JP4678410B2 - ヘッドの製造方法及びプリンタの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板、インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェットプリンタ
に関する。

一般に、インクジェット式記録ヘッドは、主に、インクを貯留可能な複数のイ
ンク室（キャビティ）を形成するインク室基板と、インク室基板の一方の面に接
合されたノズル板と、他方の面に接合された振動板を介して設けられた複数の圧
電素子（振動源）とを備えた構成とされている。

このようなインクジェット式記録ヘッドは、次のような＜１＞〜＜４＞の工程
を経て製造されている。

＜１＞ まず、インク室基板となる母材としてＳｉ基板を用意し、このＳｉ基
板上に、振動板を積層または接合する。

＜２＞ 次に、この振動板上に、複数の圧電素子を形成する。

＜３＞ 次に、Ｓｉ基板に対してエッチングを施すことにより、インク室基板
を得る。

＜４＞ 次に、インク室基板の振動板と反対側に、インクを吐出するノズル孔
が形成されたノズル板を接合する。

ところが、この製造方法では、Ｓｉ基板に対してエッチングを施して、インク
室基板を形成する際に、浸食が過度（必要以上）に進行してしまい、振動板、さ
らには、圧電素子まで浸食されたり、各インク室の寸法もバラついたりするとい
う不都合が生じることがある。

このような不都合を防止するためには、例えばエッチング時間等のエッチング
条件をコントロールする必要があるが、かかるコントロールを厳密に行うのは、
極めて困難であった。

本発明の目的は、インクジェット式記録ヘッドを、容易、確実かつ精度よく製
造することができる基板、かかる基板を備えるインクジェット式記録ヘッド、さ
らに、かかるインクジェット式記録ヘッドを備えるインクジェットプリンタを提
供することにある。

本発明のヘッドの製造方法の一態様は、第１珪素層と、該第１珪素層の表面に形成されたエッチングストッパ層と、該エッチングストッパ層の表面に形成された第２珪素層とを有する基板を用意する工程と、前記第２珪素層の上方に、下部電極、圧電体層及び上部電極を有する圧電素子を形成する工程と、前記第１珪素層の一部をエッチングして凹部を形成する工程と、を含み、前記基板を用意する工程は、前記第１珪素層からなる第１珪素基板を用意する工程と、第２珪素基板を用意する工程と、前記第１珪素基板の表面に前記エッチングストッパ層を形成する工程と、前記エッチングストッパ層と前記第２珪素基板とを接合する工程と、前記第２珪素基板を研磨することにより、前記第２珪素層を形成する工程と、を含み、前記第２珪素層の上方に、下部電極、圧電体層及び上部電極を有する圧電素子を形成する工程は、前記第２珪素層と前記下部電極との間に前記第２珪素層と前記下部電極との接合性を向上させるバッファ層を形成する工程を含み、前記バッファ層は、ＮａＣｌ構造の金属酸化物又はフルオライト構造の金属酸化物を含む。
上記の本発明に係るヘッドの製造方法の一態様は、第１珪素層と、該第１珪素層の表面に形成されたエッチングストッパ層と、該エッチングストッパ層の表面に形成された第２珪素層とを有する基板を用意する工程と、前記第２珪素層の上方に、下部電極、圧電体層及び上部電極を有する圧電素子を形成する工程と、前記第１珪素層の一部をエッチングして凹部を形成する工程と、を含む。
上記の本発明に係るヘッドの製造方法は、第１Ｓｉ層と、該第１Ｓｉ層上に形成されたストッパ層と、該ストッパ層上に形成された第２Ｓｉ層とを有する基板を用意する工程と、前記第２Ｓｉ層の上方に、下部電極、圧電体層及び上部電極を有する圧電素子を形成する工程と、前記第１Ｓｉ層に凹部を形成する工程と、を含む。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記基板を用意する工程は、前記第１Ｓｉ層からなる第１Ｓｉ基板を用意する工程と、第２Ｓｉ基板を用意する工程と、前記第１Ｓｉ基板上に前記ストッパ層を形成する工程と、前記ストッパ層と前記第２Ｓｉ基板とを接合する工程と、前記第２Ｓｉ基板を研磨することにより、前記第２Ｓｉ層を形成する工程と、を有する。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記第１Ｓｉ層の配向と、前記第２Ｓｉ層の配向とは、異なる。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記第１Ｓｉ層の配向は、（１１０）配向である。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記第２Ｓｉ層の配向は、（１００）配向である。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記第２Ｓｉ層の配向は、（１１１）配向である。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記基板を用意する工程は、Ｓｉ基板を用意する工程と、前記Ｓｉ基板中に前記ストッパ層を形成する工程と、前記ストッパ層が形成されたＳｉ基板を研磨する工程と、を有する。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記第１Ｓｉ層の配向と、前記第２Ｓｉ層の配向とは、同じである。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記第１Ｓｉ層の配向は、（１１０）である。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記第２Ｓｉ層の配向は、（１１０）である。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記ストッパ層は、酸化物又は窒化物である。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記ストッパ層は、ＳｉＯ ₂ 、Ｓｉ ₂ Ｏ ₃ 、Ａｌ ₂ Ｏ ₃ 、ＺｒＯ ₂ 、ＴｉＯ ₂ 、Ｙ ₂ Ｏ ₃ 、ＴｉＮ、ＢＮ又はＡｌＮを含む。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、さらに、前記第２Ｓｉ層と前記下部電極との間にバッファ層を形成する工程を含む。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記バッファ層は、ＮａＣｌ構造の金属酸化物、蛍石構造の金属酸化物又はフルオライト構造の金属酸化物を含む。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記バッファ層は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｇＯを含む固溶体、ＣａＯを含む固溶体、ＳｒＯを含む固溶体又はＢａＯを含む固溶体を含む。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記バッファ層は、立方晶（１００）配向、立方晶（１１０）配向又は立方晶（１１１）配向を有する、ヘッドの製造方法。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記バッファ層は、立方晶（１００）配向、立方晶（１１０）配向又は立方晶（１１１）配向を有する。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記下部電極は、ペロブスカイト構造を有する第１金属酸化物を含む、ヘッドの製造方法。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記ペロブスカイト構造を有する前記第１金属酸化物は、ルテニウム酸ストロンチウム、ＮｂがドープされたＳｒＴｉＯ ₃ 、ルテニウム酸ストロンチウムを含む固溶体、又はＮｂがドープされたＳｒＴｉＯ ₃ の固溶体を含む。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記下部電極は、擬立方晶（００１）配向、擬立方晶（１１１）配向、擬立方晶（１１配向又は擬立方晶（１００）配向している。

本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記圧電体層は、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃、ＢａＴｉＯ₃、ＫＮｂＯ₃、ＰｂＺｎＯ₃、（Ｓｒ，Ｂｉ）（Ｔａ，Ｎｂ）₂Ｏ₉、又は（Ｂｉ，Ｌａ）₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂を含む。
本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記圧電体層は、正方晶（００１）配向、正方晶（１１１）配向、菱面体晶（００１）配向、又は菱面体晶（１１１）配向を有する。
本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記上部電極は、ペロブスカイト構造を有する第２金属酸化物を含む。
本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記ペロブスカイト構造を有する前記第２金属酸化物は、ルテニウム酸ストロンチウム、ＮｂがドープされたＳｒＴｉＯ₃、ルテニウム酸ストロンチウムを含む固溶体、ＮｂがドープされたＳｒＴｉＯ₃の固溶体、白金、イリジウム、アルミニウム、白金を含む合金、イリジウムを含む合金又はアルミニウムを含む合金を含む。
本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記凹部は、インク室である。
本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、さらに、前記第１Ｓｉ層にノズル板を接合する工程を含む。
本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記第１Ｓｉ層は、Ｓｉ単結晶基板である。
本発明のヘッドの製造方法は、前記ヘッドの製造方法において、前記第２Ｓｉ層は、Ｓｉ単結晶層である。
本発明のプリンタの製造方法は、前記ヘッドの製造方法を備える。
本発明のヘッドの一態様は、第１珪素層と、前記第１珪素層の表面に形成されたエッチングストッパ層と、前記エッチングストッパ層の表面に形成された第２珪素層とを有する基板と、前記第２珪素層の上方に形成された、下部電極、圧電体層及び上部電極を有する圧電素子と、前記第１珪素層の一部に形成された凹部と、を含む。

