JP2013166323A - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 高い液体吐出特性を得ることができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、並びに圧電素子を提供する。
【解決手段】 液体噴射ヘッドは、ノズルに連通する複数の圧力発生室と、圧力発生室に対応して設けられて、第１電極６０、第１電極上に設けられた圧電体層７０及び圧電体層上に設けられた第２電極８０を有する圧電素子３００とを具備し、第２電極は、圧力発生室の並設方向に亘って連続的に設けられて圧電素子の共通電極を構成しており、第１電極の前記圧電体層の上面視における幅方向における端部は、その厚みが外側に向かって徐々に薄くなり、圧電体層の第１電極の端部に対向する領域の第２電極側の面は外側に向かって第１電極側に傾斜している。
【選択図】図３

Description

本発明は、液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び圧電素子に関する。

液体噴射ヘッドには、ノズルに連通する圧力発生室が設けられた流路形成基板の一方面側に、第１電極、圧電体層及び第２電極がこの順で積層された圧電素子を設け、圧電素子の駆動によって圧力発生室に圧力変化を生じさせて、ノズルからインク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドがある。このようなインクジェット式記録ヘッドに採用されている圧電素子は、例えば、湿気等の外部環境に起因して破壊され易いという問題がある。この問題を解決するために、圧電素子の第１電極を圧力発生室毎に設けて個別電極とし、第２電極を複数の圧力発生室に亘って連続して設けて共通電極としたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構造によれば、第２電極自身が圧電体層の沿面部の保護膜として寄与するため、別途保護膜を設ける必要がない。

特開２００９−１７２８７８号公報（図２及び図４参照）

このようなインクジェット式記録ヘッド等に用いられる圧電素子は、インクジェット式記録ヘッドのインク吐出特性を向上させるために、高い変位量が求められている。変位量は、圧電体層に電圧が印加される領域、即ち圧電体層の第１電極と第２電極とに挟まれた領域である能動部の面積に依存し、この面積が広いほど変位量が大きくなる。しかしながら、所定の面積で能動部を形成しても所望の変位量を得ることができない場合もある。

なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドだけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッド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、高い液体吐出特性を得ることができる液体噴射ヘッド及び液体噴射装置を提供することを目的とする。また、このような液体噴射ヘッドに用いられる圧電素子を提供することを目的とする。

本発明の液体噴射ヘッドは、ノズルに連通する複数の圧力発生室と、該流路形成基板の一方面側に前記圧力発生室に対応して設けられて、第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有する圧電素子とを具備し、前記第２電極は、前記圧力発生室の並設方向に亘って連続的に設けられて前記圧電素子の共通電極を構成しており、前記第１電極の前記並設方向における端部は、その厚みが外側に向かって徐々に薄くなり、前記圧電体層の前記第１電極の前記端部に対向する領域の前記第２電極側の面は外側に向かって前記第１電極側に傾斜していることを特徴とする。本発明では、前記圧電体層の前記第１電極の前記端部に対向する領域の前記第２電極側の面は外側に向かって前記第１電極側に傾斜していることで、圧電体層の実質的な能動部領域を従来に比べて（即ち圧電体層が平坦である場合に比べて）広くすることができ、これにより高い液体吐出特性を得ることが可能である。

前記圧電体層の前記第１電極の前記端部に対向する領域は、該端部の傾斜に従って傾斜していることが好ましい。該端部の傾斜に従って傾斜していることで、前記第１電極の前記端部に対向する領域で形成される電界が第１電極の中央部で形成される電界と略同一となりより高い液体吐出特性を得ることが可能である。

本発明の他の態様は、上記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。これにより、高い液体吐出特性を得ることができる液体噴射装置が実現される。

本発明の圧電素子は、第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を具備し、前記第２電極は、前記圧電体層の上面及び側面を覆っており、前記第１電極の前記圧電体層の上面視における幅方向における端部は、その厚みが外側に向かって徐々に薄くなり、前記圧電体層の前記第１電極の前記端部に対向する領域の前記第２電極側の面は外側に向かって前記第１電極側に傾斜していることを特徴とする。このように構成されていることで、圧電体層の実質的な能動部領域を従来に比べて広くすることができるので、この圧電素子を用いることで、高い液体吐出特性を得ることが可能である。

