JP5904031B2

JP5904031B2 - 薄膜アクチュエータおよびそれを備えたインクジェットヘッド

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Publication number: JP5904031B2
Application number: JP2012142035A
Authority: JP
Inventors: 裕子吉田
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2032-06-25
Also published as: JP2014004764A

Description

本発明は、振動板上に、下部電極、圧電薄膜および上部電極が順に形成された薄膜アクチュエータと、その薄膜アクチュエータを備えたインクジェットヘッドとに関するものである。

従来から、弾性膜からなる振動板を圧電薄膜によって変形させる薄膜アクチュエータが種々提案されている。薄膜アクチュエータは、基板、振動板、下部電極、圧電薄膜、上部電極がこの順で積層されて構成されている。基板の一部は除去されて開口部（圧力室）となっており、この開口部を覆うように振動板が基板上に設けられている。上部電極および下部電極間に電圧を印加すると、圧電薄膜が伸縮し、これによって振動板が上下に振動する。

このような構成の薄膜アクチュエータは、インクを吐出するインクジェットヘッドに適用することができる。つまり、基板の圧力室内にインクを収容しておけば、振動板の振動によって圧力室内のインクを外部に吐出させることができる。

ところで、薄膜アクチュエータにおいては、電圧印加による駆動時に、圧力室上方の圧電薄膜が端部から剥離することがあり、この剥離を抑えることが重要となっている。この点、例えば特許文献１では、圧電薄膜の端部を、上面から底面に向かって徐々に幅広となるテーパー形状とし、駆動時に発生する力を外側にいくほど徐々に小さくすることで、圧電薄膜の端部に応力が集中するのを防止している。これにより、圧電薄膜の端部での剥離をある程度抑えることができるものと考えられる。

特開平１１−７８００２号公報（請求項１、段落〔００１３〕、〔００５５〕、図６等参照）

ところが、特許文献１のように、圧電薄膜の端部の形状の設定だけで圧電薄膜の剥離を抑えるには限界がある。このため、薄膜アクチュエータにおいては、圧電薄膜の剥離を抑える何らかの部材を設ける構成とすることが望まれる。このとき、上記部材によって圧電薄膜の駆動が大きく妨げられることがないように、上記部材を設ける位置を適切に規定する必要がある。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、圧電薄膜の剥離を抑える部材を設けるとともにその位置を適切に規定することにより、圧電薄膜の駆動を大きく妨げることなく、圧電薄膜の剥離を抑えることができる薄膜アクチュエータと、それを備えたインクジェットヘッドとを提供することにある。

本発明の一側面による薄膜アクチュエータは、開口部を有する基板と、前記開口部を覆うように前記基板上に形成される振動板とを備え、さらに、前記振動板上に、下部電極、圧電薄膜および上部電極を前記振動板側からこの順で形成した薄膜アクチュエータであって、前記圧電薄膜の端部を保護する保護部をさらに備えており、前記上部電極は、前記圧電薄膜の形成領域の内側に形成されており、前記圧電薄膜は、前記下部電極と前記上部電極とで挟まれて駆動される駆動部と、前記開口部の上方で前記駆動部の外側に位置する非駆動部とで構成されており、前記保護部は、前記圧電薄膜の前記非駆動部の外周の端面と、前記圧電薄膜よりも下層の面であって、前記圧電薄膜の形成領域の外側の最表面との両方と密着するように設けられており、かつ、前記上部電極の形成領域の外側のみに位置するか、前記圧電薄膜の前記駆動部の外周部の一部とオーバーラップするように設けられている。

上記の構成によれば、保護部が、圧電薄膜の非駆動部の外周の端面と、圧電薄膜よりも下層の面で圧電薄膜の形成領域の外側の最表面との両方と密着するように設けられているので、このような保護部によって、圧電薄膜の端部が下層から剥離するのを抑えることができる。しかも、保護部は、上部電極の形成領域の外側のみに位置するか、圧電薄膜の駆動部の外周部の一部とオーバーラップするように設けられており、駆動部の外周部の全体とオーバーラップするようには設けられてはいないため、圧電薄膜の駆動（伸縮）が保護部によって大きく妨げられることはない。

このように、圧電薄膜の剥離を抑える保護部を設けるとともにその位置を適切に規定することにより、圧電薄膜の駆動を大きく妨げることなく、圧電薄膜の剥離を抑えることができる。

