圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド及び液体噴射ヘッド並びに圧電アクチュエーターの製造方法
【課題】エージング処理を必要とせず、かつ、エージング処理によって変位特性が低下していない圧電アクチュエーターと、前記圧電アクチュエーターを有する液体噴射ヘッドおよび液体噴射装置ならびに圧電アクチュエーターの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る圧電アクチュエーターは、断熱層と、前記断熱層の上方に形成された加熱素子と、前記加熱素子の上方に形成された絶縁層と、を有する振動板と、前記絶縁層の上方において、第１電極と第２電極とによって挟まれた圧電体層を有する圧電素子と、を含み、前記加熱素子は、発熱体層と、前記発熱体層にそれぞれ電気的に接続された、第１配線層および第２配線層と、を有し、前記圧電体層は、前記圧電体層の厚み方向から見た場合、前記発熱体層の少なくとも一部とオーバーラップする。
【解決手段】本発明に係る圧電アクチュエーターは、断熱層と、前記断熱層の上方に形成された加熱素子と、前記加熱素子の上方に形成された絶縁層と、を有する振動板と、前記絶縁層の上方において、第１電極と第２電極とによって挟まれた圧電体層を有する圧電素子と、を含み、前記加熱素子は、発熱体層と、前記発熱体層にそれぞれ電気的に接続された、第１配線層および第２配線層と、を有し、前記圧電体層は、前記圧電体層の厚み方向から見た場合、前記発熱体層の少なくとも一部とオーバーラップする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド及び液体噴射ヘッド並びに圧電アクチュエーターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、画像記録装置およびディスプレー製造装置等に用いることができるインクジェットプリンター等の液体噴射装置の液体噴射ヘッドや、各種圧電アクチュエーターにおいて、圧電素子を用いること知られている。
【０００３】
このような圧電アクチュエーターにおいて、圧電素子に繰り返し駆動信号を印加して、経時的に使用した場合、圧電体層の変位特性が変化し、圧電アクチュエーターの変位量が変化してしまう。その結果、圧電アクチュエーターを利用した液体噴射ヘッドの吐出特性が変化し、信頼性を低下させるという課題が知られている（特許文献１）。このような課題から、例えば、比較的高い電圧の駆動パルスを一定時間に渡って圧電アクチュエーターの圧電素子に印加する処理を行い、圧電素子の変位特性を意図的に劣化させて安定化させるエージング工程を行うことが必要とされている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０２８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の様態の１つは、エージング処理を必要とせず、かつ、エージング処理によって変位特性が低下していない圧電アクチュエーターを提供することにある。
【０００６】
本発明の様態の１つは、上記圧電アクチュエーターを有する液体噴射ヘッドを提供することにある。
【０００７】
本発明の様態の１つは、上記液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の態様の１つは、上記圧電アクチュエーターの製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の態様の１つは、上記圧電アクチュエーターを有する液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係る圧電アクチュエーターは、
断熱層と、前記断熱層の上方に形成された加熱素子と、前記加熱素子の上方に形成された絶縁層と、を有する振動板と、
前記絶縁層の上方において、第１電極と第２電極とによって挟まれた圧電体層を有する圧電素子と、
を含み、
前記加熱素子は、発熱体層と、前記発熱体層にそれぞれ電気的に接続された、第１配線層および第２配線層と、を有し、
前記圧電体層は、前記圧電体層の厚み方向から見た場合、前記発熱体層の少なくとも一部とオーバーラップする。
【００１１】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。
【００１２】
本発明によれば、エージング工程を行う必要としない圧電アクチュエーターを提供することができる。また、本発明によれば、エージング工程を行わず、圧電素子の圧電体層の圧電特性を劣化させないまま用いることができる。したがって、エージング処理後の圧電特性よりも、高い圧電特性を有する圧電アクチュエーターを提供することができる。
【００１３】
（２）本発明に係る圧電アクチュエーターにおいて、
前記発熱体層は、絶縁層によって覆われていてもよい。
【００１４】
（３）本発明に係る圧電アクチュエーターにおいて、
前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分としていてもよい。
【００１５】
（４）本発明に係る圧電アクチュエーターにおいて、
前記絶縁層の熱伝導率は、前記断熱層の熱伝導率よりも高くてもよい。
【００１６】
これによれば、圧電アクチュエーターの信頼性を向上させることができる。
【００１７】
（５）本発明に係る液体噴射ヘッドは、
上記のいずれかの圧電アクチュエーターを含む。
【００１８】
本発明によれば、上記圧電アクチュエーターを備えた液体噴射ヘッドを提供することができる。
【００１９】
（６）本発明に係る液体噴射装置は、
上記の液体噴射ヘッドを含む。
【００２０】
本発明によれば、上記圧電アクチュエーターを備えた液体噴射装置を提供することができる。
【００２１】
（７）本発明に係る圧電アクチュエーターの製造方法は、
基板の上方に断熱層を形成する工程と、
前記断熱層の上方において加熱素子を形成する工程と、
前記加熱素子の上方に絶縁層を形成する工程と、を有する振動板の形成工程と、
前記絶縁層の上方において、圧電素子を形成する工程と、を含み、
前記加熱素子は、発熱体層と、前記発熱体層にそれぞれ電気的に接続された、第１配線層および第２配線層と、を有し、
前記圧電素子は、第１電極と第２電極によって挟まれた圧電体層と、を有し、前記圧電体層の厚み方向から見た場合、前記発熱体層の少なくとも一部とオーバーラップする。
【００２２】
本発明によれば、上記圧電アクチュエーターの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係る圧電アクチュエーターを模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る圧電アクチュエーターの製造方法を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る圧電アクチュエーターの製造方法を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図６Ａ】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す平面図。
【図６Ｂ】図６ＡのＶＩＢ−ＶＩＢ線における要部を模式的に示す断面図。
【図６Ｃ】図８ＡのＶＩＣ−ＶＩＣ線における要部を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る加熱素子を模式的に説明する平面図。
【図８】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係る液体噴射装置を模式的に示す斜視図。
【図１１】第１実施例および第１比較例の結果をプロットした図。
【図１２】第２実施例および第２比較例の結果をプロットした図。
【図１３】第３実施例および第３比較例の結果をプロットした図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明を適用した実施形態の一例について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。本発明は、以下の実施形態およびその変形例を自由に組み合わせたものを含むものとする。
【００２５】
１． 圧電アクチュエーター
以下、図面を参照して、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００について説明する。
【００２６】
図１（Ａ）は、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００の一例を模式的に示す断面図である。図１（Ｂ）は、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００の変形例を模式的に示す断面図である。
【００２７】
図１（Ａ）に示すように、圧電アクチュエーター１００は、断熱層１１と、断熱層１１の上方に形成された加熱素子１２と、加熱素子１２の上方に形成された絶縁層１５と、を有する振動板１０と、絶縁層１５の上方において、第１電極２０と第２電極４０とによって挟まれた圧電体層３０を有する圧電素子５０と、を含む。
【００２８】
なお、本実施形態において圧電素子５０の形態は、電極によって挟まれた圧電体層を有する限り、特に限定されるものではない。つまりは、圧電素子５０は、屈曲振動モード（ベントモード）のユニモルフ型圧電素子であってもよい。また、図示はされないが、圧電素子５０は、伸縮振動モード（ピストンモード）の積層型圧電素子であってもよい。
【００２９】
以下においては、圧電素子５０が、屈曲振動モード（ベントモード）のユニモルフ型圧電素子の場合であって、複数の圧電素子５０を有する圧電アクチュエーター１００の場合に、第１電極２０が共通電極となり、第２電極４０が個別電極となるように形成された構造を一例として説明するが、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００は、以下の形態に限定されるものではない。例えば、圧電体層３０が、第１電極２０を覆うように形成され、第２電極４０が圧電体層３０を覆うように形成された形態を有する圧電素子であってもよい。つまり、第１電極２０が個別電極となり、第２電極４０が共通電極となるように形成された構造でもよい。
【００３０】
ここで、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、圧電体層３０の内、第１電極２０と第２電極４０とによって電圧が印加される領域を駆動領域３５とする。
【００３１】
以下において、まず本実施形態に係る振動板１０を説明した後、圧電素子５０の一例を説明する。
【００３２】
振動板１０は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、圧電素子５０の基板となる部材であって、断熱層１１と、断熱層１１の上方に形成された加熱素子１２と、加熱素子１２の上方に形成された絶縁層１５を含む。振動板１０の厚み方向から見た場合の平面視における形状は特に限定されない。圧電アクチュエーター１００の形状に合わせて適宜設計することができる。
【００３３】
断熱層１１は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、後述される加熱素子１２が形成される板状部材である。なお、本発明において、「断熱」との文言は、熱の貫流に対して抵抗性を有することを意味する。つまりは、断熱層１１は、熱の貫流を完全に遮蔽してもよい。また、断熱層１１は、全熱量を遮蔽せずに、断熱層１１の材質が有する所定の熱伝導率に応じて一定量の熱量を遮蔽する部材であってもよい。具体的には、断熱層１１は、後述される絶縁層１５よりも熱伝導率が低い部材であればよい。言い換えれば、断熱層１１は、絶縁層１５よりも高い断熱効率を有する部材である。また、断熱層１１は、可撓性を有する。つまりは、圧電素子５０の変形に応じて変形することができる。断熱層１１の材質は、可撓性を有し、絶縁層１５よりも熱伝送率が低い材質である限り特に限定されない。例えば、断熱層１１は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、および酸化ジルコニウムなどの無機材料、ポリイミドなどの有機高分子材料などから形成されていてもよい。なお、前記断熱層の形成後に、例えば、４００℃を超えるような加熱処理を行う場合には、熱的安定性の観点から酸化シリコンや窒化シリコンのような無機材料を用いるのが好適である。また、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、断熱層１１は単層で構成されていてもよいし、図示はされないが、上記材料のいずれかを用いた積層体であってもよい。
【００３４】
加熱素子１２は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、断熱層１１の上方に形成される。加熱素子１２は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、発熱体層１２ａと、発熱体層１２ａにそれぞれ電気的に接続された、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃと、を有する。図１（Ａ）は、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの電気的な接続構造の一例を示すものであり、図１（Ｂ）は、その変形例を示すものである。
【００３５】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、発熱体層１２ａは、後述される圧電体層３０の少なくとも一部とオーバーラップするように形成される。なお、本発明において「オーバーラップする」との文言は、振動板１０の厚み方向から見た場合の平面視においてオーバーラップすることを意味する。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、発熱体層１２ａは、後述される圧電体層３０の駆動領域３５の少なくとも一部の下方に位置するように形成される。発熱体層１２ａは、板状の部材であって、例えば、図１（Ａ）に示すように、断熱層１１の上方であって、かつ、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの下方に位置するように形成されていてもよい。また、例えば、図１（Ｂ）に示すように、発熱体層１２ａは、断熱層１１の上方において、圧電体層３０の駆動領域３５とオーバーラップする領域においてのみ形成されていてもよい。
【００３６】
発熱体層１２ａの電圧が印加された部分は、発熱することができる。つまりは、発熱体１２ａは、所定の導電性と、所定の温度まで発熱するための一定の電気抵抗を有する部材である。発熱体層１２ａは一定の電気抵抗を有するため、所定の電圧が印加されることにより発熱することができる。発熱体層１２ａの材質には、金や白金などと比べて導電性が低く、高抵抗な導電性材料を用いることができる。例えば、発熱体層１２ａの材質には、窒化タンタル（ＴａＮ）や窒化チタン（ＴｉＮ）などの窒化物や、タンタル−アルミニウム合金（ＴａＡｌ）、チタン−アルミニウム合金（ＴｉＡｌ）、ニッケル−クロム合金（ＮｉＣｒ）などの合金や、タンタル−酸化ケイ素（Ｔａ−ＳｉＯ２）などのサーメット材料などを用いることができる。また、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、発熱体層１２ａは単層で構成されていてもよいし、図示はされないが、上記材料のいずれかを用いた積層体であってもよい。発熱体層１２ａの材質および膜厚は、発熱させるターゲット温度などの発熱条件や、発熱させるために電流を流すための電圧印加信号（直流信号、パルス信号）や印加時間などの印加条件を考慮して適宜決定される。例えば、窒化タンタル（ＴａＮ）を材料として用い、発熱するターゲット温度を３００℃程度としたい場合、膜厚を例えば、０．０１μｍ以上、１．０μｍ以下とすることができる。
【００３７】
第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃは、導電性を有し、互いに絶縁された配線層である。第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの形状は、発熱体層１２ａに電圧を印加することができる限り、特に限定されない。例えば、図１（Ａ）に示すように、発熱体層１２ａの上方において、圧電素子５０が上方に形成された領域を避けるようにして、互いに対向するようにパターニングされていてもよい。また例えば、図１（Ｂ）に示すように、断熱層１１の上方において、同一面上に形成された発熱体層１２ａを挟み、互いに対向するようにパターニングされていてもよい。第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの構造および材料は、導電性を有する限り、特に限定されない。第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃは、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）などの金属や、酸化ストロンチウム（ＳＲＯ）および酸化ランタンニッケル（ＬＮＯ）等の導電性酸化物、などのいずれかを含む導電層であってもよい。また、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃは単層で構成されていてもよいし、図示はされないが、上記材料のいずれかを用いた積層体であってもよい。
【００３８】
図示はされないが、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃは、直接または、リード配線等と介して間接的に、駆動回路または接地回路にそれぞれ接続されていることができる。例えば、第１配線層１２ｂを駆動回路に接続し、第２配線層１２ｃを接地回路に接続してもよいし、互いに逆に接続されていてもよい。
