JP2017152554A - 圧電デバイス及び液体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を向上することができる圧電デバイス及び液体噴射ヘッドを提供する。【解決手段】振動板５０の上方に設けられて振動板５０側から第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０が積層された圧電素子３００を備え、圧電体層７０は、アモルファス部７５、及び第１電極６０と第２電極８０とで挟まれた能動部３１０を有し、アモルファス部７５は、少なくとも一部が能動部３１０を規定する第２電極８０の一端部８０ａに覆われている。【選択図】図５

Description

本発明は、基板上に振動板を介して設けられた第１電極、圧電体層及び第２電極を有する圧電素子を具備する圧電デバイス及び液体噴射ヘッドに関する。

液滴を吐出する液体噴射ヘッドの代表例としては、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。インクジェット式記録ヘッドとしては、例えばノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に設けられた圧電素子である圧電アクチュエーターと、を具備し、圧電アクチュエーターによって圧力発生室内のインクに圧力変化を生じさせることで、ノズル開口からインク滴を噴射するものが知られている。

圧電アクチュエーターは、能動部毎に個別に設けられた個別電極と、複数の能動部に共通して設けられた共通電極とを具備している。圧電体層は、個別電極と共通電極とに挟まれた能動部と、挟まれていない非能動部とを備える。一般に、能動部では分極処理がなされ、分極方向が一方向に揃っている。一方、非能動部では分極方向は揃っていない。また、非能動部の分極方向を、能動部の分極方向とは反対向きに揃えた圧電アクチュエーターも知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１７４６８１号公報

能動部では分極方向が一方向に揃っているが、非能動部では分極されていない、もしくは、非能動部の分極方向が能動部の分極方向と反対向きとなっている。このため、能動部と非能動部との境界においては内部応力が集中する。この応力集中に起因して、圧電アクチュエーターは、焼損やクラックが生じ、破壊される虞がある。

このような問題は、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに用いられる圧電デバイスに限定されず、他のデバイスに用いられる圧電デバイス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、信頼性を向上することができる圧電デバイス及び液体噴射ヘッドを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、基板の上方に設けられて前記基板側から第１電極、圧電体層及び第２電極が積層された圧電素子を備え、前記圧電体層は、アモルファス部、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有し、前記アモルファス部は、少なくとも一部が前記能動部を規定する前記第２電極の一端部に覆われていることを特徴とする圧電デバイスにある。
かかる態様では、圧電特性が小さいアモルファス部が能動部と非能動部との境界部に設けられているので、当該境界部で発生する応力を抑制することができる。したがって、当該境界部において焼損やクラックによる破壊が抑制され、信頼性が向上した圧電デバイスが提供される。

また、前記第２電極は、前記圧電体層側の第１層と、前記第１層上の第２層とを備え、前記第２層は、前記第１層よりも外側に設けられて前記能動部を規定し、前記アモルファス部は、少なくとも一部が前記第２層に覆われ、前記第１層には覆われていないことが好ましい。これによれば、前記境界部で発生する応力をより確実に抑制することができ、信頼性が向上した圧電デバイスが提供される。

また、前記アモルファス部は、前記能動部の長手方向の端部側に設けられていることが好ましい。これによれば、相対的に強い応力が発生する長手方向の端部にアモルファス部を設けたので、前記境界部で発生する応力の抑制効果はさらに顕著となり、より一層、信頼性が向上した圧電デバイスが提供される。

また、前記基板は、前記圧電素子により圧力変動される圧力発生室を有し、前記アモルファス部は、前記圧力発生室とは重ならない位置に設けられていることが好ましい。これによれば、圧電特性が小さいアモルファス部を設けても、圧力発生室の圧力変動を劣化させる虞を低減することができる。

また、上記課題を解決する本発明の他の態様は、上記態様に記載する前記圧電デバイスを備え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、圧電体層の破壊を抑制して信頼性が向上した液体噴射ヘッドが提供される。

インクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。 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平面図である。 図３のＡ−Ａ′線断面図である。 図４の要部を拡大した断面図である。 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流路形成基板の斜視図である。 実施形態２に係る記録ヘッドの流路形成基板の断面図である。

〈実施形態１〉
図１は、本実施形態に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の概略構成を示している。
インクジェット式記録装置Ｉにおいて、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（以降、記録ヘッド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、記録ヘッド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。

