JPWO2016093078A1 - 圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッド、液滴吐出ヘッドの製造方法、液滴吐出装置および液滴吐出装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

アクチュエータ（２１ａ）は、基板（２２）側から、下部電極（２４）、圧電体層（２５）および上部電極（２６）をこの順で有する。圧電体層（２５）は、ペロブスカイト構造をそれぞれ持ち、かつ、添加物の添加量が互いに異なる２つの圧電層を有している。積層される２つの圧電層のうち、添加物の添加量が相対的に多い圧電層を第１圧電層（２５ａ）とし、添加物の添加量が相対的に少ない圧電層を第２圧電層（２５ｂ）としたとき、圧電体層（２５）の厚み方向に垂直な面内において、第２圧電層（２５ｂ）の面積は、第１圧電層（２５ａ）の面積よりも小さい。

Description

本発明は、基板側から、下部電極、圧電体層および上部電極をこの順で有する圧電アクチュエータおよびその製造方法、上記圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドおよびその製造方法、上記液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置およびその製造方法に関するものである。

従来から、アクチュエータやセンサなどのデバイスに、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）をはじめとする種々の圧電体が用いられている。圧電体としては、バルク状の圧電体が知られているが、近年では、デバイスの小型化、薄型化のニーズに応えるべく、圧電体を小型化、薄膜化することが必要となってきている。特に、インクジェットヘッドのアクチュエータに圧電体を適用する場合には、印刷画像の高精細化のためにノズルを高密度に搭載する必要があるため、圧電体を小型、薄膜で形成することが重要である。

薄膜の圧電体は、それ単体で形成することはできず、基板上に、スパッタリング法やゾルゲル法など、各種の成膜プロセスを用いて成膜しなければならない。基板上に、下部電極、圧電体層、上部電極を順次積層していく場合、圧電体層は、基板を含む下地層の材料や応力、結晶構造、表面のラフネス等の影響を受ける。このため、圧電体を薄膜化することで、圧電材料そのものの特性を引き出せず、圧電定数と呼ばれる特性が、バルク状の圧電体と比べて小さくなってしまう。

特に、圧電体層をアクチュエータまたはセンサ等に適用する場合、圧電体層をｄ₃₁モードで駆動することが多い。ｄ₃₁モードとは、圧電体層を厚さ方向において２つの電極で挟み、圧電体層の厚さ方向に垂直な面内方向の歪みを利用して圧電体層を駆動する方式である。この駆動方式を採用する場合、圧電体層の下地には、圧電体層を挟む２つの電極の一方、すなわち、下部電極が含まれる。圧電体層の特性を向上させる方法として、その下地となる下部電極の導電性を確保したまま、下部電極の配向性を制御したり、下部電極と圧電体層との間に配向制御層を設けるなどの様々な方法が用いられてはいるが、それでも、薄膜とバルク状とで、圧電体の圧電定数に大きな差がある。なお、下部電極が圧電体層の下地となる場合、下部電極には、圧電体層の駆動時にその下層（基板を含む）との間で剥離が生じないような密着性も要求される。

そのため、デバイス用の基板上に、圧電体層を含む各層を順次積層していく方法ではなく、ダミー基板上に圧電体層を成膜し、これをデバイス用の基板に貼り付ける、いわゆる「転写」という技術が研究されている。この転写による方法では、ダミー基板上に電極を形成する必要が無いため、上記電極に要求される制約（上述した導電性、配向性、下層との密着性など）を考えなくても済み、デバイス用の基板上に各層を順次積層する場合に比べて、圧電体層の結晶成長に有利な下地層（材料）を幅広く選択できるという利点がある。しかし、その反面、ダミー基板から圧電体層をどのようにして剥離し、転写するかという点が問題となる。

圧電体層をダミー基板から剥離する方法としては、（１）転写させたい圧電体層を、犠牲層を介してダミー基板上に形成した後、その犠牲層をエッチングで除去する方法、（２）犠牲層としての分離層にダミー基板側から光を照射して、分離層の層内または界面において剥離を生じさせる方法、（３）ダミー基板そのものをウェットエッチングまたはドライエッチングによって無くす（消滅させる）方法がある。上記（２）の方法については、例えば特許文献１に開示されており、上記（３）の方法については、例えば特許文献２に開示されている。

特開平１０−１２５９３１号公報（請求項１、段落〔００１１〕、〔０１１８〕〜〔０１３３〕、図５等参照） 特開２０１１−７１４６７号公報（請求項１、段落〔００４９〕〜〔００５１〕、図１等参照）

ところが、上記（１）の方法では、転写させたい圧電体層よりも犠牲層のエッチングレートが大きくなければならない、あるいは犠牲層のエッチングの際に、転写させたい圧電体層がエッチングされないようにすることが必要となる。このため、犠牲層の材料として、その上に形成される圧電体層の結晶成長性がよく、かつ、自身もエッチングされやすくなるような材料を選ぶ必要があり、犠牲層として使用できる材料が著しく制限される。つまり、上記の方法では、電極上に圧電体層を形成する場合に上記電極に求められていた導電性や配向性といった制約が、圧電体層の結晶成長性がよく、かつ、圧電体層よりもエッチングされやすい材料で犠牲層を形成しなければならないといった制約に置き換わっただけであり、圧電体層を転写で形成することによる本来の利点、つまり、圧電体層の結晶成長に有利な下地層を幅広く選択できるという利点が得られることにはならない。

また、上記（２）の方法では、犠牲層とダミー基板とで光の吸収率に差を持たせなければならないという条件が加わり、ダミー基板との関係で犠牲層の材料がさらに制限される。上記（３）の方法では、ダミー基板そのものが消耗品となるため、圧電アクチュエータの生産ごとにダミー基板を用意することが必要となり、圧電アクチュエータの生産性が低くなる。特に、ダミー基板として高価な基板を使用する場合、コスト面から、上記の生産性の低下が顕著となる。

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、圧電体層をダミー基板上に形成してから下部電極上に転写する方法を採用する場合でも、ダミー基板上で犠牲層として機能する層の材料が著しく制限されるのを回避しながら圧電特性を向上させるとともに、ダミー基板を再利用して生産性を向上させることができる圧電アクチュエータおよびその製造方法、上記圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドおよびその製造方法、上記液滴吐出ヘッドを備えた液滴吐出装置およびその製造方法を提供することにある。

本発明の一側面に係る圧電アクチュエータは、基板側から、下部電極、圧電体層および上部電極をこの順で有する圧電アクチュエータであって、前記圧電体層は、ペロブスカイト構造をそれぞれ持ち、かつ、添加物の添加量が互いに異なる２つの圧電層を有しており、積層される前記２つの圧電層のうち、添加物の添加量が相対的に多い圧電層を第１圧電層とし、添加物の添加量が相対的に少ない圧電層を第２圧電層としたとき、前記圧電体層の厚み方向に垂直な面内において、前記第２圧電層の面積は、前記第１圧電層の面積よりも小さい。

本発明の他の側面に係る液滴吐出ヘッドは、上記の圧電アクチュエータと、液体を液滴として吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートとを備え、前記圧電アクチュエータの前記基板には、前記液体を収容する圧力室が形成されており、前記ノズルプレートの前記ノズル孔は、前記圧力室と連通している。

本発明の他の側面に係る液滴吐出装置は、上記の液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドを支持する支持部材とを備えている。

