JP2011151285A - 圧電素子の製造方法および液滴吐出装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電体層にダメージを生じさせにくく、簡易な工程で圧電素子を製造することができる圧電素子の製造方法を提供する。
【解決手段】圧電素子の製造方法は、基板１の上に第１導電層１０を形成する工程と、少なくとも第１導電層１０の上に圧電体からなる圧電体層を形成する工程と、圧電体層の上に第２導電層を形成する工程と、を含み、圧電体層を形成する工程は、感光性樹脂、圧電体の原料、および溶媒を含有するインクを塗布してインク層２２ａを形成する工程と、インク層２２ａに露光および現像を行い、インク層２２ａを圧電体層のパターンに対応するパターンにパターニングする工程と、パターニングされたインク層から、少なくとも溶媒を除去する工程と、パターニングされたインク層を熱処理することにより、原料を圧電体とする工程と、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧電素子の製造方法および液滴吐出装置の製造方法に関する。

高画質、高速印刷を可能にするプリンターとして、インクジェットプリンターが知られている。インクジェットプリンターは、内容積が変化するキャビティーを備えたインクジェット式記録ヘッドを備え、このヘッドを走査させつつそのノズルからインク滴を吐出することにより、印刷を行うものである。このようなインクジェットプリンター用のインクジェット式記録ヘッドにおけるアクチュエーターとしては、従来、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電体を用いた圧電素子が用いられている特許文献１等）。

圧電素子は、基本的な構造として、圧電体を２つの電極が挟持した構造を有している。またこのような圧電素子は、一般に、フォトリソグラフィー法等によって、圧電体をパターニングして形成される（特許文献２、３）。

特開２００１−２２３４０４号公報 特開２００８−２４４２６６号公報 特開２００６−００５１５２号公報

しかしながら、従来の圧電素子の製造においては、圧電体のパターニングはドライエッチングによって行われていたため、圧電体にダメージが生じやすく、圧電素子としたときに、特性（電気機械変換特性、リーク電流特性など）が劣化しやすいという問題があった。また、従来の製造方法では、フォトリソグラフィー法を用いているため、レジストの塗布、パターニング、剥離といった工程を有するため、工程数が多く材料費やトータルのコストの高いものであった。

本発明のいくつかの態様にかかる目的の一つは、圧電体層にダメージを生じさせにくく、簡易な工程で圧電素子を製造することができる圧電素子の製造方法を提供することにある。

本発明は上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。

［適用例１］
本発明にかかる圧電素子の製造方法の一態様は、
基板の上に第１導電層を形成する工程と、
少なくとも前記第１導電層の上に圧電体からなる圧電体層を形成する工程と、
前記圧電体層の上に第２導電層を形成する工程と、
を含み、
前記圧電体層を形成する工程は、
感光性樹脂、前記圧電体の原料、および溶媒を含有するインクを塗布してインク層を形成する工程と、
前記インク層に露光および現像を行い、前記インク層を前記圧電体層のパターンに対応するパターンにパターニングする工程と、
前記パターニングされたインク層から、少なくとも溶媒を除去する工程と、
前記パターニングされたインク層を熱処理することにより、前記原料を前記圧電体とする工程と、を含む。
本適用例の圧電素子の製造方法によれば、ダメージの少ない圧電体層を有する圧電素子を簡易な工程で製造することができる。すなわち、本適用例の圧電素子の製造方法は、圧電体をドライエッチングによらず、比較的マイルドな条件の露光現像によってパターニングするため、圧電体層にダメージが生じにくく、特性のよい圧電素子を製造することができる。

［適用例２］
適用例１において、
前記感光性樹脂は、ポリイミド、ポリビニルアルコール誘導体、ノボラック、ベンゾシクロブテン、およびこれらの前駆体から選択される少なくとも一種を含有する、圧電素子の製造方法。
本適用例の圧電素子の製造方法によれば、圧電体のパターニングをより容易に行うことができる。

［適用例３］
適用例１または適用例２において、
前記圧電体は、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ジルコン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、チタン酸バリウム、およびポリフッ化ビニリデンから選択される少なくとも一種を含む、圧電素子の製造方法。
本適用例の圧電素子の製造方法によれば、圧電体層の電気機械変換効率がより良好な圧電素子を製造することができる。

［適用例４］
適用例１ないし適用例３のいずれか一例において、
前記インク層をパターニングする工程における露光は、マスクを用いて行われ、
前記露光は、前記マスクおよび前記インク層の間の間隔を３０μｍ以上として行われる、圧電素子の製造方法。
本適用例の圧電素子の製造方法によれば、圧電体層の側面の基板に対する傾斜を小さくすることができる。そのため、第２導電層を形成する工程におけるステップカバレッジが向上し、第２導電層の厚みをより均一に形成することができる。これにより、第２導電層の断線が抑制されるとともに、第２導電層によって圧電体層を被覆する場合には、圧電体層がより良好に被覆された圧電素子を製造することができる。