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には搬送手段としての搬送ローラー８が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートＳが搬送ローラー８により搬送されるようになっている。なお、記録シートＳを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。

なお、インクジェット式記録装置Ｉとして、記録ヘッド１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Ｉは、例えば、記録ヘッド１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、インクジェット式記録装置Ｉは、液体貯留手段であるカートリッジ２がキャリッジ３に搭載された構成であるが、特にこれに限定されない。例えば、インクタンク等の液体貯留手段を装置本体４に固定して、液体貯留手段と記録ヘッド１とをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。また、液体貯留手段がインクジェット式記録装置Ｉに搭載されていなくてもよい。

図２〜図４を用いてインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッドともいう）について説明する。図２は本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図３は図２の平面図である。図４は図３のＡ−Ａ′線断面図である。

流路形成基板１０には圧力発生室１２が形成され、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。第１の方向Ｘと直交する方向を第２の方向Ｙと称する。さらに、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの双方に交差する方向を、第３の方向Ｚと称する。各図に示した座標軸は第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ、第３の方向Ｚを表しており、矢印の向かう方向を正（＋）方向、反対方向が負（−）方向ともいう。なお、本実施形態では、各方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の関係を直交とするが、各構成の配置関係が必ずしも直交するものに限定されるものではない。

流路形成基板１０の圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部側には、圧力発生室１２の片側を第１の方向Ｘから絞ることで開口面積を小さくしたインク供給路１３と、第１の方向Ｘにおいて圧力発生室１２と略同じ幅を有する連通路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の圧力発生室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及び連通部１５からなる液体流路が形成されている。

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。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。

ノズルプレート２０の材料としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属、ポリイミド樹脂のような有機物、又はシリコン単結晶基板等を用いることができる。なお、ノズルプレート２０としてシリコン単結晶基板を用いることで、ノズルプレート２０と流路形成基板１０との線膨張係数を同等として、加熱や冷却されることによる反りや熱によるクラック、剥離等の発生を抑制することができる。

流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対面側（＋Ｚ方向側）には、基板の一例である振動板５０が形成されている。本実施形態では、振動板５０として、流路形成基板１０側に設けられた酸化シリコンからなる弾性膜５１と、弾性膜５１上に設けられた酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５２と、を設けるようにした。なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面側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、弾性膜５１によって画成されている。もちろん、振動板５０は、特にこれに限定されるものではなく、弾性膜５１と絶縁体膜５２との何れか一方を設けるようにしてもよく、その他の膜が設けられていてもよい。

振動板５０の上方には、圧力発生室１２内のインクに圧力変化を生じさせる圧電素子３００が設けられている。圧電素子３００は、振動板５０側から順次積層された導電性電極である第１電極６０、圧電体層７０及び導電性電極である第２電極８０を有する。このような圧電素子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。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３１０と称する。

第１電極６０は、圧力発生室１２毎に切り分けられており、圧電素子３００の実質的な駆動部である能動部３１０毎に独立する個別電極を構成する。第１電極６０は、第１の方向Ｘにおいて、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。また、第１電極６０は、第２の方向Ｙにおいて、両端部がそれぞれ圧力発生室１２の外側まで形成されている。第１電極６０の材料は、金属材料であれば特に限定されず、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等が好適に用いられる。

圧電体層７０は、第１の方向Ｘに亘って連続して設けられている。また、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の長さよりも広く、圧力発生室１２の外側まで設けられている。第２の方向Ｙにおいて、圧電体層７０のインク供給路１３側（＋Ｙ方向側）の端部は第１電極６０の端部よりも外側に位置しており、第１電極６０の端部が圧電体層７０によって覆われている。一方、圧電体層７０のノズル開口２１側の（−Ｙ方向側）は第１電極６０の端部よりも内側に位置しており、第１電極６０の端部は圧電体層７０に覆われていない。

圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ＡＢＯ_３で示されるペロブスカイト形酸化物からなることができる。圧電体層７０に用いられるペロブスカイト形酸化物としては、例えば、鉛を含む鉛系圧電材料や鉛を含まない非鉛系圧電材料などを用いることができる。

圧電体層７０には、圧力発生室１２の間の各隔壁に対応する位置に凹部７１が形成されている。このように圧電体層７０に凹部７１を設けることで、圧電素子３００を良好に変位させることができる。

