JP2015193222A - 圧電体膜利用装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】下部電極の抵抗値を小さくできるとともに、振動膜の変位を大きくすることができる圧電体膜利用装置を提供する。
【解決手段】インクジェットプリントヘッド１は、圧力室５と、圧力室５を区画する振動膜１０Ａを含む振動膜形成層１０と、振動膜１０Ａ上に配置された圧電素子６とを含む。圧電素子６は、振動膜形成層１０上に形成された下部電極７と、下部電極７上に形成された圧電体膜８と、圧電体膜８上に形成された上部電極９とを含む。下部電極７は、平面視において、圧力室５の天面部の周縁を跨いでいる跨ぎ領域７Ｃを含んでいる。下部電極７において、跨ぎ領域７Ｃと、平面視で圧力室５の天面部の周縁の内側にある内側電極領域のうちの跨ぎ領域７Ｃを除く部分との厚さが、下部電極７の他の部分の厚さよりも薄く形成されている。
【選択図】図３

Description

この発明は、圧電体膜を用いたアクチュエータ、センサ等の圧電体膜利用装置に関する。
圧電体膜を用いたアクチュエータとして、インクジェットプリントヘッドが知られている。このようなインクジェットプリントヘッドの一例は、特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されているインクジェットプリントヘッドは、ノズル基板と、圧力室基板と、振動膜と、振動膜に接合された圧電素子とを備えている。圧力室基板には、インクが導入される圧力室が形成されており、この圧力室に振動板が臨んでいる。圧電素子は、振動膜側から、下部電極、圧電体膜および上部電極を積層して構成されている。
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３）は、ベロブスカイト型の強誘電体であり、その優れた圧電特性を利用したセンサおよびアクチュエータが提案されている。ＰＺＴを用いた圧電体膜は、スパッタ法またはゾルゲル法により形成される。ゾルゲル法によるＰＺＴ膜の形成は、たとえば、特許文献２に記載されている。ゾルゲル法は、ＰＺＴを含む前駆体溶液を塗布して塗布膜を形成する塗布工程と、その塗布膜を乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の塗布膜を加熱して塗布膜をゲル化させる仮焼成工程と、ゲル化した塗布膜を熱処理して焼結させる本焼成工程を含む。通常は、塗布工程と乾燥工程と仮焼成工程とからなる工程を複数回繰り返して行った後に本焼成工程が行われることにより、ＰＺＴ膜が形成される。そして、このような一連の工程が、繰り返し行われることによって、目標膜厚を有する圧電体膜が形成される。したがって、圧電体膜は、積層された複数のＰＺＴ層を含んでいる。
特開２０１３−２１５９３０号公報 特開平６−４０７２７号公報
特許文献１に記載された構成では、下部電極は、一様な厚さで形成されている。振動膜の変位を大きくするためには、下部電極の厚さは薄い方が好ましいが、下部電極の厚さを薄くすると下部電極の抵抗値が高くなる。
この発明の目的は、下部電極の抵抗値を小さくできるとともに、振動膜の変位を大きくすることができる圧電体膜利用装置を提供することである。
この発明による圧電体膜利用装置は、キャビティと、前記キャビティ上に配置されかつ前記キャビティの天面部を区画する振動膜を含む振動膜形成層と、前記振動膜の前記キャビティとは反対側の表面に接して形成され、平面視において前記振動膜よりも前記キャビティの内方に後退した周縁を有する圧電素子とを含み、前記圧電素子は、前記振動膜形成層の前記キャビティとは反対側の表面に形成された下部電極と、前記下部電極に対して前記振動膜形成層とは反対側に配置された上部電極と、前記上部電極と前記下部電極との間に設けられた圧電体膜とを含んでおり、前記下部電極は、前記圧電素子を構成している主電極部と、前記主電極部から前記振動膜形成層の表面に沿う方向に引き出され、前記振動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記キャビティの天面部周縁を跨いで前記キャビティの外方に延びた延長部とを含み、前記平面視において、前記主電極部は、前記下部電極における前記キャビティの天面部周縁よりも内側にある内側電極領域に含まれており、前記延長部は、前記内側電極領域に繋がりかつ前記下部電極における前記キャビティの天面部周縁よりも外側にある外側電極領域を含んでおり、前記下部電極は、前記内側電極領域と前記外側電極領域との境界線を跨いで薄く形成された薄肉部を有している（請求項１）。
振動膜における振動膜の周縁と圧電素子の周縁との間の領域、つまり、振動膜の周縁部は、圧電素子またはキャビティの周囲壁によって拘束されていない領域であり、大きな変形が生じる領域である。このため、圧電素子が駆動されると、振動膜の周縁部の内周縁側がキャビティの厚さ方向に変位するように振動膜の周縁部が屈曲し、これにより振動膜の周縁部に囲まれた中央部全体がキャビティの厚さ方向に変位する。
平面視において、下部電極における内側電極領域と外側電極領域との境界線を跨いでいる領域のうち、キャビティの天面部周縁よりも内側にある部分は、振動膜の周縁部上に形成されている。このため、下部電極における内側電極領域と外側電極領域との境界線を跨いでいる領域は振動膜の変形を妨げるおそれがある。この発明では、下部電極は、内側電極領域と外側電極領域との境界線を跨いで薄く形成された薄肉部を有している。これにより、下部電極全体の厚さが厚い場合に比べて、振動膜の変形が妨げられにくくなる。
また、この発明では、下部電極において、前記薄肉部以外の領域の厚さを、前記薄肉部よりも厚く形成することができるので、下部電極全体の厚さが薄い場合に比べて、下部電極の抵抗値を小さくすることができる。つまり、この発明によれば、下部電極の抵抗値を小さくできるとともに、振動膜の変位を大きくすることができる圧電体膜利用装置を提供できる。
この発明の一実施形態では、前記薄肉部は、前記下部電極における前記内側電極領域と前記外側電極領域との境界線の全域に形成されている（請求項２）。この構成では、下部電極における内側電極領域と外側電極領域との境界線の一部にのみ薄肉部が形成されている場合に比べて、振動膜の変位をより大きくすることができる。
この発明の一実施形態では、前記主電極部も厚さの薄い薄肉部に形成されている（請求項３）。この構成では、振動膜の変位をより一層大きくすることができる。
この発明の一実施形態では、前記下部電極における前記主電極部を含む領域の厚さが前記薄肉部の厚さよりも厚い（請求項４）。この構成では、下部電極の抵抗値をより小さくすることができる。
この発明の一実施形態では、前記主電極部の全域の厚さが前記薄肉部の厚さよりも厚く、前記内側電極領域のうちの前記主電極部以外の領域の厚さが薄い（請求項５）。この構成では、下部電極の抵抗値をより小さくすることができるとともに、振動膜の変位をより大きくすることができる。
この発明の一実施形態では、前記薄肉部は、前記下部電極における前記内側電極領域と前記外側電極領域との境界線の一部に形成されている（請求項６）。この構成では、下部電極における内側電極領域と外側電極領域との境界線の全域に薄肉部が形成されている場合に比べて、下部電極の抵抗値を小さくすることができる。
この発明の一実施形態では、前記薄肉部は、前記下部電極における前記内側電極領域と前記外側電極領域との境界線に沿って間隔をおいて形成された複数の薄肉部を含んでいる（請求項７）。
この発明の一実施形態では、前記複数の薄肉部は、前記下部電極における前記内側電極領域と前記外側電極領域との境界線に沿う方向に長い矩形形状である（請求項８）。
この発明の一実施形態では、前記下部電極における前記主電極部を含む領域の厚さが前記薄肉部の厚さよりも厚い（請求項９）。この構成では、下部電極の抵抗値をより小さくすることができる。