【００３９】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、発熱体層１２ａは、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃによって電圧が印加される領域である活性領域１３を有する。つまりは、活性領域１３は、発熱体層１２ａにおいて、互いに絶縁された第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃによって発生する電流が実質的に流れる領域である。活性領域１３は、後述される第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの配置により決定される領域である。例えば、図１（Ａ）に示すように、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃが、発熱体層１２ａの上方に形成される場合、発熱体層１２ａの内、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃが上方に形成されていない領域が、活性領域１３となる。また、例えば、図１（Ｂ）に示すように、断熱層１１の上方において、発熱体層１２ａと、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃが形成される場合、発熱体層１２ａの内、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃに挟まれる領域が、活性領域１３となる。活性層１３が形成される領域は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、活性層１３は、活性層１３の厚み方向から見た場合に、後述される圧電体層３０の駆動領域３５の少なくとも一部とオーバーラップするように形成されている限り、特に限定されない。
【００４０】
絶縁層１５は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、加熱素子１２を覆うように形成される。絶縁層１５は、加熱素子１２の上に形成される部材であるため、加熱素子１２に対応した形状を有している。絶縁層１５は、上方に形成される圧電素子５０の第１電極２０と、下方に形成される加熱素子１２の第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃとを絶縁することができる。また、絶縁層１５は、図１（Ａ）に示すように、加熱素子１２の第１配線層１２ｂと第２配線層１２ｃとを互いに絶縁する絶縁層であってもよい。絶縁層１５の材質は、可撓性を有し、電気的な絶縁性を有する材質である限り特に限定されない。例えば、絶縁層１５は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、および酸化ジルコニウムなどから形成されていてもよい。また、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、絶縁層１５は単層で構成されていてもよいし、図示はされないが、上記材料のいずれかを用いた積層体であってもよい。
【００４１】
以下に、圧電素子５０の一例を説明する。
【００４２】
図１（Ａ）に示すように、圧電素子５０の第１電極２０は、振動板１０（絶縁層１５）の上方に形成される。第１電極２０は、導電性を有した層からなり、例えば、圧電素子５０において下部電極を構成してもよい。第１電極２０の構造および材料は、導電性を有する限り、特に限定されない。例えば、第１電極２０は、単層で形成されていてもよい。あるいは、第１電極２０は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。第１電極２０は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）などの金属や、酸化ストロンチウム（ＳＲＯ）および酸化ランタンニッケル（ＬＮＯ）等の導電性酸化物、などのいずれかを含む導電層であってもよい。
【００４３】
図示はされないが、第１電極２０は、駆動回路（ＩＣ）と電気的に接続されたリード部とのコンタクト部を有していてもよい。リード部は、第１電極２０と同じ金属で形成されてもよいし、ニッケル／クロム合金（ＮｉＣｒ）と金（Ａｕ）などを含む積層体からなる金属層で形成されていてもよい。
【００４４】
圧電体層３０は、図１（Ａ）に示すように、第１電極２０の上方に形成される。圧電体層３０の形状は、加熱素子１２の活性層１３の上方において第１電極２０の少なくとも一部を覆っていればよく、特に限定されない。例えば、図１（Ａ）に示すように、上面３１と、上面３１に連続したテーパー形状の側面３２を有していてもよい。ここで、側面３２が第１電極２０と接する部分を端部３３とする。圧電体層３０は、圧電特性を有した結晶体からなり、圧電素子５０において電圧を印加されることにより変形することができる。圧電体層３０の構造および材料は、圧電特性を有していればよく、特に限定されない。圧電体層３０は、公知の圧電材料から、例えばゾルゲル法などの公知の方法によって形成される。圧電体層３０は、例えば、ペロブスカイト型酸化物の圧電材料を用いることができる。圧電体層３０の圧電材料には、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３：ＢＴ）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｎａ、Ｋ）ＮｂＯ３：ＮＫＮ）およびチタン酸ビスマスナトリウム（（Ｂｉ、Ｎａ）ＴｉＯ３：ＢＮＴ）などを用いることができる。
【００４５】
第２電極４０は、図１（Ａ）に示すように、第１電極２０の少なくとも一部とオーバーラップするように形成される。図１（Ａ）に示すように、第２電極４０は、圧電体層３０の第１電極２０とオーバーラップする上面３１を覆うように形成されていてもよい。第２電極４０の構造および材料は、特に限定されない。例えば、第２電極４０は、単層で形成されていてもよい。あるいは、第２電極４０は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。第２電極４０は、導電性を有した層からなり、圧電素子５０において上部電極を構成する。第２電極４０は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）などの金属や、酸化ストロンチウム（ＳＲＯ）および酸化ランタンニッケル（ＬＮＯ）等の導電性酸化物、などを含む導電層であってもよい。
【００４６】
図示はされないが、第２電極４０は、駆動回路（ＩＣ）と電気的に接続されたリード部とのコンタクト部を有していてもよい。リード部は、第２電極４０と同じ金属で形成されてもよいし、ニッケル／クロム合金（ＮｉＣｒ）と金（Ａｕ）などを含む積層体からなる金属層で形成されていてもよい。
【００４７】
以上のいずれかの構成により、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００の構成とすることができる。
【００４８】
本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４９】
本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００によれば、エージング工程を行う必要としない圧電アクチュエーター１００を提供することができる。また、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００によれば、エージング工程を行わず、圧電素子の圧電体層の圧電特性を劣化させないまま用いることができるため、エージング処理後の圧電特性よりも、高い圧電特性を有する圧電アクチュエーター１００を提供することができる。以下に詳細を説明する。
【００５０】
圧電素子５０に用いられるＰＺＴなどの圧電体層は、製造された直後では、変位特性（電圧−変位量特性）が、安定的ではなく、電圧を印加することによって漸化的に変位特性が劣化する状態にある。したがって、例えば所定周波数のパルス信号を所定時間印加するエージング工程により変位特性を意図的に劣化させ、初期の変位特性よりも低い変位特性で安定化させることによって、出荷後の圧電アクチュエーターの変位特性が、経時的に変化することを防いでいる。しかしながら、このようなエージング処理は、圧電アクチュエーターの製造工程以外の設備コストと電圧印加のためのエネルギーコストを必要とし、エージング処理のために長時間にわたり電圧を印加させることから、スループットを低下させる。また、エージング処理を行うことによって、圧電体層の圧電特性は、意図的に劣化されるため、圧電体層の本来の圧電特性を活用できない。
【００５１】
しかしながら、圧電素子の圧電体層は、圧電体層自体の温度を、例えば脱分極温度以上となるように加熱することで、圧電体層の変位特性を回復させることができる。詳細は後述される。
【００５２】
本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００は、上述のように、圧電素子５０の圧電体層３０を加熱することができる加熱素子１２を備える。したがって、エージング処理を行わなくても、適宜、加熱素子１２による加熱処理を行うことにより、圧電体層３０の圧電特性を回復させて、変位特性の劣化を防ぐことができる。詳細は後述される。よって、エージング工程を行う必要としない圧電アクチュエーター１００を提供することができる。
【００５３】
また、加熱素子１２によって、圧電体層３０を、圧電体層の脱分極温度よりも高い温度まで加熱することにより、圧電体層３０の変位特性を、実質的に製造直後の初期の変位特性まで回復させることができる。詳細は後述される。よって、エージング処理後の圧電特性よりも、高い圧電特性を有する圧電アクチュエーター１００を提供することができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る圧電アクチュエーターによれば、絶縁層１５の熱伝導率は、断熱層１１の熱伝導率よりも高い。これによれば、加熱素子１２の活性領域１３が発熱することにより発生した熱量を、断熱層１１よりも絶縁層１５の方がより多く伝導することができる。また、断熱層１１は、絶縁層１５よりも熱伝導率が低いため、絶縁層１５よりも多くの熱量を遮蔽し、断熱層１１の加熱素子１２とは反対側の領域に熱を伝えにくくすることができる。したがって、圧電アクチュエーター１００の振動板１０の圧電素子５０が形成されていない面に対する、加熱素子１２の発熱による影響を低減することができる。よって、圧電アクチュエーター１００の信頼性を向上させることができる。
【００５５】
２． 圧電アクチュエーターの製造方法
次に、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図２（Ａ）〜図３（Ｄ）は、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００５６】
図２（Ａ）〜図３（Ｄ）に示すように、本実施形態に係る圧電アクチュエーターの製造方法は、基板の１上方に、断熱層１１を形成する工程と、断熱層１１の上方において、発熱体層１２ａ、および発熱体層１２ａにそれぞれ電気的に接続された第１配線層１２ｂと第２配線層１２ｃを形成することによって、加熱素子１２を形成する工程と、加熱素子１２の上方において、絶縁層１５を形成する工程と、絶縁層１５の上方において、第１電極２０を形成する工程と、第１電極２０の上方において、発熱体層１２ａの少なくとも一部とオーバーラップする圧電体層３０を形成する工程と、圧電体層３０の上方において、第１電極２０の少なくとも一部とオーバーラップする第２電極４０を形成する工程を含む。
【００５７】
図２（Ａ）に示すように、圧電アクチュエーター１００を上方に形成するための基板１を準備する。図２（Ａ）に示すように、基板１上に、断熱層１１を形成する。断熱層１１の形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。断熱層１１は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの蒸着法、スパッタ法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより形成される。図示はされないが、断熱層１１は、所望の形状にパターニングされていてもよい。断熱層１１の構造や形状などの詳細な説明は、上述されているため省略する。
【００５８】
次に、図２（Ｂ）に示すように、断熱層１１の上に発熱体層１２ａを形成する。発熱体層１２ａの形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。発熱体層１２ａは、例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法などにより形成される。図示はされないが、発熱体層１２ａは、所望の形状にパターニングされていてもよい。発熱体層１２ａの構造や形状などの詳細な説明は、上述されているため省略する。
【００５９】
次に、図２（Ｃ）に示すように、発熱体層１２ａの上に導電膜１２ｄを形成する。導電膜１２ｄは、導電性を有する膜であって、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの原料膜である。導電膜１２ｄの形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。導電膜１２ｄは、例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法などにより形成される。
【００６０】
次に、図２（Ｄ）に示すように、導電膜１２ｄを図示されないレジストを形成し、パターニングすることにより、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃを形成する。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィー技術または公知のエッチング技術によって行われる。エッチングでもってパターニングを行う場合、ドライエッチングでもよいし、ウェットエッチングでもよい。第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの構造や形状などの詳細な説明は、上述されているため省略する。これにより、加熱素子１２を形成することができる。
【００６１】
次に、図２（Ｅ）に示すように、加熱素子１２の上に絶縁層１５を形成する。絶縁層１５の形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。絶縁層１５は、例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、スパッタ法、ＭＯＤ法などにより形成される。図示はされないが、絶縁層１５は、所望の形状にパターニングされていてもよい。絶縁層１５の構造や形状などの詳細な説明は、上述されているため省略する。これによって、基板１の上方に振動板１０を形成することができる。
【００６２】
次に、図３（Ａ）に示すように、振動版１０（絶縁層１５）の上方において、第１導電膜２０ａを形成して、第１導電膜２０ａをパターニングして、第１電極２０を形成する。第１導電膜２０ａの形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。第１導電膜２０ａは、例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法などにより形成される。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィー技術または公知のエッチング技術によって行われる。エッチングでもってパターニングを行う場合、ドライエッチングでもよいし、ウェットエッチングでもよい。第１電極２０の構造や形状などの詳細な説明は、上述されているため省略する。
【００６３】
次に、図３（Ｂ）に示すように、第１電極２０の上方において、圧電体層３０の原料膜である前駆体膜３０ａを形成する。前駆体膜３０ａは、公知の方法で成膜されることができ、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより形成される。
【００６４】
ここで、前駆体膜３０ａを熱処理することで、結晶化してもよい。これによって、圧電体膜３０ｂを形成することができる。また、この結晶化工程は、部分的に行われてもよく、第２電極４０のパターニングの後に行われても良い。熱処理の条件は、前駆体膜３０ａを結晶化できる温度であれば、特に限定されない。熱処理は、例えば、酸素雰囲気中において、５００〜８００度で行われることができる。なお、前述の熱処理は前駆体膜３０ａの形成と同時に行っても良く、あるいは／および前駆体膜３０ａの形成後に行っても良い。
【００６５】
次に、圧電体膜３０ｂを所望の形状にパターニングして、圧電体層３０を形成することができる。圧電体膜３０ｂのパターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われることができる。例えば、図示されないレジストを形成し、所望の形状を有する圧電体層３０を形成してもよい。
【００６６】
また、例えば、図３（Ｃ）に示すように、エッチング用のハードマスクとして、第２電極４０の材料を用い、マスク層４０ａを形成してもよい。次に、図３（Ｃ）に示すように、マスク層４０ａを形成後、圧電体膜３０ｂがエッチングによりパターニングされ、圧電体層３０が所望の形成にパターニングされる。ここで、マスク層４０ａを形成することによって、マスク層４０ａがエッチング工程においてハードマスクとして作用するため、図３（Ｃ）に示すように圧電体層３０にテーパー状の側面３２を容易に形成することができる。圧電体層３０の構造や形状などの詳細な説明は、上述されているため省略する。
