液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、並びにアクチュエーター装置
【課題】 駆動耐久性を向上した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、並びにアクチュエーター装置を提供する。
【解決手段】 第１電極６０上であって、圧電素子３００の幅方向における圧電体層７０の両端部に対応する領域には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部６５が設けられ、補強部６５は、圧電素子３００の幅方向内側に向かって厚さが漸小する。
【解決手段】 第１電極６０上であって、圧電素子３００の幅方向における圧電体層７０の両端部に対応する領域には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部６５が設けられ、補強部６５は、圧電素子３００の幅方向内側に向かって厚さが漸小する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に変位可能に設けられた圧電素子を有する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、並びにアクチュエーター装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、電気機械変換機能を呈する圧電材料からなる圧電体層を２つの電極で挟んだ構成となっている。なお、液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド等がある。また、インクジェット式記録ヘッドに搭載される圧電素子としては、例えば、振動板の表面全体に亘って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィー法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６３３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、駆動時には、振動板の圧電素子の幅方向両端部付近に応力が集中し、振動板が破壊されて、駆動耐久性が低下してしまうということがあった。
【０００５】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに限定されず、他の装置に搭載されるアクチュエーター装置においても同様に存在する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑み、駆動耐久性を向上した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、並びにアクチュエーター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】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板上に設けられた第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電極とを具備し、各圧力発生室に対応する圧電素子と、を備え、前記第１電極上であって、前記圧電素子の幅方向における前記圧電体層の両端部に対応する領域には、前記第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部が設けられ、前記補強部は、前記圧電素子の幅方向内側に向かって厚さが漸小することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、圧電体層の両端部に対応する領域に第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部を設けることにより、圧電素子の幅方向端部における応力集中に対する第１電極の剛性が高まり、圧電素子の駆動耐久性を向上させることができる。また、補強部は、圧電素子の幅方向内側に向かって厚さが漸小することにより、圧電素子の幅方向端部における応力を分散させて、応力集中を抑制することができる。
【０００８】
前記補強部は、ビッカース硬度Ｈｖが１０００以上の材料からなるのが好ましい。これによれば、効果的に圧電素子の駆動耐久性を向上させることができる。
【０００９】
前記補強部から連続して前記圧電素子の幅方向外側に延設される腕部を具備するのが好ましい。これによれば、腕部がエッチングストップ層として機能し、第１電極の膜厚のばらつきを抑制することができる。これにより、圧電素子の共振周波数および変位量のばらつきを抑制したものとすることができる。
【００１０】
前記腕部は、前記補強部よりも厚さが薄いのが好ましい。これによれば、第１電極の高い変位量を確保しつつ、圧電素子の駆動耐久性を向上させることができる。
【００１１】
前記補強部と前記腕部の境界部分には凹部が設けられており、且つ該凹部の内面が曲面状となっているのが好ましい。これによれば、圧電素子の幅方向端部における第１電極にかかる応力をより効果的に分散させることができる。
【００１２】
前記第１電極上であって前記圧電素子の幅方向中央部には、前記第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる第２の補強部が前記圧力発生室の長手方向に亘って設けられているのが好ましい。これによれば、圧電素子の長手方向の駆動耐久性を向上させることができる。
【００１３】
前記第２の補強部は、前記圧電素子の幅方向外側に向かって厚さが漸小するのが好ましい。これによれば、第２の補強部に対する応力を分散させて、応力集中を抑制することができる。
【００１４】
少なくとも前記圧電体層の側面を覆う絶縁体からなる被覆膜が設けられているのが好ましい。これによれば、大気中の水分に起因する圧電素子の破壊を抑制することができる。
【００１５】
さらに本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。
【００１６】
さらに本発明の他の態様は、基板上に設けられた第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電極とを具備する圧電素子を備え、前記第１電極上であって、前記圧電素子の幅方向における前記圧電体層の両端部に対応する領域には、前記第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部が設けられ、前記補強部は、前記圧電素子の幅方向内側に向かって厚さが漸小することを特徴とするアクチュエーター装置にある。
