圧電アクチュエーター及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置
【課題】良好に変位させることができ且つ圧電体層の破壊を抑制することができる圧電アクチュエーター及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置を提供する。
【解決手段】
圧電体層７０は、第１電極６０と第２電極８０との間に挟まれた能動部７０ａと、第１電極６０と第２電極８０との間に挟まれていない非能動部７０ｂと、を有し、非能動部７０ｂの少なくとも一部に、能動部７０ａよりも密度の小さいポーラス部７１が設けられている構成とする。
【解決手段】
圧電体層７０は、第１電極６０と第２電極８０との間に挟まれた能動部７０ａと、第１電極６０と第２電極８０との間に挟まれていない非能動部７０ｂと、を有し、非能動部７０ｂの少なくとも一部に、能動部７０ａよりも密度の小さいポーラス部７１が設けられている構成とする。
【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及び圧電アクチュエーターを変位させることによってノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッド並びに液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧力発生室内の液体に、圧力発生手段によって圧力を付与することで、ノズルから液滴を吐出する液体噴射ヘッドが知られており、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を構成する圧力発生手段としては様々なものがあるが、その一つとして、例えば、第１電極（下電極膜）と、第１電極上に設けられた圧電体層と、圧電体層上に設けられた第２電極（上電極膜）とで構成される薄膜からなる圧電アクチュエーター（圧電素子）がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような薄膜からなる圧電アクチュエーターは、高密度に配置することができると共に、高速駆動が可能となるといった利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７８２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで圧電アクチュエーターの実質的な変位駆動部分である能動部の端部は、第１電極の端部又は第２電極の端部によって規定される。例えば、特許文献１の図４（ａ）にも示されているように、圧電体層の幅は第１電極側ほど広くなっており、圧電体層の側面は傾斜面となっている。したがって、圧電アクチュエーターの能動部の端部は、第２電極の端部によって規定され、第２電極の端部よりも外側の部分は実質的に変位駆動されない非能動部となる。
【０００６】
そしてこのような構成においては、非能動部が大きくなると、圧電アクチュエーターを変位させる度に、非能動部と能動部との境界部分に応力集中が発生し、圧電体層にクラックが生じるという問題や、圧電体層と各電極とが剥離するという問題が生じる虞がある。
【０００７】
このような問題を解決するために、圧電体層の側面の第１電極に対する傾斜角を大きくすることで非能動部の大きさを小さくすることが考えられる。ただし、その場合、圧電体層の側面の長さ、すなわち第１電極の端部と第２電極の端部との距離が短くなり、リーク電流が増加し、圧電体層が焼損し易くなる虞がある。
【０００８】
なおこのような問題は、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドに限られず、他の液滴を噴射する液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。また液体噴射ヘッド以外の装置に搭載される圧電アクチュエーターにおいても、同様の問題がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、良好に変位させることができ且つ圧電体層の破壊を抑制することができる圧電アクチュエーター及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明は、第１電極と、前記第１電極上に設けられた圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２電極と、を備えた圧電アクチュエーターであって、前記圧電体層は、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれた能動部と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれていない非能動部と、を有し、前記非能動部の少なくとも一部に、前記能動部よりも密度の小さいポーラス部が設けられていることを特徴とする圧電アクチュエーターにある。
【００１１】
ここで、前記ポーラス部は、前記圧電体層の他の部分よりも各結晶の間隔が広くなっている。また前記ポーラス部は、前記圧電体層の他の部分よりも表面が粗くなっている。
かかる本発明では、圧電アクチュエーターの駆動によって非能動部の剛性が能動部に比べて低くなる。このため各圧電アクチュエーターを十分に変位させることができる。また第１電極と第２電極との間のリーク電流の発生が抑えられるため、リーク電流による圧電体層の破壊或いは劣化を抑制することができる。
【００１２】
また前記ポーラス部は、例えば、前記圧電体層の一部をフッ酸で溶かすことによって形成されている。これによりポーラス部を比較的容易に形成することができる。
【００１３】
また前記ポーラス部には、有機保護膜が含まれていることが好ましい。これにより、ポーラス部が実質的に保護膜として機能し、第１電極と第２電極との間のリーク電流の発生がより確実に抑えられる。
【００１４】
また前記圧電体層は、具体的には、少なくとも鉛、ジルコニウムおよびチタンを含むペロブスカイト型酸化物からなる。この場合、圧電体層のリーク電流による破壊或いは劣化を特に効果的に抑制することができる。
【００１５】
また本発明は、このような圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。さらに本発明は、このような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。かかる本発明では、信頼性の高い液体噴射ヘッド或いは液体噴射装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの概略斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及びＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】実施形態１に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。
【図４】実施形態１に係る圧電アクチュエーターの形成工程を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る圧電アクチュエーターを示す断面写真である。
【図６】実施形態２に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。
【図７】実施形態３に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。
【図８】実施形態３に係る圧電アクチュエーターの形成工程を示す断面図である。
【図９】実施形態４に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。
【図１０】実施形態４に係る圧電アクチュエーターの形成工程を示す断面図である。