本発明のさらに他の側面に係る圧電アクチュエータの製造方法は、デバイス用基板を含む基体上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に、圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に、上部電極を形成する工程とを含み、前記圧電体層を形成する工程は、前記デバイス用基板とは異なるダミー基板上に、前記圧電体層として、ペロブスカイト構造をそれぞれ持ち、かつ、添加物の添加量が互いに異なる２つの圧電層を積層する積層工程と、前記圧電体層をエッチングして前記ダミー基板から剥離する剥離工程と、剥離された前記圧電体層を前記下部電極上に転写する転写工程とを含み、前記２つの圧電層のうち、添加物の添加量が相対的に多い圧電層を第１圧電層とし、添加物の添加量が相対的に少ない圧電層を第２圧電層としたとき、前記積層工程では、前記ダミー基板上に、前記第２圧電層および前記第１圧電層をこの順で積層し、前記剥離工程では、前記圧電体層の厚み方向に垂直な面内で、前記第２圧電層の面積が、前記第１圧電層の面積よりも小さくなるように、前記第２圧電層を犠牲層としてエッチングして分離することにより、前記圧電体層を前記ダミー基板から剥離する。

本発明のさらに他の側面に係る液滴吐出ヘッドの製造方法は、上記圧電アクチュエータの製造方法を用いて、液滴吐出ヘッドを製造する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧電アクチュエータの前記デバイス用基板に、液体を収容する圧力室を形成する工程と、前記圧力室と連通し、前記液体を液滴として吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートを、前記デバイス用基板に貼り付ける工程とを有している。

本発明のさらに他の側面に係る液滴吐出装置の製造方法は、上記液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて、液滴吐出装置を製造する液滴吐出装置の製造方法であって、前記液滴吐出ヘッドを支持部材に設置する工程を有している。

圧電体層をダミー基板上に形成してから下部電極上に転写する方法を採用する場合でも、ダミー基板上で犠牲層として機能する層の材料が著しく制限されるのを回避しながら圧電特性を向上させるとともに、ダミー基板を再利用して生産性を向上させることができる。

本発明の実施の一形態に係る液滴吐出装置の一例であるインクジェットプリンタの概略の構成を示す説明図である。 上記インクジェットプリンタが備えるインクジェットヘッドのアクチュエータの概略の構成を示す平面図である。 図２Ａの平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。 上記インクジェットヘッドの構成を示す断面図である。 上記インクジェットヘッドの詳細な構成を示す断面図である。 ペロブスカイト構造を持つＰＺＴの結晶構造を模式的に示す説明図である。 上記インクジェットプリンタの製造工程の流れを示すフローチャートである。 上記インクジェットヘッドの製造工程を示す断面図である。 上記インクジェットヘッドの、図７に続く製造工程を示す断面図である。 上記インクジェットヘッドの、図８に続く製造工程を示す断面図である。 上記インクジェットヘッドの他の構成を示す断面図である。 上記インクジェットヘッド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、数値範囲をＡ〜Ｂと表記した場合、その数値範囲に下限Ａおよび上限Ｂの値は含まれるものとする。

〔インクジェットプリンタの構成〕
図１は、本実施形態の液滴吐出装置の一例であるインクジェットプリンタ１の概略の構成を示す説明図である。インクジェットプリンタ１は、インクジェットヘッド部２において、インクジェットヘッド２１が記録媒体の幅方向にライン状に設けられた、いわゆるラインヘッド方式のインクジェット記録装置である。

インクジェットプリンタ１は、上記のインクジェットヘッド部２と、繰り出しロール３と、巻き取りロール４と、２つのバックロール５・５と、中間タンク６と、送液ポンプ７と、貯留タンク８と、定着機構９とを備えている。

インクジェットヘッド部２は、インクジェットヘッド２１から記録媒体Ｐに向けてインクを吐出させ、画像データに基づく画像形成（描画）を行うものであり、一方のバックロール５の近傍に位置するように、支持部材１２によって支持されている。なお、インクジェットヘッド２１の詳細については後述する。

繰り出しロール３、巻き取りロール４および各バックロール５は、軸回りに回転可能な円柱形状からなる部材である。繰り出しロール３は、周面に幾重にも亘って巻回された長尺状の記録媒体Ｐを、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて繰り出すロールである。この繰り出しロール３は、モータ等の図示しない駆動手段によって回転することで、記録媒体Ｐを図１のＸ方向へ繰り出して搬送する。

巻き取りロール４は、繰り出しロール３より繰り出されて、インクジェットヘッド部２によってインクが吐出された記録媒体Ｐを周面に巻き取る。

各バックロール５は、繰り出しロール３と巻き取りロール４との間に配設されている。記録媒体Ｐの搬送方向上流側に位置する一方のバックロール５は、繰り出しロール３によって繰り出された記録媒体Ｐを、周面の一部に巻き付けて支持しながら、インクジェットヘッド部２との対向位置に向けて搬送する。他方のバックロール５は、インクジェットヘッド部２との対向位置から巻き取りロール４に向けて、記録媒体Ｐを周面の一部に巻き付けて支持しながら搬送する。

中間タンク６は、貯留タンク８より供給されるインクを一時的に貯留する。また、中間タンク６は、複数のインクチューブ１０と接続され、各インクジェットヘッド２１におけるインクの背圧を調整して、各インクジェットヘッド２１にインクを供給する。

送液ポンプ７は、貯留タンク８に貯留されたインクを中間タンク６に供給するものであり、供給管１１の途中に配設されている。貯留タンク８に貯留されたインクは、送液ポンプ７によって汲み上げられ、供給管１１を介して中間タンク６に供給される。

定着機構９は、インクジェットヘッド部２によって記録媒体Ｐに吐出されたインクを当該記録媒体Ｐに定着させる。この定着機構９は、吐出されたインクを記録媒体Ｐに加熱定着するためのヒータや、吐出されたインクにＵＶ（紫外線）を照射することによりインクを硬化させるためのＵＶランプ等で構成されている。

上記の構成において、繰り出しロール３から繰り出される記録媒体Ｐは、バックロール５により、インクジェットヘッド部２との対向位置に搬送され、インクジェットヘッド部２から記録媒体Ｐに対してインクが吐出される。その後、記録媒体Ｐに吐出されたインクは定着機構９によって定着され、インク定着後の記録媒体Ｐが巻き取りロール４によって巻き取られる。このようにラインヘッド方式のインクジェットプリンタ１では、インクジェットヘッド部２を静止させた状態で、記録媒体Ｐを搬送しながらインクが吐出され、記録媒体Ｐに画像が形成される。

なお、インクジェットプリンタ１は、シリアルヘッド方式で記録媒体に画像を形成する構成であってもよい。シリアルヘッド方式とは、記録媒体を搬送しながら、その搬送方向と直交する方向にインクジェットヘッドを移動させてインクを吐出し、画像を形成する方式である。また、記録媒体Ｐとしては、長尺状のもの以外にも、予め所定の大きさ（形状）に裁断されたシート状のものを用いてもよい。

〔インクジェットヘッドの構成〕
次に、上記したインクジェットヘッド２１の構成について説明する。図２Ａは、インクジェットヘッド２１のアクチュエータ２１ａ（圧電アクチュエータ）の概略の構成を示す平面図であり、図２Ｂは、その平面図におけるＡ−Ａ’線矢視断面図である。また、図３は、図２Ａおよび図２Ｂのアクチュエータ２１ａにノズルプレート３１を接合してなるインクジェットヘッド２１の構成を示す断面図である。

インクジェットヘッド２１（液滴吐出ヘッド）は、複数の圧力室２２ａ（開口部）を有する基板２２（デバイス用基板）上に、熱酸化膜２３、下部電極２４、圧電体層２５、上部電極２６をこの順で有している。基板２２および熱酸化膜２３は、下部電極２４が形成される下地となる基体を構成しているが、基体の構成はこれらに限定されるわけではない。例えば、熱酸化膜２３を省略して、基板２２のみで基体を構成することもできる。また、熱酸化膜２３の代わりに窒化膜を設けて、基板２２と窒化膜とで基体を構成することもできる。