上記構成において、前記下部電極は、前記圧電薄膜の形成領域よりも大きく形成されており、前記保護部は、前記非駆動部の前記端面と、前記圧電薄膜の形成領域の外側の最表面となる前記下部電極の上面との両方と密着するように設けられていてもよい。

圧電薄膜の下地となる下部電極の上面が圧電薄膜の形成領域の外側で最表面となる構成であっても、保護部を上記のように設けることにより、圧電薄膜の剥離を抑えることができる。

上記構成において、前記振動板は、前記圧電薄膜および前記下部電極の形成領域よりも大きく形成されており、前記保護部は、前記非駆動部の前記端面と、前記圧電薄膜の形成領域の外側の最表面となる前記振動板の上面との両方と密着するように設けられていてもよい。

圧電薄膜よりも下層にある振動板の上面が圧電薄膜の形成領域の外側で最表面となる構成であっても、保護部を上記のように設けることにより、圧電薄膜の剥離を抑えることができる。

上記構成の薄膜アクチュエータは、前記下部電極と前記圧電薄膜との間に、前記圧電薄膜の結晶配向を制御するための配向制御層をさらに備えており、前記配向制御層は、前記圧電薄膜の形成領域よりも大きく形成されており、前記保護部は、前記非駆動部の前記端面と、前記圧電薄膜の形成領域の外側の最表面となる前記配向制御層の上面との両方と密着するように設けられていてもよい。

下部電極と圧電薄膜との間に設けられる配向制御層の上面が圧電薄膜の形成領域の外側で最表面となる構成であっても、保護部を上記のように設けることにより、圧電薄膜の剥離を抑えることができる。

上記構成において、前記下部電極は、金属層と、該金属層と前記振動板とを密着させるための密着層とで構成されており、前記密着層は、前記圧電薄膜および前記金属層の形成領域よりも大きく形成されており、前記保護部は、前記非駆動部の前記端面と、前記圧電薄膜の形成領域の外側の最表面となる前記密着層の上面との両方と密着するように設けられていてもよい。

下部電極に含まれる密着層の上面が圧電薄膜の形成領域の外側で最表面となる構成であっても、保護部を上記のように設けることにより、圧電薄膜の剥離を抑えることができる。

上記構成において、前記保護部は、前記圧電薄膜を構成する圧電体よりもヤング率が低い樹脂で構成されていることが望ましい。

保護部が、圧電薄膜を構成する圧電体よりも柔らかく、変形しやすいので、圧電薄膜の駆動による下層の変形（湾曲）が保護部によって妨げられるのを極力抑えることができる。

本発明の一側面によるインクジェットヘッドは、上述した構成の薄膜アクチュエータと、前記薄膜アクチュエータの前記基板の前記開口部に収容されるインクを吐出するノズル孔が形成されたノズル基板とを有している。上述した薄膜アクチュエータを備えていることにより、信頼性の高い、高性能なインクジェットヘッドを実現することができる。

上記構成によれば、圧電薄膜の剥離を抑える部材（保護部）を設ける構成であっても、圧電薄膜の駆動を大きく妨げることなく、圧電薄膜の剥離を抑えることができる。

（ａ）は、本発明の実施の形態に係る薄膜アクチュエータの概略の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、上記薄膜アクチュエータの平面図である。上記薄膜アクチュエータの他の構成を示すとともに、主要部を拡大して示す断面図である。上記薄膜アクチュエータのさらに他の構成を示す断面図である。上記薄膜アクチュエータのさらに他の構成を示す平面図である。上記薄膜アクチュエータのさらに他の構成を示す平面図である。（ａ）〜（ｄ）は、図１（ａ）の薄膜アクチュエータの製造工程の一部を示す断面図である。（ａ）〜（ｄ）は、上記製造工程の残りの一部を示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、上記製造工程のさらに残りの一部を示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、上記製造工程のさらに残りの一部を示す断面図である。上記薄膜アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの断面図である。（ａ）は、上記薄膜アクチュエータのさらに他の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、上記構成の薄膜アクチュエータの平面図である。上記薄膜アクチュエータのさらに他の構成を示す断面図である。上記薄膜アクチュエータのさらに他の構成を示す断面図である。