この発明の一実施形態では、前記主電極部の全域の厚さが前記薄肉部の厚さよりも厚く、前記内側電極領域のうちの前記主電極部以外の領域の厚さが薄い（請求項１０）。この構成では、下部電極の抵抗値をより小さくすることができるとともに、振動膜の変位をより大きくすることができる。
この発明の一実施形態では、前記平面視において、前記キャビティの天面部が一方向に長い矩形状であり、前記主電極部は、平面視において、前記キャビティの天面部の短手方向の幅より短い幅と、前記キャビティの天面部の長手方向の長さより短い長さとを有する前記一方向に長い矩形状であり、その両端縁および両側縁が前記キャビティの天面部の両端縁および両側縁よりも前記キャビティの内方にそれぞれ後退しており、前記延長部は、前記主電極部の各側縁から前記キャビティの天面部の対応する側縁の中間部を跨いで、当該天面部側縁の外方に延びており、前記内側電極領域と前記外側電極領域との境界線は、前記キャビティの天面部の各側縁の中間部に対応した２つの境界線を含んでいる（請求項１１）。
この発明の一実施形態では、前記キャビティが複数設けられており、これらの複数のキャビティが前記キャビティの短手方向に並んで配置されている（請求項１２）。この構成では、たとえば、インクジェットプリントヘッドに適した圧電体膜利用装置を提供できる。
この発明の一実施形態では、隣り合う２つの前記キャビティ上にそれぞれ配置された２つの前記主電極部の対向する側縁どうしは、それらから引き出された前記延長部によって連結されており、前記延長部における隣り合う２つのキャビティの間の領域のほぼ全域の厚さが、前記薄肉部の厚さよりも厚い、請求項１２に記載の圧電体膜利用装置（請求項１３）。この構成では、インクジェットプリントヘッドに適し、かつ下部電極の抵抗値のより小さい圧電体膜利用装置を提供できる。
この発明の一実施形態では、複数の前記キャビティ上に配置された複数の前記主電極部から引き出された前記延長部は、前記平面視において、前記各キャビティの長手方向の一端よりも前記各キャビティの外側の位置において繋がっている（請求項１４）。この構成では、各キャビティの長手方向の一端よりも各キャビティの外側の位置において、下部電極を外部に接続することができる。
この発明の一実施形態では、前記下部電極には、前記平面視において、前記各キャビティの長手方向の前記一端側の端部をそれぞれ含む領域に複数の切除部が形成されている（請求項１５）。この構成では、各圧電素子の圧電体膜の変位をより大きくすることができる。
図１は、この発明の一実施形態に係る圧電体膜利用装置が適用されたインクジェットプリントヘッドの模式的な平面図である。 図２は、図１のII-II線に沿う模式的な拡大断面図である。 図３は、図１のIII-III線に沿う模式的な拡大断面図である。 前記インクジェットプリントヘッドの模式的な斜視図である。 図５は、図１の一部拡大平面図である。 図６は、前記インクジェットプリントヘッドの製造工程の一例を示す工程図である。 図７は、この発明の他の実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの構成を説明するための平面図である。 図８は、図７のインクジェットプリントヘッドの構成を説明するための断面図である。 図９は、この発明のさらに他の実施形態に係るインクジェットプリントヘッドの構成を説明するための平面図である。 図１０は、圧電体膜の模式的な断面図である。
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る圧電体膜利用装置が適用されたインクジェットプリントヘッドの模式的な平面図である。図２は、図１のII-II線に沿う模式的な拡大断面図である。図３は、図１のIII-III線に沿う模式的な拡大断面図である。図４は、インクジェットプリントヘッドの模式的な斜視図である。ただし、図１および図４においては、図２および図３に符号１３で示される水素バリア膜と、符号１４で示される絶縁膜とが省略されている。
図２を参照して、インクジェットプリントヘッド１は、シリコン基板２と、インクを吐出する吐出口３ａを有するノズル基板３とを備えている。シリコン基板２上には、振動膜形成層１０が積層されている。シリコン基板２と振動膜形成層１０との積層体には、インク流路（インク溜まり）としての圧力室(キャビティ)５が形成されている。圧力室５は、シリコン基板２に形成されかつシリコン基板２を厚さ方向に貫通する空間部５Ａと、振動膜形成層１０の裏面（シリコン基板２側の表面）に形成されかつ空間部５Ａに連続する凹部５Ｂとから構成されている。
ノズル基板３は、たとえばシリコンプレートからなり、シリコン基板２の裏面に張り合わされ、シリコン基板２および振動膜形成層１０とともに、圧力室５を区画している。ノズル基板３は、圧力室５に臨む凹部３ｂを有し、凹部３ｂの底面にインク吐出通路３ｃが形成されている。インク吐出通路３ｃは、ノズル基板３を貫通しており、圧力室５とは反対側に吐出口３ａを有している。したがって、圧力室５の容積変化が生じると、圧力室５に溜められたインクは、インク吐出通路３ｃを通り、吐出口３ａから吐出される。
圧力室５は、シリコン基板２の裏面側から、シリコン基板２および振動膜形成層１０を掘りこんで形成されている。シリコン基板２および振動膜形成層１０には、さらに、圧力室５に連通するインク供給路４（図１および図３を合わせて参照）が形成されている。インク供給路４は、圧力室５に連通しており、インク供給源であるインクタンク（たとえばインクカートリッジ）からのインクを圧力室５に導くように形成されている。
圧力室５は、図２の左右方向であるインク流通方向２１に沿って細長く延びて形成されている。振動膜形成層１０における圧力室５の天壁部分は、振動膜１０Ａを構成している。振動膜１０Ａ（振動膜形成層１０）は、たとえば、シリコン基板２上に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜からなる。振動膜１０Ａ（振動膜形成層１０）は、たとえば、シリコン基板２上に形成されたシリコン（Ｓｉ）層と、シリコン層上に形成され酸化シリコン（ＳｉＯ２）層と、酸化シリコン層上に形成された窒化シリコン（ＳｉＮ）層との積層体から構成されていてもよい。この明細書において、振動膜１０Ａとは、振動膜形成層１０のうち圧力室５を区画している天壁部を意味している。したがって、振動膜形成層１０のうち、圧力室５の天壁部以外の部分は、振動膜１０Ａを構成していない。
振動膜１０Ａの厚さは、たとえば、０．４μｍ〜２μｍである。振動膜１０Ａが酸化シリコン膜から構成される場合は、酸化シリコン膜の厚さは１．２μｍ程度であってもよい。振動膜１０Ａが、シリコン層と酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体から構成される場合には、シリコン層、酸化シリコン層および窒化シリコン層の厚さは、それぞれ０．４μｍ程度であってもよい。
圧力室５は、振動膜１０Ａと、シリコン基板２と、ノズル基板３とによって区画されており、この実施形態では、略直方体状に形成されている。圧力室５の長さはたとえば８００μｍ程度、その幅は５５μｍ程度であってもよい。インク供給路４は、圧力室５の長手方向一端部（この実施形態では、吐出口３ａとは反対側に位置する端部）に連通するように形成されている。ノズル基板３の吐出口３ａは、この実施形態では、圧力室５の長手方向に関する他端部付近に配置されている。
振動膜１０Ａの表面には、圧電素子６が配置されている。圧電素子６は、振動膜形成層１０上に形成された下部電極７と、下部電極７上に形成された圧電体膜８と、圧電体膜８上に形成された上部電極９とを備えている。言い換えれば、圧電素子６は、圧電体膜８を上部電極９および下部電極７で上下から挟むことにより構成されている。