基板２２は、厚さが例えば１００〜３００μｍ程度の単結晶Ｓｉ（シリコン）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。この基板２２は、例えば厚さが３００〜７５０μｍ程度の基板を準備し、研磨処理等により１００〜３００μｍの厚みにしたものである。なお、図２では、基板２２をＳＯＩ基板で構成した場合を示している。ＳＯＩ基板は、酸化膜を介して２枚のＳｉ基板を接合したものである。基板２２における圧力室２２ａの上壁（圧力室２２ａよりも圧電体層２５の形成側に位置する壁）は、従動膜となる振動板２２ｂを構成しており、圧電体層２５の駆動（伸縮）に伴って変位（振動）し、圧力室２２ａ内のインクに圧力を付与する。

熱酸化膜２３は、例えば厚さが０．１μｍ程度のＳｉＯ₂（酸化シリコン）からなり、基板２２の保護および絶縁の目的で形成されている。

下部電極２４は、複数の圧力室２２ａに共通して設けられるコモン電極であり、Ｔｉ（チタン）層とＰｔ（白金）層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、熱酸化膜２３とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１μｍ程度である。なお、Ｔｉ層の代わりに酸化チタン（ＴｉＯｘ）からなる層を形成してもよい。また、密着性を向上させるためのＴｉ層を省略し、Ｐｔ層のみで下部電極２４を構成してもよい。

圧電体層２５は、ペロブスカイト構造を有する２つの圧電層を積層することで構成されているが、その詳細については後述する。圧電体層２５の膜厚は、例えば１μｍ以上１０μｍ以下とすることができるが、インクジェットヘッド用の圧電アクチュエータとしては、２μｍ以上６μｍ以下であることが、薄膜の構成でインクの吐出を確実に行える観点から望ましい。

上部電極２６は、各圧力室２２ａに対応して設けられる個別電極であり、Ｔｉ層とＰｔ層とを積層して構成されている。Ｔｉ層は、圧電体層２５とＰｔ層との密着性を向上させるために形成されている。Ｔｉ層の厚さは例えば０．０２μｍ程度であり、Ｐｔ層の厚さは例えば０．１〜０．２μｍ程度である。上部電極２６は、下部電極２４との間で圧電体層２５を膜厚方向から挟むように設けられている。なお、Ｐｔ層の代わりに、金（Ａｕ）からなる層を形成してもよい。また、密着性を高めるためのＴｉ層を省略してもよい。

下部電極２４、圧電体層２５および上部電極２６は、圧力室２２ａ内のインクを外部に吐出させるための薄膜の圧電素子２７を構成している。この圧電素子２７は、駆動回路２８から下部電極２４および上部電極２６に印加される電圧（駆動信号）に基づいて駆動される。インクジェットヘッド２１は、圧電素子２７および圧力室２２ａを縦横に並べることにより形成される。

圧力室２２ａの振動板２２ｂとは反対側には、ノズルプレート３１が接合されている。ノズルプレート３１には、圧力室２２ａと連通し、圧力室２２ａに収容されるインクをインク滴として外部に吐出するためのインク吐出孔（ノズル孔）３１ａが形成されている。圧力室２２ａには、中間タンク６より供給されるインクが収容される。

上記の構成において、駆動回路２８から下部電極２４および上部電極２６に電圧を印加すると、圧電体層２５が、下部電極２４と上部電極２６との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向（基板２２の面に平行な方向）に伸縮する。そして、圧電体層２５と振動板２２ｂとの長さの違いにより、振動板２２ｂに曲率が生じ、振動板２２ｂが厚さ方向に変位（湾曲、振動）する。

したがって、圧力室２２ａ内にインクを収容しておけば、上述した振動板２２ｂの振動により、圧力室２２ａ内のインクに圧力波が伝搬され、圧力室２２ａ内のインクがインク吐出孔３１ａからインク滴として外部に吐出される。

〔圧電体層の詳細〕
次に、上記した圧電体層２５の詳細について説明する。図４は、インクジェットヘッド２１の詳細な構成を示す断面図である。なお、図４では、熱酸化膜２３の形成を省略している。

圧電体層２５は、第１圧電層２５ａと、第２圧電層２５ｂとを積層して構成されている。第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂは、それぞれ、ペロブスカイト構造を持ち、かつ、添加物の添加量が互いに異なる圧電層である。

ここで、図５は、ペロブスカイト構造を持つ圧電体の一例として、ＰＺＴの結晶構造を模式的に示している。ペロブスカイト構造とは、理想的には立方晶系の単位格子を有しており、立方晶の各頂点（Ａサイト）に配置される金属（例えばＰｂ）、体心（Ｂサイト）に配置される金属（例えばジルコニウム（Ｚｒ）またはチタン（Ｔｉ））、立方晶の各面心に配置される酸素（Ｏ）とから構成されるＡＢＯ₃型の結晶構造のことである。ペロブスカイト構造の結晶には、立方晶が歪んだ正方晶、斜方晶、菱面体晶等も含まれるものとする。

本実施形態では、第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂは、ＰＺＴを共通の組成としている。つまり、第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂは、両方とも、ＡサイトにＰｂを含み、かつ、ＢサイトにＺｒを含む結晶構造と、ＡサイトにＰｂを含み、かつ、ＢサイトにＴｉを含む結晶構造とを持つ。そして、第１圧電層２５ａは、Ａサイトに添加物としてランタン（Ｌａ）を含む結晶構造をさらに持つ。これにより、第１圧電層２５ａは、ペロブスカイト構造のチタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）で構成されることになる。一方、第２圧電層２５ｂが持つ結晶構造は、全て、Ｌａ無添加であり、第２圧電層２５ｂはＰＺＴで構成されることになる。

このように、本実施形態では、積層される２つの圧電層のうち、添加物の添加量が相対的に多い圧電層が第１圧電層２５ａであり、添加物の添加量が相対的に少ない（添加量がゼロの場合を含む）圧電層が第２圧電層２５ｂである。

圧電体層２５の厚み方向に垂直な面内において、第２圧電層２５ｂの面積は、第１圧電層２５ａの面積よりも小さい。これにより、後述する圧電体層２５の転写によって、アクチュエータ２１ａを製造する方法を採用することができる。また、本実施形態では、第２圧電層２５ｂは、第１圧電層２５ａよりも厚さが薄く、第１圧電層２５ａよりも基板２２側に位置している。

〔インクジェットプリンタの製造方法〕
次に、インクジェットプリンタ１の製造方法について説明する。図６は、インクジェットプリンタ１の製造工程の流れを示すフローチャートである。インクジェットプリンタ１の製造方法は、下部電極形成工程（Ｓ１）、圧電体層形成工程（Ｓ２）、上部電極形成工程（Ｓ３）、圧力室形成工程（Ｓ４）、ノズルプレート貼付工程（Ｓ５）、ヘッド設置工程（Ｓ６）を含む。このうち、Ｓ１〜Ｓ５の工程が、インクジェットヘッド２１の製造工程に対応し、Ｓ１〜Ｓ３の工程が、アクチュエータ２１ａの製造工程に対応する。なお、Ｓ１の工程は、Ｓ２の後述する転写工程Ｓ２−３までに行われればよく、転写工程Ｓ２−３までであれば、どの時点で行われてもよい（必ずしもＳ２の前に行われる必要はない）。以下、各工程の詳細について、図７〜図９に基づいて説明する。図７〜図９は、インクジェットヘッド２１の製造工程を示す断面図である。

（１）まず、Ｓｉからなるデバイス用の基板２２を含む基体上に、Ｐｔをスパッタリングにより成膜し、下部電極２４を形成する（Ｓ１）。なお、上記基体は、基板２２のみで構成されてもよく、基板２２上に熱酸化膜を形成して構成されてもよい。

次に、下部電極２４上に、圧電体層２５を転写して形成する（Ｓ２）。より詳しくは、以下の通りである。

（２）まず、単結晶基板として、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなるダミー基板４１を用意する。