以下、本発明の基板、インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェットプリ
ンタの好適な実施形態について説明する。

＜基板＞
まず、本発明の基板について説明する。

図１は、本発明の基板の実施形態を示す断面図であり、図２および図３は、そ
れぞれ、図１に示す基板の製造工程を説明するための図（断面図）である。

本発明の基板１０は、後述するインクジェット式記録ヘッドＨ（以下、単に「
ヘッドＨ」と言う。）の製造に用いるものである。

図１に示す基板１０は、Ｓｉ単結晶基板２０と、Ｓｉ単結晶基板２０上に形成
された（設けられた）ストッパ層３０と、このストッパ層３０を介してＳｉ単結
晶基板２０と反対側に設けられたＳｉ単結晶層６０とを有している。換言すれば
、この基板１０は、Ｓｉ単結晶基板２０とＳｉ単結晶層６０とで、ストッパ層３
０を挟持した構成とされている。

Ｓｉ単結晶基板２０には、後述するように、インク室２１０となる凹部２１０
’、その他、リザーバ室２３０および供給口２４０となる凹部が、それぞれエッ
チングにより形成される。すなわち、このＳｉ単結晶基板２０に対してエッチン
グを施すことにより、ヘッドＨのインク室基板２００が得られる。

このＳｉ単結晶基板２０、すなわち、Ｓｉ単結晶で構成される基板は、汎用的
な基板であるので、このＳｉ単結晶基板２０を用いて基板１０を構成することに
より、基板１０、延いては、ヘッドＨの製造コストを低減することができる。

Ｓｉ単結晶基板２０の平均厚さは、特に限定されないが、１０μｍ〜１ｍｍ程
度であるのが好ましく、３０〜３００μｍ程度であるのがより好ましい。Ｓｉ単
結晶基板２０の平均厚さを、前記範囲とすることにより、得られるヘッドＨは、
十分な強度を確保しつつ、その小型化（特に、薄型化）を図ることができる。

Ｓｉ単結晶基板２０上には、ストッパ層３０が形成され（設けられ）ている。
このストッパ層３０は、Ｓｉ単結晶基板２０に前記凹部２１０’を含む所定の
パターン形状をエッチングにより形成する際に、浸食の進行を防止する機能を有
するものである。このストッパ層３０を設けることにより、エッチングによる浸
食が過度（必要以上）に進み、ストッパ層３０のＳｉ単結晶基板２０と反対側に
設けられる各部（特に、後述する振動源としての圧電素子４００）が侵食される
のを防止することができる。その結果、ヘッドＨの機能（性能）が低下、または
、失われることを防止することができる。

また、後述するように、このストッパ層３０は、Ｓｉ単結晶層６０とともに、
圧電素子４００の振動により振動する振動板３００として機能する。このため、
ストッパ層３０には、エッチングによる浸食の進行を防止する機能に加えて、振
動板としての十分な強度（物理的性質）が要求される。

かかる観点からは、ストッパ層３０は、アモルファス状態の物質で構成されて
いるのが好ましい。このようなストッパ層３０は、エッチングによる浸食の進行
を防止する機能を十分に発揮することができるとともに、振動板に要求される十
分な強度を確保することができる。

このアモルファス状態の物質としては、特に限定されないが、例えば、ＳｉＯ
₂、Ｓｉ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃のような各種酸化
物、ＴｉＮ、ＢＮ、ＡｌＮのような各種窒化物、各種樹脂材料、各種ガラス材料
等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることが
できる。

これらの中でも、アモルファス状態の物質としては、酸化物または窒化物が好
ましく、酸化物であるＳｉＯ₂が最適である。酸化物（特に、ＳｉＯ₂）または
窒化物を用いてストッパ層３０を構成することにより、前記効果が特に顕著とな
る。

このようなストッパ層３０の平均厚さは、特に限定されないが、１００ｎｍ〜
５０μｍ程度とするのが好ましく、５００ｎｍ〜２μｍ程度とするのがより好ま
しい。ストッパ層３０の平均厚さを、前記範囲とすることにより、得られるヘッ
ドＨの大型化を防止しつつ、ストッパ層３０は、振動板に要求される十分な強度
を確保することができる。なお、ストッパ層３０は、前記範囲において、エッチ
ングによる浸食の進行を防止する機能を十分に発揮することができる。

ストッパ層３０上には、Ｓｉ単結晶層６０が接合され（設けられ）ている。
このようなＳｉ単結晶層６０、すなわち、Ｓｉ単結晶で構成される層（基板）
は、汎用的なものであるので、このＳｉ単結晶層６０を用いて基板１０を構成す
ることにより、基板１０、延いては、ヘッドＨの製造コストを低減することがで
きる。

また、Ｓｉ単結晶層６０上に各部（各層）を成膜した場合、各層は、それぞれ
Ｓｉ単結晶層６０の配向方位に依存して（影響を受けて）成長、すなわち、エピ
タキシャル成長するので、その配向方位が揃うようになる。

後述するヘッドＨでは、Ｓｉ単結晶層６０上に、少なくとも下地層７００、圧
電素子４００の下部電極４２０となる導電性酸化物層４２０’、および、圧電体
層４３０となる強誘電体材料層４３０’を、順次成膜していく。したがって、下
地層７００、導電性酸化物層４２０’（下部電極４２０）、および、強誘電体材
料層４３０’（圧電体層４３０）は、それぞれ、その配向方位が揃うようになる
。このように、配向方位が揃った圧電体層４３０を有する圧電素子４００は、電
界歪み特性等の各種特性が向上する。その結果、ヘッドＨは、その性能が向上す
る。

このようなＳｉ単結晶層６０の平均厚さは、１０ｎｍ〜５０μｍ程度であるの
が好ましく、２０ｎｍ〜２μｍ程度であるのがより好ましい。Ｓｉ単結晶層６０
の平均厚さを、前記範囲とすることにより、得られるヘッドＨの大型化を防止し
つつ、Ｓｉ単結晶層６０は、前記効果を好適に発揮することができる。

また、このＳｉ単結晶層６０は、前記ストッパ層３０とともに振動板３００を
構成するが、Ｓｉ単結晶層６０の平均厚さを、このように薄くすることにより、
振動板３００の強度が、必要以上に大きくなるのを防止することができる。

さて、このような構成の基板１０は、Ｓｉ単結晶基板２０とＳｉ単結晶層６０
との配向方位を、互いに異なるようにすることもできるし、一致するようにする
こともできるが、Ｓｉ単結晶基板２０とＳｉ単結晶層６０とは、互いに配向方位
が異なっているのが好ましい。

具体的には、次のようにするのが好ましい。すなわち、前述したように、圧電
体層４３０は、Ｓｉ単結晶層６０の配向方位に依存して（影響を受けて）成長す
るので、圧電体層４３０の配向方位が、圧電素子４００の各種特性を向上させる
ことができるような配向方位となるように、Ｓｉ単結晶層６０の配向方位を選択
する。一方、Ｓｉ単結晶基板２０の配向方位は、エッチングに適し、かつ、面方
向に対してほぼ垂直な方向にエッチングによる浸食が進行するものを選択する。
このような構成の基板１０は、ヘッドＨを製造する上で、極めて有用な基板であ
る。

かかる観点からは、Ｓｉ単結晶層６０としては、（１００）配向または（１１
１）配向のものが好ましい。このような（１００）配向または（１１１）配向Ｓ
ｉ単結晶層を用いることにより、圧電体層４３０を、例えば、正方晶（００１）
配向、正方晶（１１１）配向、菱面体晶（００１）配向、菱面体晶（１１１）配
向等でエピタキシャル成長により形成することができる。かかる圧電体層４３０
を有する圧電素子４００は、電界歪み特性等の各種特性が特に優れたものとなる
。

一方、Ｓｉ単結晶基板２０としては、（１１０）配向のものが好ましい。この
ような（１１０）配向のＳｉ単結晶基板は、より容易に異方性エッチングされる
とともに、面方向に対してほぼ垂直な方向にエッチングによる浸食が、精度よく
進行するので、より寸法精度の高いインク室基板２００を得ることができる。