【００６７】
次に、図３（Ｄ）に示すように、圧電体層３０の上方に第２導電膜４０ｂを形成して、パターニングすることによって、第２電極４０を形成する。第２導電膜４０ｂは、第２電極４０の原料膜である。第２導電膜４０ｂの形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。第２導電膜４０ｂは、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成される。なお、マスク層４０ａは、第２導電膜４０ｂと同じ材料から形成されているため、第２導電膜４０ｂに取り込まれることができる。次に、第２導電膜４０ｂをパターニングして、第２電極４０を形成する。第２導電膜４０ｂのパターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われることができる。第２電極４０の構造や形状などの詳細な説明は、上述されているため省略する。
【００６８】
以上の工程により、圧電アクチュエーター１００を製造することができる。
【００６９】
以上の製造方法の説明においては、圧電アクチュエーター１００が、図１（Ａ）に示す形態を有する場合の振動板１０の製造方法を説明した。つまりは、本実施形態に係る圧電アクチュエーターの製造方法に係る加熱素子１２を形成する工程は、断熱層１１の上方において、発熱体膜を形成し、前記発熱体膜をパターニングして、発熱体層１２ａを形成する工程と、発熱体層１２ａの上方において、導電膜１２ｄを形成し、導電膜１２ｄをパターニングして、発熱体層１２ａの上方に形成された第１および第２配線層１２ｂ，１２ｃを形成する工程と、を含んでいてもよい。
【００７０】
また、圧電アクチュエーター１００が、図１（Ｂ）に示す形態を有する場合、本実施形態に係る圧電アクチュエーターの製造方法に係る加熱素子１２を形成する工程は、断熱層１１の上方において、発熱体膜を形成し、前記発熱体膜をパターニングして、発熱体層１２ａを形成する工程と、断熱層１１および発熱体層１２ａの上方において、導電膜１２ｄを形成し、導電膜１２ｄをパターニングして、断熱層１１の上方に形成された第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃを形成する工程と、を含んでいてもよい（図示せず）。
【００７１】
以上により、圧電アクチュエーター１００の製造方法によれば、エージング処理を必要とせず、かつ、エージング処理によって変位特性が低下していない圧電アクチュエーター１００を提供することができる。
【００７２】
３． 液体噴射ヘッド
３．１ 本実施形態
以下、図面を参照して、本実施形態に係る液体噴射ヘッドについて説明する。本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００は、圧電アクチュエーター１００を有することができる。なお、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００は、少なくとも１つの圧電アクチュエーター１００を有していればよく、その形態は、以下に示す形態に限定されるものではない。
【００７３】
図４は、圧電アクチュエーター１００を有する場合の本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の要部を模式的に示す断面図である。
【００７４】
図４に示すように、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００は、圧電アクチュエーター１００を有する。ここで、図４に示すように、振動板１０は、圧電素子５０が形成される第１の面１０ａと、後述される基板６０が形成される第２の面１０ｂ（第１の面１０ａとは反対側の面）を有する。なお、振動板１０および圧電素子５０に関する説明は上述されているため省略する。
【００７５】
図４に示すように、第１の面１０ａの法線方向から見た場合、後述される圧力室６１とオーバーラップする第１の面１０ａの領域を、可動領域１６としたとき、圧電アクチュエーター１００は、振動板１０の第１の面１０ａの可動領域１６内に配置される。
【００７６】
図４に示すように、液体噴射ヘッド３００は、さらに振動板１０の下方に（振動板１０の第２の面１０ｂにおいて）設けられた基板６０と、基板６０の下方に設けられたノズル板７０を有することができる。以下に詳細を説明する。
【００７７】
基板６０は、図４に示すように、圧力室６１を有する。図４に示すように、基板６０は、圧力室６１の側壁を構成する壁部６２を有する。また、基板６０は、供給路６３および連通路６４を介して圧力室６１と連通したマニュホールド６５を有していてもよい（図示せず）。マニュホールド６５には、図示されない貫通孔が形成されてもよく、該貫通孔を通って外部からマニュホールド６５内に液体が供給されてもよい。これによれば、マニュホールド６５に液体を供給することによって、供給路６３および連通路６４を介して圧力室６１に液体を供給することができる。圧力室６１の形状は、特に限定されない。圧力室６１の形状は、例えば、第１の面１０ａの法線方向から見た場合の平面視において平行四辺形であってもよく、矩形であってもよい。圧力室６１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。基板６０の材質は、特に限定されない。基板６０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。
【００７８】
ノズル板７０は、図４に示すように、圧力室６１の下方に形成される。ノズル板７０は、プレート状の部材であって、ノズル孔７１を有する。ノズル孔７１は、圧力室６１に連通するように形成される。ノズル孔７１の形状は、液体を吐出することができる限り、特に限定されない。ノズル孔７１を介することで、圧力室６１内の液体を、例えば、ノズル板７０の下方に向けて吐出することができる。また、ノズル孔７１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。ノズル板７０の材質は、特に限定されない。ノズル板７０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。
【００７９】
以上のいずれかの構成により、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の構成とすることができる。
【００８０】
以上により、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００は、圧電アクチュエーター１００を有することができる。
【００８１】
３．２ 第２実施形態
以下、図面を参照して、本実施の形態に係る液体噴射ヘッド４００について説明する。本実施の形態に係る液体噴射ヘッド４００は、複数の圧電アクチュエーター１００を有する液体噴射ヘッドである。
【００８２】
図５は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド４００を模式的に示す分解斜視図である。図６（Ａ）は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド４００の要部である振動板１０、圧電アクチュエーター１００のみを便宜的に示した平面図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す要部のＶＩＢ−ＶＩＢ線断面図である。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）に示す要部のＶＩＣ−ＶＩＣ線断面図である。
【００８３】
図５に示すように液体噴射ヘッド４００は、液体噴射ヘッド３００と同様に、基板６０およびノズル板７０を有する。基板６０およびノズル板７０に関しては、上述された説明を適用することができるため、省略する。
【００８４】
図５に示すように、振動板１０は、基板６０のマニュホールド６５と連通した開口部１８を有する。開口部１８の形状は、後述される封止板８０の開口部８２にも連通し、開口部８２とマニュホールド６５を接続することができる限り、特に限定されない。
【００８５】
図５に示すように、液体噴射ヘッド４００は、封止板８０を有することができる。封止板８０は、図５に示すように、圧電アクチュエーター１００の上方に形成される。封止板８０は、圧電アクチュエーター１００を所定の空間領域に封止することができる封止領域８１を有している。封止領域８１は、圧電アクチュエーター１００の振動運動を阻害しない程度の空間領域であればよい。また、封止板８０は、図５に示すように、基板６０のマニュホールド６５および振動板１０の開口部１８と連通した開口部８２を有していてもよい。封止板８０の構造及び材料は、特に限定されない。例えば、封止板８０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。
【００８６】
図５に示すように、封止板８０の上には、電気的接続部（図示せず）を介して駆動回路（ＩＣ）２７０が実装されてもよい。
【００８７】
また、図５に示すように、封止板８０の開口部８２の上方には、可撓膜９０および固定膜９１が形成されてもよい。可撓膜９０は、開口部８２を封止するように形成される。可撓膜９０は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルムから形成されてもよい。また、固定膜９１は、開口部８２の上方で、可撓膜９０を介して開口部９３を有する。固定膜９１は、可撓膜９０を固定することができる限り特に限定されず、例えば、ステンレス鋼などの金属等の材料から形成されてもよい。ここで、基板６０のマニュホールド６５、振動板１０の開口部１８および封止板８０の開口部８２によって構成される空間をリザーバ８３とするとき、リザーバ８３の一方面は、可撓膜９０のみによって封止さている。
【００８８】
また、液滴噴射ヘッド４００は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料からなり、上述された構成を収納することができる筐体を有していてもよい（図示せず）。
【００８９】
以下、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を参照して、本実施形態に係る液体噴射ヘッド４００の圧電アクチュエーター１００を含む要部の詳細について説明する。
【００９０】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すように、振動板１０の第１の面１０ａにおいて、複数の圧電アクチュエーター１００が、第１の方向１１０に沿って、互いに離間して形成される。ここで、第１の方向１１０と交差する方向を第２の方向１２０とする。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すように、複数の圧電アクチュエーター１００は、振動板１０の可動領域１６内にそれぞれ形成される。つまりは、複数の圧電アクチュエーター１００の下方には、圧力室６１がそれぞれ形成されている。
【００９１】
第１電極２０は、図６（Ａ）および図６（Ｃ）に示すように、複数の可動領域１６の一部を連続して覆うように、第１の方向１１０において延びるように形成される。つまりは、第１電極２０は、複数の圧電素子５０の共通電極であることができる。したがって、可動領域１６においては、第１電極２０は、第１の方向１１０における端部を有さない。図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、第１電極２０は、可動領域１６において、第２の方向１２０における少なくとも一方の端部２１を有していてもよい。
【００９２】
このとき、図６（Ｂ）に示すように、駆動領域３５の第２の方向１２０における境界部分は、第１電極２０の第２の方向１２０における端部２１の位置によって規定することができる。駆動領域３５は、図６（Ｂ）に示すように、可動領域１６内において第２の方向１２０に沿って延びるように形成される。
【００９３】
図示はされないが、第１電極２０は、配線を介して、または連続して、例えば、駆動回路２７０と接続される。
【００９４】
圧電体層３０は、図６（Ａ）に示すように、可動領域１６において、第２の方向１２０に延び、第１電極２０を覆うように形成される。圧電体層３０は、図６（Ｃ）に示すように、可動領域１６内において、第１の方向１１０における両端部３３を第１電極２０の上に有していてもよい。また、図示はされないが、側面３２は、振動板１０の第１の面１０ａに至らずに、可動領域１６の外へ連続して形成された圧電体層に連続していてもよい（図示せず）。
【００９５】
第２電極４０は、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、可動領域１６において、第２の方向１２０における端部２３ａを含む第１電極１２０とオーバーラップし、圧電体層３０の上において、少なくとも上面３１を覆うように形成される。
【００９６】
図示はされないが、第２電極４０は、配線を介して、または連続して、例えば、駆動回路２７０と接続される。
【００９７】
図６（Ａ）において、加熱素子１２の活性領域１３を斜線部で示す。図６（Ａ）に示すように、活性領域１３は、発熱体層１２ａのうち、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃによって電圧が印加される領域である。活性領域は、少なくとも上方に形成された圧電素子５０の駆動領域３５と、オーバーラップするように形成されていればよい。したがって、図６（Ａ）に示すように、発熱体層１２ａは、可動領域１６において駆動領域３５とオーバーラップし、第２の方向１２０に延びるように形成される。第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの配置は、駆動領域３５の少なくとも下方に活性領域１３を形成することができればよく、特に限定されない。例えば、図６（Ａ）および図６（Ｃ）に示すように、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃは第２の方向１２０に延び、駆動領域３５の下方を避けるように配置されていてもよい。つまりは、発熱体層１２ａは第１の方向１１０に沿って第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃにより電圧を印加されてもよい。
【００９８】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、加熱素子１２の第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの配置関係を模式的に説明する図である。
【００９９】
図７（Ａ）に示すように、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃは、第１の方向１１０において活性領域１３を挟むように配置されていてもよい。つまりは、発熱体層１２ａに第１の方向１１０に沿って電流（ｉ）を流してもよい。また、図７（Ｂ）に示すように、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃは、第２の方向１２０において活性領域１３を挟むように配置されていてもよい。つまりは、発熱体層１２ａに第２の方向１２０に沿って電流（ｉ）を流してもよい。
【０１００】
以上のいずれかの構成により、本実施形態に係る液体噴射ヘッド４００の構成とすることができる。
【０１０１】
４． 液体噴射ヘッドの製造方法
以下、図面を参照して、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法について説明する。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法の説明において、液体噴射ヘッドが有する圧電素子の製造方法の説明に関しては、上述された圧電アクチュエーター１００に係る製造方法の説明を適用することができるため、省略する（図２および図３参照）。以下においては、液体噴射ヘッドの製造方法の一例として、液体噴射ヘッド４００を製造する場合の液体噴射ヘッドの製造方法を説明する。
【０１０２】
なお、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、基板６０、ノズル板７０を形成するために用いられる材質が単結晶シリコン等を用いる場合と、ステンレス等を用いる場合とによって異なる。以下において、単結晶シリコンを用いた場合の液体噴射ヘッドの製造方法を一例として記載する。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、特に以下の製造方法に限定されず、ニッケルやステンレス鋼、ステンレス等を材料として用いる場合は、公知の電鋳法等の工程を含んでいてもよい。また、各工程の先後は、以下に記載の製造方法に限定されるものではない。
【０１０３】
図８および図９は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド４００の製造方法を模式的に示す断面図である。
【０１０４】
まず、図８（Ａ）に示すように、準備された単結晶シリコンからなる基板６０ａの上に、振動板１０を形成する。基板１０は、液滴噴射ヘッド４００の振動板であってもよい。振動板１０の第１の面１０ａは、下方に圧力室６１が形成される領域６１ａとオーバーラップした領域である可動領域１６が規定されている。振動板１０の詳細な説明は上述されているため、省略する。ここで、図８（Ａ）に示すように、基板６０ａに形成される圧力室６１の長手方向を第２の方向１２０とする。また、第２の方向１２０に直交する方向を、第１の方向１１０とする（図示せず）。
【０１０５】
