JP2011098550A - 圧電型アクチュエーター、液滴吐出装置、液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ一体型ヘッド、インクジェット記録装置及びマイクロポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】製造過程での加熱工程及び製品使用時での薄膜圧電素子を含む振動板の破壊、接合面のはがれに起因する動作不良を解消して安定した滴吐出特性が得られる圧電型アクチュエーターを提供する。
【解決手段】第２絶縁層１９に形成された凹溝部１９ａに積層された圧電体層２２には、前記流れ方向Ａにおいて圧電体層２２の層厚ｄ１より深い段差で段落ちした段差部２２ａがそれぞれ形成されて段分けされている。従って、段分けされた圧電体層２２は、段分けされていない圧電体層２２に比べて流れ方向Ａにおける撓み力は分散され、比較的小さな撓み量となり、圧電体層２２を含む積層振動板２０の剥離やクラック発生、破壊等を抑制することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧電型アクチュエーター、特に、インクジェット式記録ヘッドとして好適に使用可能な圧電型アクチュエーター及びこれを備えた液滴吐出装置、液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ一体型ヘッド、インクジェット記録装置並びにマイクロポンプに関する。

プリンタやファクシミリ、複写機等の画像形成として用いられるインクジェット記録装置において、これに使用される液滴吐出ヘッドは、液滴を吐出するノズル孔と、このノズル孔が連通する圧力発生室（液室、吐出室、圧力室、インク流路とも称される）と、この圧力発生室内のインク液を加圧するエネルギーを発生するアクチュエーター手段を備えている。そして、アクチュエーター手段で発生するエネルギーによって圧力発生室内のインク液に圧力を作用させてノズル孔からインク液を吐出するようになっている。

このようなインクジェット記録装置は、騒音の発生が少なく、かつ高速記録が可能で、被記録体の選択範囲が広い等の多くの利点を有している。このようなインクジェット記録装置で使用される液滴吐出ヘッドの中で、アクチュエーター手段として圧電効果のエネルギーで振動板を駆動してインク液を加圧してノズル孔からインク液を吐出させるタイプの記録ヘッドが使用されている。そして、このような圧電効果のエネルギーで振動板を駆動してインク液を加圧してノズル孔からインク液を吐出させるタイプの記録ヘッドは、省エネルギーで記録信号に対する応答性が良く、またノズル孔の高密度マルチ化が容易である等の利点を有している。この場合、アクチュエーター手段として、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエーターを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエーターを使用したものの２種類が実用化されている。

ところで、近年の電子機器の小型化に伴って、圧電素子に対しても小型化が強く要求されるようになってきた。また、同時に、より高い印字品質を求めての高精細化が必要となってきている。従来から多く使用されてきた焼結体を圧電振動子として用いるのではなく、焼結体に比べて著しく体積を小さくすることができる薄膜圧電振動子を用いることでこれら要求を満足させることが可能となる。その理由は、焼結体で作製された圧電素子の膜厚は数十μｍと薄膜圧電素子の２μｍ程度と比べて厚いため、フォトリソグラフィ技術を用いてのエッチングの精度に限界があるからである。即ち、所定のエッチングを精度良く行うには、線幅はその膜厚以下にしなければならず、膜厚の薄い薄膜圧電素子を用いることで精度の高い微細加工が可能となる。薄膜圧電素子、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）膜を形成する方法としては、スパッタ法やＣＶＤ法、ゾルゲル法などがあり、成膜条件の調節や熱処理条件の工夫によって高性能の薄膜圧電素子が得られるようになってきた。

しかしながら、振動板の厚みが薄いたわみ振動モードの圧電アクチュエーターでは、可及的に薄くした場合、振動板の膜界面での圧電体層の剥がれや割れが発生しやすくなることが課題となってくる。特に、圧電型アクチュエーターの製造中における加熱工程におけるＰＺＴ膜と周辺材料との線膨張係数の違いによる膜剥がれ、クラックの発生が課題となってくる。あるいは、静電気による駆動電圧より高い電圧が印加することで設計（振動板のたわみ許容値）より大きいたわみが発生して割れが発生しやすくなる。振動板の構造上、振動板の長手方向端部で曲がりの曲率が最も大きくなるためその箇所で割れ、剥がれが発生しやすい。そこで、振動板層の膜剥がれ、割れ変形を抑制させる構造をもつ方法が多く提案されている。

例えば、特許文献１では、圧電素子を形成する面と振動板との接合面は平面であると、実際には、圧電体の変形の大小がその部位によって異なるため、圧電体の変形に対応できず、圧電体強度、圧電体にかかる歪等が問題になることを課題としている。この課題を解決するため、振動板自体の表面に凹凸構造を形成し、この凹凸構造の振動板の厚い部分では薄く、振動板が薄い部分では厚くなるように、圧電素子を形成するようにしている。しかしながら、このようなアクチュエーター手段では、圧電素子の長手方向の伸縮による振動板や圧電素子の過変形に伴う圧電素子の剥がれ、クラックの発生、変形、破壊等を防止することができない。

また、特許文献２には、圧電素子から引き出されたリード電極と駆動ＩＣとをワイヤボンディングする際に、リード電極の端子部が剥離するのを防止する構造について提供している。即ち、無機絶縁材料からなり、端子部の周囲の少なくとも一部に端子部よりも高さが相対的に低い段差部が設けられる絶縁膜によって圧電素子が覆われており、段差部には端子部を構成する金属層がその端子部から段差部内の端子部の表面に対して交差する壁面まで連続的に設けることによって、ワイヤボンディング時に端子部が剥離することを防止するようにしている。しかしながら、この特許文献２記載のものでは、振動板上に形成される圧電素子は、伸縮する長手方向において、全長に亘って等厚に形成されているために、圧電素子の長手方向の伸縮による振動板や圧電素子の過変形に伴う圧電素子の剥がれ、クラックの発生、変形、破壊等を防止することができない。

また、特許文献３には、圧電素子を積層して形成する絶縁層の圧電素子の下端部に対応する位置に、膜厚分だけ厚い厚膜部を設けることにより、圧電素子の圧電体層の絶縁破壊を防止したアクチュエーター装置が開示されている。しかしながら、この特許文献３記載のものでは、振動板となる絶縁層上に形成される圧電素子は、伸縮する長手方向において、全長に亘って等厚に形成されて段分けされていないために、圧電素子の長手方向の伸縮による振動板や圧電素子の過変形に伴う圧電素子の剥がれ、クラックの発生、変形、破壊等を防止することができない。

