JP7087413B2 - 圧電デバイス、液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置 - Google Patents

圧電デバイス、液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置 Download PDF

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Description

本発明は、圧電デバイス、圧電デバイスを有する液体噴射ヘッド、液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置に関する。
従来、圧電素子を変形させて圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせることで、圧力発生室に連通するノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッドが知られている。その代表例としては、液滴としてインク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドがある。
インクジェット式記録ヘッドは、例えば、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の一方面側に振動板を介して圧電素子を備え、この圧電素子の駆動によって振動板を変形させて圧力発生室に圧力変化を生じさせることで、ノズルからインク滴を噴射させる。
ここで、圧電素子は、最上層に酸化ジルコニウムを含む振動板上に設けられた第１電極、圧電体層及び第２電極で構成されている（例えば、特許文献１参照）。また、このような圧電素子は、第１電極と第２電極とで挟まれて実質的な駆動部となる活性部が、振動板の圧力発生室に対向する領域毎に設けられている。そして、圧力発生室に対向する領域の活性部の両側には、振動板または振動板と圧電素子の非活性部とが積層された領域があり、腕部と呼ばれる。さらに、このような圧電素子では、圧電体層の腕部に対応する領域に基板とは反対側に開口する凹部を設けることで、圧電素子の変位特性を向上、すなわち、低い電圧で大きく変位させることができる。
特開２０１０－２２８２６８号公報
しかしながら、圧電体層に凹部を設けることで、振動板が露出、または、外部の雰囲気に近くなるため、高湿度環境下において振動板の酸化ジルコニウムと水分とが反応し、振動板の特性が変化してしまうという問題がある。
また、凹部の内部、特に、凹部の底面を第２電極で覆う構成も開示されているものの、第２電極を水分が透過し、第２電極を透過した水分と振動板の酸化ジルコニウムとが反応して、振動板の特性が変化してしまうという問題がある。
特に、特許文献１のように、第２電極を複数の活性部に亘って共通して設けた構成のインクジェット式記録ヘッドでは、活性部の高密度化に伴い、第２電極の膜厚が薄くなり、第２電極を水分が透過し易くなることから振動板の水分による特性の変化が生じ易い。
なお、このような問題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限定されず、他の圧電デバイスにおいても同様に存在する。
本発明はこのような事情に鑑み、水分によって振動板の特性が変化するのを抑制した圧電デバイス、液体噴射ヘッド、および、液体噴射装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の態様は、複数の第１凹部が形成された基板と、前記基板の一方面側に設けられた振動板と、前記基板の一方面側に前記振動板を介して設けられた第１電極、前記第１電極上に設けられた圧電体層、前記圧電体層上に設けられた第２電極を有する圧電素子と、を具備し、前記圧電素子には、前記圧電体層の前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた活性部が前記第１凹部毎に独立して設けられており、前記第１電極は、前記活性部の各々に独立して設けられた個別電極を構成し、前記第２電極は、複数の前記活性部に共通して設けられた共通電極を構成し、前記圧電体層には、前記活性部の外側に設けられて前記基板とは反対側に開口する第２凹部が設けられており、前記基板と前記圧電素子との積層方向において、前記振動板は、少なくとも前記第２凹部の底面に重なる領域の前記第２電極側の最上層に窒化膜を有することを特徴とする圧電デバイスにある。
かかる態様では、第２凹部を設けることで、圧電素子の変位特性を向上することができると共に、第２凹部によって振動板が外部の雰囲気に近づいても、振動板の第２凹部の底面に重なる領域の最上層に窒化膜を設けることで、雰囲気に含まれる水分などの外部からの水分と振動板が反応するのを抑制することができ、振動板の水分による特性の変化を抑制することができる。
ここで、前記振動板は、前記積層方向において、前記圧電体層が形成される領域に重なる領域のうち、前記第２凹部の底面に重ならない領域であって、少なくとも前記活性部と重なる領域に、酸化ジルコニウムを含む酸化ジルコニウム膜を有し、前記酸化ジルコニウム膜は、前記窒化膜よりも前記圧電体層側に設けられていることが好ましい。これによれば、振動板に酸化ジルコニウム膜を設けることで、振動板の剛性及び靱性を向上することができる。また、酸化ジルコニウム膜を設けることで、少なくとも圧電体層の活性部の結晶面を（１００）面に優先配向させることができ、活性部の変位特性を向上することができる。また、酸化ジルコニウム膜を設けることで、圧電体層に含まれる成分が、酸化ジルコニウム膜よりも下に拡散するのを抑制することができる。
また、前記第２凹部の内面上には、前記第２電極が形成されていることが好ましい。これによれば、第２電極の電気抵抗値を下げて、電圧降下を抑制することができる。また、第２凹部に第２電極を設けることで、第２電極によって第２凹部から振動板側に水分が透過し難くすることができる。
また、前記酸化ジルコニウム膜は、前記活性部と前記第２凹部の底面との間に重なる領域に、前記第２凹部の側面上に形成された前記第２電極と接触することなく延設されていることが好ましい。これによれば、酸化ジルコニウム膜を活性部よりも広い面積で設けることで、酸化ジルコニウム膜を活性部に重なる領域のみに設ける場合に比べて、振動板の剛性及び靱性をさらに向上することができる。また、酸化ジルコニウム膜を前記活性部と前記第２凹部の底面との間に重なる領域に延設することで、延設した領域においても、圧電体層に含まれる成分が酸化ジルコニウム膜よりも下に拡散するのを抑制することができる。さらに、酸化ジルコニウム膜を第２電極と接触させないようにすることで、第２電極を透過した水分が酸化ジルコニウム膜に達し難く、酸化ジルコニウム膜が水分によって加水分解されるのを抑制することができる。
また、前記酸化ジルコニウム膜は、前記積層方向において、前記活性部に重なる領域のみに設けられていることが好ましい。これによれば、酸化ジルコニウム膜が第２凹部の内面に露出することがなく、酸化ジルコニウム膜が外部の雰囲気に含まれる水分と反応して、加水分解されるのを抑制することができる。
また、複数の前記活性部が第１の方向に並設され、前記活性部の前記第１の方向の両側に前記第２凹部が設けられていることが好ましい。これによれば、活性部を第１の方向Ｘに高密度に配設することができると共に、活性部の変位量を向上することができる。
また、前記積層方向において、前記第２凹部と前記第１凹部とは、少なくとも一部が重なる位置に配置されていることが好ましい。これによれば、圧電素子の第１凹部の壁面と活性部との間の腕部の剛性を低下させて、活性部の変位特性を向上することができる。
また、前記第２凹部は、前記圧電体層を前記積層方向に貫通して設けられていることが好ましい。これによれば、第２凹部を、圧電体層を積層方向に貫通して設けることで、腕部の剛性を低下させて活性部の変位特性を向上することができると共に、振動板上に直接第２電極が設けられていても、振動板の最上層に窒化膜を設けることで第２電極を透過した水分が振動板と反応するのを抑制することができる。
また、前記振動板は、前記基板側に酸化膜を有することが好ましい。これによれば、振動板の基板側に酸化膜を設けることで、基板を異方性エッチングして第１凹部を形成する際に、振動板がオーバーエッチングされるのを抑制することができ、振動板の厚さのばらつきを抑制することができ、活性部の変位特性にばらつきが生じるのを抑制することができる。
また、前記酸化膜は、前記第１凹部に連通する開口部を有することが好ましい。これによれば、酸化膜によって活性部の変位が拘束されるのを抑制して、活性部の変位特性を向上することができる。
さらに、本発明の他の態様は、上記記載の圧電デバイスを具備す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、振動板の水分による破壊を抑制して信頼性を向上した液体噴射ヘッドを実現できる。