次に、図８（Ｂ）および図８（Ｃ）に示すように、振動板１０の第１の面１０ａにおいて、それぞれの可動領域１６に、圧電アクチュエーター１００を形成する。なお、圧電アクチュエーター１００の製造方法の説明は、上述されているため、省略する。
【０１０６】
次に、図９（Ａ）に示すように、封止領域８１が形成された封止板８０を圧電アクチュエーター１００の上方より搭載する。ここで、圧電アクチュエーター１００は、封止領域８１内に封止されることができる。封止板８０は、例えば、接着剤によって圧電アクチュエーター１００を封止してもよい。次に、図９（Ｂ）に示すように、基板６０ａを所定の厚みに薄くし、圧力室６１などを区画する。例えば、所定の厚みを有した基板６０ａに対し、所望の形状にパターニングされるようにマスク（図示せず）を基板１０が形成された面と反対の面に形成し、エッチング処理することによって、圧力室６１、壁部６２、供給路６３、連通路６４およびマニュホールド６５（図示せず）を区画する。圧力室６１の形状は、特に限定されない。圧力室６１の形状は、例えば、平面視において平行四辺形であってもよく、矩形であってもよい。圧力室６１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。以上によって、基板１０の下方に圧力室６１を有した圧力室板６０を形成することができる。圧力室板６１を形成した後、図９（Ｃ）に示すように、ノズル孔７１を有したノズル板７０を、例えば接着剤等により所定の位置に接合する。これによって、ノズル孔７１は、圧力室６１と連通する。ノズル孔７１の形状は、液体を吐出することができる限り、特に限定されない。ノズル孔７１を介することで、圧力室６１内に供給された液体を、例えば、ノズル板７０の下方（圧力室６１とは反対の方向）に向けて吐出することができる。また、ノズル孔７１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。
【０１０７】
以上のいずれかの方法により、液滴噴射ヘッド４００を製造することができる。なお、前述の通り、液滴噴射ヘッド４００の製造方法は、上述の製造方法に限定されずに、圧力室板６０およびノズル板７０を、電鋳法等を用いて一体形成してもよい。
【０１０８】
以上によって、本実施形態に係る液体噴射ヘッド４００の製造方法によれば、高い信頼性を持つ圧電素子を有した液体噴射ヘッドを提供することができる。
【０１０９】
５． 液体噴射装置
次に、本実施形態に係る液体噴射装置について説明する。本実施形態に係る液体噴射装置は、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。ここでは、本実施形態に係る液体噴射装置１０００がインクジェットプリンターである場合について説明する。図１０は、本実施形態に係る液体噴射装置１０００を模式的に示す斜視図である。
【０１１０】
液体噴射装置１０００は、ヘッドユニット１０３０と、駆動部１０１０と、制御部１０６０と、を含む。また、液体噴射装置１０００は、装置本体１０２０と、給紙部１０５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ１０２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口１０２２と、装置本体１０２０の上面に配置された操作パネル１０７０と、を含むことができる。
【０１１１】
ヘッドユニット１０３０は、例えば、上述した液体噴射ヘッド３００（４００）から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット１０３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ１０３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ１０３１を搭載した運搬部（キャリッジ）１０３２と、を備える。
【０１１２】
駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０を往復動させることができる。駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０の駆動源となるキャリッジモータ１０４１と、キャリッジモータ１０４１の回転を受けて、ヘッドユニット１０３０を往復動させる往復動機構１０４２と、を有する。
【０１１３】
往復動機構１０４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸１０４４と、キャリッジガイド軸１０４４と平行に延在するタイミングベルト１０４３と、を備える。キャリッジガイド軸１０４４は、キャリッジ１０３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ１０３２を支持している。さらに、キャリッジ１０３２は、タイミングベルト１０４３の一部に固定されている。キャリッジモータ１０４１の作動により、タイミングベルト１０４３を走行させると、キャリッジガイド軸１０４４に導かれて、ヘッドユニット１０３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【０１１４】
制御部１０６０は、ヘッドユニット１０３０、駆動部１０１０および給紙部１０５０を制御することができる。
【０１１５】
給紙部１０５０は、記録用紙Ｐをトレイ１０２１からヘッドユニット１０３０側へ送り込むことができる。給紙部１０５０は、その駆動源となる給紙モータ１０５１と、給紙モータ１０５１の作動により回転する給紙ローラ１０５２と、を備える。給紙ローラ１０５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラ１０５２ａおよび駆動ローラ１０５２ｂを備える。駆動ローラ１０５２ｂは、給紙モータ１０５１に連結されている。制御部１０６０によって供紙部１０５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット１０３０の下方を通過するように送られる。
【０１１６】
ヘッドユニット１０３０、駆動部１０１０、制御部１０６０および給紙部１０５０は、装置本体１０２０の内部に設けられている。
【０１１７】
液体噴射装置１０００では、本発明に係る液体噴射ヘッド３００（４００）を有することができる。本発明に係る液体噴射ヘッド３００（４００）は、上述のように、高い信頼性を持つ圧電素子を有することができる。そのため、高い信頼性を有する液体噴射装置１０００を得ることができる。
【０１１８】
なお、上述した例では、液体噴射装置１０００がインクジェットプリンターである場合について説明したが、本発明のプリンタは、工業的な液体吐出装置として用いられることもできる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したもの、または、メタルフレーク等を含むものなどを用いることができる。
【０１１９】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【０１２０】
６． 実施例
以下、実施例を、図面および表を参照しながら説明する。
【０１２１】
６．１ 第１実施例
本発明者は、第１実施例として、圧電素子５０を準備し、圧電素子５０に対し、（１）耐久パルス波を５０億ショット印加するエージング処理を行った後に加熱処理を行った場合の変位特性と、（２）耐久パルス波を５０億ショット印加するエージング処理を行った後に、更に２００億ショット印加を追加して、加熱処理を行った場合の変位特性と、をプロットした。また、本発明者は、第１比較例として、圧電素子５０に対し、加熱処理を行わずに、耐久パルス波を５０億ショット印加した場合（１）の変位特性と、耐久パルス波を２００億ショット印加した場合（２）の変位特性と、をプロットした。
【０１２２】
本実施例においては、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電素子５０を本実施例の試料とした。圧電体層３０は、チタン酸ジルコン酸鉛のセラミックスを、例えば６００〜１３００ｎｍの膜厚で形成した。第１および第２電極２０、４０は、公知の手法、例えばスパッタ法によって５０〜２００ｎｍの膜厚で形成した。第１および第２電極２０、４０の材料にはＰｔおよびＩｒを用いた。振動板１０の断熱層１１には、二酸化ケイ素を用い、７００〜１５００ｍｍの膜厚で形成した。また、絶縁層１５には二酸化ジルコニウムを用い、１００〜５００ｍｍの膜厚で形成した。
【０１２３】
変位特性の評価については、周波数１０Ｈｚ、室温で電界誘起歪（Ｓ）−電界強度（Ｅ）特性を測定し、圧電素子の変位量を求めた。
【０１２４】
加熱条件は、周波数１０ｋＨｚ、パルス幅５μｓｅｃの単純矩形波を１秒間印加することで、圧電素子５０の表面温度を３００℃まで加熱した。
【０１２５】
図１１および表１は、第１実施例に係る変位量の結果と、第１比較例に係る変位量の結果をプロットしたものである。なお、変位量は、初期の圧電素子５０の変位量を１００％としたときの相対的な変位量で示される。
【０１２６】
【表１】
【０１２７】
図１１の第１比較例の結果に示めされるように、通常のエージング工程にて行われる５０億ショット印加後の圧電素子５０の変位量は、初期の変位量と比べて、８７．６％に減少し、更に２００億ショット印加された後は、８４．１％まで減少している。すなわち、通常、エージング処理を行う場合、初期の圧電素子５０が有する変位量から１５％程度劣化した変位特性でもって使用されることになることがわかる。
【０１２８】
これに対し、図１１の第１実施例に示されるように、５０億ショット印加された後であっても、圧電素子５０を３００℃に加熱することにより、変位量を９８．１％まで回復させることが確認された。また、２００億ショット印加された後であっても、変位量を９５．２％まで回復させることが確認された。また、５０億ショット後の方が、変位量をより回復させることができることが明らかとなった。
【０１２９】
以上より、第１実施例によれば、５０億ショット以内で加熱処理を行うことにより、圧電素子５０の変位量を、実質的に初期の変位量まで回復させることができた。なお、加熱素子を加熱させるための入力信号において、前述の周波数条件を変更しても、印加時間を適宜調整することによって、前述と同等のレベルまで圧電素子が回復することが明らかとなった。
【０１３０】
６．２ 第２実施例
本発明者は、第２実施例として、第１実施例と同様の圧電素子５０を準備し、以下の印加条件で耐久パルス波を印加した後に、第１実施例と同様の条件で加熱処理を行い、圧電素子５０の変位特性を調べてプロットした。印加条件は、（１）１ショット（１．０Ｅ＋００）、（２）１００ショット（１．０Ｅ＋０２）、（３）１０００ショット（１．０Ｅ＋０３）、（４）１万ショット（１．０Ｅ＋０４）、（５）１０万ショット（１．０Ｅ＋０５）、（６）１００万ショット（１．０Ｅ＋０６）、（７）１０００万ショット（１．０Ｅ＋０７）、（８）５０００万ショット（５．０Ｅ＋０７）、（９）２億ショット（２．０Ｅ＋０８）であった。また、本発明者は、第２比較例として、圧電素子５０を準備し、同様の印加条件で耐久パルス波を印加した後、加熱処理を行わずに変位特性を調べてプロットした。
【０１３１】
図１２および表２は、第２実施例に係る変位量の結果と、第２比較例に係る変位量の結果をプロットしたものである。なお、変位量は、初期の圧電素子５０の変位量を１００％としたときの相対的な変位量で示される。
【０１３２】
【表２】
【０１３３】
図１２の第２比較例の結果に示されるように、１０万ショット後の圧電素子５０の変位量は、初期の圧電素子５０の変位量から４％程度劣化したことがわかる。第２実施例によれば、この４％劣化した圧電素子５０に加熱処理を行うことで、圧電素子５０の変位量を９９．６％まで回復させることができた。また、第２比較例の結果から、１０万ショットより多くのショット数を印加された圧電素子５０の変位量は、初期の変位量から５％以上劣化することが明らかとなった。また、第２実施例の結果から、１０万ショットより多くのショット数を印加された圧電素子５０に対して加熱処理を行っても、１０万ショットの時点で回復できる変位量よりも回復率が劣ることが明らかとなった。
【０１３４】
以上より、第２実施例によれば、１０万ショット以内で加熱処理を行うことにより、圧電素子５０の経時的な変位量の変化を５％以内とすることができた。また、１０万ショット以内で加熱処理を行うことにより、実質的に初期の圧電素子５０の変位量まで回復させることができた。
【０１３５】
６．３ 第３実施例
本発明者は、第３実施例として、第１実施例と同様の圧電素子５０を準備し、第１実施例と同様の印加条件で圧電素子５０に耐久パルスを印加して、１０万ショット毎に第１実施例と同様の加熱条件で加熱を行った。このような印加条件の下で、連続印加を行い、５０億パルス印加後の変位量と、２００億パルス後の変位量を調べてプロットした。また、第３比較例として、第３実施例と同様の条件であって、加熱処理を行わない場合の圧電素子５０の変位量を調べてプロットした。
【０１３６】
図１３および表３は、第３実施例に係る変位量の結果と、第３比較例に係る変位量の結果をプロットしたものである。なお、変位量は、初期の圧電素子５０の変位量を１００％としたときの相対的な変化量で示される。
【０１３７】
【表３】
【０１３８】
図１３の第３比較例の結果に示されるように、加熱処理を行わない場合、２００億ショット印加された後の圧電素子５０の変位量は、１５％程度劣化している。これに対し、１０万ショット毎に加熱処理を行った第３実施例においては、５０億ショット後であっても、圧電素子５０の変位量は、０．５％劣化しただけであり、２００億ショット後であっても、１．０％劣化しただけであった。
【０１３９】
以上より、第３実施例によれば、１０万ショット毎で加熱処理を行うことにより、圧電素子５０を実質的に、初期の変位量でもって駆動させることが可能であることが明らかとなった。
【０１４０】
以上、第１〜第３実施例によれば、３００℃まで加熱処理された圧電素子５０は、変位量が回復することが明らかとなった。これは、圧電素子５０の圧電体層がチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されている場合、ＰＺＴの脱分極温度が３００℃よりも低いためであり、圧電体層を脱分極温度以上に加熱したためである。ここで、『脱分極温度』とは圧電体の強誘電性に起因する自発分極が失われる温度を意味し、一般的には強誘電性を失う相転移温度の半分程度の温度を示す。従って、約３５０℃程度の相転移温度をもつＰＺＴにおいては、脱分極温度は３００℃よりも低い温度となる。また、圧電体層が劣化する原因は、分極が固定化されたドメインが増加するためである（ドメインのピニング現象）。したがって、加熱処理を行い、圧電体層の全体の分極を消失させることで、ピニング等により、各ドメインで固定された分極をリセットすることができるため、圧電体層の変位量を回復させることができる。加熱処理を行う温度は、圧電体層の材料の脱分極温度以上であればよい。例えば、圧電体層としてチタン酸バリウムを用いる場合、加熱条件は、８０℃以上であればよい。
【０１４１】
本発明に係る圧電アクチュエーター１００は、加熱素子１２によって、圧電体層３０を加熱処理することができる。したがって、エージング工程を必要とせず、エージング処理後の圧電特性よりも、高い圧電特性を有する圧電アクチュエーター１００を提供することができる。
【符号の説明】
【０１４２】
１０ 振動板、１０ａ 第１の面、１０ｂ 第２の面、１１ 断熱層、１２ 加熱素子、
１２ａ 発熱体層、１２ｂ 第１配線層、１２ｃ 第２配線層、１２ｄ 導電膜、
１３ 活性領域、１５ 絶縁層、１６ 可動領域、１８ 開口部、２０ 第１電極、
２１ 端部、２０ａ 第１導電膜、３０ 圧電体層、３０ａ 前駆体膜、
３０ｂ 圧電体膜、３１ 上面、３２ 側面、３３ 端部、３５ 駆動領域、
４０ 第２電極、４０ａ マスク層、４０ｂ 第２導電膜、５０ 圧電素子、
６０ 基板、６０ａ 基板、６１ 圧力室、６１ａ 領域、６２ 壁部、６３ 供給路、
６４ 連通路、６５ マニュホールド、７０ ノズル板、７１ ノズル孔、
８０ 封止板、８１ 封止領域、８２ 開口部、９０ 可撓膜、９１ 固定膜、
９３ 開口部、１００ 圧電アクチュエーター、１１０ 第１の方向、
１２０ 第２の方向、２７０ 駆動回路（ＩＣ）、３００ 液体噴射ヘッド、
４００ 液体噴射ヘッド、１０００ 液体噴射装置、
１０１０ 駆動部、１０２０ 装置本体、１０２１ トレイ、１０２２ 排出口、
１０３０ ヘッドユニット、１０３１ インクカートリッジ、１０３２ キャリッジ、
１０４１ キャリッジモータ、１０４２ 往復動機構、１０４３ タイミングベルト、１０４４ キャリッジガイド軸、１０５０ 給紙部、１０５１ 給紙モータ、
１０５２ 給紙ローラ、１０６０ 制御部、１０７０ 操作パネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエーター、液体噴射ヘッド及び液体噴射ヘッド並びに圧電アクチュエーターの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、画像記録装置およびディスプレー製造装置等に用いることができるインクジェットプリンター等の液体噴射装置の液体噴射ヘッドや、各種圧電アクチュエーターにおいて、圧電素子を用いること知られている。
【０００３】
このような圧電アクチュエーターにおいて、圧電素子に繰り返し駆動信号を印加して、経時的に使用した場合、圧電体層の変位特性が変化し、圧電アクチュエーターの変位量が変化してしまう。その結果、圧電アクチュエーターを利用した液体噴射ヘッドの吐出特性が変化し、信頼性を低下させるという課題が知られている（特許文献１）。このような課題から、例えば、比較的高い電圧の駆動パルスを一定時間に渡って圧電アクチュエーターの圧電素子に印加する処理を行い、圧電素子の変位特性を意図的に劣化させて安定化させるエージング工程を行うことが必要とされている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０２８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の様態の１つは、エージング処理を必要とせず、かつ、エージング処理によって変位特性が低下していない圧電アクチュエーターを提供することにある。