本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、製造過程での加熱工程及び製品使用時での薄膜圧電素子を含む振動板の破壊、接合面のはがれに起因する動作不良を解消して安定した滴吐出特性が得られる圧電型アクチュエーター及びこれを備えた液滴吐出装置、液滴吐出ヘッド、インクカートリッジ一体型ヘッド、インクジェット記録装置並びにマイクロポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、アクチュエーター基板上に、所定長さを有する空隙を介して絶縁膜を形成し、当該絶縁膜上に、第１電極層、圧電体層及び第２電極層を順次積層して形成された圧電体素子を有する振動板を形成した圧電型アクチュエーターにおいて、前記圧電体素子中の圧電体層は、実質的に等厚の層厚を有し、当該圧電体層に、当該圧電体層の厚みより大きい段差を有する段差部を、少なくとも主撓み方向に対して交叉させて形成させてなることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の圧電型アクチュエーターにおいて、前記段差部は、前記流体の流れ方向に沿って複数個形成されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載の圧電型アクチュエーターにおいて、前記段差部は、前記流体の流れ方向に沿って複数個形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電型アクチュエーターにおいて、前記段差部は、前記流体の流れ方向に対して交叉させて形成させた第１の段差部と交叉する前記流体の流れ方向に沿った方向に形成して第２の段差部とを有して、当該第１の段差部と第２の段差部とを交叉させて格子状に形成されていることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、振動板上に圧力発生室を形成する開口を有する流路形成基板を取り付け、当該開口上にノズル孔を有するノズル板で当該開口を閉蓋して、前記圧力発生室内の液体に前記振動板の振動によって圧力を変動させて前記ノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、前記振動板は、請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電型アクチュエーターの振動板であることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置において、前記液滴吐出ヘッドが請求項５に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明は、インク液滴をノズル孔から吐出する液滴吐出ヘッドと、当該液滴吐出ヘッドにインク液を供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジ一体型ヘッドにおいて、前記液滴吐出ヘッドは、請求項５に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明は、インク液滴をノズル孔から吐出する液滴吐出ヘッドと、当該液滴吐出ヘッドに対向させて被記録体を搬送させる搬送手段と、当該搬送手段によって搬送される被記録体の搬送方向に対して交叉させる方向に前記液滴吐出ヘッドを走査させるヘッド走査手段とを備えたインクジェット記録装置において、前記液滴吐出ヘッドは、請求項５に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする。

また、請求項９に記載の発明は、液体の流路内の断面積を変化させて液体を輸送する輸送手段を備えたマイクロポンプにおいて、前記輸送手段は、請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電型アクチュエーターによって液体の流路内の断面積を変化させて液体を輸送するものであることを特徴とする。

本発明によれば、圧電体素子中の圧電体層は、実質的に等厚の層厚を有し、当該圧電体層に、当該圧電体層の厚みより大きい段差を有する段差部を、少なくとも主撓み方向に対し交叉させて形成させて前記圧電体層の前記撓み量を分断させていることによって、製造過程での加熱工程及び製品使用時での薄膜圧電素子を含む振動板の破壊、配線領域の断線、接合面のはがれに起因する動作不良を解消して安定した滴吐出特性が得られ、信頼性の高い高画質記録が可能であり、かつその製造方法が複雑とならない圧電型アクチュエーターを備えた液滴吐出ヘッド、これを一体化した液体カートリッジ、この液滴吐出ヘッド又は液体カートリッジを搭載した画像形成装置を提供することができる。

本発明の液滴吐出ヘッドの一部を切り欠いた概略構成を示す分解斜視図である。 （ａ）は図１のＩＩａ−ＩＩａ線上で切断した断面図であり、（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線上で切断した断面図である。 従来の圧電体層の概略構成を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は図３（ａ）のｂ−ｂ線上で切断した断面図である。 本発明による第１実施形態に係る圧電型アクチュエーターで使用される圧電体層の概略構成を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は図４（ａ）のｂ−ｂ線上で切断した断面図である。 本発明による第１実施形態に係る圧電型アクチュエーターで使用される圧電体層の他の変形例の概略構成を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は図５（ａ）のｂ−ｂ線上で切断した断面図、（ｃ）は図５（ａ）のｃ−ｃ線上で切断した断面図ある。 本発明による上記第１実施形態に係る圧電型アクチュエーターの製造に際して使用されるアクチュエーター基板に犠牲層を形成したものの断面図である。 図６で示すアクチュエーター基板に犠牲層を形成したものに、第１絶縁膜（空隙側絶縁膜）と段差形成用の第２絶縁膜を形成したものの断面図である。 図７で示すアクチュエーター基板に積層体を形成したものに圧電素子を積層したものの断面図である。 図８で示すアクチュエーター基板に積層体、圧電素子を形成したものに剛性調整膜を積層したものの断面図である。 図９で示すアクチュエーター基板に積層体、圧電素子、剛性調整膜を形成したものに犠牲層除去孔と液供給路を形成するための貫通孔を形成したものの断面図である。 図１０で示すアクチュエーター基板に積層体、圧電素子、剛性調整膜、貫通を形成したものに犠牲層封止膜を形成したものの断面図である。 図１１で示すアクチュエーター基板に積層体、圧電素子、剛性調整膜、貫通、犠牲層封止膜を形成したものに液供給路を形成したものの断面図である。 図１２で示すアクチュエーター基板に積層体、圧電素子、剛性調整膜、貫通、犠牲層封止膜、液供給路を形成したものに流路形成基板及びノズル板を接合した液滴吐出ヘッドの断面図である。 本発明による第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を示す断面図である。 本発明による一実施形態に係るインクカートリッジ一体型ヘッドの概略構成を示す斜視図である。 （ａ）は本発明による一実施形態に係るインクジェット記録装置の斜視説明図であり、（ｂ）はその側面説明図である。 （ａ）は本発明による第２実施形態に係るマイクロポンプの概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は図１７（ａ）のＢ部の拡大断面図である。

以下、この発明を実施するための一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、図１〜図３に基づいて、本発明による第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの構成・動作について説明する。図１は、本発明による第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。図２（ａ）は、図１のＩＩａ−ＩＩａ線上で切断した断面図であり、図２（ｂ）は、図１のＩＩｂ−ＩＩｂ線上で切断した断面図である。

第１実施形態に係る液滴吐出ヘッド１は、圧力発生手段として本発明による一実施形態に係る圧電型アクチュエーターを使用し、図１に示すように、ノズル板４０、流路形成基板３０、アクチュエーター基板１０及び図示されていない、フレーム７０、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）６０、ドライバーＩＣ等から構成されている。

ノズル板４０は、例えば、紙面側（図１の上面側）に撥水膜をコーティングしたポリイミドフィルムであり、一列状に配列された複数のノズル孔４１は、ノズル板４０を流路形成基板（液室基板）３０に接着したのち、レーザ加工にて開口したものである。