［適用例５］
適用例１ないし適用例４に記載された圧電素子の製造方法を含む、液滴吐出装置の製造方法。
このようにすれば、ダメージの少ない圧電体層を有する圧電素子を含む液滴吐出装置を簡易な工程で製造することができる。すなわち、本適用例の液滴吐出装置の製造方法は、圧電体をドライエッチングによらず、比較的マイルドな条件の露光現像によってパターニングして、圧電素子を形成するため、圧電体層のダメージの少ない特性のよい圧電素子を有したより高性能な液滴吐出装置を製造することができる。

実施形態の圧電素子の製造方法の一工程を模式的に示す図。 実施形態の圧電素子の製造方法の一工程を模式的に示す図。 実施形態の圧電素子の製造方法の一工程を模式的に示す図。 実施形態の圧電素子の製造方法の一工程を模式的に示す図。 実施形態の圧電素子の製造方法の一工程を模式的に示す図。 実施形態の圧電素子の製造方法の一工程を模式的に示す図。 実施形態の製造方法で製造される圧電素子の一例を模式的に示す図。 実施形態の製造方法で製造される圧電素子の一例を模式的に示す図。 変形例１の圧電素子の製造方法の一工程を模式的に示す図。 露光ギャップと傾斜角の関係を示すグラフ。 変形例１の製造方法によって製造される圧電素子を模式的に示す図。 変形例２の製造方法によって製造される圧電素子を模式的に示す図。 実施形態の製造方法で製造される液滴吐出ヘッドの分解斜視図。 実施形態の製造方法で製造される液滴吐出装置の斜視図。

以下に本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお以下の実施形態は、本発明の一例を説明するものである。そのため、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で実施される各種の変形例も含む。なお、下記の実施形態で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。また、ここでは説明の便宜のために、単純な例を示すのであり、本実施形態の圧電素子の構造は、ここで示す構造に限定されるものではない。

１．圧電素子の製造方法
本実施形態の圧電素子の製造方法は、第１導電層を形成する工程と、圧電体層を形成する工程と、第２導電層を形成する工程と、を含む。

図１ないし図６は、本実施形態の圧電素子の製造方法によって圧電素子１００を製造する工程を模式的に示す断面図である。図７は、本実施形態の圧電素子の製造方法によって製造される圧電素子の一例である圧電素子１００の断面の模式図である。

１．１．第１導電層を形成する工程
まず、図１および図２に示すように、第１導電層１０を形成する。第１導電層１０は、例えば、基板１の一方の主面に形成される。基板１は、例えば、半導体または絶縁体で形成された平板とすることができる。基板１は、単層であっても、複数の層が積層された構造であってもよい。また、基板１は、上面が平面的な形状であれば内部の構造は限定されず、例えば、内部に空間等が形成された構造であってもよい。また、例えば、後述する液滴吐出ヘッドのように、基板１の他方の主面側に圧力室等が形成されているような場合においては、基板１を含む複数の構成をまとめて一つの基板１とみなしてもよい。

基板１は、可撓性を有してもよく、圧電体層３０（圧電素子１００）の動作によって変形（屈曲）することのできる振動板（絶縁層）であってもよい。この場合は、振動板と、圧電素子１００を含む圧電アクチュエーターとなることができる。基板１が振動板である場合は、基板１の材質としては、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機酸化物、無機窒化物、およびステンレス鋼などの合金を例示することができる。これらのうち、基板１（振動板）の材質としては、化学的安定性および剛性の点で、酸化ジルコニウムが特に好適である。この場合においても基板１は、例示した物質の２種以上の積層構造であってもよい。

また、基板１は、シリコン基板や水晶基板であってもよい。この場合、基板１を例えば音叉型に形成し、圧電素子１００によって励振、または、圧電素子１００によって振動を検出するタイミングデバイスを構成することができる。また、この場合、超音波発振器等の超音波デバイス、超音波モーターのような機械的出力を有するデバイス、および、基板１に加わる応力や基板１の変形を圧電素子１００によって検出するような圧力センサー等の圧電デバイスを構成することができる。

第１導電層１０は、図１に示すように、基板１の主面全体に導電層１０ａを形成し、図２に示すように、パターニングして形成することができる。導電層１０ａは、例えば、導電材料の蒸着、スパッタ、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等により形成することができる。次いで、導電層１０ａをフォトリソグラフィー法等によって、パターニングして、図２に示すような第１導電層１０を形成することができる。なお、第１導電層１０は、印刷、インプリンティングなどの方法で形成することもでき、この場合は、導電層１０ａを形成する工程は不要となり、基板１の主面に直接、第１導電層１０を形成することができる。

