JP2014166728A - 液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子及び超音波センサー - Google Patents

Abstract

【課題】発熱による性能低下を防止した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】第１電極６０、第１電極６０上に設けられて複数の圧電体膜７４が積層された圧電体層７０、圧電体層７０上に設けられた第２電極８０、及び第１電極６０と第２電極８０とで挟まれた能動部３２０を複数備えた圧電素子３００と、液体を噴射するノズル開口に連通し、圧電素子３００により圧力変化が生じる圧力発生室１２とを備え、圧電体層７０の側面に、第１電極６０側に臨む内面を有する溝を第１電極６０から第２電極８０に向かう第３の方向Ｚとは交差する第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに沿って各圧電体膜７４の界面ごとに複数形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子及び超音波センサーに関する。

従来、圧電素子を変形させて圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせることで、圧力発生室に連通するノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドが知られている。その代表例としては、液滴としてインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドがある。

インクジェット式記録ヘッドは、例えば、ノズル開口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圧電素子を備え、この圧電素子の駆動によって振動板を変形させて圧力発生室に圧力変化を生じさせることで、ノズルからインク滴を噴射させる。

このような圧電素子は、振動板上に設けられた第１電極、圧電体層及び第２電極で構成されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１７２８７８号公報

ノズル開口の高密度化に伴い圧電素子を高密度化すると、圧電素子の厚さや面積が小さくなり、電気容量が大きくなる。電気容量の増大は、圧電素子の発熱量を多くすることになり、この発熱によって圧電素子の性能が低下してしまうという問題がある。

なお、圧電素子を用いた超音波センサーにおいても発熱によりその性能が低下するという問題があり、該圧電素子を用いたインクジェット式記録ヘッドにおいても発熱によりインクの吐出性能が低下するという問題がある。また、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、発熱による性能低下を防止した液体噴射ヘッド、液体噴射装置、圧電素子及び超音波センサー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態様は、第１電極、前記第１電極上に設けられて複数の圧電体膜が積層された圧電体層、前記圧電体層上に設けられた第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた能動部を複数備えた圧電素子と、液体を噴射するノズル開口に連通し、前記圧電素子により圧力変化が生じる圧力発生室とを備え、前記圧電体層の側面には、前記第１電極側に臨む内面を有する溝が前記第１電極から前記第２電極に向かう方向とは交差する方向に沿って前記各圧電体膜の界面ごとに複数形成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、ノズル開口の高密度化に対応して圧電素子を高密度化しても、圧電素子の発熱による性能低下を防止できるため、液体噴射ヘッドとしては、高密度なノズル開口から液体を安定して高精細に吐出することができる。

ここで、前記圧電体層は、前記第１電極側の前記圧電体膜が前記第２電極側の前記圧電体膜よりも外側に突出するように形成されていることが好ましい。これにより、より一層放熱し易くすることができる。

また、前記第２電極は、無電解めっき法により形成されていることが好ましい。これによれば、溝内を含む圧電体層の表面全体に連続した均一な厚さに第２電極が形成される。したがって、圧電体層の熱は、第２電極を介して外部に放熱される。また、第２電極は、溝内を含めた圧電体層の表面全体を連続して覆っているので、第２電極は、圧電体層を保護する保護膜として作用し、圧電体層を異物等から保護することができる。

また、前記第２電極は、前記圧電体層上に形成された導電性酸化金属からなる第１層と、該第１層上に形成された導電性を有する第２層とを備えることが好ましい。これによれば、圧電体層と第１層との界面に欠陥などが生じることを防止することができる。これにより、圧電特性に優れた圧電素子を有する液体噴射ヘッドを得ることができる。

また、前記第２電極の前記第２層は、無電解めっき法により形成されていることが好ましい。これによれば、導電性参加金属からなる第１層、及び溝内を含む圧電体層の表面全体に連続した均一な厚さに第２電極を形成することができる。したがって、圧電体層の熱を第２電極を介して外部に放熱することができるとともに、圧電体層を保護する保護膜として第２電極を作用させることができ、圧電体層を異物等から保護することができる。

さらに、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。
かかる態様では、圧電素子の発熱による性能低下が防止された液体噴射装置を実現できる。

また、本発明の他の態様は、第１電極と、前記第１電極上に設けられて複数の圧電体膜が積層された圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２電極と、前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた能動部を複数備え、前記圧電体層の側面には、前記第１電極側に臨む内面を有する溝が前記第１電極から前記第２電極に向かう方向とは交差する方向に沿って前記各圧電体層の界面ごとに複数形成されていることを特徴とする圧電素子にある。
かかる態様では、溝が設けられた圧電体層の側面は、放熱板として機能し、生じた熱は外部に放熱され圧電素子の温度上昇が抑えられる。これにより、発熱量の増大に伴う圧電素子の性能低下を防止し、良好な圧電性能を有する圧電素子を得ることができる。

また、本発明の他の態様は、上記態様の圧電素子を具備することを特徴とする超音波センサーにある。
かかる態様では、圧電素子の発熱による性能低下が防止された超音波センサーを実現できる。

実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。 実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図である。 実施形態１に係る圧電素子の要部を拡大した断面図である。 実施形態１に係る圧電素子の要部を拡大した断面図である。 実施形態１に係る圧電素子の要部を拡大した断面図である。 圧電体層のＳＥＭ像である。 実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法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方法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方法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方法を示す断面図である。 実施形態２に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 実施形態３に係る圧電素子の断面図である。 実施形態４に係る圧電素子の要部を拡大した断面図である。 実施形態５に係る圧電素子の断面図及び要部を拡大した断面図である。 実施形態５に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 実施形態５に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。 実施形態６に係る超音波センサーの平面図及びその断面図である。 実施形態に係るインクジェット式記録装置の概略図である。 脱脂温度、焼成温度、Ｚｒ組成比によるレート差を示すグラフである。 実施例に係る圧電体層のＳＥＭ像である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
〈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斜視図であり、図２は、インクジェット式記録ヘッドの平面図及び断面図である。

図示するように、本実施形態の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Ｉが備える流路形成基板１０には、圧力発生室１２が形成されている。そして、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が同じ色のインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、流路形成基板１０平面内において、第１の方向Ｘに直交する方向を第２の方向Ｙとする。さらに、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙに直交する方向を第３の方向Ｚとする。図には、第１の方向Ｘに並設された圧力発生室１２の列は１列分示されているが、圧力発生室１２の列を第２の方向Ｙに複数並設してもよい。

流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向の一端部側、すなわち第２の方向Ｙの一端部側には、インク供給路１３と連通路１４とが複数の隔壁１１によって区画されている。連通路１４の外側（第２の方向Ｙにおいて圧力発生室１２とは反対側）には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１５が形成されている。すなわち、流路形成基板１０には、圧力発生室１２、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５からなる液体流路が設けられている。