流路形成基板３０には、結晶軸が＜１１０＞の４００μｍ厚のシリコン基板９を用い、図２に示すように、ノズル板４０と反対側の面に圧力発生室３３、流体抵抗部３２、共通液室３１が形成されていている。また、ノズル孔４１と圧力発生室３３を連通させるための連通管３４が流路形成基板３０を貫通させて形成されている。そして、図２に示すように、連通管３４の上方の開口３４ａを、この開口３４ａにノズル板４０のノズル孔４１を位置させた状態でノズル板４０によって閉蓋して圧力発生室３３を形成している。このような構成とすることにより、流路形成基板３０の厚みよりも圧力発生室３３の高さを低くすることができ、ハンドリングの容易な厚さの基板を用いたまま、圧力発生室３３の高さを吐出特性面から最適化することが可能となっている。

また、＜１１０＞のシリコン基板９を用いているので、公知のごとく、圧力発生室３３等を異方性エッチングにて高精度に加工することが可能となっている。また、圧力発生室３３等を形成後、加熱酸化させて表面に酸化シリコン膜を形成し、濡れ性の向上と共にインク液による基材であるシリコンの腐食防止を図っている。このとき、図示は省略したが、流路形成基板３０のノズル板４０接着面側には、ダミーパターンを設けておくことで、加熱酸化後に酸化膜の内部応力により基板が反ることを防止している。

アクチュエーター基板１０には、結晶軸が＜１００＞の４００μｍ厚のシリコン基板９を用いている。そして、アクチュエーター基板１０には、後述する低消費電力でのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）加工技術を用いて空隙である振動室１４、その上に第１絶縁膜２１、段差形成用第２絶縁膜１９、第１電極層１２、圧電体層２２、第２電極層２３、剛性調整膜２４、犠牲層封止膜２６を積層させて形成している。

振動室１４は、図２に示すように、圧力発生室３３内を流れる液体の流れの方向（矢印Ａ方向）に沿って所定長さを有するように形成されており、この振動室１４上に形成される圧電体層２２の振動によって、積層振動板２０となる第１絶縁膜（振動室側絶縁膜）２１、第２絶縁膜（段差形成絶縁膜）１９、第１電極層（固定電極膜）１２、圧電体層２２、第２電極層（上部電極層）２３、剛性調整膜２４、犠牲層除去封止膜２６の上下方向（矢印Ｂ方向）への振動を可能としている。各振動室１４ａは、図１に示すように、連通路５３で相互に連通されており、連通路５３の他端部は振動室・連通路内を大気に開放するための大気開放部２９に通路２８ｂにより連通されている。この大気開放部２９はアクチュエータ基板１０を形成した後は封止剤によって封止される。もちろん連通路形成なしで各振動室１４ａごとに負圧封止してもかまわない。また、各振動室１４ａは、後述するように、連通路５３上に形成される犠牲層除去孔２９（図２では、犠牲層除去封止膜２６によって犠牲層除去孔２９が封止されて封止体２６ａが形成されている。）から振動室１４内に充填されている犠牲層１５を除去して形成されている。

第１絶縁膜２１は、酸化シリコンで形成されており、第１電極層１２、圧電体層２２、第２電極層２３からなる圧電素子８０の保護膜となると共に、後述する振動室１４の形成するために、振動室１４内に充填されている犠牲層１５のエッチングの際の他の犠牲層１５の保護膜としても作用する。

第２絶縁膜１９は、酸化シリコン膜で形成されており、振動室１４に対応する位置で所定間隔で流れ方向Ａ（圧電体層２２の主撓み方向）に対して直交方向に延びた凹溝部１９ａを流れ方向Ａに沿って複数形成している。これらの凹溝部１９ａの深さｄ２は、実質的に等厚に形成された圧電体層２２の層厚ｄ１より深く形成されている。そのため、これらの凹溝部１９ａに積層された圧電体層２２には、前記流れ方向Ａにおいて圧電体層２２の層厚ｄ１より深い段差で段落ちした段差部２２ａがそれぞれ形成されて段分けされている。従って、段分けされた圧電体層２２は、後述するように、段分けされていない圧電体層２２に比べて流れ方向Ａにおける撓み力は分散され、比較的小さな撓み量となり、圧電体層２２を含む積層振動板２０の剥離やクラック発生、破壊等を抑制することが可能となる。この場合、凹溝部１９ａには、圧電体層２２と共に第１電極層１２及び第２電極層２３にもそれぞれ段差部１２ａ、２３ａが形成されるので、第１電極層１２及び第２電極層２３が破断されて断線することが防止される。なお、圧電体層２２の層厚が実質的に等厚とは、振動室１４ａ上に形成される圧電体層２２の層厚にわずかな変動があったとしても振動特性に大きな変動が生じない程度の厚み変動を許容する場合をいう。

第１電極層１２は、白金とチタンの合金層で形成されており、白金金属からなる第２電極層２３とで、ＰＺＴ等からなる圧電体層２２の上下方向から圧電体層２２に電圧を印加することによって、圧電体層２２にＢ方向に撓み振動を発生させるものである。この場合、第１電極層１２と第２電極層２３のどちらか一方をノズル孔４１（チャネル）毎に分離した個別電極、他方を複数ノズル孔４１（チャネル）、例えば全ノズル孔４１（チャネル）で共通の共通電極とすることで、個別電極と共通電極間に電圧を印加することによって吐出させるノズル孔４１（チャネル）の選択を可能としている。この実施形態においては、第１電極層１２を個別電極、第２電極層２３を共通電極としているが、その逆であっても良い。

剛性調整膜２４は、窒化シリコン膜で形成されており、積層振動板２０を全体として引っ張り応力を印加して、圧電体層２２に電圧が印加されない際に、撓まずに積層振動板２０を引張させた状態に維持すると共に、圧電体層２２に電圧が印加された駆動された際に、反発力を確保するものである。なお、本実施形態においては省略したが、公知のごとく、第２電極層２３と剛性調整膜２４との間に振動板内部応力調整膜として酸化シリコン膜を設ける場合もある。

接液膜は、酸化シリコン膜で形成されており、圧力発生室３３内に充填される液体と接触して、液体との濡れ性等を改善すると共に、積層振動板２０の過度の変形を抑制して、剛性調整膜２４の割れ防止を兼ねている。さらに、後述するように、振動室１４を形成する際に、振動室１４内に充填されているポリシリコン等からなる犠牲層をエッチングして溶出させる際の犠牲層除去孔２９を封止する封止体としても作用している。

