことにより、インクを貯留可能
   なインク室となる凹部を含む所定のパターンを形成して
   インク室基板を得る第２の工程とを有し、 前記第２の工程における前記エッチングを、前記Ｓｉ単
   結晶基板の前記Ｐ型不純物層と反対側の面から開始し、
   前記Ｐ型不純物層の存在により侵食の進行を停止させる
   ことを特徴とするインクジェット式ヘッドの製造方法。
2. 【請求項２】 前記第１の工程の前に、前記Ｓｉ単結晶
   基板の表面付近にＰ型不純物をイオン注入することによ
   り、前記Ｐ型不純物層を形成する工程を有する請求項１
   に記載のインクジェット式ヘッドの製造方法。
3. 【請求項３】 前記第１の工程の前に、前記Ｓｉ単結晶
   基板の表面付近にＰ型不純物を拡散させることにより、
   前記Ｐ型不純物層を形成する工程を有する請求項１に記
   載のインクジェット式ヘッドの製造方法。
4. 【請求項４】 前記第１の工程の前に、前記Ｓｉ単結晶
   基板と前記Ｐ型不純物層とを接合する工程を有する請求
   項１に記載のインクジェット式ヘッドの製造方法。
5. 【請求項５】 前記Ｓｉ単結晶基板と前記Ｐ型不純物層
   とは、互いに配向方位が異なっている請求項４に記載の
   インクジェット式ヘッドの製造方法。
6. 【請求項６】 前記Ｐ型不純物層は、（１００）配向ま
   たは（１１１）配向のものである請求項４または５に記
   載のインクジェット式ヘッドの製造方法。
7. 【請求項７】 前記Ｐ型不純物層におけるＰ型不純物の
   濃度は、５×１０^{１ ８}〜５×１０^２０個／ｃｍ^３である
   請求項１ないし６のいずれかに記載のインクジェット式
   ヘッドの製造方法。
8. 【請求項８】 前記Ｐ型不純物層の平均厚さは、０．０
   １〜１０μｍである請求項１ないし７のいずれかに記載
   のインクジェット式ヘッドの製造方法。
9. 【請求項９】 前記エッチングは、アルカリ水溶液によ
   る異方性エッチングである請求項１ないし８のいずれか
   に記載のインクジェット式ヘッドの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記Ｓｉ単結晶基板は、（１１０）配
    向のものである請求項１ないし９のいずれかに記載のイ
    ンクジェット式ヘッドの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記第１の工程の後、前記凹部に対応
    するように前記積層体を分割して、複数の振動源を形成
    する工程を有する請求項１ないし１０のいずれかに記載
    のインクジェット式ヘッドの製造方法。
12. 【請求項１２】 前記Ｐ型不純物層は、前記振動源の振
    動により振動する振動板として機能する請求項１１に記
    載のインクジェット式ヘッドの製造方法。
13. 【請求項１３】 前記第２の工程の後、前記インクを吐
    出するノズル孔を有するノズル板を、前記インク室基板
    の前記Ｐ型不純物層と反対側に、前記ノズル孔が前記凹
    部に対応するよう接合する工程を有する請求項１ないし
    １２のいずれかに記載のインクジェット式ヘッドの製造
    方法。
14. 【請求項１４】 前記Ｐ型不純物は、ホウ素である請求
    項１ないし１３のいずれかに記載のインクジェット式ヘ
    ッドの製造方法。
15. 【請求項１５】 ペロブスカイト構造を有する金属酸化
    物を含む第１の電極と、該第１の電極と対向する第２の
    電極と、これらの電極の間に介挿され、ペロブスカイト
    構造を有する強誘電体材料を含む圧電体層とを有する振
    動源と、 前記第１の電極の前記圧電体層と反対側に設けられ、前
    記振動源の振動により振動し、Ｓｉ単結晶中にＰ型不純
    物を含んでなる振動板とを有することを特徴とするイン
    クジェット式ヘッド。
16. 【請求項１６】 前記Ｐ型不純物は、ホウ素である請求
    項１５に記載のインクジェット式ヘッド。
17. 【請求項１７】 請求項１ないし１４のいずれかに記載
    のインクジェット式ヘッドの製造方法により製造された
    ことを特徴とするインクジェット式ヘッド。
18. 【請求項１８】 請求項１５ないし１７のいずれかに記
    載のインクジェット式ヘッドを備えることを特徴とする
    吐出装置。