次に、このような基板１０の製造方法について、図２および図３を参照しつつ
説明する。

前述した基板１０は、例えば、次のようにして製造することができる。
＜Ｉ＞ まず、Ｓｉ単結晶基板２０とＳｉ単結晶層６０との配向方位が異なる
基板１０を製造する場合について説明する（図２参照）。

＜Ｉ−１＞ Ｓｉ単結晶基板２０となる、例えば（１１０）配向のＳｉ単結晶
板２０ａと、Ｓｉ単結晶層６０となる、例えば（１００）配向のＳｉ単結晶板６
０ａとを用意する。

＜Ｉ−２＞ 次に、Ｓｉ単結晶板２０ａ上に、ＳｉＯ₂からなるストッパ層３
０を形成する。これは、Ｓｉ単結晶板２０ａのストッパ層３０を形成する面に対
して、例えば、大気中、酸素ガス中等の酸化性雰囲気で、熱処理を施すことによ
り、容易に行うことができる。

この熱処理条件は、特に限定されないが、９００〜１４００℃×２０分〜２時
間程度とするのが好ましい。この熱処理条件を適宜設定することにより、前述し
たような平均厚さのストッパ層３０を形成する。

なお、ストッパ層３０を、例えばＳｉＯ₂以外の各種酸化物、各種窒化物で構
成する場合には、かかるストッパ層３０は、例えば、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ
、レーザーＣＶＤ等の化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオ
ンプレーティング等の物理蒸着法（ＰＶＤ）、スパッタリーフロー等により形成
することができる。

また、ストッパ層３０を、例えば各種樹脂材料、各種ガラス材料で構成する場
合には、シート状のストッパ層３０を、例えば各種接着法、各種融着法等により
Ｓｉ単結晶板２０ａ上に接合するようにすればよい。

＜Ｉ−３＞ 次に、ストッパ層３０が形成されたＳｉ単結晶板２０ａと、Ｓｉ
単結晶板６０ａとを貼り合わせ（接合して）、これらを一体化させる。

この接合には、例えば、ストッパ層３０にＳｉ単結晶板６０ａを圧着させた状
態で、熱処理する方法が好適に用いられる。かかる方法によれば、容易かつ確実
に、ストッパ層３０が設けられたＳｉ単結晶板２０ａと、Ｓｉ単結晶板６０ａと
を一体化させることができる。

この熱処理条件は、ストッパ層３０の構成材料等により適宜設定され、特に限
定されないが、９００〜１４００℃×２０分〜２時間程度とするのが好ましい。
なお、接合には、その他の各種接着方法、各種融着方法等を用いてもよい。

＜Ｉ−４＞ 次に、Ｓｉ単結晶板２０ａおよびＳｉ単結晶板６０ａに対して、
それぞれ、例えば、研削、研磨、エッチング等の後処理を施すことにより、それ
らの形状（厚さ）を整えて、Ｓｉ単結晶基板２０およびＳｉ単結晶層６０を得る
。このとき、Ｓｉ単結晶基板２０およびＳｉ単結晶層６０の平均厚さを、それぞ
れ前述したような範囲とする。
なお、本工程＜Ｉ−４＞は、必要に応じて省略することもできる。

＜II＞ 次に、Ｓｉ単結晶基板２０とＳｉ単結晶層６０との配向方位が一致し
、かつ、ＳｉＯ₂からなるストッパ層３０を有する基板１０を製造する場合につ
いて説明する（図３参照）。

＜II−１＞ まず、基板１０となる、例えば（１１０）配向のＳｉ単結晶板１
０ｂを用意する。

＜II−２＞ 次に、このＳｉ単結晶板１０ｂに対して酸素イオンを注入した後
、熱処理を施す。これにより、Ｓｉ単結晶板１０ｂの厚さ方向の途中に、ＳｉＯ
₂層（ストッパ層）３０が形成される。このストッパ層３０の生成により、Ｓｉ
単結晶板１０ｂは、上側のＳｉ単結晶板６０ｂと、下側のＳｉ単結晶板２０ｂと
に分割（分離）される。

この酸素注入量は、特に限定されないが、１×１０¹⁶〜１×１０²⁰ｃｍ^-
2程度とするのが好ましく、１×１０¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-2程度とするの
がより好ましい。

また、酸素イオンの加速電圧は、特に限定されないが、１０〜１０００ｋｅＶ
程度とするのが好ましく、１００〜５００ｋｅＶ程度とするのがより好ましい。

これらの各条件を適宜設定することにより、ストッパ層３０の厚さを調整する
ことができる。

また、熱処理条件も、特に限定されないが、９００℃以上×２０分〜２時間程
度とするのが好ましい。

＜II−３＞ 次に、必要に応じて、この基板１０ｂに対して高温酸化処理を施
す。これにより、Ｓｉ単結晶板６０ｂのストッパ層３０との界面付近が熱酸化さ
れ、ストッパ層３０の厚さが増大する。なお、このとき、Ｓｉ単結晶板６０ｂの
表面付近にも、熱酸化膜９０が形成される。なお、この熱酸化膜９０は、次工程
＜II−４＞を行うことにより除去することができる。

＜II−４＞ 次に、必要に応じて、前記工程＜Ｉ−４＞と同様の工程を行う。
これにより、Ｓｉ単結晶基板２０およびＳｉ単結晶層６０を得る。
以上のような工程を経て、基板１０が製造される。

＜インクジェット式記録ヘッド＞
次に、本発明のインクジェット式記録ヘッドについて説明する。

図４は、本発明のインクジェット式記録ヘッドの実施形態を示す分解斜視図（
一部切り欠いて示す）であり、図５は、図４に示すインクジェット式記録ヘッド
の主要部の構成を示す断面図であり、図６および図７は、それぞれ、図５に示す
インクジェット式記録ヘッドの主要部の製造工程を説明するための図（断面図）
である。なお、図４は、通常使用される状態とは、上下逆に示されている。

図４に示すインクジェット式記録ヘッドＨ（ヘッドＨ）は、主に、ノズル板１
００と、インク室基板２００と、振動板３００と、圧電素子（振動源）４００と
を備え、これらが基体５００に収納されている。このヘッドＨは、前述した基板
１０を用いて製造されたものであり、基板１０のＳｉ単結晶基板２０がインク室
基板２００とされ、ストッパ層３０およびＳｉ単結晶層６０が振動板３００とさ
れている。

なお、このヘッドＨは、オンデマンド形のピエゾジェット式ヘッドを構成する
。

ノズル板１００は、例えばステンレス製の圧延プレート等で構成されている。
このノズル板１００には、インク滴を吐出するための多数のノズル孔１１０が形
成されている。これらのノズル孔１１０のピッチは、印刷精度に応じて適宜設定
される。

ノズル板１００には、インク室基板２００が固着（固定）されている。
このインク室基板２００には、ノズル板１００、側壁（隔壁）２２０および後
述する振動板３００により、複数のインク室（キャビティ、圧力室）２１０と、
インクカートリッジ３１から供給されるインクを一時的に貯留するリザーバ室２
３０と、リザーバ室２３０から各インク室２１０に、それぞれインクを供給する
供給口２４０とが区画形成されている。

これらのインク室２１０は、それぞれ短冊状（直方体状）に形成され、各ノズ
ル孔１１０に対応して配設されている。各インク室２１０は、後述する振動板３
００の振動により容積が変化し、この容積変化により、インクを吐出するよう構
成されている。

また、インク室２１０の容積は、特に限定されないが、１×１０^-7〜２×１
０^-5ｍＬ程度とするのが好ましく、５×１０^-7〜１×１０^-5ｍＬ程度とす
るのがより好ましい。

一方、インク室基板２００のノズル板１００と反対側には、振動板３００がイ
ンク室基板２００の側壁２２０に接触して設けられ、さらに振動板３００のイン
ク室基板２００と反対側には、複数の圧電素子４００が下地層７００を介して設
けられている。

また、振動板３００の所定位置には、その厚さ方向に貫通して連通孔３１０が
形成されている。この連通孔３１０を介して、インクカートリッジ３１からリザ
ーバ室２３０に、インクが供給可能とされている。