第１導電層１０の材質としては、ニッケル、イリジウム、白金などの各種の金属、それらの導電性酸化物（例えば酸化イリジウムなど）、ＳｒＲｕＯ_３やＬａＮｉＯ_３といった複合酸化物など、を用いることができる。また、第１導電層１０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。例えば、第１導電層１０は、材質を白金とし、スパッタ法により、１００ｎｍの厚みに形成される。

１．２．圧電体層を形成する工程
次に、圧電体層２０を形成する。図３ないし図６は、本工程を模式的に示す断面図である。

圧電体層２０は、少なくとも第１導電層１０の上に形成される。図３ないし図６の例では、圧電体層２０は、第１導電層１０および基板１の上に形成されている。圧電体層２０は、第１導電層１０の上にのみ形成されてもよい。

圧電体層２０は、圧電体からなる。圧電体としては、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ジルコン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、チタン酸バリウム、およびポリフッ化ビニリデンから選択される少なくとも一種が挙げられる。圧電体層２０を構成する圧電体は、形成された後に適宜分極処理されることができる。

圧電体層２０を形成する工程は、第１導電層１０を含む基板１上にインク層２２ａを形成する工程と、インク層２２ａをパターニングする工程と、パターニングされたインク層２２から、少なくとも溶媒を除去する工程と、パターニングされたインク層２２を圧電体とする工程と、を含む。

１．２．１．インク層を形成する工程
まず、図３に示すように、インク層２２ａを基板１の第１導電層１０が形成された主面の全体に形成する。この工程は、例えば、スピンコート法、スリットコート法、ダイコート法、バーコート法、スプレーコート法、ディッピング法などにより、インクを塗布することによって行うことができる。

本工程で使用するインクは、感光性樹脂、圧電体の原料、および溶媒を含有する。

感光性樹脂としては、ポリイミド、ポリビニルアルコール誘導体、ノボラック、ベンゾシクロブテン、およびそれらの前駆体から選択される少なくとも一種とすることができる。感光性樹脂は、光が照射された部分が現像により除去されるポジ型、および光が照射されなかった部分が現像により除去されるネガ型のいずれであってもよい。

圧電体の原料としては、圧電体の粉末、圧電体の前駆体などが挙げられる。圧電体の粉末としては、上述の圧電体の粉末を用いることができる。圧電体の前駆体としては、酢酸鉛、硝酸鉛などの鉛酸塩、ジルコニウムテトラノルマルプロピロキシドなどのジルコニウムアルコキシド、チタニウムテトライソプロポキシドなどのチタニウムアルコキシド、トリス（エチルシクロペンタジエニル）ランタン、ブロモ（メチル）マグネシウム、オクチル酸ニオブ、メチルリチウム、酢酸バリウム、などの有機金属化合物を挙げることができる。また、圧電体をＰＺＴとする場合には、圧電体の原料としては、チタニウムテトライソプロポキシド、テトラ−ｎ−プロポキシジルコニウム、酢酸鉛の混合物を例示することができる。

溶媒としては、感光性樹脂および圧電体の原料を溶解または分散させることのできるものを用いる。溶媒の具体例としては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−メトキシエタノール、２−エトキシエタノール、１−ブタノール、２−ｎ−ブトキシエタノール、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−ブチロラクタン、スルホラン、メチルスルホラン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、酪酸エチル、乳酸メチル、乳酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、プロピオニトリル、アセトニトリル、アニソール、ジエチルエーテル等を挙げることができ、これらの２種以上の混合溶媒であってもよい。

本工程で用いるインクは、上述の感光性樹脂、圧電体の原料、および溶媒を含有し、上述の方法によって塗布できる程度の粘度を有する。また、本工程で用いるインクは、界面活性剤や分散剤などの他の物質をさらに含有してもよい。

１．２．２．インク層をパターニングする工程
図４は、インク層２２ａにマスク５０を近傍に配置させて露光する様子を示す。図５は、露光されたインク層２２ａが現像された後のインク層２２を示す模式図である。

本実施形態では、ネガ型の感光性樹脂を用いた例を示す。マスク５０は、例えば、図示のようにクロムの遮光パターン５４が形成された石英板５２を用いることができる。この例では、マスク５０の透過部分に位置するインク層２２ａが光Ｌによって露光されている。以下、図４に示すように、マスク５０の下面と、インク層２２ａの上面との間の距離を「露光ギャップ」と称し、符号Ｇを付す。光Ｌとしては、例えば、可視光、紫外光などを用いることができる。そして、現像処理を行い、図５に示すようなパターンのインク層２２を形成する。現像に用いる現像液としては、アルカリ現像液、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、Ｎ−メチルピロリドンなどを、感光性樹脂の性質に応じて、適宜用いることができる。