かかる態様では、圧電体層の両端部に対応する領域に第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部を設けることにより、圧電素子の幅方向端部における応力集中に対する第１電極の剛性が高まり、圧電素子の駆動耐久性を向上させることができる。また、補強部は、圧電素子の幅方向内側に向かって厚さが漸小することにより、圧電素子の幅方向端部における応力を分散させて、応力集中を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの要部断面図。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの要部平面図。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図８】実施形態１に係る記録装置の概略構成を示す斜視図。
【図９】実施形態２に係る記録ヘッドの圧電素子及び圧力発生室の要部断面図。
【図１０】実施形態３に係る記録ヘッドの圧電素子及び圧力発生室の要部断面図。
【図１１】実施形態４に係る記録ヘッドの圧電素子及び圧力発生室の要部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、流路形成基板の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図であり、図３は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【００１９】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態ではシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には酸化膜からなる弾性膜５０が形成されている。
【００２０】
流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のリザーバー部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバーの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。
【００２１】
また、流路形成基板１０の開口面側には、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開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えばガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
【００２２】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、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とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。
【００２３】
圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でもペロブスカイト構造の強誘電体材料からなる。圧電体層７０は、ペロブスカイト構造の結晶膜を用いるのが好ましく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、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である。
【００２４】
図２及び３に示すように、本実施形態では、第１電極６０の圧力発生室１２の長手方向の端部（圧電素子３００の長手方向の端部）を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動部の長手方向の端部（長さ）を規定している。また、第２電極８０の圧力発生室１２の短手方向の端部（圧電素子３００の短手方向の端部）を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電体能動部の短手方向の端部（幅）を規定している。すなわち、圧電体能動部は、パターニングされた第１電極６０及び第２電極８０によって、圧力発生室１２に相対向する領域にのみ設けられていることになる。さらに、本実施形態では、圧電体層７０及び第２電極８０が、図３に示すように、第２電極８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面は傾斜面となっている。
【００２５】
ここで、圧電素子３００を所定の基板上に設け、当該圧電素子３００を駆動させる装置をアクチュエーター装置と称する。本実施形態では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。
【００２６】
また、図３に示すように、第１電極６０上であって、圧電素子３００の幅方向における圧電体層７０の両端部に対応する領域には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部６５が設けられている。この補強部６５は、第１電極６０上であって圧電素子３００の幅方向における圧電体層７０の両端部に対応する領域、具体的には、第１電極６０と圧電体層７０との間に設けられている。そして、この補強部６５から連続して圧電素子３００の幅方向外側に腕部６６が延設されている。このように補強部６５と腕部６６は一体であり、補強膜を構成している。
【００２７】
言い換えれば、補強膜は、第１電極６０と圧電体層７０との間に設けられている補強部６５と、補強部６５から連続して圧電素子３００の幅方向外側に延設する腕部６６とからなり、圧電素子３００に対向する領域に開口しており、端部が圧電体層７０に入り込むように設けられている。
【００２８】
上述した補強部６５は、圧電素子３００の幅方向内側に向かって厚さが漸小している。すなわち、補強膜の端部は、圧力発生室１２側に向かって厚さが漸小するテーパー状となっている。
【００２９】
なお、本実施形態では、腕部６６は、圧力発生室１２を並設方向に区画する隔壁１１に対応する領域まで延設されている。
【００３０】
この補強部６５は、少なくとも圧電体層７０の両端部に対応する領域に設ければよく、圧電素子３００（圧電体能動部）の変位を阻害しない範囲であれば、圧電体能動部に対向する領域まで設けられていてもよい。
【００３１】
ここで、図４は、流路形成基板上の補強部６５、腕部６６、及び後述する第２の補強部６７の平面図である。
【００３２】
図３及び図４に示すように、第１電極６０上であって圧電素子３００の幅方向中央部には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる第２の補強部６７が圧力発生室１２の長手方向に亘って設けられている。本実施形態では、第２の補強部６７は、端部が圧力発生室１２の長手方向端部よりも外側となるように設けた。また、第２の補強部６７の両端部は、圧電素子３００の幅方向外側に向かって厚さが漸小している。なお、本実施形態では、第２の補強部６７は、端部が圧力発生室１２の長手方向端部よりも外側となるように設けたが、第２の補強部６７は、長手方向に亘って設けられていればよい。例えば、第２の補強部６７は、端部が圧力発生室１２の長手方向端部より外側であっても内側であってもよく、間欠的に設けられていてもよい。