【図１１】実施形態５に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。
【図１２】実施形態５に係る圧電アクチュエーターの形成工程を示す断面図である。
【図１３】一実施形態に係る記録装置の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を一実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１及び図２に示すように、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が第１の方向で並設されている。また流路形成基板１０には、第１の方向とは直交する第２の方向における圧力発生室１２の外側には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１３が形成され、各圧力発生室１２と連通部１３とは、インク供給路１４及び連通路１５によって連通されている。すなわち流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられている。
【００１８】
流路形成基板１０の一方面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル２１が穿設されたノズルプレート２０が接合されている。
【００１９】
流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対側の面である他方面には振動板を構成する弾性膜５０及び絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５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が設けられている。圧電アクチュエーター３００の何れか一方の電極を複数の圧電アクチュエーター３００に共通する共通電極とし、他方の電極を圧電アクチュエーター３００毎に独立する個別電極としている。本実施形態では、第１電極６０を共通電極とし、第２電極８０を個別電極としている。また各圧電アクチュエーター３００の個別電極である第２電極８０には、リード電極９０がそれぞれ接続されている。
【００２０】
なお第１電極６０及び第２電極８０は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などの貴金属や、ニッケル酸ランタン（ＬＮＯ）などの導電性酸化物などで形成されている。
【００２１】
圧電体層７０は、例えば、少なくとも鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）を含むペロブスカイト型酸化物からなる。すなわち圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適に用いられる。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等が挙げられる。本実施形態では、圧電体層７０の材料として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いている。勿論、圧電体層７０の材料は、これらに限定されるものではない。
【００２２】
リード電極９０は、例えば、金（Ａｕ）等で形成されている。また本実施形態では、弾性膜５０及び弾性膜５０が圧電アクチュエーター３００の駆動に伴って変形する振動板として機能するが、振動板の構成は特に限定されるものではない。
【００２３】
このような圧電アクチュエーター３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電アクチュエーター３００を保護するための保持部３１を備える保護基板３０が接合されている。また保護基板３０には、マニホールド部３２が設けられている。このマニホールド部３２は、流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００を構成している。
【００２４】
また保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。各圧電アクチュエーター３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
【００２５】
保護基板３０上には、各圧電アクチュエーター３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００２６】
また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってマニホールド部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２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開口部４３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４１のみで封止されている。
【００２７】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド１００からノズル２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの圧電アクチュエーター３００に電圧を印加し、弾性膜５０及び絶縁体膜５５で構成される振動板をたわみ変形させる。これにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル２１からインク滴が噴射される。
【００２８】
ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの圧電アクチュエーター３００の構成についてさらに詳細に説明する。
【００２９】
図３に示すように、圧電アクチュエーター３００は、上述のように絶縁体膜５５上に形成された第１電極６０と、第１電極６０上に形成された圧電体層７０と、圧電体層７０上に形成された第２電極８０と、で構成されている。本実施形態では、第１電極６０と圧電体層７０とが、流路形成基板１０上に圧力発生室１２の並設方向で連続的に設けられている。また第２電極８０は、圧電アクチュエーター３００毎に独立して設けられている。これにより圧電体層７０は、第１電極６０と第２電極８０との間に挟まれた能動部７０ａと、第１電極６０と第２電極８０との間に挟まれていない非能動部７０ｂとを有している。
【００３０】
このように本実施形態では、第１電極６０と第２電極８０との間に圧電体層７０が連続的に形成されているため、第１電極６０と第２電極８０との間のリーク電流の発生が抑えられる。したがって、リーク電流による圧電体層７０の破壊或いは劣化を抑制することができる。
【００３１】
そして本発明では、圧電体層７０の非能動部７０ｂの少なくとも一部に、圧電体層７０の他の部分よりも密度の小さいポーラス部７１が設けられている。本実施形態では、圧電体層７０の非能動部７０ｂの全てがポーラス部７１となっている。このポーラス部７１は、具体的には、圧電体層７０の他の部分（ポーラス部７１以外の部分）よりも、結晶の間隔が広くなっている。
【００３２】
このようにポーラス部７１が圧電体層７０の非能動部７０ｂに形成されていることで、圧電アクチュエーター３００の駆動によって非能動部７０ｂの剛性は、能動部７０ａの合成よりも大幅に低くなる。このため圧電体層７０が連続的に形成されていても、各圧電アクチュエーター３００を十分に変位させることができる。また圧電アクチュエーター３００の繰り返し駆動による圧電体層７０の破壊を抑制できる。したがって、信頼性の高いインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。
【００３３】