（３）ダミー基板４１上に、スパッタリングによりＰＺＴを成膜し、厚さ０．５μｍの第２圧電層２５ｂを犠牲層として形成する。

（４）第２圧電層２５ｂ上に、スパッタリングによりＰＬＺＴを成膜し、厚さ３μｍの第１圧電層２５ａを形成する。上記（２）〜（４）の工程が、ダミー基板４１上に、ペロブスカイト構造をそれぞれ持ち、かつ、添加物の添加量が互いに異なる２つの圧電層（第１圧電層２５ａ、第２圧電層２５ｂ）を積層する積層工程（Ｓ２−１）に対応する。

（５）第１圧電層２５ａ上に、レジスト４２を塗布し、パターニングする。

（６）ダミー基板４１の裏面（第１圧電層２５ａとは反対側の面）に、次工程で使用するエッチング液（フッ硝酸）によってダミー基板４１がエッチングされるのを防止するため、エッチング保護膜４３を形成する。

（７）第１圧電層２５ａをフッ硝酸によってエッチングする。このとき、同時に、第１圧電層２５ａをデバイスの形状に加工する。

（８）第１圧電層２５ａのエッチングが第２圧電層２５ｂまで進むと、そのまま第２圧電層２５ｂもエッチングする。

（９）第２圧電層２５ｂが完全に切り離される前に、エッチングを止める。ＰＺＴからなる第２圧電層２５ｂは、添加物（ここではＬａ）の添加量がゼロであり、ＰＬＺＴからなる第１圧電層２５ａよりも添加物の添加量が少ないため、第１圧電層２５ａよりもエッチングレートが大きくなり、結果として、厚み方向に垂直な面内での面積が、第１圧電層２５ａよりも小さくなる。

（１０）レジスト４２を除去する。

（１１）粘着シートの一種であるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）シート４４を第１圧電層２５ａに貼り付けて、ＰＤＭＳシート４４に第１圧電層２５ａを転写する。このとき、第２圧電層２５ｂが厚み方向に分離され、その一部（分離された部分）が第１圧電層２５ａとともにＰＤＭＳシート４４に転写される。これにより、第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂからなる圧電体層２５がダミー基板４１から剥離されることになる。上記（５）〜（１１）の工程が、圧電体層２５をエッチングしてダミー基板４１から剥離する剥離工程（Ｓ２−２）に対応する。

（１２）デバイス用の基板２２の下部電極２４上に、第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂからなる圧電体層２５を転写することにより、下部電極２４上に圧電体層２５を形成する（Ｓ２−３）。このとき、第２圧電層２５ｂが第１圧電層２５ａよりも基板２２側に位置するように、剥離された圧電体層２５を下部電極２４上に転写する。その後、ＰＤＭＳシート４４を剥がす。

（１３）第１圧電層２５ａ上に、スパッタリングによりＰｔを成膜し、上部電極２６を形成する（Ｓ３）。

（１４）基板２２の裏面側をパターニングし、圧力室２２ａを形成する（Ｓ４）。このとき、インク流路等も同時に基板２２に形成する。これにより、アクチュエータ２１ａが完成する。

（１５）基板２２の裏面側に、ノズルプレート３１を貼り付ける（Ｓ５）。これにより、インクジェットヘッド２１が完成する。最後に、インクジェットヘッド２１を支持部材１２（図１参照）で支持することにより、インクジェットプリンタ１が得られる（Ｓ６）。

以上のように、第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂは、ペロブスカイト構造を持つＰＬＺＴおよびＰＺＴでそれぞれ形成されている。これらの層は、ペロブスカイト構造のＰＺＴを共通して用い、ＰＺＴに対してＬａの添加量を調整することで、容易に実現できる。しかも、犠牲層となる第２圧電層２５ｂとダミー基板４１とで光吸収率を異ならせる必要がないため、ダミー基板４１の材料とは無関係に（第１圧電層２５ａの組成だけを考慮して）、犠牲層となる第２圧電層２５ｂの材料およびＬａの添加量を設定できる。つまり、第２圧電層２５ｂの材料として、第１圧電層２５ａと組成が共通する材料（上記の例ではＰＺＴ）を使用でき、第１圧電層２５ａの結晶成長性を向上させ、かつ、自身もエッチングされやすくなるような、第１圧電層２５ａとは組成の全く異なる材料を一から探さなくても済む。

また、第２圧電層２５ｂはペロブスカイト構造を持ち、第２圧電層２５ｂの結晶性を引き継ぐようにして、第２圧電層２５ｂの上に第１圧電層２５ａをペロブスカイト構造で良好に成長させることができるため、第１圧電層２５ａひいては圧電体層２５全体の圧電特性を向上させることができる。

したがって、圧電体層２５を上記のように転写で形成してアクチュエータ２１ａを製造する際に、ダミー基板４１上で犠牲層として機能する層（第２圧電層２５ｂ）の材料が著しく制限されるのを回避しながら、圧電特性を向上させることができる。よって、第１圧電層２５ａの結晶成長に有利な下地層（第２圧電層２５ｂ）の材料の選択の幅が広がるという転写による利点も確保される。また、第２圧電層２５ｂをエッチングすることで、圧電体層２５をダミー基板４１から剥離できるため、剥離したダミー基板４１を再利用することができ、これによって、アクチュエータ２１ａの生産性を向上させることができる。さらに、特許文献１のように、光照射のために大がかりな装置を必要とすることもなく、アクチュエータ２１ａを容易に製造することができる。

また、第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂは、ＡＢＯ₃型のペロブスカイト構造のＡサイトに同じ元素（例えばＰｂ）を含み、かつ、Ｂサイトに同じ元素（例えばＺｒまたはＴｉ）を含んでいる。これにより、第１圧電層２５ａに添加物（例えばＬａ）を加え、第２圧電層２５ｂに添加物を加えないことで、エッチングレートの異なる第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂを容易に実現することができる。また、第２圧電層２５ｂは、第１圧電層２５ａ（例えばＰＬＺＴ）よりもエッチングレートが大きい材料（例えばＰＺＴ）で構成されている。この場合、第１圧電層２５ａよりも第２圧電層２５ｂのエッチングが速く進むため、厚み方向に垂直な面内で第１圧電層２５ａよりも第２圧電層２５ｂの面積を小さくして、第２圧電層２５ｂを厚み方向に分離することが容易となり、これによって、圧電体層２５をダミー基板４１から剥離することが容易となる。

また、第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂは、両方とも、ＡサイトにＰｂを含み、かつ、ＢサイトにＺｒを含む結晶構造と、ＡサイトにＰｂを含み、かつ、ＢサイトにＴｉを含む結晶構造とを持つ。このように、第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂは、両方とも、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉを含んでいるため、添加物の添加量を調整することで、エッチングレートの異なる２種の圧電層（第１圧電層２５ａ、第２圧電層２５ｂ）を容易に実現することができる。

特に、第１圧電層２５ａは、ＡサイトにＬａを含む結晶構造をさらに持つため、第２圧電層２５ｂをＬａ無添加のＰＺＴとすることで、第１圧電層２５ａよりもエッチングレートの大きい第２圧電層２５ｂを容易に実現することができる。そして、第１圧電層２５ａと第２圧電層２５ｂとが、それぞれＰＬＺＴとＰＺＴである構成において、上述した本実施形態の効果を得ることができる。

図１０は、インクジェットヘッド２１の他の構成を示す断面図である。同図のように、下部電極２４上の第２圧電層２５ｂは、第１圧電層２５ａよりも厚さが厚くてもよい。ただし、図４等のように、第１圧電層２５ａよりも第２圧電層２５ｂの厚さが薄いほうが、第１圧電層２５ａの駆動（伸縮）を効率よく下部電極２４を含む下層に伝達できる点で望ましい。つまり、第１圧電層２５ａは、第２圧電層２５ｂとの接触部以外の部分で下部電極２４と接触するように、下部電極２４上で支持される（図４では、第１圧電層２５ａにおける第２圧電層２５ｂとの接触部以外の部分は下部電極２４と離間するように図示されているが、実際は第２圧電層２５ｂの厚さは１μｍ以下と薄いため、第１圧電層２５ａは第２圧電層２５ｂとの接触部以外の部分で下部電極２４とほとんど接触する）。このため、第１圧電層２５ａの駆動を効率よく下部電極２４を介して基板２２（振動板２２ｂ）に伝達することができ、振動板２２ｂを効率よく振動させることができる。