本発明の実施の一形態について、図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本明細書において、方向を以下のように定義しておく。以下で説明する薄膜アクチュエータにおいては、圧電薄膜が一対の電極で挟まれているが、圧電薄膜から一方の電極に向かう方向を上とし、圧電薄膜から他方の電極に向かう方向を下とする。そして、上記一対の電極を区別するため、圧電薄膜に対して上に位置する一方の電極を上部電極と称し、圧電薄膜に対して下に位置する他方の電極を下部電極と称する。すなわち、圧電薄膜から上部電極に向かう方向が上であり、下部電極に向かう方向が下である。また、薄膜アクチュエータを構成する各層において、上側に位置する面を表面とし、下側に位置する面を裏面とする。

〔１．薄膜アクチュエータの構成〕
図１（ａ）は、本実施形態に係る薄膜アクチュエータ１０の概略の構成を示す断面図であって、図１（ｂ）のＡ−Ａ’線矢視断面図であり、図１（ｂ）は、薄膜アクチュエータ１０の平面図である。薄膜アクチュエータ１０は、基板１上に振動板２を有しており、この振動板２上に、下部電極３と、圧電薄膜４と、上部電極５とを振動板２側からこの順で積層して構成されている。

基板１は、単結晶シリコン（Ｓｉ）単体からなる半導体基板またはＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板で構成されている。基板１には、開口部としての圧力室１ａが形成されており、この圧力室１ａ内にインクが収容される。また、基板１において、圧力室１ａ以外の部分は、圧力室１ａを囲む側壁１ｂとなっている。

振動板２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなり、圧力室１ａを覆うように基板１上に形成されている。振動板２は、自然酸化膜であってもよいし、基板１の熱酸化によって形成される膜であってもよい。また、振動板２は、酸化膜とＳｉとを積層した構成であってもよい。つまり、Ｓｉからなる基板１において、圧力室１ａの上壁となる部分を残し、この上に酸化膜を形成することで、酸化膜とＳｉとからなる振動板２を構成してもよい。

下部電極３は、密着層と金属層とを積層して構成されている。密着層は、例えばチタン（Ｔｉ）または酸化チタン（ＴｉＯｘ）からなり、金属層と振動板２との密着性を向上させる目的で設けられている。金属層は、例えば白金（Ｐｔ）からなり、圧電薄膜４の下地となる層を構成している。下部電極３は、圧電薄膜４の形成領域よりも大きく形成されている。

圧電薄膜４は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電効果を発揮する圧電体で構成されている。圧電薄膜４は、圧力室１ａの上方では、圧力室１ａの形成領域よりも内側に形成されており、上部電極５の引き出しのために、圧力室１ａの上方から圧力室１ａの側壁１ｂの上方に引き出されている。

また、圧電薄膜４は、駆動部Ｒ１と、非駆動部Ｒ２とで構成されている。駆動部Ｒ１は、下部電極３と上部電極５とで挟まれて駆動される領域である。つまり、駆動部Ｒ１は、下部電極３および上部電極５への電圧印加によって圧電薄膜４が変位（伸縮）する領域である。一方、非駆動部Ｒ２は、圧力室１ａの上方で駆動部Ｒ１の外側に位置する領域であり、下部電極３と上部電極５とで挟まれていない領域である。したがって、非駆動部Ｒ２は、下部電極３および上部電極５への電圧印加時に変位（伸縮）しない。

上部電極５は、例えばクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）とを積層して構成されており、圧電薄膜４の形成領域よりも内側に形成されている。Ｃｒ層は、その上層のＡｕ層と圧電薄膜４との密着性を向上させる目的で形成されている。なお、Ｃｒの代わりにＴｉを用いてもよく、Ａｕの代わりにＰｔを用いてもよい。上部電極５および下部電極３は、図示しない制御回路に電気的に接続されている。

また、薄膜アクチュエータ１０は、保護部６をさらに有している。保護部６は、圧電薄膜４の端部（非駆動部Ｒ２）を保護するものであり、圧電薄膜４を構成する圧電体よりもヤング率の低い樹脂（エポキシ樹脂、アクリル樹脂）で構成されている。本実施形態において、圧電薄膜４の材料として用いたＰＺＴのヤング率は約６０ＧＰａであり、保護部６を構成する樹脂のヤング率は、これよりも低い約数ＧＰａとなっている。なお、保護部１６は、光硬化性樹脂（例えば紫外線硬化樹脂）で構成されてもよいし、熱硬化性樹脂で構成されてもよい。