【００３３】
ここで、補強膜（補強部６５及び腕部６６）及び第２の補強部６７は、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる。補強部６５、腕部６６及び第２の補強部６７の材料は、ビッカース硬度Ｈｖが１０００以上であるのが好ましく、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、窒化チタンアルミ（ＴｉＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二ホウ化チタン（ＴｉＢ２）、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、五ホウ化二タングステン（Ｗ２Ｂ５）、二ホウ化ニオブ（ＮｂＢ２）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）、炭化タングステン（ＷＣ）、五ホウ化二モリブデン（Ｍｏ２Ｂ５）、二ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）、二ホウ化クロム（ＣｒＢ２）、二炭化三クロム（Ｃｒ３Ｃ２）、二ホウ化バナジウム（ＶＢ２）、二ホウ化タンタル（ＴａＢ２）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）、炭化二モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化バナジウム（ＶＮ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）が挙げられる。補強部６５及び腕部６６と、第２の補強部６７の材料は、後述するように同時に成形することができるという点から同一のものからなるのが好ましいが、異なるものであってもよい。また、補強部６５、腕部６６、及び第２の補強部６７の厚さは、特に限定されるものではなく、振動板の変位量を大きく低下させない程度であればよい。本実施形態では、厚さ５０ｎｍのダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を用いた。
【００３４】
このように、圧電体層７０の幅方向両端部に対応する領域に、第１電極６０よりも硬い材料からなる補強部６５を設けることにより、圧電素子３００の幅方向端部における応力集中に対する第１電極６０の剛性が高まり、圧電素子３００の駆動耐久性を向上させることができる。言い換えれば、圧電素子３００の駆動を繰り返しても第１電極６０を含む振動板が破壊される虞がなくなる。
【００３５】
また、補強部６５は、圧電素子３００の幅方向内側に向かって厚さが漸小していることにより、圧電素子３００の幅方向端部における応力を分散させて、第１電極６０への応力集中を抑制することができる。これにより、第１電極６０を含む振動板の破壊が抑制されて、圧電素子３００の駆動耐久性を向上させることができる。また、圧電体層７０との接触面積が小さくても第１電極６０との接触面積を確保することができるため、圧電素子３００の変位特性を低下させることなく、圧電素子３００の駆動耐久性を向上させることができる。
【００３６】
また、腕部６６が圧力発生室１２を並設方向に区画する隔壁に対応する領域まで延設されていることにより、圧電体層７０や第２電極８０をエッチングにより形成する際に、腕部６６がエッチングストップ層として作用する。圧電体層７０を腕部６６が露出するまでエッチングすることにより実質的にエッチングが停止する。これにより、第１電極６０がエッチングされることがなく、第１電極６０の膜厚のばらつきを抑制することができる。したがって、流路形成基板１０の面内での圧電素子３００の共振周波数および変位量のばらつきを抑制することができる。これにより、各圧電素子３００毎の液体の吐出量のばらつきがないものとなる。
【００３７】
圧電素子３００の幅方向中央部には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる第２の補強部６７を設け、第２の補強部６７が圧力発生室の長手方向に亘って設けられていることにより、圧電素子の長手方向の駆動耐久性を向上させることができる。言い換えれば、圧電素子３００の駆動を繰り返しても第１電極６０を含む振動板が破壊される虞がなくなる。
【００３８】
また、第２の補強部６７は、圧電素子３００の幅方向外側に向かって厚さが漸小していることにより、第２の補強部６７端部における応力を分散させて、第１電極６０への応力集中を抑制することができる。これにより、第１電極６０を含む振動板の破壊が抑制されて、駆動耐久性を向上させることができる。また、圧電体層７０との接触面積が小さくても第１電極６０との接触面積を確保することができるため、圧電素子３００の変位特性を低下させることなく、圧電素子の駆動耐久性を向上させることができる。
【００３９】
また、圧電素子３００の少なくとも圧電体層７０の側面が、耐湿性を有する絶縁材料からなる被覆膜２００によって覆われている。本実施形態では、被覆膜２００で圧電体層７０の側面並びに第２電極８０の側面及び上面の周縁部を覆い、被覆膜２００は腕部６６上面まで延設するようにした。すなわち、第２電極８０の上面の略中心領域である主要部は、被覆膜２００が設けられておらず、第２電極８０の上面の主要部を開口する開口部２０１が設けられている。
【００４０】
開口部２０１は、被覆膜２００を厚さ方向に貫通して圧電素子３００の長手方向に沿って矩形状に開口するものであり、例えば、流路形成基板１０上の全面に亘って被覆膜２００を形成した後、選択的にパターニングすることで形成することができる。
【００４１】
このように圧電素子３００を被覆膜２００で覆うことにより、大気中の水分等に起因する圧電素子３００の破壊を抑制することができる。ここで、このような被覆膜２００の材料としては、耐湿性を有する材料であればよいが、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）等の無機絶縁材料を用いるのが好ましく、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いるのが好ましい。被覆膜２００の材料として酸化アルミニウムを用いた場合、被覆膜２００の膜厚を１００ｎｍ程度と比較的薄くしても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができる。本実施形態では、被覆膜２００としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いた。
【００４２】
