JP4535246B2 - アクチュエータ装置、液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置 - Google Patents
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Description
かかる第1の態様では、下電極の端部近傍の圧電体層の結晶性が改善されるため、電圧を印加することによる圧電体層の破壊を防止できると共に圧電素子の駆動信頼性が向上する。
かかる第2の態様では、電極の端部近傍の圧電体層の結晶性がより確実に改善される。
かかる第3の態様では、第1及び第2の強誘電体膜の膜質がより確実に向上すると共に、それに伴い第2の強誘電体膜上に形成される他の強誘電体膜の膜質も向上する。
かかる第4の態様では、結晶種により第2の強誘電体膜の結晶構造が一方向に配向して略一様に形成されるため、圧電体層の膜質が確実に向上する。
かかる第5の態様では、信頼性を向上した液体噴射装置を実現することができる。
かかる第6の態様では、圧電体層の膜質、特に下電極膜の端面近傍の圧電体層の膜質が向上する。
かかる第7の態様では、第2の強誘電体膜の膜質が向上し、それに伴い圧電体層全体の膜質が向上する。
かかる第8の態様では、圧電体層の膜質を向上できると共に製造効率を向上することができる。
かかる第9の態様では、結晶種により第2の強誘電体膜の結晶構造が一方向に配向して略一様に形成されるため、圧電体層の膜質が確実に向上する。
かかる第10の態様では、レジスト膜の端面を比較的容易に傾斜させることができる。また、この端面が傾斜したレジスト膜を介して下電極膜及び第1の強誘電体膜をパターニングすることで、これら下電極膜及び第1の強誘電体膜の端面も比較的容易に傾斜させることができる。
かかる第11の態様では、下電極膜及び第1の強誘電体膜を比較的容易に所望の形状にパターニングすることができる。
かかる第12の態様では、圧電体層を比較的容易且つ良好な膜質で形成することができる。
かかる第13の態様では、下電極の端部近傍の圧電体層の結晶性が改善されるため、電圧を印加することによる圧電体層の破壊を防止できると共に圧電素子の駆動信頼性が向上する。
かかる第14の態様では、電極の端部近傍の圧電体層の結晶性がより確実に改善される。
かかる第15の態様では、第1及び第2の強誘電体膜の膜質がより確実に向上すると共に、それに伴い第2の強誘電体膜上に形成される他の強誘電体膜の膜質も向上する。
かかる第16の態様では、結晶種により第2の強誘電体膜の結晶構造が一方向に配向して略一様に形成されるため、圧電体層の膜質が確実に向上する。
図1は、本発明の一実施形態に係るインクジェット式記録ヘッドの概略を示す分解斜視図であり、図2は、図1の平面図及びA−A’断面図であり、図3は、圧電素子300の層構造を示す概略図である。図示するように、流路形成基板10は、本実施形態では面方位(110)のシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には予め熱酸化により形成した二酸化シリコンからなる、厚さ1〜2μmの弾性膜50が形成されている。流路形成基板10には、複数の圧力発生室12がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板10の圧力発生室12の長手方向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。なお、連通部13は、後述する封止基板30のリザーバ部32と連通して各圧力発生室12の共通のインク室となるリザーバ100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。
ここで、下電極膜及び第1の強誘電体膜の傾斜角度θを変化させた下記実施例1,2及び比較例の圧電素子を形成し、これら各実施例及び比較例の圧電素子について耐電圧試験及び耐久試験を行った。その結果を下記表1に示す。なお、各試験における「破壊の有無」とは、下電極膜の端部近傍での圧電素子の破壊の有無である。また、耐久試験の試験条件は、印加電圧:25V、印加パルス数:80億である。
以上、本発明の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。例えば、上述の実施形態では、第2の強誘電体膜71b上に形成する第3〜第6の強誘電体膜71c〜71fは、二度の塗布により強誘電体前駆体膜72c〜72fを形成後、強誘電体前駆体膜72c〜72fを焼成することによって形成しているが、勿論、一度の塗布により形成した強誘電体前駆体膜72c〜72fを焼成することによって形成してもよい。また、上述の実施形態では、下電極膜60が並設された圧力発生室12に対応する領域に亘って連続的に設けられているが、これに限定されず、例えば、下電極膜60を櫛歯状に形成し、各圧力発生室12に対向する領域の下電極膜60が実質的に独立するようにしてもよい。
Claims (16)
- 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側の領域に振動板を介して設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備し、