本工程の露光・現像を経ると、図５に示すような、最終的な圧電体層２０のパターンに対応するパターンのインク層２２が得られる。この後の乾燥、焼成等の工程において、インク層２２が収縮等の変形を受けるおそれがある場合には、本工程では、あらかじめ当該変形を考慮したパターンにパターニングされてもよい。

本工程の露光・現像によるインク層２２ａのパターニングは、現像液を用いた現像処理によって行われる。そのため、パターニングされたインク層２２に含まれる圧電体またはその前駆体に対して、ほとんどダメージを与えることがない。すなわち、圧電体がドライエッチング等の物理的な加工を受けないため、インク層２２に含まれる圧電体は、ダメージの少ない良好な状態となっている。

１．２．３．溶媒を除去する工程
次に、パターニングされたインク層２２から、少なくとも溶媒を除去する。本工程は、例えば、ホットプレート等を用いて、１００℃〜５００℃程度に加熱することにより行うことができる。本工程により、インク層２２に含まれる溶媒が除去される。また、インク層２２に、感光性樹脂や圧電体の原料に由来する比較的低分子量の物質が含まれる場合には、本工程により、当該物質が除去されてもよい。

１．２．４．インク層を熱処理する工程
次に、パターニングされたインク層２２を熱処理する。図６は、インク層２２が、本工程を経て、圧電体層２０となった状態を模式的に示す断面図である。

本工程を経ることにより、インク層２２中の圧電体の原料が、化学変化または結晶化して圧電体となり、圧電体層２０が形成される。また、本実施形態では、本工程により、インク層２２中に含まれる圧電体を構成する以外の材料、すなわち、感光性樹脂や圧電体の原料の副生成物などは除去され、圧電体からなる圧電体層２０が形成される。

本工程は、例えば、拡散炉またはＲＴＡ装置を用いて行うことができる。拡散炉を用いることにより、インク層２２を均一に加熱することができる。熱処理の温度は、例えば４５０℃以上８００℃以下とすることができる。また、本工程は、酸素雰囲気において行われる。酸素雰囲気において熱処理されることにより、圧電体層２０の酸素欠損が補われ、圧電体の結晶性を良好にすることができる。また、酸素雰囲気において熱処理されることにより、インク層２２に含まれる有機成分を酸化して除去することができる。また、本工程は、窒素雰囲気等の不活性なガス雰囲気で行われてもよい。本工程は、拡散炉を用いた場合、例えば、３０分以上６０分以下の時間で行われることができる。

圧電体層を形成する工程は、インク層２２ａを形成する工程、インク層２２ａをパターニングする工程、溶媒を除去する工程、およびパターニングされたインク層２２を圧電体とする工程の組を、所望の膜厚の圧電体層２０が得られるまで、複数回繰り返して行ってもよい。

１．３．第２導電層を形成する工程
図７は、第２導電層３０が形成された様子を模式的に示す断面図である。

図７に示すように、第２導電層３０を形成する。第２導電層３０は、Ｉｒ、Ｐｔなどの高融点金属や、ＩｒＯ_２、ＳｒＲｕＯ_３、ＬａＮｉＯ_３などの酸化物、導電性高分子を用いることができる。また、第２導電層３０は、第１導電層１０と同様にスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、スピンコート法、印刷法などにより形成できる。また、第２導電層３０は、例示した材料の単層でもよいし、複数の材料を積層した構造であってもよい。

第２導電層３０は、必要に応じてパターニングされることができる。また、第２導電層３０は、複数の圧電素子が形成される場合の共通電極となってもよい。図示の例では、第２導電層３０は、圧電体層２０の上面および側面を覆っている。第２導電層３０は、圧電体層２０の側面を覆うように形成されると、圧電体層２０を水分等から保護することができる。

以上のようにして、図７に示すような圧電素子１００を製造することができる。本実施形態の圧電素子の製造方法によれば、感光性を有するインクを用いて圧電体層２０を形成するため、従来プロセスより工程数を大幅に削減することができる。それに伴い、フォトレジスト等の材料費、エッチング装置、レジスト剥離装置等も不要となり、コスト削減が可能となる。また、ドライエッチングやアッシングによる圧電体層２０へのダメージも低減することができる。そして、本実施形態の圧電素子の製造方法によって製造された圧電素子１００は、圧電体層２０の圧電体の欠陥が少なく、電気機械変換効率が良好で、漏れ電流が低減され耐久性が良好となっている。