図１１は、インクジェットヘッド２１のさらに他の構成を示す断面図である。同図のように、第２圧電層２５ｂは、第１圧電層２５ａに対して基板２２とは反対側に位置していてもよい。このような構成は、上記した（１１）の工程にて、ＰＤＭＳシート４４を第１圧電層２５ａに貼り付けて圧電体層２５を転写した後、さらに、圧電体層２５の反対側（第２圧電層２５ｂ側）を別の粘着シートに貼り付けて再転写を行い、第１圧電層２５ａ側が下部電極２４側となるようにして、圧電体層２５を下部電極２４上に転写することにより、容易に実現することができる。このような構成であっても、犠牲層となる第２圧電層２５ｂの材料が著しく制限されるのを回避しながら、圧電特性を向上させるなど、上述した本実施形態の効果を得ることができる。

〔補足〕
（ａ）本実施形態では、犠牲層としての第２圧電層２５ｂは、添加物無添加のＰＺＴで構成されているが、第２圧電層２５ｂに添加物が添加されていてもよい。第１圧電層２５ａに添加物を入れたことによって、第１圧電層２５ａと第２圧電層２５ｂとで格子定数に差が生じる場合、犠牲層にも添加物を入れて、第１圧電層２５ａと第２圧電層２５ｂとで格子定数を近づけることにより、圧電特性のさらなる向上も可能である。

したがって、本実施形態のように、第１圧電層２５ａが、ＡＢＯ₃型のペロブスカイト構造のＰＺＴのＡサイトにＬａを添加したＰＬＺＴで構成される場合、第２圧電層２５ｂも同様に、ＰＺＴのＡサイトにＬａを添加したＰＬＺＴとすることで、第１圧電層２５ａと第２圧電層２５ｂとの格子定数の差を小さくして、圧電特性をさらに向上させることができる。このとき、第１圧電層２５ａよりも第２圧電層２５ｂのエッチングレートを大きくして、厚み方向に垂直な面内での第２圧電層２５ｂの面積を第１圧電層２５ａよりも小さくするため、Ｌａ添加量は、第１圧電層２５ａよりも第２圧電層２５ｂのほうを少なくすることが必要である。例えば、第１圧電層２５ａを、ＰＺＴにＬａを７％添加したＰＬＺＴで構成し、第２圧電層２５ｂを、ＰＺＴにＬａを１％添加したＰＬＺＴで構成することで、第１圧電層２５ａと第２圧電層２５ｂとで成分は同じであっても、第１圧電層２５ａよりも第２圧電層２５ｂのエッチングレートを大きくすることができる。

このことから、第２圧電層２５ｂは、ＰＺＴのＡサイトにＬａを含む結晶構造を持ち、第１圧電層２５ａのＬａの添加量は、第２圧電層２５ｂのＬａの添加量よりも多い構成であってもよいと言える。

（ｂ）第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂを構成する材料の組み合わせは、ＰＬＺＴとＰＺＴ、ＰＬＺＴ（Ｌａ添加量大）とＰＬＺＴ（Ｌａ添加量小）には限定されない。添加物を添加しても同じペロブスカイト構造を採り、第１圧電層２５ａよりも第２圧電層２５ｂのエッチングレートが大きくなる材料の組み合わせであればよい。例えば、ＡＢＯ₃型のペロブスカイト構造のＰＺＴのＢサイトにニオブ（Ｎｂ）を添加したチタン酸ジルコン酸ニオブ鉛（ＰＮＺＴ）を用い、第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂを構成する材料の組み合わせとして、ＰＮＺＴとＰＺＴ、または、ＰＮＺＴ（Ｎｂ添加量大）とＰＮＺＴ（Ｎｂ添加量小）を採用してもよい。この場合でも、上述した本実施形態の同様の効果を得ることができる。

このことから、第１圧電層２５ａは、ＰＺＴのＢサイトにＮｂを含む結晶構造を持ち、第２圧電層２５ｂが持つ結晶構造は、全て、Ｎｂ無添加のＰＺＴであってもよいと言える。また、第２圧電層２５ｂが、ＰＺＴのＢサイトにＮｂを含む結晶構造を持ち、第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂがともにＰＮＺＴで構成される場合において、第１圧電層２５ａのＮｂの添加量は、第２圧電層２５ｂのＮｂの添加量よりも多くてもよいと言える。

（ｃ）第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂを構成するＡＢＯ₃型のペロブスカイト構造の圧電材料は、上記のＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＰＮＺＴに限定されるわけではない。Ａサイトの元素は、鉛（Ｐｂ）、バリウム（Ｂａ）、ランタン（Ｌａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ビスマス（Ｂｉ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カルシウム（Ｃａ）、カドミウム（Ｃｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）の少なくとも１つを含んでいればよい。また、Ｂサイトの元素は、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、ガリウム（Ｇａ）、カドミウム（Ｃｄ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）の少なくとも１つを含んでいればよい。いずれにしても、第１圧電層２５ａと第２圧電層２５ｂとで基本となる組成（ＡサイトおよびＢサイトの元素）を同じとし、ＡサイトまたはＢサイトへの添加物の添加量を異ならせることで、エッチングレートの異なる第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂを容易に実現することができる。また、第１圧電層２５ａと第２圧電層２５ｂとで、添加物は異なっていてもよい。

（ｄ）犠牲層（第２圧電層２５ｂ）を成膜するときの下地となる層（例えばダミー基板４１）は、第１圧電層２５ａおよび犠牲層と格子定数が近く、第１圧電層２５ａおよび犠牲層の結晶成長性を向上させるものを選べばよい。上記の下地となる層は、ダミー基板４１上に配向制御層として形成してもよいし、本実施形態のように、ダミー基板４１そのものであってもよい。

（ｅ）本実施形態では、上部電極２６および下部電極２４を、例えばＰｔ等の金属で形成した場合について説明したが、このような金属に限定されるわけではなく、導電性酸化物等で形成してもよい。

（ｆ）第１圧電層２５ａ、第２圧電層２５ｂ、上部電極２６、下部電極２４等の形成方法は、上述したスパッタリング法に限定されるわけではなく、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition ）、ゾルゲル法、ＰＬＤ法（Pulse Laser Deposition）などであってもよい。

（ｇ）本実施形態では、第２圧電層２５ｂをエッチングして、圧電体層２５をダミー基板４１から剥離する際に、同じエッチングによって圧電体層２５をデバイス（アクチュエータ）の形状に加工しているが、圧電体層２５を所望の形状に加工するのは、圧電体層２５を下部電極２４上に転写した後であってもよい。

（ｈ）ＭｇＯ単結晶からなるダミー基板４１は、圧電体層２５をエッチングするときに用いるフッ硝酸でエッチングされる上、比較的高価な材料であり、できるだけ再利用したい。そのため、本実施形態では、ダミー基板４１の裏面にエッチング保護膜４３を形成している。しかし、ダミー基板４１の保護の仕方はこれに限定されるわけではなく、エッチング保護膜４３を設ける以外にも、ダミー基板４１の裏面を治具で覆うようにしてもよい。

（ｉ）圧電体層２５のエッチングに用いるエッチング液は、フッ硝酸に限定されるわけではない。第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂの材料、組成、添加物濃度等に応じて適宜選択することが可能である。また、薬液（エッチング液）の濃度も、添加物濃度と同様に、選択比（第１圧電層２５ａおよび第２圧電層２５ｂのエッチングレート）をコントロールするパラメータとなるので、圧電体層２５の厚さや形状等によって適宜設定すればよい。