実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 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に係る記録ヘッド及び従来の記録ヘッドの要部拡大断面図。 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。 実験例の結果を示す記録ヘッドの断面模式図である。 一実施形態に係る記録装置の概略図である。

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に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２（ａ）は、インクジェット式記録ヘッドの断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸ−Ｘ′線拡大断面図である。

図示するように、本実施形態の流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜５０が形成されている。

流路形成基板１０には、隔壁１１で仕切られた複数の圧力発生室１２が並設されている。以下、この圧力発生室１２が並設されている方向を並設方向という。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の並設方向と交差する方向の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。連通部１３は、後述する保護基板のマニホールド部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールドの一部を構成する。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。本実施形態では、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３及びインク供給路１４からなる液体流路が設けられていることになる。

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２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、絶縁体膜５５が形成されている。また、この絶縁体膜５５上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０とがこの順で積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００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、第１電極６０を各圧力発生室１２毎に設けることで、圧電素子３００の個別電極とし、第２電極８０を複数の圧力発生室１２に亘って設けることで共通電極としている。即ち、第２電極８０は、並設方向に亘って設けられている。

なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極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、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電素子３００自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。

以下、圧電素子３００の構成について図２（ｂ）及び図３（ａ）を用いて説明する。図２（ｂ）は圧電素子３００の幅方向における断面図であり、図３（ａ）は図２（ｂ）の一部拡大図である。

圧電素子３００において、第１電極６０は、断面視において略台形となっており、上面部が下面部よりも幅方向の長さが短くなるように、幅方向（圧力発生室１２の並設方向）の端部６１（以下第１傾斜部６１という）が傾斜している。即ち、第１電極６０は、圧電素子３００の幅方向の断面視において、平坦な平坦部６２と幅方向の両端部であって傾斜している第１傾斜部６１とからなる。この第１傾斜部６１の傾斜は、詳しくは後述するように第１電極６０の形成時において形成されたものである。

この第１電極６０を覆っている圧電体層７０では、平坦部６２に対応する領域は同様に平坦であり、第１傾斜部６１に対応する領域である圧電体傾斜部６３は、第１傾斜部６１に従って傾斜し、その端部は絶縁体膜５５に接している。さらにまた、圧電体層７０を覆っている第２電極８０では、平坦部６２に対応する領域は同様に平坦であり、第１傾斜部６１及び圧電体傾斜部６３に対応する領域である第２傾斜部６４は、第１傾斜部６１及び圧電体傾斜部６３に従って傾斜し、絶縁体膜５５の上面に延設されている。即ち、本実施形態においては、第１傾斜部６１、圧電体傾斜部６３及び第２傾斜部６４（以下、単に傾斜部ともいう）は全て同一の傾斜角度で傾斜している。

第１傾斜部６１、圧電体傾斜部６３及び第２傾斜部６４が全て同一の角度で傾斜していることから、圧電体層７０及び第２電極８０では、各傾斜部における膜厚と平坦部における膜厚とは同一である。即ち、圧電体層７０の膜厚は幅方向において一定であり、第１傾斜部６１の絶縁体膜５５との縁部における圧電体層７０の厚さｙ１と、第１傾斜部６１の平坦部６２との縁部における圧電体層７０の厚さｙ２とは、同一（ｙ１＝ｙ２）である。

このように各傾斜部の傾斜角度が同一となることにより、圧電体層７０の膜厚が幅方向において一定となることで、第１電極６０と第２電極８０との間で電圧を印加した場合に、電界は電極間の距離に依存してその強度が変化するものであるから、垂直方向の電界強度は圧電素子３００の並設方向において低下しない。

ここで、圧電体層７０の２つの電極に挟まれて圧電体層７０に電界が生じる領域で、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分、即ち圧電体層７０の第１電極６０及び第２電極８０に挟まれて実質的に駆動する領域を能動部（活性部）３２０とする。圧電体層７０の一方の電極６０、８０又は両方の電極が設けられておらず、電界が生じないで実質的に駆動しない領域を非能動部３３０とする。

本実施形態では、各傾斜部の傾斜角度が同一となることで電界強度が幅方向において一定であるので、能動部３２０の幅方向の長さは、第１電極６０の下面側の長さに一致する。従って、本実施形態では、第１傾斜部６１の絶縁体膜５５との縁部を垂直に通るラインＬ１から外側の領域が非能動部３３０であり、ラインＬ１から内側の領域が能動部３２０である。

