JP2007073931A - アクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧電体層の圧電特性を良好に保持でき且つ上電極の剥離を防止することができるアクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供する。
【解決手段】基板に振動板を形成する工程と、振動板上に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程とを有し、且つ圧電素子を形成する工程では、圧電体層上にスパッタリング法によって上電極を形成し、その際の温度を２５〜２５０（℃）、圧力を０．４〜１．５（Ｐａ）として、厚さが３０〜１００（ｎｍ）であって応力が０．３〜２．０（ＧＰａ）であり、且つ比抵抗が２．０（×１０−７Ω・ｍ）以下である上電極を形成する。
【選択図】なし
【解決手段】基板に振動板を形成する工程と、振動板上に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程とを有し、且つ圧電素子を形成する工程では、圧電体層上にスパッタリング法によって上電極を形成し、その際の温度を２５〜２５０（℃）、圧力を０．４〜１．５（Ｐａ）として、厚さが３０〜１００（ｎｍ）であって応力が０．３〜２．０（ＧＰａ）であり、且つ比抵抗が２．０（×１０−７Ω・ｍ）以下である上電極を形成する。
【選択図】なし
Description
本発明は、振動板上に、下電極、圧電材料からなる圧電体層及び上電極で構成される圧電素子を有するアクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置、並びに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。
アクチュエータ装置に用いられる圧電素子としては、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、下電極と上電極との２つの電極で挟んで構成されたものがある。このようなアクチュエータ装置は、一般的に、撓み振動モードのアクチュエータ装置と呼ばれ、例えば、液体噴射ヘッド等に搭載されて使用されている。なお、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等がある。また、インクジェット式記録ヘッドに搭載されるアクチュエータ装置としては、例えば、振動板の表面全体に亘って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
このような圧電素子を有するアクチュエータ装置では、リソグラフィ法という精密で、且つ簡便な手法で圧電素子を高密度に作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。しかしながら、このように形成した圧電素子は、圧電素子を構成する各膜の膜質、あるいは膜応力等に起因する膜剥離が生じてしまうという問題がある。特に、圧電素子の最上層である上電極が圧電体層から剥離し易いという問題がある。
なお、圧電素子を構成する膜の応力を調整するために、例えば、圧電層（圧電体層）の間に応力緩和層を設けたものがある（例えば、特許文献２参照）。このような構成とすることで、圧電素子を構成する膜の剥離をある程度は防止することができるかもしれない。しかしながら、圧電体層の圧電特性が低下してしまい、圧電素子を駆動した際に所望の変位量が得られないという問題が生じる虞がある。
勿論、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、その他のあらゆる装置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。
本発明は、このような事情に鑑み、圧電体層の圧電特性を良好に保持でき且つ上電極の剥離を防止することができるアクチュエータ装置の製造方法及びアクチュエータ装置並びに液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、基板に振動板を形成する工程と、該振動板上に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程とを有し、且つ前記圧電素子を形成する工程では、前記圧電体層上にスパッタリング法によって前記上電極を形成し、その際の温度を２５〜２５０（℃）、圧力を０．４〜１．５（Ｐａ）として、厚さが３０〜１００（ｎｍ）であって応力が０．３〜２．０（ＧＰａ）であり、且つ比抵抗が２．０（×１０−７Ω・ｍ）以下である前記上電極を形成することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第１の態様では、上電極の圧電体層との密着性が確保されるため、圧電体層の圧電特性が良好に保持しつつ上電極の膜質を向上させることができる。したがって、変位特性及び耐久性に優れたアクチュエータ装置を実現することができる。
かかる第１の態様では、上電極の圧電体層との密着性が確保されるため、圧電体層の圧電特性が良好に保持しつつ上電極の膜質を向上させることができる。したがって、変位特性及び耐久性に優れたアクチュエータ装置を実現することができる。
本発明の第２の態様は、前記上電極を形成する際のパワー密度を３〜３０（ｋＷ／ｍ２）としたことを特徴とする第１の態様のアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第２の態様では、所望の応力を有する上電極をより確実に形成することができる。
かかる第２の態様では、所望の応力を有する上電極をより確実に形成することができる。
本発明の第３の態様は、前記上電極の材料として、イリジウム（Ｉｒ）を用いたことを特徴とする第１又は２の態様のアクチュエータ装置の製造方法にある。
かかる第３の態様では、上電極として所定の材料を用いることで、上電極の膜質がさらに確実に向上する。
かかる第３の態様では、上電極として所定の材料を用いることで、上電極の膜質がさらに確実に向上する。
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れかの態様の製造方法によって製造されたことを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第４の態様では、変位特性及び耐久性が著しく向上したアクチュエータ装置が実現される。