また、図１〜図２中、符号１１は、アクチュエーター基板４の表面に形成される酸化シリコンで形成される第３絶縁膜で、後述するように、振動室１４内に充填されているポリシリコン等からなる犠牲層をエッチングして溶出させる際、アクチュエーター基板４の溶出を抑制するようになっている。また、符号５７は、共通液室３１内にインク液等の液体を導入するための液供給路である。

このような構造を有する圧電型アクチュエーターを使用した液滴吐出ヘッド１についての動作について図１〜図２に基づいて説明する。液滴吐出ヘッド１は、共通電極２３と個別電極１２との間に圧電素子８０を駆動させる電圧を印加する。その結果、電圧を印加された圧電体層２２は、図２に示すように、Ｂ方向に撓み変形を開始して、圧力発生室３３内の液体を加圧する。加圧された液体は、液体抵抗部３２で右方への流れが阻害され、流れの方向Ａに流れ、ノズル孔４１から吐出される。そして、圧電素子８０への電圧供給を停止するか逆電圧を印加することによって圧電素子８０の撓み変形が停止して、原状に復帰又は、逆方向に撓み、圧力発生室３３内の液体に対する圧力が減圧され、ノズル孔４１からの液体の吐出が停止される。同時に、液体抵抗部３２の底面の開口３２ａを通じて共通液室３１内から圧力発生室３３内に液体が供給される。このように、共通電極２３と個別電極１２との間に圧電体層２２を駆動させる電圧を印加することによって、個別電極１２に電圧が印加された圧電素子８０が駆動されて、その圧電素子８０に対応するノズル孔４１から液滴を吐出することになる。この場合に、駆動電圧が印加される個別電極を選定するように制御すれば、所望のノズル板４０から液滴を吐出することが可能となる。このような個別電極の選定を、例えば、画像情報等に対応させてドライバーＩＣによって制御することによって、インクジェット記録装置の液滴吐出ヘッドとして使用することができる。

このような液滴吐出ヘッド１で使用される圧電型アクチュエーターおいては、従来、圧電素子８０の圧電体層２２は、液体の流れの方向Ａ（圧電体層２２の主撓み方向）に沿って平板状の圧電体層が使用されていた。しかしながら、このような平板状の圧電体層２２では、圧電体層２２の伸縮運動によって、圧電体層２２の周辺に積層される第１絶縁膜２１、段差形成用第２絶縁膜１９、第１電極層１２、第２電極層２３、剛性調整膜２４、犠牲層除去封止膜２６との間の付着強度が低下し、圧電体層２２あるいは、その周辺の上記積層体の剥離や割れ等の損傷を招く場合があった。

本発明者は、この原因について、種々検討の結果、従来の平板状の圧電体層では、撓み変形する液体の流れ方向Ａ（圧電体層２２の主撓み方向）における撓み量が大き過ぎるために、上記のような積層体の剥離や割れ等の損傷を招いていることを究明した。この究明に基づき、さらに検討した結果、実質的に等厚の層厚を有する圧電体層２２に、液体の流れの方向Ａ（圧電体層２２の主撓み方向）に対して交叉する段差部２２ａを圧力発生室３３に圧力を発生させる領域に形成して、圧電体層２２の液体の流れの方向Ａ（圧電体層２２の主撓み方向）で段分けして、圧電体層２２の液体の流れの方向Ａ（圧電体層２２の主撓み方向）における撓み量を緩和させることによって、上記の積層体の剥離や割れ等の損傷事故を抑制させることが可能となること気がついて、本発明を完成させるに至った。この点について、図３〜図５に基づいて以下説明する。

図３は、従来の圧電体層の概略構成を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は図３（ａ）図のｂ−ｂ線上で切断した断面図である。図４は、本発明による第１実施形態に係る圧電型アクチュエーターで使用される圧電体層の概略構成を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は図４（ａ）のｂ−ｂ線上で切断した断面図である。図５は、本発明による第１実施形態に係る圧電型アクチュエーターで使用される圧電体層の他の変形例の概略構成を示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）は図５（ａ）のｂ−ｂ線上で切断した断面図、（ｃ）は図５（ａ）のｃ−ｃ線上で切断した断面図ある。

図３に示すように、従来の圧電体層２２は、液体の流れ方向Ａに沿って延びた等厚の層厚を有する四辺形状を有している。そのため、電圧を印加された際の撓み量は、長手方向（圧電体層２２の主撓み方向）の撓み量Ｇが幅方向の撓み量Ｈより著しく大きく、圧電体層２２は、液体の流れ方向Ａに沿って大きく伸縮する。その結果、圧電体層２２は、過変形を起し易く、圧電体層２２の破損を起こしやすいだけでなく、圧電体層２２に積層される第１絶縁膜２１、段差形成用第２絶縁膜１９、第１電極層１２、第２電極層２３、剛性調整膜２４、犠牲層除去封止膜２６も破損を招きやすくなり、不具合が発生しやすくなる。

これに対して、本発明による圧電体層２２は、図４に示すように、液体の流れ方向Ａ（圧電体層２２の主撓み方向）に沿って延びた等厚の層厚を有する四辺形状を有しているものの、液体の流れ方向Ａ（圧電体層２２の主撓み方向）に対して直交方向に延びる段差部２２ａによって段分けされている。従って、電圧を印加された際の長手方向（圧電体層２２の主撓み方向）の撓み量ＧがＧ１及びＧ２に分断され、従来の圧電体層の撓み量Ｇに比べて緩和されることになる。その結果、圧電体層２２は、過変形の発生を抑制して、圧電体層２２の破損を予防することが可能となるだけでなく、圧電体層２２に積層される第１絶縁膜２１、段差形成用第２絶縁膜１９、第１電極層１２、第２電極層２３、剛性調整膜２４、犠牲層除去封止膜２６の破損をも予防することが可能となる。この場合、段差部２２ａは、図４に示すように、Ｚ字状である必要はなく、Ｖ字状の凹凸構造であっても良く、要は、圧電体層２２の撓み変形を分断する段差であれば良い。

このような、段差部２２ａは、液体の流れ方向Ａ（圧電体層２２の主撓み方向）に沿って少なくとも１個配設されれば十分であるが、図５に示すように、液体の流れ方向Ａに沿って複数個配設して、長手方向の撓み量Ｇを分断して所望の量に調整することができる。この場合、図２に示すように、圧電体層２２に積層される第１絶縁膜２１、段差形成用第２絶縁膜１９、第１電極層１２、第２電極層２３、剛性調整膜２４、犠牲層除去封止膜２６の積層体とにも、圧電体層２２の段差部２２ａに対応させてそれぞれ段差部を形成して、これらの積層体に印加される撓みを軽減させることが可能となる。しかしながら、圧電体層２２とこれらの積層体とで熱膨張係数が相違する場合に、これらの積層体に形成される段差部数を軽減して、平坦な接合面とすることもできる。このように積層体の段差部を軽減して平坦な接合面とする場合には、接合面における接着強度が増すので、各積層体の層厚を薄くすることができる。