これに対し、従来の圧電体層７０においては、能動部３２０の幅方向の長さは、第１電極６０の下面側の長さに一致しない。従来の圧電体層７０について図３（ｂ）を用いて説明する。図３（ｂ）に示す従来の圧電素子３０１では、圧電体層７０では、第１電極６０の平坦部６２上に形成された圧電体層７０よりも第１傾斜部６１上に形成された圧電体層７０の方がその膜厚が厚かった。これは、詳しくは後述するが第１電極６０上に圧電体前駆体膜を形成する場合に第１電極６０に対する被覆性が低いからである。

そうすると、従来の圧電素子３０１では、第１傾斜部６１の絶縁体膜５５との縁部における圧電体層７０の厚さｙ１と、第１傾斜部６１の平坦部６２との縁部における圧電体層７０の厚さｙ２とは、ｙ１＞ｙ２となる。従って、第１電極６０と第２電極８０との間で電圧を印加した場合に、圧電体層７０は、第１傾斜部６１の平坦部６２との縁部よりも第１傾斜部６１の絶縁体膜５５との縁部の方が厚みが厚いことから（ｙ１＞ｙ２）、第１傾斜部６１に対応する領域において幅方向の外側に向かって、垂直方向の電界強度が低下する。このような所望の電界が形成されない領域においては、所望の変位を得ることができない。

即ち、従来の圧電素子３０１においては、ラインＬ１から外側の領域が非能動部３３０であるのは同一であるが、能動部３２０として実質的に機能するのは、第１傾斜部６１の平坦部６２との縁部を垂直に通るラインＬ２から内側の領域であった。ラインＬ１からラインＬ２までの領域は、形成された電界が小さく、実質的には能動部３２０として機能しなかった。従って、従来では、所定の面積で圧電素子３００を形成しても能動部３２０は予め設定された面積よりも実質的には狭くなっており、所望の変位を得ることができないことがあった。

これに対し、上述のように本実施形態では、各傾斜部の傾斜角度が同一となることで電界強度が幅方向において一定であるので、能動部３２０の幅方向の長さは、第１電極６０の下面側の長さに一致する。これにより、能動部３２０として予め設定された領域全体に所定の電界が形成されるので、能動部３２０全体が実質的に駆動に寄与して所望の変位を得ることができ、よりインク吐出特性を向上させることができる。即ち、本実施形態では圧電体層７０の電界が形成される領域が従来に比べて広くなり、同一の駆動電圧でより大きな変位を得ることができ、所望の高いインク吐出特性を得ることができる。

本実施形態では、第１傾斜部６１と圧電体傾斜部６３の傾斜角度は同一であったが、これに限定されない。圧電体傾斜部６３の第１傾斜部６１に対応する領域の第２電極側の面が外側に向かって第１電極６０側（流路形成基板１０側）に傾斜していれば、従来の圧電素子３０１に比較して、圧電体傾斜部６３の第１傾斜部６１に対応する領域の厚みは薄くなる。これにより、従来の圧電素子よりも実質的な能動部３２０を広げることができ、圧電素子の変位特性を向上させて記録ヘッドのインク吐出特性が向上する。ただし、本実施形態のように第１傾斜部６１と圧電体傾斜部６３との傾斜角度が同一であることが最も好ましい。これにより、平坦部６２と第１傾斜部６１とにおける電界が略同一となるからである。なお、圧電体傾斜部６３の第１傾斜部６１に対応する領域の第２電極側の面が外側に向かって第１電極６０側（流路形成基板１０側）に傾斜しているとは、圧電体傾斜部６３の第１傾斜部６１に対応する領域の第２電極側の面の流路形成基板１０からの高さが外側に向かって低下していることをいう。

図１及び図２に戻り、圧電体層７０は、圧力発生室１２の並設方向と交差する方向において、圧力発生室１２よりも長く設けられている。本実施形態では、圧電体層７０は、圧力発生室１２の並設方向とは交差する方向において第１電極６０のインク供給路１４側の端部を覆う大きさで設けられている。

さらに、圧電体層７０は、圧力発生室１２の並設方向とは交差する方向において、第１電極６０の連通部１３とは反対側の端部よりも短く設けられており、第１電極６０の引き出し配線の一部を露出している。この露出された第１電極６０の端部に接続配線１２１を介して駆動回路１２０が電気的に接続される。

