JP2007195316A - アクチュエータ装置及びその製造方法並びに液体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】圧電素子の変位による剥離及び破壊を防止して耐久性及び信頼性を向上したアクチュエータ装置及びその製造方法並びに液体噴射ヘッドを提供する。
【解決手段】基板１０上に変位可能に設けられた下電極６０、圧電体層７０及び上電極８０からなる圧電素子３００を具備すると共に、該圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動部３２０の端部の前記圧電体層７０に当該圧電体層７０を構成する物質とは別物質のイオンが注入された低活性部７１を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板上に変位可能に設けられた圧電素子を有するアクチュエータ装置及びその製造方法並びにアクチュエータ装置を用いた液体噴射ヘッドに関する。

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）。

しかしながら、圧電素子は、下電極の端部及び上電極の端部によって実質的な駆動部となる圧電体能動部の端部が規定されており、この圧電体能動部の端部で変位による応力集中が発生し、圧電体層及び振動板等にクラックが生じてしまうと共に、圧電体層と各電極とが剥離してしまうという問題がある。

このため、アクチュエータ装置として、圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部の端部の外側に所定距離離れた上電極とは電気的に接続されていないフローティング電極が設けられたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この特許文献２では、上電極をイオンミリングにより除去してフローティング電極を形成した際のイオンミリングや分子又は原子を衝突させることによって圧電体層に低活性部を形成している。

しかしながら、イオンミリングでは、一般的に８００ｅＶ程度の加速電圧でアルゴン（Ａｒ）イオンを衝突させて行うため、イオンミリングのような低い加速電圧ではアルゴンは化合物形成までは行えず、仮に表面付近にアルゴンが残った場合にも、アルゴンは物質中に残らず単独で揮発してしまうため、低活性部がなくなってしまうという問題がある。

また、イオンミリングや分子又は原子を衝突させることで物理的ダメージを加えて形成した低活性部は、後のスパッタリング工程などで圧電体層が加熱された場合、イオンが飛散し低活性部がなくなってしまうという問題がある。

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、他の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。

特開平５−２８６１３１号公報（第３図、段落［００１３］等） 特開平１１−１１５１８４号公報（第２図、第５頁）

本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子の変位による剥離及び破壊を防止して耐久性及び信頼性を向上したアクチュエータ装置及びその製造方法並びに液体噴射ヘッド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、基板上に変位可能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を具備すると共に、該圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部の端部の前記圧電体層に当該圧電体層を構成する物質とは別物質のイオンが注入された低活性部を有することを特徴とするアクチュエータ装置にある。
かかる第１の態様では、圧電特性の低下した低活性部が形成され、圧電素子が変位した際に圧電体能動部の端部で応力集中が分散される。これにより、圧電素子にクラック等の破壊が発生するのを防止することができると共に圧電素子の各層の剥離を防止することができ、耐久性及び信頼性を向上することができる。

本発明の第２の態様は、前記下電極の端部が、前記圧電体能動部の長手方向の端部を規定していると共に、前記上電極の端部が、前記圧電体能動部の短手方向の端部を規定しており、前記低活性部が、前記下電極の端部近傍及び前記上電極の端部近傍に設けられていることを特徴とする第１の態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第２の態様では、低活性部が下電極の端部及び上電極の端部に適宜形成され、圧電素子にクラック等の破壊が発生するのを防止することができると共に圧電素子の各層の剥離を防止することができる。

本発明の第３の態様は、前記圧電素子の短手方向の幅が、前記上電極側に向かって漸小して設けられ、この側面が傾斜面となっていると共に、前記低活性部が前記傾斜面に亘って設けられている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にある。
かかる第３の態様では、圧電素子の幅方向の端部の破壊を防止できる。

本発明の第４の態様は、前記低活性部が、前記圧電体能動部の端部を規定していることを特徴とする第１の態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第４の態様では、低活性部によって圧電体能動部の端部を規定することで、設計自由度が向上し、コストを低減することができる。

本発明の第５の態様は、前記低活性部の前記圧電体能動部側のイオン濃度が、当該圧電体能動部の端部側に比べて低くなっていることを特徴とする第１〜４の何れかの態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第５の態様では、圧電素子が変位した際の応力集中をさらに確実に分散させることができ、圧電素子の破壊を確実に防止できると共に圧電素子の各層の剥離を確実に防止できる。

本発明の第６の態様は、前記低活性部が、前記圧電体能動部側に向かってイオン濃度が漸小されて設けられていることを特徴とする第５の態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第６の態様では、圧電素子が変位した際の応力集中をさらに確実に分散させることができ、圧電素子の破壊を確実に防止できると共に圧電素子の各層の剥離を確実に防止できる。