第２電極８０は、圧電体層７０の第１電極６０とは反対面側（＋Ｚ方向側）に設けられており、複数の能動部３１０に共通する共通電極を構成する。第２電極８０は、圧電体層７０の凹部７１内にも設けられているが、特にこれに限定されず、凹部７１内に第２電極８０を設けないようにしてもよい。

上述したように、圧電素子３００は、第１電極６０を複数の能動部３１０毎に独立して設けることで個別電極とし、第２電極８０を複数の能動部３１０に亘って連続して設けることで共通電極とした。もちろん、このような態様に限定されず、第１電極６０を複数の能動部３１０に亘って連続して設けることで共通電極とし、第２電極を能動部３１０毎に独立して設けることで個別電極としてもよい。また、振動板５０としては、弾性膜５１及び絶縁体膜５２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。

流路形成基板１０は、第１リード電極９１及び第２リード電極９２を備えている。これらは、リード電極９０とも総称する。
第１リード電極９１は、各圧電素子３００の第１電極６０のそれぞれに接続されたリード電極である。第２リード電極９２は、各圧電素子３００に共通した第２電極８０に接続されたリード電極である。本実施形態では、第１リード電極９１及び第２リード電極９２は、後述する保護基板３０の貫通孔３３に露出するように配線されている。なお、第１リード電極９１は、第２電極８０と同一層からなる導電層８４を介して第１電極６０に接続されている。もちろん、第１リード電極９１は第１電極６０に直接接続されていてもよい。

流路形成基板１０には、保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。保護基板３０はマニホールド部３２を有している。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、上記のように、流路形成基板１０の連通部１５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が構成されている。

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３１が設けられている。圧電素子保持部３１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。保護基板３０は、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラスやセラミック材料等を用いることができ、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。

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。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍が、貫通孔３３内に露出するように設けられている。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。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。駆動回路１２０及びリード電極９０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。

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構成でき、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。固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。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。

このような構成の記録ヘッド１では、インクを噴射する際に、インクが貯留された液体貯留手段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に至るまで流路内部をインクで満たす。その後、駆動回路１２０からの信号に従い、圧力発生室１２に対応する各圧電素子３００に電圧を印加することにより、圧電素子３００と共に振動板５０をたわみ変形させる。これにより、圧力発生室１２内の圧力が高まり所定のノズル開口２１からインク滴が噴射される。

図５を用いて、圧電素子３００について詳細に説明する。図５は図４の要部を拡大した断面図である。
圧電素子３００の圧電体層７０は、能動部３１０と非能動部３２０とを有している。能動部３１０は、圧電体層７０が第１電極６０及び第２電極８０に挟まれた部分であり、非能動部３２０は、圧電体層７０が第１電極６０及び第２電極８０に挟まれていない部分である。本実施形態では、第２電極８０に覆われずに露出した部分が非能動部３２０となっている。

また、圧電体層７０は、能動部３１０においては分極処理がなされることで、一方向、例えば＋Ｚ方向に揃って分極している。一方、非能動部３２０では、第１電極６０及び第２電極８０に挟まれておらず、分極処理がなされていないので、分極していない。

このような圧電体層７０は、アモルファス部７５を有する。アモルファス部７５は、圧電体層７０の一部が非晶質状態となった部分である。アモルファス部７５は、少なくとも一部が能動部３１０を規定する第２電極８０の一端部８０ａに覆われている。換言すれば、アモルファス部７５は、少なくとも、能動部３１０と非能動部３２０との境界から、第２電極８０の下方に亘って連続した部分を含む。

本実施形態では、アモルファス部７５は、第２電極８０の一端部８０ａに覆われた一部と、第２電極８０に覆われずに露出した一部とを含んでいる。このように、アモルファス部７５は、少なくとも一部が第２電極８０の一端部８０ａに覆われていればよく、第２電極８０に覆われていない部分を含んでいてもよい。また、図示しないが、アモルファス部７５の全てが第２電極８０に覆われていてもよい。アモルファス部７５の厚さについては特に限定はなく、圧電体層７０と同じ厚さであってもよいし、それよりも薄くてもよい。