下部電極７は、たとえば、Ｔｉ（チタン）層およびＰｔ（プラチナ）層を振動膜１０Ａ側から順に積層した２層構造を有している。この他にも、Ａｕ（金）膜、Ｃｒ（クロム）層、Ｎｉ（ニッケル）層などの単膜で下部電極７を形成することもできる。下部電極７は、圧電体膜８の下面に接した主電極部７Ａと、圧電体膜８の外方の領域まで延びた延長部７Ｂ（図１および図４も参照）とを有している。
圧電体膜８としては、たとえば、ゾルゲル法またはスパッタ法によって形成されたＰＺＴ（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３：チタン酸ジルコン酸鉛）膜を適用することができる。このような圧電体膜８は、金属酸化物結晶の焼結体からなる。圧電体膜８の厚さは、１μｍ〜５μｍが好ましい。振動膜１０Ａの全体の厚さは、圧電体膜８の厚さと同程度か、圧電体膜の厚さの２／３程度とすることが好ましい。
上部電極９は、圧電体膜８と平面視でほぼ同じ形状に形成されている。上部電極９は、たとえば、ＩｒＯ２（酸化イリジウム）層およびＩｒ（イリジウム）層を圧電体膜８側から順に積層し、さらにＰｔ層またはＡｕ層等を積層した３層構造を有している。
振動膜形成層１０の表面、圧電素子６の表面および下部電極７の延長部の表面は、水素バリア膜１３によって覆われている。水素バリア膜１３は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）によって覆われている。これにより、圧電体膜８の水素還元による特性劣化を防止することができる。水素バリア膜１３上には、絶縁膜１４が積層されている。絶縁膜１４は、たとえば、ＳｉＯ２からなる。絶縁膜１４上には配線１５が形成されている。配線１５は、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなる。
配線１５の一端部は、上部電極９の一端部の上方に配置されている。配線１５と上部電極９との間において、水素バリア膜１３および絶縁膜１４を連続して貫通する貫通孔１６が形成されている。配線１５の一端部は、貫通孔１６に入り込み、貫通孔１６内で上部電極９に接続されている。また、水素バリア膜１３および絶縁膜１４は、上部電極９の表面における周縁部に囲まれた領域に対応する位置に切除部１７を有している。切除部１７とは、水素バリア膜１３および絶縁膜１４が切除されている部分である。
また、下部電極７の延長部上の所定領域に対応する位置には、水素バリア膜１３および絶縁膜１４を連続して貫通する開口部１８が形成されており、下部電極７の表面が開口部１８を介して露出している。この露出部分は、下部電極７を外部に接続するためのパッド部７ｄを構成している。振動膜形成層１０の表面において、圧電素子６のインク流通方向２１の上流側端よりも上流側においては、インク流通方向２１に直交する方向（シリコン基板２の表面に沿う方向）から見て、圧電素子６の上流側端に近い領域にのみ、水素バリア膜１３および絶縁膜１４は形成されており、それより上流側においては水素バリア膜１３および絶縁膜１４は形成されていない。
圧電素子６は、振動膜１０Ａを挟んで圧力室５に対向する位置に形成されている。すなわち、圧電素子６は、振動膜１０Ａの圧力室５とは反対側の表面に接するように形成されている。圧力室５には、図示しないインクタンクからインク供給路４を通って供給されるインクが充填される。振動膜１０Ａは、圧力室５の天面部を区画していて、圧力室５に臨んでいる。振動膜１０Ａは、振動膜形成層１０とシリコン基板２との積層体における圧力室５の周囲の部分によって支持されており、圧力室５に対向する方向（換言すれば振動膜１０Ａの厚さ方向）に変形可能な可撓性を有している。
配線１５および下部電極７のパッド部７ｄは、駆動回路２０に接続されている。駆動回路２０は、シリコン基板２の圧力室５とは別の領域に形成されていてもよいし、シリコン基板２外に形成されていてもよい。駆動回路２０から圧電素子６に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって、圧電体膜８が変形する。これにより、圧電素子６とともに振動膜１０Ａが変形し、それによって、圧力室５の容積変化がもたらされ、圧力室５内のインクが加圧される。加圧されたインクは、インク吐出通路３ｃを通って、吐出口３ａから微小液滴となって吐出される。
図１〜図４を参照して、シリコン基板２と振動膜形成層１０との積層体には、複数の圧力室５が互いに平行に延びてストライプ状に形成されている。複数の圧力室５は、それらの幅方向に微小な間隔（たとえば３０μｍ〜３５０μｍ程度）を開けて等間隔で形成されている。各圧力室５は、平面視において、インク供給路４から吐出通路３ｃに向かうインク流通方向２１に沿って細長く延びた長方形形状を有している。つまり、圧力室５の天面部は、インク流通方向２１に沿う２つの側縁５ｃ，５ｄと、インク流通方向２１に直交する方向に沿う２つの端縁５ａ，５ｂとを有している。インク供給路４は、圧力室５の一端部において、２つの通路に分かれて形成されており、共通インク通路１９に連通している。共通インク通路１９は、複数の圧力室５に対応したインク供給路４に連通しており、それらのインク供給路４に、インクタンクからのインクを供給するように形成されている。
圧電素子６は、インク流通方向２１（振動膜１０Ａの長手方向と同方向）の長さが、振動膜１０Ａの長手方向の長さよりも短く形成されており、平面視矩形形状を有している。そして、図１に示すように、圧電素子６の短手方向に沿う両端縁６ａ，６ｂは、振動膜１０Ａの対応する両端縁１０Ａａ，１０Ａｂに対して、所定の間隔ｄ１（たとえば５μｍ）を開けて内側に配置されている。また、圧電素子６は、振動膜１０Ａの長手方向に直交する短手方向（シリコン基板２の主面に平行な方向）の幅が、振動膜１０Ａ（圧力室５の天面部）の当該短手方向の幅よりも狭く形成されている。そして、圧電素子６の長手方向に沿う両側縁６ｃ，６ｄは、振動膜１０Ａの対応する両側縁１０Ａｃ，１０Ａｄに対して、所定の間隔ｄ２（たとえば５μｍ）を開けて内側に配置されている。
下部電極７は、平面視において、インク流通方向２１に沿う方向に所定幅を有し、かつインク流通方向２１と直交する方向に複数の圧力室５を跨いで延びた平板状であり、複数の圧電素子６に対して共用される共通電極である。下部電極７のインク流通方向２１と直交する方向に沿う第１の辺７ａは、平面視において、複数の圧電素子６の一方の端縁６ａを結ぶ線と整合している。下部電極７の第１の辺７ａに対向する第２の辺７ｂは、複数の圧電素子６の他方の端縁６ｂに対応する振動膜１０Ａの端縁１０Ａｂよりも外側（インク流通方向２１の下流側）に配置されている。
下部電極７には、各圧電素子６のインク流通方向２１の下流側に、下部電極７を貫通する平面視矩形状の切除部７ｃが形成されている。各切除部７ｃは、平面視において、インク流通方向２１に沿う２つの側縁（短辺）と、インク流通方向２１に直交する方向に沿う２つの端縁（長辺）とを有している。切除部７ｃの一方の端縁はインク流通方向２１に関して圧電素子６の端縁６ｂと整合する位置に配置され、他方の端縁は振動膜１０Ａの端縁１０Ａｂよりも外側（インク流通方向２１の下流側）に配置されている。切除部７ｃの一方の側縁は振動膜１０Ａの一方の側縁１０Ａｃよりも外側に配置され、切除部７ｃの他方の側縁は振動膜１０Ａの他方の側縁１０Ａｄよりも外側に配置されている。したがって、平面視において、振動膜１０Ａの端縁１０Ａｂ側の端部は切除部７ｃの内側に配置されている。下部電極７の第２の辺７ｂと複数の切除部７ｃとの間の領域に、インク流通方向２１に直交する方向に細長い矩形状のパッド部７ｄが形成されている。
下部電極７は、圧電素子６を構成する主電極部７Ａと、主電極部７Ａから振動膜形成層１０の表面に沿う方向に引き出され、圧力室５の天面部（振動膜１０Ａ）の周縁を跨いで圧力室５の天面部の周縁の外方に延びた延長部７Ｂとを含んでいる。主電極部７Ａは、振動膜１０Ａの長手方向に沿って、振動膜１０Ａよりも短く形成されており、その両端縁は、振動膜１０Ａの対応する両端縁１０Ａａ，１０Ａｂに対して、所定の前記間隔ｄ１を開けて内側に配置されている。また、主電極部７Ａは、振動膜１０Ａの短手方向に沿う幅が、振動膜１０Ａの当該短手方向の幅よりも狭く形成されており、その両側縁は、振動膜１０Ａの対応する両側縁１０Ａｃ，１０Ａｄに対して、前記間隔ｄ２を開けて内側に配置されている。