かかる第４の態様では、変位特性及び耐久性が著しく向上したアクチュエータ装置が実現される。
本発明の第５の態様は、第４の態様のアクチュエータ装置を具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる第５の態様では、良好な吐出特性が得られ且つ耐久性も大幅に向上した液体噴射ヘッドが実現される。
かかる第５の態様では、良好な吐出特性が得られ且つ耐久性も大幅に向上した液体噴射ヘッドが実現される。
本発明の第６の態様は、第５の態様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にある。
かかる第６の態様では、吐出特性、耐久性等が向上することで、信頼性を大幅に向上した液体噴射装置を実現できる。
かかる第６の態様では、吐出特性、耐久性等が向上することで、信頼性を大幅に向上した液体噴射装置を実現できる。
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。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ０．５〜２μｍ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。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護基板のリザーバ部と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３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。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１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２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図である。図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ０．５〜２μｍ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。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４を介して連通されている。なお、連通部１３は、後述する保護基板のリザーバ部と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３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。
また、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１４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、後述するマスク膜５２を介して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又はステンレス鋼などからなる。
一方、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、二酸化シリコンからなり厚さが例えば、約１．０μｍの弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等からなり厚さが例えば、約０．４μｍの絶縁体膜５５が積層形成されている。また、絶縁体膜５５上には、厚さが例えば、約０．１〜０．２μｍの下電極膜６０と、厚さが例えば、約０．５〜５μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの上電極膜８０とからなる圧電素子３００が形成されている。すなわち、本発明では、振動板が酸化膜を有し、圧電素子３００はこの酸化膜上に形成されている。なお、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、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、下電極膜６０を圧電素子３００の共通電極とし、上電極膜８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。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。
また、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、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。
また、本実施形態では、圧電素子３００の各層及びリード電極９０のパターン領域は、下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａに対向する領域を除いて、絶縁材料からなる絶縁膜９５によって覆われている。すなわち、この接続部６０ａ，９０ａを除いて、下電極膜６０、圧電体層７０、上電極膜８０及びリード電極９０の表面が、絶縁膜９５によって覆われている。これにより、圧電体層７０の水分（湿気）に起因する破壊が防止される。なお、絶縁膜９５の材料としては、無機絶縁材料であれば、特に限定されず、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等が挙げられるが、特に、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を用いるのが好ましい。