上述したように、本実施形態の記録ヘッド１では、圧電体層７０は、能動部３１０の端部を規定する第２電極８０の一端部８０ａに覆われたアモルファス部７５を有している。また、能動部３１０のうちアモルファス部７５以外の部分（以下、主要部と称する）は、結晶化した強誘電体となっている。

このような構成の記録ヘッド１では、アモルファス部７５のうち第２電極８０に覆われた部分と、第２電極８０に覆われた能動部３１０（主要部）に電圧が印加される。アモルファス部７５は、強誘電体の主要部よりも誘電率が低いため、圧電特性が小さい。このように圧電特性が小さいアモルファス部７５が能動部３１０と非能動部３２０との境界部に設けられているので、当該境界部で発生する応力を抑制することができる。したがって、本発明によれば、当該境界部において焼損やクラックによる破壊が抑制され、信頼性が向上した圧電素子３００を備える記録ヘッド１が提供される。

本実施形態の第２電極８０は、圧電体層７０側の第１層８１と、第１層８１の上に設けられた第２層８２とを備えている。
第１層８１は、圧電体層７０との界面を良好に形成できること、絶縁性及び圧電特性を発揮できる材料が望ましく、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の金属材料、及びランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）に代表される導電性酸化物が好適に用いられる。また、第１層８１は、複数材料の積層であってもよい。本実施形態では、イリジウム（Ｉｒ）とチタン（Ｔｉ）との積層電極（イリジウムが圧電体層７０と接する）を使用している。そして、第１層８１は、スパッタリング法、レーザーアブレーション法などのＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法（気相法）や、ゾル−ゲル法、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、メッキ法などの液相法により形成することができる。また、第１層８１の形成後に、加熱処理を行うことにより、圧電体層７０の特性改善を行うことができる。このような第１層８１は、圧電体層７０上のみ、すなわち、圧電体層７０の流路形成基板１０とは反対側の表面上のみに形成されている。

第２層８２は、導電性を有する材料、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）等の金属材料、及びランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）に代表される導電性酸化物を用いることができる。もちろん、第２層８２は、上記金属材料の単一材料であっても、複数の材料が混合した複数材料であってもよい。また、第１層８１と第２層８２との間に、チタン等を設けるようにしてもよい。本実施形態では、第２層８２として、イリジウム（Ｉｒ）とチタン（Ｔｉ）との積層電極を使用している。

第２層８２は、第１層８１上と、第１層８１が設けられていない圧電体層７０の側面上と、第１電極６０上と、に亘って連続して設けられている。すなわち、第２層８２は、圧電体層７０の凹部７１によって露出された側面と、凹部７１の底面である振動板５０上、つまり、凹部７１の内面と、に亘って設けられている。

また、第１層８１上の第２層８２と、第１電極６０上の第２層８２とは、除去部８３により電気的に切断されている。除去部８３は、第１層８１及び第２層８２を厚さ方向（第３の方向Ｚ）に貫通した開口であり、第１層８１及び第２層８２からなる積層体を電気的に切断している。切断された一方の第１層８１及び第２層８２は第２電極８０を構成し、切断された他方の第１電極６０及び第２層８２（以後、導電層８４ともいう）は、第２電極８０とは同一層であるが、電気的に不連続となっている。

第２電極８０を構成する第２層８２は、第１層８１よりも外側に設けられている。すなわち、第２層８２は、第１層８１の上面を覆い、かつ圧電体層７０の一部を覆っている。第２層８２の圧電体層７０を覆う一部が第２電極８０の一端部８０ａとなっている。そして、上述した圧電体層７０のアモルファス部７５は、第２層８２に覆われている。なお、アモルファス部７５は、除去部８３の一部に露出しているが、除去部８３の全体に亘って露出していてもよい。

このような本実施形態の記録ヘッド１では、第２電極８０を構成する第２層８２に覆われたアモルファス部７５を有している。このような構造とすることで、第１層８１の下方に良好な圧電特性を有する主要部と、第２層８２の下方に応力集中を抑制するアモルファス部７５とを備える圧電素子３００を有する記録ヘッド１が提供される。これにより、前記境界部で発生する応力をより確実に抑制することができ、信頼性が向上した圧電素子３００を備える記録ヘッド１が提供される。

