JP5716939B2

JP5716939B2 - 液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーター装置

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Publication number: JP5716939B2
Application number: JP2014050710A
Authority: JP
Inventors: 角　浩二; 浩二角
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2014-03-13
Filing date: 2014-03-13
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JP2014141098A

Description

本発明は、液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーター装置に関する。

液体噴射ヘッド等に用いられるアクチュエーター装置は、電気機械変換機能を呈する圧電材料からなる圧電体層を２つの電極で挟んだ圧電素子であり、圧電体層は、例えば、結晶化した圧電性セラミックスにより構成されている。

圧電素子は、基板（流路形成基板）の一方面側に第一電極膜をスパッタリング法により形成した後、第一電極上に圧電体層をゾル−ゲル法又はＭＯＤ法等により形成すると共に、圧電体層上に第二電極をスパッタリング法により形成し、その後、圧電体層及び第二電極をパターニングすることで圧電素子を形成している。この圧電素子の第一電極として、白金を用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１７３６０４号公報

第一電極として白金を用いる利点としては、圧電体前駆体膜を焼成して圧電体層を形成する際に、高温の熱処理においても導電性を喪失しないという点や、第一電極上に形成される圧電体層を所望の結晶配向性を有するように形成できるという点等が挙げられる。しかしながら、第一電極に白金を用いることで圧電素子、ひいては液体噴射ヘッド及び液体噴射装置のコストが高くなり、製品の汎用化に対する支障となっているという問題があった。

なお、このような問題はインクジェット式記録ヘッドに用いられるアクチュエーター装置に限定されず、他の液体を噴射する液体噴射ヘッドに用いられるアクチュエーター装置においても存在し、且つ液体噴射ヘッド以外のデバイスに用いられるアクチュエーター装置にも存在する。

本発明はこのような事情に鑑み、変位特性を低下させることなくコストを低減することができるアクチュエーター装置を有する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置並びにアクチュエーター装置を提供することを目的とする。

本発明の態様は、液体を噴射する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と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備し、該圧電素子が、前記振動板上に形成された第一電極と、該第一電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第一電極とは反対側に形成された第二電極とを具備し、前記第一電極が、クロムを主成分とするクロム層と、該クロム層よりも薄く設けられた白金層と、酸化イリジウムを主成分とした導電性酸化物層と、を具備し、前記第一電極が、前記振動板側から当該振動板上に形成された前記クロム層と当該クロム層上に形成された前記白金層と当該白金層上に形成された前記導電性酸化物層とがこの順で積層されてなり、又は、前記第一電極が、前記振動板側から当該振動板上に形成された前記白金層と当該白金層上に形成された前記クロム層と当該クロム層上に形成された前記導電性酸化物層とがこの順で積層されてなり、前記圧電体層が、前記第一電極上にエピタキシャル成長により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛であり、（１００）面に優先配向したものであ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、圧電素子において白金層の代わりにクロム層が形成されていることで、液体噴射ヘッド自体の作製コストを抑制することができる。この場合に、他の導電性材料ではなくクロムを用いることで、白金層を形成した従来の圧電素子と同様の性能を保持することが可能であり、変位特性を低下させることもない。また、酸化イリジウムを主成分とした導電性酸化物層を設けることで、圧電体層の成分が第一電極側に拡散することを抑制することができる。さらに、前記圧電体層が、前記第一電極上にエピタキシャル成長により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛であり、（１００）面に優先配向したものであることが挙げられる。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。
ここで、上記態様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にある。
前記いずれかの、白金を用いずに形成された圧電素子を備えることでコストを抑制した液体噴射ヘッドを具備することにより、液体噴射装置の作製コストも抑制することが可能である。この場合に、他の導電性材料ではなくクロムを用いることで、白金層を形成した従来の圧電素子と同様の性能を保持することが可能であり、変位特性を低下させることもない。
さらに、本発明の他の態様は、振動板上に形成された第一電極と、該第一電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第一電極とは反対側に形成された第二電極とを具備し、前記第一電極が、クロムを主成分とするクロム層と、該クロム層よりも薄く設けられた白金層と、酸化イリジウムを主成分とした導電性酸化物層と、を具備し、前記第一電極が、前記振動板側から当該振動板上に形成された前記クロム層と当該クロム層上に形成された前記白金層と当該白金層上に形成された前記導電性酸化物層とがこの順で積層されてなり、又は、前記第一電極が、前記振動板側から当該振動板上に形成された前記白金層と当該白金層上に形成された前記クロム層と当該クロム層上に形成された前記導電性酸化物層とがこの順で積層されてなり、前記圧電体層が、前記第一電極上にエピタキシャル成長により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛であり、（１００）面に優先配向したものであることを特徴とするアクチュエーター装置にある。
かかる態様では、圧電素子において白金層の代わりにクロム層が形成されていることで、液体噴射ヘッド自体の作製コストを抑制することができる。この場合に、他の導電性材料ではなくクロムを用いることで、白金層を形成した従来の圧電素子と同様の性能を保持することが可能であり、変位特性を低下させることもない。また、酸化イリジウムを主成分とした導電性酸化物層を設けることで、圧電体層の成分が第一電極側に拡散することを抑制することができる。さらに、前記圧電体層が、前記第一電極上にエピタキシャル成長により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛であり、（１００）面に優先配向したものであることが挙げられる。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。
また、液体噴射ヘッドは、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室と、該圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備し、該圧電素子が、第一電極と、該第一電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第一電極とは反対側に形成された第二電極とを具備し、前記第一電極が、前記圧電体層側から、導電性酸化物層とクロムを主成分とするクロム層とがこの順で積層されてなることを特徴とする。本発明の液体噴射ヘッドにおいては、圧電素子において白金層の代わりにクロム層が形成されていることで、液体噴射ヘッド自体の作製コストを抑制することができる。この場合に、他の導電性材料ではなくクロムを用いることで、白金層を形成した従来の圧電素子と同様の性能を保持することが可能であり、変位特性を低下させることもない。