また、被覆膜２００に開口部２０１を設けることにより、圧電素子３００（圧電体能動部）の変位を阻害することなく、インク吐出特性を良好に保持することができる。
【００４３】
この被覆膜２００上には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が設けられている。リード電極９０は、被覆膜２００に設けられた連通孔２０２を介して一端部が第２電極８０に接続されると共に、他端部が流路形成基板１０のインク供給路１４側まで延設され、延設された先端部は、後述する圧電素子３００を駆動する駆動回路１２０と接続配線１２１を介して接続されている。
【００４４】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバー１００の少なくとも一部を構成するリザーバー部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバー部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板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リザーバー１００を構成している。
【００４５】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００４６】
このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００４７】
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。そして、各圧電素子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。
【００４８】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子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。
【００４９】
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によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のリザーバー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、リザーバー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。
【００５０】
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、リザーバー１００からノズル開口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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００５１】
ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図５〜図７を参照して説明する。なお、図５〜図７は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【００５２】
まず、図５（ａ）に示すように、流路形成基板１０が複数一体的に形成されるシリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる二酸化シリコン膜５１を形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。
【００５３】
次いで、図５（ｃ）に示すように、白金からなる第１電極６０を絶縁体膜５５上に形成する。第１電極６０の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング法、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、物理蒸着法（ＰＶＤ法）などが挙げられる。この第１電極６０の材料は、特に限定されず、白金、イリジウム、これらの材料以外の金属又は金属酸化物を用いることができる。本実施形態のように圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望ましいため、第１電極６０の材料としては白金、イリジウム等が好適に用いられる。
【００５４】
次に、図５（ｄ）に示すように、補強部６５、腕部６６、及び第２の補強部６７を構成するダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜６８を第１電極６０上に形成する。ダイヤモンドライクカーボン膜６８の成膜方法は特に限定されないが、例えば、真空蒸着、スパッタリング法、イオンプレーティング等の化学蒸着法（ＣＶＤ法）、物理蒸着法（ＰＶＤ法）などが挙げられる。なお、ダイヤモンドライクカーボン膜６８の厚さは、本実施形態では５０ｎｍとした。
【００５５】
そして、図６（ａ）に示すように、ダイヤモンドライクカーボン膜６８をパターニングして、補強部６５、腕部６６、及び第２の補強部６７を形成する。具体的には、圧電素子（図示なし）の幅方向中央部を残して、圧電素子に対向する領域を除去する。このとき、補強部６５の圧力発生室（図示なし）側、及び第２の補強部６７の端面が傾斜するようにする。ダイヤモンドライクカーボン膜６８のパターニングは、ダイヤモンドライクカーボン膜６８上にフォトリソグラフィー法により所定形状に形成したレジストを介してイオンミリング等のドライエッチングにより行う。
【００５６】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる第２電極８０とを流路形成基板用ウェハー１１０の全面に形成する。
【００５７】
なお、圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよい。また、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。なお、圧電体層７０の形成方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ法やスパッタリング法などの薄膜形成方法を利用して圧電体層７０を形成するようにしてもよい。実際には、圧電体層７０は、上述したゾル−ゲル法により厚さの薄い圧電体膜を形成する工程を複数回繰り返し行って、複数層の圧電体膜からなる厚さ１３００ｎｍの圧電体層７０を形成する。
【００５８】