本実施形態では、この振動板３００は、インク室基板２００側のアモルファス
状態の物質で構成されたストッパ層３０と、圧電素子４００側のＳｉ単結晶で構
成されたＳｉ単結晶層６０とで構成されている。

このストッパ層３０を構成するアモルファス状態の物質は、前述した通りであ
るが、これらのアモルファス状態の物質は、絶縁材料または半導体材料でもある
。このため、これらの材料を用いてストッパ層３０を構成することにより、ヘッ
ドＨでは、（１）Ｓｉ単結晶層６０上に設けられた各部（各圧電素子４００）間での
絶縁分離を良好なものとすること、（２）圧電素子４００の電解歪み特性等の各種特
性の向上を図ることができるという効果もある。このようなヘッドＨは、その性
能が向上する。

これらの中でも、アモルファス状態の物質としては、ＳｉＯ₂が最適である。
ＳｉＯ₂を用いてストッパ層３０を構成することにより、前記効果が特に顕著と
なる。

各圧電素子４００は、それぞれ各インク室２１０のほぼ中央部に対応して配設
されている。各圧電素子４００は、後述する圧電素子駆動回路に電気的に接続さ
れ、圧電素子駆動回路からの信号に基づいて作動するよう構成されている。

なお、各圧電素子４００の平面視での寸法は、特に限定されないが、例えば、
１〜３ｍｍ×１０〜５０μｍ程度とすることができる。

基体５００は、例えば各種樹脂材料、各種金属材料等で構成されており、この
基体５００にインク室基板２００が固定、支持されている。

以下、下地層７００および圧電素子４００の構成について、図５を参照しつつ
、さらに詳細に説明する。

図５に示す圧電素子４００は、上部電極４１０と下部電極４２０とで、圧電体
層（強誘電体層）４３０を挟持した構成とされている。換言すれば、圧電素子４
００は、下部電極４２０、圧電体層４３０および上部電極４１０が、この順で積
層されて構成されている。

この圧電素子４００は、振動源として機能するものであり、振動板３００は、
圧電素子（振動源）４００の振動により振動し、インク室２１０の内部圧力を瞬
間的に高める機能を有するものである。

振動板３００上には、薄膜よりなる下地層（バッファ層）７００が形成され（
設けられ）ている。すなわち、圧電素子４００（下部電極４２０）と振動板３０
０（Ｓｉ単結晶層６０）との間に、下地層７００が設けられている。

この下地層７００は、圧電素子４００（下部電極４２０）と振動板３００（Ｓ
ｉ単結晶層６０）との接合性（密着性）を向上させる機能を有するものである。
下地層７００を設けることにより、圧電素子４００の振動板３００からの剥離等
によるヘッドＨの経時的劣化が好適に防止されるとともに、圧電素子４００の振
動をより確実に振動板３００に伝達することができる。

なお、この下地層７００は、振動板３００上の少なくとも圧電素子４００を形
成する領域に設けるようにすればよい。

下地層７００の構成材料としては、例えば、ＮａＣｌ構造の金属酸化物、蛍石
型構造の金属酸化物、フルオライト構造の金属酸化物等が挙げられ、これらの１
種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、下地層
７００の構成材料としては、ＮａＣｌ構造の金属酸化物を含むものが好ましく、
ＮａＣｌ構造の金属酸化物を主材料とするものがより好ましい。

後述するように、下部電極４２０の構成材料としては、ペロブスカイト構造を
有する金属酸化物を含むもの（特に、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物を
主材料とするもの）が好適に使用されるが、ＮａＣｌ構造の金属酸化物は、この
ペロブスカイト構造を有する金属酸化物との格子不整合が小さく、さらに、Ｓｉ
との格子不整合も小さい。このため、ＮａＣｌ構造の金属酸化物を用いて下地層
７００を構成することにより、振動板３００（Ｓｉ単結晶層６０）と下部電極４
２０との接合性（密着性）がより向上する。

また、ＮａＣｌ構造の金属酸化物としては、例えば、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ
、ＢａＯ、ＭｎＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、ＮｉＯ、または、これらを含む固溶体等が
挙げられるが、これらの中でも、特に、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、また
は、これらを含む固溶体の少なくとも１種を用いるのが好ましい。このようなＮ
ａＣｌ構造の金属酸化物は、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物およびＳｉ
の双方との格子不整合が特に小さい。

このような下地層７００は、例えば、立方晶（１００）配向、立方晶（１１０
）配向、立方晶（１１１）配向等したもののいずれであってもよいが、これらの
中でも、特に、立方晶（１００）配向または立方晶（１１１）配向したものであ
るのが好ましい。下地層７００を立方晶（１００）配向または立方晶（１１１）
配向したものとすることにより、下地層７００の平均厚さを比較的小さくするこ
とができる。このため、例えばＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯのような潮解性
を示すＮａＣｌ構造の金属酸化物で下地層７００を構成する場合であっても、製
造時および使用時に空気中の水分で劣化するという不都合を好適に防止すること
ができる。

このような観点からは、下地層７００は、できるだけ薄く形成するのが好まし
く、具体的には、その平均厚さが１０ｎｍ以下であるのが好ましく、５ｎｍ以下
であるのがより好ましい。これにより、前記効果がより向上する。

下地層７００上には、圧電体層４３０に電圧を印加するための一方の電極であ
る下部電極４２０が形成され（設けられ）ている。

この下部電極４２０は、複数の圧電素子４００の個別電極として、それぞれ設
けられている。すなわち、下部電極４２０の平面視形状が、圧電体層４３０の平
面視形状とほぼ等しくなるよう形成されている。

下部電極４２０の構成材料としては、例えば、ペロブスカイト構造を有する金
属酸化物等の各種導電性酸化物が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み
合わせて用いることができる。これらの中でも、下部電極４２０の構成材料とし
ては、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物を含むものが好ましく、ペロブス
カイト構造を有する金属酸化物を主材料とするものがより好ましい。

このペロブスカイト構造を有する金属酸化物としては、例えば、ルテニウム酸
ストロンチウム（ＳＲＯ）、ＮｂドープしたＳｒＴｉＯ₃、または、これらを含
む固溶体等が挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いること
ができる。これらのペロブスカイト構造の金属酸化物は、導電性および化学的安
定性に優れているので、下部電極４２０も、導電性および化学的安定性に優れた
ものとすることができる。その結果、圧電素子４００は、電界歪み特性等の各種
特性が向上する。

これらの中でも、下部電極４２０に用いるペロブスカイト構造を有する金属酸
化物としては、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳＲＯ）が最適である。ＳＲＯは
、特に導電性および化学的安定性に優れているので、ＳＲＯを用いて下部電極４
２０を構成することにより、圧電素子４００は、前記効果がより向上する。

ここで、ＳＲＯは、一般式Ｓｒ_n+1Ｒｕ_nＯ_3n+1（ｎは１以上の整数）
で表される。ｎ＝１のときＳｒ₂ＲｕＯ₄となり、ｎ＝２のときＳｒ₃Ｒｕ₂Ｏ
₇となり、ｎ＝∞のときＳｒＲｕＯ₃となる。ＳＲＯを用いて下部電極４２０を
構成する場合は、ＳｒＲｕＯ₃が最適である。これにより、下部電極４２０の導
電性および化学的安定性を極めて優れたものとすることができるとともに、下部
電極４２０上に形成する圧電体層４３０の結晶性を高めることもできる。

なお、下部電極４２０は、その厚さ方向の途中に、イリジウムまたは白金等で
構成される部分（中間層）を有する構成、すなわち、ＳＲＯ／Ｐｔ／ＳＲＯ、Ｓ
ＲＯ／Ｉｒ／ＳＲＯの積層構造とすることもできる。この場合、下部電極４２０
の圧電体層４３０側の部分を、ＳｒＲｕＯ₃を含む材料で（特に、ＳｒＲｕＯ₃
を主材料として）構成するようにすればよい。

このような下部電極４２０は、例えば、擬立方晶（００１）配向、擬立方晶（
１１１）配向、擬立方晶（１１０）配向、擬立方晶（１００）配向等したものの
いずれであってもよいが、これらの中でも、特に、擬立方晶（００１）配向また
は擬立方晶（１１１）配向したものであるのが好ましい。このような下部電極４
２０を用いて圧電素子４００を構成することにより、圧電素子４００は、前記効
果がより顕著となる。