好ましくは、圧電体層の成分が第一電極側に拡散することを抑制すべく、前記導電性酸化物層が酸化イリジウムを主成分とすることである。

本発明の好適な実施形態としては、前記圧電体層が、前記第一電極上にエピタキシャル成長により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛であり、（１００）面に優先配向したものであることが挙げられる。なお、優先配向とは、結晶の配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の方向に向いている状態をいう。

本発明の液体噴射装置は、前記いずれかの液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする。前記いずれかの、白金を用いずに形成された圧電素子を備えることでコストを抑制した液体噴射ヘッドを具備することにより、液体噴射装置の作製コストも抑制することが可能である。この場合に、他の導電性材料ではなくクロムを用いることで、白金層を形成した従来の圧電素子と同様の性能を保持することが可能であり、変位特性を低下させることもない。

本発明のアクチュエーター装置は、第一電極と、該第一電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第一電極とは反対側に形成された第二電極とを具備し、前記第一電極が、前記圧電体層側から、導電性酸化物層とクロムを主成分とするクロム層とがこの順で積層されてなることを特徴とする。本発明のアクチュエーター装置においては、圧電素子において白金層の代わりにクロム層が形成されていることで、作製コストを抑制することができる。この場合に、他の導電性材料ではなくクロムを用いることで、白金層を形成した従来の圧電素子と同様の性能を保持することが可能であるので、本発明のアクチュエーター装置も従来と同様の変位特性を備える。

本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図である。本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図である。本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部拡大断面図である。本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る記録装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（インクジェット式記録ヘッド）
図１は、本発明の実施形態１に係るインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、図１の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図であり、図３は、インクジェット式記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。

図示するように、流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなり、その一方の面には二酸化シリコンからなる弾性膜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及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のリザーバー部３１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ーの一部を構成する。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。

また、流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍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固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えばガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。

一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、絶縁体膜５５が形成されている。絶縁体膜５５としては、本実施形態においては、酸化ジルコニウムを用いている。さらに、この絶縁体膜５５上には、第一電極６０と圧電体層７０と第二電極８０とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、第一電極６０、圧電体層７０及び第二電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。本実施形態では、第一電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第二電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。また、ここでは、駆動により変位が生じる圧電素子３００をアクチュエーター装置と称する。なお、上述した例では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第一電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第一電極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。