【０００６】
本発明の様態の１つは、上記圧電アクチュエーターを有する液体噴射ヘッドを提供することにある。
【０００７】
本発明の様態の１つは、上記液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の態様の１つは、上記圧電アクチュエーターの製造方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の態様の１つは、上記圧電アクチュエーターを有する液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明に係る圧電アクチュエーターは、
断熱層と、前記断熱層の上方に形成された加熱素子と、前記加熱素子の上方に形成された絶縁層と、を有する振動板と、
前記絶縁層の上方において、第１電極と第２電極とによって挟まれた圧電体層を有する圧電素子と、
を含み、
前記加熱素子は、発熱体層と、前記発熱体層にそれぞれ電気的に接続された、第１配線層および第２配線層と、を有し、
前記圧電体層は、前記圧電体層の厚み方向から見た場合、前記発熱体層の少なくとも一部とオーバーラップする。
【００１１】
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に他の特定のもの（以下「Ｂ」という）を形成する」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ上に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。同様に、「下方」という文言は、Ａ下に直接Ｂを形成するような場合と、Ａ下に他のものを介してＢを形成するような場合とが含まれるものとする。
【００１２】
本発明によれば、エージング工程を行う必要としない圧電アクチュエーターを提供することができる。また、本発明によれば、エージング工程を行わず、圧電素子の圧電体層の圧電特性を劣化させないまま用いることができる。したがって、エージング処理後の圧電特性よりも、高い圧電特性を有する圧電アクチュエーターを提供することができる。
【００１３】
（２）本発明に係る圧電アクチュエーターにおいて、
前記発熱体層は、絶縁層によって覆われていてもよい。
【００１４】
（３）本発明に係る圧電アクチュエーターにおいて、
前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分としていてもよい。
【００１５】
（４）本発明に係る圧電アクチュエーターにおいて、
前記絶縁層の熱伝導率は、前記断熱層の熱伝導率よりも高くてもよい。
【００１６】
これによれば、圧電アクチュエーターの信頼性を向上させることができる。
【００１７】
（５）本発明に係る液体噴射ヘッドは、
上記のいずれかの圧電アクチュエーターを含む。
【００１８】
本発明によれば、上記圧電アクチュエーターを備えた液体噴射ヘッドを提供することができる。
【００１９】
（６）本発明に係る液体噴射装置は、
上記の液体噴射ヘッドを含む。
【００２０】
本発明によれば、上記圧電アクチュエーターを備えた液体噴射装置を提供することができる。
【００２１】
（７）本発明に係る圧電アクチュエーターの製造方法は、
基板の上方に断熱層を形成する工程と、
前記断熱層の上方において加熱素子を形成する工程と、
前記加熱素子の上方に絶縁層を形成する工程と、を有する振動板の形成工程と、
前記絶縁層の上方において、圧電素子を形成する工程と、を含み、
前記加熱素子は、発熱体層と、前記発熱体層にそれぞれ電気的に接続された、第１配線層および第２配線層と、を有し、
前記圧電素子は、第１電極と第２電極によって挟まれた圧電体層と、を有し、前記圧電体層の厚み方向から見た場合、前記発熱体層の少なくとも一部とオーバーラップする。
【００２２】
本発明によれば、上記圧電アクチュエーターの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係る圧電アクチュエーターを模式的に示す断面図。
【図２】本実施形態に係る圧電アクチュエーターの製造方法を模式的に示す断面図。
【図３】本実施形態に係る圧電アクチュエーターの製造方法を模式的に示す断面図。
【図４】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す断面図。
【図５】本実施形態に係る液体噴射ヘッドを模式的に示す分解斜視図。
【図６Ａ】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの要部を模式的に示す平面図。
【図６Ｂ】図６ＡのＶＩＢ−ＶＩＢ線における要部を模式的に示す断面図。
【図６Ｃ】図８ＡのＶＩＣ−ＶＩＣ線における要部を模式的に示す断面図。
【図７】本実施形態に係る加熱素子を模式的に説明する平面図。
【図８】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。
【図９】本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法を模式的に示す断面図。
【図１０】本実施形態に係る液体噴射装置を模式的に示す斜視図。
【図１１】第１実施例および第１比較例の結果をプロットした図。
【図１２】第２実施例および第２比較例の結果をプロットした図。
【図１３】第３実施例および第３比較例の結果をプロットした図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明を適用した実施形態の一例について図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。本発明は、以下の実施形態およびその変形例を自由に組み合わせたものを含むものとする。
【００２５】
１． 圧電アクチュエーター
以下、図面を参照して、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００について説明する。
【００２６】
図１（Ａ）は、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００の一例を模式的に示す断面図である。図１（Ｂ）は、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００の変形例を模式的に示す断面図である。
【００２７】
図１（Ａ）に示すように、圧電アクチュエーター１００は、断熱層１１と、断熱層１１の上方に形成された加熱素子１２と、加熱素子１２の上方に形成された絶縁層１５と、を有する振動板１０と、絶縁層１５の上方において、第１電極２０と第２電極４０とによって挟まれた圧電体層３０を有する圧電素子５０と、を含む。
【００２８】
なお、本実施形態において圧電素子５０の形態は、電極によって挟まれた圧電体層を有する限り、特に限定されるものではない。つまりは、圧電素子５０は、屈曲振動モード（ベントモード）のユニモルフ型圧電素子であってもよい。また、図示はされないが、圧電素子５０は、伸縮振動モード（ピストンモード）の積層型圧電素子であってもよい。
【００２９】
以下においては、圧電素子５０が、屈曲振動モード（ベントモード）のユニモルフ型圧電素子の場合であって、複数の圧電素子５０を有する圧電アクチュエーター１００の場合に、第１電極２０が共通電極となり、第２電極４０が個別電極となるように形成された構造を一例として説明するが、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００は、以下の形態に限定されるものではない。例えば、圧電体層３０が、第１電極２０を覆うように形成され、第２電極４０が圧電体層３０を覆うように形成された形態を有する圧電素子であってもよい。つまり、第１電極２０が個別電極となり、第２電極４０が共通電極となるように形成された構造でもよい。
【００３０】
ここで、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、圧電体層３０の内、第１電極２０と第２電極４０とによって電圧が印加される領域を駆動領域３５とする。
【００３１】
以下において、まず本実施形態に係る振動板１０を説明した後、圧電素子５０の一例を説明する。
【００３２】
振動板１０は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、圧電素子５０の基板となる部材であって、断熱層１１と、断熱層１１の上方に形成された加熱素子１２と、加熱素子１２の上方に形成された絶縁層１５を含む。振動板１０の厚み方向から見た場合の平面視における形状は特に限定されない。圧電アクチュエーター１００の形状に合わせて適宜設計することができる。
【００３３】
断熱層１１は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、後述される加熱素子１２が形成される板状部材である。なお、本発明において、「断熱」との文言は、熱の貫流に対して抵抗性を有することを意味する。つまりは、断熱層１１は、熱の貫流を完全に遮蔽してもよい。また、断熱層１１は、全熱量を遮蔽せずに、断熱層１１の材質が有する所定の熱伝導率に応じて一定量の熱量を遮蔽する部材であってもよい。具体的には、断熱層１１は、後述される絶縁層１５よりも熱伝導率が低い部材であればよい。言い換えれば、断熱層１１は、絶縁層１５よりも高い断熱効率を有する部材である。また、断熱層１１は、可撓性を有する。つまりは、圧電素子５０の変形に応じて変形することができる。断熱層１１の材質は、可撓性を有し、絶縁層１５よりも熱伝送率が低い材質である限り特に限定されない。例えば、断熱層１１は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、および酸化ジルコニウムなどの無機材料、ポリイミドなどの有機高分子材料などから形成されていてもよい。なお、前記断熱層の形成後に、例えば、４００℃を超えるような加熱処理を行う場合には、熱的安定性の観点から酸化シリコンや窒化シリコンのような無機材料を用いるのが好適である。また、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、断熱層１１は単層で構成されていてもよいし、図示はされないが、上記材料のいずれかを用いた積層体であってもよい。
【００３４】
加熱素子１２は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、断熱層１１の上方に形成される。加熱素子１２は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、発熱体層１２ａと、発熱体層１２ａにそれぞれ電気的に接続された、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃと、を有する。図１（Ａ）は、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの電気的な接続構造の一例を示すものであり、図１（Ｂ）は、その変形例を示すものである。
【００３５】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、発熱体層１２ａは、後述される圧電体層３０の少なくとも一部とオーバーラップするように形成される。なお、本発明において「オーバーラップする」との文言は、振動板１０の厚み方向から見た場合の平面視においてオーバーラップすることを意味する。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、発熱体層１２ａは、後述される圧電体層３０の駆動領域３５の少なくとも一部の下方に位置するように形成される。発熱体層１２ａは、板状の部材であって、例えば、図１（Ａ）に示すように、断熱層１１の上方であって、かつ、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの下方に位置するように形成されていてもよい。また、例えば、図１（Ｂ）に示すように、発熱体層１２ａは、断熱層１１の上方において、圧電体層３０の駆動領域３５とオーバーラップする領域においてのみ形成されていてもよい。
【００３６】
発熱体層１２ａの電圧が印加された部分は、発熱することができる。つまりは、発熱体１２ａは、所定の導電性と、所定の温度まで発熱するための一定の電気抵抗を有する部材である。発熱体層１２ａは一定の電気抵抗を有するため、所定の電圧が印加されることにより発熱することができる。発熱体層１２ａの材質には、金や白金などと比べて導電性が低く、高抵抗な導電性材料を用いることができる。例えば、発熱体層１２ａの材質には、窒化タンタル（ＴａＮ）や窒化チタン（ＴｉＮ）などの窒化物や、タンタル−アルミニウム合金（ＴａＡｌ）、チタン−アルミニウム合金（ＴｉＡｌ）、ニッケル−クロム合金（ＮｉＣｒ）などの合金や、タンタル−酸化ケイ素（Ｔａ−ＳｉＯ２）などのサーメット材料などを用いることができる。また、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、発熱体層１２ａは単層で構成されていてもよいし、図示はされないが、上記材料のいずれかを用いた積層体であってもよい。発熱体層１２ａの材質および膜厚は、発熱させるターゲット温度などの発熱条件や、発熱させるために電流を流すための電圧印加信号（直流信号、パルス信号）や印加時間などの印加条件を考慮して適宜決定される。例えば、窒化タンタル（ＴａＮ）を材料として用い、発熱するターゲット温度を３００℃程度としたい場合、膜厚を例えば、０．０１μｍ以上、１．０μｍ以下とすることができる。
【００３７】
第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃは、導電性を有し、互いに絶縁された配線層である。第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの形状は、発熱体層１２ａに電圧を印加することができる限り、特に限定されない。例えば、図１（Ａ）に示すように、発熱体層１２ａの上方において、圧電素子５０が上方に形成された領域を避けるようにして、互いに対向するようにパターニングされていてもよい。また例えば、図１（Ｂ）に示すように、断熱層１１の上方において、同一面上に形成された発熱体層１２ａを挟み、互いに対向するようにパターニングされていてもよい。第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの構造および材料は、導電性を有する限り、特に限定されない。第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃは、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）などの金属や、酸化ストロンチウム（ＳＲＯ）および酸化ランタンニッケル（ＬＮＯ）等の導電性酸化物、などのいずれかを含む導電層であってもよい。また、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃは単層で構成されていてもよいし、図示はされないが、上記材料のいずれかを用いた積層体であってもよい。
【００３８】
図示はされないが、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃは、直接または、リード配線等と介して間接的に、駆動回路または接地回路にそれぞれ接続されていることができる。例えば、第１配線層１２ｂを駆動回路に接続し、第２配線層１２ｃを接地回路に接続してもよいし、互いに逆に接続されていてもよい。
【００３９】
図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、発熱体層１２ａは、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃによって電圧が印加される領域である活性領域１３を有する。つまりは、活性領域１３は、発熱体層１２ａにおいて、互いに絶縁された第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃによって発生する電流が実質的に流れる領域である。活性領域１３は、後述される第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの配置により決定される領域である。例えば、図１（Ａ）に示すように、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃが、発熱体層１２ａの上方に形成される場合、発熱体層１２ａの内、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃが上方に形成されていない領域が、活性領域１３となる。また、例えば、図１（Ｂ）に示すように、断熱層１１の上方において、発熱体層１２ａと、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃが形成される場合、発熱体層１２ａの内、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃに挟まれる領域が、活性領域１３となる。活性層１３が形成される領域は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、活性層１３は、活性層１３の厚み方向から見た場合に、後述される圧電体層３０の駆動領域３５の少なくとも一部とオーバーラップするように形成されている限り、特に限定されない。
【００４０】