また、図３の平面視に示すように、圧電体層７０は、一方向（第２の方向Ｙ）に長尺な第１電極６０と、第２の方向Ｙの端部を規定する第２電極８０に挟まれているので、各能動部３１０としては第２の方向Ｙに長尺な形状となっている。アモルファス部７５は、このような能動部３１０の長手方向（第２の方向Ｙ）における端部側（−Ｙ側）に設けられている。

このような本実施形態の記録ヘッド１は、一方向に長尺な能動部３１０を有する圧電素子３００を有する。能動部３１０と非能動部３２０との境界部に発生する応力は、一方向に交差する他方向（第１の方向Ｘ）における端部よりも、第２の方向Ｙにおける端部の方が強くなる。このように相対的に強い応力が発生する第２の方向Ｙにおける端部にアモルファス部７５を設けたので、前記境界部で発生する応力の抑制効果はさらに顕著となり、より一層、信頼性が向上した圧電素子３００を備える記録ヘッド１が提供される。

なお、本実施形態ではアモルファス部７５は能動部３１０の長手方向における端部側に設けられているが、このような構成に限定されず、例えば、能動部３１０の第１の方向Ｘにおける端部側にあってもよい。

また、図５に示すように、アモルファス部７５は、流路形成基板１０に設けられた圧力発生室１２とは重ならない位置に設けられている。すなわち、アモルファス部７５は、図３の平面視において圧力発生室１２には重ならない位置に設けられている。

このような本実施形態の記録ヘッド１は、アモルファス部７５が圧力発生室１２とは重ならない位置に設けられている。すなわち、アモルファス部７５は圧力発生室１２の変位に影響する位置に設けられていない。したがって、圧電特性が主要部よりも小さいアモルファス部７５を設けても、圧力発生室１２の圧力変動を劣化させる虞を低減することができる。

図６から図２０を用いて本実施形態の記録ヘッドの製造方法について説明する。図６から図２０は記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
図６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の材料は、二酸化シリコンに限定されず、窒化シリコン膜、ポリシリコン膜、有機膜（ポリイミド、パリレンなど）等にしてもよい。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、ＣＶＤ法、スピンコート法等によって形成してもよい。

次に、図７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。もちろん、絶縁体膜５２は、酸化ジルコニウムに限定されず、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、アルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ_３）等を用いるようにしてもよい。絶縁体膜５２を形成する方法としては、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等が挙げられる。本実施形態では、この弾性膜５１及び絶縁体膜５２によって振動板５０が形成されるが、振動板５０として、弾性膜５１及び絶縁体膜５２の何れか一方のみを設けるようにしてもよい。また、振動板５０上に、第１電極６０の下地との密着性を向上させるための密着層が設けられていてもよい。

次に、図８に示すように、第１電極６０を形成する第１電極層１６０を振動板５０上に形成し、図９に示すように、所定形状にパターニングして第１電極６０を形成する。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を形成する電極層は、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。また、第１電極６０のパターニングは、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。

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。

具体的には、図１０に示すように、第１電極６０及び振動板５０上に、複数の圧電体膜７４からなる圧電体層７０を形成する。圧電体膜７４は、後述する塗布工程、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形成する。

塗布工程では、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）を塗布して圧電体前駆体膜を形成する。乾燥工程では、圧電体前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間乾燥させる。脱脂工程では、乾燥した圧電体前駆体膜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。ここでいう脱脂とは、圧電体前駆体膜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。焼成工程では、圧電体前駆体膜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。

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１１に示すように、圧電体層７０上に第２電極８０を形成する材料からなる第２電極層１８０ａを形成する。本実施形態では、特に図示していないが、まず、圧電体層７０上にイリジウムを有するイリジウム層と、イリジウム層上にチタンを有するチタン層とを積層して第２電極層１８０ａとする。なお、このイリジウム層及びチタン層は、スパッタリング法やＣＶＤ法等によって形成することができる。その後、イリジウム層及びチタン層が形成された圧電体層７０をさらに再加熱処理（ポストアニール）する。このように再加熱処理することで、圧電体層７０の第２電極８０側にイリジウム層等を形成した際のダメージが発生しても、再加熱処理を行うことで、圧電体層７０のダメージを回復して、圧電体層７０の圧電特性を向上することができる。

次に、図１２に示すように、第２電極層１８０ａ及び圧電体層７０を各圧力発生室１２に対応してパターニングする。
次に、図１３に示すように、第２電極層１８０ａの一部を除去して除去部８３を形成する。このパターニングにより第２電極８０を構成する第１層８１が形成される。