流路形成基板１０の一方面側、すなわち圧力発生室１２等の液体流路が開口する面には、各圧力発生室１２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、接着剤や熱溶着フィルム等によって接合されている。すなわち、ノズルプレート２０には、第１の方向Ｘにノズル開口２１が並設されている。

流路形成基板１０の他方面側には、振動板５０が形成されている。本実施形態に係る振動板５０は、流路形成基板１０上に形成された弾性膜５１と、弾性膜５１上に形成された絶縁体膜５２とで構成されている。なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２等の液体流路の他方面は、振動板５０（弾性膜５１）で構成されている。

絶縁体膜５２上には、厚さが例えば、約０．２μｍの第１電極６０と、厚さが例えば、約１．０μｍの圧電体層７０と、厚さが例えば、約０．０５μｍの第２電極８０とで構成される圧電素子３００が形成されている。この基板（流路形成基板１０）に設けられた圧電素子３００は、本実施形態ではアクチュエーター装置として機能する。

以下、アクチュエーター装置を構成する圧電素子３００について詳細に説明する。図３（ａ）は、本発明の実施形態１に係る圧電素子の要部を拡大した断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。

図３に示すように、圧電素子３００を構成する第１電極６０は圧力発生室１２毎に切り分けられ、圧電素子３００毎に独立する個別電極を構成する。そして第１電極６０は、圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいては、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいて、第１電極６０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域の内側に位置している。圧力発生室１２の第２の方向Ｙでは、第１電極６０の両端部は、それぞれ圧力発生室１２の外側まで延設されている。なお、第１電極６０の材料は、金属材料であれば特に限定されないが、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕなどの金属や、これらの材料の１種のみ、又はこれらの２種以上を混合又は積層したものを第１電極６０としてもよい。

圧電体層７０は、第２の方向Ｙが所定の幅となるように第１の方向Ｘに亘って連続して設けられている。圧電体層７０の第２の方向Ｙの幅は、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの長さよりも広い。このため、圧力発生室１２の第２の方向Ｙでは、圧電体層７０は圧力発生室１２の外側まで設けられている。

圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部側（本実施形態では、インク供給路側）における圧電体層７０の端部は、第１電極６０の端部よりも外側に位置している。すなわち、第１電極６０の端部は圧電体層７０によって覆われている。圧力発生室１２の第２の方向Ｙの他端側における圧電体層７０の端部は、第１電極６０の端部よりも内側（圧力発生室１２側）に位置している。

なお、圧電体層７０の外側まで延設された第１電極６０には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。図示は省略するが、このリード電極９０は、駆動回路等に繋がる接続配線が接続される端子部を構成する。

また、圧電体層７０には、各隔壁１１に対向する凹部７１が形成されている。この凹部７１の第１の方向Ｘの幅は、各隔壁１１の第１の方向Ｘの幅と略同一、もしくはそれよりも広くなっている。すなわち、圧電体層７０は、第１の方向Ｘに沿って各圧力発生室１２に亘り連続的に形成され、各隔壁１１に対向する一部が除去されて凹部７１が形成されている。この凹部７１により、振動板５０の圧力発生室１２の幅方向端部に対向する部分（いわゆる振動板５０の腕部）の剛性が抑えられるため、圧電素子３００を良好に変位させることができる。

圧電体層７０としては、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を示す強誘電性セラミックス材料からなるペロブスカイト構造の結晶膜（ペロブスカイト型結晶）が挙げられる。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を用いることができる。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ_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）等を用いることができる。本実施形態では、圧電体層７０として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた。

また、圧電体層７０の材料としては、鉛を含む鉛系の圧電材料に限定されず、鉛を含まない非鉛系の圧電材料を用いることもできる。非鉛系の圧電材料としては、例えば、鉄酸ビスマス（（ＢｉＦｅＯ_３）、略「ＢＦＯ」）、チタン酸バリウム（（ＢａＴｉＯ_３）、略「ＢＴ」）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ，Ｎａ）（ＮｂＯ₃）、略「ＫＮＮ」）、ニオブ酸カリウムナトリウムリチウム（（Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ）（ＮｂＯ₃））、ニオブ酸タンタル酸カリウムナトリウムリチウム（（Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ）（Ｎｂ，Ｔａ)Ｏ₃）、チタン酸ビスマスカリウム（（Ｂｉ_1/2Ｋ_1/2）ＴｉＯ₃、略「ＢＫＴ」）、チタン酸ビスマスナトリウム（（Ｂｉ_1/2Ｎａ_1/2）ＴｉＯ₃、略「ＢＮＴ」）、マンガン酸ビスマス（ＢｉＭｎＯ₃、略「ＢＭ」）、ビスマス、カリウム、チタン及び鉄を含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物（ｘ［（Ｂｉ_ｘＫ_１−ｘ）ＴｉＯ₃］−（１−ｘ）［ＢｉＦｅＯ₃］、略「ＢＫＴ−ＢＦ」）、ビスマス、鉄、バリウム及びチタンを含みペロブスカイト構造を有する複合酸化物（（１−ｘ）[ＢｉＦｅＯ_３]−ｘ[ＢａＴｉＯ_３]、略「ＢＦＯ−ＢＴ」）や、これにマンガン、コバルト、クロムなどの金属を添加したもの（（１−ｘ）[Ｂｉ（Ｆｅ_１−ｙＭ_ｙ）Ｏ_３]−ｘ[ＢａＴｉＯ_３]（Ｍは、Ｍｎ、ＣｏまたはＣｒ））等が挙げられる。

第２電極８０は、圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいて、圧電体層７０上に連続して設けられ、複数の圧電素子３００に共通する共通電極を構成する。圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端側における第２電極８０の端部は、圧電体層７０の端部よりも外側に位置している。つまり圧電体層７０の端部は第２電極８０によって覆われている。また、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの他端側における第２電極８０の端部は、圧電体層７０の端部よりも内側（圧力発生室１２側）に位置している。

このような第２電極８０の材料は、金属材料であれば特に限定されず、例えば、第１電極６０と同様の材料を用いることができる。本実施形態では、第２電極８０は、ニッケル（Ｎｉ、またはＮｉ−ＰもしくはＮｉ−Ｂ）から形成され、詳細は後述するが、無電解めっき法により形成されている。

このような構成の圧電素子３００は、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加することで変位が生じる。すなわち両電極の間に電圧を印加することで、第１電極６０と第２電極８０とで挟まれている圧電体層７０に圧電歪みが生じる。そして、両電極に電圧を印加した際に、圧電体層７０に圧電歪みが生じる部分を能動部３２０と称する。これに対して、圧電体層７０に圧電歪みが生じない部分を非能動部と称する。また、圧電体層７０に圧電歪みが生じる能動部３２０において、圧力発生室１２に対向する部分を可撓部と称し、圧力発生室１２の外側の部分を非可撓部と称する。