延長部７Ｂは、平面視において、主電極部７Ａの各側縁から圧力室５の天面部の対応する側縁５ｃ，５ｄを跨いで、圧力室５の天面部の側縁５ｃ，５ｄの外方に延びている。延長部７Ｂは、下部電極７の全領域のうちの主電極部７Ａを除いた領域である。図５を参照して、延長部７Ｂにおいて、平面視で、圧力室５の天面部の周縁（この実施形態では側縁５ｃ，５ｄ）を跨いでいる部分を「跨ぎ領域７Ｃ」という場合がある。また、下部電極７において、平面視で、圧力室５の天面部の周縁５ａ〜５ｄの内側にある領域を「内側電極領域」といい、圧力室５の天面部の周縁５ａ〜５ｄの外側にある領域を「外側電極領域」という場合がある。
下部電極７における主電極部７Ａは、内側電極領域に含まれている。下部電極７における延長部７Ｂは、内側電極領域のうちの主電極部７Ａ以外の領域と、外部電極領域とから構成される。内側電極領域と外側電極領域との境界部付近の領域が、跨ぎ領域７Ｃとなる。この実施形態では、内側電極領域と外側電極領域との境界線は、圧力室５の天面部の各側縁５ｃ，５ｄの長さ中間部に対応した２つの境界線を有している。したがって、この実施形態では、下部電極７は、平面視において、圧力室５の天面部の各側縁５ｃ，５ｄの長さ中間部をそれぞれ跨ぐ２つの跨ぎ領域７Ｃを有している。
この実施形態では、下部電極７における跨ぎ領域７Ｃと、内側電極領域のうちの跨ぎ領域７Ｃを除く部分との厚さが、他の領域の厚さよりも薄く形成されている。つまり、この実施形態では、下部電極７は、跨ぎ領域７Ｃに対応した薄肉部と、内側電極領域のうちの跨ぎ領域７Ｃを除く領域に対応した薄肉部と、これらの領域以外の領域に対応した厚肉部とを有している。下部電極７の薄肉部を、図５に網点領域で示す。なお、この実施形態では、各跨ぎ領域７Ｃにおける内側電極領域に属している領域の幅が、内側電極領域における内側電極領域の対応する側縁と主電極部７Ａの対応する側縁との間の領域の幅と同じ幅に設定されている。したがって、この実施形態では、下部電極７は、跨ぎ領域７Ｃに対応した薄肉部と、主電極部７Ａに対応した薄肉部と、これらの領域以外の領域に対応した厚肉部とを有している。なお、各跨ぎ領域７Ｃにおける内側電極領域に属している領域の幅は、内側電極領域における内側電極領域の対応する側縁と主電極部７Ａの対応する側縁との間の領域の幅よりも短い幅に設定されていてもよい。
図１〜図４を参照して、上部電極９は、振動膜１０Ａの長手方向に沿って、振動膜１０Ａよりも短く形成されており、その両端縁は、振動膜１０Ａの対応する両端縁１０Ａａ，１０Ａｂに対して、所定の前記間隔ｄ１を開けて内側に配置されている。また、上部電極９は、振動膜１０Ａの短手方向に沿う幅が、振動膜１０Ａの当該短手方向の幅よりも狭く形成されており、その両側縁は、振動膜１０Ａの対応する両側縁１０Ａｃ，１０Ａｄに対して、前記間隔ｄ２を開けて内側に配置されている。
圧電体膜８は、上部電極９と同じパターンに形成されている。すなわち、圧電体膜８は、振動膜１０Ａの長手方向に沿って、振動膜１０Ａよりも短く形成されており、その両端縁は、振動膜１０Ａの対応する両端縁１０Ａａ，１０Ａｂに対して、所定の前記間隔ｄ１を開けて内側に配置されている。また、圧電体膜８は、振動膜１０Ａの短手方向に沿う幅が、振動膜１０Ａの当該短手方向の幅よりも狭く形成されており、その両側縁は、振動膜１０Ａの対応する両側縁１０Ａｃ，１０Ａｄに対して、前記間隔ｄ２を開けて内側に配置されている。圧電体膜８の下面は下部電極７における圧電素子６を構成している部分の上面に接しており、圧電体膜８の上面は上部電極９の下面に接している。
配線１５は、一端部が上部電極９の一端部（圧電素子６の一方の端縁６ａ側の端部）に接続されかつ平面視において、インク流通方向２１と反対方向に延びた引き出し部１５Ａと、引き出し部１５Ａと一体化し、引き出し部１５Ａの先端に接続された平面視矩形状のパッド部１５Ｂとからなる。引き出し部１５Ａは、上部電極９に接続されている部分を除いて、圧電素子６の上面の一端部（圧電素子６の一方の端縁６ａ側の端部）とそれに連なる圧電素子６の端面と振動膜形成層１０の表面とを覆う絶縁膜１４の表面上に形成されている。パッド部１５Ｂは、水素バリア膜１３および絶縁膜１４が形成されていない振動膜形成層１０の表面上に形成されている。
振動膜１０Ａにおける振動膜１０Ａの周縁１０Ａａ〜１０Ａｄと圧電素子６の周縁６ａ〜６ｄとの間の環状領域（この実施形態では、インク流通方向２１に長手の矩形環状領域）は、圧電素子６または圧力室５の周囲壁によって拘束されていない領域であり、大きな変形が生じる領域である。つまり、振動膜１０Ａの周縁部は、大きな変形が生じる領域である。このため、圧電素子６が駆動されると、振動膜１０Ａの周縁部の内周縁側が圧力室５の厚さ方向（この実施形態では下方）に変位するように振動膜１０Ａの周縁部が屈曲し、これにより振動膜１０Ａの周縁部に囲まれた中央部全体が圧力室５の厚さ方向（この実施形態では下方）に変位する。
下部電極７の跨ぎ領域７Ｃにおける圧力室５の天面部周縁５ａ〜５ｄ（この実施形態では、天面部の側縁５ｃ，５ｄ）よりも内側にある部分は、振動膜１０Ａの周縁部上に形成されている。このため、下部電極７の跨ぎ領域７Ｃは振動膜１０Ａの変形を妨げるおそれがある。この実施形態では、下部電極７は、跨ぎ領域７Ｃに対応した薄肉部を有しているので、下部電極７全体の厚さが厚い場合に比べて、振動膜１０Ａの変形が妨げられにくくなる。また、この実施形態では、下部電極７は、跨ぎ領域７Ｃに対応した薄肉部の他に、内側電極領域のうちの跨ぎ領域７Ｃを除く領域(この実施形態では主電極部７Ａ)に対応した薄肉部を有しているので、振動膜１０Ａの変形がより妨げられにくくなる。
また、この実施形態では、下部電極７は、跨ぎ領域７Ｃと、内側電極領域のうちの跨ぎ領域７Ｃを除く領域(この実施形態では主電極部７Ａ)とを除いた領域に対応した厚肉部を有しているので、下部電極７全体の厚さが薄い場合に比べて、下部電極７の抵抗値を小さくすることができる。つまり、この実施形態によれば、下部電極７の抵抗値を小さくできるとともに、振動膜１０Ａの変位を大きくすることができる。
図６は、前記インクジェットプリントヘッド１の製造工程の一例を示す工程図である。
まず、シリコン基板２の表面に振動膜形成層１０が形成される(Ｓ１)。具体的には、シリコン基板２の表面に酸化シリコン層（たとえば、１．２μｍ厚）が形成される。振動膜形成層１０が、シリコン層と酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体で構成される場合には、シリコン基板２の表面にシリコン層（たとえば０．４μｍ厚）が形成され、シリコン層上に酸化シリコン層（たとえば０．４μｍ厚）が形成され、酸化シリコン層上に窒化シリコン層（たとえば０．４μｍ厚）が形成される。振動膜形成層１０の表面には、たとえば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２などの下地酸化膜が形成されてもよい。これらの下地酸化膜は、後に形成される圧電体膜８からの金属原子の抜け出しを防ぐ。金属電子が抜け出すと、圧電体膜８の圧電特性が悪くなるおそれがある。また、抜け出した金属原子が振動膜１０Ａを構成するシリコン層に混入すると振動膜１０Ａの耐久性が悪化するおそれがある。
次に、振動膜形成層１０の上（前記下地酸化膜が形成されている場合には当該下地酸化膜の上）に、下部電極７の材料層である下部電極膜が形成される(Ｓ２)。下部電極膜は、たとえば、Ｔｉ膜（たとえば１００Å〜４００Å厚）を下層としＰｔ膜（たとえば１００Å〜４０００Å厚）を上層とするＰｔ／Ｔｉ積層膜からなる。このような下部電極膜は、スパッタ法で形成されてもよい。