このようなパターニングにより、第２電極層１８０ａを切断した除去部８３が形成され、圧電体層７０の一部が露出する。この除去部８３を形成する際には、第２電極層１８０ａをオーバーエッチングする。このオーバーエッチングによるダメージで、除去部８３に露出した圧電体層７０の一部は、結晶構造が非晶質化し、アモルファス部７５が形成される。

本実施形態では、図１２及び図１３に示したパターニングは、第２電極層１８０ａ上に所定形状に形成したマスク（図示なし）を設け、このマスクを介して第２電極層１８０ａ及び圧電体層７０をエッチングする、いわゆるフォトリソグラフィーによってパターニングした。なお、圧電体層７０のパターニングは、例えば、反応性イオンエッチングやイオンミリング等のドライエッチングが挙げられる。

なお、アモルファス部７５を作成する方法は、オーバーエッチングにより形成する方法に限定されない。例えば、図１３のようにエッチングにより第１層８１を形成した後、第２層８２をスパッタリング法により形成する。これにより、第２層８２が形成される際のスパッタリング法によるダメージで、圧電体層７０のうち除去部８３内に露出した部分にアモルファス部を形成することができる。

次に、図１４に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の一方面側（圧電体層７０が形成された面側）に亘って、すなわち、第１層８１上、圧電体層７０のパターニングした側面上、絶縁体膜５２上、及び第１電極６０上に亘って、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる第２電極層１８０ｂを形成する。

次に、図１５に示すように、第２層８２の端部がアモルファス部７５上に残るように、第２電極層１８０ｂをパターニングすることで、第１層８１及び第２層８２からなる第２電極８０を形成する。

第２層８２のパターニングでは、同時に第１層８１の一部をパターニングして、除去部８３を形成する。除去部８３を設けることで、第１層８１及び第２層８２を備える第２電極８０と、第２電極８０に電気的に接続していない導電層８４とに分離される。

このように形成された第２電極８０により、能動部３１０が規定される。また、第２電極８０の一端部８０ａである第２層８２の端部に覆われたアモルファス部７５が、能動部３１０と非能動部３２０との境界部に形成される。

次に、図１６に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の一方面側（圧電体層７０が形成された面側）にリード電極層１９０を形成する。具体的には、リード電極層１９０は、第２電極８０上、圧電体層７０のパターニングされた側面上、絶縁体膜５２上、第１電極６０上に亘って設けられている。さらにリード電極層１９０は除去部８３の内部を埋めるように設けられている。リード電極層１９０の材料は導電性があれば特に限定はないが、ここでは銅（Ｃｕ）から形成されている。また、リード電極層１９０の形成方法は特に限定されず、例えば、スパッタリング法や無電解めっき法等が挙げられる。

次に、図１７に示すように、リード電極層１９０を所定形状にパターニングする。すなわち、リード電極層１９０上に所定形状のマスクを形成し（図示なし）、マスクを介してリード電極層１９０をエッチングすることでパターニングする。

具体的には、アモルファス部７５の一部が第２層８２に覆われたままとなり、また、非能動部３２０の一部が除去部８３から露出するようにエッチングする。これにより、リード電極層１９０から第１リード電極９１と第２リード電極９２とを形成する。リード電極層１９０のエッチングはウェットエッチングであってもドライエッチングであってもよい。

次に、図１８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。

次に、図１９に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜５３を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図２０に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５３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２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、本実施形態の記録ヘッド１とする。

〈実施形態２〉
実施形態１に係る圧電素子３００は、第１電極６０を複数の能動部３１０毎に独立して設けることで個別電極とし、第２電極８０を複数の能動部３１０に亘って連続して設けることで共通電極としたが、このような態様に限定されない。

本実施形態では、第１電極６０を複数の能動部３１０に亘って連続して設けることで共通電極とし、第２電極を能動部３１０毎に独立して設けることで個別電極とした記録ヘッドについて説明する。

図２１は、本実施形態に係る記録ヘッドの分解斜視図であり、図２２は、本実施形態に係る記録ヘッドの断面図である。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。

