JP6519136B2 - 圧電アクチュエータ、及び、圧電アクチュエータの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、圧電アクチュエータ、及び、圧電アクチュエータの製造方法に関する。
特許文献１には、インクジェット式の記録ヘッドにおいて、ノズルからインクを吐出させるための圧電アクチュエータが開示されている。この圧電アクチュエータは、複数の圧力室が形成された、シリコンからなる流路形成基板に配置されている。尚、複数の圧力室は、流路形成基板に接合されたノズルプレートの複数のノズルとそれぞれ連通している。
圧電アクチュエータは、複数の圧力室にそれぞれ対応した複数の圧電素子を備えている。これら複数の圧電素子は、流路形成基板の、複数の圧力室を覆う弾性膜上において、複数の圧力室とそれぞれ対向して配置されている。各圧電素子は、流路形成基板側から順に積層された、下電極膜と、圧電体と、上電極膜を有する。下電極膜は、各圧電体に個別に設けられた個別電極であり、この下電極膜の、圧電体からはみ出して露出した部分には配線（リード電極）が接続されている。一方、複数の圧電素子の間で上電極膜は互いに導通しており、上電極膜は共通電極として機能する。各圧電素子において、下電極膜と上電極膜の間に電圧が印加されると、圧電体に変形が生じることによって圧力室内のインクの圧力が高まる。これにより、その圧力室に連通するノズルからインクが吐出される。
上記の圧電アクチュエータは、以下のような工程を経て製造される。まず、流路形成基板の弾性膜上にスパッタ法等で電極膜を成膜し、この電極膜にパターニングを行って、複数の下電極膜を形成する。次に、複数の下電極膜が形成された弾性膜のほぼ全面に圧電材料膜を成膜した後、この圧電材料膜をパターニングして、複数の下電極膜をそれぞれ覆う複数の圧電体を形成する。次に、複数の圧電体を覆うように電極膜を成膜した後、この電極膜をパターニングして上電極膜を形成する。
上述したように、圧電アクチュエータの製造において、その中の圧電体形成工程では、弾性膜に全面的に圧電材料膜を成膜してから、この圧電材料膜の不要部分をエッチングで除去してパターニングしている。しかし、その圧電材料膜のエッチングの際に、この圧電材料膜の下側に配置されている下電極膜の一部が一緒に除去される虞がある。特に、下電極膜の、配線（リード電極）と接続される部分が削られてしまうと、下電極膜と配線との電気的接続の信頼性が低下する。
本発明の目的は、パターニングによる圧電体の形成時に、その下側の電極が一緒に除去されることによって電極と配線との間の電気的接続の信頼性が低下するのを、防止することである。
第１の発明の圧電アクチュエータは、面内方向に沿った第１方向に第１端部及び第２端部を有する基板と、前記面内方向と直交する第２方向について前記基板と少なくとも部分的に重なる第１電極であって、前記第１方向に第３端部及び第４端部を有する第１電極と、少なくとも部分的に前記基板及び前記第１電極と前記第２方向について重なる第１導電部であって、前記第１方向に第５端部及び第６端部を有する第１導電部と、少なくとも部分的に前記基板、前記第１電極及び前記第１導電部と前記第２方向について重なる圧電体であって、前記第１方向に第７端部及び第８端部を有する圧電体と、少なくとも部分的に前記基板、前記第１電極及び前記圧電体と前記第２方向について重なる第２電極と、前記第１電極に接続された配線と、を有し、前記第１電極の少なくとも一部が、前記第２方向について、前記基板と前記圧電体との間に位置し、前記圧電体の少なくとも一部が、前記第２方向について、前記第１電極と前記第２電極との間に位置し、前記第１電極の前記第３端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記第１導電部の前記第６端部との間に位置し、前記圧電体の前記第７端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置し、前記圧電体の前記第８端部が、前記第１方向について、前記第１導電部の前記第５端部と前記第１導電部の前記第６端部との間に位置し、前記圧電体の前記第８端部が、前記第１方向について、前記第１電極の前記第３端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記圧電体の前記第７端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置し、前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記第１電極の前記第３端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、前記第１導電部が、前記第１方向に沿って、前記第１導電部の前記第５端部から前記圧電体の前記第８端部に向かって延びた部分を備えており、前記第１導電部の前記部分が、前記第２方向について、前記圧電体と前記基板との間に位置していることを特徴とするものである。
本発明では、第１導電部は、第１電極の上側に配置されてもよいし、第１電極の下側に配置されていてもよい。第１導電部が第１電極を覆っている場合には、圧電体形成時の圧電材料膜のエッチングの際に、第１電極が一緒に除去されてしまうことが、第１導電部によって抑制される。一方、第１導電部が第１電極の下側にある場合には、圧電材料膜のエッチングの際に第１電極の一部が除去されたとしても、その下にさらに第１導電部が存在するため、第１電極の接続部と配線との電気的接続が維持される。
第２の発明の圧電アクチュエータは、前記第１の発明において、前記第１導電部は、モース硬度において前記第１電極よりも硬い導電性材料で形成されていることを特徴とするものである。また、第３の発明の圧電アクチュエータは、前記第２の発明において、前記第１導電部は、タンタル、タングステン、又は、イリジウムで形成されていることを特徴とするものである。
特にドライエッチングで、圧電材料膜のパターニングを行ったときに、第１導電部が柔らかい金属で形成されていると、その物理的なエッチング作用により、第１導電部も一緒に削られて除去される虞がある。この点、第１導電部が、タンタルやタングステン等の、第１電極よりも硬い金属で形成されていると、圧電材料膜のエッチングの際に、第１導電部が除去されにくい。
第４の発明の圧電アクチュエータは、前記第１の発明において、前記第１導電部は、前記配線と同じ導電性材料で形成されていることを特徴とするものである。
第１導電部と配線が異なる導電性材料で形成されていると、両者の境界で電気抵抗が大きくなる。この観点からは、第１導電部は、配線と同じ導電性材料で形成されていることが好ましい。
第５の発明の圧電アクチュエータは、前記第１〜第４の何れかの発明において、前記第１導電部は、前記圧電体に含まれている金属元素を含まない、導電性材料で形成されていることを特徴とするものである。
第１導電部に含まれる金属材料の一部が圧電体に拡散すると、圧電体の組成が変わって、圧電特性も変化してしまう虞がある。そこで、第１導電部には、圧電体を構成する金属元素が含まれていないことが好ましい。
尚、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記第１電極が、前記第２方向について、前記第１導電部と前記基板との間に位置していてもよい（第６の発明）。あるいは、前記第１導電部が、前記第２方向について、前記第１電極と前記基板との間に位置していてもよい（第７の発明）。
第８の発明の圧電アクチュエータは、前記第１〜第７の何れかの発明において、前記配線は、前記第１電極に接続された第９端部、及び、配線部材に電気的に接続された第１０端部を有し、前記配線は、前記第９端部から前記第１０端部まで前記第１方向に延びており、前記第１導電部と同じ導電性材料で形成された第２導電部が、前記配線の前記第９端部と前記配線の前記第１０端部との間において前記第１方向に設けられており、前記第２導電部が、前記第２方向について、前記配線と前記基板との間に位置していることを特徴とするものである。
基板の電気接合部において、第２導電部が設けられていると、この第２導電部を覆う配線部分が周囲よりも盛り上がることになる。これにより、配線部材が電気接合部に接合される際に、配線部材を電気接合部の配線に対して、局所的に強く押し付けることができ、接合の信頼性が上がる。
第９の発明の圧電アクチュエータは、前記第８の発明において、前記第１電極が、前記第２方向について、前記配線と前記基板との間に位置しており、前記第１導電部が、前記配線に沿って前記第１方向に延びており、前記第１導電部は、前記第２導電部と導通していることを特徴とするものである。
第１０の発明の圧電アクチュエータは、前記第８又は第９の発明において、前記第２導電部の断面形状は、前記第２方向にテーパー形状であることを特徴とするものである。
第２導電部の断面形状が、先細りとなるテーパー形状であると、この第２導電部を覆う配線部分が局部的に突出することになり、配線部材との接合の信頼性がさらに向上する。