上記段差部２２ａは、液体の流れ方向Ａに対して直交して配設するだけでなく、液体の流れ方向Ａに沿って配設し、これらの段差部を交叉させて格子状とすることもできる。図６は、本発明による圧電体層２２の変形例を示すもので、図５に示すように、液体の流れ方向Ａに対して直交する第１の段差部２２ａと液体の流れ方向Ａに対して平行な第２の段差部２２ｂを形成し、第１の段差部２２ａと第２の段差部２２ｂとを交叉させて格子状に配設させたものである。このように、第１の段差部２２ａと第２の段差部２２ｂとを交叉させて格子状に配設する場合には、長手方向の撓み量Ｇだけでなく、幅方向の撓み量ＨもＨ１とＨ２に分断されて緩和されることになるので、圧電体層２２の過変形の発生を抑制して、圧電体層２２の破損を予防することが可能となる。

次に、本発明による上記第１実施形態に係る圧電型アクチュエーターの製造方法について図６〜図１３に基づいて説明する。

図６は、本発明による上記第１実施形態に係る圧電型アクチュエーターの製造に際して使用されるシリコン基板９に犠牲層１５を形成したものの断面図である。図７は、図６で示すシリコン基板９に犠牲層１５を形成したものに、第１絶縁膜２１と段差形成用の第２絶縁膜１２を形成したものの断面図である。図８は、図７で示す第２絶縁膜１２上に圧電素子８０を積層したものの断面図である。図９は、図８で示す圧電素子８０上に剛性調整膜２４を積層したものの断面図である。図１０は、図９で示す剛性調整膜２４上に犠牲層除去孔と液供給路を形成するための貫通エッチング孔２５を形成したものの断面図である。図１１は、図１０で示す貫通エッチング孔２５を形成したものに犠牲層除去封止膜２６を形成したものの断面図である。図１２は、図１１で示す犠牲層除去封止膜２６を形成したものに液供給路５７を形成したものの断面図である。図１３は、図１２で示すアクチュエーター基板１０に流路形成基板３０及びノズル板４０を接合した液滴吐出ヘッドの断面図である。

本発明による上記第１実施形態に係る圧電型アクチュエーターは、次の工程に従って製造される。

先ず、図６に示すように、アクチュエーター基板１０には、シリコン単結晶基板９（例えば＜１００＞単結晶基板）を用い、約１１００℃で加熱処理を行って、表面に０．５μｍ厚みの酸化シリコンからなる基板絶縁膜（熱酸化膜）１１を形成する。その上に犠牲層１５（例えばＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による０．５μｍ厚みのポリシリコン膜）を形成する。犠牲層１５の材料は、特に限定されないが、本実施形態では、犠牲層１５を除去する際に、下層の基板絶縁膜１１（酸化シリコン）とのエッチング選択比の大きな材料が好適である。できるだけ圧電体層２２、第１及び第２電極層１２、２３の材料に影響を及ぼさない薬液で除去できる犠牲層１５がよい。また圧電体層２２が振動したときに対面壁に当接することの無いように、またダンパー効果の影響が無いような犠牲層１５の厚さを形成する。

次に、図７に示すように、後述するように個別の振動領域を確保する空隙（振動室１４）となる犠牲層１５ａ、連通路となる犠牲層１５ｂ、液供給路となる犠牲層１５ｃに合わせて犠牲層１５を約０．５μｍの溝幅でドライエッチによって溝エッチングする。続いて、このようにして溝エッチングされた犠牲層１５上に、ＬＰＣＶＤ法によって酸化シリコンからなる第１絶縁膜２１を成膜して犠牲層１５の表面を被覆するとともに、エッチング溝１８を形成する。第１絶縁膜２１の材料としては、後の犠牲層１５を、溶解、除去する工程で溶解、除去に耐えられる材料であれば特に限定されず、例えば、有機膜、酸化膜又は窒化膜を用いることができる。次に、この第１絶縁膜２１上に段差形成用の酸化シリコンからなる第２絶縁膜１９を、所望のレイアウトでパターニングして、ＬＰＣＶＤ法で成膜する。この時の第２絶縁膜１９の膜厚は、圧電体層２２の層厚と同等厚みに設定し、段差エッチングでは圧電体層２２の層厚以上段差を形成する。

次に、図８のように、スパッタリングで白金とチタンの合金で第１電極層１２を形成すると共にパターニングする。この時、パターニングにより個別電極１２と接続される配線用電極膜１２ｂを形成する。この第１電極層１２及び配線用電極膜１２ｂの材料としては、白金等が好適である。これは、ゾル−ゲル法やＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法（有機金属熱塗布分解法）で成膜する後述の圧電体層２２は、成膜後に大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからである。すなわち、第１電極層１２の材料は、このような高温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、殊に、圧電体層２２としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ないことが望ましく、これらの理由から白金が好適である。

更に、圧電体層２２及び第２電極層２３を順次積層して形成する。圧電体層２２は、ペロブスカイト型結晶構造の酸化物であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用い、例えば、ゾル−ゲル法又はＭＯＤ法等のスピンコート法により成膜する。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２２を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて形成した。圧電体層２２の材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料がインクジェット式記録ヘッドに使用する場合には好適である。なお、この圧電体層２２の成膜方法は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法等を用いてもよい。また、第２電極層２３は、導電性の高い材料であればよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態では、白金をスパッタリングにより成膜している。

次に、図９のように、圧電体層２２及び第２電極層２３のみを、例えば、イオンミリング等でエッチングして圧電素子８０が振動する能動部のパターニングを行う。更に、ＬＰＣＶＤ法で窒化シリコン膜からなる剛性調整膜２４を成膜する。膜厚については圧電素子８０の振動特性（圧電定数、変位量）との兼ね合いで決定する。

次に、図１０に示すように、犠牲層１５の内、所定の犠牲層１５ａ、１５ｂ、を除去する。ここで、犠牲層１５ａ、１５ｂの除去は、剛性調整膜２４、圧電素子８０、第２絶縁膜１９、第１絶縁膜２１からなる積層体２０ａにエッチングによって貫通させた犠牲層除去孔（貫通エッチング孔）２９を設け、この犠牲層除去孔２９からＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍｈｙｄｒｏｘｉｄｅ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）） 水溶液等のエッチャントを浸透させることにより行う。なお、犠牲層１５は、ポリシリコンにて形成されているが、振動室１４ａ（空隙となる部分）に面している部分及び連通路２８に面している部分は、第１絶縁膜２１及び基板絶縁膜１１として設けた酸化シリコン膜で覆われているので、ポリシリコンとシリコン酸化膜で十分な選択性を有するエッチャント、例えば、ＴＭＡＨ水溶液を用いて犠牲層１５の除去を行うことにより、犠牲層除去時にエッチングされることは無い。