本実施形態では、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０の全てが圧力発生室１２の第２の方向Ｙにおいて圧力発生室１２の外側まで連続的に設けられている。すなわち能動部３２０が圧力発生室１２の外側まで連続的に設けられている。このため、能動部３２０のうち圧電素子３００の圧力発生室１２に対向する部分が可撓部となり、圧力発生室１２の外側の部分が非可撓部となっている。

なお、上述のように第１電極６０は、圧力発生室１２毎に切り分けられているため、圧電素子３００には、第２の方向Ｙに沿って、すなわち、能動部３２０の長手方向（第２の方向Ｙ）に沿って、第１電極６０の段差が形成されている。

このような圧電素子３００を構成する圧電体層７０は、複数の圧電体膜７４が積層されて構成されている。なお、本実施形態の積層方向は、第１電極６０から第２電極８０に向かう方向である。流路形成基板１０側の最下層となる１層目の圧電体膜７４は、凹部７１となる領域を除いて絶縁体膜５２及び第１電極６０上に設けられている。また、２層目以降の圧電体膜７４は、下層側の圧電体膜７４上に設けられている。

圧電素子３００の圧電体層７０は、側面に複数の溝が形成されている。図４は、圧電素子の要部を拡大した断面図である。同図を用いて、圧電体層７０の側面に形成された溝について詳細に説明する。

圧電体層７０の側面には、第１電極６０側に臨む内面７５を有する溝７７が第１電極６０から第２電極８０に向かう積層方向（第３の方向Ｚ）とは交差する方向（第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙ）に沿って各圧電体膜７４の界面ごとに複数（本実施形態では４つ）形成されている。

圧電体膜７４の界面ごとに形成された溝７７とは、隣接する二層の圧電体膜７４の外側に突出した端部７４ａ同士が対向して形成された溝をいう。

隣接した二層の圧電体膜７４のうち第２電極８０側を上層側圧電体膜７４、第１電極６０側を下層側圧電体膜７４とも称する。上層側圧電体膜７４の端部７４ａの下層側圧電体膜７４側の表面を内面７５とし、下層側圧電体膜７４の端部７４ａの上層側圧電体膜７４側の表面を内面７６とする。

内面７５は、第１電極６０側に臨んでいる。内面７５が第１電極６０側に臨むとは、内面７５が第１電極６０（第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙがなす平面）に対して平行であるか、内面７５と第１電極６０との成す角度が鋭角であることをいう。このように内面７５が第１電極６０に臨むように溝７７を形成することで、圧電体層７０の側面は複数の溝７７からなる波面状に形成される。

圧電体層７０の側面に溝７７を設けることで、圧電体層７０の熱を外部に放出することが促進される。すなわち、溝７７が設けられた圧電体層７０の側面は、放熱板として機能し、生じた熱は外部に放熱され圧電素子３００の温度上昇が抑えられる。

詳言すると、このような側面に溝７７が形成された圧電体層７０には、圧電体層７０の溝７７内を含めた表面全体に亘って、第２電極８０が形成されている。上述したように、本実施形態では、第２電極８０を無電解めっき法により形成したので、このような溝７７内にも第２電極８０が形成され、また、圧電体層７０の表面全体に連続した均一な厚さに形成されている。したがって、圧電体層７０の熱は、第２電極８０を介して外部に放熱される。

このように本実施形態に係る圧電素子３００は、溝７７により放熱が促進されるため、発熱量の増大を抑えて性能低下を防止し、良好な圧電性能を有するという効果を奏する。

また、下層側圧電体膜７４は、上層側圧電体膜７４よりも外側に突出している。このように各圧電体膜７４を形成することで、圧電体層７０全体としては、第２電極８０から第１電極６０側に向かって拡幅したテーパー状となる。テーパー状となるように各溝７７が形成されることで、圧電素子３００は、より一層、放熱し易い構造となる。なお、圧電体層７０の側面のテーパー状の拡幅の程度に特に限定はないし、テーパー状ではなく、各圧電体膜７４の幅が揃うように溝７７を形成してもよい。

さらに、無電解めっき法により形成された第２電極８０は、溝７７内を含めた圧電体層７０の表面全体を連続して覆っている。これにより、第２電極８０は、圧電体層７０を保護する保護膜として作用し、圧電体層７０を異物等から保護することができる。

また、ノズル開口２１の高密度化に対応して圧電素子３００を高密度化しても、圧電素子３００の発熱による性能低下を防止できるため、インクジェット式記録ヘッドＩとしては、高密度なノズル開口２１からインクを安定して高精細に吐出することができる。

なお、圧電体層７０の溝７７は、圧電体層７０の能動部３２０よりも外側の非能動部に設けられているので、圧電素子３００の変位に影響はない。

ここで、圧電体層７０の側面の溝７７について、他の態様を示す。図５は、圧電素子の要部を拡大した断面図である。図４に示した溝７７は、内面７５は第１電極６０に対して略平行であったが、図５（ａ）に示す溝７７Ａは、内面７５と第１電極６０（第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙがなす平面）とが成す角度が鋭角である。図５（ｂ）に示す溝７７Ｂは（最下層を除く）、内面７６が第１電極６０に略平行となっている。また、溝７７Ａ及び溝７７Ｂの何れの下層側圧電体膜７４は、上層側圧電体膜７４よりも外側に突出しているが、必ずしもこのような態様に限定されない。すなわち、各下層側圧電体膜７４は、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙにおける各上層側圧電体膜７４の幅と略同一、又はそれより短くてもよい。これらの何れ態様の溝７７Ａ、溝７７Ｂにおいても、図４に示したような溝７７を有する圧電素子３００と同様の作用効果を奏する。

このような溝７７、溝７７Ａ、溝７７Ｂは、後述するように、圧電体層７０をウェットエッチングすることにより形成される。このとき、第３の方向Ｚと、それに直交する方向である第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙとのエッチングレート差を適宜調整することにより、上述したような種々の形状の溝を形成することができる。

図６は、圧電体層のＳＥＭ像である。同図は、第１電極（下電極）及び絶縁体膜にＰＺＴからなる圧電体膜が複数積層された圧電体層上にレジストが形成され、ウェットエッチングしたあとのＳＥＭ像である。圧電体膜の界面（焼成界面）ごとに第１電極側を臨む内面を有する溝が形成されていることが分かる。