本発明の第７の態様は、前記圧電体層がチタン酸ジルコン酸鉛からなると共に、前記低活性部が、酸素、窒素、アルゴン、炭素、リン及びホウ素からなる群から選択される少なくとも１つのイオンが注入されたものであることを特徴とする第１〜６の何れかの態様のアクチュエータ装置にある。
かかる第７の態様では、所定のイオンが注入された圧電特性の低い低活性部が得られる。

本発明の第８の態様は、第１〜７の何れかの態様のアクチュエータ装置を液体を噴射させるための液体吐出手段として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８の態様では、耐久性及び信頼性を向上した液体噴射ヘッドを実現できる。

本発明の第９の態様は、基板上に下電極、圧電体層及び上電極を順次積層して圧電素子を形成する工程と、該圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部の端部の前記圧電体層に当該圧電体層を構成する物質とは別物質のイオンを注入して低活性部を形成する工程とを具備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９の態様では、圧電特性の低下した低活性部が形成され、圧電素子が変位した際に圧電体能動部の端部で応力集中が分散される。これにより、圧電素子にクラック等の破壊が発生するのを防止することができると共に圧電素子の各層の剥離を防止することができ、耐久性及び信頼性を向上することができる。また、上電極を介して圧電体層のみにイオンを注入することができるため、設計自由度を向上して製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。

本発明の第１０の態様は、前記低活性部を形成する工程では、前記圧電体能動部の端部に相対向する領域に開口するレジストを介してイオンを注入することを特徴とする第９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１０の態様では、上電極を介して圧電体層のみにイオンを注入することができるため、設計自由度を向上して製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。

本発明の第１１の態様は、前記圧電素子を形成する工程では、前記下電極、前記圧電体層及び前記下電極を順次積層した後、レジストを用いたフォトリソグラフィ法により所定形状にパターニングすると共に、前記低活性部を形成する工程で使用するレジストとして、前記圧電素子をパターニングする際に使用したレジストを用いることを特徴とする第９又は１０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１１の態様では、圧電素子のパターニングと低活性部を形成するイオン注入とを同一のレジストを用いることで、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。

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、インクジェット式記録ヘッドの要部平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ′断面図及びそのＢ−Ｂ′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５１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、厚さが例えば、０．０１〜１ｍｍで、線膨張係数が３００℃以下で、例えば２．５〜４．５［×１０^-6／℃］である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（ＺｒＯ_２）等からなり厚さが例えば、約０．３〜０．４μｍ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。

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を含む部分をいう。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。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層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部分を圧電体能動部３２０という。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。何れの場合においても、各圧力発生室１２毎に圧電体能動部３２０が形成されていることになる。

また、本実施形態では、下電極膜６０の圧力発生室１２の長手方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動部３２０の長手方向の端部（長さ）を規定している。また、上電極膜８０の圧力発生室１２の短手方向の端部を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電体能動部３２０の短手方向の端部（幅）を規定している。すなわち、圧電体能動部３２０は、パターニングされた下電極膜６０及び上電極膜８０によって、圧力発生室１２に相対向する領域にのみ設けられていることになる。さらに、本実施形態では、圧電体層７０及び上電極膜８０が、図３に示すように、上電極膜８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面は傾斜面となっている。

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、本実施形態では、下電極膜６０を複数の圧電素子３００の並設方向に亘って設け、下電極膜６０の圧力発生室１２の長手方向の端部を、圧力発生室１２に相対向する位置となるように設けた。また、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、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、下電極膜６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。

また、本実施形態の圧電素子３００には、図３に示すように、圧電体能動部３２０の端部近傍に、圧電体層７０に不純物のイオンが注入された低活性部７１が設けられている。詳しくは、低活性部７１は、圧電体能動部３２０の長手方向の端部を規定する下電極膜６０の端部近傍と、圧電体能動部３２０の短手方向の端部を規定する上電極膜８０の端部近傍とに設けられている。また、本実施形態では、圧電素子３００の側面が傾斜面となっているため、圧電体能動部３２０の短手方向で低活性部７１は傾斜面に沿って設けられている。

このような低活性部７１としては、例えば、圧電体層７０に当該圧電体層７０を構成する物質とは別物質のイオン（不純物）、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、アルゴン（Ａｒ）、炭素（Ｃ）、リン（Ｐ）及びホウ素（Ｂ）からなる群から選択される少なくとも１つのイオンが注入されて形成されたものである。このような低活性部７１は、圧電体能動部３２０に比べて変位特性が劣るものの、実質的に駆動しない圧電体非能動部に比べて変位するため、圧電体能動部３２０が変異した際に圧電体能動部３２０の端部への応力集中を分散させることができる。これにより、圧電素子３００及び振動板にクラックなどの破壊が発生するのを防止することができると共に、圧電素子３００の各層の剥離を防止することができる。