次に、図１１に示すように、その後、犠牲層除去孔２９を、ＬＰＣＶＤ法によって酸化シリコンからなる犠牲層除去封止膜２６を減圧で成膜し埋めると共に、剛性調整膜２４の表面を被覆する。この時、積層体２０は、若干振動室１４ａの方向へ引っ張られるが特性に大きく影響しない。なお、不活性ガスを導入する場合もあるが、その時には成膜時にプロセスガスに混入しておくと封止時点で減圧状態で封入される。不活性ガスの材料は、例えば、アルゴン（Ａｒ）、窒素（Ｎ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを使用できる。一方、同時にアクチュエーター基板４を貫通して形成される液供給路７の犠牲層１５より上部をエッチングし、さらに犠牲層１５ｃを上記エッチャントで溶解、除去して貫通孔２５を設ける。

次に、図１２に示すように、一方では、アクチュエーター基板４の裏面側からパターニングされたレジストをマスクパターンとしてシリコン単結晶基板１０の異方性ドライエッチングを行い、シリコン基板９側の液供給路５７を形成し、最後に基板絶縁膜１１をエッチングし、液供給路５７がアクチュエーター基板４を貫通して形成されている。この場合、アクチュエーター基板１０に＜１１０＞シリコン基板を使用した場合には、酸化シリコン膜をマスクとしてＫＯＨ等のアルカリ溶液によるシリコンの異方性エッチングを施してもよい。

最後に、図１３に示すように、上記のようにしてアクチュエーター基板１０上に積層して形成された積層振動板２０上に、圧力発生室３３、共通液室３１、液体抵抗部３２、連通管部３４の形成された流路形成基板３０を、圧力発生室３３及び共通液室３２がそれぞれ積層振動板２０の能動部及び液供給路５７に対応するように配置して接合する。続いて、このようにして接合された流路形成基板３０上に、連通管３４の開口３４ａ及び共通液室３１の開口３１ａを閉蓋するように、ノズル板４０を流路形成基板３０上に接合する。その後、ノズル板４０の連通管３４に連通するノズル孔４１をレーザ加工により穿孔して液滴吐出ヘッド１を製造する。

以上説明した一連の圧電型アクチュエーター製造工程中の膜形成及びエッチングでは、一枚のアクチュエーター基板１０となるウェハ上に多数のチップを同時に形成し、プロセス終了後、図２に示すような一つのチップサイズのアクチュエーター基板１ごとにスリットｓを設けて分割する。

また、図１４に示すように、この第１実施形態の液滴吐出ヘッド１においては、上記のようにして形成された圧電型アクチュエーターにインク液供給を主目的としたフレーム７０が加工、接合されている。フレーム７０側から供給されたインク液は、液供給路５７を介して共通液室３１を通り、液体抵抗部３２で圧力制御され圧力発生室３３まで配液される。一方、ドライバーＩＣを搭載したＦＰＣ６０が個別電極２３ａ及び共通電極１２と配線接合され、圧電素子１０の両端の電極に電圧波形形成された信号を所望のビットに印加できるようになっている。そして、圧電素子８０に電圧を印加すると積層振動板２０が撓み、圧力発生室３３に圧力を発生してノズル孔４１からインク液が吐出する。このように、アクチュエーター基板１０の流路形成基板３０とは反対側の面にフレーム７０、ＦＰＣ６０及びコンプライアンス基板（図示なし）を順次接着して一体化し、インクジェット式記録ヘッドとすることができる。

このように構成した液滴吐出ヘッド１は、図示しない外部インク供給手段と接続したインク液導入口からインク液を取り込み、リザーバ３５からノズル孔４１に至るまで内部をインク液で満たした後、図示しない外部の駆動回路からの記録信号に従い、第１電極層１２と第２電極層２３との間に電圧を印加する。そうすると、圧電体層２２が撓み変形を生じ、それに伴い積層振動板２０を撓み変形させることにより、圧力発生室３３内の圧力が高まりノズル孔４１からインク液滴が吐出する。

以上、本発明の第１実施形態を説明したが、インクジェット式記録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。

上記実施形態においては、振動室１４の形成を犠牲層プロセスと埋め込みエッチバックを組み合わせて適用するため、アクチュエーター基板１０上に平坦面を維持しながら形成でき、半導体製造装置を使って容易に微細加工できるため高集積化が可能となる。またヘッド全体の組み上げ順番から見た場合、ヘッドの高集積化が進むとノズル板２と反対側からビルドアップしていく方法の方が接合工程を省け有効である。またマイクロポンプ等液体流路の配置自由度があがる利点があり他への応用を広げることが可能となる。

このように、本実施形態では、振動板となる圧電体層２２が長手方向に段分けしてあるので、製造過程でのサージによる高電界が電極配線にかかった場合等の電気的外乱に対して、あるいは正常動作時に対して過変形を生じる事態が発生しても、圧電体層２２の長手方向の過度の伸縮変形が抑制され圧電体層２２を含む積層振動板２０のクラック発生、破壊を防止することができる。

さらに、振動室（空隙）１４を犠牲層工程で形成しているため、振動室１４をアクチュエーター基板１０上に接着剤等で張り付ける必要がなく、製造工程を簡略化できると共に接着剤等の流出による積層振動板２０の変形の阻害を防止できる。

また、上記実施形態の液滴吐出ヘッド１は、インクカートリッジ等と連通するインク液流路を具備するインクカートリッジ一体型ヘッドとして記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット記録装置に搭載することができる。次に、本発明の液体カートリッジについて図１５を参照して説明する。図１５は、本発明による一実施形態に係るインクカートリッジ一体型ヘッドの概略構成を示す斜視図である。

このインクカートリッジ一体型ヘッド１００は、ノズル孔１０１等を有する上記第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド１０２と、このインクジェットヘッド１０１に対してインク液を供給するインクタンク１０３とを一体化したものである。このように、本発明に係る液滴吐出ヘッドにインク液を供給するインクタンク（液体タンク）を一体化することにより、滴吐出特性のバラツキが少なく、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを一体化した液体カートリッジ（インクタンク一体型ヘッド）が低コストで得られる。