第１１の発明の圧電アクチュエータは、前記第１〜第１０の何れかの発明において、前記第１電極は、前記第１方向について、前記第１電極の前記第３端部と前記第１電極の前記第４端部との間に幅小部を有しており、前記幅小部が、前記圧電体を挟んで前記第２電極と対向し、前記第１電極の前記幅小部は、前記面内方向に沿い且つ前記第１方向と直交する第３方向について、前記第１電極の前記第３端部及び前記第１電極の前記第４端部よりも幅が狭く、前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記第１電極の前記幅小部と前記第１電極の前記第６端部との間に位置していることを特徴とするものである。
第１２の発明の圧電アクチュエータは、前記第１〜第１１の何れかの発明において、前記圧電体の前記第８端部の側面に、切り欠きが形成されていることを特徴とするものである。
圧電体の形成は、基板の上に圧電材料膜を成膜してから、この圧電材料膜をパターニングすることによって行う。ここで、本発明では、圧電体の第８端部の側面には切り欠きが形成されている。この切り欠きは、圧電材料膜のパターニングの際に、対応する切り欠きを有するマスクを使用することによって形成される。マスクに切り欠きが形成されていると、この切り欠きの内部においては、マスクに覆われていない他の領域よりも、圧電材料膜がエッチングされにくく、エッチング速度が低下する。つまり、圧電材料膜のエッチングの際に、マスクの切り欠きの内部ではエッチングの進行速度が遅いために、接続部や第１導電部が除去されにくくなって残りやすくなる。従って、第１電極の接続部と配線との電気的接続の信頼性が向上する。
第１３の発明の圧電アクチュエータは、前記第１〜第１２の何れかの発明において、前記第２電極と同じ材料で形成され、且つ、前記第２電極とは切り離された第３導電部をさらに備えており、前記第３導電部が、前記第２方向について前記圧電体と重なっており、前記圧電体の前記第８端部が、前記第２方向について、前記第３導電部と前記第１導電部との間に位置していることを特徴とするものである。
圧電体への第２電極の形成は、圧電体を覆うように導電膜を成膜してから、この導電膜をエッチングでパターニングすることによって行う。ここで、本発明では、導電膜のパターニングの際に、導電膜の、第１電極の接続部と重なる部分を、第２電極とは分離した上で、第３導電部として残す。つまり、第２電極の形成時に、接続部を覆っている導電膜の部分（第３導電部）が除去されないため、第２電極形成時のエッチングにより、第１電極の接続部や第１導電部が除去されてしまうことがない。
第１４の発明の圧電アクチュエータは、前記第１〜第１３の何れかの発明において、前記配線と同じ材料で形成され、且つ、前記配線とは分離した補助電極が、前記第２方向に前記第２電極と重なるように設けられており、前記第２電極が、前記第２方向について、前記補助電極と前記圧電体との間に位置していることを特徴とするものである。
第２電極の上に補助電極が設けられていることで、第２電極の厚みが実質的に増え、第２電極の電気抵抗が低下する。また、補助電極は、第１電極と接続される配線と同じ材料で形成されており、補助電極と配線とを同じ工程で形成することが可能である。
第１５の発明の圧電アクチュエータは、面内方向に沿った第１方向に第１端部及び第２端部を有する基板と、前記面内方向と直交する第２方向について前記基板と少なくとも部分的に重なる第１電極であって、前記第１方向に第３端部及び第４端部を有する第１電極と、少なくとも部分的に前記基板及び前記第１電極と前記第２方向について重なる第１導電部であって、前記第１方向に第５端部及び第６端部を有する第１導電部と、少なくとも部分的に前記基板、前記第１電極及び前記第１導電部と前記第２方向について重なる圧電体であって、前記第１方向に第７端部及び第８端部を有する圧電体と、少なくとも部分的に前記基板、前記第１電極及び前記圧電体と前記第２方向について重なる第２電極と、前記第１電極に接続された配線と、を有し、前記第１電極の少なくとも一部が、前記第２方向について、前記基板と前記圧電体との間に位置し、前記圧電体の少なくとも一部が、前記第２方向について、前記第１電極と前記第２電極との間に位置し、前記第１電極の前記第３端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記第１導電部の前記第６端部との間に位置し、前記圧電体の前記第７端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置し、前記圧電体の前記第８端部が、前記第１方向について、前記第１電極の前記第３端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記圧電体の前記第７端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置し、前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記第１電極の前記第３端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、前記第１導電部が、前記第１方向に沿って、前記第１導電部の前記第５端部から前記圧電体の前記第８端部に向かって延びた部分を備えており、前記第１導電部の前記部分が、前記第２方向について、前記圧電体と前記基板との間に位置していることを特徴とするものである。
第１６の発明の圧電アクチュエータは、第１５の発明において、前記第１導電部の前記部分が、前記第２方向について、前記第１電極と前記圧電体との間に位置していていることを特徴とするものである。
第１７の発明の圧電アクチュエータは、面内方向に沿った第１方向に第１端部及び第２端部を有する基板と、前記面内方向と直交する第２方向について前記基板と少なくとも部分的に重なる第１電極であって、前記第１方向に第３端部及び第４端部を有する第１電極と、少なくとも部分的に前記基板及び前記第１電極と前記第２方向について重なる第１導電部であって、前記第１方向に第５端部及び第６端部を有する第１導電部と、少なくとも部分的に前記基板、前記第１電極及び前記第１導電部と前記第２方向について重なる圧電体であって、前記第１方向に第７端部及び第８端部を有する圧電体と、少なくとも部分的に前記基板、前記第１電極及び前記圧電体と前記第２方向について重なる第２電極と、前記第１電極に接続された配線と、を有し、前記第１電極の少なくとも一部が、前記第２方向について、前記基板と前記圧電体との間に位置し、前記圧電体の少なくとも一部が、前記第２方向について、前記第１電極と前記第２電極との間に位置し、前記圧電体の側面が、前記基板と直交する方向に対して傾斜しており、前記第１電極の前記第３端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記第１導電部の前記第６端部との間に位置し、前記圧電体の前記第７端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置し、前記圧電体の前記第８端部が、前記第１方向について、前記第１導電部の前記第５端部と前記第１導電部の前記第６端部との間に位置し、前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記圧電体の前記第７端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置し、前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記第１電極の前記第３端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、前記第１導電部が、前記第１方向に沿って、前記第１導電部の前記第５端部から前記圧電体の前記第８端部に向かって延びた部分を備えており、前記第１導電部の前記部分が、前記第２方向について、前記圧電体と前記基板との間に位置していることを特徴とするものである。
第１８の発明の圧電アクチュエータは、第１７の発明において、前記第１電極の前記第３端部が、前記第１方向について、前記圧電体の前記第７端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置していることを特徴とするものである。