図１及び図２に示すように、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を保護する保護基板３０が接着剤３５によって接合されている。保護基板３０には、圧電素子３００を収容する空間を画成する凹部である圧電素子保持部３１が設けられている。また保護基板３０には、マニホールド１００の一部を構成するマニホールド部３２が設けられている。マニホールド部３２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１５と連通している。また保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。各圧電素子３００の第１電極６０に接続されたリード電極９０は、この貫通孔３３内に露出している。各圧電素子３００の第１電極６０に接続されたリード電極９０には、図示しない駆動回路に接続される接続配線の一端がこの貫通孔３３内で接続されている。

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。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で形成される。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Ｉでは、図示しない外部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からノズル開口２１に至るまで液体流路の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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加する。これにより圧電素子３００と共に振動板５０がたわみ変形して各圧力発生室１２内の圧力が高まり、各ノズル開口２１からインク滴が噴射される。

ここで、このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法について説明する。なお、図７〜図１０は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す第１の方向Ｘの断面図である。

まず、図７（ａ）に示すように、シリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５１を形成する。本実施形態では、流路形成基板用ウェハー１１０を熱酸化することによって二酸化シリコンからなる弾性膜５１を形成した。もちろん、弾性膜５１の形成方法は熱酸化に限定されず、スパッタリング法やＣＶＤ法等によって形成してもよい。

次いで、図７（ｂ）に示すように、弾性膜５１上に、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５２を形成する。絶縁体膜５２は、ジルコニウムをスパッタリング法等により形成後、加熱することで熱酸化して形成してもよく、酸化ジルコニウムを反応性スパッタリング法により形成するようにしてもよい。この弾性膜５１及び絶縁体膜５２によって振動板５０が形成される。

次いで、図７（ｃ）に示すように、絶縁体膜５２上の全面に第１電極６０を形成する。この第１電極６０の材料は特に限定されないが、圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望ましい。このため、第１電極６０の材料としては白金、イリジウム等が好適に用いられる。また、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。

次いで、図８（ａ）に示すように、第１電極６０をパターニングする。パターニングは、例えば、イオンミリング等のドライエッチングにより行うことができる。

また、特に図示しないが、第１電極６０上にチタン（Ｔｉ）からなる結晶種層を形成してもよい。第１電極６０の上に結晶種層を設けることにより、第１電極６０上に結晶種層を介して圧電体層７０を形成する際に、圧電体層７０の優先配向方位を（１００）に制御することができ、電気機械変換素子として好適な圧電体層７０を得ることができる。結晶種層としては、チタン（Ｔｉ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を用いてもよく、また、チタン及びチタン酸化物以外の材料、例えば、ランタンニッケル酸化物等を用いることもできる。

次に、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。ここで、本実施形態では、金属錯体を溶媒に溶解・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、例えば、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法やスパッタリング法又はレーザーアブレーション法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法等を用いてもよい。すなわち、圧電体層７０は液相法、気相法の何れで形成してもよい。

圧電体層７０の具体的な形成手順としては、まず、図８（ｂ）に示すように、第１電極及び絶縁体膜５２上にＰＺＴ前駆体膜である圧電体前駆体膜７３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上に金属錯体を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。ゾルの塗布方法は特に限定されず、例えば、スピンコート装置を用いたスピンコート法やスリットコータを用いたスリットコート法等が挙げられる。次いで、この圧電体前駆体膜７３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、本実施形態では、圧電体前駆体膜７３を１７０〜１８０℃で８〜３０分間保持することで乾燥することができる。

次に、乾燥した圧電体前駆体膜７３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）。例えば、本実施形態では、圧電体前駆体膜７３を３００〜４００℃程度の温度に加熱して約１０〜３０分保持することで脱脂した。なお、ここでいう脱脂とは、圧電体前駆体膜７３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る。

次に、圧電体前駆体膜７３を所定温度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体膜７４を形成する（焼成工程）。この焼成工程では、圧電体前駆体膜７３を７００℃以上に加熱するのが好ましい。なお、焼成工程では、昇温レートを５０℃／ｓｅｃ以上とするのが好ましい。これにより優れた特性の圧電体膜７４を得ることができる。

図８（ｂ）に示すように、上述した塗布工程、乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程からなる圧電体膜形成工程を複数回繰り返すことにより複数層の圧電体膜７４からなる圧電体層７０を形成する。圧電体膜７４は、一層ごと形成してもよいし、塗布工程、乾燥工程、脱脂工程を繰り返して複数層の圧電体前駆体膜７３を形成し、それらにまとめて焼成工程を行うことで複数の圧電体膜７４を形成してもよい。

なお、このような乾燥工程、脱脂工程及び焼成工程で用いられる加熱装置としては、例えば、ホットプレートや、赤外線ランプの照射により加熱するＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）装置などを用いることができる。

次に、図８（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィー法により、圧電体層７０の各圧電素子３００が形成される領域ごとにレジスト膜７８が形成されるようにパターニングする。レジスト膜７８は、少なくとも圧電体層７０の最上面よりも大きく形成しておく。

次に、図９（ａ）に示すように、ウェットエッチングにより、圧電体層７０を各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングするとともに、圧電体層７０の側面に溝７７を形成する。

圧電体層７０は複数の圧電体膜７４からなり、その界面はウェットエッチングにより選択的に除去されやすい。このため、各圧電体膜７４間の界面が窪んだ溝７７が好適に形成される。

また、ドライプロセスによる圧電体層７０のエッチングでは、圧電体層７０のエッチングのみならず、振動板５０の腕部までオーバーエッチングされる。しかしながら、本発明のウェットエッチングによれば、そのようなオーバーエッチングされることは生じない。すなわち、振動板５０や圧電素子３００を設計通りに加工することができ、所望の特性を得ることができる。さらに、ウェットエッチングの採用により、ドライプロセスに比較して圧電素子３００、インクジェット式記録ヘッドＩのコストを低減することができる。

さらに、本実施形態では、第１電極６０を個別電極とし、その短手方向（第１の方向Ｘ）の幅が圧電素子３００の第１の方向Ｘにおける能動部３２０の幅を規定するようにした。すなわち、第１の方向Ｘにおける能動部３２０の外側は、圧電素子３００の非能動部である。したがって、ウェットエッチングによるサイドエッチングされる寸法の精度が低くても、非能動部がサイドエッチングされるだけにとどめ、能動部３２０には及ばないようにすることができる。

このような溝７７の内面７５，７６の傾斜の程度や、溝７７を形成したあとの各圧電体膜７４の幅や、圧電体層７０をテーパー状にするか否かは、第３の方向Ｚと、それに直交する方向である第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙとのエッチングレート差を設けることで所望の形状とすることができる。具体的には、焼成工程における焼成温度や、脱脂工程における脱脂温度や、ＰＺＴからなる圧電体層７０であればＺｒの組成比を調整することにより、エッチングレート差を生じさせ、上述したような種々の形状の溝７７を形成することができる。