保護部６は、圧電薄膜４の非駆動部Ｒ２の外周の端面（上面および下面以外の側面）４ａと、圧電薄膜４よりも下層の面であって、圧電薄膜４の形成領域の外側の最表面（最も上側に位置する面）との両方と密着するように設けられている。本実施形態では、上述したように、下部電極３は、圧電薄膜４の形成領域よりも大きく形成されており、下部電極３の上面３ａが圧電薄膜４の形成領域の外側の最表面となっている。したがって、保護部６は、非駆動部Ｒ２の外周の端面４ａと、下部電極３の上面３ａとの両方と密着している。なお、図１（ｂ）の平面図では、保護部６の形成領域を明確化するため、便宜的に、保護部６にハッチングを付して示している。

図２は、薄膜アクチュエータ１０の他の構成を示すとともに、主要部を拡大して示す断面図である。保護部６は、図１（ａ）のように、非駆動部Ｒ２の外周の端面４ａの全体と、下部電極３の上面３ａの一部と密着していてもよいし、図２のように、非駆動部Ｒ２の端面４ａの一部と、下部電極３の上面３ａの一部と密着していてもよい。

また、図３は、薄膜アクチュエータ１０のさらに他の構成を示す断面図である。同図のように、保護部６は、非駆動部Ｒ２の上面４ｂの少なくとも一部を覆うように設けられてもよく、圧電薄膜４の端面４ａの全体と、下部電極３の上面３ａの全体と密着していてもよい。

図４および図５は、薄膜アクチュエータ１０のさらに他の構成を示す平面図である。図１（ｂ）では、保護部６は、上部電極５の形成領域（駆動部Ｒ１）の外側のみに位置するように設けられているが、図４に示すように、圧電薄膜４の駆動部Ｒ１を円形部４Ｓとその周囲の外周部４Ｔとに分けたときに、その外周部４Ｔの一部とオーバーラップするように設けられていてもよい。要は、保護部６は、圧電薄膜４の外周部４Ｔの全体とオーバーラップしないように設けられればよい。また、図５に示すように、保護部６は、圧力室１ａの上方から圧力室１ａの側壁１ｂの上方にわたって、非駆動部Ｒ２の外周の端面４ａと、下部電極３の上面３ａとの両方と密着するように設けられていてもよい。

〔２．薄膜アクチュエータの製造方法〕
次に、上記した薄膜アクチュエータ１０の製造方法について説明する。図６〜図９は、薄膜アクチュエータ１０の製造工程を示す断面図である。なお、各断面図は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図に対応している。なお、以下で示す各層の厚さ等の数値は全て一例であり、この数値に限定されるわけではない。

まず、図６（ａ）に示すように、厚さ０．１μｍの熱酸化膜２ａ・２ｂが両面に付いた、Ｓｉからなる基板１を容易する。このとき、一方の熱酸化膜２ａは、アクチュエータの振動板２となるものである。

続いて、図６（ｂ）に示すように、基板１の裏面側の熱酸化膜２ｂ上に、厚さ２μｍのＳｉＯ₂からなる絶縁膜２ｃを、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法、すなわち、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を原料ガスとして用いたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で成膜する。

次に、図６（ｃ）に示すように、基板１の裏面側の絶縁膜２ｃ上に、レジストを塗布して露光、現像を行い、レジストパターン１１を得る。このレジストパターン１１は、後述の工程で圧力室１ａを加工形成するためのパターンである。ここでは、レジストパターン１１は、開口部の直径が３００μｍの穴パターンとした。

そして、図６（ｄ）に示すように、レジストパターン１１をマスクパターンとして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチング）装置にて、トリフルオロメタン（ＣＨＦ₃）ガスを用いて熱酸化膜２ｂおよび絶縁膜２ｃをドライエッチングし、レジストで保護されていないＳｉＯ₂層を除去する。また、残存しているレジストも除去する。