１．４．その他の工程
次に、必要に応じて、図８に示すように、保護膜４０を形成する。保護膜４０は、圧電素子１００の表面を覆うように形成される。図示しないが、保護膜４０の適宜な位置に、第２導電層３０にコンタクトを採るためのコンタクトホールが形成されてもよい。保護膜４０としては、例えば、シリコン系酸化膜、シリコン系窒化膜、シリコン系酸窒化膜、酸化アルミニウムを用いることができる。保護膜４０は、できるだけ柔らかい材料、ヤング率の小さい材料で形成されることが望ましい。保護膜４０の好ましい材質としては、例えば、パラキシリレン系、ポリイミド系、ポリアミド系、エポキシ系、または有機／無機ハイブリッド系の材料が挙げられる。パラキシリレン系樹脂としては、poly-monochloro-paraxylylene(パリレンＣ、poly-paraxylylene(パリレンＮなどがある。これらの樹脂は、疎水性が高く、ガスをほとんど透過しない。また、有機／無機ハイブリッド材料は、ｎｍレベルで有機成分、無機成分を複合化することにより、有機成分、無機成分のメリットを相乗的に高めることができる。有機／無機ハイブリッド材料としては、シリコーン樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂などの材料が代表的である。また、これらの材料は感光性を持たせることも可能なため、マスク露光によるパターニングも容易である。そのため、これらの樹脂を保護膜４０に用いる場合には、さらにプロセスを短縮し、低コスト化することができる。

保護膜４０は、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、スピンコート法、印刷法などによって形成することができ、必要に応じてフォトリソグラフィー法によりパターニングすることができる。

保護膜４０を形成すると、保護膜４０によって、圧電素子１００の圧電体が外気と直接接することがなくなり、例えば、圧電素子１００に水素や水分等の物質を接触させにくくすることができる。

以上のように、本実施形態の圧電素子の製造方法によれば、ダメージの少ない圧電体層２０を有する圧電素子１００を簡易な工程で製造することができる。すなわち、本実施形態の圧電素子の製造方法は、圧電体層のパターンの形成を、ドライエッチングでなく、露光・現像のみによって行うため、圧電体層２０にダメージが生じにくく、特性のよい圧電素子を製造することができる。

１．５．変形例
１．５．１．変形例１
図９は、本実施形態の圧電素子の製造方法の変形例１を模式的に示す図である。図１０は、図４で示される露光ギャップＧおよび図９で示される傾斜角θの関係を示すグラフである。

上記実施形態では、「１．２．２．インク層をパターニングする工程」において、マスク５０をインク層２２ａの近傍に配置させて露光させる態様であった。変形例１では、同工程において、マスク５０をインク層２２ａから特定の距離（例えば、露光ギャップＧ＝６０μｍ）離間させて光Ｌにより露光を行う。

本変形例では、マスク５０をインク層２２ａから離間させて露光処理を行っている。このようにすると、マスク５０のエッジによって、露光のための光Ｌの回折を大きくすることができる。そのため、インク層２２ａの露光部分と非露光部分との境界が傾斜するとともに、露光部分と非露光部分の間の露光量の変化を緩やかにすることができる。

これにより、現像処理においてインク層２２ａの非露光部分を除去する際のエッジ部分の傾きを制御することができる。すなわち、図９に示すように、現像処理後のインク層２２の側面の傾きを変化させることができる。

ここで、図９に示すように、インク層２２の側面が基板１と接続する位置において、基板１の上面およびインク層２２の側面がなす角を角θ（θ＜９０°）とする。発明者の検討により、図１０に示すように、露光ギャップＧが大きくなるほど、角θは小さくなることが判明している。

したがって、露光ギャップＧを大きくすることで、インク層２２の側面が基板１と接続する位置において、基板１の上面およびインク層２２の側面がなす角θを小さくすることができる。角θが小さくなると、例えば、第２導電層３０を形成する場合に、インク層２２（圧電体層２０）の側面におけるカバレッジを向上させることができる。また、角θが小さくなると、第２導電層３０上に、保護膜４０を形成する場合に、インク層２２（圧電体層２０）の側面におけるカバレッジを向上させることができる。

さらに、角θが５０°よりも小さいと、圧電体層２０の側面におけるカバレッジが特に良好となる。その場合の露光ギャップＧは、図１０から読み取ると２３μｍ程度である。したがって、露光ギャップＧが３０μｍ以上であれば、極めて良好な圧電体層２０の側面におけるカバレッジを達成することができる。