このような下部電極４２０の平均厚さは、特に限定されないが、１〜１０００
ｎｍ程度とするのが好ましく、１００〜７００ｎｍ程度とするのがより好ましい
。

下部電極４２０上には、電圧の印加により変形する圧電体層４３０が、所定の
形状で形成されている。

圧電体層４３０の構成材料としては、各種強誘電体材料が挙げられるが、特に
、ペロブスカイト構造を有する強誘電体材料を含むものが好ましく、ペロブスカ
イト構造を有する強誘電体材料を主材料とするものがより好ましい。

このペロブスカイト構造を有する強誘電体材料としては、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ
，Ｔｉ）Ｏ₃（ＰＺＴ）、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃（ＰＬＺＴ）、Ｂ
ａＴｉＯ₃、ＫＮｂＯ₃、ＰｂＺｎＯ₃のようなペロブスカイト構造の金属酸化
物、（Ｓｒ，Ｂｉ）（Ｔａ，Ｎｂ）₂Ｏ₉、（Ｂｉ，Ｌａ）₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂のよ
うなＢｉ層状化合物、または、これらを含む固溶体等が挙げられ、これらのうち
の１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。これらのペロブスカ
イト構造を有する金属酸化物を用いて圧電体層４３０を構成することにより、圧
電素子４００は、電界歪み特性等の各種特性が向上する。

これらの中でも、圧電体層４３０に用いるペロブスカイト構造を有する金属酸
化物としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が最適である。ＰＺＴを用いる
ことにより、圧電素子４００は、前記効果がより向上する。

また、ペロブスカイト構造を有する強誘電体材料としてＰＺＴを用いる場合、
このＰＺＴとしては、テトラゴナル組成、ロンボヘドラル組成のいずれのものを
用いてもよい。

このような圧電体層４３０は、例えば、正方晶（００１）配向、正方晶（１１
１）配向、菱面体晶（００１）配向、菱面体晶（１１１）配向等したもののいず
れであってもよいが、これらの中でも、特に、正方晶（００１）配向、正方晶（
１１１）配向、菱面体晶（００１）配向、または、菱面体晶（１１１）配向した
ものであるのが好ましい。これにより、圧電素子４００は、電界歪み特性等の各
種特性が特に優れたものとなる。

このような圧電体層４３０の平均厚さは、特に限定されないが、０．１〜５０
μｍ程度とするのが好ましく、０．３〜１０μｍ程度とするのがより好ましい。
圧電体層４３０の平均厚さを、前記範囲とすることにより、圧電素子４００（延
いては、ヘッドＨ）の大型化を防止しつつ、各種特性を好適に発揮し得る圧電素
子４００を得ることができる。

圧電体層４３０上には、圧電体層４３０に電圧を印加するための他方の電極と
なる上部電極４１０が形成され（設けられ）ている。

この上部電極４１０は、複数の圧電素子４００の個別電極として、それぞれ設
けられている。すなわち、上部電極４１０の平面視形状は、圧電体層４３０の平
面視形状とほぼ等しくなるよう形成されている。

上部電極４１０の構成材料としては、前記の下部電極４２０で挙げた材料と同
様のものを用いることができる他、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）
、アルミニウム（Ａｌ）、または、これらを含む合金等の各種導電性材料が挙げ
られ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

なお、上部電極４１０をアルミニウムで構成する場合、イリジウム等で構成さ
れる層を積層するようにするのが好ましい。これにより、上部電極４１０の電蝕
による劣化を防止または抑制することができる。

このような上部電極４１０の平均厚さは、特に限定されないが、１〜１０００
ｎｍ程度とするのが好ましく、１０〜５００ｎｍ程度とするのがより好ましい。

このようなヘッドＨは、後述する圧電素子駆動回路から所定の吐出信号が入力
されていない状態、すなわち、圧電素子４００の下部電極４２０と上部電極４１
０との間に電圧が印加されていない状態では、圧電体層４３０に変形が生じない
。このため、振動板３００にも変形が生じず、インク室２１０には容積変化が生
じない。したがって、ノズル孔１１０からインク滴は吐出されない。

一方、圧電素子駆動回路から所定の吐出信号が入力された状態、すなわち、圧
電素子４００の下部電極４２０と上部電極４１０との間に一定電圧（例えば、１
０〜５０Ｖ程度）が印加された状態では、圧電体層４３０に変形が生じる。これ
により、振動板３００が大きくたわみ（図５中下方にたわみ）、インク室２１０
の容積の減少（変化）が生じる。このとき、インク室２１０内の圧力が瞬間的に
高まり、ノズル孔１１０からインク滴が吐出される。

１回のインクの吐出が終了すると、圧電素子駆動回路は、下部電極４２０と上
部電極４１０との間への電圧の印加を停止する。これにより、圧電素子４００は
、ほぼ元の形状に戻り、インク室２１０の容積が増大する。なお、このとき、イ
ンクには、インクカートリッジ３１からノズル孔１１０へ向かう圧力（正方向へ
の圧力）が作用している。このため、空気がノズル孔１１０からインク室２１０
へ入り込むことが防止され、インクの吐出量に見合った量のインクがインクカー
トリッジ３１（リザーバ室２３０）からインク室２１０へ供給される。

このようにして、ヘッドＨにおいて、印刷させたい位置の圧電素子４００に、
圧電素子駆動回路から吐出信号を順次入力することにより、任意の（所望の）文
字や図形等を印刷することができる。

以上のように、本発明のインクジェット式記録ヘッドＨは、電界歪み特性等の
各種特性に優れる圧電素子４００を備える。このため、より少ない電圧で圧電素
子４００を作動させることができるので、圧電素子駆動回路を簡略化することが
できるとともに、消費電力を低減することができる。

また、圧電素子４００を小型化することもできる。この場合、圧電素子４００
の幅（短軸方向の長さ）を短くすると、インク室２１０の幅も小さくすることが
でき、その結果、ノズル孔１１０のピッチも小さくすることができるので、より
高精度の印刷が可能となる。また、圧電素子４００の長さ（長軸方向の長さ）を
短くすると、ヘッドＨのさらなる小型化を図ることができる。

次に、ヘッドＨの製造方法について、図６および図７を参照しつつ説明する。
前述したヘッドＨは、例えば、次のようにして製造することができる。

［０］ 基板の用意
まず、前述のようにして、例えばＳｉ単結晶基板２０とＳｉ単結晶層６０との
配向方位が異なる基板１０を製造する。ここでは、Ｓｉ単結晶基板２０を（１１
０）配向のもの、Ｓｉ単結晶層６０を（１００）配向のものとした場合について
説明する。

［１］ 下地層７００の形成（図６のＳ１）
次に、Ｓｉ単結晶層６０上に、例えばＳｒＯからなる下地層７００を形成する
。

下地層７００は、Ｓｉ単結晶層６０の結晶構造の影響を受けて結晶成長する。
Ｓｉ単結晶層６０は、（１００）配向のものであるので、Ｓｉ単結晶層６０上に
下地層７００を成膜すると、下地層７００は、立方晶（１００）配向でエピタキ
シャル成長する。

下地層７００の形成方法（成膜方法）としては、レーザーアブレーション法が
好適に用いられる。かかる方法によれば、レーザー光の入射窓を備えた簡易な構
成の真空装置を用いて、容易かつ確実に、下地層７００を形成することができる
。

具体的には、まず、基板１０（サンプル）を、例えば、室温での背圧が１３３
×１０^-9〜１３３×１０^-6Ｐａ（１×１０^-9〜１×１０^-6Ｔｏｒｒ）程
度に減圧された真空装置内に設置する。

なお、真空装置内には、基板１０に対向して、下地層７００の構成元素を含む
ターゲットが所定距離、離間して配置されている。このターゲットとしては、目
的とする下地層７００の組成と同一の組成または近似組成のものが好適に使用さ
れる。