なお圧力発生室１２の並設方向とは交差する方向においては、圧電体層７０は第１電極６０よりも外側まで延設されているが、ポーラス部７１は、圧電体層７０の第１電極６０の端部近傍に対向する部分には形成されていないことが好ましい。また本実施形態では、非能動部７０ｂの全てをポーラス部７１としたが、ポーラス部７１は、非能動部７０ｂの少なくとも一部、例えば、非能動部７０ｂの表層部のみに設けられていてもよい。
【００３４】
このポーラス部７１の形成方法は、特に限定されないが、既知の方法で圧電アクチュエーター３００を形成した後、例えば、図４に示すように、第２電極８０上にレジスト膜２００を形成した状態で、圧電体層７０の非能動部７０ｂをエッチング液に浸す。これにより、圧電体層７０の非能動部７０ｂの一部（一部の成分）がエッチング液によって溶かされて、圧電体層７０の他の部分よりも密度の低いポーラス部７１が形成される（図３参照）。つまりポーラス部７１の形成に用いられるエッチング液は、圧電体層７０を形成する一部の材料（元素）しか溶かさない溶液を用いる必要があり、例えば、本実施形態ではフッ酸を用いている。このようなエッチング液を用いることで、圧電体層７０は全て除去されることなく、溶解されない元素を含んだ酸化物やエッチング溶液の成分と反応した反応物（例えば、フッ化物など）が残る。結果として、例えば、図５に示すように、圧電体層７０の非能動部７０ｂには、これらの物質と空孔とで構成される低密度層であるポーラス部７１が形成されることになる。
【００３５】
（実施形態２）
実施形態１では、並設された複数の圧電アクチュエーター３００を構成する圧電体層７０が連続して形成された例を説明した。これに対し、本実施形態では、図６に示すように、圧電体層７０が圧電アクチュエーター３００毎に独立して設けられている。そして、各圧電アクチュエーター３００を構成する圧電体層７０は、その幅が第１電極６０側ほど広くなっている。その結果、圧電アクチュエーター３００を構成する圧電体層７０のそれぞれが、第１電極６０と第２電極８０とで挟まれた能動部７０ａと、第１電極６０と第２電極８０とで挟まれていない非能動部７０ｂとを備えている。
【００３６】
そして本実施形態では、ポーラス部７１Ａが、圧電体層７０の非能動部７０ｂと共に能動部７０ａの一部にまで形成されている。勿論、ポーラス部７１Ａは、非能動部７０ｂの一部、例えば、表層部のみに形成されていてもよい。
【００３７】
このように本実施形態の構成では、圧電体層７０が圧電アクチュエーター３００毎に独立して設けられているため、すなわち圧電体層７０が連続して形成されていないため、各圧電アクチュエーター３００を十分に変位させることができる。特に本実施形態では、圧電体層７０の非能動部７０ｂにポーラス部７１Ａが形成されているため、圧電アクチュエーター３００をさらに良好に変位させることができ、インク滴を良好に噴射させることができる。
【００３８】
また圧電体層７０が圧電アクチュエーター３００毎に設けられた構成では、第１電極６０と第２電極８０との間のリーク電流が生じ易いが、圧電体層７０の非能動部７０ｂにポーラス部７１Ａが形成されていることで、リーク電流の発生を抑制することができる。ポーラス部７１Ａの表面は、圧電体層７０の他の部分よりも表面が粗くなっている。このため、圧電体層７０の表面上における第１電極６０と第２電極８０との距離は、圧電体層７０にポーラス部７１Ａが形成されていない構成に比べて長い。したがって、これら第１電極６０と第２電極８０との間のリーク電流の発生を抑制することができる。
【００３９】
なお本実施形態に係るポーラス部７１Ａも、既知の方法により圧電アクチュエーター３００を形成した後、実施形態１の場合と同様に、圧電体層７０の非能動部７０ｂをエッチング液に浸すことによって形成されている。勿論、ポーラス部７１Ａの形成方法は、特に限定されるものではない。
【００４０】
（実施形態３）
実施形態２では、ポーラス部７１Ａが、圧電体層７０の厚さ方向に亘って形成されていた。これに対し、本実施形態では、図７に示すように、ポーラス部７１Ｂが、圧電体層７０の第１電極６０側の一部のみに形成されている。なお詳しくは後述するが、本実施形態に係る圧電体層７０は、第１の圧電体層７２と第２の圧電体層７３とからなる。
【００４１】
そして本実施形態においても、実施形態２の場合と同様に、各圧電アクチュエーター３００を十分に変位させることができ、また第１電極６０と第２電極８０との間でのリーク電流の発生を抑制することができる。さらに本実施形態では、圧電体層７０の第２電極８０との境界部分にポーラス部７１Ｂが形成されていないため、圧電体層７０と第２電極８０との密着力も向上する。
【００４２】
また本実施形態の圧電アクチュエーター３００の形成方法は、特に限定されないが、例えば、以下の手順で形成することができる。まず図８（ａ）に示すように、絶縁体膜５５上に第１電極６０を所定パターンで形成し、この第１電極６０上に所定厚さで第１の圧電体層７２を形成する。次いで図８（ｂ）に示すように、第１の圧電体層７２の能動部７０ａが形成される領域にレジスト膜２０１を形成し、この状態で第１の圧電体層７２をエッチング液に浸すことによってポーラス部７１Ｂを形成する。次いで、図８（ｃ）に示すように、ポーラス部７１Ｂを含む第１の圧電体層７２上に所定厚さで第２の圧電体層７３と、第２電極８０とを順次形成する。その後、図８（ｄ）に示すように、第２電極８０上に各第１の圧電体層７２（能動部７０ａ）に対向してレジスト膜２０２を形成する。そして、このレジスト膜２０２をマスクとして、第２電極８０、第２の圧電体層７３及び第１の圧電体層７２のポーラス部７１Ｂを順次パターニングすることによって、本実施形態の圧電アクチュエーター３００が形成される（図７参照）。
【００４３】
（実施形態４）
本実施形態の構成は、基本的には実施形態３と同様であり、図９に示すように、ポーラス部７１Ｃは、圧電体層７０の第１電極６０側の一部のみに形成されており、さらに圧電体層７０と第２電極８０との境界部分が保護膜２２０で覆われている。本実施形態では、非能動部７０ｂを構成するポーラス部７１Ｃが、非能動部７０ｂの他の部分よりも外側まで延設されており、ポーラス部７１Ｃの上面７１ａが露出されている。そして保護膜２２０は、第２電極８０上からこのポーラス部７１Ｃの上面７１ａまで連続して設けられている。
【００４４】
このような構成においても、上述の実施形態と同様に、各圧電アクチュエーター３００を十分に変位させることができ、また第１電極６０と第２電極８０との間でのリーク電流の発生を抑制することができる。特に、圧電体層７０と第２電極８０との境界部分が保護膜２２０で覆われていることで、より確実にリーク電流を抑えられる。さらに圧電体層７０と第２電極８０との剥離をより確実に抑制することができる。また保護膜２２０がポーラス部７１Ｃの上面７１ａまで延設されていることで、保護膜２２０の圧電体層７０との密着性を高めることができる。
【００４５】
なお本実施形態の圧電アクチュエーター３００の形成方法も、特に限定されないが、例えば、以下の手順で形成することができる。まず図１０（ａ）に示すように、第１電極６０上に圧電体層７０及び第２電極８０を順次積層した後、これら第２電極８０及び圧電体層７０をパターニングする。このとき、圧電体層７０は、その厚さ方向の一部のみを除去する。次いで図１０（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び第２電極８０の表面を覆って、例えば、酸化アルミニウム等からなる保護膜２２０を形成する。次いで、図１０（ｃ）に示すように、保護膜２２０を所定形状にパターニングする。次いで図１０（ｄ）に示すように、保護膜２２０を介して露出された圧電体層７０をエッチング液に浸すことでポーラス部７１Ｃを形成する。その後、ポーラス部７１Ｃをパターニングすることで、本実施形態に係る圧電アクチュエーター３００が形成される（図９参照）。
【００４６】
（実施形態５）