絶縁層１５は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、加熱素子１２を覆うように形成される。絶縁層１５は、加熱素子１２の上に形成される部材であるため、加熱素子１２に対応した形状を有している。絶縁層１５は、上方に形成される圧電素子５０の第１電極２０と、下方に形成される加熱素子１２の第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃとを絶縁することができる。また、絶縁層１５は、図１（Ａ）に示すように、加熱素子１２の第１配線層１２ｂと第２配線層１２ｃとを互いに絶縁する絶縁層であってもよい。絶縁層１５の材質は、可撓性を有し、電気的な絶縁性を有する材質である限り特に限定されない。例えば、絶縁層１５は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、および酸化ジルコニウムなどから形成されていてもよい。また、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、絶縁層１５は単層で構成されていてもよいし、図示はされないが、上記材料のいずれかを用いた積層体であってもよい。
【００４１】
以下に、圧電素子５０の一例を説明する。
【００４２】
図１（Ａ）に示すように、圧電素子５０の第１電極２０は、振動板１０（絶縁層１５）の上方に形成される。第１電極２０は、導電性を有した層からなり、例えば、圧電素子５０において下部電極を構成してもよい。第１電極２０の構造および材料は、導電性を有する限り、特に限定されない。例えば、第１電極２０は、単層で形成されていてもよい。あるいは、第１電極２０は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。第１電極２０は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）などの金属や、酸化ストロンチウム（ＳＲＯ）および酸化ランタンニッケル（ＬＮＯ）等の導電性酸化物、などのいずれかを含む導電層であってもよい。
【００４３】
図示はされないが、第１電極２０は、駆動回路（ＩＣ）と電気的に接続されたリード部とのコンタクト部を有していてもよい。リード部は、第１電極２０と同じ金属で形成されてもよいし、ニッケル／クロム合金（ＮｉＣｒ）と金（Ａｕ）などを含む積層体からなる金属層で形成されていてもよい。
【００４４】
圧電体層３０は、図１（Ａ）に示すように、第１電極２０の上方に形成される。圧電体層３０の形状は、加熱素子１２の活性層１３の上方において第１電極２０の少なくとも一部を覆っていればよく、特に限定されない。例えば、図１（Ａ）に示すように、上面３１と、上面３１に連続したテーパー形状の側面３２を有していてもよい。ここで、側面３２が第１電極２０と接する部分を端部３３とする。圧電体層３０は、圧電特性を有した結晶体からなり、圧電素子５０において電圧を印加されることにより変形することができる。圧電体層３０の構造および材料は、圧電特性を有していればよく、特に限定されない。圧電体層３０は、公知の圧電材料から、例えばゾルゲル法などの公知の方法によって形成される。圧電体層３０は、例えば、ペロブスカイト型酸化物の圧電材料を用いることができる。圧電体層３０の圧電材料には、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３：ＢＴ）、ニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｎａ、Ｋ）ＮｂＯ３：ＮＫＮ）およびチタン酸ビスマスナトリウム（（Ｂｉ、Ｎａ）ＴｉＯ３：ＢＮＴ）などを用いることができる。
【００４５】
第２電極４０は、図１（Ａ）に示すように、第１電極２０の少なくとも一部とオーバーラップするように形成される。図１（Ａ）に示すように、第２電極４０は、圧電体層３０の第１電極２０とオーバーラップする上面３１を覆うように形成されていてもよい。第２電極４０の構造および材料は、特に限定されない。例えば、第２電極４０は、単層で形成されていてもよい。あるいは、第２電極４０は、複数の膜の積層体で形成されていてもよい。第２電極４０は、導電性を有した層からなり、圧電素子５０において上部電極を構成する。第２電極４０は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）などの金属や、酸化ストロンチウム（ＳＲＯ）および酸化ランタンニッケル（ＬＮＯ）等の導電性酸化物、などを含む導電層であってもよい。
【００４６】
図示はされないが、第２電極４０は、駆動回路（ＩＣ）と電気的に接続されたリード部とのコンタクト部を有していてもよい。リード部は、第２電極４０と同じ金属で形成されてもよいし、ニッケル／クロム合金（ＮｉＣｒ）と金（Ａｕ）などを含む積層体からなる金属層で形成されていてもよい。
【００４７】
以上のいずれかの構成により、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００の構成とすることができる。
【００４８】
本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００は、例えば、以下の特徴を有する。
【００４９】
本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００によれば、エージング工程を行う必要としない圧電アクチュエーター１００を提供することができる。また、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００によれば、エージング工程を行わず、圧電素子の圧電体層の圧電特性を劣化させないまま用いることができるため、エージング処理後の圧電特性よりも、高い圧電特性を有する圧電アクチュエーター１００を提供することができる。以下に詳細を説明する。
【００５０】
圧電素子５０に用いられるＰＺＴなどの圧電体層は、製造された直後では、変位特性（電圧−変位量特性）が、安定的ではなく、電圧を印加することによって漸化的に変位特性が劣化する状態にある。したがって、例えば所定周波数のパルス信号を所定時間印加するエージング工程により変位特性を意図的に劣化させ、初期の変位特性よりも低い変位特性で安定化させることによって、出荷後の圧電アクチュエーターの変位特性が、経時的に変化することを防いでいる。しかしながら、このようなエージング処理は、圧電アクチュエーターの製造工程以外の設備コストと電圧印加のためのエネルギーコストを必要とし、エージング処理のために長時間にわたり電圧を印加させることから、スループットを低下させる。また、エージング処理を行うことによって、圧電体層の圧電特性は、意図的に劣化されるため、圧電体層の本来の圧電特性を活用できない。
【００５１】
しかしながら、圧電素子の圧電体層は、圧電体層自体の温度を、例えば脱分極温度以上となるように加熱することで、圧電体層の変位特性を回復させることができる。詳細は後述される。
【００５２】
本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００は、上述のように、圧電素子５０の圧電体層３０を加熱することができる加熱素子１２を備える。したがって、エージング処理を行わなくても、適宜、加熱素子１２による加熱処理を行うことにより、圧電体層３０の圧電特性を回復させて、変位特性の劣化を防ぐことができる。詳細は後述される。よって、エージング工程を行う必要としない圧電アクチュエーター１００を提供することができる。
【００５３】
また、加熱素子１２によって、圧電体層３０を、圧電体層の脱分極温度よりも高い温度まで加熱することにより、圧電体層３０の変位特性を、実質的に製造直後の初期の変位特性まで回復させることができる。詳細は後述される。よって、エージング処理後の圧電特性よりも、高い圧電特性を有する圧電アクチュエーター１００を提供することができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る圧電アクチュエーターによれば、絶縁層１５の熱伝導率は、断熱層１１の熱伝導率よりも高い。これによれば、加熱素子１２の活性領域１３が発熱することにより発生した熱量を、断熱層１１よりも絶縁層１５の方がより多く伝導することができる。また、断熱層１１は、絶縁層１５よりも熱伝導率が低いため、絶縁層１５よりも多くの熱量を遮蔽し、断熱層１１の加熱素子１２とは反対側の領域に熱を伝えにくくすることができる。したがって、圧電アクチュエーター１００の振動板１０の圧電素子５０が形成されていない面に対する、加熱素子１２の発熱による影響を低減することができる。よって、圧電アクチュエーター１００の信頼性を向上させることができる。
【００５５】
２． 圧電アクチュエーターの製造方法
次に、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図２（Ａ）〜図３（Ｄ）は、本実施形態に係る圧電アクチュエーター１００の製造工程を模式的に示す断面図である。
【００５６】
図２（Ａ）〜図３（Ｄ）に示すように、本実施形態に係る圧電アクチュエーターの製造方法は、基板の１上方に、断熱層１１を形成する工程と、断熱層１１の上方において、発熱体層１２ａ、および発熱体層１２ａにそれぞれ電気的に接続された第１配線層１２ｂと第２配線層１２ｃを形成することによって、加熱素子１２を形成する工程と、加熱素子１２の上方において、絶縁層１５を形成する工程と、絶縁層１５の上方において、第１電極２０を形成する工程と、第１電極２０の上方において、発熱体層１２ａの少なくとも一部とオーバーラップする圧電体層３０を形成する工程と、圧電体層３０の上方において、第１電極２０の少なくとも一部とオーバーラップする第２電極４０を形成する工程を含む。
【００５７】
図２（Ａ）に示すように、圧電アクチュエーター１００を上方に形成するための基板１を準備する。図２（Ａ）に示すように、基板１上に、断熱層１１を形成する。断熱層１１の形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。断熱層１１は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの蒸着法、スパッタ法、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより形成される。図示はされないが、断熱層１１は、所望の形状にパターニングされていてもよい。断熱層１１の構造や形状などの詳細な説明は、上述されているため省略する。
【００５８】
次に、図２（Ｂ）に示すように、断熱層１１の上に発熱体層１２ａを形成する。発熱体層１２ａの形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。発熱体層１２ａは、例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法などにより形成される。図示はされないが、発熱体層１２ａは、所望の形状にパターニングされていてもよい。発熱体層１２ａの構造や形状などの詳細な説明は、上述されているため省略する。
【００５９】
次に、図２（Ｃ）に示すように、発熱体層１２ａの上に導電膜１２ｄを形成する。導電膜１２ｄは、導電性を有する膜であって、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの原料膜である。導電膜１２ｄの形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。導電膜１２ｄは、例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法などにより形成される。
【００６０】
次に、図２（Ｄ）に示すように、導電膜１２ｄを図示されないレジストを形成し、パターニングすることにより、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃを形成する。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィー技術または公知のエッチング技術によって行われる。エッチングでもってパターニングを行う場合、ドライエッチングでもよいし、ウェットエッチングでもよい。第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの構造や形状などの詳細な説明は、上述されているため省略する。これにより、加熱素子１２を形成することができる。
【００６１】
次に、図２（Ｅ）に示すように、加熱素子１２の上に絶縁層１５を形成する。絶縁層１５の形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。絶縁層１５は、例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、スパッタ法、ＭＯＤ法などにより形成される。図示はされないが、絶縁層１５は、所望の形状にパターニングされていてもよい。絶縁層１５の構造や形状などの詳細な説明は、上述されているため省略する。これによって、基板１の上方に振動板１０を形成することができる。
【００６２】
次に、図３（Ａ）に示すように、振動版１０（絶縁層１５）の上方において、第１導電膜２０ａを形成して、第１導電膜２０ａをパターニングして、第１電極２０を形成する。第１導電膜２０ａの形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。第１導電膜２０ａは、例えば、ＣＶＤ法やＰＶＤ法などの蒸着法、めっき法、スパッタ法、ＭＯＤ法などにより形成される。パターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィー技術または公知のエッチング技術によって行われる。エッチングでもってパターニングを行う場合、ドライエッチングでもよいし、ウェットエッチングでもよい。第１電極２０の構造や形状などの詳細な説明は、上述されているため省略する。
【００６３】
次に、図３（Ｂ）に示すように、第１電極２０の上方において、圧電体層３０の原料膜である前駆体膜３０ａを形成する。前駆体膜３０ａは、公知の方法で成膜されることができ、例えば、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、ＭＯＤ法、スパッタ法、レーザーアブレーション法などにより形成される。
【００６４】
ここで、前駆体膜３０ａを熱処理することで、結晶化してもよい。これによって、圧電体膜３０ｂを形成することができる。また、この結晶化工程は、部分的に行われてもよく、第２電極４０のパターニングの後に行われても良い。熱処理の条件は、前駆体膜３０ａを結晶化できる温度であれば、特に限定されない。熱処理は、例えば、酸素雰囲気中において、５００〜８００度で行われることができる。なお、前述の熱処理は前駆体膜３０ａの形成と同時に行っても良く、あるいは／および前駆体膜３０ａの形成後に行っても良い。
【００６５】
次に、圧電体膜３０ｂを所望の形状にパターニングして、圧電体層３０を形成することができる。圧電体膜３０ｂのパターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われることができる。例えば、図示されないレジストを形成し、所望の形状を有する圧電体層３０を形成してもよい。
【００６６】
また、例えば、図３（Ｃ）に示すように、エッチング用のハードマスクとして、第２電極４０の材料を用い、マスク層４０ａを形成してもよい。次に、図３（Ｃ）に示すように、マスク層４０ａを形成後、圧電体膜３０ｂがエッチングによりパターニングされ、圧電体層３０が所望の形成にパターニングされる。ここで、マスク層４０ａを形成することによって、マスク層４０ａがエッチング工程においてハードマスクとして作用するため、図３（Ｃ）に示すように圧電体層３０にテーパー状の側面３２を容易に形成することができる。圧電体層３０の構造や形状などの詳細な説明は、上述されているため省略する。
【００６７】
次に、図３（Ｄ）に示すように、圧電体層３０の上方に第２導電膜４０ｂを形成して、パターニングすることによって、第２電極４０を形成する。第２導電膜４０ｂは、第２電極４０の原料膜である。第２導電膜４０ｂの形成方法は公知の成膜方法を用いることができる。第２導電膜４０ｂは、例えば、スパッタ法、めっき法、真空蒸着法などにより形成される。なお、マスク層４０ａは、第２導電膜４０ｂと同じ材料から形成されているため、第２導電膜４０ｂに取り込まれることができる。次に、第２導電膜４０ｂをパターニングして、第２電極４０を形成する。第２導電膜４０ｂのパターニングは、例えば、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われることができる。第２電極４０の構造や形状などの詳細な説明は、上述されているため省略する。
【００６８】
以上の工程により、圧電アクチュエーター１００を製造することができる。
【００６９】
以上の製造方法の説明においては、圧電アクチュエーター１００が、図１（Ａ）に示す形態を有する場合の振動板１０の製造方法を説明した。つまりは、本実施形態に係る圧電アクチュエーターの製造方法に係る加熱素子１２を形成する工程は、断熱層１１の上方において、発熱体膜を形成し、前記発熱体膜をパターニングして、発熱体層１２ａを形成する工程と、発熱体層１２ａの上方において、導電膜１２ｄを形成し、導電膜１２ｄをパターニングして、発熱体層１２ａの上方に形成された第１および第２配線層１２ｂ，１２ｃを形成する工程と、を含んでいてもよい。
【００７０】
また、圧電アクチュエーター１００が、図１（Ｂ）に示す形態を有する場合、本実施形態に係る圧電アクチュエーターの製造方法に係る加熱素子１２を形成する工程は、断熱層１１の上方において、発熱体膜を形成し、前記発熱体膜をパターニングして、発熱体層１２ａを形成する工程と、断熱層１１および発熱体層１２ａの上方において、導電膜１２ｄを形成し、導電膜１２ｄをパターニングして、断熱層１１の上方に形成された第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃを形成する工程と、を含んでいてもよい（図示せず）。