圧電体層７０は、第一電極６０上に形成され、電気機械変換作用を示す圧電材料からなる。圧電体層７０は、ペロブスカイト構造の結晶膜である圧電体膜を積層してなるものであり、Ｐｂ、Ｔｉ及びＺｒを少なくとも含むものである。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）等の圧電性材料（強誘電性材料）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が好適であり、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）等も用いることができる。本実施形態では、圧電体層７０は、チタン酸ジルコン酸鉛を用いており、（１００）面に優先配向している。圧電体層７０の厚さについては、製造工程でクラックが発生しない程度に厚さを抑え、且つ十分な変位特性を呈する程度（０．５〜５μｍ）に厚く形成する。

第一電極６０は、本実施形態では図３に示すように、絶縁体膜５５側から、クロムを主成分とするクロム層６１と、導電性酸化物（本実施形態では酸化イリジウム（ＩｒＯ_ｘ））を主成分とする導電性酸化物層６２とをこの順で積層してなる。また、第一電極６０と圧電体層７０との間には、酸化チタン（ＴｉＯ_ｘ）を主成分とする結晶種層６３が設けられている。「主成分」とは、各層で検出される強度が最も高い金属元素をいい、各層に含まれる主成分の状態は特に限定されず、それぞれ単一の金属の状態、合金の状態、金属間化合物の状態、金属酸化物などのその他の化合物の状態などであってもよい。

クロム層６１は、白金に比べコストの低いクロムを主成分とするものである。即ち、本実施形態においては、白金を用いずにクロムを用いて従来の白金を用いた第一電極と略同等の性能を有する第一電極６０を形成しており、これにより圧電素子３００作製のコストを抑制することが可能である。例えば、電気伝導率に関し、クロムの電気伝導率は７．７×１０^６Ｓ／ｍ、白金の電気伝導率が９．４×１０^６Ｓ／ｍであるので、電気伝導率は略同等である。また、クロムは白金と同様に耐熱性に優れたものであるため、第一電極６０上に圧電体前駆体膜を形成し焼成することにより圧電体層を形成しても導電性が低下しにくい。また、クロムのヤング率は２５０ＧＰａであり、白金のヤング率が１５０ＧＰａであるので、クロムを用いても圧電素子３００の変位特性は略同等とすることができる。

さらに、クロムを用いた場合、第一電極６０上には、白金と同様に所望の結晶配向、即ち（１００）面に優先配向した圧電体層７０を形成することができる。この点について、以下詳述する。

まず、従来の白金を用いた第一電極について説明する。従来は、振動板上に、白金を主成分とする白金層／導電性酸化物層／結晶種層／圧電体層の順で積層されていた。圧電体層はエピタキシャル成長により形成されたものであり、一般にエピタキシャル成長では、膜は下地層により優先配向が決定される。従来では、導電性酸化物層は十分に薄いので圧電体層の結晶配向に影響はなく、下地層としての白金層及び結晶種層により、エピタキシャル成長によって得られる圧電体層は（１００）面に優先配向したものが得られていた。即ち、白金層は自然配向によって面心立方構造結晶における（１１１）面に優先配向しており、この白金層上に形成された結晶種層（Ｔｉ）は六方最密構造における（２００）面に優先配向している。そして、このような結晶種層の結晶配向は白金層の結晶配向を打ち消すことができ、これにより結晶種層上に形成された圧電体層は、自由成長してペロヴスカイト構造（１００）面に優先配向したものとなっていた。

これに対し、本実施形態においては、白金層とは異なって（１００）面に優先配向するクロム層６１を用いているが、結晶種層６３上に形成された圧電体層７０は自由成長して（１００）面に優先配向することができる。これは、以下の理由による。クロムは、結晶格子が体心立方格子であり、その格子定数が２．８７９Åであり、自然配向により（１００）面に優先配向したものとなる。白金は、結晶格子が面心立方格子であり、格子定数が３．９Åであるので、面心立方格子であることを考慮すれば、白金における原子間距離は、３．９×（１／√２）＝２．７５７Åとなる。そうすると、クロムの格子間隔と白金の原子間距離とは非常に近いので（白金の原子間距離とクロムの格子定数との格子不整合値は４．４％）、このように第一電極６０がクロム層６１を有する場合でも、クロム層６１上に形成された結晶種層６３がこのクロム層６１の配向を打ち消すことができる。従って、結晶種層６３上にエピタキシャル成長した圧電体層７０は、従来の圧電体層と同様に（１００）面に優先配向することができる。