なお、ウェットエッチングは、公知の方法を用いることができる。例えば、ＢＨＦ２０％溶液、硝酸及び塩酸の混合液を用いることができる。他にも、ＢＨＦ２０％溶液のみでウェットエッチングを行い、残渣物を硝酸で除去する二段階の工程を用いることができる。

次に、図９（ｂ）に示すように、レジスト膜７８を除去し、圧電体層７０上及び絶縁体膜５２上に亘って、無電解めっき法により第２電極８０を形成する。具体的には、次のとおりとする。まず、特に図示しないが、流路形成基板用ウェハー１１０の振動板５０側の表面、すなわち、振動板５０や圧電体層７０の表面にレジスト膜を形成する。そして、第２電極８０の材料、ここではニッケルを析出させる領域を除去するように該レジスト膜をパターニングする。レジスト膜のパターニングはリソグラフィー法により行うことができる。

次に、触媒を振動板５０や圧電体層７０の表面に形成する。具体的には、触媒用液に流路形成基板用ウェハー１１０を浸漬する。触媒用液は、無電解めっきの触媒として機能する触媒成分を含む。触媒成分としては、例えばパラジウムを用いることができる。

次に、レジスト膜を除去する。これにより、レジスト膜上に設けられた触媒がレジスト膜とともに除去され、流路形成基板用ウェハー１１０のうちニッケルを析出させる領域のみに触媒が形成される。

次に、ニッケルを含む無電解めっき液に流路形成基板用ウェハー１１０を浸漬させることにより、触媒が設けられた領域にニッケルを析出させることができる。これにより、触媒が設けられた領域上に第２電極８０が形成される。

なお、第２電極８０は、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もできる。

一般に、スパッタリング法などのドライプロセスではバッチ処理が行えない。これに対し、無電解めっき法ではバッチ処理が行える。したがって、本実施形態ではバッチ処理を行うことができるため、ドライプロセスで行うよりも低コストで圧電素子３００及びインクジェット式記録ヘッドＩを製造することができる。また、無電解めっき法では、ドライプロセスほど圧電素子３００に高熱やダメージがかからないため、そのようなダメージがなく信頼性の高い圧電素子３００を得ることができる。

次に、図１０（ａ）に示すように、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１３０を接着剤３５（図２（ｂ）参照）を介して接合した後、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚みに薄くする。

次いで、図１０（ｂ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜５５を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図１０（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５５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、インク供給路１３、連通路１４及び連通部１５（図２参照）等を形成する。

その後は、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハー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ー１１０の保護基板用ウェハー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、保護基板用ウェハー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、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドとする。

〈実施形態２〉
本実施形態では、実施形態１で説明したインクジェット式記録ヘッドの製造方法のうち、圧電体層７０の側面に溝７７を形成する工程の別態様を例示する。図１１は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す第１の方向Ｘの断面図である。

まず、実施形態１と同様に、絶縁体膜５２上に第１電極６０及び圧電体層７０を形成する（図７〜図８（ｂ）参照）。

次に、図１１（ａ）に示すように、圧電体層７０上に第２電極８０の一部を構成する第１層８１を形成する。具体的には、スパッタリング法やＰＶＤ法（物理蒸着法）などにより、圧電体層７０上に白金やイリジウムなどを成膜する。そしてレジスト膜をマスクとして白金やイリジウム等をパターニングして第１層８１を形成する。このパターニングはフォトリソグラフィー法やドライエッチングやウェットエッチングなど公知の方法を用いることができる。第１層８１は、能動部３２０の幅を規定するように形成する。

ちなみに、第１層８１は、電極として機能するとともに、圧電体層７０との間で相互に成分が拡散することを抑制する拡散防止層としても機能する。例えば、第１層８１がイリジウムから形成されている場合、加熱処理した際に圧電体層７０を構成する成分が第１層８１中に拡散し過ぎることを抑制する。また、圧電体層７０上のイリジウム層、及び該イリジウム層上のチタン層を備える第１層８１の場合では、これらを加熱酸化させた際に、イリジウム層は、チタン層の成分が圧電体層７０中に拡散することを抑制する。さらに、第１層８１のチタン層は、圧電体層７０の表面（第２電極８０側）の過剰な成分、例えば、鉛を含む圧電体層７０の場合には、圧電体層７０の表面の過剰鉛を吸着して、圧電体層７０の圧電特性を向上する役割を有する。

そして、第１層８１及び圧電体層７０上にレジスト膜７８を形成する。具体的には、フォトリソグラフィー法により、圧電体層７０の各圧電素子３００が形成される領域ごとにレジスト膜７８が形成されるようにパターニングする。レジスト膜７８は、第１層８１よりも幅が大きくなるように形成する。第１層８１とレジスト膜７８との寸法差Ｄは、後述するウェットエッチングによる圧電体層７０へのサイドエッチング量よりも大きくする。

次に、図１１（ｂ）に示すように、ウェットエッチングにより、圧電体層７０を各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングするとともに、圧電体層７０の側面に溝７７を形成する。

次に、図１１（ｃ）に示すように、レジスト膜７８を除去し、第１層８１、圧電体層７０の側面及び絶縁体膜５２上に亘って、第２層８２を形成する。第２層８２は導電性金属であれば限定されず、また製法も限定されない。例えば、ニッケルから形成された第２層８２を形成する場合は、実施形態１と同様に無電解めっき法を用いることができる。

このようにして、第１層８１及び第２層８２から第２電極８０が形成される。これにより、圧電体層７０が第１電極６０と第１層８１とで挟まれた能動部３２０を有する圧電素子３００が形成される。

以降、実施形態１と同様に、上述した圧電素子３００を有する流路形成基板用ウェハー１１０から個々のインクジェット式記録ヘッドを形成する（図１０参照）。

〈実施形態３〉
実施形態１及び実施形態２では、第１電極６０を個別電極とし、第２電極８０を共通電極としたが、逆であってもよい。図１２は、本実施形態に係る圧電素子の第１の方向Ｘの断面図である。

図示するように、第１電極６０は、絶縁体膜５２上に各圧力発生室１２を覆うように連続して設けられ、複数の圧電素子３００に共通する共通電極を構成する。

第１電極６０上には、側面に溝７７を有する圧電体層７０が各圧力発生室１２に対向する領域に個別に形成されている。

各圧電体層７０の上面には、第２電極８０が形成されている。第２電極８０は、圧力発生室１２毎に切り分けられ、圧電素子３００毎に独立する個別電極を構成する。このように第２電極８０は個別電極であるため、圧電体層７０の側面の溝７７には第２電極８０が形成されておらず、溝７７が露出している。