なお、圧電体層７０は、電気機械変換作用を示す圧電材料、例えば、ペロブスカイト構造を有し金属としてＺｒやＴｉを含む強誘電体材料、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等からなる。具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、チタン酸ジルコン酸バリウム（Ｂａ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）又はマグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ_３）等が挙げられる。

なお、本実施形態では、圧電体層７０を圧力発生室１２毎に独立して設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧電体層７０を複数の圧力発生室１２に亘って連続するように設けてもよい。本実施形態では、圧電体層７０を圧力発生室１２毎に切り分けて独立して設けることで、圧電体層７０が圧電素子３００の変位を阻害することがない。

第２電極８０は、複数の圧力発生室１２の並設方向に亘って連続して設けられている。ここで、第２電極８０が複数の圧力発生室１２に連続して設けられているとは、図１に示すように隣り合う圧力発生室１２の間で連続しているものも、また、隣り合う圧力発生室１２の間で一部切り分けられているものも含む。

また、第２電極８０は、圧力発生室１２の並設方向と交差する第２の方向において、圧力発生室１２に相対向する領域内に設けられている。すなわち、第２電極８０の圧力発生室１２の並設方向と交差する第２の方向の端部は、圧力発生室１２の領域内に位置するように設けられている。

このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第１電極６０及び絶縁体膜５５上には、マニホールド１００の少なくとも一部を構成するマニホールド部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このマニホールド部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述の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マニホールド１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、マニホールド部３１のみをマニホールドとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にマニホールドと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。

また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、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が設けられている。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。

このような保護基板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。

また、保護基板３０上には、並設された圧電素子３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０と第１電極６０及び第２電極８０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。

このような保護基板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からなり、この封止膜４１によってマニホールド部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のマニホールド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、マニホールド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、図示しない外部のインク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド１００からノズル２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極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２１からインク滴が吐出する。この場合に、本実施形態によれば、各傾斜部により能動部３２０全体が実質的に駆動に寄与するので、圧電素子３００における圧電体層７０の変位量が大きく、所望の吐出性能でインク滴を吐出することができる。

（製造方法）
本発明のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について、以下図４〜図７を用いて説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハーであり流路形成基板１０が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５０を構成する酸化膜５１を形成する。

そして、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（酸化膜５１）上に、弾性膜５０とは異なる材料の酸化膜からなる絶縁体膜５５を形成する。本形態では酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を形成した。

次いで、図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上に第１電極６０を形成する。第１電極６０は、例えば、スパッタリング法やＰＶＤ法（物理蒸着法）などにより形成することができる。

次に、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。ここで、本形態では、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成している。なお、圧電体層７０の製造方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。

圧電体層７０の具体的な作製手順を説明する。まず、図５（ａ）に示すように、第１電極６０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、第１電極６０が形成された流路形成基板用ウェハー１１０上に金属有機化合物を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。

次いで、この圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる（乾燥工程）。例えば、本実施形態の乾燥工程では、流路形成基板用ウェハー１１０上に塗布されたゾルを１５０〜１７０℃で３〜３０分保持することで乾燥する。

次に、乾燥した圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する（脱脂工程）。本形態では、乾燥された圧電体前駆体膜７１を３００〜４００℃に加熱して約３〜３０分保持することで脱脂した。なお、ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７１に含まれる有機成分を、例えば、ＮＯ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ等として離脱させることであり、圧電体前駆体膜７１が結晶化しない程度に、すなわち、非晶質の圧電体前駆体膜７１を形成することをいう。

次に、図５（ｂ）に示すように、圧電体前駆体膜７１を所定温度に加熱して一定時間保持することにより結晶化させ、圧電体膜７２を形成する（焼成工程）。かかる焼成工程においては、脱脂した圧電体前駆体膜７１を５００〜８００℃に加熱して焼成するのが好ましい。

次に、図６（ａ）に示すように、第１電極６０上に１層目の圧電体膜７２を形成した段階で、第１電極６０及び１層目の圧電体膜７２を同時にパターニングする。このパターニング時において第１電極６０の側面が傾斜する。即ち、第１電極６０の端部に第１傾斜部６１が形成される。

そして、上述した前駆体膜形成工程（塗布工程、乾燥工程及び脱脂工程）と、焼成工程とを有する圧電体膜形成工程を２回以上繰り返すことで、図６（ｂ）に示すように、２層目以降、最上層までの圧電体膜７２を積層する。