第１７の発明の圧電アクチュエータは、面内方向に沿った第１方向に第１端部及び第２端部を有する基板と、前記面内方向と直交する第２方向について前記基板と少なくとも部分的に重なる第１電極であって、前記第１方向に第３端部及び第４端部を有する第１電極と、少なくとも部分的に前記基板及び前記第１電極と前記第２方向について重なる第１導電部であって、前記第１方向に第５端部及び第６端部を有する第１導電部と、少なくとも部分的に前記基板、前記第１電極及び前記第１導電部と前記第２方向について重なる圧電体であって、前記第１方向に第７端部及び第８端部を有する圧電体と、少なくとも部分的に前記基板、前記第１電極及び前記圧電体と前記第２方向について重なる第２電極と、前記第１電極に接続された配線と、を有し、前記第１電極の少なくとも一部が、前記第２方向について、前記基板と前記圧電体との間に位置し、前記圧電体の少なくとも一部が、前記第２方向について、前記第１電極と前記第２電極との間に位置し、前記圧電体の側面が、前記基板と直交する方向に対して傾斜しており、前記第１電極の前記第３端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記第１導電部の前記第６端部との間に位置し、前記圧電体の前記第７端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置し、前記圧電体の前記第８端部が、前記第１方向について、前記第１導電部の前記第５端部と前記第１導電部の前記第６端部との間に位置し、前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記圧電体の前記第７端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置し、前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記第１電極の前記第３端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、前記第１導電部が、前記第１方向に沿って、前記第１導電部の前記第５端部から前記圧電体の前記第８端部に向かって延びた部分を備えており、前記第１導電部の前記部分が、前記第２方向について、前記圧電体と前記基板との間に位置していることを特徴とするものである。
第１８の発明の圧電アクチュエータは、第１７の発明において、前記第１電極の前記第３端部が、前記第１方向について、前記圧電体の前記第７端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置していることを特徴とするものである。
第１９の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、基板と、前記基板に配置された第１電極と、前記第１電極に積層された圧電体と、前記圧電体の、前記第１電極とは反対側の面に重ねられた第２電極と、前記第１電極に接続される配線と、を備えた、圧電アクチュエータの製造方法であって、前記基板に前記第１電極を形成する、第１電極形成工程と、前記第１電極の、前記圧電体が配置される領域から前記配線と接続される接続部まで跨って、前記第１電極に重なる第１導電部を形成する、第１導電部形成工程と、前記第１電極形成工程、及び、前記第１導電部形成工程の後に、前記第１電極を覆うように圧電材料膜を成膜する、圧電膜成膜工程と、エッチングによって前記圧電材料膜のパターニングを行って前記圧電体を形成し、且つ、前記圧電材料膜の前記第１電極の前記接続部を覆っている部分を除去する、圧電膜パターニング工程と、前記圧電膜パターニング工程の後に、前記第１電極の前記接続部に接続される前記配線を形成する配線形成工程と、を備えており、前記圧電膜パターニング工程において、前記圧電体の形状に対応したマスクを前記圧電材料膜の上に設置してからエッチングを行い、前記マスクの、前記圧電材料膜に設置したときに前記第１導電部と重なる部分に、切り欠きが形成されていることを特徴とするものである。
第１電極の、接続部から圧電体が配置される部分まで跨って、第１導電部が第１電極に重ねられている。そのため、第１導電部が第１電極を覆っている場合には、圧電材料膜のエッチングの際に、第１電極が一緒に除去されてしまうことが防止される。また、第１導電部が第１電極の下側にある場合には、圧電材料膜のエッチングの際に第１電極の一部が除去されたとしても、その下にさらに第１導電部が存在するため、第１電極の接続部と配線との電気的接続が維持される。
また、圧電体の形状に対応したマスクに切り欠きが形成されていると、この切り欠きの内部においては、マスクに覆われていない他の領域よりも、圧電材料膜がエッチングされにくく、エッチング速度が低下する。つまり、圧電材料膜のエッチングの際に、マスクの切り欠きの内部ではエッチングの進行速度が遅いために、接続部や第１導電部が除去されにくくなって残りやすくなる。従って、第１電極の接続部と配線との電気的接続の信頼性が向上する。
また、圧電体の形状に対応したマスクに切り欠きが形成されていると、この切り欠きの内部においては、マスクに覆われていない他の領域よりも、圧電材料膜がエッチングされにくく、エッチング速度が低下する。つまり、圧電材料膜のエッチングの際に、マスクの切り欠きの内部ではエッチングの進行速度が遅いために、接続部や第１導電部が除去されにくくなって残りやすくなる。従って、第１電極の接続部と配線との電気的接続の信頼性が向上する。
次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施形態に係るプリンタの概略的な平面図である。まず、図１を参照してインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。尚、図１に示す前後左右の各方向をプリンタの「前」「後」「左」「右」と定義する。また、紙面手前側を「上」、紙面向こう側を「下」とそれぞれ定義する。以下では、前後左右上下の各方向語を適宜使用して説明する。
（プリンタの概略構成）
図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、プラテン２と、キャリッジ３と、インクジェットヘッド４と、搬送機構５と、制御装置６等を備えている。
図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、プラテン２と、キャリッジ３と、インクジェットヘッド４と、搬送機構５と、制御装置６等を備えている。
プラテン２の上面には、被記録媒体である記録用紙１００が載置される。キャリッジ３は、プラテン２と対向する領域において２本のガイドレール１０，１１に沿って左右方向（以下、走査方向ともいう）に往復移動可能に構成されている。キャリッジ３には無端ベルト１４が連結され、キャリッジ駆動モータ１５によって無端ベルト１４が駆動されることで、キャリッジ３は走査方向に移動する。
インクジェットヘッド４は、キャリッジ３に取り付けられており、キャリッジ３とともに走査方向に移動する。インクジェットヘッド４は、走査方向に並ぶ４つのヘッドユニット１６を備えている。４つのヘッドユニット１６は、４色（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）のインクカートリッジ１７が装着されるカートリッジホルダ７と、図示しないチューブによってそれぞれ接続されている。各ヘッドユニット１６は、その下面（図１の紙面向こう側の面）に形成された複数のノズル２４（図２〜図４参照）を有する。各ヘッドユニット１６のノズル２４は、インクカートリッジ１７から供給されたインクを、プラテン２に載置された記録用紙１００に向けて吐出する。
搬送機構５は、前後方向にプラテン２を挟むように配置された２つの搬送ローラ１８，１９を有する。搬送機構５は、２つの搬送ローラ１８，１９によって、プラテン２に載置された記録用紙１００を前方（以下、搬送方向ともいう）に搬送する。
制御装置６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び、各種制御回路を含むＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等を備える。制御装置６は、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＡＳＩＣにより、記録用紙１００への印刷等の各種処理を実行する。例えば、印刷処理においては、制御装置６は、ＰＣ等の外部装置から入力された印刷指令に基づいて、インクジェットヘッド４やキャリッジ駆動モータ１５等を制御して、記録用紙１００に画像等を印刷させる。具体的には、キャリッジ３とともにインクジェットヘッド４を走査方向に移動させながらインクを吐出させるインク吐出動作と、搬送ローラ１８，１９によって記録用紙１００を搬送方向に所定量搬送する搬送動作とを、交互に行わせる。
（インクジェットヘッドの詳細）
次に、インクジェットヘッド４の詳細構成について説明する。図２は、インクジェットヘッド４の１つのヘッドユニット１６の上面図である。尚、インクジェットヘッド４の４つのヘッドユニット１６は、全て同じ構成であるため、そのうちの１つについて説明を行い、他のヘッドユニット１６については説明を省略する。図３は、図２のＡ部拡大図である。図４は、図３のIV-IV線断面図である。図５は、図３のV-V線断面図である。
次に、インクジェットヘッド４の詳細構成について説明する。図２は、インクジェットヘッド４の１つのヘッドユニット１６の上面図である。尚、インクジェットヘッド４の４つのヘッドユニット１６は、全て同じ構成であるため、そのうちの１つについて説明を行い、他のヘッドユニット１６については説明を省略する。図３は、図２のＡ部拡大図である。図４は、図３のIV-IV線断面図である。図５は、図３のV-V線断面図である。
図２〜図４に示すように、ヘッドユニット１６は、ノズルプレート２０、流路形成部材２１、圧電アクチュエータ２２、及び、リザーバ形成部材２３を備えている。尚、図２では、図面の簡素化のため、流路形成部材２１及び圧電アクチュエータ２２の上方に位置する、リザーバ形成部材２３を、二点鎖線で外形のみ示している。また、図２、図３では、図４に明確に示されているＣＯＦ５０を、二点鎖線で示している。
（ノズルプレート）