本実施形態は、基本的には実施形態２と同様の構成であるが、図１１に示すように、第２電極８０上に、例えば、フッ素系の樹脂やシリコン系樹脂(例えば、ジビニルテトラメチルシロキサンベンゾシクロブテン樹脂）、ポリイミド等の材料からなる保護膜２２１を形成するようにした点で実施形態２とは異なる。また詳しくは後述するが、ポーラス部７１Ｄには、保護膜２２１の材料（成分）が含まれている。
【００４７】
このような構成においても、実施形態２と同様に、各圧電アクチュエーター３００を十分に変位させることができ、インク滴を良好に噴射させることができる。また第１電極６０と第２電極８０との間のリーク電流の発生を抑制することができる。特に本実施形態では、第２電極８０が保護膜２２１で覆われると共に、ポーラス部７１Ｄに保護膜２２１の材料が含まれているため、第１電極６０と第２電極８０との間のリーク電流の発生をより確実に抑制することができる。すなわちポーラス部７１Ｄを、実質的に保護膜として機能させることができ、第１電極６０と第２電極８０との間のリーク電流の発生をより確実に抑制することができる。特に、保護膜２２１の材料として、有機保護膜（有機材料）を用いた場合、有機保護膜の剛性が小さいため、ポーラス部７１Ｄの剛性を大幅に上昇させることがなく、圧電アクチュエーター３００を十分に変位させることができる。
【００４８】
なおこのような圧電アクチュエーター３００は、例えば、下記の手順で形成することができる。まず図１２（ａ）に示すように、絶縁体膜５５上に第１電極６０を所定パターンで形成した後、この第１電極６０上に圧電体層７０及び第２電極８０を順次形成する。次いで図１２（ｂ）に示すように、第２電極８０を所定形状にパターニングした後、各第２電極８０を覆ってレジスト膜２０３を形成する。すなわち圧電体層７０の能動部７０ａが形成される領域にレジスト膜２０３を形成する。次いで図１２（ｃ）に示すように、この状態で圧電体層７０をエッチング液に浸すことによってポーラス部７１Ｄを形成する。次に、図１２（ｄ）に示すように、ポーラス部７１Ｄ（圧電体層７０）及び第２電極８０の表面を覆ってフッ素系の樹脂からなる保護膜２２１を形成する。このときポーラス部７１Ｄに保護膜２２１の材料が含まれることになる。保護膜２２１の材料は、例えば、ポーラス部７１Ｄの空孔に入り込む。その後、保護膜２２１及び圧電体層７０（ポーラス部７１Ｄ）を順次パターニングすることによって、本実施形態の圧電アクチュエーター３００が形成される（図１１参照）。
【００４９】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
【００５０】
また、このような構成のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１３に示すインクジェット式記録装置において、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１は、インク供給手段を構成するカートリッジ２を着脱可能に備える。記録ヘッドユニット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に軸方向移動可能に設けられている。この記録ヘッドユニット１は、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００５１】
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、記録ヘッドユニット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にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。
【００５２】
なおインクジェット式記録装置Ｉとして、記録ヘッドユニット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、インクジェット式記録装置Ｉの構成はこれに限定されるものではない。インクジェット式記録装置Ｉは、例えば、インクジェット式記録ヘッドが固定されて、紙等の記録シートを副走査方向に移動させることで印刷を行う、いわゆるライン式のものであってもよい。
【００５３】
また上述した例では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、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、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。液体噴射ヘッドとしては、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記録ヘッドの他、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が挙げられる。
【００５４】
また、本発明は、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搭載される圧電アクチュエーターに限られず、その他の装置に搭載される圧電アクチュエーターにも適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル、 ３０ 保護基板、 ４０ コンプライアンス基板、 ４１ 封止膜、 ４２ 固定板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ７０ａ 能動部、 ７０ｂ 非能動部、 ７１ ポーラス部、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ マニホールド、 ２００〜２０３ レジスト膜、 ２２０，２２１ 保護膜、 ３００ 圧電アクチュエーター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエーター及び圧電アクチュエーターを変位させることによってノズルから液滴を噴射する液体噴射ヘッド並びに液体噴射ヘッドを備える液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧力発生室内の液体に、圧力発生手段によって圧力を付与することで、ノズルから液滴を吐出する液体噴射ヘッドが知られており、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を構成する圧力発生手段としては様々なものがあるが、その一つとして、例えば、第１電極（下電極膜）と、第１電極上に設けられた圧電体層と、圧電体層上に設けられた第２電極（上電極膜）とで構成される薄膜からなる圧電アクチュエーター（圧電素子）がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような薄膜からなる圧電アクチュエーターは、高密度に配置することができると共に、高速駆動が可能となるといった利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７８２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで圧電アクチュエーターの実質的な変位駆動部分である能動部の端部は、第１電極の端部又は第２電極の端部によって規定される。例えば、特許文献１の図４（ａ）にも示されているように、圧電体層の幅は第１電極側ほど広くなっており、圧電体層の側面は傾斜面となっている。したがって、圧電アクチュエーターの能動部の端部は、第２電極の端部によって規定され、第２電極の端部よりも外側の部分は実質的に変位駆動されない非能動部となる。
【０００６】
そしてこのような構成においては、非能動部が大きくなると、圧電アクチュエーターを変位させる度に、非能動部と能動部との境界部分に応力集中が発生し、圧電体層にクラックが生じるという問題や、圧電体層と各電極とが剥離するという問題が生じる虞がある。