この場合に、本実施形態では、塗布された圧電体前駆体膜７１が第１電極６０の傾斜に従って傾斜部において傾斜するように、圧電体前駆体溶液の粘度を調製している。即ち、本実施形態においては圧電体前駆体膜７１の被覆性が高い。これにより、複数の圧電体前駆体膜７１は全て形成時に傾斜部が形成されるように塗布されて、傾斜部を有する圧電体膜７２が形成されている。なお、従来は圧電体前駆体溶液をこのように粘度調整をしていなかったために、圧電体前駆体膜を複数積層させることで圧電体層は平坦になったが（即ち圧電体前駆体膜の被覆性が低かった）、本実施形態では圧電体前駆体溶液の粘度調整を行ったことにより圧電体前駆体膜７１の被覆性が高く、これにより各圧電体膜７２に傾斜部が形成された。

その後、図７（ａ）に示すように、２層目以降が積層された圧電体膜７２をパターニングして圧電体層７０を形成する。圧電体層７０は、上述のように調整された圧電体前駆体溶液を用いていることで、第１電極６０の端部である第１傾斜部６１上に圧電体傾斜部６３が形成されている。

次いで、図７（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って第２電極８０を形成し、所定形状にパターニングする。

さらに、図示はしないが、流路形成基板用ウェハー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、各圧電素子３００毎にパターニングする。次いで、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハーを接着剤３５によって接合する。なお、保護基板３０には、マニホールド部３１、圧電素子保持部３２等が予め形成されている。また、保護基板３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するシリコン単結晶基板からなり、保護基板３０を接合することで流路形成基板１０の剛性は著しく向上することになる。その後、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚さにする。

次いで、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜を介して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等を形成する。

その後は、保護基板用ウェハー上に図示しない駆動回路を実装すると共に、駆動回路と延設部６５とを接続配線１２１によって接続する（図２参照）。そして、流路形成基板用ウェハー１１０の圧力発生室１２が開口する面側のマスク膜を除去し、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー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ー１１０の保護基板用ウェハーとは反対側の面にノズル２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハーにコンプライアンス基板４０を接合し、これら流路形成基板用ウェハー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上述した構造のインクジェット式記録ヘッドを製造する。

（実験例）
本実験例では、圧電素子３００の電界強度をシミュレーションにより調べた。

圧電素子３００に電圧を印加した場合の電界強度分布についてのシミュレーション結果を図８（１）に示す。なお、図８（１）において圧電体層７０の圧電体傾斜部は上述した実施形態とは異なり第１傾斜部６１に従って傾斜したものではない。図８（１）において、記載された数値が圧電素子３００のその位置における垂直方向の電界強度を示す。なお、垂直方向の電界強度は第１電極の平坦部における垂直方向の電界強度により規格化した。また、図８（１）において、記載された色は圧電素子３００のその位置における水平方向の電界強度を示す。なお、水平方向の電界強度は第１電極の平坦部における垂直方向の電界強度により規格化した。

比較として、従来の圧電素子３０１に電圧を印加した場合の電界強度分布についてのシミュレーション結果を図８（２）に示す。図８（２）において、記載された数値が圧電素子３０１のその位置における垂直方向の電界強度を示す。なお、電界強度は第１電極の平坦部における電界強度により規格化した。また、図８（２）において、記載された色は圧電素子３００のその位置における水平方向の電界強度を示す。なお、水平方向の電界強度は第１電極の平坦部における垂直方向の電界強度により規格化した。水平方向の電界強度は垂直方向の電界強度の約１/１０程度であり、以降、電界強度は垂直方向のみ扱う。

図８（１）に示すように、圧電体層７０が第１電極６０の端部である第１傾斜部６１において傾斜している場合には、第１傾斜部６１上における電界強度は、平坦部とほとんど変わらないか、もしくは若干大きくなっていた。

従って、幅方向における能動部３２０はラインＬ１で示す領域までとなった。他方で、図８（２）に示すように、圧電体層７０が第１電極６０の端部において傾斜していない場合には、幅方向の外側に行くに従って電界強度は低下した。従って、幅方向における能動部３２０は、ラインＬ２で示す領域までとなった。

このように、第１電極６０の第１傾斜部６１上の圧電体層７０が傾斜した方が、従来に比べて幅方向の電界強度が高くなり、これにより実質的な能動部３２０が広くなることで、圧電素子３００の変位が向上すると考えられる。