また、本発明の他の態様は、上記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。
振動板の水分による破壊を抑制して信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。
本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る流路形成基板の平面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態２に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態３に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態４に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態５に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態６に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態７に係る記録ヘッドの要部を拡大した断面図である。 本発明の一実施形態に係る記録装置の概略図である。
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図２は、記録ヘッドの流路形成基板の平面図であり、図３は、図２のＡ－Ａ′線断面図であり、図４は、図３の要部を拡大した図であり、図５は、図２のＢ－Ｂ′線断面図である。
図示するように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド１（以下、単に記録ヘッド１とも言う）を構成する基板である流路形成基板１０は、ステンレス鋼やＮｉなどの金属、ＺｒＯ２あるいはＡｌ２Ｏ３を代表とするセラミック材料、ガラスセラミック材料、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ３のような酸化物などを用いることができる。本実施形態では、流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなる。この流路形成基板１０には、一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁１１によって区画された第１凹部である圧力発生室１２がインクを吐出する複数のノズル２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、流路形成基板１０には、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された列が複数列、本実施形態では、２列設けられている。この圧力発生室１２の列が複数列設された列設方向を、以降、第２の方向Ｙと称する。なお、本実施形態では、流路形成基板１０の第１の方向Ｘに並設された圧力発生室１２の間の部分を隔壁１１と称する。この隔壁１１は、第２の方向Ｙに沿って形成されている。すなわち、隔壁１１は、流路形成基板１０の第２の方向Ｙにおける圧力発生室１２に重なる部分のことをいう。さらに、第１の方向Ｘ及び第２の方向Ｙの両方に直交する方向を第３の方向Ｚと称し、詳しくは後述するケース部材４０側をＺ１側、ノズルプレート２０側をＺ２側と称する。なお、第１の方向Ｘ、第２の方向Ｙ及び第３の方向Ｚは、互いにそれぞれ直交する方向としたが、特にこれに限定されず、直交以外の角度で交差する方向であってもよい。
このような流路形成基板１０の一方面側であるＺ２側には、連通板１５と、ノズルプレート２０とが順次積層されている。
連通板１５には、図３に示すように、圧力発生室１２とノズル２１とを連通するノズル連通路１６が設けられている。連通板１５は、流路形成基板１０よりも大きな面積を有し、ノズルプレート２０は流路形成基板１０よりも小さい面積を有する。このように連通板１５を設けることによってノズルプレート２０のノズル２１と圧力発生室１２とを離せるため、圧力発生室１２の中にあるインクは、ノズル２１付近のインクで生じるインク中の水分の蒸発による増粘の影響を受け難くなる。また、ノズルプレート２０は圧力発生室１２とノズル２１とを連通するノズル連通路１６の開口を覆うだけで良いので、ノズルプレート２０の面積を比較的小さくすることができ、コストの削減を図ることができる。なお、本実施形態では、ノズルプレート２０のノズル２１が開口されて、インク滴が吐出される面を液体噴射面２０ａと称する。
また、連通板１５には、マニホールド１００の一部を構成する第１マニホールド部１７と第２マニホールド部１８とが設けられている。
第１マニホールド部１７は、連通板１５を第３の方向Ｚに貫通して設けられている。
第２マニホールド部１８は、連通板１５を第３の方向Ｚに貫通することなく、連通板１５のノズルプレート２０側に開口して設けられている。
また、連通板１５には、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部に連通する供給連通路１９が、圧力発生室１２の各々に対して独立して設けられている。供給連通路１９は、第２マニホールド部１８と圧力発生室１２とを連通して、マニホールド１００内のインクを圧力発生室１２に供給する。
このような連通板１５としては、ステンレス鋼やニッケル（Ｎｉ）などの金属、またはジルコニウム（Ｚｒ）などのセラミックス等を用いることができる。なお、連通板１５は、流路形成基板１０と線膨張係数が同等の材料が好ましい。すなわち、連通板１５として流路形成基板１０と線膨張係数が大きく異なる材料を用いた場合、加熱や冷却されることで、流路形成基板１０と連通板１５との線膨張係数の違いにより反りが生じてしまう。本実施形態では、連通板１５として流路形成基板１０と同じ材料、すなわち、シリコン単結晶基板を用いることで、熱による反りや熱によるクラック、剥離等の発生を抑制することができる。
ノズルプレート２０には、各圧力発生室１２にノズル連通路１６を介して連通するノズル２１が形成されている。すなわち、ノズル２１は、同じ種類の液体（インク）を噴射するものが第１の方向Ｘに並設され、この第１の方向Ｘに並設されたノズル２１の列が第２の方向Ｙに２列形成されている。
このようなノズルプレート２０としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属、ポリイミド樹脂のような有機物、又はシリコン単結晶基板等を用いることができる。なお、ノズルプレート２０としてシリコン単結晶基板を用いることで、ノズルプレート２０と連通板１５との線膨張係数を同等として、加熱や冷却されることによる反りや熱によるクラック、剥離等の発生を抑制することができる。
一方、流路形成基板１０の他方面側であるＺ１側には、振動板５０が形成されている。振動板５０は、詳しくは後述するが、流路形成基板１０側に設けられた酸化シリコン（ＳｉＯＸ）を含む酸化膜５１と、酸化膜５１上に形成された窒化膜５２と、窒化膜５２上の一部に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯＸ）を含む酸化ジルコニウム膜５３と、を有する。本実施形態では、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含む酸化膜５１と、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を含む酸化ジルコニウム膜５３とを用いた。ここで、酸化膜５１は、酸化シリコンを主成分として含むものであれば、その他の材料を含むものであってもよい。ちなみに、酸化膜５１の主成分が酸化シリコンであるとは、酸化膜５１に含まれる酸化シリコンが５０質量％以上であることを言う。また、酸化ジルコニウム膜５３とは、酸化ジルコニウムを主成分として含むものであれば、その他の材料を含むものであってもよい。なお、酸化ジルコニウム膜５３の主成分が酸化ジルコニウムであるとは、酸化ジルコニウム膜５３に含まれる酸化ジルコニウムが５０質量％以上であることを言う。また、酸化膜５１の材料は、酸化シリコンに限定されず、酸化チタン等であってもよい。また、酸化膜５１の第２電極８０側は窒化膜５２で保護されているため、酸化膜５１の材料として酸化ジルコニウムを用いてもよい。
なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面側（ノズルプレート２０が接合された面側）から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２の他方面は、酸化膜５１によって画成されている。すなわち、酸化膜５１は、流路形成基板１０を異方性エッチングする際のエッチングストップ層として機能する。つまり、酸化シリコンを含む酸化膜５１を設けることで、流路形成基板１０を異方性エッチングする際に振動板５０がオーバーエッチングされるのを抑制することができ、振動板５０の厚さのばらつきを抑制することができる。もちろん、流路形成基板１０の一方面側に酸化シリコン以外の材料の酸化膜５１を設けるようにしてもよい。酸化シリコン以外の材料の酸化膜５１を用いて、酸化膜５１が異方性エッチングのエッチングストップ層として機能しない場合には、流路形成基板１０をドライエッチングすることで圧力発生室１２を形成すればよい。
また、図４及び図５に示すように、流路形成基板１０の振動板５０上には、第１電極６０と圧電体層７０と第２電極８０とで構成される圧電アクチュエーター３００が形成されている。本実施形態では、圧電アクチュエーター３００が圧力発生室１２内のインクに圧力変化を生じさせる圧力発生手段となっている。ここで、圧電アクチュエーター３００は、圧電素子３００とも言い、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分を言う。また、第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加した際に、圧電体層７０に圧電歪みが生じる部分を活性部３１０と称する。すなわち、活性部３１０は、圧電体層７０が第１電極６０と第２電極８０とによって第３の方向Ｚで挟まれた部分を言う。本実施形態では、第１凹部である圧力発生室１２毎に活性部３１０が形成されている。そして、本実施形態では、第１電極６０は、活性部３１０の各々に独立して設けられた個別電極を構成し、第２電極８０は、複数の活性部３１０に共通して設けられた共通電極を構成している。
ここで、本実施形態の圧電アクチュエーター３００を構成する第１電極６０は、圧力発生室１２毎に切り分けてあり、圧電アクチュエーター３００の実質的な駆動部である活性部３１０毎に独立する個別電極を構成する。この第１電極６０は、活性部３１０の並設方向である第１の方向Ｘにおいては、圧力発生室１２の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち、圧力発生室１２の第１の方向Ｘにおいて、第１電極６０の端部は、圧力発生室１２に対向する領域の内側に位置している。そして、詳しくは後述するが、第１の方向Ｘにおいて、第２電極８０は、第１電極６０よりも幅広に設けられているため、本実施形態の活性部３１０の第１の方向Ｘの幅は、第１電極６０によって規定されている。
なお、第１電極６０の材料は、後述する圧電体層７０を成膜する際に酸化せず、導電性を維持できる材料であることが必要であり、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）等の貴金属、またはランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）などに代表される導電性酸化物が好適に用いられる。
また、第１電極６０として、前述の導電材料と、振動板５０との間に、密着力を確保するための密着層を用いてもよい。本実施形態では、特に図示していないが密着層としてチタンを用いている。なお、密着層としては、ジルコニウム、チタン、酸化チタンなどを用いることができる。すなわち、本実施形態では、チタンからなる密着層と、上述した導電材料から選択される少なくとも一種の導電層とで第１電極６０が形成されている。
圧電体層７０は、図４に示すように、第２の方向Ｙが所定の幅となるように、第１の方向Ｘに亘って連続して設けられている。
圧力発生室１２の第２の方向Ｙにおいて、圧電体層７０の供給連通路１９側の端部は、第１電極６０の端部よりも外側に位置している。すなわち、第１電極６０の端部は圧電体層７０によって覆われている。また、第２の方向Ｙにおいて、圧電体層７０のノズル２１側の端部は、第１電極６０の端部よりも内側（圧力発生室１２側）に位置しており、第１電極６０のノズル２１側の端部は、圧電体層７０に覆われていない。
圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ＡＢＯ３で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、鉛を含む鉛系圧電材料や鉛を含まない非鉛系圧電材料などを用いることができる。圧電体層７０は、例えば、ゾル－ゲル法、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法などの液相法や、スパッタリング法、レーザーアブレーション法等などのＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法（気相法）などで形成することができる。
このような圧電体層７０には、図５に示すように、活性部３１０の外側に流路形成基板１０とは反対側に開口する第２凹部７１が形成されている。すなわち、本実施形態の活性部３１０は、第１の方向Ｘにおいて、第１電極６０によって規定されているため、第１の方向Ｘにおいて、第２凹部７１は第１電極６０よりも外側に設けられている。また、活性部３１０は、第１の方向Ｘに並設されているため、第１の方向Ｘで互いに隣り合う活性部３１０の間に第２凹部７１が配置されている。
また、本実施形態では、第２凹部７１は、圧電体層７０を積層方向である第３の方向Ｚに貫通して設けられている。すなわち、第２凹部７１は、振動板５０に達する深さで形成されており、第２凹部７１の底面７１１には圧電体層７０が形成されておらず、第２凹部７１の底面７１１に振動板５０が露出されている。
ここで、第２凹部７１と第１凹部である圧力発生室１２とは、流路形成基板１０と圧電素子３００との積層方向である第３の方向Ｚにおいて、少なくとも一部が互いに重なる位置に配置されている。また、第２凹部７１の第１の方向Ｘにおける幅は、各隔壁１１の第１の方向Ｘの幅と略同一、もしくはそれよりも広くなっていることが好ましい。ここで、第１の方向Ｘにおける第２凹部７１の幅とは、第３の方向Ｚにおいて最も第１凹部である圧力発生室１２側の幅、すなわち、第２凹部７１の底面側の幅のことである。また、第１の方向Ｘにおいて、第１凹部である圧力発生室１２の幅とは、第３の方向Ｚにおいて最も第２凹部７１側、すなわち、底面側の幅のことである。
ちなみに、第１凹部である圧力発生室１２と第２凹部７１とが第３の方向Ｚで少なくとも一部が重なる位置に配置されているとは、圧力発生室１２及び第２凹部７１の幅を規定する底面７１１側が互いに重なっていないものも含む。つまり、例えば、圧力発生室１２の側面や第２凹部７１の側面７１２が傾斜して設けられていれば、これらの底面側同士が重なっていなくても、これらの開口側の一部が重なるように配置することも可能である。
このように、圧電体層７０に第２凹部７１を設けることで、振動板５０及び圧電素子３００の圧力発生室１２の壁面と活性部３１０との間の腕部の剛性を低下させることができ、圧電素子３００を良好に変位させることができる。
なお、第２凹部７１の第１の方向Ｘにおける幅は、各隔壁１１の第１の方向Ｘの幅と略同一、もしくはそれよりも広くすること、すなわち、圧力発生室１２と第２凹部７１の第１の方向Ｘの幅を規定する底面側において、第３の方向Ｚで少なくとも一部が重なる位置に配置することで、腕部を構成する膜の第３の方向Ｚの厚さを薄くすることができ、圧電素子３００の変位特性を向上、すなわち、低い電圧で高い変位を得ることができる。
また、第２凹部７１は、本実施形態では、圧電体層７０を第３の方向Ｚに貫通して設けられているため、第２凹部７１の底面７１１は、振動板５０の表面によって形成されている。
第２電極８０は、圧電体層７０の第１電極６０とは反対面側に設けられており、複数の活性部３１０に共通する共通電極を構成する。また、第２電極８０は、第２凹部７１の内面、すなわち、第２凹部７１の流路形成基板１０側の底面７１１と、圧電体層７０側の側面７１２とに亘って連続して設けられている。なお、第２電極８０は、第２凹部７１の内面に設けられていなくてもよい。
このような第２電極８０は、圧電体層７０の界面を良好に形成できること、導電性及び圧電特性を発揮できる材料が望ましく、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）等の貴金属材料、及びランタンニッケル酸化物（ＬＮＯ）に代表される導電性酸化物が好適に用いられる。また、第２電極８０は、複数材料の積層であってもよい。本実施形態では、イリジウムとチタンとの積層電極（イリジウムが圧電体層７０と接する）を用いている。そして、第２電極８０は、スパッタリング法、レーザーアブレーション法などのＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法（気相法）、ゾル－ゲル法、ＭＯＤ（Metal-Organic Decomposition）法、メッキ法などの液相法により形成することができる。また、第２電極８０の形成後に、加熱処理を行うことにより、圧電体層７０の特性改善を行うことができる。