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０には、圧電素子３００に対向する領域に、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、接着剤等によって接合されている。なお、圧電素子保持部３１は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を確保できればよく、当該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、連通部１３に対向する領域にリザーバ部３２が設けられており、このリザーバ部３２は、上述したように、流路形成基板１０の連通部１３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。また、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、この貫通孔３３内に下電極膜６０の一部及びリード電極９０の先端部が露出され、これら下電極膜６０及びリード電極９０には、図示しないが、駆動ＩＣから延設される接続配線の一端が接続される。
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、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と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
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。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、厚さが６μｍのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム）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。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料（例えば、厚さが３０μｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）等）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。
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からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、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下電極膜６０と上電極膜８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、下電極膜６０及び圧電体層７０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開口２１からインク滴が吐出する。
以下、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図３〜図６を参照して説明する。なお、図３〜図６は、圧力発生室１２の長手方向の断面図である。まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハであ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膜５１を形成する。なお、本実施形態では、流路形成基板用ウェハ１１０として、膜厚が約６２５μｍと比較的厚く剛性の高いシリコンウェハを用いている。
次いで、図３（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）層を形成後、このジルコニウム層を、例えば、５００〜１２００℃の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を形成する。
次いで、図３（ｃ）に示すように、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等からなる下電極膜６０を絶縁体膜５５の全面に形成後、所定形状にパターニングする。例えば、本実施形態では、イリジウムからなる膜と、白金からなる膜とをスパッタリング法により積層し、積層された複数の膜を所定形状にパターニングすることにより下電極膜６０とした。
次に、図３（ｄ）に示すように、下電極膜６０及び絶縁体膜５５上に、チタン（Ｔｉ）を、例えば、スパッタリング法等によって塗布することにより所定の厚さの種チタン層６５を形成する。次に、この種チタン層６５上に、圧電材料、本実施形態では、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体層７０を形成する。なお、本実施形態では、金属有機物を触媒に溶解・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。また、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ(Metal-Organic Decomposition)法等を用いてもよい。
圧電体層７０の形成手順の一例としては、まず、図４（ａ）に示すように、種チタン層６５上にＰＺＴ前駆体膜である圧電体前駆体膜７１を成膜する。すなわち、流路形成基板用ウェハ１１０上に金属有機化合物を含むゾル（溶液）を塗布する。次いで、圧電体前駆体膜７１を、所定温度に加熱して一定時間乾燥させ、ゾルの溶媒を蒸発させることで圧電体前駆体膜７１を乾燥させる。さらに、大気雰囲気下において一定の温度で一定時間、圧電体前駆体膜７１を脱脂する。なお、ここで言う脱脂とは、ゾル膜の有機成分を、例えば、ＮＯ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ等として離脱させることである。
そして、このような塗布・乾燥・脱脂の工程を、所定回数、例えば、２回繰り返すことで、図４（ｂ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定厚に形成し、この圧電体前駆体膜７１を拡散炉等で加熱処理することによって結晶化させて圧電体膜７２を形成する。すなわち、圧電体前駆体膜７１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７２が形成される。なお、焼成温度は、６５０〜８５０℃程度であることが好ましく、例えば、本実施形態では、約７００℃で３０分間、圧電体前駆体膜７１を焼成して圧電体膜７２を形成した。なお、このような条件で形成した圧電体膜７２の結晶は（１００）面に優先配向する。