次に、下部電極膜の薄肉部が形成される(Ｓ３)。つまり、フォトグラフィによって、下部電極７の薄肉部となる領域（下部電極７の跨ぎ領域７Ｃと内側電極領域のうちの跨ぎ領域７Ｃを除く領域）以外の領域を覆うレジストマスクが形成され、このレジストマスクをマスクとして、下部電極膜がエッチングされることにより、下部電極７の薄肉部が形成される。薄肉部の厚さは、たとえば、１０００Å程度であり、薄肉部以外の部分（厚肉部）厚さは、たとえば２０００Å程度である。
次に、圧電体膜８の材料膜（圧電体材料膜）が下部電極膜上の全面に形成される(Ｓ４)。具体的には、たとえば、ゾルゲル法によって１μｍ〜５μｍ厚のＰＺＴ膜が形成される。このようなＰＺＴ膜は、金属酸化物結晶粒の焼結体からなる。
次に、圧電体材料膜の全面に上部電極９の材料である上部電極膜が形成される(ステップＳ５)。上部電極膜は、たとえば、ＩｒＯ２膜（たとえば４００Å〜１６００Å厚）を下層としＩｒ膜（たとえば５００Å〜２０００Å厚）を上層とするＩｒ／Ｉｒ０２積層膜からなる。このような上部電極膜は、スパッタ法で形成されてもよい。
次に、上部電極膜、圧電体材料膜および下部電極膜のパターニングが行われる(Ｓ６−Ｓ１２)。まず、フォトグラフィによって、下部電極７のパターンのレジストマスクが形成され（Ｓ６）、このレジストマスクをマスクとして、上部電極膜、圧電体材料膜および下部電極膜が同一パターンにエッチングされることにより、所定パターンの下部電極膜が形成される（ステップＳ６−Ｓ９）。より詳細には、上部電極膜はドライエッチングによってパターニングされ(ステップＳ７)、圧電体材料膜はウェットエッチングによってパターニングされ（Ｓ８）、下部電極膜はドライエッチングによってパターニングされる(ステップＳ９)。こうして、下部電極７が形成される。圧電体材料膜のウェットエッチングに用いるエッチャントは、塩酸を主体とした酸類であってもよい。
次に、レジストマスクを剥離した後、フォトリソグラフィによって、圧電体膜８のパターンのレジストマスクが形成され(Ｓ１０)、このレジストパターンを用いて、上部電極膜および圧電体材料膜が同一パターンにエッチングされる（Ｓ１１−Ｓ１２）。より詳細には、上部電極膜はドライエッチングによってパターニングされ(Ｓ１１)、圧電体材料膜はウェットエッチングによってパターニングされる（Ｓ１２）。こうして、圧電体膜８および上部電極９が形成される。
その後は、レジストマスクを剥離した後、全面を覆う水素バリア膜１３が形成される(Ｓ１３)。水素バリア膜１３は、スパッタ法で形成されたＡｌ２Ｏ３膜であってもよく、その膜厚は、４００Å〜１６００Åであってもよい。
さらに、水素バリア膜１３を覆う絶縁膜１４が形成される（Ｓ１４）。絶縁膜１４は、ＳｉＯ２膜であってもよく、その膜厚は、２５００Å〜１００００Åであってもよい。
次に、シリコン基板２を薄くするための裏面研削が行われる（Ｓ１５）。たとえば、初期状態で６７０μｍ厚程度のシリコン基板２が、３００μｍ厚程度に薄型化されてもよい。
その後、シリコン基板２と振動膜形成層１０との積層体に対して、シリコン基板２の裏面からエッチング（ドライエッチングまたはウェットエッチング）を行うことによって、圧力室５が形成され、同時に振動膜１０Ａが形成される。このエッチングの際、水素バリア膜１３および振動膜形成層１０の表面に形成される下地酸化膜は、圧電体膜８から金属元素（ＰＺＴの場合は、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉ）が抜け出すことを防止し、圧電体膜８の圧電特性を良好に保つ。また、前述のとおり、振動膜形成層１０の表面に形成される下地酸化膜は、振動膜１０Ａを形成するシリコン層の耐久性の維持に寄与する。
この後、水素バリア膜１３および絶縁膜１４のパターニング、配線１５の形成等が行われることにより、図１〜図４に示されるインクジェットプリントヘッド１が得られる。
前述の実施形態では、下部電極７の跨ぎ領域７Ｃと、内側電極領域のうちの跨ぎ領域７Ｃを除く領域(この実施形態では主電極部７Ａ)との厚さが、他の領域の厚さよりも薄く形成されている。しかし、図７および図８に示すように、内側電極領域のうちの跨ぎ領域７Ｃを除く領域(この実施形態では主電極部７Ａ)の厚さを、跨ぎ領域７Ｃの厚さより厚く形成してもよい。言い換えれば、下部電極７のうち跨ぎ領域７Ｃのみを、他の領域の厚さよりも薄く形成してもよい。つまり、下部電極７は、跨ぎ領域７Ｃに対応した薄肉部と、跨ぎ領域７Ｃ以外の領域に対応した厚肉部とを有していてもよい。この場合の下部電極７の薄肉部を、図７に網点領域で示す。
このような構成においても、下部電極７の抵抗値を小さくできるとともに、振動膜１０Ａの変位を大きくすることができる。また、このような構成では、主電極部７Ａの厚さが跨ぎ領域７Ｃに対応した薄肉部の厚さより厚く形成されているので、下部電極７の抵抗値をより小さくすることができる。
図７および図８に示されるような構成においても、各跨ぎ領域７Ｃにおける内側電極領域に属している領域の幅が、内側電極領域における内側電極領域の対応する側縁と主電極部７Ａの対応する側縁との間の領域の幅よりも短い幅に設定されていてもよい。このような場合には、内側電極領域のうち主電極部７Ａと跨ぎ領域７Ｃとの間の領域の厚さは、跨ぎ領域７Ｃのように薄く形成されていてもよいし、主電極部７Ａのように厚く形成されていてもよい。
前述の実施形態では、跨ぎ領域７Ｃの全域が薄肉に形成されている。しかし、跨ぎ領域７Ｃの全域が薄肉に形成されている必要はなく、跨ぎ領域７Ｃのうちの長手方向（圧力室５の天面部の側縁５ｃ，５ｄに沿う方向）の一部のみが薄肉に形成されていてもよい。言い換えれば、下部電極７における跨ぎ領域７Ｃの一部のみの厚さを、他の領域の厚さよりも薄く形成してもよい。たとえば、図９に示すように、跨ぎ領域７Ｃは、その長手方向に沿って、圧力室５の天面部の側縁５ｃ，５ｄに沿う長手方向を有する矩形薄肉部と厚肉部とが交互に形成されるような構成であってもよい。図９に、跨ぎ領域７Ｃにおける矩形薄肉部を網点領域で示す。
さらに、下部電極７は、平面視において、圧力室５の天面部の側縁５ｃ，５ｄを跨ぐ跨ぎ領域（以下、「第１の跨ぎ領域７Ｃ」という。）に加えてまたは代えて、圧力室５の天面部の端縁５ａ，５ｂを跨ぐ跨ぎ領域（以下、「第２の跨ぎ領域７Ｃ」という。）を有していてもよい。下部電極７が、第１の跨ぎ領域に加えて第２の跨ぎ領域を有している場合には、第１の跨ぎ領域および第２の跨ぎ領域における圧力室５の天面部の周縁５ａ〜５ｄに沿う方向の少なくとも一部の厚さが薄く形成される。下部電極７が、第１の跨ぎ領域に代えて第２の跨ぎ領域を有している場合には、第２の跨ぎ領域における圧力室５の天面部の端縁５ａ，５ｂに沿う方向の少なくとも一部の厚さが薄く形成される。これらの場合においても、平面視において、下部電極７における圧力室５の天面部周縁５ａ〜５ｄの内側に配置された部分（内側電極領域）のうちの跨ぎ領域７Ｃを除く領域の厚さを薄く形成してもよい。
次に、インクジェットプリントヘッド１に用いられている圧電体膜８の構成例について説明する。
図１０は、圧電体膜８の模式的な断面図である。圧電体膜８は、シリコン基板２上に形成された下部電極（金属膜）７の表面に接して形成されている。より具体的には、シリコン基板２の表面には振動膜形成層１０が形成されており、振動膜形成層１０の表面に下部電極７が形成されており、下部電極７の表面に圧電体膜８が形成されている。下部電極７は、この実施形態では、Ｔｉ膜を下層としＰｔ膜を上層とするＰｔ／Ｔｉ積層膜からなる。圧電体膜８の上面には、上部電極９が形成されている。上部電極９は、この実施形態では、ＩｒＯ２膜を下層としＩｒ膜を上層とするＩｒ／Ｉｒ０２積層膜からなる。
圧電体膜８は、下部電極７の表面に形成された密着層１０１と、密着層１０１上に形成された第１のシード層１０２と、第１のシード層１０２上に積層された複数の本焼成単位のＰＺＴ層１０３〜１０６と、本焼成単位のＰＺＴ１０６の表面上に形成された第２のシード層１０７と、第２のシード層１０７の表面上に形成された複数の本焼成単位のＰＺＴ層１０８〜１１２とを備えている。