（ｊ）転写に用いる粘着シートは、ＰＤＭＳシート４４に限定されるわけではない。第１圧電層２５ａ、第２圧電層２５ｂ、デバイス用の基板２２上の電極層（例えば下部電極２４）との組み合わせによって密着性が異なるため、転写に好適な粘着シートを適宜選択すればよい。

（ｋ）本実施形態では、圧電体層２５の下部電極２４上への転写後、転写された圧電体層２５上に上部電極２６を形成しているが、上部電極２６の形成は、圧電体層２５の下部電極２４上への転写前、つまり、ダミー基板４１上に第１圧電層２５ａを形成した後であっても構わない。なお、圧電体層２５の下部電極２４上への転写の際に、第１圧電層２５ａが第２圧電層２５ｂよりも下部電極２４側となるように転写を行う場合は、転写前の第１圧電層２５ａ上に形成した電極は、下部電極２４と接合される。このとき、電極同士（金属同士）の接合となるため、密着性が向上する。

（ｌ）本実施形態では、圧電体層２５の下部電極２４上への転写後、デバイス用の基板２２に圧力室２２ａを形成する加工を行っているが、この加工は圧電体層２５の転写前に行ってもよい。

（ｍ）図６〜図９に基づいて説明した製造方法では、下部電極２４を構成するＰｔ層とその下地層との密着性を高めるための密着層を形成していないが、勿論、密着層を形成してもよい。また、必要に応じて、酸化膜等を追加してもよい。

（ｎ）本実施形態では、記録媒体上に画像を描画するためのインクを液体として使用し、このインクを液滴として、インクジェットヘッド２１またはインクジェットプリンタ１から吐出するようにしている。使用する液体は、液滴として吐出できるものであればよく、画像描画用の上記インクには限定されない。例えば、フォトリソグラフィー技術で用いられる加工用のレジストなどを液体として用いて、対象物に吐出する構成とすることもできる。

以上で説明した本実施形態の圧電アクチュエータは、基板側から、下部電極、圧電体層および上部電極をこの順で有する圧電アクチュエータであって、前記圧電体層は、ペロブスカイト構造をそれぞれ持ち、かつ、添加物の添加量が互いに異なる２つの圧電層を有しており、積層される前記２つの圧電層のうち、添加物の添加量が相対的に多い圧電層を第１圧電層とし、添加物の添加量が相対的に少ない圧電層を第２圧電層としたとき、前記圧電体層の厚み方向に垂直な面内において、前記第２圧電層の面積は、前記第１圧電層の面積よりも小さい。

上記の構成によれば、圧電体層は、添加物の添加量が互いに異なる２つの圧電層（第１圧電層、第２圧電層）を有している。圧電体層の厚み方向に垂直な面内において、添加物の添加量の相対的に少ない第２圧電層の面積は、添加物の添加量の相対的に多い第１圧電層の面積よりも小さい。このような２つの圧電層を積層して圧電体層を構成することにより、圧電アクチュエータの製造方法として、圧電体層を転写によって形成する方法を採用することができる。

つまり、例えば、デバイス用の基板とは異なるダミー基板上に、圧電体層として第２圧電層および第１圧電層をこの順で形成し、上記第２圧電層を犠牲層として用い、犠牲層を含む圧電体層をエッチングしてダミー基板から圧電体層を剥離し、剥離した圧電体層を、デバイス用の基板上に形成された下部電極上に転写し、圧電体層上に上部電極を形成することで、デバイス用の基板側から、下部電極、圧電体層、上部電極をこの順で有する圧電アクチュエータを製造することができる。添加物の添加量が第１圧電層よりも第２圧電層のほうが相対的に少ないため、第２圧電層のほうが、エッチングレートが相対的に大きくなり、結果として、厚み方向に垂直な面内での面積が第１圧電層よりも小さくなる。

ここで、第１圧電層および第２圧電層は、ペロブスカイト構造をそれぞれ持ち、添加物の添加量が互いに異なっているので、ペロブスカイト構造の圧電材料（例えばＰＺＴ）を用い、添加物（例えばランタンやニオブ）の添加量を調整するだけで、第１圧電層および第２圧電層を容易に実現することができる。なお、添加量の調整には、添加量をゼロにすることも含まれる。しかも、従来のように、圧電体層のうち犠牲層として機能する層（例えば第２圧電層）とダミー基板とで光吸収率を異ならせる必要がないため、ダミー基板の材料とは無関係に、犠牲層として機能する層の材料および添加物の添加量を設定できる。つまり、第２圧電層の材料として、第１圧電層と組成の少なくとも一部が共通する材料を使用でき、第１圧電層の結晶成長性がよく、かつ、自身もエッチングされやすくなるような、第１圧電層とは組成の全く異なる材料を探さなくても済む。

また、第１圧電層および第２圧電層のうち、下層の圧電層（例えばペロブスカイト構造を持つ第２圧電層）の結晶性を引き継ぐようにして、上層の圧電層（例えば第１圧電層）をペロブスカイト構造で良好に成長させることができるため、上層の圧電層ひいては圧電体層全体の圧電特性を向上させることができる。

したがって、圧電体層を上記のように転写で形成して圧電アクチュエータを製造する際に、ダミー基板上で犠牲層として機能する層（第２圧電層）の材料が著しく制限されるのを回避しながら、つまり、第１圧電層の結晶成長に有利な下地層（第２圧電層）の材料の選択の幅を狭めることなく、圧電特性を向上させることができる。また、犠牲層として機能する層をエッチングすることで、圧電体層をダミー基板から剥離できるため、剥離したダミー基板を再利用することができ、これによって、圧電アクチュエータの生産性を向上させることができる。

以上で説明した本実施形態の圧電アクチュエータの製造方法は、デバイス用基板を含む基体上に下部電極を形成する工程と、前記下部電極上に、圧電体層を形成する工程と、前記圧電体層上に、上部電極を形成する工程とを含み、前記圧電体層を形成する工程は、前記デバイス用基板とは異なるダミー基板上に、前記圧電体層として、ペロブスカイト構造をそれぞれ持ち、かつ、添加物の添加量が互いに異なる２つの圧電層を積層する積層工程と、前記圧電体層をエッチングして前記ダミー基板から剥離する剥離工程と、剥離された前記圧電体層を前記下部電極上に転写する転写工程とを含み、前記２つの圧電層のうち、添加物の添加量が相対的に多い圧電層を第１圧電層とし、添加物の添加量が相対的に少ない圧電層を第２圧電層としたとき、前記積層工程では、前記ダミー基板上に、前記第２圧電層および前記第１圧電層をこの順で積層し、前記剥離工程では、前記圧電体層の厚み方向に垂直な面内で、前記第２圧電層の面積が、前記第１圧電層の面積よりも小さくなるように、前記第２圧電層を犠牲層としてエッチングして分離することにより、前記圧電体層を前記ダミー基板から剥離する。

上記の製造方法によれば、圧電体層としての第２圧電層および第１圧電層をダミー基板上にこの順で積層した後、第２圧電層を犠牲層としてエッチングして分離し、圧電体層をダミー基板から剥離する。そして、剥離した圧電体層を、デバイス用基板上に形成された下部電極上に転写し、圧電体層の上に上部電極を形成することで、圧電アクチュエータが製造される。添加物の添加量が第１圧電層よりも第２圧電層のほうが相対的に少ないため、第２圧電層のほうが、エッチングレートが相対的に大きくなり、結果として、厚み方向に垂直な面内での面積が第１圧電層よりも小さくなる。

ここで、第１圧電層および第２圧電層は、ペロブスカイト構造をそれぞれ持ち、添加物の添加量が互いに異なっているので、ペロブスカイト構造の圧電材料（例えばＰＺＴ）を用い、添加物（例えばランタンやニオブ）の添加量を調整するだけで、第１圧電層および第２圧電層を容易に実現することができる。なお、添加量の調整には、添加量をゼロにすることも含まれる。しかも、犠牲層となる第２圧電層とダミー基板とで光吸収率を異ならせる必要がないため、ダミー基板の材料とは無関係に、犠牲層となる第２圧電層の材料および添加物の添加量を設定できる。つまり、第２圧電層の材料として、第１圧電層と組成の少なくとも一部が共通する材料を使用でき、第１圧電層の結晶成長性がよく、かつ、自身もエッチングされやすくなるような、第１圧電層とは組成の全く異なる材料を探さなくても済む。