【００７１】
以上により、圧電アクチュエーター１００の製造方法によれば、エージング処理を必要とせず、かつ、エージング処理によって変位特性が低下していない圧電アクチュエーター１００を提供することができる。
【００７２】
３． 液体噴射ヘッド
３．１ 本実施形態
以下、図面を参照して、本実施形態に係る液体噴射ヘッドについて説明する。本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００は、圧電アクチュエーター１００を有することができる。なお、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００は、少なくとも１つの圧電アクチュエーター１００を有していればよく、その形態は、以下に示す形態に限定されるものではない。
【００７３】
図４は、圧電アクチュエーター１００を有する場合の本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の要部を模式的に示す断面図である。
【００７４】
図４に示すように、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００は、圧電アクチュエーター１００を有する。ここで、図４に示すように、振動板１０は、圧電素子５０が形成される第１の面１０ａと、後述される基板６０が形成される第２の面１０ｂ（第１の面１０ａとは反対側の面）を有する。なお、振動板１０および圧電素子５０に関する説明は上述されているため省略する。
【００７５】
図４に示すように、第１の面１０ａの法線方向から見た場合、後述される圧力室６１とオーバーラップする第１の面１０ａの領域を、可動領域１６としたとき、圧電アクチュエーター１００は、振動板１０の第１の面１０ａの可動領域１６内に配置される。
【００７６】
図４に示すように、液体噴射ヘッド３００は、さらに振動板１０の下方に（振動板１０の第２の面１０ｂにおいて）設けられた基板６０と、基板６０の下方に設けられたノズル板７０を有することができる。以下に詳細を説明する。
【００７７】
基板６０は、図４に示すように、圧力室６１を有する。図４に示すように、基板６０は、圧力室６１の側壁を構成する壁部６２を有する。また、基板６０は、供給路６３および連通路６４を介して圧力室６１と連通したマニュホールド６５を有していてもよい（図示せず）。マニュホールド６５には、図示されない貫通孔が形成されてもよく、該貫通孔を通って外部からマニュホールド６５内に液体が供給されてもよい。これによれば、マニュホールド６５に液体を供給することによって、供給路６３および連通路６４を介して圧力室６１に液体を供給することができる。圧力室６１の形状は、特に限定されない。圧力室６１の形状は、例えば、第１の面１０ａの法線方向から見た場合の平面視において平行四辺形であってもよく、矩形であってもよい。圧力室６１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。基板６０の材質は、特に限定されない。基板６０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。
【００７８】
ノズル板７０は、図４に示すように、圧力室６１の下方に形成される。ノズル板７０は、プレート状の部材であって、ノズル孔７１を有する。ノズル孔７１は、圧力室６１に連通するように形成される。ノズル孔７１の形状は、液体を吐出することができる限り、特に限定されない。ノズル孔７１を介することで、圧力室６１内の液体を、例えば、ノズル板７０の下方に向けて吐出することができる。また、ノズル孔７１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。ノズル板７０の材質は、特に限定されない。ノズル板７０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。
【００７９】
以上のいずれかの構成により、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００の構成とすることができる。
【００８０】
以上により、本実施形態に係る液体噴射ヘッド３００は、圧電アクチュエーター１００を有することができる。
【００８１】
３．２ 第２実施形態
以下、図面を参照して、本実施の形態に係る液体噴射ヘッド４００について説明する。本実施の形態に係る液体噴射ヘッド４００は、複数の圧電アクチュエーター１００を有する液体噴射ヘッドである。
【００８２】
図５は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド４００を模式的に示す分解斜視図である。図６（Ａ）は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド４００の要部である振動板１０、圧電アクチュエーター１００のみを便宜的に示した平面図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す要部のＶＩＢ−ＶＩＢ線断面図である。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）に示す要部のＶＩＣ−ＶＩＣ線断面図である。
【００８３】
図５に示すように液体噴射ヘッド４００は、液体噴射ヘッド３００と同様に、基板６０およびノズル板７０を有する。基板６０およびノズル板７０に関しては、上述された説明を適用することができるため、省略する。
【００８４】
図５に示すように、振動板１０は、基板６０のマニュホールド６５と連通した開口部１８を有する。開口部１８の形状は、後述される封止板８０の開口部８２にも連通し、開口部８２とマニュホールド６５を接続することができる限り、特に限定されない。
【００８５】
図５に示すように、液体噴射ヘッド４００は、封止板８０を有することができる。封止板８０は、図５に示すように、圧電アクチュエーター１００の上方に形成される。封止板８０は、圧電アクチュエーター１００を所定の空間領域に封止することができる封止領域８１を有している。封止領域８１は、圧電アクチュエーター１００の振動運動を阻害しない程度の空間領域であればよい。また、封止板８０は、図５に示すように、基板６０のマニュホールド６５および振動板１０の開口部１８と連通した開口部８２を有していてもよい。封止板８０の構造及び材料は、特に限定されない。例えば、封止板８０は、例えば、単結晶シリコン、ニッケル、ステンレス、ステンレス鋼、ガラスセラミックス等から形成されてもよい。
【００８６】
図５に示すように、封止板８０の上には、電気的接続部（図示せず）を介して駆動回路（ＩＣ）２７０が実装されてもよい。
【００８７】
また、図５に示すように、封止板８０の開口部８２の上方には、可撓膜９０および固定膜９１が形成されてもよい。可撓膜９０は、開口部８２を封止するように形成される。可撓膜９０は、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルムから形成されてもよい。また、固定膜９１は、開口部８２の上方で、可撓膜９０を介して開口部９３を有する。固定膜９１は、可撓膜９０を固定することができる限り特に限定されず、例えば、ステンレス鋼などの金属等の材料から形成されてもよい。ここで、基板６０のマニュホールド６５、振動板１０の開口部１８および封止板８０の開口部８２によって構成される空間をリザーバ８３とするとき、リザーバ８３の一方面は、可撓膜９０のみによって封止さている。
【００８８】
また、液滴噴射ヘッド４００は、例えば、各種樹脂材料、各種金属材料からなり、上述された構成を収納することができる筐体を有していてもよい（図示せず）。
【００８９】
以下、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）を参照して、本実施形態に係る液体噴射ヘッド４００の圧電アクチュエーター１００を含む要部の詳細について説明する。
【００９０】
図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すように、振動板１０の第１の面１０ａにおいて、複数の圧電アクチュエーター１００が、第１の方向１１０に沿って、互いに離間して形成される。ここで、第１の方向１１０と交差する方向を第２の方向１２０とする。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すように、複数の圧電アクチュエーター１００は、振動板１０の可動領域１６内にそれぞれ形成される。つまりは、複数の圧電アクチュエーター１００の下方には、圧力室６１がそれぞれ形成されている。
【００９１】
第１電極２０は、図６（Ａ）および図６（Ｃ）に示すように、複数の可動領域１６の一部を連続して覆うように、第１の方向１１０において延びるように形成される。つまりは、第１電極２０は、複数の圧電素子５０の共通電極であることができる。したがって、可動領域１６においては、第１電極２０は、第１の方向１１０における端部を有さない。図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、第１電極２０は、可動領域１６において、第２の方向１２０における少なくとも一方の端部２１を有していてもよい。
【００９２】
このとき、図６（Ｂ）に示すように、駆動領域３５の第２の方向１２０における境界部分は、第１電極２０の第２の方向１２０における端部２１の位置によって規定することができる。駆動領域３５は、図６（Ｂ）に示すように、可動領域１６内において第２の方向１２０に沿って延びるように形成される。
【００９３】
図示はされないが、第１電極２０は、配線を介して、または連続して、例えば、駆動回路２７０と接続される。
【００９４】
圧電体層３０は、図６（Ａ）に示すように、可動領域１６において、第２の方向１２０に延び、第１電極２０を覆うように形成される。圧電体層３０は、図６（Ｃ）に示すように、可動領域１６内において、第１の方向１１０における両端部３３を第１電極２０の上に有していてもよい。また、図示はされないが、側面３２は、振動板１０の第１の面１０ａに至らずに、可動領域１６の外へ連続して形成された圧電体層に連続していてもよい（図示せず）。
【００９５】
第２電極４０は、図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、可動領域１６において、第２の方向１２０における端部２３ａを含む第１電極１２０とオーバーラップし、圧電体層３０の上において、少なくとも上面３１を覆うように形成される。
【００９６】
図示はされないが、第２電極４０は、配線を介して、または連続して、例えば、駆動回路２７０と接続される。
【００９７】
図６（Ａ）において、加熱素子１２の活性領域１３を斜線部で示す。図６（Ａ）に示すように、活性領域１３は、発熱体層１２ａのうち、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃによって電圧が印加される領域である。活性領域は、少なくとも上方に形成された圧電素子５０の駆動領域３５と、オーバーラップするように形成されていればよい。したがって、図６（Ａ）に示すように、発熱体層１２ａは、可動領域１６において駆動領域３５とオーバーラップし、第２の方向１２０に延びるように形成される。第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの配置は、駆動領域３５の少なくとも下方に活性領域１３を形成することができればよく、特に限定されない。例えば、図６（Ａ）および図６（Ｃ）に示すように、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃは第２の方向１２０に延び、駆動領域３５の下方を避けるように配置されていてもよい。つまりは、発熱体層１２ａは第１の方向１１０に沿って第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃにより電圧を印加されてもよい。
【００９８】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、加熱素子１２の第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃの配置関係を模式的に説明する図である。
【００９９】
図７（Ａ）に示すように、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃは、第１の方向１１０において活性領域１３を挟むように配置されていてもよい。つまりは、発熱体層１２ａに第１の方向１１０に沿って電流（ｉ）を流してもよい。また、図７（Ｂ）に示すように、第１配線層１２ｂおよび第２配線層１２ｃは、第２の方向１２０において活性領域１３を挟むように配置されていてもよい。つまりは、発熱体層１２ａに第２の方向１２０に沿って電流（ｉ）を流してもよい。
【０１００】
以上のいずれかの構成により、本実施形態に係る液体噴射ヘッド４００の構成とすることができる。
【０１０１】
４． 液体噴射ヘッドの製造方法
以下、図面を参照して、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法について説明する。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法の説明において、液体噴射ヘッドが有する圧電素子の製造方法の説明に関しては、上述された圧電アクチュエーター１００に係る製造方法の説明を適用することができるため、省略する（図２および図３参照）。以下においては、液体噴射ヘッドの製造方法の一例として、液体噴射ヘッド４００を製造する場合の液体噴射ヘッドの製造方法を説明する。
【０１０２】
なお、本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、基板６０、ノズル板７０を形成するために用いられる材質が単結晶シリコン等を用いる場合と、ステンレス等を用いる場合とによって異なる。以下において、単結晶シリコンを用いた場合の液体噴射ヘッドの製造方法を一例として記載する。本実施形態に係る液体噴射ヘッドの製造方法は、特に以下の製造方法に限定されず、ニッケルやステンレス鋼、ステンレス等を材料として用いる場合は、公知の電鋳法等の工程を含んでいてもよい。また、各工程の先後は、以下に記載の製造方法に限定されるものではない。
【０１０３】
図８および図９は、本実施形態に係る液体噴射ヘッド４００の製造方法を模式的に示す断面図である。
【０１０４】
まず、図８（Ａ）に示すように、準備された単結晶シリコンからなる基板６０ａの上に、振動板１０を形成する。基板１０は、液滴噴射ヘッド４００の振動板であってもよい。振動板１０の第１の面１０ａは、下方に圧力室６１が形成される領域６１ａとオーバーラップした領域である可動領域１６が規定されている。振動板１０の詳細な説明は上述されているため、省略する。ここで、図８（Ａ）に示すように、基板６０ａに形成される圧力室６１の長手方向を第２の方向１２０とする。また、第２の方向１２０に直交する方向を、第１の方向１１０とする（図示せず）。
【０１０５】
次に、図８（Ｂ）および図８（Ｃ）に示すように、振動板１０の第１の面１０ａにおいて、それぞれの可動領域１６に、圧電アクチュエーター１００を形成する。なお、圧電アクチュエーター１００の製造方法の説明は、上述されているため、省略する。
【０１０６】
次に、図９（Ａ）に示すように、封止領域８１が形成された封止板８０を圧電アクチュエーター１００の上方より搭載する。ここで、圧電アクチュエーター１００は、封止領域８１内に封止されることができる。封止板８０は、例えば、接着剤によって圧電アクチュエーター１００を封止してもよい。次に、図９（Ｂ）に示すように、基板６０ａを所定の厚みに薄くし、圧力室６１などを区画する。例えば、所定の厚みを有した基板６０ａに対し、所望の形状にパターニングされるようにマスク（図示せず）を基板１０が形成された面と反対の面に形成し、エッチング処理することによって、圧力室６１、壁部６２、供給路６３、連通路６４およびマニュホールド６５（図示せず）を区画する。圧力室６１の形状は、特に限定されない。圧力室６１の形状は、例えば、平面視において平行四辺形であってもよく、矩形であってもよい。圧力室６１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。以上によって、基板１０の下方に圧力室６１を有した圧力室板６０を形成することができる。圧力室板６１を形成した後、図９（Ｃ）に示すように、ノズル孔７１を有したノズル板７０を、例えば接着剤等により所定の位置に接合する。これによって、ノズル孔７１は、圧力室６１と連通する。ノズル孔７１の形状は、液体を吐出することができる限り、特に限定されない。ノズル孔７１を介することで、圧力室６１内に供給された液体を、例えば、ノズル板７０の下方（圧力室６１とは反対の方向）に向けて吐出することができる。また、ノズル孔７１の数は特に限定されず、１つであってもよいし、複数設けられていてもよい。
【０１０７】
以上のいずれかの方法により、液滴噴射ヘッド４００を製造することができる。なお、前述の通り、液滴噴射ヘッド４００の製造方法は、上述の製造方法に限定されずに、圧力室板６０およびノズル板７０を、電鋳法等を用いて一体形成してもよい。
【０１０８】
以上によって、本実施形態に係る液体噴射ヘッド４００の製造方法によれば、高い信頼性を持つ圧電素子を有した液体噴射ヘッドを提供することができる。
【０１０９】
５． 液体噴射装置
次に、本実施形態に係る液体噴射装置について説明する。本実施形態に係る液体噴射装置は、本発明に係る液体噴射ヘッドを有する。ここでは、本実施形態に係る液体噴射装置１０００がインクジェットプリンターである場合について説明する。図１０は、本実施形態に係る液体噴射装置１０００を模式的に示す斜視図である。
【０１１０】