上記実施形態で製造された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９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９に示すインクジェット式記録装置において、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、駆動モーター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ー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に巻き掛けられて搬送されるようになっている。

なお、図９に示す例では、インクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ、１Ｂは、それぞれ１つのインクジェット式記録ヘッドを有するものとしたが、特にこれに限定されず、例えば、１つのインクジェット式記録ヘッドユニット１Ａ又は１Ｂが２以上のインクジェット式記録ヘッドを有するようにしてもよい。もちろん、ヘッドユニット１Ａ、１Ｂという形式を取らずに、インクジェット式記録ヘッドを直接インクジェット式記録装置に搭載してもよい。

また、上述したインクジェット式記録装置では、インクジェット式記録ヘッドを有するヘッドユニット１Ａ、１Ｂがキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドが固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。

本実施形態では、圧電体層７０の被覆性を向上させることで圧電体傾斜部６３を形成したが、圧電体傾斜部６３の製造方法はこれに限定されない。例えば、従来と同様に被覆性の悪い圧電体膜７２を積層して形成した後にエッチングで第１傾斜部６１上の圧電体膜７２を傾斜するように除去して圧電体傾斜部６３を形成してもよい。この場合に、さらに圧電体層７０について、第１傾斜部６１の絶縁体膜５５との縁部における圧電体層７０の厚さｙ１よりも第１傾斜部６１の平坦部６２との縁部における圧電体層７０の厚さｙ２が厚くなるように、圧電体層７０を形成してもよい。

さらに、上述した例では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。

また、上述した例では、圧電素子３００の上に耐湿度性を有する保護膜を設けなくても、第１電極６０の圧力発生室１２の第２の方向における一端部は、圧電体層７０によって覆われているため、第１電極６０と第２電極８０との間で電流がリークすることがなく、圧電素子３００の破壊を抑制することができる。なお、第１電極６０の圧力発生室１２の第２の方向の他端部は圧電体層７０に覆われていないが、第１電極６０と第２電極８０との間に距離があるため、特に影響が無い。もちろん、上述した例の圧電素子３００に耐湿度性を有する保護膜を設けることで、圧電素子３００をさらに確実に保護することができるが、上述した例の圧電素子３００のように保護膜を設けないようにすることで、保護膜が圧電素子３００の変位を阻害することがなく、大きな変位量を得ることができる。

さらに、上述した例では、圧電体層７０を各圧力発生室１２毎に切り分けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、圧力発生室１２の並設方向に亘って連続する圧電体層７０を設けるようにしてもよい。

なお、上述した例では、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、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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。

Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 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、 ３０ 保護基板、 ３１ マニホールド部、 ４０ コンプライアンス基板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 第１電極、 ６１ 第１傾斜部、 ６２ 平坦部、 ６３ 圧電体傾斜部、 ６４ 第２傾斜部、 ６５ 延設部、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 １００ マニホールド、 １２０ 駆動回路、 ３００ 圧電素子、 ３２０ 能動部、 ３３０ 非能動部

Claims (4)

1. ノズルに連通する複数の圧力発生室と、該流路形成基板の一方面側に前記圧力発生室に対応して設けられて、第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を有する圧電素子とを具備し、
   前記第２電極は、前記圧力発生室の並設方向に亘って連続的に設けられて前記圧電素子の共通電極を構成しており、
   前記第１電極の前記並設方向における端部は、その厚みが外側に向かって徐々に薄くなり、
   前記圧電体層の前記第１電極の前記端部に対向する領域の前記第２電極側の面は外側に向かって前記第１電極側に傾斜していることを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 前記圧電体層の前記第１電極の前記端部に対向する領域は、該端部の傾斜に従って傾斜していることを特徴とする請求項１記載の液体噴射ヘッド。
3. 請求項１又は２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。
4. 第１電極、該第１電極上に設けられた圧電体層及び該圧電体層上に設けられた第２電極を具備し、
   前記第２電極は、前記圧電体層の上面及び側面を覆っており、
   前記第１電極の前記圧電体層の上面視における幅方向における端部は、その厚みが外側に向かって徐々に薄くなり、
   前記圧電体層の前記第１電極の前記端部に対向する領域の前記第２電極側の面は外側に向かって前記第１電極側に傾斜していることを特徴とする圧電素子。