【０００７】
このような問題を解決するために、圧電体層の側面の第１電極に対する傾斜角を大きくすることで非能動部の大きさを小さくすることが考えられる。ただし、その場合、圧電体層の側面の長さ、すなわち第１電極の端部と第２電極の端部との距離が短くなり、リーク電流が増加し、圧電体層が焼損し易くなる虞がある。
【０００８】
なおこのような問題は、インク滴を噴射するインクジェット式記録ヘッドに限られず、他の液滴を噴射する液体噴射ヘッドにおいても、同様に存在する。また液体噴射ヘッド以外の装置に搭載される圧電アクチュエーターにおいても、同様の問題がある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、良好に変位させることができ且つ圧電体層の破壊を抑制することができる圧電アクチュエーター及び液体噴射ヘッド並びに液体噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明は、第１電極と、前記第１電極上に設けられた圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２電極と、を備えた圧電アクチュエーターであって、前記圧電体層は、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれた能動部と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれていない非能動部と、を有し、前記非能動部の少なくとも一部に、前記能動部よりも密度の小さいポーラス部が設けられていることを特徴とする圧電アクチュエーターにある。
【００１１】
ここで、前記ポーラス部は、前記圧電体層の他の部分よりも各結晶の間隔が広くなっている。また前記ポーラス部は、前記圧電体層の他の部分よりも表面が粗くなっている。
かかる本発明では、圧電アクチュエーターの駆動によって非能動部の剛性が能動部に比べて低くなる。このため各圧電アクチュエーターを十分に変位させることができる。また第１電極と第２電極との間のリーク電流の発生が抑えられるため、リーク電流による圧電体層の破壊或いは劣化を抑制することができる。
【００１２】
また前記ポーラス部は、例えば、前記圧電体層の一部をフッ酸で溶かすことによって形成されている。これによりポーラス部を比較的容易に形成することができる。
【００１３】
また前記ポーラス部には、有機保護膜が含まれていることが好ましい。これにより、ポーラス部が実質的に保護膜として機能し、第１電極と第２電極との間のリーク電流の発生がより確実に抑えられる。
【００１４】
また前記圧電体層は、具体的には、少なくとも鉛、ジルコニウムおよびチタンを含むペロブスカイト型酸化物からなる。この場合、圧電体層のリーク電流による破壊或いは劣化を特に効果的に抑制することができる。
【００１５】
また本発明は、このような圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。さらに本発明は、このような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。かかる本発明では、信頼性の高い液体噴射ヘッド或いは液体噴射装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの概略斜視図である。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及びＡ−Ａ’線断面図である。
【図３】実施形態１に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。
【図４】実施形態１に係る圧電アクチュエーターの形成工程を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る圧電アクチュエーターを示す断面写真である。
【図６】実施形態２に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。
【図７】実施形態３に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。
【図８】実施形態３に係る圧電アクチュエーターの形成工程を示す断面図である。
【図９】実施形態４に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。
【図１０】実施形態４に係る圧電アクチュエーターの形成工程を示す断面図である。
【図１１】実施形態５に係る圧電アクチュエーターを示す断面図である。
【図１２】実施形態５に係る圧電アクチュエーターの形成工程を示す断面図である。
【図１３】一実施形態に係る記録装置の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を一実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１及び図２に示すように、シリコン単結晶基板からなる流路形成基板１０には、複数の隔壁１１によって区画された圧力発生室１２が第１の方向で並設されている。また流路形成基板１０には、第１の方向とは直交する第２の方向における圧力発生室１２の外側には、各圧力発生室１２の共通のインク室（液体室）となるマニホールド１００の一部を構成する連通部１３が形成され、各圧力発生室１２と連通部１３とは、インク供給路１４及び連通路１５によって連通されている。すなわち流路形成基板１０には、圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５からなる液体流路が設けられている。
【００１８】
流路形成基板１０の一方面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側の端部近傍に連通するノズル２１が穿設されたノズルプレート２０が接合されている。
【００１９】
流路形成基板１０のノズルプレート２０とは反対側の面である他方面には振動板を構成する弾性膜５０及び絶縁体膜５５が形成されている。さらに、この絶縁体膜５５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が設けられている。圧電アクチュエーター３００の何れか一方の電極を複数の圧電アクチュエーター３００に共通する共通電極とし、他方の電極を圧電アクチュエーター３００毎に独立する個別電極としている。本実施形態では、第１電極６０を共通電極とし、第２電極８０を個別電極としている。また各圧電アクチュエーター３００の個別電極である第２電極８０には、リード電極９０がそれぞれ接続されている。
【００２０】
なお第１電極６０及び第２電極８０は、例えば、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）などの貴金属や、ニッケル酸ランタン（ＬＮＯ）などの導電性酸化物などで形成されている。
【００２１】
圧電体層７０は、例えば、少なくとも鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）およびチタン（Ｔｉ）を含むペロブスカイト型酸化物からなる。すなわち圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電材料や、これに酸化ニオブ、酸化ニッケル又は酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したもの等が好適に用いられる。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等が挙げられる。本実施形態では、圧電体層７０の材料として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いている。勿論、圧電体層７０の材料は、これらに限定されるものではない。