このように、第１電極６０が共通電極であり、第２電極８０が個別電極である圧電素子３００であっても、実施形態１と同様の作用効果を奏する。

〈実施形態４〉
実施形態１では、第２電極８０を無電解めっき法により形成したが、これに限定されない。図１３に、本実施形態に係る圧電素子３００の要部を拡大した断面図を示す。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る第２電極８０は、スパッタリング法により形成されたものである。すなわち、圧電体層７０の上方から、圧電体層７０の最上層の表面や各溝７７の内面７６（第２電極８０側に臨む面）の一部にイリジウムなどの電極材料が積層して第２電極８０が形成されている。このため、溝７７の深部にまで第２電極８０が形成されていない。また、第２電極８０は、一部が溝７７により分断されている箇所もある。なお、このようにある断面で第２電極８０が分断されていても、他の領域（例えばＹ方向のリード電極９０の近傍の領域など（図１参照））において第２電極８０は連続しているので、導通に問題はない。

このような構成の圧電素子３００においても、圧電体層７０の側面に溝７７が設けられているので、圧電素子３００の熱は、第２電極８０を介して外部に放熱されるか、又は、第２電極８０が形成されていない溝７７から直接外部に放熱される。したがって、実施形態１と同様に、本実施形態に係る圧電素子３００においても、発熱量の増大を抑えることで性能低下を防止し、良好な圧電性能を有するという効果を奏する。

〈実施形態５〉
実施形態２では、第２電極８０の第１層８１の材料としてイリジウムなどを用いた例について説明したが、第１層８１として導電性酸化金属を用いることもできる。図１４は、本実施形態に係る圧電素子の断面図及び要部を拡大した断面図であり、図１５は、本実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの製造方法のうち圧電素子部分の製造方法を説明する断面図である。なお、実施形態１及び実施形態２と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１４に示すように、本実施形態に係る第２電極８０は、圧電体層７０側の第１層８１と、第１層８１上に形成された第２層８２とを備えている。

第１層８１は、導電性酸化金属から形成されている。このような導電性酸化金属の一例としては、ＶＯ_２、Ｖ_２Ｏ_３、ＭｏＯ_３、ＷＯ_３、ＳｎＯ、ＺｎＯなどが挙げられる。さらに導電性酸化金属としては、ニッケル酸ランタンを用いることが好ましい。ニッケル酸ランタンとしては、ＬａＮｉＯ_３、Ｌａ_３Ｎｉ_２Ｏ_６、ＬａＮｉＯ_２、Ｌａ_２ＮｉＯ_４、Ｌａ_３Ｎｉ_２Ｏ_７、Ｌａ_４Ｎｉ_３Ｏ_１０等が挙げられる。

第２層８２は、第１層８１上に形成されたものであり、導電性の高い金属材料からなる。第２層８２としては、例えば、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕなどの金属や導電性カーボンを挙げることができる。また、これらの材料の１種のみ、又はこれらの２種以上を混合又は積層したものを第２層８２としてもよい。

このように第１層８１は、金属酸化膜で形成されているので、圧電体層７０の面方位と相性がよくなり、圧電体層７０と第１層８１との界面に欠陥などが生じることを防止することができる。これにより、圧電特性に優れた圧電素子３００を得ることができる。

また、第２層８２としては、電気抵抗が低い金属膜を用いることができるため、電極としての機能低下を防止することができる。

本実施形態に係るインクジェット式ヘッドの製造方法について説明する。ここでは、圧電素子３００の形成以外は実施形態１と同様であるので、圧電素子３００を形成する工程を中心に説明する。

まず、実施形態１（図７〜図８（ｂ））と同様に、流路形成基板用ウェハー１１０上に圧電体前駆体膜７３を形成し（図８（ｂ）参照）、焼成して圧電体膜７４からなる圧電体層７０を形成する。

次いで、図１５（ａ）に示すように、圧電体膜７４上にニッケル酸ランタン層８３を形成する。ニッケル酸ランタン層８３の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング法、レーザーアブレーション法、ＭＯＣＶＤ法、ゾル−ゲル法又はＭＯＤ法によって形成することができる。

次に、図１５（ｂ）に示すように、ニッケル酸ランタン層８３上に、フォトリソグラフィー法により、圧電体層７０の各圧電素子３００が形成される領域ごとにレジスト膜７８が形成されるようにパターニングする。レジスト膜７８は、少なくとも圧電体層７０の最上面よりも大きく形成しておく。

次に、図１６（ａ）に示すように、レジスト膜７８をマスクとして、ニッケル酸ランタン層８３及び圧電体層７０のみ選択的にウェットエッチングする。

これにより、圧電体層７０は、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングされ、実施形態１と同様に圧電体層７０の側面に溝７７が形成される。そして、ニッケル酸ランタン層８３は、圧電体層７０の最上面にパターニングされ、第２電極８０を構成する第１層８１となる。

一般に、ニッケル酸ランタン層８３など導電性酸化金属は、ドライエッチングしがたいものである。しかしながら、本実施形態では、ウェットエッチングを採用したので、ニッケル酸ランタン層８３のパターニングをドライエッチングに比較して容易に行うことができる。さらに、ニッケル酸ランタン層８３と同時に圧電体層７０のパターニングを同じ工程で行う（同じエッチャントで行う）ため、工程を簡略化し、コストを削減することができる。

次に、図１６（ｂ）に示すように、レジスト膜７８を除去したのち、第１層８１、圧電体層７０の側面（溝７７）及び絶縁体膜５２上に亘って、第２層８２を形成して、第２電極８０を形成する。

第２層８２は、特に限定されないが、実施形態１と同様に無電解めっき法などのウェットプロセスにより形成してもよいし、スパッタリング法などのドライプロセスにより形成してもよい。

このようにして、導電性酸化金属からなる第１層８１及び第２層８２からなる第２電極が形成され、圧電体層７０が第１電極６０と第１層８１とで挟まれた能動部３２０を有する圧電素子３００が形成される。

以降、実施形態１と同様に、上述した圧電素子３００を有する流路形成基板用ウェハー１１０から個々のインクジェット式記録ヘッドを形成する（図１０参照）。

〈実施形態６〉
本発明の一実施形態である超音波センサーについて説明する。なお、以下の説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であることとは限らない。また、上述した実施形態１と同一の部材には同一の符号をつけて重複する説明は省略する。

本実施形態においては、超音波の発信と受信は圧電効果を利用する電気音響変更器を用いて行われる。係る電気音響変換器は、圧電素子であり、超音波発信時には電気エネルギーを機械エネルギーに変換（逆圧電効果）を利用し、圧電体層の収縮と伸長による変化は、振動板を振動させるように励起させることによって超音波を発信する。従ってこの場合は、圧電素子は超音波発信素子である。