また、圧電素子３００の個別電極である各上電極膜８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。

さらに、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に対向する領域に、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２を有する保護基板３０が、接着剤３５によって接合されている。なお、圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、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３１が設けられており、このリザーバ部３１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３２とリザーバ部３１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ている。

また、保護基板３０上には、圧電素子３００を駆動するための図示しない駆動回路が固定されており、駆動回路とリード電極９０とは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を介して電気的に接続されている。

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３１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、駆動回路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、絶縁体膜５５、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。

ここで、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及び図５は、圧力発生室の幅方向の断面図であり、図６及び図７は、圧力発生室の長手方向の断面図である。まず、図４（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５２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。

次に、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５２）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５２）上に、例えば、スパッタ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（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５を形成する。

次に、図４（ｃ）に示すように、圧電素子３００を形成する。具体的には、例えば、白金（Ｐｔ）とイリジウム（Ｉｒ）とを絶縁体膜５５上に積層することにより下電極膜６０を形成した後、この下電極膜６０を所定形状にパターニングする。なお、下電極膜６０は、圧力発生室１２の幅方向に亘って、且つ図５（ａ）に示すように、圧力発生室１２の長手方向の端部が圧力発生室１２に相対向する領域内となるようにパターニングする。

その後、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、白金（Ｐｔ）又はイリジウム（Ｉｒ）等からなる上電極膜８０とを流路形成基板１０の全面に形成後、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。圧電素子３００を構成する圧電体層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や、これにニオブ、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が用いられる。また、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。

なお、圧電体層７０と上電極膜８０とのパターニングでは、所定形状に形成したレジスト４００を介してドライエッチングすることにより一括して行うことができる。そして、このようなドライエッチングでは、レジスト４００の側面を予め傾斜させておくことで、圧電体層７０及び上電極膜８０が、上電極膜８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面が傾斜面となる。

次に、圧電素子３００の圧電体能動部３２０の端部近傍の圧電体層７０に低活性部７１を形成する。具体的には、まず、圧電体能動部３２０の短手方向の端部近傍に低活性部７１を形成する。すなわち、図４（ｄ）に示すように、圧電素子３００をパターニングした際のレジスト４００を介して圧電体層７０とは別物質のイオンを照射して、圧電素子３００の傾斜した傾斜面に１００ＫｅＶ〜１ＭｅＶの高電圧でイオンを注入することにより、圧電体能動部３２０の短手方向の端部近傍の圧電体層７０に圧電体層７０を構成する物質と注入されたイオンとで化合物（不純物）を生成し、その化合物が低活性部７１を構成する。なお、このような高電圧によるイオン注入では、低い加速電圧でイオンを衝突させるイオンミリングとは異なり、打ち込まれたイオンは物質深く入るためトラップされ、活性な物質はその場で化合物となる。そして、後のスパッタリング工程などで加熱されたとしても、イオンが物質深く入っているため飛散することがなく、また、化学反応が進み効果が持続する。

また、このとき、圧電素子３００の側面は傾斜した傾斜面となっていると共に、レジスト４００の開口の側面も傾斜面となっているため、圧電素子３００の端部側にはイオンが多く注入され、圧電体能動部３２０の端部側には圧電素子３００の端部に比べてイオンが少なく注入されて、圧電素子３００の傾斜面に亘って低活性部７１が形成される。このように圧電素子３００の端部側ほど多くのイオンを注入し、圧電体能動部３２０の端部側ほど少ないイオンを注入することにより、低活性部７１の圧電特性にもばらつきが生じ、圧電体能動部３２０の端部での応力集中をさらに緩和させることができる。

次に、圧電体能動部３２０の長手方向の端部近傍に低活性部７１を形成する。具体的には、まず、図５（ａ）に示すように、圧電素子３００のパターニング及びイオンの注入で用いたレジスト４００を除去する。

次に、図５（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って新たにイオン注入用のレジスト４０２を形成し、レジスト４０２を所定形状にパターニングして、圧電体能動部３２０の長手方向の端部に相対向する領域に開口部４０３を形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、圧電素子３００にイオン注入用のレジスト４０２を介して圧電体層７０とは別物質のイオンを照射して、圧電体層７０にイオンを注入することにより、圧電体能動部３２０の長手方向の端部近傍の圧電体層７０に低活性部７１を形成する。このとき、低活性部７１を形成する圧電体層７０上には上電極膜８０が存在するものの、上電極膜８０にイオンが注入されても、金属からなる上電極膜８０の特性は変異することがないため、圧電体層７０のみに選択的にイオンを注入することができる。