図１１は、本変形例の製造方法によって得られる圧電素子１２０の断面の模式図である。圧電素子１２０の圧電体層２０の側面は、傾斜しており、これにより、第２導電層３０および保護膜４０の圧電体層２０の側面における厚みが十分に厚く形成されている。これにより、第２導電層３０の断線等が抑制され、保護膜４０による圧電体層２０の保護効果が高まっている。本変形例は、インク層２２ａが光が照射された部分が現像により除去されるポジ型であっても同様にインク層２２の側面を傾斜させて形成することができる。さらに、本変形例では、露光ギャップＧによる光Ｌの回折によって、インク層２２ａの露光部分の境界部分が傾斜するとともに、露光部分と非露光部分の間の露光量の変化を緩やかにしているが、ステッパ等による投影露光を用いて、フォーカスオフセットを行うことによっても同様の効果を得ることができる。

本変形例の圧電素子の製造方法によれば、圧電体層２０の側面の基板に対する傾斜を小さくすることができる。そのため、第２導電層３０および保護膜４０の少なくとも一方において、これを形成する工程におけるステップカバレッジが向上し、厚みをより均一に形成することができる。これにより、例えば、第２導電層３０の断線が抑制されるとともに、第２導電層３０による圧電体層２０の被覆がより良好な圧電素子を製造することができる。また、例えば、保護膜４０による圧電体層２０の被覆がより良好な圧電素子を製造することができる。

１．５．２．変形例２
図１２は、変形例２の圧電素子１４０の断面の模式図である。圧電素子１４０の圧電体層２０を構成する圧電体は、有機成分２４を含む。

有機成分２４としては、例えば、カーボン、樹脂などを挙げることができる。圧電体が有機成分２４を含むことにより、圧電体層２０の機械的強度を高めることができる。すなわち、圧電体層２０が駆動されたときに、圧電体に生じる応力を、有機成分２４が吸収または緩和することができる。したがって、圧電素子１４０は、機械的な耐久性が高くなっている。

このような圧電素子１４０は、本実施形態の圧電素子の製造方法において「１．２．４．インク層を熱処理する工程」を以下のように変形して製造することができる。

上記実施形態では、４５０℃以上８００℃以下、３０分以上６０分以下の時間で熱処理を行って、インク層２２中に含まれる圧電体を構成する以外の材料、すなわち、感光性樹脂や圧電体の原料の副生成物などは除去した。これに対して、本変形例では、熱処理の温度、時間、および感光性樹脂の種類の少なくとも一種を調節することで、樹脂またはカーボンを圧電体に導入する。

この場合の有機成分２４は、感光性樹脂であってもカーボンであっても良く、感光性樹脂であると、有機成分２４がより柔軟になり、圧電素子の耐久性をさらに高めることができる。なお、有機成分２４を感光性樹脂およびカーボンのいずれにするかは、本工程の温度、時間、および感光性樹脂の種類の少なくとも一種を調節することによって選択することができる。

例えば、感光性樹脂として、ポリイミド、ベンゾシクロブテン等の耐熱性の高いものを用い、６００℃程度で、２０分程度熱処理を行うことにより、インク層２２中の圧電体の原料が、化学変化または結晶化するとともに、感光性樹脂（有機成分２４）を含む圧電体からなる圧電体層２０を形成することができる。この場合、特に、感光性樹脂と保護膜４０を構成する材料とを、成分が同じか親和性の高いものを選択すると、保護膜４０と圧電体層２０との密着性を高めることができる。

２．液滴吐出装置の製造方法
本発明の液滴吐出装置の製造方法は、上記実施形態の圧電素子の製造方法を含む。以下、上記実施形態の圧電素子の製造方法を用いて製造される液滴吐出ヘッド６００および液滴吐出装置７００について述べる。

２．１．液滴吐出ヘッド
図１３は、液滴吐出ヘッド６００の要部を模式的に示す断面図である。液滴吐出ヘッド６００は、少なくとも、上述の圧電素子と、基板１と、ノズル板６１０と、を有する。以下は、液滴吐出ヘッド６００が上述の圧電素子１００を有する場合について例示する。液滴吐出ヘッド６００の基板１は、振動板６２１および圧力室基板６２０を合わせたものに相当する。

ノズル板６１０は、図１３に示すように、ノズル孔６１２を有する。ノズル孔６１２からは、インクが吐出されることができる。ノズル板６１０には、例えば、多数のノズル孔６１２が一列に設けられている。ノズル板６２０の材質としては、例えば、シリコン、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などを挙げることができる。