【００２２】
リード電極９０は、例えば、金（Ａｕ）等で形成されている。また本実施形態では、弾性膜５０及び弾性膜５０が圧電アクチュエーター３００の駆動に伴って変形する振動板として機能するが、振動板の構成は特に限定されるものではない。
【００２３】
このような圧電アクチュエーター３００が形成された流路形成基板１０上には、圧電アクチュエーター３００を保護するための保持部３１を備える保護基板３０が接合されている。また保護基板３０には、マニホールド部３２が設けられている。このマニホールド部３２は、流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるマニホールド１００を構成している。
【００２４】
また保護基板３０には、保護基板３０を厚さ方向に貫通する貫通孔３３が設けられている。各圧電アクチュエーター３００から引き出されたリード電極９０の端部近傍は、貫通孔３３内に露出するように設けられている。
【００２５】
保護基板３０上には、各圧電アクチュエーター３００を駆動するための駆動回路１２０が固定されている。この駆動回路１２０としては、例えば、回路基板や半導体集積回路（ＩＣ）等を用いることができる。そして、駆動回路１２０とリード電極９０とは、ボンディングワイヤー等の導電性ワイヤーからなる接続配線１２１を介して電気的に接続されている。
【００２６】
また、このような保護基板３０上には、封止膜４１及び固定板４２とからなるコンプライアンス基板４０が接合されている。ここで、封止膜４１は、剛性が低く可撓性を有する材料からなり、この封止膜４１によってマニホールド部３２の一方面が封止されている。また、固定板４２は、金属等の硬質の材料で形成される。この固定板４２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開口部４３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４１のみで封止されている。
【００２７】
このような本実施形態のインクジェット式記録ヘッドでは、図示しない外部インク供給手段と接続したインク導入口からインクを取り込み、マニホールド１００からノズル２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動回路１２０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの圧電アクチュエーター３００に電圧を印加し、弾性膜５０及び絶縁体膜５５で構成される振動板をたわみ変形させる。これにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル２１からインク滴が噴射される。
【００２８】
ここで、このようなインクジェット式記録ヘッドの圧電アクチュエーター３００の構成についてさらに詳細に説明する。
【００２９】
図３に示すように、圧電アクチュエーター３００は、上述のように絶縁体膜５５上に形成された第１電極６０と、第１電極６０上に形成された圧電体層７０と、圧電体層７０上に形成された第２電極８０と、で構成されている。本実施形態では、第１電極６０と圧電体層７０とが、流路形成基板１０上に圧力発生室１２の並設方向で連続的に設けられている。また第２電極８０は、圧電アクチュエーター３００毎に独立して設けられている。これにより圧電体層７０は、第１電極６０と第２電極８０との間に挟まれた能動部７０ａと、第１電極６０と第２電極８０との間に挟まれていない非能動部７０ｂとを有している。
【００３０】
このように本実施形態では、第１電極６０と第２電極８０との間に圧電体層７０が連続的に形成されているため、第１電極６０と第２電極８０との間のリーク電流の発生が抑えられる。したがって、リーク電流による圧電体層７０の破壊或いは劣化を抑制することができる。
【００３１】
そして本発明では、圧電体層７０の非能動部７０ｂの少なくとも一部に、圧電体層７０の他の部分よりも密度の小さいポーラス部７１が設けられている。本実施形態では、圧電体層７０の非能動部７０ｂの全てがポーラス部７１となっている。このポーラス部７１は、具体的には、圧電体層７０の他の部分（ポーラス部７１以外の部分）よりも、結晶の間隔が広くなっている。
【００３２】
このようにポーラス部７１が圧電体層７０の非能動部７０ｂに形成されていることで、圧電アクチュエーター３００の駆動によって非能動部７０ｂの剛性は、能動部７０ａの合成よりも大幅に低くなる。このため圧電体層７０が連続的に形成されていても、各圧電アクチュエーター３００を十分に変位させることができる。また圧電アクチュエーター３００の繰り返し駆動による圧電体層７０の破壊を抑制できる。したがって、信頼性の高いインクジェット式記録ヘッドを実現することができる。
【００３３】
なお圧力発生室１２の並設方向とは交差する方向においては、圧電体層７０は第１電極６０よりも外側まで延設されているが、ポーラス部７１は、圧電体層７０の第１電極６０の端部近傍に対向する部分には形成されていないことが好ましい。また本実施形態では、非能動部７０ｂの全てをポーラス部７１としたが、ポーラス部７１は、非能動部７０ｂの少なくとも一部、例えば、非能動部７０ｂの表層部のみに設けられていてもよい。
【００３４】
このポーラス部７１の形成方法は、特に限定されないが、既知の方法で圧電アクチュエーター３００を形成した後、例えば、図４に示すように、第２電極８０上にレジスト膜２００を形成した状態で、圧電体層７０の非能動部７０ｂをエッチング液に浸す。これにより、圧電体層７０の非能動部７０ｂの一部（一部の成分）がエッチング液によって溶かされて、圧電体層７０の他の部分よりも密度の低いポーラス部７１が形成される（図３参照）。つまりポーラス部７１の形成に用いられるエッチング液は、圧電体層７０を形成する一部の材料（元素）しか溶かさない溶液を用いる必要があり、例えば、本実施形態ではフッ酸を用いている。このようなエッチング液を用いることで、圧電体層７０は全て除去されることなく、溶解されない元素を含んだ酸化物やエッチング溶液の成分と反応した反応物（例えば、フッ化物など）が残る。結果として、例えば、図５に示すように、圧電体層７０の非能動部７０ｂには、これらの物質と空孔とで構成される低密度層であるポーラス部７１が形成されることになる。
【００３５】
（実施形態２）
実施形態１では、並設された複数の圧電アクチュエーター３００を構成する圧電体層７０が連続して形成された例を説明した。これに対し、本実施形態では、図６に示すように、圧電体層７０が圧電アクチュエーター３００毎に独立して設けられている。そして、各圧電アクチュエーター３００を構成する圧電体層７０は、その幅が第１電極６０側ほど広くなっている。その結果、圧電アクチュエーター３００を構成する圧電体層７０のそれぞれが、第１電極６０と第２電極８０とで挟まれた能動部７０ａと、第１電極６０と第２電極８０とで挟まれていない非能動部７０ｂとを備えている。
【００３６】
そして本実施形態では、ポーラス部７１Ａが、圧電体層７０の非能動部７０ｂと共に能動部７０ａの一部にまで形成されている。勿論、ポーラス部７１Ａは、非能動部７０ｂの一部、例えば、表層部のみに形成されていてもよい。
【００３７】
このように本実施形態の構成では、圧電体層７０が圧電アクチュエーター３００毎に独立して設けられているため、すなわち圧電体層７０が連続して形成されていないため、各圧電アクチュエーター３００を十分に変位させることができる。特に本実施形態では、圧電体層７０の非能動部７０ｂにポーラス部７１Ａが形成されているため、圧電アクチュエーター３００をさらに良好に変位させることができ、インク滴を良好に噴射させることができる。
【００３８】