さらに、上述した塗布・乾燥・脱脂・焼成の工程を、複数回繰り返すことにより、図４（ｃ）に示すように、例えば、５層の圧電体膜７２からなる所定厚さの圧電体層７０を形成する。
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）等の強誘電性圧電性材料に、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。
このように圧電体層７０を形成した後は、図５（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を流路形成基板用ウェハ１１０の全面に形成する。このとき、本発明では、スパッタリング法、例えば、ＤＣ又はＲＦスパッタリング法によって、上電極膜８０を、厚さが３０〜１００（ｎｍ）であって応力が０．３〜２．０（ＧＰａ）であり、且つ比抵抗が２．０（×１０−７Ω・ｍ）以下であるように形成した。なおここでは、引張り方向の応力を正の値で示し、圧縮方向の応力を負の値で示す。
上電極膜８０の応力及び比抵抗が上記のような値となるようにするためには、上電極膜８０を成膜する際のスパッタリング圧力を０．４〜１．５（Ｐａ）とし、上電極膜８０を成膜する際の温度、すなわち、流路形成基板用ウェハ１１０の加熱温度を、２５℃（常温）〜２５０℃の範囲とする。これにより、上電極膜８０を３０〜１００（ｎｍ）の厚さで形成することによって、上電極膜８０の応力を所望の値とすることができ、また比抵抗も所望の値とすることができる。また、上電極膜８０を成膜する際の温度を２５℃（常温）〜２５０℃の範囲とすることで、上電極膜８０を形成する際の熱による圧電体層７０のダメージを防止して圧電体層７０の圧電特性を良好に維持することができる。
また、スパッタリング法によって上電極膜を成膜する際のパワー密度は、特に限定されないが、３〜３０（ｋＷ／ｍ２）の範囲とすることが好ましい。これにより、応力及び比抵抗を上記の値である上電極膜８０をより確実に形成することができる。
なお、上記の条件で上電極膜８０を成膜することで、上電極膜８０の比抵抗を２．０（×１０−７Ω・ｍ）以下とすることができるが、上電極膜８０の比抵抗は、例えば、スパッタリング法によって上電極膜８０を成膜する際に導入されるアルゴン（Ａｒ）等のガス圧を変化させることによっても調整することができる。
このように上電極膜８０を形成した後は、図５（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び上電極膜８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。また、圧電素子３００を形成した後は、図５（ｃ）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を形成し、その後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して金属層９１を圧電素子３００毎にパターニングすることによってリード電極９０を形成する。
次に、図５（ｄ）に示すように、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる絶縁膜９５を形成する。すなわち、絶縁膜９５を流路形成基板１０の全面に形成し、その後、この絶縁膜９５をイオンミリング等のドライエッチングによってパターニングして下電極膜６０の接続部６０ａ及びリード電極９０の接続部９０ａとなる領域等を露出させる。
次に、図６（ａ）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。なお、この保護基板用ウェハ１３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するため、保護基板用ウェハ１３０を接合することによって流路形成基板用ウェハ１１０の剛性は著しく向上することになる。
次いで、図６（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をある程度の厚さとなるまで研磨した後、さらにフッ硝酸によって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を所定の厚みにする。例えば、本実施形態では、約７０μｍ厚になるように流路形成基板用ウェハ１１０をエッチング加工した。次いで、図６（ｃ）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（ＳｉＮ）からなるマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、このマスク膜５２を介して流路形成基板用ウェハ１１０を異方性エッチングすることにより、図６（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０に圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。
なお、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。
以上説明したように、本発明では、圧電素子３００を構成する上電極膜８０を、その厚さが３０〜１００（ｎｍ）であって応力が０．３〜２．０（ＧＰａ）であり、且つ比抵抗が２．０（×１０−７Ω・ｍ）以下であるように形成するようにした。これにより、上電極膜８０と圧電体層７０との密着性が向上して上電極膜８０の剥離が防止され、且つ圧電体層７０の電気的特性が低下することもない。すなわち、上電極膜８０は、圧縮方向の応力が強いと剥離し易く、一方、引張り方向の応力が強いと剥離し難いが圧電体層７０の分極特性が低下する傾向にあるが、上述した条件で上電極膜８０を形成することで、圧電体層７０の電気的特性と上電極膜８０の密着性とが何れも良好な圧電素子３００が得られる。ちなみに、比抵抗は、２．０（×１０−７Ω・ｍ）以下であれば下限値は特に限定されないが、好ましくは、１．５９（×１０−７Ω・ｍ）以上であることが好ましい。
さらに、このような上電極膜８０はその膜質も向上し表面が実質的に凹凸のない平滑な面となるため、絶縁膜９５もこの上電極膜８０上に均一な厚さで良好に形成され、その結果、絶縁膜９５の剥離も防止される。したがって、変位特性及び耐久性に優れたアクチュエータ装置が得られ、長期に亘って良好な印刷品質を維持可能なインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。