ノズルプレート２０は、ステンレス鋼等の金属材料、シリコン、あるいは、ポリイミド等の合成樹脂材料などで形成されている。ノズルプレート２０には、複数のノズル２４が形成されている。図２に示すように、１色のインクを吐出する複数のノズル２４は、搬送方向に配列されて、左右方向に並ぶ２列のノズル列２５ａ，２５ｂを構成している。２列のノズル列２５ａ，２５ｂの間では、搬送方向におけるノズル２４の位置が、各ノズル列２５の配列ピッチＰの半分（Ｐ／２）だけずれている。
ノズルプレート２０は、ステンレス鋼等の金属材料、シリコン、あるいは、ポリイミド等の合成樹脂材料などで形成されている。ノズルプレート２０には、複数のノズル２４が形成されている。図２に示すように、１色のインクを吐出する複数のノズル２４は、搬送方向に配列されて、左右方向に並ぶ２列のノズル列２５ａ，２５ｂを構成している。２列のノズル列２５ａ，２５ｂの間では、搬送方向におけるノズル２４の位置が、各ノズル列２５の配列ピッチＰの半分（Ｐ／２）だけずれている。
（流路形成部材）
流路形成部材２１は、シリコンで形成されている。この流路形成部材２１の下面に、前述したノズルプレート２０が接合されている。流路形成部材２１には、複数のノズル２４とそれぞれ連通する複数の圧力室２６が形成されている。各圧力室２６は、走査方向に長い矩形の平面形状を有する。複数の圧力室２６は、前述した複数のノズル２４の配列に応じて搬送方向に配列され、２列の圧力室列を構成している。
流路形成部材２１は、シリコンで形成されている。この流路形成部材２１の下面に、前述したノズルプレート２０が接合されている。流路形成部材２１には、複数のノズル２４とそれぞれ連通する複数の圧力室２６が形成されている。各圧力室２６は、走査方向に長い矩形の平面形状を有する。複数の圧力室２６は、前述した複数のノズル２４の配列に応じて搬送方向に配列され、２列の圧力室列を構成している。
（圧電アクチュエータ）
圧電アクチュエータ２２は、複数の圧力室２６内のインクに、それぞれノズル２４から吐出させるための吐出エネルギーを付与するものである。圧電アクチュエータ２２は、流路形成部材２１の上面に配置されている。図２〜図４に示すように、圧電アクチュエータ２２は、振動膜３０、複数の下部電極３１、圧電体３２、上部電極３３等の複数の膜が積層された構造を有する。尚、後でも説明するが、圧電アクチュエータ２２を構成する前記複数の膜は、流路形成部材２１となるシリコン基板の上面に、公知の半導体プロセス技術によって成膜、エッチングされることによって形成される。
圧電アクチュエータ２２は、複数の圧力室２６内のインクに、それぞれノズル２４から吐出させるための吐出エネルギーを付与するものである。圧電アクチュエータ２２は、流路形成部材２１の上面に配置されている。図２〜図４に示すように、圧電アクチュエータ２２は、振動膜３０、複数の下部電極３１、圧電体３２、上部電極３３等の複数の膜が積層された構造を有する。尚、後でも説明するが、圧電アクチュエータ２２を構成する前記複数の膜は、流路形成部材２１となるシリコン基板の上面に、公知の半導体プロセス技術によって成膜、エッチングされることによって形成される。
振動膜３０は、流路形成部材２１の上面の全域に、複数の圧力室２６を覆うように配置されている。振動膜３０は、二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、あるいは、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）等で形成されている。振動膜３０の、複数の圧力室２６の端部とそれぞれ重なる位置には、複数の連通孔３０ａが形成されている。これら複数の連通孔３０ａにより、後述するリザーバ形成部材２３内の流路と、複数の圧力室２６とがそれぞれ連通している。
複数の下部電極３１は、振動膜３０の上面の、圧力室２６と重なる領域にそれぞれ配置されている。即ち、下部電極３１は、圧力室２６に対して個別に設けられた個別電極である。下部電極３１の形状は特に限定されないが、例えば、図３には、圧力室２６よりも小さい矩形の平面形状を有するものが示されている。上方から見て、下部電極３１の長手方向一端部に設けられた接続部３１ａは、対応する圧力室２６に対して、連通孔３０ａと反対側に突き出ており、後述する配線３５と接続される。より詳細には、下部電極３１は、圧力室２６と対向する領域に配置されている主電極部３１ｂと、配線３５と接続される接続部３１ａと、主電極部３１ｂと接続部３１ａとを連結する連結部３１ｃとを有する。連結部３１ｃは、圧力室２６の縁よりも外側にある。また、連結部３１ｃの主電極部３１ｂ側の部分は、主電極部３１ｂ及び接続部３１ａよりも、走査方向（連結部３１ｃの延在方向）と直交する方向の幅が小さくなっている（幅小部３１ｄ）。下部電極３１の材質は特に限定はされないが、例えば、プラチナ（Ｐｔ）などで形成することができる。また、下部電極３１は、１層のものには限られず、それぞれ異なる金属からなる２層以上の複数層が積層されたものであってもよい。
図２に示すように、振動膜３０の上面には、２列の圧力室列にそれぞれ対応して、２つの圧電体３２が設けられている。各圧電体３２の形状も特に限定されないが、図には、搬送方向に長い矩形の平面形状を有するものが示されている。また、図４に示すように、各圧電体３２の側面は、振動膜３０と直交する面に対して内側に傾斜しており、圧電体３２は、上面が下面よりも小さくなった、テーパー状の断面形状を有する。圧電体３２は、例えば、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料からなる。あるいは、圧電体３２は、鉛が含有されていない非鉛系の圧電材料で形成されていてもよい。
各圧電体３２は、１列の圧力室列に対応する複数の下部電極３１を搬送方向に跨ぐように、これら複数の下部電極３１に積層されている。より詳細には、圧電体３２は、下部電極３１の主電極部３１ｂと連結部３１ｃとを覆っている。また、圧電体３２は、下部電極３１の接続部３１ａには重なっていない。言い換えれば、下部電極３１は、その一部（接続部３１ａ）が、圧電体３２から少しはみ出すようにして走査方向に延びている。この下部電極３１の、圧電体３２からはみ出した接続部３１ａは、後述する配線３５と接続される。
尚、図３に示すように、圧電体３２の端部３２ｂの、接続部３１ａ側の側面（図３における右側面）には、切り欠き３２ａが形成されている。切り欠き３２ａは、圧電体３２の側面において、圧電体３２の厚み方向に延びる溝状に形成されている。この切り欠き３２ａが圧電体３２に形成されている理由については、後の製造工程の説明において詳述する。
２つの圧電体３２の上面には、２つの上部電極３３がそれぞれ形成されている。各上部電極３３は、複数の下部電極３１を跨ぐように、搬送方向に沿って配置されている。即ち、上部電極３３は、搬送方向に並ぶ複数の下部電極３１に対して共通に対向する、共通電極である。また、図２、図３に示すように、各上部電極３３は、圧電体３２の上面において、複数の下部電極３１の主電極部３１ｂと圧電体３２を挟んで対向するように、圧電体３２の長手方向全域に配置されている。また、上部電極３３は、下部電極３１の連結部３１ｃの、幅が小さくなった幅小部３１ｄとも、圧電体３２を挟んで対向している。但し、図３、図４に示すように、上部電極３３は、圧電体３２の、接続部３１ａ側の端部３２ｂ（図３における右端部）には配置されていない。尚、上部電極３３の材質は特には限定されないが、例えば、イリジウム（Ｉｒ）などで形成することができる。
図３、図４に示すように、搬送方向に延びる１つの上部電極３３の、幅方向両端部には、それぞれ、搬送方向に長く延びる２つの補助電極３４が設けられている。補助電極３４は、例えば、金（Ａｕ）で形成されている。補助電極３４は、上部電極３３よりも幅は小さいが、厚みがかなり大きくなっている。圧電体３２の上面に配置されている上部電極３３が分厚いと、圧電体３２の変形を阻害することになるため、上部電極３３の厚みは薄いことが好ましい。しかし、共通電極である上部電極３３の厚みが薄いと、共通電極の電気抵抗が大きくなり、共通電極の電位が不安定になるなどの問題が生じる。この点、上部電極３３の幅方向両端部に、厚みの大きい２つの補助電極３４が設けられることで、圧電体３２の変形阻害を小さくしつつも、共通電極全体の電気抵抗を小さくすることができる。
尚、圧電体３２のうちの、複数の下部電極３１と上部電極３３とに挟まれた部分は、それぞれ、厚み方向において下向き、即ち、上部電極３３から下部電極３１に向かう方向に分極されている。
図３、図４に示すように、下部電極３１と、この下部電極３１を覆う圧電体３２の端部３２ｂとの間には、第１導電部３６が設けられている。詳細には、第１導電部３６は、下部電極３１の、圧電体３２からはみ出した接続部３１ａから、圧電体３２と重なる接続部３１ａの近傍部まで跨るように、下部電極３１に重ねられている。図３に示すように、第１導電部３６は、圧力室２６の走査方向における縁よりも外側であって、下部電極３１の幅小部３１ｄよりも外側（接続部３１ａ側）に配置されている。また、図３〜図５に示すように、第１導電部３６は、下部電極３１の接続部３１ａの上面の全面を覆っている。