ここで、クロム層６１は酸化しやすく、クロムは酸化すると導電性を失ってしまうので、これを抑制する必要がある。そこで、本実施形態においては、上部からの酸素の拡散を抑制するために、クロム層６１上には導電性酸化物層６２が形成されている。この導電性酸化物層６２は、酸素拡散防止層としてだけではなく、鉛拡散防止層として機能するものであり、圧電体層７０を形成する際の高温の熱処理により圧電体層７０を構成する成分である鉛が、第一電極６０、特に第一電極６０の下地である絶縁体膜５５、弾性膜５０及び流路形成基板１０に拡散するのを抑制するためのものである。このようにクロム層６１が、導電性酸化物層６２及び酸化物からなる絶縁体膜５５との間に形成されていることで、クロム層６１に酸素が拡散して酸化することを抑制できる。なお、クロム層６１の表面には酸化皮膜が形成されるが、これは酸素の透過を抑制するように機能する。

また、導電性酸化物層６２の材料としては、本実施形態で挙げたように酸化イリジウムを用いることが好ましいが、この他にも、酸化パラジウム、酸化ロジウム、酸化ルテニウム及び酸化オスミウム等を用いることができる。

各層の膜厚は、クロム層６１が２０〜１５０ｎｍ、導電性酸化物層６２の膜厚が５〜２０ｎｍ、結晶種層６３が、１〜８ｎｍである。この各膜の膜厚がこの範囲内であることで、所望の特性の、即ち（１００）面に優先配向した変位特性の高い圧電体層７０を得ることができる。

図１及び２に戻り、圧電素子３００の個別電極である各第二電極８０には、インク供給路１４側の端部近傍から引き出され、絶縁体膜５５上にまで延設される、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が接続されている。

このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上、すなわち、第一電極６０、絶縁体膜５５及びリード電極９０上には、リザーバー１００の少なくとも一部を構成するリザーバー部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバー部３１は、本実施形態では、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１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバー１００を構成している。また、流路形成基板１０の連通部１３を圧力発生室１２毎に複数に分割して、リザーバー部３１のみをリザーバーとしてもよい。さらに、例えば、流路形成基板１０に圧力発生室１２のみを設け、流路形成基板１０と保護基板３０との間に介在する部材（例えば、弾性膜５０、絶縁体膜５５等）にリザーバーと各圧力発生室１２とを連通するインク供給路１４を設けるようにしてもよい。

また、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３２が設けられている。圧電素子保持部３２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。

このような保護基板３０としては、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、セラミック材料等を用いることが好ましく、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。

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。そして、各圧電素子３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、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。この駆動回路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。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤ等の導電性ワイヤからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。

また、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。ここで、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によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のリザーバー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、リザーバー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。

本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部の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、リザーバー１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０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一電極６０と第二電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第一電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。

（インクジェット式記録ヘッドの製造方法）
図４〜図８を用いて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。図４〜図８は、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。

まず、図４（ａ）に示すように、シリコンウェハーであり流路形成基板１０が複数一体的に形成される流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５０を構成する酸化膜５１を形成する。この酸化膜５１の形成方法は、特に限定されないが、例えば、流路形成基板用ウェハー１１０を拡散炉等で熱酸化することにより二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる酸化膜５１を形成すればよい。

そして、図４（ｂ）に示すように、弾性膜５０（酸化膜５１）上に、弾性膜５０とは異なる材料の酸化膜、本実施形態では、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５を形成する。この絶縁体膜５５の形成方法は、特に限定されないが、例えば、弾性膜５０（酸化膜５１）上に、ジルコニウム（Ｚｒ）層を形成した後、例えば５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜５５を形成すればよい。

次いで、一部拡大図である図４（ｃ）に示すように、絶縁体膜５５上にクロム膜６５、導電体膜６６及び結晶種膜６７を順次積層する。絶縁体膜５５上に形成する各膜６５〜６７は、同一スパッタリング装置内において連続してスパッタリングすることが好ましい。例えば、ＤＣマグネトロンスパッタリング法において、成膜装置内を真空状態から開放せずにターゲットのみ変更し連続して成膜する。このようにＤＣマグネトロンスパッタリング装置内の成膜雰囲気を変更しないで連続してスパッタリングし成膜することで、所望の結晶配向性を備えたクロム層６１、導電性酸化物層６２及び結晶種層６３を得ることができる。