本実施形態の記録ヘッド１Ａは、振動板５０上に圧電素子３００が設けられている。圧電素子３００は、振動板５０側から順次積層された導電性電極である第１電極６０Ａ、圧電体層７０Ａ及び導電性電極である第２電極８０Ａを有する。

第１電極６０Ａを複数の圧力発生室１２に相対向する領域に亘って連続して設けることで、複数の圧電素子３００の共通電極としている。また、圧電体層７０Ａ及び第２電極８０Ａを圧電素子３００毎に切り分けることで、第２電極８０Ａを各圧電素子３００の個別電極としている。すなわち、能動部３１０は、圧力発生室１２に相対向する領域にのみ設けられていることになる。

第２電極８０Ａは、第２の方向Ｙにおいて、圧電体層７０Ａよりも短く形成されている。すなわち圧電体層７０Ａの一部は、第２電極８０Ａに覆われていない領域となっている。当該領域は、非能動部３２０となる。

圧電体層７０Ａの非能動部３２０のうちの一部にアモルファス部７５が設けられている。アモルファス部７５の少なくとも一部は、第２電極８０Ａの一端部８０ａに覆われており、その他の一部は第２電極８０Ａに覆われずに露出している。

上述した本実施形態の記録ヘッド１Ａにおいても、能動部３１０と非能動部３２０との境界部にアモルファス部７５が形成されているので、実施形態１の記録ヘッド１と同様の作用効果を奏する。

〈他の実施形態〉
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の構成は上述したものに限定されるものではない。
実施形態１に係る記録ヘッド１は、第２電極８０が第１層８１及び第２層８２から形成されていたが、このような態様に限定されない。すなわち、第２電極８０は単層から形成されていてもよいし、３層以上の複数層から形成されていてもよい。第２電極８０を単層とする場合は、例えば、第２電極層（図１２の第２電極層１８０ａに相当）を圧電体層７０上に設けた後、パターニングして第２電極８０を形成する。そして、リード電極層（図１６のリード電極層１９０に相当）をスパッタリングで形成することで、圧電体層７０のうち除去部８３に露出した部分にダメージを与えてアモルファス部７５とする。

実施形態１に係る記録ヘッド１は、圧力発生室１２に重ならない位置に設けられていたがこのような態様に限定されず、圧力発生室１２に一部又は全部が重なる位置に設けられていてもよい。

なお、上記実施形態においては、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、また液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射ヘッド及び液体噴射装置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や液体噴射装置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、かかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置にも適用できる。

また、本発明は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドのみならず、超音波発信機等の超音波デバイス、超音波モーター、圧力センサー、焦電センサー等他の圧電デバイスにも適用することができる。このような圧電素子デバイスにおいても、信頼性を向上することができる。

Ｉ…インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、１…記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、１０…流路形成基板、５０…振動板（基板）、６０、６０Ａ…第１電極、７０、７０Ａ…圧電体層、７５…アモルファス部、８０、８０Ａ…第２電極、８０ａ…一端部、８１…第１層、８２…第２層、９０…リード電極、３００…圧電素子、３１０…能動部、３２０…非能動部

Claims (5)

1. 基板の上方に設けられて前記基板側から第１電極、圧電体層及び第２電極が積層された圧電素子を備え、
   前記圧電体層は、アモルファス部、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有し、
   前記アモルファス部は、少なくとも一部が前記能動部を規定する前記第２電極の一端部に覆われている
   ことを特徴とする圧電デバイス。
2. 請求項１に記載する圧電デバイスにおいて、
   前記第２電極は、前記圧電体層側の第１層と、前記第１層上の第２層とを備え、
   前記第２層は、前記第１層よりも外側に設けられて前記能動部を規定し、
   前記アモルファス部は、少なくとも一部が前記第２層に覆われ、前記第１層には覆われていない
   ことを特徴とする圧電デバイス。
3. 請求項１に記載する圧電デバイスにおいて、
   前記アモルファス部は、前記能動部の長手方向の端部側に設けられている
   ことを特徴とする圧電デバイス。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載する圧電デバイスにおいて、
   前記基板は、前記圧電素子により圧力変動される圧力発生室を有し、
   前記アモルファス部は、前記圧力発生室とは重ならない位置に設けられている
   ことを特徴とする圧電デバイス。
5. 請求項１から請求項４の何れか一項に記載する前記圧電デバイスを備えることを特徴とする液体噴射ヘッド。

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