次に、図７（ａ）に示すように、基板１の熱酸化膜２ａの表面に、Ｔｉ（厚さ２０ｎｍ）、Ｐｔ（厚さ１００ｎｍ）の各層をスパッタ法で順に成膜し、密着層および金属層を積層した下部電極３を形成する。さらに、図７（ｂ）に示すように、下部電極３上に、ＰＺＴ（厚さ５μｍ）をスパッタ法で６００℃の温度で成膜し、圧電薄膜４を形成する。成膜した膜（ＰＺＴ膜）は、良好な圧電特性が得られるペロブスカイト相を有し、基板１の面に垂直な＜１００＞方向に配向している。

続いて、図７（ｃ）に示すように、圧電薄膜４をウェットエッチングでパターニングするためのレジストパターン１２を圧電薄膜４上に形成する。なお、レジストパターン１２は、直径が２８０μｍの円形部を有するパターンとした。そして、図７（ｄ）に示すように、基板１をフッ硝酸に浸漬して圧電薄膜４をウェットエッチングし、直径が２８０μｍの円形部を有する形状にパターニングする。このとき、残存しているレジストも除去する。このパターニングにより、圧電薄膜４は、下部電極３の形成領域の内側のみに残存することになり、圧電薄膜４の形成領域の外側の下部電極３の上面３ａが一旦露出する。

次に、図８（ａ）に示すように、圧電薄膜４上に、ＣｒおよびＡｕの各層を蒸着法で順に成膜し、上部電極５（厚さ０．２μｍ）を形成する。そして、図８（ｂ）に示すように、上部電極５上にレジストを塗布して、露光、現像を行った後、個別電極のマスクパターンとなるレジストパターン１３を形成する。その後、図８（ｃ）に示すように、上記のレジストパターン１３をマスクとして、上部電極５をウェットエッチングする。これにより、上部電極５は、圧電薄膜４の形成領域の内側にのみ形成されることになる。

次に、図９（ａ）に示すように、紫外線硬化樹脂６ａを、圧電薄膜４および上部電極５を覆うように下部電極３上に塗布し、この紫外線硬化樹脂６ａに対して紫外線を照射し、樹脂を硬化させる。

続いて、図９（ｂ）に示すように、ＲＩＥ装置の酸素プラズマにより、紫外線硬化樹脂６ａをエッチングする。このエッチングにより、不要な樹脂膜を除去し、下部電極３の上面３ａと圧電薄膜４の端面４ａとの両方と密着する紫外線硬化樹脂６ａを保護部６として残存させる。

なお、このプロエスでは、圧電薄膜４の上部電極５上（駆動部Ｒ１上）の紫外線硬化樹脂６ａを除去するが、膜厚塗布むらなどにより、駆動部Ｒ１上の紫外線硬化樹脂６ａが完全に除去されない場合がある。例えば、駆動部Ｒ１上の紫外線硬化樹脂６ａが残存して、図４で示したように、駆動部Ｒ１の外周部４Ｔの一部を覆うように保護部６が形成される場合がある。しかし、駆動部Ｒ１の外周部４Ｔの全体を紫外線硬化樹脂６ａ（保護部６）が覆ってはいないので、圧電薄膜４の駆動の妨げにはならない。

次に、図９（ｃ）に示すように、基板１の裏面の熱酸化膜２ｂおよび絶縁膜２ｃのパターンをマスクとして、基板１をＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma；誘導結合プラズマ）装置のボッシュプロセスで深堀加工し、直径３００μｍの開口部である圧力室１ａを作製する。これにより、圧電ダイヤフラムとしての薄膜アクチュエータ１０が完成する。

最後に、図１０に示すように、直径１００μｍの孔２１ａが空いたガラス基板２１（厚さ２００μｍ）と、上記の基板１とを陽極接合によって接合する。また、直径５０μｍ、２０μｍの２段孔からなり、インクを吐出するためるノズル孔２２ａが形成されたノズル基板２２（Ｓｉ基板、厚さ３００μｍ）と、上記のガラス基板２１とを、互いの位置合わせを行いながら陽極接合によって接合する。これにより、インクジェットヘッド５０が完成する。

〔３．薄膜アクチュエータの動作および作用効果について〕
上記した薄膜アクチュエータの構成において、図示しない制御回路から、圧電薄膜４を挟む下部電極３および上部電極５に電気信号を印加すると、圧電薄膜４が左右方向に伸縮し、バイメタルの効果によって圧電薄膜４および振動板２が上下に湾曲する。したがって、圧力室１ａ内にインクを収容しておけば、そのインクを外部に吐出させることが可能となり、薄膜アクチュエータ１０をインクジェットヘッド５０のアクチュエータとして用いることができる。