ここで、振動板５０は、上述したように、酸化膜５１と窒化膜５２と酸化ジルコニウム膜５３とを具備する。
酸化膜５１は、流路形成基板１０のＺ１側の全面に亘って設けられている。
窒化膜５２は、流路形成基板１０と圧電素子３００との積層方向である第３の方向Ｚにおいて、少なくとも第２凹部７１の底面７１１に重なる領域の第２電極８０側の最上層に設けられている。すなわち、窒化膜５２は、第３の方向Ｚにおいて少なくとも第２凹部７１の底面７１１に第３の方向Ｚで重なる領域に形成されているものであり、少なくとも第２凹部７１の底面７１１に重なる領域に設けられた窒化膜５２が、振動板５０の第２電極８０側の最上層となっている。つまり、窒化膜５２の少なくとも第２凹部７１の底面７１１に重なる領域では、窒化膜５２よりも上層である第２電極８０側に振動板５０の他の層、例えば、酸化ジルコニウム膜５３が形成されていなければよい。本実施形態では、窒化膜５２は、酸化膜５１の圧電素子３００側であるＺ１側の全面に亘って設けるようにした。
このように窒化膜５２を設けることで、第２凹部７１の底面７１１は、窒化膜５２の表面によって形成されている。
窒化膜５２の材料としては、例えば、４族から６族の金属を用いた窒化物および１０族から１３族の金属、半金属を用いた窒化物から選択される少なくとも１つを用いることができる。すなわち、窒化膜５２としては、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化タングステン（ＷＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化炭素（ＣＮ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）から選択される少なくとも１つを用いることができる。また、窒化膜５２としては、上述した材料を組み合わせた窒化物、例えば、ＴａＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＴｉＣＮなどを用いることができる。特に、窒化膜５２としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いるのが好ましい。窒化シリコンからなる窒化膜５２を用いることで、緻密で密着性の高い膜を作り易い。
酸化ジルコニウム膜５３は、窒化膜５２よりも圧電体層７０側、本実施形態では、窒化膜５２上であるＺ１側の面に設けられている。また、酸化ジルコニウム膜５３は、積層方向である第３の方向Ｚにおいて圧電体層７０が形成される領域に重なる領域のうち、第２凹部７１の底面７１１に重ならない領域であって、少なくとも活性部３１０と重なる領域に設けられている。本実施形態では、酸化ジルコニウム膜５３は、積層方向である第３の方向Ｚにおいて、活性部３１０に重なる領域のみに設けられている。すなわち、酸化ジルコニウム膜５３は、第１電極６０と窒化膜５２との間のみに設けられている。このため、酸化ジルコニウム膜５３と、圧電体層７０の第２凹部７１の側面７１２上に設けられた第２電極８０とは、接触することなく設けられている。つまり、酸化ジルコニウム膜５３と側面７１２上に設けられた第２電極８０との間には圧電体層７０の非活性部が存在する。
このように、第２凹部７１によって振動板５０の底面７１１が外部の雰囲気に近い位置に配置されても、第３の方向Ｚにおいて第２凹部７１の少なくとも底面７１１に重なる領域の振動板５０の最上層に窒化膜５２を設けることで、高湿度環境下などにおいて第２電極８０を透過した水分が振動板５０と反応するのを抑制することができ、水分による振動板５０の破断や剥離を抑制することができる。すなわち、窒化膜５２は、水分と反応して加水分解しないため、第２凹部７１に対応する領域で第２電極８０を透過した水分が窒化膜５２に達しても、窒化膜５２が水分と反応することなく、振動板５０の特性の変化が生じ難い。ちなみに、第２凹部７１の底面７１１に重なる領域の振動板５０の最上層に酸化ジルコニウム膜を設けると、高湿度環境下などにおいて振動板５０が破断する。これは第２電極８０を透過した水分が、酸化ジルコニウムと反応することで酸化ジルコニウムの特性が変化、すなわち、加水分解し、振動板５０と第２電極８０とが剥離することで活性部３１０を固定する腕部が振動板５０だけで構成されることになり、活性部３１０の変位による引っ張り応力が振動板５０に印加されることが要因である。また、酸化ジルコニウムと水分とが反応して加水分解することで、酸化ジルコニウムの靱性が低下することが要因である。したがって、本実施形態では、窒化膜５２を設けることで、振動板５０の破断の要因となる水分との反応を抑制することができ、高湿度環境下等において振動板５０の破断を抑制することができる。なお、本実施形態では、振動板５０の第２凹部７１の底面に重なる領域の最上層に窒化膜５２を設けることで、第２電極８０を透過した水分が窒化膜５２よりも下層に浸透し難い。したがって、窒化膜５２の下層である酸化膜５１の材料として、酸化ジルコニウムを用いても、酸化膜５１が水分と反応するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、酸化膜５１は、酸化シリコンを含むため、酸化シリコンを含む酸化膜５１と窒化膜５２との密着性は、酸化シリコンを含む酸化膜５１と酸化ジルコニウム膜５３との密着性よりも高い。したがって、酸化膜５１上に酸化ジルコニウム膜５３を直接積層する場合に比べて、酸化膜５１上に窒化膜５２を積層することで、酸化膜５１とその上の膜である窒化膜５２との密着性を向上して、積層構造を有する振動板５０の層間剥離を抑制することができる。
また、第２凹部７１の底面７１１において、第２電極８０は振動板５０の窒化膜５２上に形成される。そして、窒化膜５２と第２電極８０との密着性は、酸化ジルコニウム膜５３と第２電極８０との密着性よりも高い。したがって、第２凹部７１の底面７１１を酸化ジルコニウム膜５３で形成して、第２電極８０を酸化ジルコニウム膜５３上に形成する場合に比べて、窒化膜５２上に第２電極８０を形成する方が、振動板５０と第２電極８０との密着性を向上することができ、振動板５０と第２電極８０との剥離や、振動板５０と第２電極８０との剥離によって腕部が振動板５０のみで構成されることによる振動板５０の破断を抑制することができる。
また、本実施形態では、第３の方向Ｚにおいて活性部３１０に重なる領域に酸化ジルコニウム膜５３を設けることで、振動板５０の剛性や靭性を確保することができる。また、酸化ジルコニウム膜５３を活性部３１０に重なる領域のみに設けることで、酸化ジルコニウム膜５３を外部の雰囲気に近づけることなく、第２電極８０を透過した水分が酸化ジルコニウム膜５３に達するのを抑制することができる。したがって、酸化ジルコニウム膜５３が水分と反応するのを抑制して、酸化ジルコニウム膜５３の水分による特性の変化を抑制することができる。
また、第１電極６０の下に酸化ジルコニウム膜５３を設けることで、第１電極６０上にエピタキシャル成長により圧電体層７０の結晶面を（１００）面に優先配向させることができる。このように圧電体層７０の活性部３１０の結晶面を（１００）面に優先配向させることで、活性部３１０の変位特性を向上することができる。なお、圧電体層７０は、（１００）面に優先配向したものに限定されず、必要に応じて設けられる配向制御層によっては（１１０）面や（１１１）面に優先配向したものであってもよい。
また、第１電極６０の下に酸化ジルコニウム膜５３を設けることで、圧電体層７０に含まれる鉛（Ｐｂ）やビスマス（Ｂｉ）などの成分が、酸化ジルコニウム膜５３よりも下、つまり酸化膜５１や流路形成基板１０側に拡散するのを抑制することができる。すなわち、酸化ジルコニウム膜５３を設けることで、圧電体層７０に含まれる成分が酸化膜５１や流路形成基板１０に拡散するのを抑制して、酸化膜５１や流路形成基板１０などに圧電体層７０の成分が拡散することによる剛性の低下などの不具合を抑制することができる。
なお、本実施形態では、第１凹部である圧力発生室１２が形成された基板である流路形成基板１０と、振動板５０と、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を具備し、第２凹部７１が形成された圧電素子３００と、を合わせて圧電デバイスと称する。
また、図２に示すように、圧電アクチュエーター３００の第１電極６０からは、引き出し配線である個別配線９１が引き出されている。また、第２電極８０からは、引き出し配線である共通配線９２が引き出されている。さらに、個別配線９１及び共通配線９２の圧電アクチュエーター３００に接続された端部とは反対側の延設された端部には、フレキシブルケーブル１２０が接続されている。フレキシブルケーブル１２０は、可撓性を有する配線基板であって、本実施形態では、駆動素子である駆動回路１２１が実装されている。