また、第２圧電層はペロブスカイト構造を持ち、第２圧電層の結晶性を引き継ぐようにして、第２圧電層の上に第１圧電層をペロブスカイト構造で良好に成長させることができるため、第１圧電層ひいては圧電体層全体の圧電特性を向上させることができる。

したがって、圧電体層を上記のように転写で形成して圧電アクチュエータを製造する際に、ダミー基板上で犠牲層として機能する層（第２圧電層）の材料が著しく制限されるのを回避しながら（第１圧電層の結晶成長に有利な第２圧電層の材料の選択の幅を狭めることなく）、圧電特性を向上させることができる。また、第２圧電層をエッチングすることで、圧電体層をダミー基板から剥離できるため、剥離したダミー基板を再利用することができ、これによって、圧電アクチュエータの生産性を向上させることができる。

上記の圧電アクチュエータおよびその製造方法において、（前記下部電極上において、）前記第２圧電層は、前記第１圧電層よりも厚さが薄いことが望ましい。この構成では、第２圧電層を犠牲層としてエッチングした後に、残った圧電体層を、下部電極側から第２圧電層、第１圧電層の積層順となるように、下部電極上に転写した場合に、第１圧電層を下部電極にほぼ接触するような状態で保持することができる。これにより、第１圧電層の駆動（伸縮）を、下部電極を含む下層に効率よく伝達することができる。

上記の圧電アクチュエータにおいて、前記第２圧電層は、前記第１圧電層よりも前記基板側に位置していてもよい。この場合、基板側から、下部電極、第２圧電層、第１圧電層、上部電極をこの順で有する圧電アクチュエータを実現できる。

上記の圧電アクチュエータおよびその製造方法において、前記第１圧電層および前記第２圧電層は、ＡＢＯ₃型のペロブスカイト構造のＡサイトに同じ元素を含み、かつ、Ｂサイトに同じ元素を含み、前記第２圧電層は、前記第１圧電層よりもエッチングレートが大きい材料で構成されていてもよい。この構成では、ＡサイトまたはＢサイトへの添加物の添加量を調整するだけで、エッチングレートの異なる第１圧電層および第２圧電層を容易に実現することができる。また、第１圧電層よりも第２圧電層のエッチングが速く進むため、第２圧電層をエッチングによって分離することが容易となり、圧電体層をダミー基板から容易に剥離することが可能となる。

上記の圧電アクチュエータおよびその製造方法において、前記第１圧電層および前記第２圧電層は、両方とも、Ａサイトに鉛を含む結晶構造を持っていてもよい。第１圧電層および第２圧電層が、鉛系のペロブスカイト構造を有する構成において、上述の効果を得ることができる。

上記の圧電アクチュエータおよびその製造方法において、前記第１圧電層および前記第２圧電層は、両方とも、Ｂサイトにジルコニウムを含む結晶構造と、Ｂサイトにチタンを含む結晶構造とを持っていてもよい。第１圧電層および第２圧電層は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を基本の結晶構造として持つ。したがって、ＰＺＴに対する添加物の添加量を異ならせることで、２種の圧電層、つまり、第１圧電層および第２圧電層を実現することができる。

上記の圧電アクチュエータおよびその製造方法において、前記第１圧電層は、Ａサイトにランタンを含む結晶構造をさらに持っていてもよい。第１圧電層は、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）で構成されるため、ＰＺＴに対するランタン（Ｌａ）の添加量を調整することで、第２圧電層を容易に実現することができる。

上記の圧電アクチュエータおよびその製造方法において、前記第２圧電層が持つ結晶構造は、全て、ランタン無添加であってもよい。この場合、第１圧電層がＰＬＺＴであり、第２圧電層がＰＺＴである構成において、上述の効果を得ることができる。

上記の圧電アクチュエータおよびその製造方法において、前記第２圧電層は、Ａサイトにランタンを含む結晶構造をさらに持ち、前記第１圧電層のランタンの添加量は、前記第２圧電層のランタンの添加量よりも多くてもよい。この場合、第１圧電層がＬａ添加量の多いＰＬＺＴであり、第２圧電層がＬａ添加量の少ないＰＬＺＴである構成において、上述の効果を得ることができる。

上記の圧電アクチュエータおよびその製造方法において、前記第１圧電層は、Ｂサイトにニオブを含む結晶構造をさらに持っていてもよい。第１圧電層は、チタン酸ジルコン酸ニオブ鉛（ＰＮＺＴ）で構成されるため、ＰＺＴに対するニオブ（Ｎｂ）の添加量を調整することで、第２圧電層を容易に実現することができる。

上記の圧電アクチュエータおよびその製造方法において、前記第２圧電層が持つ結晶構造は、全て、ニオブ無添加であってもよい。この場合、第１圧電層がＰＮＺＴであり、第２圧電層がＰＺＴである構成において、上述の効果を得ることができる。

上記の圧電アクチュエータおよびその製造方法において、前記第２圧電層は、Ｂサイトにニオブを含む結晶構造をさらに持ち、前記第１圧電層のニオブの添加量は、前記第２圧電層のニオブの添加量よりも多くてもよい。この場合、第１圧電層がＮｂ添加量の多いＰＮＺＴであり、第２圧電層がＮｂ添加量の少ないＰＮＺＴである構成において、上述の効果を得ることができる。

以上で説明した本実施形態の液滴吐出ヘッドは、上述した圧電アクチュエータと、液体を液滴として吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートとを備え、前記圧電アクチュエータの前記基板には、前記液体を収容する圧力室が形成されており、前記ノズルプレートの前記ノズル孔は、前記圧力室と連通している。

以上で説明した本実施形態の液滴吐出ヘッドの製造方法は、上述した圧電アクチュエータの製造方法を用いて、液滴吐出ヘッドを製造する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧電アクチュエータの前記デバイス用基板に、液体を収容する圧力室を形成する工程と、前記圧力室と連通し、前記液体を液滴として吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートを、前記デバイス用基板に貼り付ける工程とを有している。

上述した圧電アクチュエータおよびその製造方法によれば、圧電特性を向上させるとともに、圧電アクチュエータの生産性を向上させることができる。したがって、その圧電アクチュータを備えた液滴吐出ヘッドおよびその製造方法によれば、液滴の吐出特性を向上させるとともに、液滴吐出ヘッドの生産性を向上させることができる。

上記の液滴吐出ヘッドおよびその製造方法において、前記圧力室内に収容される前記液体は、画像を描画するためのインクであってもよい。この場合、液滴吐出ヘッドをインクジェットヘッドとして用いることができる。

以上で説明した本実施形態の液滴吐出装置は、上述の液滴吐出ヘッドと、前記液滴吐出ヘッドを支持する支持部材とを備えている。

以上で説明した本実施形態の液滴吐出装置の製造方法は、上述した液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて、液滴吐出装置を製造する液滴吐出装置の製造方法であって、前記液滴吐出ヘッドを支持部材に設置する工程を有している。

上記の液滴吐出装置およびその製造方法によれば、支持部材にて支持された液滴吐出ヘッドから液滴を吐出して、対象物に液滴を吐出することができる。例えば、対象物が用紙などの記録媒体であり、圧力室に収容される液体がインクであれば、インクを記録媒体上に吐出して画像を形成するインクジェットプリンタとして液滴吐出装置を使用することができる。