図２〜図４に示すように、振動膜３０の上面には、複数の下部電極３１とそれぞれ接続される複数の配線３５が形成されている。各配線３５は、圧電体３２の、接続部３１ａ側の端部の上面から、圧電体３２の側面、第１導電部３６の表面にかけて形成されている。即ち、配線３５は、第１導電部３６を介して、下部電極３１の接続部３１ａと導通している。尚、本実施形態では、図４に示すように、配線３５の端部は、圧電体３２の上面まで被さるように形成されている。これにより、配線３５と圧電体３２の接触面積が大きくなり、圧電体３２に局部的に高い電界が印加されることが緩和されるため、圧電体３２にクラックが発生することが抑制される。
また、各配線３５は、下部電極３１の接続部３１ａから、走査方向に延びている。より詳細には、図２に示すように、左側に配列されている下部電極３１に接続された配線３５は、対応する下部電極３１から左側へ延び、右側に配列された下部電極３１に接続された配線３５は、対応する下部電極３１から右側へ延びている。尚、各配線３５は、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）等で形成されている。
ところで、配線３５と接続される、下部電極３１の接続部３１ａに第１導電部３６が設けられている理由は、次の通りである。後で述べるように、圧電アクチュエータ２２の製造工程では、下部電極３１の上に圧電材料膜６２を成膜し、この圧電材料膜６２をエッチングでパターニングして圧電体３２を形成する（図７参照）。ここで、圧電材料膜６２のエッチングの際に、下部電極３１の接続部３１ａ及びその近傍部が、一緒に除去されてしまう虞がある。この点、本実施形態では、下部電極３１に第１導電部３６が重ねられ、下部電極３１の接続部３１ａが第１導電部３６によって覆われている。そのため、第１導電部３６によって、接続部３１ａが削られて電極厚みが薄くなることが防止され、接続部３１ａと配線３５との電気的接続の信頼性が維持される。
第１導電部３６を形成する導電性材料は、特定のものには限定されず、様々な材料を採用することができるが、以下の（１）〜（３）の何れかの観点から、第１導電部３６の材料選定を行うことが好ましい。
（１）後でも説明するが、圧電材料膜６２を、特にドライエッチングでパターニングした場合、ドライエッチングの物理的なエッチング作用により、第１導電部３６も一緒に削られて除去される虞がある。そこで、圧電材料膜６２のドライエッチングの際に、第１導電部３６が削られにくくなるように、第１導電部３６は下部電極３１よりも硬い金属で形成されていることが好ましい。例えば、第１導電部３６が、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、イリジウム（Ｉｒ）等の、硬い金属で形成されていることが好ましい。表１に、下部電極３１の形成材料であるＰｔと、第１導電部３６の形成材料である、Ｗ、Ｔａ、Ｉｒのそれぞれについての、モース硬度、ビッカース硬度、ブリネル硬度を示す。
（２）第１導電部３６と配線３５が、それぞれ異なる材料で形成されていると、両者の境界で電気抵抗が大きくなる。この観点では、第１導電部３６は、配線３５と同じ導電性材料（例えば、金やアルミニウム）で形成されていることが好ましい。
（３）第１導電部３６に含まれる金属材料の一部が圧電体３２に拡散する場合がある。これにより、圧電体３２の組成が変わると、圧電特性も変化してしまうことになる。そこで、第１導電部３６は、圧電体３２の特性に影響を与えにくい金属材料で形成されていることが好ましい。
この観点では、第１導電部３６には、圧電体３２を構成する金属元素が含まれていないことが好ましい。例えば、圧電体３２が、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料である場合、第１導電部３６には、少なくとも、チタン（Ｔｉ）、ジルコニア（Ｚｒ）、鉛（Ｐｂ）は含まれていないのがよい。
図２に示すように、流路形成部材２１（振動膜３０）の左右両端部は、配線部材であるＣＯＦ（Chip On Film）５０がそれぞれ接合される電気接合部３９である。具体的には、左側の下部電極３１の列から左方へ引き出された複数の配線３５は、左側の電気接合部３９まで延びている。また、右側の下部電極３１の列から右方へ引き出された複数の配線３５は、右側の電気接合部３９まで延びている。そして、電気接合部３９には、複数の配線３５の端部に設けられた、複数の駆動接点部４０が搬送方向に並べて配置されている。また、各電気接合部３９には、２つのグランド接点部４１も配置されている。各グランド接点部４１には、上部電極３３から引き出された配線３８が接続されている。
図２〜図４に示すように、上述した圧電アクチュエータ２２の２つの電気接合部３９には、２枚のＣＯＦ５０がそれぞれ接合されている。そして、各ＣＯＦ５０に形成された複数の配線５５が、複数の駆動接点部４０と、それぞれ電気的に接続されている。また、図示は省略するが、各ＣＯＦ５０は、プリンタ１の制御装置６（図１参照）にも接続されている。
各ＣＯＦ５０にはドライバＩＣ５１が実装されている。ドライバＩＣ５１は、制御装置６から送られてきた制御信号に基づいて、圧電アクチュエータ２２を駆動するための駆動信号を生成して出力する。ドライバＩＣ５１から出力された駆動信号は、ＣＯＦ５０の配線５５を介して駆動接点部４０に入力され、さらに、圧電アクチュエータ２２の配線３５を介して各下部電極３１に供給される。駆動信号が供給された下部電極３１の電位は、所定の駆動電位とグランド電位との間で変化する。また、ＣＯＦ５０には、グランド配線（図示省略）も形成されており、グランド配線が、圧電アクチュエータ２２のグランド接点部４１と電気的に接続される。これにより、グランド接点部４１と接続されている上部電極３３の電位は、常にグランド電位に維持される。
ドライバＩＣ５１から駆動信号が供給されたときの、圧電アクチュエータ２２の動作について説明する。駆動信号が供給されていない状態では、下部電極３１の電位はグランド電位となっており、上部電極３３と同電位である。この状態から、ある下部電極３１に駆動信号が供給されて、下部電極３１に駆動電位が印加されると、その下部電極３１と上部電極３３との電位差により、圧電体３２に、その厚み方向に平行な電界が作用する。ここで、圧電体３２の分極方向と電界の方向とが一致するために、圧電体３２はその分極方向である厚み方向に伸びて面方向に収縮する。この圧電体３２の収縮変形に伴って、振動膜３０が圧力室２６側に凸となるように撓む。これにより、圧力室２６の容積が減少して圧力室２６内に圧力波が発生することで、圧力室２６に連通するノズル２４からインクの液滴が吐出される。
（リザーバ形成部材）
図４、図５に示すように、リザーバ形成部材２３は、圧電アクチュエータ２２を挟んで、流路形成部材２１と反対側（上側）に配置され、圧電アクチュエータ２２の上面に接着剤で接合されている。リザーバ形成部材２３は、例えば、流路形成部材２１と同様、シリコンで形成されてもよいが、シリコン以外の材料、例えば、金属材料や合成樹脂材料で形成されていてもよい。
図４、図５に示すように、リザーバ形成部材２３は、圧電アクチュエータ２２を挟んで、流路形成部材２１と反対側（上側）に配置され、圧電アクチュエータ２２の上面に接着剤で接合されている。リザーバ形成部材２３は、例えば、流路形成部材２１と同様、シリコンで形成されてもよいが、シリコン以外の材料、例えば、金属材料や合成樹脂材料で形成されていてもよい。
図４に示すように、リザーバ形成部材２３の上半部には、搬送方向に延びるリザーバ５２が形成されている。このリザーバ５２は、インクカートリッジ１７が装着されるカートリッジホルダ７（図１参照）と、図示しないチューブでそれぞれ接続されている。
リザーバ形成部材２３の下半部には、リザーバ５２から下方に延びる複数のインク供給流路５３が形成されている。各インク供給流路５３は、圧電アクチュエータ２２の振動膜３０に形成された複数の連通孔３０ａに連通している。これにより、リザーバ５２から、複数のインク供給流路５３、及び、複数の連通孔３０ａを介して、流路形成部材２１の複数の圧力室２６にインクが供給される。また、リザーバ形成部材２３の下半部には、圧電アクチュエータ２２の複数の圧電体３２を覆う、凹状の保護カバー部５４も形成されている。
次に、上述したインクジェットヘッド４のヘッドユニット１６の製造工程について、特に、圧電アクチュエータ２２の製造工程を中心に、図６〜図８を参照して説明する。図６〜図８は、それぞれ、インクジェットヘッドの製造工程を説明する図である。
図６は、（ａ）振動膜成膜、（ｂ）振動膜エッチング、（ｃ）下部電極となる導電膜の成膜、（ｄ）下部電極形成（導電膜パターニング）、（ｅ）第１導電部用の導電膜成膜、（ｄ）第１導電部形成（導電膜パターニング）、の各工程を示す図である。
本実施形態では、シリコン基板である流路形成部材２１に、成膜やパターニングなどの半導体プロセスによって、様々な膜を積層していくことで、圧電アクチュエータ２２を製造する。まず、図６（ａ）に示すように、シリコン基板である流路形成部材２１の表面に、二酸化シリコン等の振動膜３０を成膜する。また、図６（ｂ）に示すように、振動膜３０にエッチングで連通孔３０ａを形成する。
次に、振動膜３０に複数の下部電極３１を形成する。まず、図６（ｃ）に示すように、振動膜３０の上に、下部電極３１用の導電膜６０をスパッタリング等により成膜する。そして、図６（ｄ）に示すように、導電膜６０をエッチングでパターニングすることにより、複数の下部電極３１を形成する。