このような流路形成基板１０のＺ１側の面側には、流路形成基板１０と略同じ大きさを有する保護基板３０が接合されている。保護基板３０は、圧電アクチュエーター３００を保護するための空間である保持部３１を有する。保持部３１は、第１の方向Ｘに並設された圧電アクチュエーター３００の列の間に第２の方向Ｙに２つ並んで形成されている。また、保護基板３０には、第２の方向Ｙで並設された２つの保持部３１の間に第３の方向Ｚに貫通する貫通孔３２が設けられている。圧電アクチュエーター３００の電極から引き出された個別配線９１及び共通配線９２の端部は、この貫通孔３２内に露出するように延設され、個別配線９１及び共通配線９２とフレキシブルケーブル１２０とは、貫通孔３２内で電気的に接続されている。なお、個別配線９１及び共通配線９２と、フレキシブルケーブル１２０との接続方法は、特に限定されず、例えば、ハンダ付けやろう付けなどのろう接や、共晶接合、溶接、導電性粒子を含む導電性接着剤（ＡＣＰ、ＡＣＦ）、非導電性接着剤（ＮＣＰ、ＮＣＦ）等が挙げられる。
また、図３に示すように、保護基板３０上には、複数の圧力発生室１２に連通するマニホールド１００を流路形成基板１０と共に画成するケース部材４０が固定されている。ケース部材４０は、平面視において上述した連通板１５と略同一形状を有し、保護基板３０に接合されると共に、上述した連通板１５にも接合されている。
このようなケース部材４０は、保護基板３０側に流路形成基板１０及び保護基板３０が収容される深さの凹部４１を有する。この凹部４１は、保護基板３０の流路形成基板１０に接合された面よりも広い開口面積を有する。そして、凹部４１に流路形成基板１０等が収容された状態で凹部４１のノズルプレート２０側の開口面が連通板１５によって封止されている。これにより、流路形成基板１０の外周部には、ケース部材４０と流路形成基板１０とによって第３マニホールド部４２が画成されている。そして、連通板１５に設けられた第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８と、ケース部材４０と流路形成基板１０とによって画成された第３マニホールド部４２と、によって本実施形態のマニホールド１００が構成されている。マニホールド１００は、圧力発生室１２の並設方向である第１の方向Ｘに亘って連続して設けられており、各圧力発生室１２とマニホールド１００とを連通する供給連通路１９は、第１の方向Ｘに並設されている。
また、連通板１５の第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８が開口するＺ２側の面には、コンプライアンス基板４５が設けられている。このコンプライアンス基板４５が、第１マニホールド部１７と第２マニホールド部１８の液体噴射面２０ａ側の開口を封止している。このようなコンプライアンス基板４５は、本実施形態では、可撓性を有する薄膜からなる封止膜４６と、金属等の硬質の材料からなる固定基板４７と、を具備する。固定基板４７のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された固定基板用開口部４８となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４６のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部４９となっている。
なお、ケース部材４０には、マニホールド１００に連通して各マニホールド１００にインクを供給するための導入路４４が設けられている。また、ケース部材４０には、保護基板３０の貫通孔３２に連通してフレキシブルケーブル１２０が挿通される接続口４３が設けられている。
このような記録ヘッド１では、インクを噴射する際に、インクを導入路４４から取り込み、マニホールド１００からノズル２１に至るまで流路内部をインクで満たす。その後、駆動回路１２１からの信号に従い、圧力発生室１２に対応する各活性部３１０に電圧を印加することにより、活性部３１０と共に振動板５０をたわみ変形させる。これにより、圧力発生室１２内の圧力が高まり所定のノズル２１からインク滴が噴射される。
以上説明したように、本実施形態では、複数の第１凹部である圧力発生室１２が形成された基板である流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方面側に設けられた振動板５０と、流路形成基板１０の一方面側に振動板５０を介して設けられた第１電極６０、第１電極６０上に設けられた圧電体層７０、圧電体層７０上に設けられた第２電極８０を有する圧電素子３００と、を具備し、圧電素子３００には、圧電体層７０の第１電極６０と第２電極８０とで挟まれた活性部３１０が圧力発生室１２毎に独立して設けられており、第１電極６０は、活性部３１０の各々に独立して設けられた個別電極を構成し、第２電極８０は、複数の活性部３１０に共通して設けられた共通電極を構成し、圧電体層７０には、活性部３１０の外側に設けられて流路形成基板１０とは反対側に開口する第２凹部７１が設けられており、流路形成基板１０と圧電素子３００との積層方向である第３の方向Ｚにおいて、振動板５０は、少なくとも第２凹部７１の底面７１１に重なる領域の第２電極８０側の最上層に窒化膜５２を有する。
このように、第２凹部７１を設けることで圧電素子３００の変位特性を向上することができると共に、第２凹部７１を設けることで第２凹部７１に対応する振動板５０の最上層が外部の雰囲気に近づいても、振動板５０の第２凹部７１に対応する最上層に窒化膜５２を設けることで、水分によって振動板５０の特性が変化するのを抑制することができ、振動板５０が破壊されるのを抑制することができる。
また、振動板５０は、積層方向である第３の方向Ｚにおいて、圧電体層７０が形成される領域に重なる領域のうち、第２凹部７１の底面７１１に重ならない領域であって、少なくとも活性部３１０と重なる領域に、酸化ジルコニウムを含む酸化ジルコニウム膜５３を有し、酸化ジルコニウム膜５３は、窒化膜５２よりも圧電体層７０側に設けられていることが好ましい。これによれば、振動板５０に酸化ジルコニウム膜５３を設けることで、振動板５０の剛性や靭性を確保することができる。また、振動板５０の窒化膜５２よりも活性部３１０側に酸化ジルコニウム膜５３を設けることで、第１電極６０上にエピタキシャル成長により圧電体層７０の結晶面を（１００）面に優先配向させることができ、活性部３１０の変位特性を向上することができる。また、振動板５０の活性部３１０に重なる領域に酸化ジルコニウム膜５３を設けることで、圧電体層７０に含まれる鉛（Ｐｂ）やビスマス（Ｂｉ）などの成分が、酸化ジルコニウム膜５３よりも下に拡散するのを抑制することができる。
また、酸化ジルコニウム膜５３は、積層方向である第３の方向Ｚにおいて、活性部３１０に重なる領域のみに設けられていることが好ましい。これによれば、酸化ジルコニウム膜５３を外部の雰囲気に近づけることなく、第２電極８０を透過した水分が酸化ジルコニウム膜５３に達するのを抑制して、酸化ジルコニウム膜５３が水分と反応するのを抑制して、酸化ジルコニウム膜５３の水分による特性の変化を抑制することができる。
また、本実施形態では、複数の活性部３１０が第１の方向Ｘに並設され、活性部３１０の第１の方向Ｘの両側に第２凹部７１が設けられていることが好ましい。これによれば、活性部３１０を第１の方向Ｘに高密度に配設することができると共に、活性部３１０の第１の方向Ｘの断面における第３の方向Ｚへの変位量を向上することができる。
また、積層方向である第３の方向Ｚにおいて、第２凹部７１と第１凹部である圧力発生室１２とは、少なくとも一部が重なる位置に配置されていることが好ましい。これによれば、第２凹部７１によって流路形成基板１０の壁面と活性部３１０との間の腕部の剛性を低下させることができ、活性部３１０の変位特性を向上することができる。
もちろん、第３の方向Ｚにおいて、第１凹部である圧力発生室１２と第２凹部７１とは、少なくとも一部が互いに重なる位置に配置されていなくてもよい。
また、第２凹部７１は、圧電体層７０を積層方向である第３の方向Ｚに貫通して設けられていることが好ましい。これによれば、第２凹部７１は、圧電体層７０を第３の方向Ｚに貫通することで、腕部の剛性を低下させて活性部３１０の変位特性を向上することができる。また、第２電極８０を第２凹部７１の内面に亘って設けることで、第２凹部７１の底面において窒化膜５２と第２電極８０との密着性を向上して、振動板５０と第２電極８０との剥離を抑制することができる。
もちろん、第２凹部７１は、圧電体層７０を第３の方向Ｚに貫通することなく設けられていてもよい。また、第２電極８０は、第２凹部７１の内面に設けられていなくてもよい。
また、振動板５０は、基板である流路形成基板１０側に酸化膜５１を有することが好ましい。また、酸化膜５１は、酸化シリコンを含むことが好適である。このように酸化シリコンを含む酸化膜５１を設けることで、流路形成基板１０を異方性エッチングして第１凹部である圧力発生室１２を形成する際に、振動板５０がオーバーエッチングされるのを抑制することができ、振動板５０を厚さのばらつきを抑制することができ、活性部３１０の変位特性にばらつきが生じるのを抑制することができる。