ここで、圧力室１ａの上方に圧電薄膜４の端部、すなわち、非駆動部Ｒ２が位置する構成では、圧電薄膜４の駆動時に振動板２が湾曲することにより、圧電薄膜４の端部（非駆動部Ｒ２）が下層から剥離しやすくなる。

しかし、本実施形態では、上記した保護部６が、圧電薄膜４の非駆動部Ｒ２の外周の端面４ａと、圧電薄膜４よりも下層の面で圧電薄膜４の形成領域の外側の最表面（上記の例では下部電極３の上面３ａ）との両方と密着するように設けられているので、従来のように圧電薄膜の形状設定だけでその剥離を抑える構成に比べて、圧電薄膜の端部における剥離を確実に抑えることができる。したがって、例えば長時間の連続駆動時においても、圧電薄膜４が端部から剥離するのを確実に抑えることができる。しかも、保護部６は、上部電極５の形成領域の外側のみに位置しており、駆動部Ｒ１の外周部４Ｔの全体とオーバーラップしてはいないため、上記の保護部６を設けることに起因して、圧電薄膜４の駆動（伸縮）が大きく妨げられることはない。

このように、圧電薄膜４の剥離を抑えるべく、保護部６を設ける構成とする場合でも、その保護部６を設ける位置を適切に規定しているので、圧電薄膜４の駆動を大きく妨げることなく、圧電薄膜４の剥離を抑えることができる。

特に、本実施形態では、下部電極３が圧電薄膜４の形成領域よりも大きく形成されているため、圧電薄膜４の形成領域の外側の最表面は、下部電極３の上面３ａとなっており、この上面３ａが露出している。そして、保護部６が、非駆動部Ｒ２の端面４ａと、下部電極３の上面３ａとの両方と密着している。このように、圧電薄膜４の下地となる下部電極３の上面３ａが、圧電薄膜４の形成領域の外側で露出する構成において、保護部６を設けることにより、圧電薄膜４の剥離を抑えることができる。

また、保護部６は、圧電薄膜４を構成する圧電体（例えばＰＺＴ）よりもヤング率が低い樹脂で構成されており、上記圧電体よりも柔らかく、変形しやすい。このように保護部６のヤング率を規定することにより、圧電薄膜４の駆動時の伸縮に伴って、保護部６が圧電薄膜４の端面４ａおよび下部電極３の上面３ａと密着したまま、変形するので、圧電薄膜４の駆動による振動板２の変形（湾曲）が保護部６によって妨げられるのを極力抑えることができる。

また、保護部６によって、圧電薄膜４の駆動を大きく妨げることなく、圧電薄膜４の剥離を抑えることができるので、図１０のように、薄膜アクチュエータ１０とノズル基板２２とを用いてインクジェットヘッド５０を構成したときに、信頼性の高い、高性能なインクジェットヘッドを実現することができる。

〔４．変形例〕
図１１（ａ）は、薄膜アクチュエータ１０のさらに他の構成を示す断面図であって、図１１（ｂ）のＡ−Ａ’線矢視断面図であり、図１１（ｂ）は、上記構成の薄膜アクチュエータ１０の平面図である。薄膜アクチュエータ１０において、振動板２は、圧電薄膜４および下部電極３の形成領域よりも大きく形成されていてもよい。この場合、保護部６は、圧電薄膜４の非駆動部Ｒ２の端面４ａと、圧電薄膜４の形成領域の外側の最表面となる振動板２の上面２ｄとの両方と密着するように設けられてもよい。

このように、圧電薄膜４よりも下層にある振動板２の上面２ｄが、圧電薄膜４の形成領域の外側で最表面となる構成であっても、保護部６が圧電薄膜４の端面４ａと、圧電薄膜４の形成領域の外側の振動板２の上面２ｄとの両方と密着することにより、圧電薄膜４の剥離を抑えることができる。

なお、保護部６が圧電薄膜４の端面４ａと、圧電薄膜４の形成領域の外側の振動板２の上面２ｄとの両方と密着する構成では、圧電薄膜４の形成領域の大きさは、下部電極３の形成領域の大きさと同じであってもよいし、それより大きくてもよい（図１１（ｂ）参照）。また、圧電薄膜４は、端面４ａが下部電極３の端面と同一面となるように形成されてもよいし、下部電極３の端面を覆うように形成されてもよい。