次に、本発明に係る上記第１実施形態に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載した本発明に係るインクジェット記録装置の機構の一例について、図１６を参照して説明する。なお、図１６（ａ）は同記録装置の斜視説明図、図１６（ｂ）は同記録装置の機構部の側面説明図である。

このインクジェット記録装置は、記録装置本体１１１の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ１２３、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１２４、記録ヘッドへインク液を供給するインクカートリッジ１２５等で構成される印字機構部１１２等を収納している。さらに、装置本体１１１の下方部には前方側から被記録体である多数枚の用紙１１３を積載可能な給紙カセット（或いは給紙トレイでもよい。）１１４を抜き差し自在に装着することができるようになっている。また、用紙１１３を手差しで給紙するための手差しトレイ１１５を開倒することができ、給紙カセット１１４或いは手差しトレイ１１５から給送される用紙１１３を取り込み、印字機構部１１２によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１１６に排紙する。

印字機構部１１２は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド１２１と従ガイドロッド１２２とでキャリッジ１２３を主走査方向（紙面垂直方向）に摺動自在に保持している。また、このキャリッジ１２３には、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂｋ）の各色のインク液滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなる記録ヘッド１２４を複数のインク液吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク液滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ１２３には、ヘッド１２４に各色のインク液を供給するための各インクカートリッジ１２５を交換可能に装着している。なお、インクカートリッジ１２５は、上記インクカートリッジ一体型ヘッドとして搭載する構成とすることもできる。

インクカートリッジ１２５は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインク液を供給する供給口を、内部にはインク液が充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインク液をわずかな負圧に維持している。

また、記録ヘッドとしてここでは各色の記録ヘッド１２４を用いているが、各色のインク液滴を吐出するノズルを有する１個の記録ヘッドでもよい。

ここで、キャリッジ１２３は後方側（用紙搬送方向下流側）を主ガイドロッド１２１に摺動自在に嵌装し、前方側（用紙搬送方向上流側）を従ガイドロッド１２２に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ１２３を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ１２７で回転駆動される駆動プーリ１２８と従動プーリ１２９との間にタイミングベルト１３０を張装し、このタイミングベルト１３０にキャリッジ１２３を固定して、主走査モータ１２７の正逆回転によりキャリッジ１２３が往復駆動される。

一方、給紙カセット１１４にセットした用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側に搬送するために、給紙カセット１１４から用紙１１３を分離給装する給紙ローラ１３１及びフリクションパッド１３２と、用紙１１３を案内するガイド部材１３３と、給紙された用紙１１３を反転させて搬送する搬送ローラ１３４と、この搬送ローラ１３４の周面に押し付けられる搬送コロ１３５及び搬送ローラ１３４からの用紙１１３の送り出し角度を規定する先端コロ１３６とを設けている。搬送ローラ１３４は副走査モータ１３７によってギヤ列を介して回転駆動される。

そして、キャリッジ１２３の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１３４から送り出された用紙１１３を記録ヘッド１２４の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材１３９を設けている。この印写受け部材１３９の用紙搬送方向下流側には、用紙１１３を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ１４１、拍車１４２を設け、さらに用紙１１３を排紙トレイ１１６に送り出す排紙ローラ１４３及び拍車１４４と、排紙経路を形成するガイド部材１４５，１４６とを配設している。

記録時には、キャリッジ１２３を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド１２４を駆動することにより、停止している用紙１１３にインク液を吐出して１行分を記録し、用紙１１３を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙１１３の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙１１３を排紙する。

また、キャリッジ１２３の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド１２４の吐出不良を回復するための回復装置１４７を配置している。回復装置１４７はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ１２３は印字待機中にはこの回復装置１４７側に移動されてキャッピング手段で記録ヘッド１２４をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク液乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインク液を吐出することにより、全ての吐出口のインク液粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段で記録ヘッド１２４の吐出口（ノズル）を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインク液とともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインク液やゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインク液は、本体下部に設置された廃インク液溜（不図示）に排出され、廃インク液溜内部のインク液吸収体に吸収保持される。

このように、このインクジェット記録装置においては本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載しているので、インク液滴の吐出特性のバラツキが少なく、高い画像品質の画像を記録できる画像形成装置が得られる。

ここまで述べてきたように、第１実施形態の例として液滴吐出ヘッドを挙げてきたが、本発明による圧電型アクチュエーターは、光学走査ミラーや光学バルブなどの光学デバイスとしても利用できるものである。

次に、本発明による圧電型アクチュエーターをマイクロポンプに応用した第２実施形態について、図１７に基づいて説明する。図１７（ａ）は、本発明による第２実施形態に係るマイクロポンプの概略構成を示す断面図である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のＩ部の拡大断面図である。

本実施形態に係るマイクロポンプ５０は、圧電型アクチュエーター５１と、液体を矢印Ｊ方向に流動させる流路５３を形成する流路形成体５２とを備えている。圧電型アクチュエーター５１は、図１７（ｂ）に示すように、アクチュエーター基板５５上に積層振動板５４を備えており、積層振動板５４は、アクチュエーター基板５５上に形成された酸化シリコンからなる第３絶縁膜５７と第１絶縁膜５８との間に形成された空隙である振動室５６を介して形成されている。そして、積層振動板５４は、第１絶縁膜５８上に積層振動板５４上で段差形成用の凹溝部５９ａを有する酸化シリコンからなる第２絶縁膜５９を有している。さらに、この第２絶縁膜５９上に白金からなる第１電極層６０を形成し、第１電極層６０上にＰＺＴ等の圧電体からなる圧電体層６１が形成されている。さらに、圧電体層６１上に白金、チタン合金からなる第２電極層６２を積層し、この第２電極層上に、窒化シリコンからなる剛性調整膜６３を積層し、さらに、剛性調整膜６３上に酸化シリコンからなる接液膜６４を形成して構成されている。従って、第１電極層６０と第２電極層６２との間に電圧を印加すると、図１７（ｂ）に示すように、圧電体層６１が撓み変形し、矢印Ｋ方向に振動し、液体が流れる流路５３の断面積が変動するようになる。このような圧電体層６１の撓み変形を、図１７（ａ）に示すように、隣接する振動室５６Ａと５６Ｂとで逆方向に順次変形して脈動動作をするように圧電体層６１に印加する電圧を順次駆動するように制御することによって、液体を矢印Ｊ方向に流動させる輸送手段として使用することができる。このような輸送手段を使用することによって、流路６３内を流れる液体の流量を精度良く制御することが可能となる。