次に、複数の下部電極３１のそれぞれに第１導電部３６を形成する。図６（ｅ）に示すように、振動膜３０に、複数の下部電極３１を覆うように、第１導電部３６用の導電膜６１を形成する。そして、図６（ｆ）に示すように、導電膜６１をエッチングでパターニングすることにより、下部電極３１の接続部３１ａ及びその近傍部を覆うように第１導電部３６を形成する。
図７は、（ａ）圧電材料膜成膜、（ｂ）マスク形成、（ｃ）圧電体形成（圧電膜パターニング）、（ｄ）上部電極用の導電膜成膜、（ｅ）上部電極形成（導電膜パターニング）、（ｆ）補助電極３４形成、及び、配線形成、の各工程を示す図である。
次に、複数の下部電極３１の上に圧電体３２を形成する。まず、図７（ａ）に示すように、下部電極３１や第１導電部３６を覆うように、振動膜３０の上面全域に、ゾルゲル法やスパッタリングで圧電材料膜６２を成膜する。次に、図７（ｂ）に示すように、圧電材料膜６２の上に、圧電体３２の形状に対応したレジストパターンのマスク６３を形成する。その上で、ドライエッチングで圧電材料膜６２の不要部分を除去してパターニングし、圧電体３２を形成する。尚、ドライエッチングによって圧電材料膜６２の不要部分を除去する際に、圧電体３２の側面を、振動膜３０と直交する面に対して内側に傾斜した形状に形成する。
圧電材料膜６２のドライエッチングについて、説明を補足する。圧電材料膜６２が成膜された流路形成部材２１を、エッチング装置のチャンバー内に設置し、チャンバー内にキャリアガスを封入した上でプラズマを発生させると、チャンバー内でイオンが加速されて、圧電材料膜６２に衝突する。例えば、ハロゲン系ガス（ＣＨＦ3、ＳＦ6、ＢＣｌ3、ＣＬ2など）と、酸素、窒素、アルゴン（Ａｒ）の何れかを含む混合ガスを用い、チャンバー圧力０．５〜５０Ｐａにおけるプラズマ雰囲気のチャンバー内で、ドライエッチングを行う。
一般的なドライエッチングでは、イオンの衝突による物理的なエッチングと、イオンと加工対象物との化学的反応による化学的なエッチングの、両方の作用によってエッチングが進行する。しかし、ＰＺＴ等の圧電材料のエッチングでは、化学反応によって生成する反応生成物の揮発性が低い等の理由で、化学的なエッチングが進行しづらく、物理的なエッチングが主となる。つまり、イオンが衝突するときのエネルギーで、圧電材料が削られる形で、圧電材料膜６２のエッチングが進行する。
そのため、圧電材料膜６２のドライエッチングで、圧電材料膜６２の、接続部３１ａを覆っている部分を除去する際に、その下にある下部電極３１の接続部３１ａが、物理的なエッチング作用で削られて一緒に除去される虞がある。このとき、圧電体３２からはみ出す下部電極３１の接続部３１ａが削られて、この部分の電極厚さが薄くなってしまうと、接続部３１ａと配線３５との電気的接続の信頼性が低下する。しかし、本実施形態では、圧電体３２からはみ出る接続部３１ａと、圧電体３２に覆われる接続部３１ａの近傍部とを覆うように、第１導電部３６が重ねられ、接続部３１ａ及びその近傍部が第１導電部３６によって保護されている。そのため、圧電材料膜６２のドライエッチングによって、下部電極３１が削られて電極厚みが薄くなることが抑制され、下部電極３１と配線３５との電気的接続の信頼性が維持される。また、第１導電部３６が、下部電極３１よりも硬い材料で形成されている場合は、圧電材料膜６２のドライエッチングの際に、第１導電部３６が削られにくくなり、配線３５との間の電気的接続の信頼性が高まる。
尚、図７（ｂ）において、ドライエッチングに使用するマスク６３には、圧電材料膜６２の上面に設置されたときに、第１導電部３６と重なる部分に切り欠き６３ａが形成されている。この切り欠き６３ａは、側方（図中右方）に開口し、且つ、マスク６３の厚み方向に延びる、溝形状を有する。このマスク６３に切り欠き６３ａが形成されているが故に、ドライエッチングによって圧電体３２の端部３２ｂの側面にも切り欠き３２ａ（図３参照）が形成されるのであるが、マスク６３に切り欠き６３ａが設けられているのは、圧電体３２に切り欠き３２ａを形成することが主な目的ではない。マスク６３に切り欠き６３ａが形成されていると、この切り欠き６３ａの内部においては、マスク６３に覆われていない他の領域よりも、圧電材料膜６２がエッチングされにくく、エッチング速度が低下する。つまり、圧電材料膜６２のエッチングの際に、マスク６３の切り欠き６３ａの内部ではエッチングの進行速度が遅いために、接続部３１ａや第１導電部３６が除去されにくくなって残りやすくなる。従って、マスク６３に切り欠き６３ａがない場合と比べると、下部電極３１の接続部３１ａと配線３５との電気的接続の信頼性が向上する。
圧電体３２の形成後、この圧電体３２の上面に上部電極３３を形成する。図７（ｄ）に示すように、振動膜３０の上面及び圧電体３２の上面に、スパッタリング等で上部電極３３用の導電膜６４を成膜してから、図７（ｅ）に示すように、この導電膜６４をエッチングでパターニングして、上部電極３３を形成する。その後、図７（ｆ）に示すように、上部電極３３の上面に２つの補助電極３４を形成する。また、圧電体３２の上面から側面、第１導電部３６にかけて延びる配線３５を形成する。補助電極３４と配線３５の材質が同じ（例えば、金（Ａｕ））である場合は、補助電極３４と配線３５を同じ工程で形成することができる。即ち、金の導電膜を成膜し、この導電膜をエッチングでパターニングすることで、補助電極３４と配線３５を分離して形成する。以上の工程で、圧電アクチュエータ２２の製造が完了する。
図８は、（ａ）流路形成部材のエッチング、（ｃ）ノズルプレートの接合、（ｄ）リザーバ形成部材の接合の、各工程を示す図である。図８（ａ）に示すように、流路形成部材２１の、圧電アクチュエータ２２とは反対側の下面側からエッチングを行って、圧力室２６を形成する。さらに、図８（ｂ）に示すように、流路形成部材２１の下面に、ノズルプレート２０を接着剤で接合する。最後に、図８（ｃ）に示すように、圧電アクチュエータ２２に、リザーバ形成部材２３を接着剤で接合する。
以上説明した実施形態において、流路形成部材２１に設けられた振動膜３０が、本発明の「基板」に相当する。圧電体３２の下側に位置する下部電極３１が、本発明の「第１電極」に相当する。圧電体３２の上側に位置する上部電極３３が、本発明の「第２電極」に相当する。
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
１］図９に示すように、流路形成部材２１（振動膜３０）の電気接合部３９に、第１導電部３６と同じ材料で形成された、第２導電部７０が配置されてもよい。第２導電部７０は、第１導電部３６と同じ工程で同時に形成することができる。電気接合部３９において、配線３５（駆動接点部４０）の下側に第２導電部７０が設けられることによって、その上を覆う駆動接点部４０が周囲よりも盛り上がることになる。これにより、ＣＯＦ５０が電気接合部３９の駆動接点部４０に接合される際に、ＣＯＦ５０を駆動接点部４０に局所的に強く押し付けることができ、接合の信頼性が上がる。また、図９に示すように、第２導電部７０の断面形状は、上側（振動膜３０と反対側）に向かうほど先細りとなるテーパー形状であることが好ましい。これにより、第２導電部７０を覆う配線３５（駆動接点部４０）の一部が局部的に突出することになり、ＣＯＦ５０をより強く押し付けることができて、接合の信頼性がさらに向上する。
図９の形態に対して、さらに下記のような変更を加えることができる。まず、図１０に示すように、下部電極３１の接続部３１ａが、電気接合部３９まで延びていてもよい。この場合、電気接合部３９まで延びる配線３５の下に、下部電極３１の接続部３１ａが配置されることになるため、配線３５が実質的に分厚くなり、配線３５の導通信頼性が向上する。さらに、図１１に示すように、第１導電部３６も、下部電極３１の接続部３１ａとともに電気接合部３９まで延びて、第１導電部３６と第２導電部７０とが導通していてもよい。この場合には、配線３５の実質的な厚みがさらに厚くなるため、配線３５の導通信頼性がさらに向上する。
２］前記実施形態では、図４，図５に示すように、第１導電部３６が、下部電極３１の接続部３１ａの上面を覆うように配置されている。これに対して、図１２に示すように、第１導電部３６と下部電極３１が上下逆の形態、即ち、下部電極３１が、第１導電部３６の上面を覆っている形態であってもよい。この場合は、圧電材料膜６２のエッチングの際に、下部電極３１の接続部３１ａの一部が一緒に除去されてしまっても、接続部３１ａの下の第１導電部３６により、接続部３１ａと配線３５との電気的接続が維持される。
３］前記実施形態では、圧電材料膜６２のパターニング（図７（ｃ）参照）を、ドライエッチングで行っているが、圧電材料膜６２のパターニングをウェットエッチングで行うことも可能である。