圧力室基板６２０は、ノズル板６１０上（図１３の例では下）に設けられている。圧力室基板６２０の材質としては、例えば、シリコンなどを例示することができる。圧力室基板６２０がノズル板６１０と振動板６２１との間の空間を区画することにより、図１３に示すように、リザーバー（液体貯留部）６２４と、リザーバー６２４と連通する供給口６２６と、供給口６２６と連通する圧力室６２２と、が設けられている。この例では、リザーバー６２４と、供給口６２６と、圧力室６２２とを区別して説明するが、これらはいずれも液体の流路であって、このような流路はどのように設計されても構わない。また例えば、供給口６２６は、図示の例では流路の一部が狭窄された形状を有しているが、このような構造は、設計にしたがって任意に形成することができ、必ずしも必須の構成ではない。リザーバー６２４、供給口６２６および圧力室６２２は、ノズル板６１０と圧力室基板６２０と振動板６２１とによって区画されている。リザーバー６２４は、外部（例えばインクカートリッジ）から、振動板６２１に設けられた貫通孔６２８を通じて供給されるインクを一時貯留することができる。リザーバー６２４内のインクは、供給口６２６を介して、圧力室６２２に供給されることができる。圧力室６２２は、振動板６２１の変形により容積が変化する。圧力室６２２はノズル孔６１２と連通しており、圧力室６２２の容積が変化することによって、ノズル孔６１２からインク等が吐出される。

圧電素子１００は、圧力室基板６２０上（図１３の例では下）に設けられている。圧電素子１００は、圧電素子駆動回路（図示せず）に電気的に接続され、圧電素子駆動回路の信号に基づいて動作（振動、変形）することができる。振動板６２１は、圧電素子１００の動作によって変形し、圧力室６２２の内部圧力を適宜変化させることができる。

筐体６３０は、図１３に示すように、ノズル板６１０、圧力室基板６２０および圧電素子１００を収納することができる。筐体６３０の材質としては、例えば、樹脂、金属などを挙げることができる。

液滴吐出ヘッド６００は、圧電素子１００を有する。そのため、圧電素子１００の圧電体層２０の特性が良好で、漏れ電流が低減され、安定した動作が可能である。

本実施形態の液滴吐出ヘッドは、たとえば、プリンター等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）、電気泳動ディスプレー等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料吐出ヘッド、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料吐出ヘッドとしても好適に利用することができる。

２．２．液滴吐出装置
図１４は、液滴吐出装置７００を模式的に示す斜視図である。

液滴吐出装置７００は、図１４に示すように、ヘッドユニット７３０と、駆動部７１０と、制御部７６０と、を含む。さらに、液滴吐出装置７００は、装置本体７２０と、給紙部７５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ７２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口７２２と、装置本体７２０の上面に配置された操作パネル７７０と、を含むことができる。

ヘッドユニット７３０は、上述した液滴吐出ヘッド１００（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット７３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ７３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ７３１を搭載した運搬部（キャリッジ）７３２と、を備える。

駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０を往復動させることができる。駆動部７１０は、ヘッドユニット７３０の駆動源となるキャリッジモーター７４１と、キャリッジモーター７４１の回転を受けて、ヘッドユニット７３０を往復動させる往復動機構７４２と、を有する。

往復動機構７４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸７４４と、キャリッジガイド軸７４４と平行に延在するタイミングベルト７４３と、を備える。キャリッジガイド軸７４４は、キャリッジ７３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ７３２を支持している。さらに、キャリッジ７３２は、タイミングベルト７４３の一部に固定されている。キャリッジモーター７４１の作動により、タイミングベルト７４３を走行させると、キャリッジガイド軸７４４に導かれて、ヘッドユニット７３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッド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。

なお、本実施形態では、液滴吐出ヘッド６００および記録用紙Ｐがいずれも移動しながら印刷が行われる例を示しているが、本発明の液滴吐出装置は、液滴吐出ヘッド６００および記録用紙Ｐが互いに相対的に位置を変えて記録用紙Ｐに印刷される機構であればよい。また、本実施形態では、記録用紙Ｐに印刷が行われる例を示しているが、本発明の液滴吐出装置によって印刷を施すことができる記録媒体としては、紙に限定されず、布、フィルム、金属など、広範な媒体を挙げることができ、媒体に適合するように適宜構成を変更することができる。

制御部７６０は、ヘッドユニット７３０、駆動部７１０および給紙部７５０を制御することができる。

給紙部７５０は、記録用紙Ｐをトレイ７２１からヘッドユニット７３０側へ送り込むことができる。給紙部７５０は、その駆動源となる給紙モーター７５１と、給紙モーター７５１の作動により回転する給紙ローラー７５２と、を備える。給紙ローラー７５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラー７５２ａおよび駆動ローラー７５２ｂを備える。駆動ローラー７５２ｂは、給紙モーター７５１に連結されている。制御部７６０によって供紙部７５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット７３０の下方を通過するように送られる。

ヘッドユニット７３０、駆動部７１０、制御部７６０および給紙部７５０は、装置本体７２０の内部に設けられている。

液滴吐出装置７００は、液滴吐出ヘッド６００を有する。したがって圧電素子１００の圧電体層２０の特性が良好で、漏れ電流が低減され、安定した動作が可能で、印刷特性等が良好なものとなっている。