「本焼成単位のＰＺＴ層」とは、ＰＺＴを含む前駆体溶液を塗布する塗布工程と、その塗布膜を乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の塗布膜を加熱してゲル化させる仮焼成工程とからなるゲル化膜形成工程が１または複数回行われた後に、ゲル化した塗布膜を熱処理して焼結させる本焼成工程が行われることにより形成されるＰＺＴ層をいう。つまり、本焼成単位のＰＺＴ層は、ゾルゲル法によって形成される。
前駆体溶液には、ＰＺＴの他、溶媒が含まれる。塗布工程では、たとえば、前駆体溶液がスピンコートされる。乾燥工程は、たとえば１４０℃の温度環境下で行われる。乾燥工程は、自然乾燥でもよい。仮焼成工程では、乾燥工程後の塗布膜に対して、たとえば、鉛の融点（３２７．５℃）以上の温度（たとえば４００℃）の熱処理が行われる。仮焼成工程において、鉛の融点未満の温度（たとえば、３００℃）の熱処理が行われてもよい。本焼成工程は、ゲル化した塗布膜に対して、たとえば７００℃の熱処理が施される。本焼成工程は、ＲＴＡ（rapid thermal annealing）によって行われてもよい。
以下において、本焼成工程によって同時に焼結された１または複数層の塗布膜のそれぞれに対応したＰＺＴ層を、「仮焼成単位のＰＺＴ層」という場合がある。
密着層１０１は、圧電体膜８と下部電極７との密着性を高めるために設けられた層であり、この実施形態では、ＴｉＯ層からなる。ＴｉＯ層は、たとえば、ゾルゲル法、スパッタ法等によって形成することができる。
シード層１０２，１０７は、ＰＺＴの結晶性および密着性を向上させるために設けられた層であり、たとえば、ＰＺＴからなるＰＺＴシード層またはＴｉＯからなるＴｉＯシード層から構成される。第１シード層１０２と第２のシード層１０７とは、同じ材料で構成されていてもよいし、互いに異なる材料で構成されていてもよい。ＰＺＴシード層は、ＰＺＴを含む前駆体溶液を塗布する塗布工程と、その塗布膜を乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の塗布膜を加熱してゲル化させる仮焼成工程とからなるゲル化膜形成工程が１回行われた後に、ゲル化した塗布膜を熱処理して焼結させる本焼成工程が行われることにより形成される。ＴｉＯシード層は、たとえば、ゾルゲル法、スパッタ法等によって形成することができる。
図１０の構成例では、第１のシード層１０２と第２のシード層１０７との間に、４層分の本焼成単位のＰＺＴ層１０３〜１０６が積層され、第２のシード層１０７上に５層分の本焼成単位のＰＺＴ層１０８〜１１２が積層されている。
本焼成単位のＰＺＴ層１０３〜１０６，１０８〜１１２のうち、最上層の本焼成単位のＰＺＴ層１１２以外の各本焼成単位のＰＺＴ層１０３〜１０６，１０８〜１１１は、ＰＺＴを含む前駆体溶液を塗布する塗布工程と、その塗布膜を乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の塗布膜を加熱してゲル化させる仮焼成工程とからなるゲル化膜形成工程が複数回、この実施形態では３回行われた後に、ゲル化した塗布膜を熱処理して焼結させる本焼成工程が行われることにより形成されている。したがって、最上層の本焼成単位のＰＺＴ層１１２以外の各本焼成単位のＰＺＴ層１０３〜１０６，１０８〜１１１は、３層分の仮焼成単位のＰＺＴ層１００を含んでいる。一層分の仮焼成単位のＰＺＴ層１００の厚さは、この実施形態では、０．０８μｍである。
一方、最上層の本焼成単位のＰＺＴ層１１２は、ＰＺＴを含む前駆体溶液を塗布する塗布工程と、その塗布膜を乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の塗布膜を加熱してゲル化させる仮焼成工程とからなるゲル化膜形成工程が１回行われた後に、ゲル化した塗布膜を熱処理して焼結させる本焼成工程が行われることにより形成されている。したがって、最上層の本焼成単位のＰＺＴ層は、１層分の仮焼成単位のＰＺＴ層１００を含んでいる。
本焼成工程によって同時に焼結される塗布膜の層数が多くなるほど、つまり本焼成単位のＰＺＴ層に含まれる仮焼成単位のＰＺＴ層の層数が多くなるほど、全体として本焼成工程数が少なくなるので、製造効率が高くなる。しかしながら、本焼成工程によって同時に焼結される塗布膜の層数が多くなるほど、本焼成工程によって焼結される塗布膜全体の厚さが厚くなるため、本焼成工程後に形成される本焼成単位のＰＺＴ層の表面（上面）の凹凸が大きくなる。
図１０の構成例では、最上層の本焼成単位のＰＺＴ層１１２以外の本焼成単位のＰＺＴ層１０３〜１０６，１０８〜１１１に含まれる仮焼成単位のＰＺＴ層は３層であるのに対し、最上層の本焼成単位のＰＺＴ層１１２に含まれる仮焼成単位のＰＺＴ層は１層である。したがって、最上層の本焼成単位のＰＺＴ層１１２の表面の凹凸は、他の本焼成単位のＰＺＴ層１１２の表面の凹凸に比べて小さい。この結果、最上層の本焼成単位のＰＺＴ層１１２の表面の凹凸は、当該本焼成単位のＰＺＴ層１１２とそれに隣接する上から２番目の本焼成単位のＰＺＴ層１１２との界面の凹凸よりも小さい。これにより、最上表面が滑らかな圧電体膜８が得られる。これにより、圧電体膜８と上部電極９との間の密着性を向上させることができる。また、下部電極７と上部電極９との間の平行度を向上させることができるから、圧電体膜の圧電性能を向上させることができる。
また、図１０の構成例では、圧電体膜８は、最下層の本焼成単位のＰＺＴ層１０３の下面側に存在する第１のシード層１０２以外に、最下層の本焼成単位のＰＺＴ層１０３と最上層の本焼成単位のＰＺＴ層１１２の中間位置において、隣り合う本焼成単位のＰＺＴ層１０６，１０８の間に介在した第２のシード層１０７を含んでいる。したがって、最下層の本焼成単位のＰＺＴ層１０３の下面側にのみシード層が設けられている場合に比べて、各本焼成単位のＰＺＴ層１０３〜１０６，１０８〜１１２の結晶の方向が揃いやすくなる。これにより、安定した圧電特性を有する圧電体膜８が得られる。
このような圧電体膜８は、次のようにして形成される。まず、下部電極７上に密着層１０１を形成し、密着層１０１上に第１のシード層１０２を形成する。次に、第１のシード層１０２上に、最下層の本焼成単位のＰＺＴ層１０３を形成し、その上に第２層目〜第４層目の本焼成単位のＰＺＴ層１０４〜１０６を順次形成する。次に、第４層目の本焼成単位のＰＺＴ層１０６上に、第２のシード層１０７を形成する。次に、第２のシード層１０７上に、第５層目の本焼成単位のＰＺＴ層１０８を形成し、その上に第６層目〜第８層目の本焼成単位のＰＺＴ層１０９〜１１１を順次形成する。最後に、第８層目の本焼成単位のＰＺＴ層１１１上に、最上層（９層目）の本焼成単位のＰＺＴ層１１２を形成する。
圧電体膜８の実施例について説明する。
（第１実施例）
第１実施例では、第１のシード層１０２および第２のシード層１０７が、ＰＺＴからなるＰＺＴシード層から構成されている。第１実施例では、第１のシード層１０２および第２のシード層１０７が同じ材料で構成されているので、製造効率を向上化できる。
（第２実施例）
第２実施例では、第１のシード層１０２および第２のシード層１０７が、ＴｉＯからなるＴｉＯシード層から構成されている。第２実施例では、第１のシード層１０２および第２のシード層１０７が同じ材料で構成されているので、製造効率を向上化できる。
（第３実施例）
第３実施例では、第１のシード層１０２がＴｉＯからなるＴｉＯシード層から構成され、第２のシード層１０７がＰＺＴからなるＰＺＴシード層から構成されている。
（第４実施例）
第４実施例では、第１のシード層１０２がＰＺＴからなるＰＺＴシード層から構成され、第２のシード層１０７がＴｉＯからなるＴｉＯシード層から構成されている。