このような低活性部７１は、例えば、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）、アルゴン（Ａｒ）、炭素（Ｃ）、リン（Ｐ）及びホウ素（Ｂ）からなる群から選択される少なくとも１つのイオンを注入することで形成することができる。また、本実施形態では、例えば、イオンの注入を、打ち込み電圧１００ＫｅＶ〜１ＭｅＶ、ドーズ量１×１０^１９〜１×１０^２１個／ｃｍ^２で行った。

そして、このように形成された低活性部７１は、圧電体層７０とは別物質の不純物によって圧電特性が低下され、圧電体能動部３２０の端部近傍での応力集中を分散することができる。すなわち、圧電素子３００が変位した際に、実質的な駆動部である圧電体能動部３２０と駆動しない圧電体非能動部との間で応力が集中するが、低活性部７１を設けることによってこの応力を分散させることができ、圧電素子３００及び振動板にクラック等の破壊が発生するのを防止することができると共に、圧電素子３００の各層の剥離を防止することができる。

次に、図５（ｄ）に示すように、イオン注入用のレジスト４０２を除去した後、流路形成基板用ウェハ１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電素子３００毎にパターニングする。

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を接着剤３５を介して接合する。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。

次に、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７（ａ）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５１を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハ１１０をマスク膜５１を介して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、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４等を形成する。

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。

このように、本実施形態では、圧電体層７０及び上電極膜８０を形成した後、上電極膜８０を介してイオンを注入することで、圧電素子３００の圧電体能動部３２０の端部近傍の圧電体層７０に容易に低活性部７１を形成することができる。このため、低活性部７１を形成するために、圧電素子３００の構造を変更することなく、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。また、低活性部７１を設けることによって、圧電体能動部３２０の端部近傍に変位による応力集中を緩和させて、圧電素子３００及び振動板のクラック等の破壊及び圧電素子３００の各層の剥離を防止することができる。

（実施形態２）
図８は、本発明の実施形態２に係るインクジェット式記録ヘッドの断面図であり、図８（ａ）は圧力発生室の長手方向の断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ′断面図である。図８に示すように、本実施形態の下電極膜６０は、圧力発生室１２の長手方向で、圧力発生室１２の外側まで延設されて設けられている。また、圧電体層７０及び上電極膜８０も圧力発生室１２の長手方向で、圧力発生室１２の外側まで延設されて設けられている。なお、図８（ｂ）に示すように、下電極膜６０は、圧力発生室１２の短手方向で、複数の圧電素子３００に亘って設けられており、圧電体層７０及び上電極膜８０は、圧力発生室１２の短手方向で各圧力発生室１２に相対向する領域内に個別に設けられている。

このような圧電素子３００の圧電体層７０には、圧力発生室１２の外側から圧力発生室１２に相対向する所定の領域まで低活性部７１Ａが形成されている。そして、この低活性部７１Ａによって圧電素子３００の圧電体能動部３２０の端部が規定されている。

すなわち、一般的には、圧電素子３００の下電極膜６０と上電極膜８０とで挟まれた領域が、実質的に駆動する圧電体能動部３２０となるものの、本実施形態では、下電極膜６０と上電極膜８０とで挟まれた領域の圧電体層７０に低活性部７１Ａを設けることによって、実質的に駆動しない圧電体非能動部となる領域を形成し、低活性部７１Ａが圧電体能動部３２０の端部を規定するようにした。

このような構成とすることにより、下電極膜６０及び上電極膜８０を形成する領域に制限がなくなり、設計自由度が高まると共に、製造工程を簡略化することができ、コストを低減することができる。

なお、このような低活性部７１Ａは、上述した実施形態１と同様に、上電極膜８０上に低活性部７１Ａを形成する領域に開口するレジストを設け、圧電体層７０にレジストを介してイオンを注入することで形成することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的構成は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態１では、所定形状にパターニングした下電極膜６０を形成後、圧電体層７０及び上電極膜８０を形成してパターニングすることで圧電素子３００（圧電体能動部３２０）を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、流路形成基板１０の絶縁体膜５５上に亘って下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を順次積層した後、下電極膜６０、圧電体層７０及び上電極膜８０を同時にドライエッチングすることにより一括してパターニングするようにしてもよい。この場合、圧電素子３００をパターニングした際のレジストを介してイオンの注入を行えば、新たにレジストを設けることなく、低活性部７１を形成することができ、製造工程を簡略化してコストを低減することができる。