具体的には、まず絶縁体膜５５上にクロム膜６５を形成する。なお、クロム膜６５は、後の工程で圧電体層７０を加熱焼成して形成した際に同時に加熱されることで表面に酸化膜が形成されたクロム層６１となる。

次いで、クロム膜６５上に、イリジウム（Ｉｒ）からなる導電体膜６６を形成する。導電体膜６６は、後の工程で圧電体層７０を加熱焼成して形成した際に、導電性酸化物層６２となるものであり、このクロム膜６５の酸化を抑制すると共に、圧電体層７０の成分である鉛が第一電極６０側に拡散するのを抑制するものである。本実施形態では、導電性酸化物層６２（図３参照）の厚さが１０ｎｍとなるように形成した。なお、本実施形態では、導電体膜６６の材料としてイリジウムを用いたが、導電体膜材料としては、この他、パラジウム、ロジウム、ルテニウム及びオスミウムから選ばれた一種を用いてもよい。

次いで、導電体膜６６上にチタンからなる結晶種膜６７を形成する。このように導電体膜６６の上に結晶種膜６７を設けることにより、後の工程で導電体膜６６上に結晶種膜６７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。なお、結晶種膜６７は、圧電体層７０が結晶化する際に、結晶化を促進させるシードとして機能し、圧電体層７０の焼成後にはその一部が圧電体層７０内に拡散すると共に、第一電極６０上に熱酸化されて一部が残留するもの（結晶種層６３）である。また、本実施形態では、結晶種膜６７として、チタン（Ｔｉ）を用いるようにしたが、結晶種膜６７は、後の工程で圧電体層７０を形成する際に、圧電体層７０の結晶の核となるものであれば、特にこれに限定されず、例えば、結晶種膜６７として、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を用いてもよい。なお、このような結晶種膜６７は、例えば、ＤＣマグネトロンスパッタリング法などのスパッタリング法やＣＶＤ法（化学蒸着法）等によって形成することができる。

次に、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、有機金属化合物を溶媒に溶解・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等を用いてもよい。

具体的な方法について以下説明する。まず、図５（ａ）に示すように、第一電極６０上に圧電体前駆体膜７１を成膜する。すなわち、第一電極６０が形成された流路形成基板１０上に金属有機化合物を含むゾル（溶液）を塗布する（塗布工程）。次いで、この圧電体前駆体膜７１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７１を１５０〜１８０℃で３〜１０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７１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７１を３００〜４００℃程度の温度に加熱して約３〜１０分保持することで脱脂した。なお、ここで言う脱脂とは、圧電体前駆体膜７１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７１を赤外線加熱装置によって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７２を形成する（焼成工程）。

なお、上述した乾燥工程及び脱脂工程においても、焼成工程で用いる赤外線加熱装置を用いることで、使用する装置の種類を減少させて製造コストを低減することができるが、乾燥工程及び脱脂工程では、赤外線加熱装置とは別の装置、例えば、ホットプレート等を用いるようにしてもよい。

圧電体前駆体膜７１を加熱焼成して圧電体膜７２を形成する焼成工程を行うことで、クロム膜６５、導電体膜６６及び結晶種膜６７も同時に加熱される。この焼成工程により、クロム膜６５、導電体膜６６及び結晶種膜６７は、それぞれクロム層６１、導電性酸化物層６２及び結晶種層６３となり、第一電極６０が形成される。もちろん結晶種層６３は、圧電体前駆体膜７１中に全て拡散していてもよい。

次に、図５（ｂ）に示すように、第一電極６０上に１層目の圧電体膜７２を形成した段階で、第一電極６０、結晶種層６３及び１層目の圧電体膜７２を同時にパターニングする。なお、第一電極６０及び１層目の圧電体膜７２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、図５（ｃ）に示すように、１層目の圧電体膜７２と第一電極６０とをパターニングした後は、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７２からなる圧電体層７０を形成する。

次に、図６（ａ）に示すように、圧電体層７０上に亘って、例えば、イリジウム（Ｉｒ）からなる第二電極８０を形成した後、図６（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び第二電極８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。圧電体層７０及び第二電極８０のパターニングとしては、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。