次いで、例えば赤外線ランプ（加熱手段）等を用いて、基板１０を加熱して昇
温する。

この昇温速度は、特に限定されないが、１〜２０℃／分程度とするのが好まし
く、５〜１５℃／分程度とするのがより好ましい。

また、サンプルの温度（到達温度）も、特に限定されず、３００〜８００℃程
度とするのが好ましく、４００〜７００℃程度とするのがより好ましい。

なお、昇温速度、サンプルの温度、真空装置内の圧力等の各条件は、基板１０
の表面に、熱酸化膜が形成されないものであれば、前記範囲に限定されるもので
はない。

次いで、レーザー光をターゲットに照射すると、ターゲットから酸素原子およ
び金属原子を含む原子が叩き出され、プルームが発生する。換言すれば、プルー
ムが基板１０に向かって照射される。そして、このプルームは、基板１０（Ｓｉ
単結晶層６０）上に接触して、下地層７００が形成される。

このレーザー光は、好ましくは波長が１５０〜３００ｎｍ程度、パルス長が１
〜１００ｎｓ程度のパルス光とされる。具体的には、レーザー光としては、例え
ば、ＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー、ＸｅＣｌエキシマレー
ザーのようなエキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ₄レーザー、ＣＯ₂レ
ーザー等が挙げられる。これらの中でも、レーザー光としては、特に、ＡｒＦエ
キシマレーザーまたはＫｒＦエキシマレーザーが好適である。ＡｒＦエキシマレ
ーザーおよびＫｒＦエキシマレーザーは、いずれも、取り扱いが容易であり、ま
た、より効率よく原子をターゲットから叩き出すことができる。

下地層７００の形成（成膜）における各条件は、下地層７００がエピタキシャ
ル成長し得るものであればよく、例えば、次のようにすることができる。

レーザー光の周波数は、３０Ｈｚ以下とするのが好ましく、１５Ｈｚ以下とす
るのがより好ましい。

レーザー光のエネルギー密度は、０．５Ｊ／ｃｍ²以上とするのが好ましく、
２Ｊ／ｃｍ²以上とするのがより好ましい。

サンプルとターゲットとの距離は、６０ｍｍ以下とするのが好ましく、４５ｍ
ｍ以下とするのがより好ましい。

また、真空装置内の圧力は、１気圧以下が好ましく、そのうち、酸素分圧は、
例えば、酸素ガス供給下で１３３×１０^-3Ｐａ（１×１０^-3Ｔｏｒｒ）以上
とするのが好ましく、原子状酸素ラジカル供給下で１３３×１０^-5Ｐａ（１×
１０^-5Ｔｏｒｒ）以上とするのが好ましい。

下地層７００の形成における各条件を、それぞれ、前記範囲とすると、より効
率よく、下地層７００をエピタキシャル成長により形成することができる。

また、このとき、レーザー光の照射時間を適宜設定することにより、下地層７
００の平均厚さを前述したような範囲に調整することができる。この場合、レー
ザー光の照射時間は、前記各条件によっても異なるが、通常、２時間以下とする
のが好ましく、１時間以下とするのがより好ましい。

なお、下地層７００の形成方法としては、これに限定されず、例えば、真空蒸
着法、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等の各種薄膜
作製法を用いることもできる。

［２］ 導電性酸化物層４２０’の形成（図６のＳ２）
次に、下地層７００上に、例えばＳｒＲｕＯ₃からなる導電性酸化物層４２０
’を形成する。なお、この導電性酸化物層４２０’は、後述する工程［５］によ
り分割され、下部電極４２０となる。

導電性酸化物層４２０’は、下地層７００の結晶構造の影響を受けて結晶成長
する。下地層７００は、立方晶（１００）配向したものであるので、下地層７０
０上に導電性酸化物層４２０’を成膜すると、導電性酸化物層４２０’は、擬立
方晶（００１）配向でエピタキシャル成長する。

導電性酸化物層４２０’の形成は、前記工程［１］と同様にして行うことがで
きる。すなわち、導電性酸化物層４２０’の形成方法（成膜方法）としては、レ
ーザーアブレーション法が好適であるが、これに限定されず、例えば、真空蒸着
法、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等の各種薄膜作
製法を用いることもできる。

［３］ 強誘電体材料層４３０’の形成（図６のＳ３）
次に、導電性酸化物層４２０’上に、例えば、組成比Ｐｂ（Ｚｒ_0.56Ｔｉ
_0.44）Ｏ₃のＰＺＴからなる強誘電体材料層４３０’を形成する。なお、こ
の強誘電体材料層４３０’は、後述する工程［５］により分割され、圧電体層４
３０となる。

強誘電体材料層４３０’は、導電性酸化物層４２０’の結晶構造の影響を受け
て結晶成長する。導電性酸化物層４２０’は、擬立方晶（００１）配向したもの
であるので、導電性酸化物層４２０’上に強誘電体材料層４３０’を成膜すると
、強誘電体材料層４３０’は、菱面体晶（００１）配向でエピタキシャル成長す
る。

強誘電体材料層４３０’の形成は、前記工程［１］と同様にして行うことがで
きる。すなわち、強誘電体材料層４３０’の形成方法（成膜方法）としては、レ
ーザーアブレーション法が好適であるが、これに限定されず、例えば、真空蒸着
法、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等の各種薄膜作
製法を用いることもできる。

［４］ 導電性酸化物層４１０’の形成（図６のＳ４）
次に、強誘電体材料層４３０’上に、例えばＳｒＲｕＯ₃からなる導電性酸化
物層４１０’を形成する。なお、この導電性酸化物層４１０’は、後述する工程
［５］により分割され、上部電極４１０となる。

導電性酸化物層４１０’の形成は、前記工程［１］と同様にして行うことがで
きる。すなわち、導電性酸化物層４１０’の形成方法（成膜方法）としては、レ
ーザーアブレーション法が好適であるが、これに限定されず、例えば、真空蒸着
法、スパッタリング法、ＭＯＣＶＤ法、ゾル・ゲル法、ＭＯＤ法等の各種薄膜作
製法を用いることもできる。

［５］ 圧電素子４００の形成（図７のＳ５）
次に、導電性酸化物層４２０’、強誘電体材料層４３０’および導電性酸化物
層４１０’を所定形状に加工（分割）して、複数の圧電素子（圧電アクチュエー
タ）４００を形成する。

具体的には、まず、導電性酸化物層４１０’上に、例えばスピンコートにより
レジストを形成した後、インク室２１０を形成すべき位置に合わせて、露光・現
像してパターニングする。次いで、残ったレジストをマスクとして、例えばイオ
ンミリング等でエッチングする。これにより、導電性酸化物層４１０’、強誘電
体材料層４３０’および導電性酸化物層４２０’の不要な部分が除去され、複数
の圧電素子４００が得られる。

［６］ インク室基板２００の形成（図７のＳ６）
次に、Ｓｉ単結晶基板２０の圧電素子４００に対応した位置に、それぞれイン
ク室２１０となる凹部２１０’を、また、所定位置にリザーバ室２３０および供
給口２４０となる凹部を形成する。

具体的には、インク室２１０、リザーバ室２３０および供給口２４０を形成す
べき位置に合せて、Ｓｉ単結晶基板２０の圧電素子４００と反対側の面に、マス
クを形成した後、エッチングを行う。これにより、Ｓｉ単結晶基板２０の不要な
部分が除去され、インク室基板２００が得られる。

なお、前述したように、基板１０は、ストッパ層３０を有しているので、エッ
チングによる浸食は、このストッパ層３０に到達すると停止する。このため、エ
ッチングによる浸食が過度（必要以上）に進行し、圧電素子４００が浸食される
のを好適に防止することができる。

また、このとき、エッチングされずに残った部分が、側壁２２０となり、また
、露出したストッパ層３０は、その上に接合されたＳｉ単結晶層６０とともに、
振動板として機能し得る状態となる。

このエッチングには、例えば、平行平板型反応性イオンエッチング、誘導結合
型方式、エレクトロンサイクロトロン共鳴方式、ヘリコン波励起方式、マグネト
ロン方式、プラズマエッチング方式、イオンビームエッチング方式等のドライエ
ッチング、５重量％〜４０重量％程度の水酸化カリウム、テトラメチルアンモニ
ウムハイドロオキサイド等の高濃度アルカリ水溶液によるウエットエッチングが
挙げられ、これらの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。こ
れらの中でも、エッチングには、特に、水酸化カリウム等によるウエットエッチ
ングを用いるのが好ましい。かかるウエットエッチングによれば、Ｓｉ単結晶基
板２０は、異方性エッチングされるので、凹部２１０’、リザーバ室２３０およ
び供給口２４０となる凹部を、容易かつ精度よく形成することができる。このた
め、より寸法精度の高いインク室基板２００を得ることができる。