また、上述した実施形態１及び２では、圧電体能動部３２０の端部近傍に低活性部７１、７１Ａを設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、低活性部７１、７１Ａを圧電体能動部３２０側のイオン濃度が低くなるように形成してもよい。すなわち、圧電体能動部３２０の端部では、低活性部の圧電特性の低下を大きくし、圧電体能動部３２０側では低活性部の圧電特性の低下を小さくするようにしてもよい。これにより、低活性部は、イオン濃度の高い部分は圧電特性が大きく低下し、イオン濃度の低い部分は圧電特性が比較的小さく低下するため、圧電素子３００の圧電体能動部３２０の端部近傍で応力集中による圧電素子３００及び振動板のクラック等の破壊及び剥離をさらに確実に防止することができる。なお、このようなイオン濃度の異なる低活性部は、レジストを開口させて１度目のイオン照射した後、レジストの開口を広げて２度目のイオン照射することにより形成することができる。勿論、異なる開口のレジストを２回設けるようにしてもよい。また、レジストの開口を圧電素子３００側を狭くして、圧電素子３００とは反対側を広くすることでもこのような低活性部を形成することができる。さらに、レジストの開口の側面を傾斜させたさせることで、イオン濃度を圧電体能動部３２０側に向かって漸小させることができる。これにより、応力集中による圧電素子３００及び振動板のクラック等の破壊及び剥離をさらに確実に防止することができる。

また、上述した実施形態１及び２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（面発光ディスプレー）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。なお、本発明は、液体噴射ヘッド（インクジェット式記録ヘッド等）に搭載されるアクチュエータ装置だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエータ装置に適用できることは言うまでもない。

実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの要部平面図である。 実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 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。 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。 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。 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。 実施形態２に係る記録ヘッドの断面図である。

符号の説明

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 リザーバ部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ６０ 下電極膜、 ７０ 圧電体層、 ７１、７１Ａ 低活性部、 ８０ 上電極膜、 ９０ リード電極、 １００ リザーバ、 ３００ 圧電素子、 ３２０ 圧電体能動部

Claims (11)

1. 基板上に変位可能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を具備すると共に、該圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部の端部の前記圧電体層に当該圧電体層を構成する物質とは別物質のイオンが注入された低活性部を有することを特徴とするアクチュエータ装置。
2. 前記下電極の端部が、前記圧電体能動部の長手方向の端部を規定していると共に、前記上電極の端部が、前記圧電体能動部の短手方向の端部を規定しており、前記低活性部が、前記下電極の端部近傍及び前記上電極の端部近傍に設けられていることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
3. 前記圧電素子の短手方向の幅が、前記上電極側に向かって漸小して設けられ、この側面が傾斜面となっていると共に、前記低活性部が前記傾斜面に亘って設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のアクチュエータ装置。
4. 前記低活性部が、前記圧電体能動部の端部を規定していることを特徴とする請求項１記載のアクチュエータ装置。
5. 前記低活性部の前記圧電体能動部側のイオン濃度が、当該圧電体能動部の端部側に比べて低くなっていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のアクチュエータ装置。
6. 前記低活性部が、前記圧電体能動部側に向かってイオン濃度が漸小されて設けられていることを特徴とする請求項５記載のアクチュエータ装置。
7. 前記圧電体層がチタン酸ジルコン酸鉛からなると共に、前記低活性部が、酸素、窒素、アルゴン、炭素、リン及びホウ素からなる群から選択される少なくとも１つのイオンが注入されたものであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のアクチュエータ装置。
8. 請求項１〜７の何れかに記載のアクチュエータ装置を液体を噴射させるための液体吐出手段として具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
9. 基板上に下電極、圧電体層及び上電極を順次積層して圧電素子を形成する工程と、該圧電素子の実質的な駆動部となる圧電体能動部の端部の前記圧電体層に当該圧電体層を構成する物質とは別物質のイオンを注入して低活性部を形成する工程とを具備することを特徴とするアクチュエータ装置の製造方法。
10. 前記低活性部を形成する工程では、前記圧電体能動部の端部に相対向する領域に開口するレジストを介してイオンを注入することを特徴とする請求項９記載のアクチュエータ装置の製造方法。
11. 前記圧電素子を形成する工程では、前記下電極、前記圧電体層及び前記下電極を順次積層した後、レジストを用いたフォトリソグラフィ法により所定形状にパターニングすると共に、前記低活性部を形成する工程で使用するレジストとして、前記圧電素子をパターニングする際に使用したレジストを用いることを特徴とする請求項９又は１０記載のアクチュエータ装置の製造方法。
    

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