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの要部断面図であって、図２のＢ－Ｂ′線に準じた断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図６に示すように、本実施形態の振動板５０は、酸化シリコンを含む酸化膜５１と窒化膜５２と酸化ジルコニウムを含む酸化ジルコニウム膜５３Ａとを有する。
本実施形態の酸化ジルコニウム膜５３Ａは、窒化膜５２よりも圧電体層７０側に設けられている。また、酸化ジルコニウム膜５３Ａは、積層方向である第３の方向Ｚにおいて、圧電体層７０が形成される領域に重なる領域のうち、第２凹部７１の底面７１１に重ならない領域に亘って設けられている。すなわち、酸化ジルコニウム膜５３Ａは、第３の方向Ｚで活性部３１０に重なる領域と、活性部３１０と第２凹部７１の底面７１１との間に重なる領域との全面に亘って設けられている。
そして、酸化ジルコニウム膜５３Ａは、第２凹部７１の側面７１２の一部を形成するように露出して設けられており、第２凹部７１の側面７１２に露出する酸化ジルコニウム膜５３の端面上に第２電極８０が形成されている。すなわち、酸化ジルコニウム膜５３Ａは、第２凹部７１の側面７１２上に形成された第２電極８０と接触して設けられている。
以上説明したように、本実施形態では、振動板５０は、積層方向である第３の方向Ｚにおいて、圧電体層７０が形成される領域に重なる領域のうち、第２凹部７１の底面７１１に重ならない領域であって、少なくとも活性部３１０と重なる領域に、酸化ジルコニウムを含む酸化ジルコニウム膜５３Ａを有し、酸化ジルコニウム膜５３Ａは、窒化膜５２よりも圧電体層７０側に設けられている。そして、本実施形態では、酸化ジルコニウム膜５３Ａを圧電体層７０の下に、第２凹部７１の底面７１１に重なる領域以外の領域に亘って設けることで、酸化ジルコニウム膜を活性部３１０に重なる領域のみに設けた場合に比べて、振動板５０の剛性や靭性をさらに向上することができる。また、酸化ジルコニウム膜５３Ａによって、圧電体層７０に含まれる鉛（Ｐｂ）やビスマス（Ｂｉ）などの成分が、酸化膜５１や流路形成基板１０に拡散するのをさらに抑制することができる。
なお、本実施形態では、酸化ジルコニウム膜５３Ａが第２電極８０と接触して設けられているため、第２電極８０を透過した水分が酸化ジルコニウム膜５３Ａと反応し、酸化ジルコニウム膜５３Ａが加水分解することで特性が変化する虞がある。しかしながら、酸化ジルコニウム膜５３Ａは、圧力発生室１２の壁面と活性部３１０との間の腕部のうち、第２凹部７１以外の部分に設けられているに過ぎない。そして、活性部３１０を駆動することによって腕部のうち第２凹部７１が形成されることで剛性が低下した第２凹部７１に重なる部分が主に変形するため、たとえ酸化ジルコニウム膜５３Ａが水分によって加水分解しても、振動板５０の第２凹部７１に重なる領域で水分による層間剥離が発生していなければ、腕部の主に変形する第２凹部７１に重なる部分は、酸化膜５１と窒化膜５２と第２電極８０とで支えられるため、振動板５０に破断が発生するのを抑制することができる。
（実施形態３）
図７は、本発明の実施形態３に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの要部断面図であって、図２のＢ－Ｂ′線に準じた断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図７に示すように、本実施形態の振動板５０は、酸化シリコンを含む酸化膜５１と窒化膜５２と酸化ジルコニウムを含む酸化ジルコニウム膜５３Ｂとを有する。
本実施形態の酸化ジルコニウム膜５３Ｂは、窒化膜５２よりも圧電体層７０側に設けられている。また、酸化ジルコニウム膜５３Ｂは、積層方向である第３の方向Ｚにおいて、圧電体層７０が形成される領域に重なる領域のうち、第２凹部７１の底面７１１に重ならない領域であって、活性部３１０と重なる領域に設けられている。
また、酸化ジルコニウム膜５３Ｂは、活性部３１０と第２凹部７１の底面７１１との間に重なる領域に、第２凹部７１の側面７１２上に形成された第２電極８０と接触することなく延設されている。すなわち、第２凹部７１の側面７１２上の第２電極８０と酸化ジルコニウム膜５３Ｂとの間には、圧電体層７０が介在している。
以上説明したように、本実施形態では、振動板５０は、積層方向である第３の方向Ｚにおいて、圧電体層７０が形成される領域に重なる領域のうち、第２凹部７１の底面７１１に重ならない領域であって、少なくとも活性部３１０と重なる領域に、酸化ジルコニウムを含む酸化ジルコニウム膜５３Ｂを有し、酸化ジルコニウム膜５３Ｂは、窒化膜５２よりも圧電体層７０側に設けられている。そして、本実施形態では、第２凹部７１の内面上には、第２電極８０が形成されている。また、本実施形態では、酸化ジルコニウム膜５３Ｂは、活性部３１０と第２凹部７１の底面７１１との間に重なる領域に、第２凹部７１の側面７１２上に形成された第２電極８０と接触することなく延設されている。
このように、振動板５０に酸化ジルコニウム膜５３Ｂを設けることで、酸化ジルコニウム膜を活性部３１０に重なる領域のみに設けた場合に比べて、振動板５０の剛性や靭性をさらに向上することができる。また、酸化ジルコニウム膜５３Ｂによって、活性部３１０に重なる領域だけではなく、活性部３１０と第２凹部７１の底面７１１との間に重なる領域においても、圧電体層７０に含まれる鉛（Ｐｂ）やビスマス（Ｂｉ）などの成分が、酸化膜５１や流路形成基板１０に拡散するのをさらに抑制することができる。
また、本実施形態では、第２電極８０を第２凹部７１の内面に設けたため、第２凹部７１によって振動板５０が外部の雰囲気と近づいても、第２電極８０によって振動板５０まで水分が透過するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、酸化ジルコニウム膜５３Ｂは、活性部３１０と第２凹部７１の底面７１１との間に重なる領域に、第２凹部７１の側面７１２上に形成された第２電極８０と接触することなく延設されているため、第２凹部７１の側面７１２上に形成された第２電極８０を水分が透過しても、透過した水分が酸化ジルコニウム膜５３Ｂに達し難く、酸化ジルコニウム膜５３Ｂが水分と反応するのを抑制して、酸化ジルコニウム膜５３Ｂの水分による加水分解を抑制することができる。したがって、振動板５０と第２電極８０との剥離、振動板５０と圧電体層７０との剥離、振動板５０と第１電極６０との剥離などによって活性部３１０を支える腕部が振動板５０だけで構成されることによる破断を抑制することができる。
（実施形態４）
図８は、本発明の実施形態４に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの要部断面図であって、図２のＢ－Ｂ′線に準じた断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図８に示すように、本実施形態の振動板５０は、酸化膜５１と窒化膜５２と酸化ジルコニウム膜５３とを具備する。
酸化膜５１は、隔壁１１と窒化膜５２との間のみに設けられており、圧力発生室１２に対向する領域には設けられていない。つまり、酸化膜５１には、圧力発生室１２の第３の方向ＺのＺ１側の開口を含み、この開口よりも大きな開口面積を有する開口部５１１が設けられている。このため、振動板５０の圧力発生室１２に対向する領域は、窒化膜５２及び酸化ジルコニウム膜５３のみが設けられており、窒化膜５２と酸化ジルコニウム膜５３とが実質的に振動板５０として機能する。
このような酸化膜５１は、流路形成基板１０のＺ１側の一方面の全面に亘って形成した後、流路形成基板１０を異方性エッチングすることで圧力発生室１２を形成する。その後、圧力発生室１２内に露出する酸化膜５１をフッ酸等によってエッチングすることで開口部５１１を形成することができる。なお、酸化膜５１の形成方法としては、例えば、酸化シリコンからなる流路形成基板１０の一方面側を熱酸化する方法、ＣＶＤ法またはスパッタリング法等により成膜などが挙げられる。
このように、酸化シリコンを含む酸化膜５１を流路形成基板１０のＺ１側の全面に形成することで、流路形成基板１０を異方性エッチングして圧力発生室１２を形成する際に酸化膜５１をエッチングストップ層として用いることができ、振動板５０のオーバーエッチングによる厚さのばらつきを抑制することができる。また、圧力発生室１２を形成した後、酸化膜５１をフッ酸等でエッチングして開口部５１１を形成することで、振動板５０の圧力発生室１２に対向する領域を窒化膜５２及び酸化ジルコニウム膜５３のみで構成することができる。したがって、振動板５０の圧力発生室１２に対向する可撓部の剛性が酸化膜５１によって著しく高くなるのを抑制して、活性部３１０の変位特性を向上することができる。