図１０の構成例では、最上層の本焼成単位のＰＺＴ層１１２以外の本焼成単位のＰＺＴ層１０３〜１０６，１０８〜１１１に含まれる仮焼成単位のＰＺＴ層は３層である。しかし、最上層の本焼成単位のＰＺＴ層１１１に隣接する上から２番目の本焼成単位のＰＺＴ層１１２に含まれる仮焼成単位のＰＺＴ層が２層以上であればよく、それより下層の本焼成単位のＰＺＴ層１０３〜１０６，１０８〜１１１に含まれる仮焼成単位のＰＺＴ層の層数は１でもよく、３以外の複数であってもよい。
また、圧電体膜８に含まれる本焼成単位のＰＺＴ層の層数は、図１０の構成例の層数に限られず、２以上であれば、任意に設定することができる。また、仮焼成単位のＰＺＴ層の厚みは、図１０の構成例の厚みに限られず、任意に設定することができる。
また、図１０の構成例では、最下層の本焼成単位のＰＺＴ層１０３と最上層の本焼成単位のＰＺＴ層１１２との間に、所定の１つの中間位置にのみ第２のシード層１０７が設けられているが、異なる複数の中間位置に第２のシード層を設けてもよい。
前述の実施形態では、この発明をインクジェットプリントヘッドに適用した場合について説明したが、この発明は、圧電体膜を用いたマイクロホン、圧力センサ、加速度センサ、角速度センサ、超音波センサ、スピーカー、ＩＲセンサ（熱センサ）等にも適用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
この明細書からはさらに以下のような特徴が抽出され得る。
Ａ１． 積層された複数の本焼成単位のＰＺＴ層を含む圧電体膜であって、最下層の本焼成単位のＰＺＴ層の下面側に存在する第１のシード層と、最下層の本焼成単位のＰＺＴ層と最上層の本焼成単位のＰＺＴ層との間の中間位置において、隣接する２つの本焼成単位のＰＺＴ層の間に介在する第２のシード層とを含む、圧電体膜。
「本焼成単位のＰＺＴ層」とは、ＰＺＴを含む前駆体溶液を塗布する塗布工程と、その塗布膜を乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の塗布膜を加熱してゲル化させる仮焼成工程とからなるゲル化膜形成工程が１または複数回行われた後に、ゲル化した塗布膜を熱処理して焼結させる本焼成工程が行われることにより形成されるＰＺＴ層をいう。
この構成では、最下層の本焼成単位のＰＺＴ層の下面側のみならず、最下層の本焼成単位のＰＺＴ層と最上層の本焼成単位のＰＺＴ層との間の中間位置においても、シード層が存在している。このため、最下層の本焼成単位のＰＺＴ層の下面側にのみシード層が形成されている圧電体膜に比べて、各本焼成単位のＰＺＴ層の結晶の方向が揃いやすくなる。これにより、安定した圧電特性を有する圧電体膜が得られる。
Ａ２． 前記第１のシード層と前記第２のシード層とが同じ材料で構成されている、「Ａ１．」に記載の圧電体膜。この構成では、圧電体膜の製造効率を向上化できる。
Ａ３． 前記第１のシード層と前記第２のシード層とが、ＰＺＴからなるＰＺＴシード層から構成されている、「Ａ２．」に記載の圧電体膜。
Ａ４． 前記第１のシード層と前記第２のシード層とが、酸化チタンからなるＴｉＯシード層から構成されている、「Ａ２．」に記載の圧電体膜。
Ａ５． 前記第１のシード層と前記第２のシード層とが、異なる材料で構成されている、「Ａ１．」に記載の圧電体膜。
Ａ６． 前記第１のシード層が酸化チタンからなるＴｉＯシード層から構成され、前記第２のシード層がＰＺＴからなるＰＺＴシード層から構成されている、「Ａ５．」に記載の圧電体膜。
Ａ７． 前記第１のシード層がＰＺＴからなるＰＺＴシード層から構成され、前記第２のシード層が酸化チタンからなるＴｉＯシード層から構成されている、「Ａ５．」に記載の圧電体膜。
Ａ８． 前記ＰＺＴシード層は、ＰＺＴを含む前駆体溶液を塗布する塗布工程と、その塗布膜を乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の塗布膜を加熱してゲル化させる仮焼成工程とからなるゲル化膜形成工程が１回行われた後に、ゲル化した塗布膜を熱処理して焼結させる本焼成工程が行われることにより、形成されている「Ａ３．」、「Ａ６．」または「Ａ７．」のいずれかに記載の圧電体膜。
Ａ９． 下部電極と、前記下部電極上に形成された「Ａ１．」〜「Ａ８．」のいずれかに記載の圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを含む、圧電素子。この構成では、安定した圧電特性を有する圧電素子が得られる。
Ａ１０． キャビティと、前記キャビティ上に配置されかつ前記キャビティの天面部を区画する振動膜と、前記振動膜上に形成された「Ａ９．」に記載の圧電素子とを含む、インクジェットプリントヘッド。この構成では、安定した圧電特性を有する圧電素子を用いることによって、安定した駆動特性を実現できるインクジェットプリントヘッドを提供できる。
また、この明細書からはさらに以下のような特徴が抽出され得る。
Ｂ１． 積層された複数の本焼成単位のＰＺＴ層を含む圧電体膜であって、最上層の本焼成単位のＰＺＴ層の表面の凹凸が、当該最上層の本焼成単位のＰＺＴ層とそれに隣接する上から２番目の本焼成単位のＰＺＴ層との界面の凹凸よりも小さい、圧電体膜。
「本焼成単位のＰＺＴ層」とは、ＰＺＴを含む前駆体溶液を塗布する塗布工程と、その塗布膜を乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の塗布膜を加熱してゲル化させる仮焼成工程とからなるゲル化膜形成工程が１または複数回行われた後に、ゲル化した塗布膜を熱処理して焼結させる本焼成工程が行われることにより形成されるＰＺＴ層をいう。この構成によれば、滑らかな最上表面を有する圧電体膜が得られる。
Ｂ２． 前記最上層の本焼成単位のＰＺＴ層の厚さが、前記上から２番目の本焼成単位のＰＺＴ層の厚さよりも薄い、「Ｂ１．」に記載の圧電体膜。この構成によれば、滑らかな最上表面を有する圧電体膜が得られる。
Ｂ３． 前記最上層の本焼成単位のＰＺＴ層が、ＰＺＴを含む前駆体溶液を塗布する塗布工程と、その塗布膜を乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の塗布膜を加熱してゲル化させる仮焼成工程とからなるゲル化膜形成工程が１回行われた後に、ゲル化した塗布膜を熱処理して焼結させる本焼成工程が行われることにより形成されている、「Ｂ１．」または「Ｂ２．」に記載の圧電体膜。
塗布工程と乾燥工程と仮焼成工程とからなるゲル化膜形成工程が１回行われた後に本焼成工程が行われることにより形成される本焼成単位のＰＺＴ層では、塗布工程と乾燥工程と仮焼成工程とからなるゲル化膜形成工程が複数回行われた後に本焼成工程が行われることにより形成される本焼成単位のＰＺＴ層に比べて、その表面の凹凸が小さくなる。したがって、この構成では、最上層の本焼成単位のＰＺＴ層の表面の凹凸が小さくなる。これにより、滑らかな最上表面を有する圧電体膜が得られる。
Ｂ４． 前記上から２番目の本焼成単位のＰＺＴ層は、前記塗布工程と前記乾燥工程と前記仮焼成工程とからなるゲル化膜形成工程が複数回行われた後に、前記本焼成工程が行われることにより形成されている、「Ｂ３．」に記載の圧電体膜。
Ｂ５． 前記最上層の本焼成単位のＰＺＴ層以外の各本焼成単位のＰＺＴ層は、前記塗布工程と前記乾燥工程と前記仮焼成工程とからなるゲル化膜形成工程が複数回行われた後に、前記本焼成工程が行われることにより形成されている、「Ｂ３．」に記載の圧電体膜。
Ｂ６． 最下層の本焼成単位のＰＺＴ層の下面側に存在する第１のシード層を含む、「Ｂ１．」〜「Ｂ５．」のいずれかに記載の圧電体膜。この構成では、各本焼成単位のＰＺＴ層の結晶の方向が揃いやすくなる。これにより、安定した圧電特性を有する圧電体膜が得られる。
Ｂ７． 最下層の本焼成単位のＰＺＴ層と最上層の本焼成単位のＰＺＴ層との間の中間位置において、隣接する２つの本焼成単位のＰＺＴ層の間に介在する第２のシード層を含む、「Ｂ６．」に記載の圧電体膜。この構成では、各本焼成単位のＰＺＴ層の結晶の方向がより一層揃いやすくなる。これにより、より安定した圧電特性を有する圧電体膜が得られる。