該圧電素子を構成する前記下電極がパターニングされて前記圧力発生室に対向する領域内にその少なくとも一方の端面が形成され、前記圧電体層が複数層の強誘電体膜で構成されると共にこれら複数層の強誘電体膜のうちの最下層である第1の強誘電体膜が前記下電極上のみに設けられてその端面が前記下電極の端面と連続的に形成され、前記第1の強誘電体膜及び前記下電極の端面が前記振動板に対して10〜50°の範囲で傾斜する傾斜面となっており且つ前記第1の強誘電体膜上に形成される他の強誘電体膜が前記下電極及び前記第1の強誘電体膜の傾斜面である端面を覆って設けられていることを特徴とする液体噴射ヘッド。 - 前記第1の強誘電体膜及び前記下電極の端面の傾斜角度が、40°以下であることを特徴とする請求項1に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記第1の強誘電体膜及び当該第1の強誘電体膜上に形成される第2の強誘電体膜の厚さが、この第2の強誘電体膜上に形成される残りの強誘電体膜のそれぞれの厚さよりも薄いことを特徴とする請求項1又は2に記載の液体噴射ヘッド。
- 前記圧電体層の結晶の核となる結晶種が前記第1の強誘電体膜上から前記振動板の表面に亘って連続的に形成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の液体噴射ヘッド。
- 請求項1〜4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。
- 液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板の表面に振動板を介して下電極膜ならびに圧電体層を形成する工程と、
該圧電体層上に上電極膜を形成後、当該上電極膜及び前記圧電体層をパターニングして圧電素子を形成する工程と、を具備し、
前記下電極膜ならびに前記圧電体層を形成する工程が、前記下電極膜上に強誘電体前駆体膜を所定の厚さで形成し焼成することで第1の強誘電体膜を形成する工程と、
前記下電極膜及び前記第1の強誘電体膜を、それらの一方の端部が前記圧力発生室内に位置し且つ前記一方側の端面が前記振動板に対して所定角度で傾斜するようにパターニングする工程と、
前記第1の強誘電体膜上に、強誘電体前駆体膜を形成して焼成して強誘電体膜を形成する工程を複数回繰り返すことにより複数層の強誘電体膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。 - 前記複数層の強誘電体膜を形成する工程では、前記第1の強誘電体膜上に形成する第2の強誘電体膜を当該第2の強誘電体膜上に形成する残りの強誘電体膜の厚さよりも薄く形成することを特徴とする請求項6に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記強誘電体前駆体膜を一層形成して焼成することで前記第2の強誘電体膜を形成し、前記強誘電体前駆体膜を二層以上形成後に焼成することで残りの強誘電体膜を形成することを特徴とする請求項7に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記下電極膜及び前記第1の強誘電体膜をパターニングする工程の後に、前記圧電体層の結晶の核となる結晶種を、前記第1の強誘電体膜上から前記振動板の表面に亘って連続的に形成する工程を有することを特徴とする請求項6〜8の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記第1の強誘電体膜上に塗布したレジストを露光して前記下電極膜及び前記第1の強誘電体膜をパターニングするためのレジスト膜を形成する際、前記レジストに照射する照射光の焦点を前記第1の強誘電体膜表面、若しくは当該第1の強誘電体膜表面よりも前記下電極膜側に合わせることを特徴とする請求項6〜9の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記下電極膜及び第1の強誘電体膜をイオンミリングによってパターニングすることを特徴とする請求項6〜10の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 前記強誘電体前駆体膜をゾル−ゲル法により形成することを特徴とする請求項6〜11の何れか一項に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
- 基板の一方面に設けられた振動板と、該振動板上に設けられた下電極、圧電体層及び上電極からなる圧電素子とを具備し、
該圧電素子を構成する前記下電極がパターニングされて形成され、前記圧電体層が複数層の強誘電体膜で構成されると共にこれら複数層の強誘電体膜のうちの最下層である第1の強誘電体膜が前記下電極上のみに設けられてその端面が前記下電極の端面と連続的に形成され、前記第1の強誘電体膜及び前記下電極の端面が前記振動板に対して10〜50°の範囲で傾斜する傾斜面となっており且つ前記第1の強誘電体膜上に形成される他の強誘電体膜が前記下電極及び前記第1の強誘電体膜の傾斜面である端面を覆って設けられていることを特徴とするアクチュエータ装置。 - 前記第1の強誘電体膜及び前記下電極の端面の傾斜角度が、40°以下であることを特徴とする請求項13に記載のアクチュエータ装置。
- 前記第1の強誘電体膜及び当該第1の強誘電体膜上に形成される第2の強誘電体膜の厚さが、この第2の強誘電体膜上に形成される残りの強誘電体膜のそれぞれの厚さよりも薄いことを特徴とする請求項13又は14に記載のアクチュエータ装置。
- 前記圧電体層の結晶の核となる結晶種が前記第1の強誘電体膜上から前記振動板の表面に亘って連続的に形成されていることを特徴とする請求項13〜15の何れか一項に記載のアクチュエータ装置。
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