なお、本実施形態では、酸化シリコンを含む酸化膜５１をフッ酸等によってエッチングすることで、開口部５１１を形成するようにしたが、特にこれに限定されず、流路形成基板１０及び酸化膜５１をドライエッチングすることによって圧力発生室１２及び開口部５１１を形成するようにしてもよい。
以上説明したように、本実施形態では、振動板５０は、基板である流路形成基板１０側に酸化膜５１を有する。そして、本実施形態の酸化膜５１は、第１凹部である圧力発生室１２に連通する開口部５１１を有する。このように酸化膜５１を設けることで、流路形成基板１０を異方性エッチングして第１凹部である圧力発生室１２を形成する際に、振動板５０がオーバーエッチングされるのを抑制することができ、振動板５０を厚さのばらつきを抑制することができ、活性部３１０の変位特性にばらつきが生じるのを抑制することができる。
また、酸化膜５１に圧力発生室１２に連通する開口部５１１を設けることで、活性部３１０が酸化膜５１によって拘束されるのを抑制して、活性部３１０の変位特性を向上することができる。
なお、本実施形態では、上述した実施形態１と同様の酸化ジルコニウム膜５３を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、上述した実施形態２の酸化ジルコニウム膜５３Ａ又は実施形態３の酸化ジルコニウム膜５３Ｂを設けるようにしてもよい。
（実施形態５）
図９は、本発明の実施形態５に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの要部断面図であって、図２のＢ－Ｂ′線に準じた断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図９に示すように、本実施形態の振動板５０は、窒化膜５２と酸化ジルコニウム膜５３とを有する。すなわち、本実施形態の振動板５０には、酸化膜５１が設けられていない。
このように流路形成基板１０側の最下層に窒化膜５２が設けられた振動板５０は、流路形成基板１０を異方性エッチングした際に同時にエッチングされてしまう虞があるため、流路形成基板１０に圧力発生室１２をドライエッチングにより形成すればよい。
このような構成であっても、上述した実施形態１と同様に、窒化膜５２を設けることで、振動板５０の水分による特性の変化を抑制して、振動板５０と第２電極８０等との剥離を抑制して、振動板５０の破断を抑制することができる。
なお、本実施形態では、上述した実施形態１と同様の酸化ジルコニウム膜５３を設けるようにしたが、特にこれに限定されず、上述した実施形態２の酸化ジルコニウム膜５３Ａまたは実施形態３の酸化ジルコニウム膜５３Ｂを設けるようにしてもよい。
（実施形態６）
図１０は、本発明の実施形態６に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの要部断面図であって、図２のＢ－Ｂ′線に準じた断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図１０に示すように、本実施形態では、第２凹部７１は、圧電体層７０を積層方向である第３の方向Ｚに貫通することなく、底面７１１側に圧電体層７０を残した状態で形成されている。そして、振動板５０は、上述した実施形態１と同様に酸化膜５１と窒化膜５２と酸化ジルコニウム膜５３とを有する。
このような構成としても、上述した実施形態１と同様に、第２凹部７１を設けることで圧電素子３００の変位特性を向上することができると共に、第２凹部７１を設けることで振動板５０の第２凹部７１の底面７１１が外部の雰囲気に近づいても、振動板５０の底面７１１に重なる領域の最上層には窒化膜５２が形成されているため、振動板５０が水分と反応するのを抑制することができる。したがって、振動板５０が破壊されるのを抑制することができる。つまり、第２凹部７１の底面７１１には、圧電体層７０が設けられているものの、圧電体層７０の第３の方向Ｚの厚みは、活性部３１０に比べて薄く、第２電極８０を浸透した水分が、厚さの薄い圧電体層７０を浸透して振動板５０まで達してしまう場合がある。このように外部の雰囲気に含まれる水分が第２凹部７１の底面７１１で第２電極８０及び圧電体層７０を浸透したとしても、振動板５０の底面７１１に重なる部分は窒化膜５２で形成されているため、振動板５０が水分によって反応するのを抑制することができる。
なお、本実施形態では、上述した実施形態１の振動板５０を設けた構成を例示したが、特にこれに限定されず、上述した実施形態２～５の振動板５０を設けるようにしてもよい。
（実施形態７）
図１１は、本発明の実施形態７に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの要部断面図であって、図２のＢ－Ｂ′線に準じた断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図１１に示すように、本実施形態の第２電極８０は、第２凹部７１の内面、すなわち、底面７１１及び側面７１２上に形成されていない。そして、振動板５０は、上述した実施形態１と同様に酸化膜５１と窒化膜５２と酸化ジルコニウム膜５３とを具備する。すなわち、窒化膜５２は、第２凹部７１の底面７１１において第２電極８０に覆われることなく外部に露出されている。
このような構成としても、上述した実施形態１と同様に、第２凹部７１を設けることで圧電素子３００の変位特性を向上することができると共に、第２凹部７１を設けることで振動板５０の第２凹部７１の底面７１１が外部の雰囲気に近づいても、振動板５０の底面７１１に重なる領域の最上層には窒化膜５２が形成されているため、振動板５０が水分と反応するのを抑制することができる。したがって、振動板５０が破壊されるのを抑制することができる。
なお、本実施形態では、上述した実施形態１の振動板５０を設けた構成を例示したが、特にこれに限定されず、本実施形態の圧電体層７０は、上述した実施形態２～５の振動板５０を設けるようにしてもよい。
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、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、上述した各実施形態では、振動板５０に酸化ジルコニウム膜５３～５３Ｂを設けるようにしたが、振動板５０には、酸化ジルコニウム膜５３Ｂを設けないようにしてもよい。
また、上述した各実施形態では、窒化膜５２を流路形成基板１０のＺ１側の全面に亘って連続して設けるようにしたが、特にこれに限定されず、窒化膜５２は、少なくとも第２凹部７１の底面７１１に重なる領域の第２電極８０側の最上層に設けられていれば、振動板５０の最も外部の雰囲気に近い部分を水分から保護することができるため、窒化膜５２よりも流路形成基板１０側の下層に水分に弱い材料を用いることも可能である。
また、例えば、上述した各実施形態では、流路形成基板１０のＺ２側に連通板１５及びノズルプレート２０を有するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、連通板１５を設けずに、流路形成基板１０のＺ２側の面にノズルプレート２０が直接、接着されるものであってもよい。
また、上述した実施形態１では、流路形成基板１０として単結晶シリコン基板を用いるようにしたが、特にこれに限定されず、流路形成基板１０として、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いるようにしてもよい。
このような記録ヘッド１は、インクジェット式記録装置Ｉに搭載される。図１２は、本実施形態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１２に示すインクジェット式記録装置Ｉにおいて、記録ヘッド１は、液体供給手段を構成するカートリッジ２が着脱可能に設けられ、この記録ヘッド１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。
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１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には搬送手段としての搬送ローラー８が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートＳが搬送ローラー８により搬送されるようになっている。なお、記録シートＳを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。