Ｂ８． 前記第１のシード層と前記第２のシード層とが同じ材料で構成されている、「Ｂ７．」に記載の圧電体膜。この構成では、圧電体膜の製造効率を向上化できる。
Ｂ９． 前記第１のシード層と前記第２のシード層とが、ＰＺＴからなるＰＺＴシード層から構成されている、「Ｂ８．」に記載の圧電体膜。
Ｂ１０． 前記第１のシード層と前記第２のシード層とが、酸化チタンからなるＴｉＯシード層から構成されている、「Ｂ８．」に記載の圧電体膜。
Ｂ１１． 前記第１のシード層と前記第２のシード層とが、異なる材料で構成されている、「Ｂ７．」に記載の圧電体膜。
Ｂ１２． 前記第１のシード層が酸化チタンからなるＴｉＯシード層から構成され、前記第２のシード層がＰＺＴからなるＰＺＴシード層から構成されている、「Ｂ１１．」に記載の圧電体膜。
Ｂ１３． 前記第１のシード層がＰＺＴからなるＰＺＴシード層から構成され、前記第２のシード層が酸化チタンからなるＴｉＯシード層から構成されている、「Ｂ１１．」に記載の圧電体膜。
Ｂ１４． 前記ＰＺＴシード層は、ＰＺＴを含む前駆体溶液を塗布する塗布工程と、その塗布膜を乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の塗布膜を加熱してゲル化させる仮焼成工程とからなるゲル化膜形成工程が１回行われた後に、ゲル化した塗布膜を熱処理して焼結させる本焼成工程が行われることにより、形成されている「Ｂ９．」、「Ｂ１２．」または「Ｂ１３．」のいずれかに記載の圧電体膜。
Ｂ１５． 下部電極と、前記下部電極上に形成された「Ｂ１．」〜「Ｂ１４．」のいずれかに記載の圧電体膜と、前記圧電体膜上に形成された上部電極とを含む、圧電素子。この構成では、圧電体膜の最上表面は滑らかであるため、圧電体膜と上部電極との間の密着性を向上させることができる。また、下部電極と上部電極との間の平行度を向上させることができるから、圧電体膜の圧電性能を向上させることができる。これにより、圧電性能の優れた圧電素子を提供できる。
Ｂ１６． キャビティと、前記キャビティ上に配置されかつ前記キャビティの天面部を区画する振動膜と、前記振動膜上に形成された「Ｂ１５．」に記載の圧電素子とを含む、インクジェットプリントヘッド。この構成では、圧電性能の優れた圧電素子を用いることによって、吐出性能の高いインクジェットプリントヘッドを提供できる。
１ インクジェットプリントヘッド
２ シリコン基板
３ａ 吐出口
４ インク供給路
５ 圧電室（キャビティ）
５ａ，５ｂ 圧電室の天面部の両端縁
５ｃ，５ｄ 圧電室の天面部の両側縁
６ 圧電素子
６ａ，６ｂ 圧電素子の両端縁
６ｃ，６ｄ 圧電素子の両側縁
７ 下部電極
７Ａ 主電極部
７Ｂ 延長部
７Ｃ 跨ぎ領域
８ 圧電体膜
９ 上部電極
１０ 振動膜形成層
１０Ａ 振動膜
１０Ａａ，１０Ａｂ 振動膜の両端縁
１０Ａｃ，１０Ａｄ 振動膜の両側縁
１０１ 密着層
１０３〜１０６，１０８〜１１２ 本焼成単位のＰＺＴ層
１０２ 第１のシード層
１０７ 第２のシード層

Claims (15)

  1. キャビティと、
    前記キャビティ上に配置されかつ前記キャビティの天面部を区画する振動膜を含む振動膜形成層と、
    前記振動膜の前記キャビティとは反対側の表面に接して形成され、平面視において前記振動膜よりも前記キャビティの内方に後退した周縁を有する圧電素子とを含み、
    前記圧電素子は、前記振動膜形成層の前記キャビティとは反対側の表面に形成された下部電極と、前記下部電極に対して前記振動膜形成層とは反対側に配置された上部電極と、前記上部電極と前記下部電極との間に設けられた圧電体膜とを含んでおり、
    前記下部電極は、前記圧電素子を構成している主電極部と、前記主電極部から前記振動膜形成層の表面に沿う方向に引き出され、前記振動膜の主面に対して法線方向から見た平面視において、前記キャビティの天面部周縁を跨いで前記キャビティの外方に延びた延長部とを含み、
    前記平面視において、前記主電極部は、前記下部電極における前記キャビティの天面部周縁よりも内側にある内側電極領域に含まれており、前記延長部は、前記内側電極領域に繋がりかつ前記下部電極における前記キャビティの天面部周縁よりも外側にある外側電極領域を含んでおり、
    前記下部電極は、前記内側電極領域と前記外側電極領域との境界線を跨いで薄く形成された薄肉部を有している、圧電体膜利用装置。
  2. 前記薄肉部は、前記下部電極における前記内側電極領域と前記外側電極領域との境界線の全域に形成されている、請求項１に記載の圧電体膜利用装置。
  3. 前記主電極部も厚さの薄い薄肉部に形成されている、請求項２に記載の圧電体膜利用装置。
  4. 前記下部電極における前記主電極部を含む領域の厚さが前記薄肉部の厚さよりも厚い、請求項２に記載の圧電体膜利用装置。
  5. 前記主電極部の全域の厚さが前記薄肉部の厚さよりも厚く、前記内側電極領域のうちの前記主電極部以外の領域の厚さが薄い、請求項４に記載の圧電体膜利用装置。
  6. 前記薄肉部は、前記下部電極における前記内側電極領域と前記外側電極領域との境界線の一部に形成されている、請求項１に記載の圧電体膜利用装置。
  7. 前記薄肉部は、前記下部電極における前記内側電極領域と前記外側電極領域との境界線に沿って間隔をおいて形成された複数の薄肉部を含んでいる請求項６に記載の圧電体膜利用装置。
  8. 前記複数の薄肉部は、前記下部電極における前記内側電極領域と前記外側電極領域との境界線に沿う方向に長い矩形形状である、請求項７に記載の圧電体膜利用装置。
  9. 前記下部電極における前記主電極部を含む領域の厚さが前記薄肉部の厚さよりも厚い、請求項６〜８のいずれか一項に記載の圧電体膜利用装置。
  10. 前記主電極部の全域の厚さが前記薄肉部の厚さよりも厚く、前記内側電極領域のうちの前記主電極部以外の領域の厚さが薄い、請求項９に記載の圧電体膜利用装置。
  11. 前記平面視において、前記キャビティの天面部が一方向に長い矩形状であり、
    前記主電極部は、平面視において、前記キャビティの天面部の短手方向の幅より短い幅と、前記キャビティの天面部の長手方向の長さより短い長さとを有する前記一方向に長い矩形状であり、その両端縁および両側縁が前記キャビティの天面部の両端縁および両側縁よりも前記キャビティの内方にそれぞれ後退しており、
    前記延長部は、前記主電極部の各側縁から前記キャビティの天面部の対応する側縁の中間部を跨いで、当該天面部側縁の外方に延びており、
    前記内側電極領域と前記外側電極領域との境界線は、前記キャビティの天面部の各側縁の中間部に対応した２つの境界線を含んでいる、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の圧電体膜利用装置。
  12. 前記キャビティが複数設けられており、これらの複数のキャビティが前記キャビティの短手方向に並んで配置されている、請求項１１に記載の圧電体膜利用装置。
  13. 隣り合う２つの前記キャビティ上にそれぞれ配置された２つの前記主電極部の対向する側縁どうしは、それらから引き出された前記延長部によって連結されており、前記延長部における隣り合う２つのキャビティの間の領域のほぼ全域の厚さが、前記薄肉部の厚さよりも厚い、請求項１２に記載の圧電体膜利用装置。
  14. 複数の前記キャビティ上に配置された複数の前記主電極部から引き出された前記延長部は、前記平面視において、前記各キャビティの長手方向の一端よりも前記各キャビティの外側の位置において繋がっている、請求項１３に記載の圧電体膜利用装置。
  15. 前記下部電極には、前記平面視において、前記各キャビティの長手方向の前記一端側の端部をそれぞれ含む領域に複数の切除部が形成されている、請求項１４に記載の圧電体膜利用装置。
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