ここで、下記表１に示す成膜条件で上電極膜であるＩｒ膜を成膜した実施例１〜８及び比較例１〜１５のアクチュエータ装置を作製し、これら各実施例及び比較例のアクチュエータ装置における上電極膜の最大反り方向の応力を測定すると、アクチュエータ装置の変位量、及び上電極膜（ＴＥ）の圧電体層との密着力を評価した。その結果を、下記表１に併せて示す。
なお、アクチュエータ装置の変位量がおよそ２１０（ｎｍ）以下であると上記液体噴射ヘッドの構造においてインクの吐出特性に影響を及ぼす。このため、アクチュエータの変位量は、変位量は２１０（ｎｍ）以上であれば「良好」と評価し、２１０（ｎｍ）より小さい場合には「低下」（不良）と評価した。また、上電極膜（ＴＥ）の圧電体層との密着力は、アクチュエータ装置が作製された段階で上電極膜の状態を観察し、上電極膜の剥離の有無及び圧電体層との上電極膜との間の空間の有無によって評価した。すなわち、上記剥離及び空間が存在すれば「低下」（不良）と評価し、存在しなければ「良好」と評価した。
上記表１に示すように、実施例１〜８のアクチュエータ装置では、変位量及びＴＥ密着力は何れも「良好」と評価されたが、比較例１〜１５のアクチュエータ装置では、変位量又はＴＥ密着力の少なくとも一方が「低下」と評価されている。この結果から明らかなように、本発明よれば、上電極膜８０と圧電体層７０との密着性を向上して上電極膜８０の剥離を防止でき、且つ圧電体層７０の電気的特性も良好に維持することができる。
また、上記各実施例及び比較例のアクチュエータから任意に選択したアクチュエータ装置（実施例４及び比較例２のアクチュエータ装置）における圧電体層であるＰＺＴ薄膜の残留分極（２Ｐｒ）を調べた結果を下記表２に示す。なお、下記表２には、Ｉｒ成膜条件、Ｉｒ応力、Ｉｒ比抵抗及びアクチュエータ装置の変位量を併せて示す。また、図７に実施例及び比較例のアクチュエータ装置におけるＰＺＴ薄膜（圧電体層）のヒステリシス曲線を示す。
上記表２に示すように、実施例のアクチュエータ装置では、ＰＺＴ薄膜の残留分極（２Ｐｒ）とアクチュエータの変位量とは、共に良好な値を示しているが、比較例のアクチュエータ装置では、これらの値は、実施例のアクチュエータ装置に比べて何れも低くなっていた。また、図７に示すＰＺＴ薄膜のヒステリシス曲線からも、実施例のアクチュエータ装置の方が、比較例に比べて分極強度が大きいことが分かる。
なお、上記表２に示した実施例は、スパッタ圧力（Ｐａ）が０．４（Ｐａ）としたものであるが、勿論、スパッタ圧力は０．４〜１．５（Ｐａ）の範囲とすればよい。また、温度は２５０℃であるが、２５〜２５０℃であればよい。これによりＰＺＴ薄膜の残留分極（２Ｐｒ）は、上記比較例よりも確実に高い数値となる。
また、上電極膜８０の材料としては、イリジウム（Ｉｒ）が用いていれていればよい。上電極膜８０の具体的な態様としては、イリジウム（Ｉｒ）の単層からなるものに限定されず、イリジウム（Ｉｒ）を主成分とする合金層からなるものであってもよい。また、イリジウム（Ｉｒ）層又はイリジウム（Ｉｒ）を主成分とする合金層の圧電体層７０と接する面とは反対側の面に他の層を積層して上電極膜８０としてもよい。
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
また、これら各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、インクジェット式記録装置に搭載される。図８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８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。
なお、上述した実施形態１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。さらに、本発明は、液体噴射ヘッドに利用されるアクチュエータ装置だけでなく、例えば、センサ等、他のあらゆる装置に搭載されるアクチュエータ装置にも適用できることは言うまでもない。
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 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、 ６０ 下電極膜、 ６５ 種チタン層、 ７０ 圧電体層、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 ９５ 絶縁膜、 １００ リザーバ、 ３００ 圧電素子
Claims (6)
- 基板に振動板を形成する工程と、該振動板上に下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子を形成する工程とを有し、且つ前記圧電素子を形成する工程では、前記圧電体層上にスパッタリング法によって前記上電極を形成し、その際の温度を２５〜２５０（℃）、圧力を０．４〜１．５（Ｐａ）として、厚さが３０〜１００（ｎｍ）であって応力が０．３〜２．０（ＧＰａ）であり、且つ比抵抗が２．０（×１０−７Ω・ｍ）以下である前記上電極を形成することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
- 前記上電極を形成する際のパワー密度を３〜３０（ｋＷ／ｍ２）とした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の製造方法。
- 前記上電極の材料として、イリジウム（Ｉｒ）を用いた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の製造方法。
- 請求項１〜３の何れかに記載の製造方法によって製造されたことを特徴とするアクチュエータ装置。
- 請求項４に記載のアクチュエータ装置を具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
- 請求項５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。
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