また、上述した例では、インクジェット式記録装置Ｉは、インク供給手段であるカートリッジ２がキャリッジ３に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、例えば、インクタンク等の液体供給手段を装置本体４に固定して、液体供給手段と記録ヘッド１とをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。また、液体供給手段がインクジェット式記録装置に搭載されていなくてもよい。
さらに、上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、記録ヘッド１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、記録ヘッド１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、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレイ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ディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）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にも適用することができる。また、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置Ｉを挙げて説明したが、上述した他の液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置にも用いることが可能である。
また、本発明は、液体噴射ヘッドに限定されず、凹部が設けられた基板と圧電アクチュエーターとを有する他の圧電デバイスにも用いることができる。他の圧電デバイスとしては、例えば、超音波発信器等の超音波デバイス、超音波モーター、温度－電気変換器、圧力－電気変換器、強誘電体トランジスター、圧電トランス、赤外線等の有害光線の遮断フィルター、量子ドット形成によるフォトニック結晶効果を使用した光学フィルター、薄膜の光干渉を利用した光学フィルター等のフィルター、赤外線センサー、超音波センサー、感熱センサー、圧力センサー、焦電センサー、及びジャイロセンサー（角速度センサー）等の各種センサー、強誘電体メモリーなどが挙げられる。
Ｉ…インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、１…インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、２…カートリッジ、３…キャリッジ、４…装置本体、５…キャリッジ軸、６…駆動モーター、７…タイミングベルト、８…搬送ローラー、１０…流路形成基板（基板）、１１…隔壁、１２…圧力発生室（第１凹部）、１５…連通板、１６…ノズル連通路、１７…第１マニホールド部、１８…第２マニホールド部、１９…供給連通路、２０…ノズルプレート、２０ａ…液体噴射面、２１…ノズル、３０…保護基板、３１…保持部、３２…貫通孔、４０…ケース部材、４１…凹部、４２…第３マニホールド部、４３…接続口、４４…導入路、４５…コンプライアンス基板、４６…封止膜、４７…固定基板、４８…固定基板用開口部、４９…コンプライアンス部、５０…振動板、５１…酸化膜、５１１…開口部、５２…窒化膜、５３、５３Ａ、５３Ｂ…酸化ジルコニウム膜、６０…第１電極、７０…圧電体層、７１…第２凹部、７１１…底面、７１２…側面、８０…第２電極、９１…個別配線、９２…共通配線、１００…マニホールド、１２０…フレキシブルケーブル、１２１…駆動回路、３００…圧電素子（圧電アクチュエーター）、３１０…活性部、Ｓ…記録シート、Ｘ…第１の方向、Ｙ…第２の方向、Ｚ…第３の方向

Claims (13)

  1. 複数の第１凹部が形成された基板と、
    前記基板の一方面側に設けられた振動板と、
    前記基板の一方面側に前記振動板を介して設けられた第１電極、
    前記第１電極上に設けられた圧電体層、
    前記圧電体層上に設けられた第２電極を有する圧電素子と、
    を具備し、
    前記圧電素子には、前記圧電体層の前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた活性部が前記第１凹部毎に独立して設けられており、
    前記第１電極は、前記活性部の各々に独立して設けられた個別電極を構成し、
    前記第２電極は、複数の前記活性部に共通して設けられた共通電極を構成し、
    前記圧電体層には、前記活性部の外側に設けられて前記基板とは反対側に開口する第２凹部が設けられており、
    前記振動板は、前記基板と前記圧電素子との積層方向において、少なくとも前記第２凹部の底面に重なる領域に窒化膜を有し、
    前記第２電極は、前記第２凹部の底面と重なる領域において、前記窒化膜上に形成されていることを特徴とする圧電デバイス。
  2. 前記振動板は、前記積層方向において、前記圧電体層が形成される領域に重なる領域のうち、前記第２凹部の底面に重ならない領域であって、少なくとも前記活性部と重なる領域に、酸化ジルコニウムを含む酸化ジルコニウム膜を有し、
    前記酸化ジルコニウム膜は、前記窒化膜よりも前記圧電体層側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の圧電デバイス。
  3. 前記第２凹部の内面上には、前記第２電極が形成されていることを特徴とする請求項２記載の圧電デバイス。
  4. 前記酸化ジルコニウム膜は、前記活性部と前記第２凹部の底面との間に重なる領域に、前記第２凹部の側面上に形成された前記第２電極と接触することなく延設されていることを特徴とする請求項３記載の圧電デバイス。
  5. 前記酸化ジルコニウム膜は、前記積層方向において、前記活性部に重なる領域のみに設けられていることを特徴とする請求項２記載の圧電デバイス。
  6. 複数の前記活性部が第１の方向に並設され、
    前記活性部の前記第１の方向の両側に前記第２凹部が設けられていることを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載の圧電デバイス。
  7. 前記積層方向において、前記第２凹部と前記第１凹部とは、少なくとも一部が重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の圧電デバイス。
  8. 前記第２凹部は、前記圧電体層を前記積層方向に貫通して設けられていることを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の圧電デバイス。
  9. 前記振動板は、前記基板側に酸化シリコンを含む酸化膜を有することを特徴とする請求項１～８の何れか一項に記載の圧電デバイス。
  10. 前記酸化膜は、前記第１凹部に連通する開口部を有することを特徴とする請求項９記載の圧電デバイス。
  11. 複数の第１凹部が形成された基板と、
    前記基板の一方面側に設けられた振動板と、
    前記基板の一方面側に前記振動板を介して設けられた第１電極、
    前記第１電極上に設けられた圧電体層、
    前記圧電体層上に設けられた第２電極を有する圧電素子と、
    を具備し、
    前記圧電素子には、前記圧電体層の前記第１電極と前記第２電極とで挟まれた活性部が前記第１凹部毎に独立して設けられており、
    前記第１電極は、前記活性部の各々に独立して設けられた個別電極を構成し、
    前記第２電極は、複数の前記活性部に共通して設けられた共通電極を構成し、
    前記圧電体層には、前記活性部の外側に設けられて前記基板とは反対側に開口する第２凹部が設けられており、
    前記振動板は、前記基板と前記圧電素子との積層方向において、少なくとも前記第２凹部の底面に重なる領域に窒化膜を有し、
    前記振動板は、前記積層方向において、前記圧電体層が形成される領域に重なる領域のうち、前記第２凹部の底面に重ならない領域であって、少なくとも前記活性部と重なる領域に、酸化ジルコニウムを含む酸化ジルコニウム膜を有し、
    前記酸化ジルコニウム膜は、前記窒化膜よりも前記圧電体層側に設けられており、
    前記第２凹部の内面上には、前記第２電極が形成されており、
    前記酸化ジルコニウム膜は、前記活性部と前記第２凹部の底面との間に重なる領域に、前記第２凹部の側面上に形成された前記第２電極と接触することなく延設されていることを特徴とする圧電デバイス。
  12. 請求項１～１１の何れか一項に記載の圧電デバイスを具備することを特徴とする液体噴射ヘッド。
  13. 請求項１２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。
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