また、図１２は、薄膜アクチュエータ１０のさらに他の構成を示す断面図である。薄膜アクチュエータ１０は、下部電極３と圧電薄膜４との間に配向制御層７をさらに有していてもよい。配向制御層７は、圧電薄膜４の結晶配向を制御するための層であり、例えばペロブスカイト型の結晶構造を有するＰＬＴ（チタン酸ランタン酸鉛）で構成されている。圧電薄膜４の下地層として配向制御層７を形成することにより、配向制御層７の結晶配向に倣う形で圧電薄膜４の結晶を成長させることができ、圧電薄膜４を、良好な圧電特性を示すペロブスカイト型の結晶構造で形成することが容易となる。

上記の配向制御層７は、圧電薄膜４の形成領域よりも大きく形成されていてもよい。この場合、保護部６は、圧電薄膜４の非駆動部Ｒ２の端面４ａと、圧電薄膜４の形成領域の外側の最表面となる配向制御層７の上面７ａとの両方と密着するように設けられてもよい。

このように、圧電薄膜４の下地となる配向制御層７の上面７ａが、圧電薄膜４の形成領域の外側で最表面となる構成であっても、保護部６が圧電薄膜４の端面４ａと、圧電薄膜４の形成領域の外側の配向制御層７の上面７ａとの両方と密着することにより、圧電薄膜４の剥離を抑えることができる。

なお、配向制御層７は、上記のＰＬＴのほかに、ＬＮＯ（ＬａＮｉＯ₃；酸化ニッケルランタン）、ＳＲＯ（ＳｒＲｕＯ₃；ルテニウム酸ストロンチウム）、ＰＴＯ（ＰｂＴｉＯ₃；チタン酸鉛）などの酸化物で構成されてもよい。

また、図１３は、薄膜アクチュエータ１０のさらに他の構成を示す断面図である。薄膜アクチュエータ１０の下部電極３が、例えばＰｔからなる金属層３２と、例えばＴｉからなり、金属層３２と振動板２とを密着させるための密着層３１とで構成されている場合において、密着層３１は、圧電薄膜４および金属層３２の形成領域よりも大きく形成されていてもよい。この場合、保護部６は、圧電薄膜４の非駆動部Ｒ２の端面４ａと、圧電薄膜４の形成領域の外側の最表面となる密着層３１の上面３１ａとの両方と密着するように設けられていてもよい。

このように、下部電極３に含まれる密着層３１の上面３１ａが、圧電薄膜４の形成領域の外側で最表面となる構成であっても、保護部６が圧電薄膜４の端面４ａと、圧電薄膜４の形成領域の外側の密着層３１の上面３１ａとの両方と密着することにより、圧電薄膜４の剥離を抑えることができる。

なお、以上では、保護膜６を、感光性樹脂（紫外線硬化樹脂）で形成した例について説明したが、例えばポリパラキシレンのような樹脂材料を蒸着して形成してもよい。この場合、蒸着後に、不要な樹脂膜をエッチングして除去する点は、本実施形態と同様である。また、保護膜６を感光性樹脂以外の樹脂材料で形成する場合、上部電極５を覆うように上記樹脂材料を塗布した後、例えばスキージを用いて、上部電極５の上面に樹脂材料が残らないように削り取り、上部電極５の上面よりも下方に樹脂材料を埋め込むようにしてもよい。

本発明の薄膜アクチュエータは、例えばインクジェットヘッドに利用可能である。

１基板
１ａ圧力室（開口部）
２振動板
２ｄ上面
３下部電極
３ａ上面
４圧電薄膜
４ａ端面
４Ｔ外周部
５上部電極
６保護部
７配向制御層
７ａ上面
１０薄膜アクチュエータ
２２ノズル基板
２２ａノズル孔
３１密着層
３１ａ上面
３２金属層
５０インクジェットヘッド
Ｒ１駆動部
Ｒ２非駆動部