また圧電体層７０が圧電アクチュエーター３００毎に設けられた構成では、第１電極６０と第２電極８０との間のリーク電流が生じ易いが、圧電体層７０の非能動部７０ｂにポーラス部７１Ａが形成されていることで、リーク電流の発生を抑制することができる。ポーラス部７１Ａの表面は、圧電体層７０の他の部分よりも表面が粗くなっている。このため、圧電体層７０の表面上における第１電極６０と第２電極８０との距離は、圧電体層７０にポーラス部７１Ａが形成されていない構成に比べて長い。したがって、これら第１電極６０と第２電極８０との間のリーク電流の発生を抑制することができる。
【００３９】
なお本実施形態に係るポーラス部７１Ａも、既知の方法により圧電アクチュエーター３００を形成した後、実施形態１の場合と同様に、圧電体層７０の非能動部７０ｂをエッチング液に浸すことによって形成されている。勿論、ポーラス部７１Ａの形成方法は、特に限定されるものではない。
【００４０】
（実施形態３）
実施形態２では、ポーラス部７１Ａが、圧電体層７０の厚さ方向に亘って形成されていた。これに対し、本実施形態では、図７に示すように、ポーラス部７１Ｂが、圧電体層７０の第１電極６０側の一部のみに形成されている。なお詳しくは後述するが、本実施形態に係る圧電体層７０は、第１の圧電体層７２と第２の圧電体層７３とからなる。
【００４１】
そして本実施形態においても、実施形態２の場合と同様に、各圧電アクチュエーター３００を十分に変位させることができ、また第１電極６０と第２電極８０との間でのリーク電流の発生を抑制することができる。さらに本実施形態では、圧電体層７０の第２電極８０との境界部分にポーラス部７１Ｂが形成されていないため、圧電体層７０と第２電極８０との密着力も向上する。
【００４２】
また本実施形態の圧電アクチュエーター３００の形成方法は、特に限定されないが、例えば、以下の手順で形成することができる。まず図８（ａ）に示すように、絶縁体膜５５上に第１電極６０を所定パターンで形成し、この第１電極６０上に所定厚さで第１の圧電体層７２を形成する。次いで図８（ｂ）に示すように、第１の圧電体層７２の能動部７０ａが形成される領域にレジスト膜２０１を形成し、この状態で第１の圧電体層７２をエッチング液に浸すことによってポーラス部７１Ｂを形成する。次いで、図８（ｃ）に示すように、ポーラス部７１Ｂを含む第１の圧電体層７２上に所定厚さで第２の圧電体層７３と、第２電極８０とを順次形成する。その後、図８（ｄ）に示すように、第２電極８０上に各第１の圧電体層７２（能動部７０ａ）に対向してレジスト膜２０２を形成する。そして、このレジスト膜２０２をマスクとして、第２電極８０、第２の圧電体層７３及び第１の圧電体層７２のポーラス部７１Ｂを順次パターニングすることによって、本実施形態の圧電アクチュエーター３００が形成される（図７参照）。
【００４３】
（実施形態４）
本実施形態の構成は、基本的には実施形態３と同様であり、図９に示すように、ポーラス部７１Ｃは、圧電体層７０の第１電極６０側の一部のみに形成されており、さらに圧電体層７０と第２電極８０との境界部分が保護膜２２０で覆われている。本実施形態では、非能動部７０ｂを構成するポーラス部７１Ｃが、非能動部７０ｂの他の部分よりも外側まで延設されており、ポーラス部７１Ｃの上面７１ａが露出されている。そして保護膜２２０は、第２電極８０上からこのポーラス部７１Ｃの上面７１ａまで連続して設けられている。
【００４４】
このような構成においても、上述の実施形態と同様に、各圧電アクチュエーター３００を十分に変位させることができ、また第１電極６０と第２電極８０との間でのリーク電流の発生を抑制することができる。特に、圧電体層７０と第２電極８０との境界部分が保護膜２２０で覆われていることで、より確実にリーク電流を抑えられる。さらに圧電体層７０と第２電極８０との剥離をより確実に抑制することができる。また保護膜２２０がポーラス部７１Ｃの上面７１ａまで延設されていることで、保護膜２２０の圧電体層７０との密着性を高めることができる。
【００４５】
なお本実施形態の圧電アクチュエーター３００の形成方法も、特に限定されないが、例えば、以下の手順で形成することができる。まず図１０（ａ）に示すように、第１電極６０上に圧電体層７０及び第２電極８０を順次積層した後、これら第２電極８０及び圧電体層７０をパターニングする。このとき、圧電体層７０は、その厚さ方向の一部のみを除去する。次いで図１０（ｂ）に示すように、圧電体層７０及び第２電極８０の表面を覆って、例えば、酸化アルミニウム等からなる保護膜２２０を形成する。次いで、図１０（ｃ）に示すように、保護膜２２０を所定形状にパターニングする。次いで図１０（ｄ）に示すように、保護膜２２０を介して露出された圧電体層７０をエッチング液に浸すことでポーラス部７１Ｃを形成する。その後、ポーラス部７１Ｃをパターニングすることで、本実施形態に係る圧電アクチュエーター３００が形成される（図９参照）。
【００４６】
（実施形態５）
本実施形態は、基本的には実施形態２と同様の構成であるが、図１１に示すように、第２電極８０上に、例えば、フッ素系の樹脂やシリコン系樹脂(例えば、ジビニルテトラメチルシロキサンベンゾシクロブテン樹脂）、ポリイミド等の材料からなる保護膜２２１を形成するようにした点で実施形態２とは異なる。また詳しくは後述するが、ポーラス部７１Ｄには、保護膜２２１の材料（成分）が含まれている。
【００４７】
このような構成においても、実施形態２と同様に、各圧電アクチュエーター３００を十分に変位させることができ、インク滴を良好に噴射させることができる。また第１電極６０と第２電極８０との間のリーク電流の発生を抑制することができる。特に本実施形態では、第２電極８０が保護膜２２１で覆われると共に、ポーラス部７１Ｄに保護膜２２１の材料が含まれているため、第１電極６０と第２電極８０との間のリーク電流の発生をより確実に抑制することができる。すなわちポーラス部７１Ｄを、実質的に保護膜として機能させることができ、第１電極６０と第２電極８０との間のリーク電流の発生をより確実に抑制することができる。特に、保護膜２２１の材料として、有機保護膜（有機材料）を用いた場合、有機保護膜の剛性が小さいため、ポーラス部７１Ｄの剛性を大幅に上昇させることがなく、圧電アクチュエーター３００を十分に変位させることができる。
【００４８】
なおこのような圧電アクチュエーター３００は、例えば、下記の手順で形成することができる。まず図１２（ａ）に示すように、絶縁体膜５５上に第１電極６０を所定パターンで形成した後、この第１電極６０上に圧電体層７０及び第２電極８０を順次形成する。次いで図１２（ｂ）に示すように、第２電極８０を所定形状にパターニングした後、各第２電極８０を覆ってレジスト膜２０３を形成する。すなわち圧電体層７０の能動部７０ａが形成される領域にレジスト膜２０３を形成する。次いで図１２（ｃ）に示すように、この状態で圧電体層７０をエッチング液に浸すことによってポーラス部７１Ｄを形成する。次に、図１２（ｄ）に示すように、ポーラス部７１Ｄ（圧電体層７０）及び第２電極８０の表面を覆ってフッ素系の樹脂からなる保護膜２２１を形成する。このときポーラス部７１Ｄに保護膜２２１の材料が含まれることになる。保護膜２２１の材料は、例えば、ポーラス部７１Ｄの空孔に入り込む。その後、保護膜２２１及び圧電体層７０（ポーラス部７１Ｄ）を順次パターニングすることによって、本実施形態の圧電アクチュエーター３００が形成される（図１１参照）。
【００４９】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
【００５０】
また、このような構成のインクジェット式記録ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。図１３に示すインクジェット式記録装置において、インクジェット式記録ヘッドを有する記録ヘッドユニット１は、インク供給手段を構成するカートリッジ２を着脱可能に備える。記録ヘッドユニット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に軸方向移動可能に設けられている。この記録ヘッドユニット１は、例えば、それぞれブラックインク組成物及びカラーインク組成物を吐出するものとしている。