更に測定部から反射された超音波を受信するには機械エネルギーを電気エネルギーに変換（正圧電効果）を利用し、圧電体層の変形によって電気エネルギーが生成され、電気エネルギーの信号を検出して画像を形成する。従ってこの場合は、圧電素子は超音波受信素子である。

なお、本実施形態においては、圧電素子とは、振動板と、振動板上に設けられた第１電極と、第１電極上に設けられた圧電体層と、圧電体層上に設けられた第２電極と、を具備するものである。

図１７は、本実施形態に係る超音波センサーの平面図及びそのＣ−Ｃ′線断面図である。

図１７（ａ）に示すように、複数の超音波発信素子３０１と超音波受信素子３０２とがアレイ状に配置形成され、アレイセンサーを成している。複数の超音波発信素子３０１及び複数の超音波受信素子３０２を交互に配置し、発信側と受信側の中心軸を合わせた超音波発信・受信源とすることで発信・受信の指向角を合わせ易いものとする。

なお、本実施形態は、超音波センサーの小型化のため、一枚の基板１０Ａ上に発信素子３０１と受信素子３０２を両方配置したが、素子の機能に応じて発信素子３０１と受信素子３０２とはそれぞれ独立の基板上に配置するか、或いは用途に応じて複数枚の基板を用いることも可能である。更に発信と受信の時間差を利用して一つの圧電素子に発信素子と受信素子の機能を両方備えることも可能である。

図１７（ｂ）において、超音波変換器として使用可能な実施例としては、例えば、基板１０Ａは（１００）、(１１０)或いは(１１１)配向を有する単結晶シリコンによって構成される。または、シリコン材料以外にもＺｒＯ_２あるいはＡｌ_２Ｏ_３を代表とするセラミック材料、ガラスセラミック材料、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ_３のような酸化物基板材料、ＳｉＣ、ＳｉＯ_２、多結晶シリコン、Ｓｉ_３Ｎ_４のような無機材料も使用できる。または、これらの材料の組合せによる積層材料でもよい。

基板１０Ａの上方（圧電体層７０側）に振動板５０が形成されている。振動板５０は基板１０Ａの一部を薄化して用いることは可能であるが、圧電体層７０或いは第１電極６０を用いてもよい。更に別の材料を用いて製膜することも可能である。この場合は、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ，Ｓｉ_３Ｎ_４のようなシリコン化合物、多結晶シリコン、ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３のようなセラミック材料、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ_３、ＴｉＯ_２のような酸化物にしでもよい。膜厚と材料の選定は、共振周波数に基づき決定する。なお、圧電体層７０側の振動板５０の表面層は、圧電体層材料の拡散を防止できる材料、例えばＺｒＯ_２などを用いることが好ましい。この場合は、圧電体層の圧電特性が向上させることによって超音波センサーの発信と受信特性が向上にも繋がる。

基板１０Ａには、開口部１２Ａが形成されている。開口部１２Ａは、基板材料に応じてエッチング、研磨、レーザー加工などの加工方法を用いて形成することができる。

第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０については上述した実施形態１と同様のため、構成の説明は省略する。なお、実施形態１に対して、超音波センサーはインクジェット式記録ヘッドＩに代表される液体噴射ヘッドに比べてより高周波数領域で駆動する必要が有るため、圧電体層７０、振動板５０と各電極材料の厚み及びヤング率などの物性値を調整してもよい。

さらに、超音波発信素子３０１と超音波受信素子３０２とにそれぞれ配線（図示略）が接続され、各配線はフレキシブルプリント基板（図示略）を介して制御基板（図示略）の端子部（図示略）に接続されている。制御基板には演算部、記憶部などからなる制御部（図示略）が設けられている。制御部は、超音波発信素子３０１に入力する入力信号を制御すると共に、超音波受信素子３０２から出力された出力信号を処理するように構成されている。

このように、本願の超音波センサーでは、バルク型圧電体セラミックスなどを利用したセンサーに比べてＭＥＭＳの技術を用いて作成した圧電素子３００を高解像度で配置でき、且つ駆動電圧が低いため、超音波センサーと超音波センサーを搭載する装置の小型化、薄型化と省エネルギー化に効果がある。

また、圧電体層７０の膜厚を薄くすることによって変位特性を向上させ、超音波の発信と受信の効率を向上できる効果が得られる。

なお、本実施形態の超音波センサーを構成する圧電素子３００は、上述した実施形態１〜実施形態５の何れの構成も適用することが可能である。したがって、何れの実施形態に係る圧電素子３００を適用しても、発熱量の増大を抑えて性能低下が防止された超音波センサーが提供される。

また、実施形態１のように第２電極８０を無電解めっき法で形成した圧電素子３００を適用する場合、第２電極８０により圧電体層３００が異物等から保護された超音波センサーが提供される。さらに、実施形態５のように第２電極８０の第１層８１に導電性酸化金属を用いた圧電素子３００を適用する場合、当該圧電素子３００は、圧電体層７０と第１層８１との界面に欠陥の発生が防止され、圧電特性に優れたものである。したがって、当該圧電素子３００を適用することで高性能な超音波センサーが提供される。

〈他の実施形態〉
以上、本発明の一実施形態について説明したが、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。

例えば、インクジェット式記録ヘッドＩは、例えば、図１８に示すように、インクジェット式記録装置ＩＩに搭載される。インクジェット式記録ヘッドＩを有する記録ヘッドユニット１は、インク供給手段を構成するカートリッジ２が着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１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に軸方向移動可能に設けられている。この記録ヘッドユニット１は、例えば、ブラックインク組成物及びカラーインク組成物を噴射する。

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１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。

そして本発明では、上述のようにインクジェット式記録ヘッドＩを構成する圧電素子３００の破壊を抑制しつつ噴射特性の均一化を図ることができる。結果として、印刷品質を向上し耐久性を高めたインクジェット式記録装置ＩＩを実現することができる。

なお、上述した例では、インクジェット式記録装置ＩＩとして、インクジェット式記録ヘッドＩ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、その構成は特に限定されるものではない。インクジェット式記録装置ＩＩは、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩを固定し、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させることで印刷を行う、いわゆるライン式の記録装置であってもよい。

また、上述の実施形態では、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本発明を説明したが、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る。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の他、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。

さらに本発明は、このような液体噴射ヘッド（インクジェット式記録ヘッド）だけでなく、あらゆる装置に搭載されるアクチュエーター装置に適用することができる。本発明のアクチュエーター装置は、例えば、各種センサー類等にも適用することができる。

〈実施例１〉
圧電体層をウェットエッチングする際に、エッチングレート差を生じさせる要因について説明し、それにより形成される圧電体層の溝を例示する。

図１９は、焼成温度、脱脂温度、ＰＺＴのＺｒ組成比によるレート差を示すグラフである。同図のＸ方向は、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙを示しており、Ｚ方向は第３の方向Ｚを示している。