４］先の実施形態でも述べたが、圧電材料膜６２をパターニングして圧電体３２を形成した後に、圧電体３２の上面に上部電極３３を形成することになる。この上部電極３３の形成工程では、図１３（ａ）のように、圧電体３２及び下部電極３１の接続部３１ａを覆うように導電膜６４を成膜してから、図１３（ｂ）のように導電膜６４をパターニングする。このパターニングの際に、前記実施形態（図７（ｅ））では、導電膜６４の、接続部３１ａを覆っている部分を除去しているが、その際に、接続部３１ａ及び第１導電部３６の一部が除去されてしまうことも考えられる。そこで、図１３（ｂ）に示すように、導電膜６４のパターニング工程で、導電膜６４の、接続部３１ａを覆っている部分６４ａ（第３導電部）を、上部電極３３からは分離した上で、除去しないで残してもよい。この場合には、上部電極３３の形成時のエッチングにより、下部電極３１の接続部３１ａや第１導電部３６が除去されてしまうことがない。
５］図１４に示すように、配線３５が、薄いシード層３５ｂとその上の本層３５ａとを有するものである場合、シード層３５ｂの膜厚にムラがあると、薄いシード層３５ｂが途中で分断されるおそれがある。特に、圧電体３２の側面は、シード層３５ｂが付着しにくい場所であり、シード層３５ｂの膜厚のムラが生じやすい。この観点では、圧電体３２の側面は、緩やかに傾斜した面であることが望ましい。そこで、圧電材料膜６２のエッチングの際に、圧電体３２の側面を傾斜面に形成した後、逆スパッタリングなどの方法を用いて、圧電体３２の側面の傾斜角度をさらに緩くしてもよい。
６］前記実施形態では、図４のように、圧電体３２の端部３２ａの下側において、下部電極３１の、圧電体３２ａと重なる領域から接続部３１ａまで跨って第１導電部３６が設けられている。そのため、圧電材料膜のエッチングの際に、第１導電部３６が多少削られても、下部電極３１と配線３５との導通が維持される。さらに、図１５に示すように、圧電材料膜のエッチングによって、下部電極３１の接続部３１ａを覆っている第１導電部３６が、完全に除去されてしまっても問題ない。あるいは、図１６に示すように、第１導電部３６が下部電極３１の下側に配置されている形態においては、圧電体３２ａからはみ出した領域において、第１導電部３６を覆っている下部電極３１の部分が、完全に除去されても構わない。尚、図１６の形態では、第１導電部３６のみが、圧電体３２の端部３２ｂからはみ出しており、このはみ出した部分が、配線３５との接続部となる。
７］下部電極３１が厚いと、圧電体３２に電圧が印加されたときに、下部電極３１によって圧電体３２の変形が阻害される。そこで、図６（ｃ）、（ｄ）の下部電極３１の形成時（導電膜６０のパターニング時）に、下部電極３１の中央部に、ハーフエッチングによって、周囲よりも厚みが小さい薄肉部分を形成してもよい。
８］前記実施形態では、圧電体３２に対して下側（振動膜３０側）の下部電極３１が、個別電極であり、上側（振動膜３０と反対側）の上部電極３３が共通電極となっている。これに対して、下部電極３１が共通電極、上部電極３３が個別電極であってもよい。
９］インクジェットヘッド４のインク流路の構造は、前記実施形態のものには限られない。例えば、以下のように変更可能である。前記実施形態では、図４に示すように、リザーバ形成部材２３内のリザーバ５２から、複数の連通孔３０ａを介して、複数の圧力室２６にそれぞれ個別にインクが供給される流路構成である。これに対して、流路形成部材２１内に、前記のリザーバ５２に相当する流路が形成されていてもよい。例えば、流路形成部材２１内に、複数の圧力室２６の配列方向に延びるマニホールド流路が形成され、流路形成部材２１内で、１つのマニホールド流路から、複数の圧力室２６に対してインクが個別に分配供給されてもよい。
以上説明した実施形態及びその変更形態は、本発明を、記録用紙にインクを吐出して画像等を印刷するインクジェットヘッドの圧電アクチュエータに適用したものであるが、画像等の印刷以外の様々な用途で使用される液体吐出装置においても本発明は適用されうる。例えば、基板に導電性の液体を吐出して、基板表面に導電パターンを形成する液体吐出装置にも、本発明を適用することは可能である。また、本発明の圧電アクチュエータは、液体に圧力を与える目的で使用されるものにも限られない。例えば、固形の物体を動かすアクチュエータや気体を加圧するアクチュエータなどに、本発明を適用することも可能である。
４ インクジェットヘッド
２１ 流路形成部材
２２ 圧電アクチュエータ
３０ 振動膜
３１ 下部電極
３１ａ 接続部
３２ 圧電体
３３ 上部電極
３５ 配線
３６ 第１導電部
３９ 電気接合部
４０ 駆動接点部
５０ ＣＯＦ
６２ 圧電材料膜
６３ マスク
６４ 導電膜
７０ 第２導電部
２１ 流路形成部材
２２ 圧電アクチュエータ
３０ 振動膜
３１ 下部電極
３１ａ 接続部
３２ 圧電体
３３ 上部電極
３５ 配線
３６ 第１導電部
３９ 電気接合部
４０ 駆動接点部
５０ ＣＯＦ
６２ 圧電材料膜
６３ マスク
６４ 導電膜
７０ 第２導電部
Claims (19)
- 面内方向に沿った第１方向に第１端部及び第２端部を有する基板と、
前記面内方向と直交する第２方向について前記基板と少なくとも部分的に重なる第１電極であって、前記第１方向に第３端部及び第４端部を有する第１電極と、
少なくとも部分的に前記基板及び前記第１電極と前記第２方向について重なる第１導電部であって、前記第１方向に第５端部及び第６端部を有する第１導電部と、
少なくとも部分的に前記基板、前記第１電極及び前記第１導電部と前記第２方向について重なる圧電体であって、前記第１方向に第７端部及び第８端部を有する圧電体と、
少なくとも部分的に前記基板、前記第１電極及び前記圧電体と前記第２方向について重なる第２電極と、
前記第１電極に接続された配線と、を有し、
前記第１電極の少なくとも一部が、前記第２方向について、前記基板と前記圧電体との間に位置し、
前記圧電体の少なくとも一部が、前記第２方向について、前記第１電極と前記第２電極との間に位置し、
前記第１電極の前記第３端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、
前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記第１導電部の前記第６端部との間に位置し、
前記圧電体の前記第７端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置し、
前記圧電体の前記第８端部が、前記第１方向について、前記第１導電部の前記第５端部と前記第１導電部の前記第６端部との間に位置し、
前記圧電体の前記第８端部が、前記第１方向について、前記第１電極の前記第３端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、
前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記圧電体の前記第７端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置し、
前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記第１電極の前記第３端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、
前記第１導電部が、前記第１方向に沿って、前記第１導電部の前記第５端部から前記圧電体の前記第８端部に向かって延びた部分を備えており、
前記第１導電部の前記部分が、前記第２方向について、前記圧電体と前記基板との間に位置していることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 前記第１導電部は、モース硬度において前記第１電極よりも硬い導電性材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記第１導電部は、タンタル、タングステン、又は、イリジウムで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記第１導電部は、前記配線と同じ導電性材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記第１導電部は、前記圧電体に含まれている金属元素を含まない、導電性材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
- 前記第１電極が、前記第２方向について、前記第１導電部と前記基板との間に位置していることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
- 前記第１導電部が、前記第２方向について、前記第１電極と前記基板との間に位置していることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
- 前記配線は、前記第１電極に接続された第９端部、及び、配線部材に電気的に接続された第１０端部を有し、
前記配線は、前記第９端部から前記第１０端部まで前記第１方向に延びており、
前記第１導電部と同じ導電性材料で形成された第２導電部が、前記配線の前記第９端部と前記配線の前記第１０端部との間において前記第１方向に設けられており、
前記第２導電部が、前記第２方向について、前記配線と前記基板との間に位置していることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の圧電アクチュエータ。 - 前記第１電極が、前記第２方向について、前記配線と前記基板との間に位置しており、