液体噴射装置１０００は、ヘッドユニット１０３０と、駆動部１０１０と、制御部１０６０と、を含む。また、液体噴射装置１０００は、装置本体１０２０と、給紙部１０５０と、記録用紙Ｐを設置するトレイ１０２１と、記録用紙Ｐを排出する排出口１０２２と、装置本体１０２０の上面に配置された操作パネル１０７０と、を含むことができる。
【０１１１】
ヘッドユニット１０３０は、例えば、上述した液体噴射ヘッド３００（４００）から構成されるインクジェット式記録ヘッド（以下単に「ヘッド」ともいう）を有する。ヘッドユニット１０３０は、さらに、ヘッドにインクを供給するインクカートリッジ１０３１と、ヘッドおよびインクカートリッジ１０３１を搭載した運搬部（キャリッジ）１０３２と、を備える。
【０１１２】
駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０を往復動させることができる。駆動部１０１０は、ヘッドユニット１０３０の駆動源となるキャリッジモータ１０４１と、キャリッジモータ１０４１の回転を受けて、ヘッドユニット１０３０を往復動させる往復動機構１０４２と、を有する。
【０１１３】
往復動機構１０４２は、その両端がフレーム（図示せず）に支持されたキャリッジガイド軸１０４４と、キャリッジガイド軸１０４４と平行に延在するタイミングベルト１０４３と、を備える。キャリッジガイド軸１０４４は、キャリッジ１０３２が自在に往復動できるようにしながら、キャリッジ１０３２を支持している。さらに、キャリッジ１０３２は、タイミングベルト１０４３の一部に固定されている。キャリッジモータ１０４１の作動により、タイミングベルト１０４３を走行させると、キャリッジガイド軸１０４４に導かれて、ヘッドユニット１０３０が往復動する。この往復動の際に、ヘッドから適宜インクが吐出され、記録用紙Ｐへの印刷が行われる。
【０１１４】
制御部１０６０は、ヘッドユニット１０３０、駆動部１０１０および給紙部１０５０を制御することができる。
【０１１５】
給紙部１０５０は、記録用紙Ｐをトレイ１０２１からヘッドユニット１０３０側へ送り込むことができる。給紙部１０５０は、その駆動源となる給紙モータ１０５１と、給紙モータ１０５１の作動により回転する給紙ローラ１０５２と、を備える。給紙ローラ１０５２は、記録用紙Ｐの送り経路を挟んで上下に対向する従動ローラ１０５２ａおよび駆動ローラ１０５２ｂを備える。駆動ローラ１０５２ｂは、給紙モータ１０５１に連結されている。制御部１０６０によって供紙部１０５０が駆動されると、記録用紙Ｐは、ヘッドユニット１０３０の下方を通過するように送られる。
【０１１６】
ヘッドユニット１０３０、駆動部１０１０、制御部１０６０および給紙部１０５０は、装置本体１０２０の内部に設けられている。
【０１１７】
液体噴射装置１０００では、本発明に係る液体噴射ヘッド３００（４００）を有することができる。本発明に係る液体噴射ヘッド３００（４００）は、上述のように、高い信頼性を持つ圧電素子を有することができる。そのため、高い信頼性を有する液体噴射装置１０００を得ることができる。
【０１１８】
なお、上述した例では、液体噴射装置１０００がインクジェットプリンターである場合について説明したが、本発明のプリンタは、工業的な液体吐出装置として用いられることもできる。この場合に吐出される液体（液状材料）としては、各種の機能性材料を溶媒や分散媒によって適当な粘度に調整したもの、または、メタルフレーク等を含むものなどを用いることができる。
【０１１９】
上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
【０１２０】
６． 実施例
以下、実施例を、図面および表を参照しながら説明する。
【０１２１】
６．１ 第１実施例
本発明者は、第１実施例として、圧電素子５０を準備し、圧電素子５０に対し、（１）耐久パルス波を５０億ショット印加するエージング処理を行った後に加熱処理を行った場合の変位特性と、（２）耐久パルス波を５０億ショット印加するエージング処理を行った後に、更に２００億ショット印加を追加して、加熱処理を行った場合の変位特性と、をプロットした。また、本発明者は、第１比較例として、圧電素子５０に対し、加熱処理を行わずに、耐久パルス波を５０億ショット印加した場合（１）の変位特性と、耐久パルス波を２００億ショット印加した場合（２）の変位特性と、をプロットした。
【０１２２】
本実施例においては、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電素子５０を本実施例の試料とした。圧電体層３０は、チタン酸ジルコン酸鉛のセラミックスを、例えば６００〜１３００ｎｍの膜厚で形成した。第１および第２電極２０、４０は、公知の手法、例えばスパッタ法によって５０〜２００ｎｍの膜厚で形成した。第１および第２電極２０、４０の材料にはＰｔおよびＩｒを用いた。振動板１０の断熱層１１には、二酸化ケイ素を用い、７００〜１５００ｍｍの膜厚で形成した。また、絶縁層１５には二酸化ジルコニウムを用い、１００〜５００ｍｍの膜厚で形成した。
【０１２３】
変位特性の評価については、周波数１０Ｈｚ、室温で電界誘起歪（Ｓ）−電界強度（Ｅ）特性を測定し、圧電素子の変位量を求めた。
【０１２４】
加熱条件は、周波数１０ｋＨｚ、パルス幅５μｓｅｃの単純矩形波を１秒間印加することで、圧電素子５０の表面温度を３００℃まで加熱した。
【０１２５】
図１１および表１は、第１実施例に係る変位量の結果と、第１比較例に係る変位量の結果をプロットしたものである。なお、変位量は、初期の圧電素子５０の変位量を１００％としたときの相対的な変位量で示される。
【０１２６】
【表１】
【０１２７】
図１１の第１比較例の結果に示めされるように、通常のエージング工程にて行われる５０億ショット印加後の圧電素子５０の変位量は、初期の変位量と比べて、８７．６％に減少し、更に２００億ショット印加された後は、８４．１％まで減少している。すなわち、通常、エージング処理を行う場合、初期の圧電素子５０が有する変位量から１５％程度劣化した変位特性でもって使用されることになることがわかる。
【０１２８】
これに対し、図１１の第１実施例に示されるように、５０億ショット印加された後であっても、圧電素子５０を３００℃に加熱することにより、変位量を９８．１％まで回復させることが確認された。また、２００億ショット印加された後であっても、変位量を９５．２％まで回復させることが確認された。また、５０億ショット後の方が、変位量をより回復させることができることが明らかとなった。
【０１２９】
以上より、第１実施例によれば、５０億ショット以内で加熱処理を行うことにより、圧電素子５０の変位量を、実質的に初期の変位量まで回復させることができた。なお、加熱素子を加熱させるための入力信号において、前述の周波数条件を変更しても、印加時間を適宜調整することによって、前述と同等のレベルまで圧電素子が回復することが明らかとなった。
【０１３０】
６．２ 第２実施例
本発明者は、第２実施例として、第１実施例と同様の圧電素子５０を準備し、以下の印加条件で耐久パルス波を印加した後に、第１実施例と同様の条件で加熱処理を行い、圧電素子５０の変位特性を調べてプロットした。印加条件は、（１）１ショット（１．０Ｅ＋００）、（２）１００ショット（１．０Ｅ＋０２）、（３）１０００ショット（１．０Ｅ＋０３）、（４）１万ショット（１．０Ｅ＋０４）、（５）１０万ショット（１．０Ｅ＋０５）、（６）１００万ショット（１．０Ｅ＋０６）、（７）１０００万ショット（１．０Ｅ＋０７）、（８）５０００万ショット（５．０Ｅ＋０７）、（９）２億ショット（２．０Ｅ＋０８）であった。また、本発明者は、第２比較例として、圧電素子５０を準備し、同様の印加条件で耐久パルス波を印加した後、加熱処理を行わずに変位特性を調べてプロットした。
【０１３１】
図１２および表２は、第２実施例に係る変位量の結果と、第２比較例に係る変位量の結果をプロットしたものである。なお、変位量は、初期の圧電素子５０の変位量を１００％としたときの相対的な変位量で示される。
【０１３２】
【表２】
【０１３３】
図１２の第２比較例の結果に示されるように、１０万ショット後の圧電素子５０の変位量は、初期の圧電素子５０の変位量から４％程度劣化したことがわかる。第２実施例によれば、この４％劣化した圧電素子５０に加熱処理を行うことで、圧電素子５０の変位量を９９．６％まで回復させることができた。また、第２比較例の結果から、１０万ショットより多くのショット数を印加された圧電素子５０の変位量は、初期の変位量から５％以上劣化することが明らかとなった。また、第２実施例の結果から、１０万ショットより多くのショット数を印加された圧電素子５０に対して加熱処理を行っても、１０万ショットの時点で回復できる変位量よりも回復率が劣ることが明らかとなった。
【０１３４】
以上より、第２実施例によれば、１０万ショット以内で加熱処理を行うことにより、圧電素子５０の経時的な変位量の変化を５％以内とすることができた。また、１０万ショット以内で加熱処理を行うことにより、実質的に初期の圧電素子５０の変位量まで回復させることができた。
【０１３５】
６．３ 第３実施例
本発明者は、第３実施例として、第１実施例と同様の圧電素子５０を準備し、第１実施例と同様の印加条件で圧電素子５０に耐久パルスを印加して、１０万ショット毎に第１実施例と同様の加熱条件で加熱を行った。このような印加条件の下で、連続印加を行い、５０億パルス印加後の変位量と、２００億パルス後の変位量を調べてプロットした。また、第３比較例として、第３実施例と同様の条件であって、加熱処理を行わない場合の圧電素子５０の変位量を調べてプロットした。
【０１３６】
図１３および表３は、第３実施例に係る変位量の結果と、第３比較例に係る変位量の結果をプロットしたものである。なお、変位量は、初期の圧電素子５０の変位量を１００％としたときの相対的な変化量で示される。
【０１３７】
【表３】
【０１３８】
図１３の第３比較例の結果に示されるように、加熱処理を行わない場合、２００億ショット印加された後の圧電素子５０の変位量は、１５％程度劣化している。これに対し、１０万ショット毎に加熱処理を行った第３実施例においては、５０億ショット後であっても、圧電素子５０の変位量は、０．５％劣化しただけであり、２００億ショット後であっても、１．０％劣化しただけであった。
【０１３９】
以上より、第３実施例によれば、１０万ショット毎で加熱処理を行うことにより、圧電素子５０を実質的に、初期の変位量でもって駆動させることが可能であることが明らかとなった。
【０１４０】
以上、第１〜第３実施例によれば、３００℃まで加熱処理された圧電素子５０は、変位量が回復することが明らかとなった。これは、圧電素子５０の圧電体層がチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成されている場合、ＰＺＴの脱分極温度が３００℃よりも低いためであり、圧電体層を脱分極温度以上に加熱したためである。ここで、『脱分極温度』とは圧電体の強誘電性に起因する自発分極が失われる温度を意味し、一般的には強誘電性を失う相転移温度の半分程度の温度を示す。従って、約３５０℃程度の相転移温度をもつＰＺＴにおいては、脱分極温度は３００℃よりも低い温度となる。また、圧電体層が劣化する原因は、分極が固定化されたドメインが増加するためである（ドメインのピニング現象）。したがって、加熱処理を行い、圧電体層の全体の分極を消失させることで、ピニング等により、各ドメインで固定された分極をリセットすることができるため、圧電体層の変位量を回復させることができる。加熱処理を行う温度は、圧電体層の材料の脱分極温度以上であればよい。例えば、圧電体層としてチタン酸バリウムを用いる場合、加熱条件は、８０℃以上であればよい。
【０１４１】
本発明に係る圧電アクチュエーター１００は、加熱素子１２によって、圧電体層３０を加熱処理することができる。したがって、エージング工程を必要とせず、エージング処理後の圧電特性よりも、高い圧電特性を有する圧電アクチュエーター１００を提供することができる。
【符号の説明】
【０１４２】
１０ 振動板、１０ａ 第１の面、１０ｂ 第２の面、１１ 断熱層、１２ 加熱素子、
１２ａ 発熱体層、１２ｂ 第１配線層、１２ｃ 第２配線層、１２ｄ 導電膜、
１３ 活性領域、１５ 絶縁層、１６ 可動領域、１８ 開口部、２０ 第１電極、
２１ 端部、２０ａ 第１導電膜、３０ 圧電体層、３０ａ 前駆体膜、
３０ｂ 圧電体膜、３１ 上面、３２ 側面、３３ 端部、３５ 駆動領域、
４０ 第２電極、４０ａ マスク層、４０ｂ 第２導電膜、５０ 圧電素子、
６０ 基板、６０ａ 基板、６１ 圧力室、６１ａ 領域、６２ 壁部、６３ 供給路、
６４ 連通路、６５ マニュホールド、７０ ノズル板、７１ ノズル孔、
８０ 封止板、８１ 封止領域、８２ 開口部、９０ 可撓膜、９１ 固定膜、
９３ 開口部、１００ 圧電アクチュエーター、１１０ 第１の方向、
１２０ 第２の方向、２７０ 駆動回路（ＩＣ）、３００ 液体噴射ヘッド、
４００ 液体噴射ヘッド、１０００ 液体噴射装置、
１０１０ 駆動部、１０２０ 装置本体、１０２１ トレイ、１０２２ 排出口、
１０３０ ヘッドユニット、１０３１ インクカートリッジ、１０３２ キャリッジ、
１０４１ キャリッジモータ、１０４２ 往復動機構、１０４３ タイミングベルト、１０４４ キャリッジガイド軸、１０５０ 給紙部、１０５１ 給紙モータ、
１０５２ 給紙ローラ、１０６０ 制御部、１０７０ 操作パネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱層と、前記断熱層の上方に形成された加熱素子と、前記加熱素子の上方に形成された絶縁層と、を有する振動板と、
前記絶縁層の上方において、第１電極と第２電極とによって挟まれた圧電体層を有する圧電素子と、
を含み、
前記加熱素子は、発熱体層と、前記発熱体層にそれぞれ電気的に接続された、第１配線層および第２配線層と、を有し、
前記圧電体層は、前記圧電体層の厚み方向から見た場合、前記発熱体層の少なくとも一部とオーバーラップする、圧電アクチュエーター。
【請求項２】
請求項１において、
前記発熱体層は、前記絶縁層によって覆われている、圧電アクチュエーター。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする、圧電アクチュエーター。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項において、
前記絶縁層の熱伝導率は、前記断熱層の熱伝導率よりも高い、圧電アクチュエーター。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを有する、液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項５項に記載の液体噴射ヘッドを有する、液体噴射装置。
【請求項７】
基板の上方に断熱層を形成する工程と、
前記断熱層の上方において加熱素子を形成する工程と、
前記加熱素子の上方に絶縁層を形成する工程と、を有する振動板の形成工程と、
前記絶縁層の上方において、圧電素子を形成する工程と、を含み、
前記加熱素子は、発熱体層と、前記発熱体層にそれぞれ電気的に接続された、第１配線層および第２配線層と、を有し、
前記圧電素子は、第１電極と第２電極によって挟まれた圧電体層と、を有し、前記圧電体層の厚み方向から見た場合、前記発熱体層の少なくとも一部とオーバーラップする、圧電アクチュエーターの製造方法。
【請求項１】
断熱層と、前記断熱層の上方に形成された加熱素子と、前記加熱素子の上方に形成された絶縁層と、を有する振動板と、
前記絶縁層の上方において、第１電極と第２電極とによって挟まれた圧電体層を有する圧電素子と、
を含み、
前記加熱素子は、発熱体層と、前記発熱体層にそれぞれ電気的に接続された、第１配線層および第２配線層と、を有し、
前記圧電体層は、前記圧電体層の厚み方向から見た場合、前記発熱体層の少なくとも一部とオーバーラップする、圧電アクチュエーター。
【請求項２】
請求項１において、
前記発熱体層は、前記絶縁層によって覆われている、圧電アクチュエーター。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記圧電体層は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする、圧電アクチュエーター。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項において、
前記絶縁層の熱伝導率は、前記断熱層の熱伝導率よりも高い、圧電アクチュエーター。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電アクチュエーターを有する、液体噴射ヘッド。
【請求項６】
請求項５項に記載の液体噴射ヘッドを有する、液体噴射装置。
【請求項７】
基板の上方に断熱層を形成する工程と、
前記断熱層の上方において加熱素子を形成する工程と、
前記加熱素子の上方に絶縁層を形成する工程と、を有する振動板の形成工程と、
前記絶縁層の上方において、圧電素子を形成する工程と、を含み、
前記加熱素子は、発熱体層と、前記発熱体層にそれぞれ電気的に接続された、第１配線層および第２配線層と、を有し、
前記圧電素子は、第１電極と第２電極によって挟まれた圧電体層と、を有し、前記圧電体層の厚み方向から見た場合、前記発熱体層の少なくとも一部とオーバーラップする、圧電アクチュエーターの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１６６０４９（Ｐ２０１１−１６６０４９Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９８４５（Ｐ２０１０−２９８４５）
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１５日（２０１０．２．１５）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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