このようなマイクロポンプ５０において、圧電型アクチュエーター５１の製造時あるいは作動時に、圧電体層６１に、過変形を発生して、圧電体層６１や積層振動板５４の損傷を招き、適切に作動しない事故が発生する場合がある。本実施形態に係る圧電型アクチュエーター５１においては、このような事故の発生を抑制するために、振動室５６上の第２絶縁層５９に段差形成用の少なくとも圧電体層６１の層厚より深い段差を有する凹溝部５９ａを形成する。そして、凹溝部５９ａ上に、少なくとも圧電体層６１に液体の流れ方向Ｊ（圧電体層６１の主撓みへ方向）に対して交叉する段差部６１ａを形成して、圧電体層６１を液体の流れ方向Ｊに対して段分けして圧電体層６１の撓み量を分断するようにしている。その結果、過変形を抑制して安定な動作を維持することが可能となる。なお、積層振動板５４を液体の流れ方向に対して複数配設しているが１個であっても良い。また、この実施形態において使用される圧電型アクチュエーター５１は、前記第１実施形態における製造方法に基づいて容易に製造することができる。

本発明による圧電型アクチュエーターは、液滴吐出ヘッド、マイクロポンプを適用例としてあげたが、これ以外の液体輸送デバイスにも応用可能である。インクジェットヘッド以外の液滴吐出ヘッドとして、例えば、液体レジストを液滴として吐出する液滴吐出ヘッド、ＤＮＡの試料を液滴として吐出する液滴吐出ヘッドなどの他の液滴吐出ヘッドにも適用できる。また、マイクロアクチュエータは、マイクロポンプ、光学デバイス（光変調デバイス）以外にも、マイクロスイッチ（マイクロリレー）、マルチ光学レンズのアクチュエータ（光スイッチ）、マイクロ流量計、圧力センサなどにも適用することができる。また、前述したようにプリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像形成装置及び液滴を吐出する装置にも本発明を適用することができる。

また、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、前記実施形態の中で示唆した以外にも、前記実施形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、前記構成部材の数、位置、形状等は前記実施形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。

（図１〜図１４において）
１ 液滴吐出ヘッド
１０ アクチュエーター基板
３０ 流路形成基板
４０ ノズル板
４１ ノズル孔
６０ ＦＰＣ
７０ フレーム
８０ 圧電素子、
７ 液供給路、
１１ 基板絶縁膜、
１２ 第１電極層（固定電極層）、
１４ａ 振動室、
１５ 犠牲層、
１９ 第２絶縁膜、
２０ 積層振動板
２１ 第１絶縁膜（振動側絶縁膜）
２２ 圧電体層
２２ａ 段差部
２３ 第２電極層（上部電極層）
２４ 剛性調整膜
２５ 貫通エッチング孔
２６ 犠牲層除去封止除去膜
２８ 連通路
２９ 大気開放部
３１ 共通液室
３２ 流体抵抗部
３３ 圧力発生室
３４ 連通管部
３４ａ 開口
５７ 液供給路

（図１５において）
１００ インクカートリッジ一体型ヘッド
１０１ ノズル孔
１０２ インクジェットヘッド
１０３ インクタンク

（図１６において）
１１１ 記録装置本体
１１２ 印字機構
１１３ 用紙
１１４ 給紙カセット
１２０ 駆動プーリ
１２１ 主ガイドロッド
１２２ 従ガイドロッド
１２３ キャリッジ
１２４ 記録ヘッド
１２５ インクカートリッジ
１２７ 主走査モータ
１２８ 駆動プーリ
１２９ 従動プーリ
１３０ タイミングベルト

（図１７において）
５０ マイクロポンプ
５１ 圧電型アクチュエーター
５２ 流路形成基板
５３ 流路
５４ 積層振動板
５６ 振動室
５７ 基板絶縁膜
５８ 第１絶縁膜
５９ 第２絶縁膜
６０ 第１電極層
６１ 圧電体層
６２ 第２電極層
６３ 剛性調製膜
６４ 犠牲層除去封止膜

特許３８２０５８９号公報 特開２００５−２２３１５９号公報 特開２０００−２７２１２６号公報

Claims (9)

1. アクチュエーター基板上に、所定長さを有する空隙を介して絶縁膜を形成し、当該絶縁膜上に、第１電極層、圧電体層及び第２電極層を順次積層して形成された圧電体素子を有する振動板を形成した圧電型アクチュエーターにおいて、
   前記圧電体素子中の圧電体層は、実質的に等厚の層厚を有し、当該圧電体層に、当該圧電体層の厚みより大きい段差を有する段差部を主撓み方向に対して交叉させて形成させてなることを特徴とする圧電型アクチュエーター。
2. 請求項１記載の圧電型アクチュエーターにおいて、
   前記段差部は、前記流体の流れ方向に沿って複数個形成されていることを特徴とする圧電型アクチュエーター。
3. 請求項１又は２記載の圧電型アクチュエーターにおいて、
   前記圧電体素子中の第１電極層及び第２電極層は、前記段差部に対応して段差部を有することを特徴とする圧電型アクチュエーター。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の圧電型アクチュエーターにおいて、
   前記段差部は、前記流体の流れ方向に対して交叉させて形成させた第１の段差部と交叉する前記流体の流れ方向に沿った方向に形成して第２の段差部とを有して、当該第１の段差部と第２の段差部とを交叉させて格子状に形成されていることを特徴とする圧電型アクチュエーター。
5. 振動板上に圧力発生室を形成する開口を有する流路形成基板を取り付け、当該開口上にノズル孔を有するノズル板で当該開口を閉蓋して、前記圧力発生室内の液体に前記振動板の振動によって圧力を変動させて前記ノズル孔から液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、
   前記振動板は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の圧電型アクチュエーターの振動板であることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
6. 液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを搭載した液滴吐出装置において、
   前記液滴吐出ヘッドが請求項５記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする液滴吐出装置。
7. インク液滴をノズル孔から吐出する液滴吐出ヘッドと、当該液滴吐出ヘッドにインク液を供給するインクタンクを一体化したインクカートリッジ一体型ヘッドにおいて、
   前記液滴吐出ヘッドは、請求項５記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクカートリッジ一体型ヘッド。
8. インク液滴をノズル孔から吐出する液滴吐出ヘッドと、当該液滴吐出ヘッドに対向させて被記録体を搬送させる搬送手段と、当該搬送手段によって搬送される被記録体の搬送方向に対して交叉させる方向に前記液滴吐出ヘッドを走査させるヘッド走査手段とを備えたインクジェット記録装置において、
   前記液滴吐出ヘッドは、請求項５記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とするインクジェット記録装置。
9. 液体の流路内の断面積を変化させて液体を輸送する輸送手段を備えたマイクロポンプにおいて、
   前記輸送手段は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の圧電型アクチュエーターによって液体の流路内の断面積を変化させて液体を輸送するものであることを特徴とするマイクロポンプ。

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