本発明の圧電アクチュエータは、インクジェットヘッドおよびインクジェットプリンタなどの液滴吐出ヘッドおよび液滴吐出装置に利用可能である。

１ インクジェットプリンタ（液滴吐出装置）
１２ 支持部材
２１ インクジェットヘッド（液滴吐出ヘッド）
２１ａ アクチュエータ（圧電アクチュエータ）
２２ 基板（デバイス用基板）
２２ａ 圧力室
２４ 下部電極
２５ 圧電体層
２５ａ 第１圧電層
２５ｂ 第２圧電層
２６ 上部電極
３１ ノズルプレート
３１ａ ノズル孔
４１ ダミー基板
Ｐ 記録媒体

Claims (30)

1. 基板側から、下部電極、圧電体層および上部電極をこの順で有する圧電アクチュエータであって、
   前記圧電体層は、ペロブスカイト構造をそれぞれ持ち、かつ、添加物の添加量が互いに異なる２つの圧電層を有しており、
   積層される前記２つの圧電層のうち、添加物の添加量が相対的に多い圧電層を第１圧電層とし、添加物の添加量が相対的に少ない圧電層を第２圧電層としたとき、
   前記圧電体層の厚み方向に垂直な面内において、前記第２圧電層の面積は、前記第１圧電層の面積よりも小さいことを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記第２圧電層は、前記第１圧電層よりも厚さが薄い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。
3. 前記第２圧電層は、前記第１圧電層よりも前記基板側に位置していることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記第１圧電層および前記第２圧電層は、ＡＢＯ₃型のペロブスカイト構造のＡサイトに同じ元素を含み、かつ、Ｂサイトに同じ元素を含み、
   前記第２圧電層は、前記第１圧電層よりもエッチングレートが大きい材料で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記第１圧電層および前記第２圧電層は、両方とも、Ａサイトに鉛を含む結晶構造を持つことを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータ。
6. 前記第１圧電層および前記第２圧電層は、両方とも、Ｂサイトにジルコニウムを含む結晶構造と、Ｂサイトにチタンを含む結晶構造とを持つことを特徴とする請求項５に記載の圧電アクチュエータ。
7. 前記第１圧電層は、Ａサイトにランタンを含む結晶構造をさらに持つことを特徴とする請求項６に記載の圧電アクチュエータ。
8. 前記第２圧電層が持つ結晶構造は、全て、ランタン無添加であることを特徴とする請求項７に記載の圧電アクチュエータ。
9. 前記第２圧電層は、Ａサイトにランタンを含む結晶構造をさらに持ち、
   前記第１圧電層のランタンの添加量は、前記第２圧電層のランタンの添加量よりも多いことを特徴とする請求項７に記載の圧電アクチュエータ。
10. 前記第１圧電層は、Ｂサイトにニオブを含む結晶構造をさらに持つことを特徴とする請求項６に記載の圧電アクチュエータ。
11. 前記第２圧電層が持つ結晶構造は、全て、ニオブ無添加であることを特徴とする請求項１０に記載の圧電アクチュエータ。
12. 前記第２圧電層は、Ｂサイトにニオブを含む結晶構造をさらに持ち、
    前記第１圧電層のニオブの添加量は、前記第２圧電層のニオブの添加量よりも多いことを特徴とする請求項１０に記載の圧電アクチュエータ。
13. 請求項１から１２のいずれかに記載の圧電アクチュエータと、
    液体を液滴として吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートとを備え、
    前記圧電アクチュエータの前記基板には、前記液体を収容する圧力室が形成されており、
    前記ノズルプレートの前記ノズル孔は、前記圧力室と連通していることを特徴とする液滴吐出ヘッド。
14. 前記圧力室内に収容される前記液体は、画像を描画するためのインクであることを特徴とする請求項１３に記載の液滴吐出ヘッド。
15. 請求項１３または１４に記載の液滴吐出ヘッドと、
    前記液滴吐出ヘッドを支持する支持部材とを備えていることを特徴とする液滴吐出装置。
16. デバイス用基板を含む基体上に下部電極を形成する工程と、
    前記下部電極上に、圧電体層を形成する工程と、
    前記圧電体層上に、上部電極を形成する工程とを含み、
    前記圧電体層を形成する工程は、
    前記デバイス用基板とは異なるダミー基板上に、前記圧電体層として、ペロブスカイト構造をそれぞれ持ち、かつ、添加物の添加量が互いに異なる２つの圧電層を積層する積層工程と、
    前記圧電体層をエッチングして前記ダミー基板から剥離する剥離工程と、
    剥離された前記圧電体層を前記下部電極上に転写する転写工程とを含み、
    前記２つの圧電層のうち、添加物の添加量が相対的に多い圧電層を第１圧電層とし、添加物の添加量が相対的に少ない圧電層を第２圧電層としたとき、
    前記積層工程では、前記ダミー基板上に、前記第２圧電層および前記第１圧電層をこの順で積層し、
    前記剥離工程では、前記圧電体層の厚み方向に垂直な面内で、前記第２圧電層の面積が、前記第１圧電層の面積よりも小さくなるように、前記第２圧電層を犠牲層としてエッチングして分離することにより、前記圧電体層を前記ダミー基板から剥離することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
17. 前記下部電極上において、前記第２圧電層は、前記第１圧電層よりも厚さが薄いことを特徴とする請求項１６に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
18. 前記転写工程では、前記第２圧電層が前記第１圧電層よりも前記デバイス用基板側に位置するように、剥離された前記圧電体層を前記下部電極上に転写することを特徴とする請求項１６または１７に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
19. 前記第１圧電層および前記第２圧電層は、ＡＢＯ₃型のペロブスカイト構造のＡサイトに同じ元素を含み、かつ、Ｂサイトに同じ元素を含み、
    前記第２圧電層は、前記第１圧電層よりもエッチングレートが大きい材料で構成されていることを特徴とする請求項１６から１８のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
20. 前記第１圧電層および前記第２圧電層は、両方とも、Ａサイトに鉛を含む結晶構造を持つことを特徴とする請求項１９に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
21. 前記第１圧電層および前記第２圧電層は、両方とも、Ｂサイトにジルコニウムを含む結晶構造と、Ｂサイトにチタンを含む結晶構造とを持つことを特徴とする請求項２０に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
22. 前記第１圧電層は、Ａサイトにランタンを含む結晶構造をさらに持つことを特徴とする請求項２１に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
23. 前記第２圧電層が持つ結晶構造は、全て、ランタン無添加であることを特徴とする請求項２２に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
24. 前記第２圧電層は、Ａサイトにランタンを含む結晶構造をさらに持ち、
    前記第１圧電層のランタンの添加量は、前記第２圧電層のランタンの添加量よりも多いことを特徴とする請求項２２に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
25. 前記第１圧電層は、Ｂサイトにニオブを含む結晶構造をさらに持つことを特徴とする請求項２１に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
26. 前記第２圧電層が持つ結晶構造は、全て、ニオブ無添加であることを特徴とする請求項２５に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
27. 前記第２圧電層は、Ｂサイトにニオブを含む結晶構造をさらに持ち、
    前記第１圧電層のニオブの添加量は、前記第２圧電層のニオブの添加量よりも多いことを特徴とする請求項２５に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
28. 請求項１６から２７のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法を用いて、液滴吐出ヘッドを製造する液滴吐出ヘッドの製造方法であって、
    前記圧電アクチュエータの前記デバイス用基板に、液体を収容する圧力室を形成する工程と、
    前記圧力室と連通し、前記液体を液滴として吐出するためのノズル孔を有するノズルプレートを、前記デバイス用基板に貼り付ける工程とを有していることを特徴とする液滴吐出ヘッドの製造方法。
29. 前記圧力室内に収容される前記液体は、画像を描画するためのインクであることを特徴とする請求項２８に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法。
30. 請求項２８または２９に記載の液滴吐出ヘッドの製造方法を用いて、液滴吐出装置を製造する液滴吐出装置の製造方法であって、
    前記液滴吐出ヘッドを支持部材に設置する工程を有していることを特徴とする液滴吐出装置の製造方法。

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