次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図６（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０を形成後、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電素子３００毎にパターニングすることで形成される。

次に、図７（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を介して接合する。

次に、図７（ｂ）に示すように、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７（ｃ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜５２を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、図８に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜５２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、連通部１３、インク供給路１４及び連通路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Ｉとする。

以上説明したように、本実施形態では、第一電極６０として白金を用いずにクロムを用いたクロム層６１を形成することで、コストを抑制しながら、第一電極６０上には従来と同様に圧電体層７０を形成することができる。この場合に、クロムは酸化しやすいが、鉛拡散防止層として機能する導電性酸化物層６２が形成されていることで、クロム層６１全体が酸化クロムになることはない。

（インクジェット式記録装置）
これらインクジェット式記録ヘッドＩは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図９は、そのインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。

図９に示すインクジェット式記録装置ＩＩにおいて、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１Ａ及び１Ｂは、インク供給手段を構成するカートリッジ２Ａ及び２Ｂが着脱可能に設けられ、この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂ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に軸方向移動自在に設けられている。この記録ヘッドユニット１Ａ及び１Ｂは、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。

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１Ａ及び１Ｂ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。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、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、導電性向上のため、クロム層６１の上層又は下層に白金層をクロム層６１よりも薄く設けてもよい。

また、上述した実施形態では、流路形成基板１０として、シリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。

なお、上述した実施形態では、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り、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッド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、液晶ディスプレー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ディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）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。

また、上述したインクジェット式記録装置ＩＩでは、インクジェット式記録ヘッドＩ（ヘッドユニット１Ａ、１Ｂ）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、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩが固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。

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に搭載されるアクチュエーター装置に限られず、他の装置に搭載されるアクチュエーター装置にも適用することができる。

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、１２圧力発生室、１３連通部、１４インク供給路、１５連通路、２０ノズルプレート、２１ノズル開口、３０保護基板、３１リザーバー部、４０コンプライアンス基板、５０弾性膜、５５絶縁体膜、６０第一電極、６１クロム層、６２導電性酸化物層、６３結晶種層、７０圧電体層、７２圧電体膜、８０第二電極、９０リード電極、１００リザーバー、１２０駆動回路、３００圧電素子

Claims

液体を噴射する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と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられて、前記圧力発生室に圧力変化を生じさせる圧電素子とを具備し、
該圧電素子が、前記振動板上に形成された第一電極と、該第一電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第一電極とは反対側に形成された第二電極とを具備し、
前記第一電極が、クロムを主成分とするクロム層と、該クロム層よりも薄く設けられた白金層と、酸化イリジウムを主成分とした導電性酸化物層と、を具備し、
前記第一電極が、前記振動板側から当該振動板上に形成された前記クロム層と当該クロム層上に形成された前記白金層と当該白金層上に形成された前記導電性酸化物層とがこの順で積層されてなり、又は、前記第一電極が、前記振動板側から当該振動板上に形成された前記白金層と当該白金層上に形成された前記クロム層と当該クロム層上に形成された前記導電性酸化物層とがこの順で積層されてなり、
前記圧電体層が、前記第一電極上にエピタキシャル成長により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛であり、（１００）面に優先配向したものであることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項１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。
振動板上に形成された第一電極と、該第一電極上に形成された圧電体層と、該圧電体層の前記第一電極とは反対側に形成された第二電極とを具備し、
前記第一電極が、クロムを主成分とするクロム層と、該クロム層よりも薄く設けられた白金層と、酸化イリジウムを主成分とした導電性酸化物層と、を具備し、
前記第一電極が、前記振動板側から当該振動板上に形成された前記クロム層と当該クロム層上に形成された前記白金層と当該白金層上に形成された前記導電性酸化物層とがこの順で積層されてなり、又は、前記第一電極が、前記振動板側から当該振動板上に形成された前記白金層と当該白金層上に形成された前記クロム層と当該クロム層上に形成された前記導電性酸化物層とがこの順で積層されてなり、
前記圧電体層が、前記第一電極上にエピタキシャル成長により形成されたチタン酸ジルコン酸鉛であり、（１００）面に優先配向したものであることを特徴とするアクチュエーター装置。