図１９（ａ）は、圧電体層を形成する際の焼成工程における焼成温度（横軸）とエッチングレート（縦軸）の関係を示している。いずれの焼成温度においてもＸ方向のエッチングレートがＺ方向よりも大きい。また、焼成温度が高いほど、Ｘ方向及びＹ方向のエッチングレート差が小さくなっている。したがって、焼成温度が高いほど圧電体層に形成される溝は浅く、また圧電体層の側面がＺ方向に対して平行に近くなる。

図１９（ｂ）は、圧電体層を形成する際の脱脂工程における脱脂温度（横軸）とエッチングレート（縦軸）の関係を示している。いずれの脱脂温度においてもＸ方向のエッチングレートがＺ方向よりも大きい。また、脱脂温度が高いほど、Ｘ方向及びＹ方向のエッチングレート差が小さくなっている。したがって、脱脂温度が高いほど圧電体層に形成される溝は浅く、また圧電体層の側面がＺ方向に対して平行に近くなる。

図１９（ｃ）は、ＰＺＴからなる圧電体層を形成する際のＺｒの組成比（横軸）とエッチングレート（縦軸）の関係を示している。組成比が約６５％以下であればＸ方向のエッチングレートが大きく、組成比が約６５％以上であればＺ方向のエッチングレートが大きい。また、組成比が３０％程度であればほとんどエッチングレート差はない。組成比が３０〜５０％までは組成比が高まるほど、エッチングレート差が大きくなり、組成比が５０〜６５％までは組成比が高まるほど、エッチングレート差が小さくなっている。そして、組成比が６５％をこえると、またエッチングレート差が大きくなる。

このように焼成温度、脱脂温度、Ｚｒ組成比を適宜調整することでエッチングレート差を調整することができるので、所望の形状の溝を圧電体層に設けることができる。特に、圧電体膜７４の界面はウェットエッチングにより選択的に除去されやすいので、Ｚ方向に対してＸ方向のエッチングレートが大きいほど、より深い溝を形成することができる。

なお、このようなエッチングレート差は、圧電体層の圧電体膜全てについて同じ条件としてもよいし、個々の圧電体膜について異なる条件としてもよい。

図２０は、焼成温度、脱脂温度、Ｚｒ組成比を適宜調整してウェットエッチングをした場合の圧電体層のＳＥＭ像である。各ＳＥＭ像の中間の層部分が圧電体層である。

図２０の上段側は、脱脂温度を３２０℃にした場合の圧電体層である。脱脂温度が３２０℃の場合、Ｚ方向に比べてＸ方向に大きくエッチングされるので（図１９（ｂ）参照）、深い溝が形成されるとともに、圧電体層の側面のテーパーが大きく傾斜していることが分かる。

図２０の中段左は、Ｚｒ組成比を７０％にした場合の圧電体層である。Ｚｒ組成比が７０％の場合、Ｘ方向よりもＺ方向に若干大きくエッチングされるので（図１９（ｃ）参照）、浅い溝が形成されるとともに、圧電体層の側面がＺ方向に対して平行に近くなっていることが分かる。

図２０の中段中央は、焼成温度（結晶化）を７５０℃、Ｚｒ組成比を５２％、脱脂温度を３６０℃にした場合の圧電体層である。この場合では、Ｘ方向に深くエッチングされて深い溝が形成されるとともに、圧電体層の側面のテーパーが傾斜していることが分かる。

図２０の中段右は、Ｚｒ組成比を３０％にした場合の圧電体層である。Ｚｒ組成比が３０％の場合、Ｘ方向とＺ方向のエッチングレート差がほとんどないので（図１９（ｃ）参照）、Ｘ方向及びＹ方向に同じ程度、圧電体層がエッチングされて溝が形成されていることが分かる。

図２０の下段は、焼成温度（結晶化）を７００℃にした場合の圧電体層である。焼成温度が７００℃の場合、Ｚ方向に比べてＸ方向に大きくエッチングされるので（図１９（ａ）参照）、Ｘ方向に溝が形成されるとともに、圧電体層の側面のテーパーが傾斜していることが分かる。

このように、焼成温度、脱脂温度、Ｚｒ組成比を調整することで圧電体膜の界面に種々の異なる溝を形成することができる。

Ｉ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 ＩＩ インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、 １０ 流路形成基板、 １１ 隔壁、 １２ 圧力発生室、 １３ インク供給路、 １４ 連通路、 １５ 連通部、 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 マニホールド部、 ３３ 貫通孔、 ３５ 接着剤、 ４０ コンプライアンス基板、 ４１ 封止膜、 ４２ 固定板、 ４３ 開口部、 ５０ 振動板、 ５１ 弾性膜、 ５２ 絶縁体膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ７１ 凹部、 ７３ 圧電体前駆体膜、 ７４ 圧電体膜、 ７５ 内面、 ７７、７７Ａ、７７Ｂ 溝、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ マニホールド、 ３００ 圧電素子、 ３２０ 能動部

Claims (8)

1. 第１電極、前記第１電極上に設けられて複数の圧電体膜が積層された圧電体層、前記圧電体層上に設けられた第２電極、及び前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた能動部を複数備えた圧電素子と、
   液体を噴射するノズル開口に連通し、前記圧電素子により圧力変化が生じる圧力発生室とを備え、
   前記圧電体層の側面には、前記第１電極側に臨む内面を有する溝が前記第１電極から前記第２電極に向かう方向とは交差する方向に沿って前記各圧電体膜の界面ごとに複数形成されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
2. 請求項１に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記圧電体層は、前記第１電極側の前記圧電体膜が前記第２電極側の前記圧電体膜よりも外側に突出するように形成されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
3. 請求項１又は請求項２に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記第２電極は、無電解めっき法により形成されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
4. 請求項１又は請求項２に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記第２電極は、前記圧電体層上に形成された導電性酸化金属からなる第１層と、該第１層上に形成された導電性を有する第２層とを備える
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
5. 請求項４に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
   前記第２電極の前記第２層は、無電解めっき法により形成されている
   ことを特徴とする液体噴射ヘッド。
6. 請求項１〜請求項５の何れか一項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。
7. 第１電極と、
   前記第１電極上に設けられて複数の圧電体膜が積層された圧電体層と、
   前記圧電体層上に設けられた第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた能動部を複数備え、
   前記圧電体層の側面には、前記第１電極側に臨む内面を有する溝が前記第１電極から前記第２電極に向かう方向とは交差する方向に沿って前記各圧電体層の界面ごとに複数形成されている
   ことを特徴とする圧電素子。
8. 請求項７に記載する圧電素子を具備することを特徴とする超音波センサー。