なお、上記例示した液滴吐出装置は、１つの液滴吐出ヘッドを有し、この液滴吐出ヘッドによって、記録媒体に印刷を行うことができるものであるが、複数の液滴吐出ヘッドを有してもよい。液滴吐出装置が複数の液滴吐出ヘッドを有する場合には、複数の液滴吐出ヘッドは、それぞれ独立して上述のように動作されてもよいし、複数の液滴吐出ヘッドが互いに連結されて、１つの集合したヘッドとなっていてもよい。このような集合となったヘッドとしては、例えば、複数のヘッドのそれぞれのノズル孔が全体として均一な間隔を有するような、ライン型のヘッドを挙げることができる。

以上、本発明にかかる圧電素子の製造方法によって製造される液滴吐出装置の一例として、インクジェットプリンターとしての液滴吐出装置７００を説明したが、本発明にかかる液滴吐出装置は、工業的にも利用することができる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したものなどを用いることができる。本発明にかかる液滴吐出装置は、例示したプリンター等の画像記録装置以外にも、液晶ディスプレー等のカラーフィルターの製造に用いられる色材吐出装置、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）、電気泳動ディスプレー等の電極やカラーフィルターの形成に用いられる液体材料吐出装置、バイオチップ製造に用いられる生体有機材料吐出装置としても好適に用いられることができる。

上記液滴吐出ヘッド６００および液滴吐出装置７００の製造方法は、本実施形態の圧電素子の製造方法を用いている。そのため、ダメージの少ない圧電体層を有する圧電素子を含み、簡易な工程で製造することができる。すなわち、液滴吐出装置の製造方法は、圧電体をドライエッチングでなく、露光・現像によってパターニングして、圧電素子を形成するため、圧電体層にダメージが生じにくく、特性のよい圧電素子を有する。そのため、より高性能な液滴吐出装置を製造することができる。

以上に述べた実施形態および各変形実施形態は、任意の複数の形態を適宜組み合わせることが可能である。これにより、組み合わされた実施形態は、それぞれの実施形態が有する効果または相乗的な効果を奏することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１…基板、１０…第１導電層、１０ａ…導電層、２０…圧電体層、２２，２２ａ…インク層、２４…有機成分、３０…第２導電層、４０…保護膜、５０…マスク、５２…石英板、５４…遮光パターン、１００，１２０，１４０…圧電素子、６００…液体噴射ヘッド、６１０…ノズル板、６１２…ノズル孔、６２０…圧力室基板、６２１…振動板、６２２…圧力室、６２４…リザーバー、６２６…供給口、６２８…貫通孔、６３０…筐体、７００…液体噴射装置、７１０…駆動部、７２０…装置本体、７２１…トレイ、７２２…排出口、７３０…ヘッドユニット、７３１…インクカートリッジ、７３２…キャリッジ、７４１…キャリッジモーター、７４２…往復動機構、７４３…タイミングベルト、７４４…キャリッジガイド軸、７５０…給紙部、７５１…給紙モーター、７５２…給紙ローラー、７５２ａ…従動ローラー、７５２ｂ…駆動ローラー、７６０…制御部、７７０…操作パネル、Ｇ…露光ギャップ、Ｌ…光

Claims (5)

1. 基板の上に第１導電層を形成する工程と、
   少なくとも前記第１導電層の上に圧電体からなる圧電体層を形成する工程と、
   前記圧電体層の上に第２導電層を形成する工程と、
   を含み、
   前記圧電体層を形成する工程は、
   感光性樹脂、前記圧電体の原料、および溶媒を含有するインクを塗布してインク層を形成する工程と、
   前記インク層に露光および現像を行い、前記インク層を前記圧電体層のパターンに対応するパターンにパターニングする工程と、
   前記パターニングされたインク層から、少なくとも溶媒を除去する工程と、
   前記パターニングされたインク層を熱処理することにより、前記原料を前記圧電体とする工程と、を含む、圧電素子の製造方法。
2. 請求項１において、
   前記感光性樹脂は、ポリイミド、ポリビニルアルコール誘導体、ノボラック、ベンゾシクロブテン、およびこれらの前駆体から選択される少なくとも一種を含有する、圧電素子の製造方法。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記圧電体は、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸鉛ランタン、チタン酸ジルコン酸鉛ランタン、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、チタン酸バリウム、およびポリフッ化ビニリデンから選択される少なくとも一種を含む、圧電素子の製造方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項において、
   前記インク層をパターニングする工程における露光は、マスクを用いて行われ、
   前記露光は、前記マスクおよび前記インク層の間の間隔を３０μｍ以上として行われる、圧電素子の製造方法。
5. 請求項１ないし請求項４に記載された圧電素子の製造方法を用いる、液滴吐出装置の製造方法。

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