【００５１】
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、記録ヘッドユニット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にはキャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラーなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。
【００５２】
なおインクジェット式記録装置Ｉとして、記録ヘッドユニット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、インクジェット式記録装置Ｉの構成はこれに限定されるものではない。インクジェット式記録装置Ｉは、例えば、インクジェット式記録ヘッドが固定されて、紙等の記録シートを副走査方向に移動させることで印刷を行う、いわゆるライン式のものであってもよい。
【００５３】
また上述した例では、液体噴射ヘッドの一例としてインクジェット式記録ヘッドを挙げて説明したが、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、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。液体噴射ヘッドとしては、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記録ヘッドの他、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が挙げられる。
【００５４】
また、本発明は、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搭載される圧電アクチュエーターに限られず、その他の装置に搭載される圧電アクチュエーターにも適用することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル、 ３０ 保護基板、 ４０ コンプライアンス基板、 ４１ 封止膜、 ４２ 固定板、 ５０ 弾性膜、 ５５ 絶縁体膜、 ６０ 第１電極、 ７０ 圧電体層、 ７０ａ 能動部、 ７０ｂ 非能動部、 ７１ ポーラス部、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ マニホールド、 ２００〜２０３ レジスト膜、 ２２０，２２１ 保護膜、 ３００ 圧電アクチュエーター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、前記第１電極上に設けられた圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２電極と、を備えた圧電アクチュエーターであって、
前記圧電体層は、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれた能動部と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれていない非能動部と、を有し、
前記非能動部の少なくとも一部に、前記能動部よりも密度の小さいポーラス部が設けられていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項２】
前記ポーラス部は、前記圧電体層の他の部分よりも各結晶の間隔が広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ー。
【請求項３】
前記ポーラス部は、前記圧電体層の他の部分よりも表面が粗いことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項４】
前記ポーラス部は、前記圧電体層の一部をフッ酸によって溶かすことによって形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項５】
前記ポーラス部には、有機保護膜が含まれている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ー。
【請求項６】
前記圧電体層は、少なくとも鉛、ジルコニウムおよびチタンを含むペロブスカイト型酸化物からな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アクチュエーター。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項７に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。
【請求項１】
第１電極と、前記第１電極上に設けられた圧電体層と、前記圧電体層上に設けられた第２電極と、を備えた圧電アクチュエーターであって、
前記圧電体層は、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれた能動部と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟まれていない非能動部と、を有し、
前記非能動部の少なくとも一部に、前記能動部よりも密度の小さいポーラス部が設けられていることを特徴とする圧電アクチュエーター。
【請求項２】
前記ポーラス部は、前記圧電体層の他の部分よりも各結晶の間隔が広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ー。
【請求項３】
前記ポーラス部は、前記圧電体層の他の部分よりも表面が粗いことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項４】
前記ポーラス部は、前記圧電体層の一部をフッ酸によって溶かすことによって形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の圧電アクチュエーター。
【請求項５】
前記ポーラス部には、有機保護膜が含まれている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ー。
【請求項６】
前記圧電体層は、少なくとも鉛、ジルコニウムおよびチタンを含むペロブスカイト型酸化物からな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アクチュエーター。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の圧電アクチュエーターを備えることを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項８】
請求項７に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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図５】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１３】
【図５】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２２４００３（Ｐ２０１２−２２４００３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９４５１３（Ｐ２０１１−９４５１３）
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【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２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]