また、本実施形態では、Ｓｉ単結晶基板２０として、（１１０）配向のものを
用いるので、異方性エッチングによる浸食は、Ｓｉ単結晶基板２０の面方向に対
して、ほぼ垂直な方向に効率よく進行する。

［７］ ヘッドＨの完成（図７のＳ７）
次に、例えばステンレス製のノズル板１００を、各ノズル孔１１０が各凹部２
１０’に対応するように位置合わせして接合する。これにより、複数のインク室
２１０、リザーバ室２３０および複数の供給口２４０が、それぞれ区画形成され
る。

この接合には、例えば、接着剤による各種接着方法、各種融着方法等を用いる
ことができる。

最後に、インク室基板２００を基体５００に取り付けて、インクジェット式記
録ヘッドＨが完成する。

なお、本実施形態のヘッドＨでは、ストッパ層３０およびＳｉ単結晶層６０で
振動板３００が構成されていたが、振動板３００は、その全体がストッパ層３０
のみで構成されていてもよく、ストッパ層３０とＳｉ単結晶層６０との間に、任
意の目的の中間層を有する構成であってもよい。

また、本実施形態では、下部電極４２０および上部電極４１０は、各圧電素子
４００毎に設けられた個別電極であったが、下部電極４２０および上部電極４１
０のいずれか一方を、各圧電素子４００の共通電極として設けるようにしてもよ
い。

＜インクジェットプリンタ＞
次に、インクジェット式記録ヘッドを備えるインクジェットプリンタについて
説明する。

図８は、本発明のインクジェットプリンタの実施形態を示す概略図である。な
お、以下の説明では、図８中、上側を「上部」、下側を「下部」と言う。

図８に示すインクジェットプリンタ１は、装置本体２を備えており、上部後方
に記録用紙（記録媒体）Ｐを設置するトレイ２１と、下部前方に記録用紙Ｐを排
出する排紙口２２と、上部面に操作パネル７とが設けられている。

操作パネル７は、例えば、有機ＥＬディスプレイ、液晶ディスプレイ、ＬＥＤ
ランプ等で構成され、エラーメッセージ等を表示する表示部（図示せず）と、各
種スイッチ等で構成される操作部（図示せず）とを備えている。

また、装置本体２の内部には、主に、往復動するヘッドユニット３を備える印
刷装置（印刷手段）４と、記録用紙Ｐを１枚ずつ印刷装置４に送り込む給紙装置
（給紙手段）５と、印刷装置４および給紙装置５を制御する制御部（制御手段）
６と、各部に電力を供給する電源部（図示せず）とを有している。

制御部６の制御により、給紙装置５は、記録用紙Ｐを一枚ずつ間欠送りする。
この記録用紙Ｐは、ヘッドユニット３の下部近傍を通過する。このとき、ヘッド
ユニット３が記録用紙Ｐの送り方向とほぼ直交する方向に往復移動して、記録用
紙Ｐへの印刷が行なわれる。すなわち、ヘッドユニット３の往復動と記録用紙Ｐ
の間欠送りとが、印刷における主走査および副走査となって、インクジェット方
式の印刷が行なわれる。

印刷装置４は、ヘッドユニット３と、ヘッドユニット３の駆動源となるキャリ
ッジモータ４１と、キャリッジモータ４１の回転を受けて、ヘッドユニット３を
往復動させる往復動機構４２とを備えている。

ヘッドユニット３は、その下部に、多数のノズル孔１１０を備える本発明のヘ
ッドＨと、ヘッドＨにインクを供給するインクカートリッジ３１と、ヘッドＨお
よびインクカートリッジ３１を搭載したキャリッジ３２とを有している。

なお、インクカートリッジ３１として、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラッ
ク（黒）の４色のインクを充填したものを用いることにより、フルカラー印刷が
可能となる。この場合、ヘッドユニット３には、各色にそれぞれ対応したヘッド
Ｈが設けられることになる。

往復動機構４２は、その両端をフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジ
ガイド軸４２１と、キャリッジガイド軸４２１と平行に延在するタイミングベル
ト４２２とを有している。

キャリッジ３２は、キャリッジガイド軸４２１に往復動自在に支持されるとと
もに、タイミングベルト４２２の一部に固定されている。

キャリッジモータ４１の動作により、プーリを介してタイミングベルト４２２
を正逆走行させると、キャリッジガイド軸４２１に案内されて、ヘッドユニット
３が往復動する。そして、この往復動の際に、ヘッドＨから適宜インクが吐出さ
れ、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。

給紙装置５は、その駆動源となる給紙モータ５１と、給紙モータ５１の作動に
より回転する給紙ローラ５２とを有している。

給紙ローラ５２は、記録用紙Ｐの送り経路（記録用紙Ｐ）を挟んで上下に対向
する従動ローラ５２ａと駆動ローラ５２ｂとで構成され、駆動ローラ５２ｂは給
紙モータ５１に連結されている。これにより、給紙ローラ５２は、トレイ２１に
設置した多数枚の記録用紙Ｐを、印刷装置４に向かって１枚ずつ送り込めるよう
になっている。なお、トレイ２１に代えて、記録用紙Ｐを収容する給紙カセット
を着脱自在に装着し得るような構成であってもよい。

制御部６は、例えばパーソナルコンピュータやディジタルカメラ等のホストコ
ンピュータから入力された印刷データに基づいて、印刷装置４や給紙装置５等を
制御することにより印刷を行うものである。

制御部６は、いずれも図示しないが、主に、各部を制御する制御プログラム等
を記憶するメモリ、圧電素子（振動源）４００を駆動して、インクの吐出タイミ
ングを制御する圧電素子駆動回路、印刷装置４（キャリッジモータ４１）を駆動
する駆動回路、給紙装置５（給紙モータ５１）を駆動する駆動回路、ホストコン
ピュータからの印刷データを入手する通信回路、および、印刷データを処理する
データ処理回路と、これらに電気的に接続され、各部での各種制御を行うＣＰＵ
とを備えている。

また、ＣＰＵには、例えば、ヘッドＨの周囲の環境条件（例えば、温度、湿度
等）、インクの吐出状況、記録用紙（記録媒体）Ｐ上の印刷状況、記録用紙Ｐの
供給状態、記録用紙Ｐの印刷部位付近の雰囲気のインク溶媒濃度等を検出可能な
各種センサが、それぞれ電気的に接続されている。

このようなインクジェットプリンタ１では、まず、ＣＰＵが、通信回路を介し
て、印刷データを入手してメモリに格納する。次いで、データ処理回路は、この
印刷データを処理する。次いで、ＣＰＵは、この処理データおよび各種センサの
検出データに基づいて、各駆動回路にそれぞれ駆動信号を出力する。この駆動信
号により圧電素子４００、印刷装置４および給紙装置５は、それぞれ作動する。
これにより、記録用紙Ｐに印刷が行われる。

以上、本発明の基板、インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェットプリ
ンタについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定
されるものではない。

例えば、本発明の基板、インクジェット式記録ヘッドおよびインクジェットプ
リンタを構成する各部は、同様の機能を発揮する任意のものと置換、または、そ
の他の構成を追加することもできる。

また、例えば、基板およびインクジェット式記録ヘッドの製造方法では、任意
の工程を追加することもできる。

また、前記実施形態のインクジェット式記録ヘッドの構成は、例えば、各種工
業用液体吐出装置の液体吐出機構に適用することもできる。この場合、液体吐出
装置では、前述したようなインク（イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック等の
カラー染料インク）の他、例えば、液体吐出機構のノズル（液体吐出口）からの
吐出に適当な粘度を有する溶液や液状物質等が使用可能である。

以上述べたように、本発明の基板は、ストッパ層を介してＳｉ単結晶基板とＳ
ｉ単結晶層とを有しているので、Ｓｉ単結晶基板に対してエッチングを施す際に
、このエッチングにより必要としない部分まで浸食されてしまうという不都合が
防止される。また、Ｓｉ単結晶基板として、エッチングに適した配向のものを選
択し、Ｓｉ単結晶として、この上に形成する（設ける）振動源の特性を向上させ
得る配向のものを選択することができる。