前記第１導電部が、前記配線に沿って前記第１方向に延びており、
前記第１導電部は、前記第２導電部と導通していることを特徴とする請求項８に記載の圧電アクチュエータ。 - 前記第２導電部の断面形状は、前記第２方向にテーパー形状であることを特徴とする請求項８又は９に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記第１電極は、前記第１方向について、前記第１電極の前記第３端部と前記第１電極の前記第４端部との間に幅小部を有しており、
前記幅小部が、前記圧電体を挟んで前記第２電極と対向し、
前記第１電極の前記幅小部は、前記面内方向に沿い且つ前記第１方向と直交する第３方向について、前記第１電極の前記第３端部及び前記第１電極の前記第４端部よりも幅が狭く、
前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記第１電極の前記幅小部と前記第１電極の前記第６端部との間に位置していることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の圧電アクチュエータ。 - 前記圧電体の前記第８端部の側面に、切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
- 前記第２電極と同じ材料で形成され、且つ、前記第２電極とは切り離された第３導電部をさらに備えており、
前記第３導電部が、前記第２方向について前記圧電体と重なっており、
前記圧電体の前記第８端部が、前記第２方向について、前記第３導電部と前記第１導電部との間に位置していることを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の圧電アクチュエータ。 - 前記配線と同じ材料で形成され、且つ、前記配線とは分離した補助電極が、前記第２方向に前記第２電極と重なるように設けられており、
前記第２電極が、前記第２方向について、前記補助電極と前記圧電体との間に位置していることを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載の圧電アクチュエータ。 - 面内方向に沿った第１方向に第１端部及び第２端部を有する基板と、
前記面内方向と直交する第２方向について前記基板と少なくとも部分的に重なる第１電極であって、前記第１方向に第３端部及び第４端部を有する第１電極と、
少なくとも部分的に前記基板及び前記第１電極と前記第２方向について重なる第１導電部であって、前記第１方向に第５端部及び第６端部を有する第１導電部と、
少なくとも部分的に前記基板、前記第１電極及び前記第１導電部と前記第２方向について重なる圧電体であって、前記第１方向に第７端部及び第８端部を有する圧電体と、
少なくとも部分的に前記基板、前記第１電極及び前記圧電体と前記第２方向について重なる第２電極と、
前記第１電極に接続された配線と、を有し、
前記第１電極の少なくとも一部が、前記第２方向について、前記基板と前記圧電体との間に位置し、
前記圧電体の少なくとも一部が、前記第２方向について、前記第１電極と前記第２電極との間に位置し、
前記第１電極の前記第３端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、
前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記第１導電部の前記第６端部との間に位置し、
前記圧電体の前記第７端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置し、
前記圧電体の前記第８端部が、前記第１方向について、前記第１電極の前記第３端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、
前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記圧電体の前記第７端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置し、
前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記第１電極の前記第３端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、
前記第１導電部が、前記第１方向に沿って、前記第１導電部の前記第５端部から前記圧電体の前記第８端部に向かって延びた部分を備えており、
前記第１導電部の前記部分が、前記第２方向について、前記圧電体と前記基板との間に位置していることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 前記第１導電部の前記部分が、前記第２方向について、前記第１電極と前記圧電体との間に位置していることを特徴とする請求項１５に記載の圧電アクチュエータ。
- 面内方向に沿った第１方向に第１端部及び第２端部を有する基板と、
前記面内方向と直交する第２方向について前記基板と少なくとも部分的に重なる第１電極であって、前記第１方向に第３端部及び第４端部を有する第１電極と、
少なくとも部分的に前記基板及び前記第１電極と前記第２方向について重なる第１導電部であって、前記第１方向に第５端部及び第６端部を有する第１導電部と、
少なくとも部分的に前記基板、前記第１電極及び前記第１導電部と前記第２方向について重なる圧電体であって、前記第１方向に第７端部及び第８端部を有する圧電体と、
少なくとも部分的に前記基板、前記第１電極及び前記圧電体と前記第２方向について重なる第２電極と、
前記第１電極に接続された配線と、を有し、
前記第１電極の少なくとも一部が、前記第２方向について、前記基板と前記圧電体との間に位置し、
前記圧電体の少なくとも一部が、前記第２方向について、前記第１電極と前記第２電極との間に位置し、
前記圧電体の側面が、前記基板と直交する方向に対して傾斜しており、
前記第１電極の前記第３端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、
前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記第１導電部の前記第６端部との間に位置し、
前記圧電体の前記第７端部が、前記第１方向について、前記基板の前記第１端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置し、
前記圧電体の前記第８端部が、前記第１方向について、前記第１導電部の前記第５端部と前記第１導電部の前記第６端部との間に位置し、
前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記圧電体の前記第７端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置し、
前記第１導電部の前記第５端部が、前記第１方向について、前記第１電極の前記第３端部と前記第１電極の前記第４端部との間に位置し、
前記第１導電部が、前記第１方向に沿って、前記第１導電部の前記第５端部から前記圧電体の前記第８端部に向かって延びた部分を備えており、
前記第１導電部の前記部分が、前記第２方向について、前記圧電体と前記基板との間に位置していることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 前記第１電極の前記第３端部が、前記第１方向について、前記圧電体の前記第７端部と前記圧電体の前記第８端部との間に位置していることを特徴とする請求項１〜１７の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
- 基板と、前記基板に配置された第１電極と、前記第１電極に積層された圧電体と、前記圧電体の、前記第１電極とは反対側の面に重ねられた第２電極と、前記第１電極に接続される配線と、を備えた、圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記基板に前記第１電極を形成する、第１電極形成工程と、
前記第１電極の、前記圧電体が配置される領域から前記配線と接続される接続部まで跨って、前記第１電極に重なる第１導電部を形成する、第１導電部形成工程と、
前記第１電極形成工程、及び、前記第１導電部形成工程の後に、前記第１電極を覆うように圧電材料膜を成膜する、圧電膜成膜工程と、
エッチングによって前記圧電材料膜のパターニングを行って前記圧電体を形成し、且つ、前記圧電材料膜の前記第１電極の前記接続部を覆っている部分を除去する、圧電膜パターニング工程と、
前記圧電膜パターニング工程の後に、前記第１電極の前記接続部に接続される前記配線を形成する配線形成工程と、
を備えており、
前記圧電膜パターニング工程において、前記圧電体の形状に対応したマスクを前記圧電材料膜の上に設置してからエッチングを行い、
前記マスクの、前記圧電材料膜に設置したときに前記第１導電部と重なる部分に、切り欠きが形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
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