Claims

開口部を有する基板と、前記基板上に前記開口部を覆う振動板とを有しており、さらに、前記振動板上に、下部電極、圧電薄膜および上部電極を前記振動板側からこの順で有する薄膜アクチュエータであって、
前記圧電薄膜の端部を保護する保護部をさらに備えており、
前記上部電極は、前記圧電薄膜の形成領域の内側に形成されており、
前記圧電薄膜は、前記下部電極と前記上部電極とで挟まれて駆動される駆動部と、前記開口部の上方で前記駆動部の外側に位置する非駆動部とで構成されており、
前記保護部は、
前記圧電薄膜の前記非駆動部の外周の端面と、前記圧電薄膜よりも下層の面であって、前記圧電薄膜の形成領域の外側の最表面との両方と密着するように設けられており、かつ、
前記上部電極の形成領域の外側のみに位置するか、前記圧電薄膜の前記駆動部の外周部の一部とオーバーラップするように設けられており、
前記下部電極は、前記圧電薄膜の形成領域よりも大きく形成されており、
前記保護部は、前記非駆動部の前記端面と、前記圧電薄膜の形成領域の外側の最表面となる前記下部電極の上面の一部との両方と密着するように設けられていることを特徴とする薄膜アクチュエータ。
前記保護部は、前記非駆動部の上面の少なくとも一部を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜アクチュエータ。
開口部を有する基板と、前記基板上に前記開口部を覆う振動板とを有しており、さらに、前記振動板上に、下部電極、圧電薄膜および上部電極を前記振動板側からこの順で有する薄膜アクチュエータであって、
前記圧電薄膜の端部を保護する保護部をさらに備えており、
前記上部電極は、前記圧電薄膜の形成領域の内側に形成されており、
前記圧電薄膜は、前記下部電極と前記上部電極とで挟まれて駆動される駆動部と、前記開口部の上方で前記駆動部の外側に位置する非駆動部とで構成されており、
前記保護部は、
前記圧電薄膜の前記非駆動部の外周の端面と、前記圧電薄膜よりも下層の面であって、前記圧電薄膜の形成領域の外側の最表面との両方と密着するように設けられており、かつ、
前記上部電極の形成領域の外側のみに位置するか、前記圧電薄膜の前記駆動部の外周部の一部とオーバーラップするように設けられており、
該薄膜アクチュエータは、
前記下部電極と前記圧電薄膜との間に、前記圧電薄膜の結晶配向を制御するための配向制御層をさらに備えており、
前記配向制御層は、前記圧電薄膜の形成領域よりも大きく形成されており、
前記保護部は、前記非駆動部の前記端面と、前記圧電薄膜の形成領域の外側の最表面となる前記配向制御層の上面の一部との両方と密着するように設けられていることを特徴とする薄膜アクチュエータ。
開口部を有する基板と、前記基板上に前記開口部を覆う振動板とを有しており、さらに、前記振動板上に、下部電極、圧電薄膜および上部電極を前記振動板側からこの順で有する薄膜アクチュエータであって、
前記圧電薄膜の端部を保護する保護部をさらに備えており、
前記上部電極は、前記圧電薄膜の形成領域の内側に形成されており、
前記圧電薄膜は、前記下部電極と前記上部電極とで挟まれて駆動される駆動部と、前記開口部の上方で前記駆動部の外側に位置する非駆動部とで構成されており、
前記保護部は、
前記圧電薄膜の前記非駆動部の外周の端面と、前記圧電薄膜よりも下層の面であって、前記圧電薄膜の形成領域の外側の最表面との両方と密着するように設けられており、かつ、
前記上部電極の形成領域の外側のみに位置するか、前記圧電薄膜の前記駆動部の外周部の一部とオーバーラップするように設けられており、
前記下部電極は、金属層と、該金属層と前記振動板とを密着させるための密着層とで構成されており、
前記密着層は、前記圧電薄膜および前記金属層の形成領域よりも大きく形成されており、
前記保護部は、前記非駆動部の前記端面と、前記圧電薄膜の形成領域の外側の最表面となる前記密着層の上面の一部との両方と密着するように設けられていることを特徴とする薄膜アクチュエータ。
前記保護部は、前記圧電薄膜を構成する圧電体よりもヤング率が低い樹脂で構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の薄膜アクチュエータ。
請求項１から５のいずれかに記載の薄膜アクチュエータと、
前記薄膜アクチュエータの前記基板の前記開口部に収容されるインクを吐出するノズル孔が形成されたノズル基板とを有していることを特徴とするインクジェットヘッド。