よって、本発明の基板を用いれば、容易、確実かつ精度よくインクジェット式
記録ヘッドを製造することができ、得られるインクジェット式記録ヘッドを小型
でかつ性能に優れるものとすることができる。

本発明の基板の実施形態を示す断面図である。 図１に示す基板の製造工程を説明するための図（断面図）である。 図１に示す基板の製造工程を説明するための図（断面図）である。 本発明のインクジェット式記録ヘッドの実施形態を示す分解斜視図（一部切り欠いて示す）である。 図４に示すインクジェット式記録ヘッドの主要部の構成を示す断面図である。 図５に示すインクジェット式記録ヘッドの主要部の製造工程を説明するための図（断面図）である。 図５に示すインクジェット式記録ヘッドの主要部の製造工程を説明するための図（断面図）である。 本発明のインクジェットプリンタの実施形態を示す概略図である。

符号の説明

１‥‥インクジェットプリンタ ２‥‥装置本体 ２１‥‥トレイ ２２‥‥
排紙口 ３‥‥ヘッドユニット ３１‥‥インクカートリッジ ３２‥‥キャリ
ッジ ４‥‥印刷装置 ４１‥‥キャリッジモータ ４２‥‥往復動機構 ４２
１‥‥キャリッジガイド軸 ４２２‥‥タイミングベルト ５‥‥給紙装置 ５
１‥‥給紙モータ ５２‥‥給紙ローラ ５２ａ‥‥従動ローラ ５２ｂ‥‥駆
動ローラ ６‥‥制御部 ７‥‥操作パネル １０‥‥基板 １０ｂ‥‥Ｓｉ単
結晶板 ２０‥‥Ｓｉ単結晶基板 ２０ａ‥‥Ｓｉ単結晶板 ２０ｂ‥‥Ｓｉ単
結晶板 ３０‥‥ストッパ層 ６０‥‥Ｓｉ単結晶層 ６０ａ‥‥Ｓｉ単結晶板
６０ｂ‥‥Ｓｉ単結晶板 ９０‥‥熱酸化膜 １００‥‥ノズル板 １１０‥
‥ノズル孔 ２００‥‥インク室基板 ２１０‥‥インク室 ２１０’ ‥‥凹
部 ２２０‥‥側壁 ２３０‥‥リザーバ室 ２４０‥‥供給口 ３００‥‥振
動板 ３１０‥‥連通孔 ４００‥‥圧電素子 ４１０‥‥上部電極 ４１０’
‥‥導電性酸化物層 ４２０‥‥下部電極 ４２０’ ‥‥導電性酸化物層 ４
３０‥‥圧電体層 ４３０’‥‥強誘電体材料層 ５００‥‥基体 ７００‥‥
下地層 Ｈ‥‥インクジェット式記録ヘッド Ｐ‥‥記録用紙

Claims (22)

1. 第１珪素層と、該第１珪素層の表面に形成されたエッチングストッパ層と、該エッチングストッパ層の表面に形成された第２珪素層とを有する基板を用意する工程と、
   前記第２珪素層の上方に、下部電極、圧電体層及び上部電極を有する圧電素子を形成する工程と、
   前記第１珪素層の一部をエッチングして凹部を形成する工程と、
   を含み、
   前記基板を用意する工程は、
   前記第１珪素層からなる第１珪素基板を用意する工程と、
   第２珪素基板を用意する工程と、
   前記第１珪素基板の表面に前記エッチングストッパ層を形成する工程と、
   前記エッチングストッパ層と前記第２珪素基板とを接合する工程と、
   前記第２珪素基板を研磨することにより、前記第２珪素層を形成する工程と、
   を含み、
   前記第２珪素層の上方に、下部電極、圧電体層及び上部電極を有する圧電素子を形成する工程は、前記第２珪素層と前記下部電極との間に前記第２珪素層と前記下部電極との接合性を向上させるバッファ層を形成する工程を含み、
   前記バッファ層は、ＮａＣｌ構造の金属酸化物又はフルオライト構造の金属酸化物を含む、ヘッドの製造方法。
2. 請求項１において、
   前記第１珪素層の配向と、前記第２珪素層の配向とは、異なる、ヘッドの製造方法。
3. 請求項１または２において、
   前記第１珪素層の配向は、（１１０）配向である、ヘッドの製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて
   前記第２珪素層の配向は、（１００）配向である、ヘッドの製造方法。
5. 請求項１乃至３のいずれかにおいて
   前記第２珪素層の配向は、（１１１）配向である、ヘッドの製造方法。
6. 請求項１において、
   前記第１珪素層の配向と、前記第２珪素層の配向とは、同じである、ヘッドの製造方法。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記エッチングストッパ層は、酸化物又は窒化物である、ヘッドの製造方法。
8. 請求項７において、
   前記エッチングストッパ層は、ＳｉＯ₂、Ｓｉ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｙ₂
   Ｏ₃、ＴｉＮ、ＢＮ又はＡｌＮを含む、ヘッドの製造方法。
9. 請求項１において、
   前記バッファ層は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｇＯを含む固溶体、ＣａＯを含む固溶体、ＳｒＯを含む固溶体又はＢａＯを含む固溶体を含む、ヘッドの製造方法。
10. 請求項１または９において、
    前記バッファ層は、立方晶（１００）配向、立方晶（１１０）配向又は立方晶（１１１）配向を有する、ヘッドの製造方法。
11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    前記下部電極は、ペロブスカイト構造を有する第１金属酸化物を含む、ヘッドの製造方法。
12. 請求項１１において、
    前記ペロブスカイト構造を有する前記第１金属酸化物は、ルテニウム酸ストロンチウム、ＮｂがドープされたＳｒＴｉＯ₃、ルテニウム酸ストロンチウムを含む固溶体、又はＮｂがドープされたＳｒＴｉＯ₃の固溶体を含む、ヘッドの製造方法。
13. 請求項１乃至１２のいずれかにおいて、
    前記下部電極は、擬立方晶（００１）配向、擬立方晶（１１１）配向、擬立方晶（１１０）配向又は擬立方晶（１００）配向している、ヘッドの製造方法。
14. 請求項１乃至１３のいずれかにおいて、
    前記圧電体層は、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃、ＢａＴｉＯ₃、ＫＮｂＯ₃、ＰｂＺｎＯ₃、（Ｓｒ，Ｂｉ）（Ｔａ，Ｎｂ）₂Ｏ₉、又は（Ｂｉ，Ｌａ）₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂を含む、ヘッドの製造方法。
15. 請求項１乃至１４のいずれかにおいて、
    前記圧電体層は、正方晶（００１）配向、正方晶（１１１）配向、菱面体晶（００１）
    配向、又は菱面体晶（１１１）配向を有する、ヘッドの製造方法。
16. 請求項１乃至１５のいずれかにおいて、
    前記上部電極は、ペロブスカイト構造を有する第２金属酸化物を含む、ヘッドの製造方法。
17. 請求項１６において、
    前記ペロブスカイト構造を有する前記第２金属酸化物は、ルテニウム酸ストロンチウム、ＮｂがドープされたＳｒＴｉＯ₃、ルテニウム酸ストロンチウムを含む固溶体、ＮｂがドープされたＳｒＴｉＯ₃の固溶体、白金、イリジウム、アルミニウム、白金を含む合金、イリジウムを含む合金又はアルミニウムを含む合金を含む、ヘッドの製造方法。
18. 請求項１乃至１７において、
    前記凹部は、インク室である、ヘッドの製造方法。
19. 請求項１乃至１８のいずれかにおいて、
    さらに、前記凹部が形成された前記第１珪素層にノズル板を接合する工程を含む、ヘッドの製造方法。
20. 請求項１乃至１９のいずれかにおいて、
    前記第１珪素層は、Ｓｉ単結晶基板である、ヘッドの製造方法。
21. 請求項１乃至２０のいずれかにおいて、
    前記第２珪素層は、Ｓｉ単結晶層である、ヘッドの製造方法。
22. 請求項１乃至２１に記載のヘッドの製造方法を備えるプリンタの製造方法。

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