次に、図６（ｃ）に示すように、圧電体層７０及び第２電極８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。圧電体層７０及び第２電極８０のパターニングは、フォトリソグラフィー法により第２電極８０上に所定形状に形成したレジストを介してドライエッチングすることにより、一括して行うことができる。なお、圧電体層７０を補強膜が露出されるまでエッチングすることにより実質的にエッチングが停止する。本実施形態では、補強膜が圧力発生室を並設方向に区画する隔壁に対応する領域にも設けられている、すなわち、第１電極６０を覆うように設けられていることにより、第１電極６０がオーバーエッチングされることがなく、第１電極６０の膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００５９】
次に、レジストを除去した後、図６（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って被覆膜２００を形成した後、被覆膜２００を所定形状にパターニングすることにより、開口部２０１を形成する。このとき、図２に示す連通孔２０２を同時に形成する。
【００６０】
次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属膜を形成後、図７（ｂ）に示すように、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電素子３００毎に金属膜をパターニングすることでリード電極９０が形成される。
【００６１】
そして、図示しないが、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハーを接着剤３５によって接合する。なお、保護基板３０には、リザーバー部３１、圧電素子保持部３２等が予め形成されている。また、保護基板３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するシリコン単結晶基板からなり、保護基板３０を接合することで流路形成基板１０の剛性は著しく向上することになる。その後、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚さにする。
【００６２】
次いで、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。
【００６３】
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０の圧力発生室１２が開口する面側のマスク膜を除去し、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハーの外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハーとは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハーにコンプライアンス基板４０を接合し、これら流路形成基板用ウェハー１１０等を、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。
【００６４】
また、これらのインクジェット式記録ヘッド１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８は、そのインクジェット式記録装置の概略構成を示す斜視図である。
【００６５】
図８に示すように、本実施形態の液体噴射装置であるインクジェット式記録装置Ｉは、例えば、ブラック（Ｂ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）等の複数の異なる色のインクが貯留される貯留室を有するインクカートリッジ（液体貯留手段）２が装着されたインクジェット式記録ヘッド１（以下、記録ヘッド）を具備する。記録ヘッド１はキャリッジ３に搭載されており、記録ヘッド１が搭載されたキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、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、図示しない給紙装置等により給紙された紙等の被記録媒体Ｓがプラテン８上を搬送されるようになっている。
【００６６】
（実施形態２）
図９は、実施形態２に係る記録ヘッドの圧電素子及び圧力発生室の要部断面図である。本実施形態は、補強膜の形状以外は、実施形態１と同様であるので、同一作用を示す部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００６７】
図９に示すように、第１電極６０上であって、圧電素子３００の幅方向における圧電体層７０の両端部に対応する領域には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部６５Ａが設けられている。そして、この補強部６５Ａから連続して圧電素子３００の幅方向外側に腕部６６Ａが延設されている。このように補強部６５Ａと腕部６６Ａは一体であり、補強膜を構成している。また、補強部６５Ａは、圧電素子３００の幅方向内側に向かって厚さが漸小している。そして、腕部６６Ａは、補強部６５Ａよりも厚さが薄くなっている。
【００６８】
また、第１電極６０上であって圧電素子３００の幅方向中央部には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる第２の補強部６７が圧力発生室１２の長手方向に亘って設けられている。
【００６９】
このように、補強膜の腕部６６Ａを薄くすることにより、実施形態１よりも振動板の拘束力を減少させることができ、実施形態１と比較して振動板の変位量を向上させることができる。
【００７０】
補強部６５Ａを設けることにより、圧電素子３００の幅方向端部における応力集中に対する第１電極６０の剛性が高くなり駆動耐久性を向上させることができると共に、変位特性に優れたものとすることができる。また、圧電素子３００の幅方向端部における応力を分散させて、第１電極６０への応力集中を抑制することができる。また、第２の補強部６７を設けることにより、圧電素子３００の長手方向の駆動耐久性を向上させることができる。また、補強膜の腕部６６Ａがエッチングストップ層として機能し、第１電極６０がエッチングされることがない。したがって、第１電極６０の膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００７１】
本実施形態の補強膜の製造方法は特に限定されないが、例えば、圧電体層７０及び第２電極８０をパターニングする際に、補強膜の厚さが半分になるまでエッチングを行うことにより、腕部６６Ａを形成することができる。
【００７２】
（実施形態３）
図１０は、実施形態３に係る記録ヘッドの圧電素子及び圧力発生室の要部断面図である。本実施形態は、補強膜の形状以外は、実施形態１と同様であるので、同一作用を示す部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００７３】
図１０に示すように、第１電極６０上であって、圧電素子３００の幅方向における圧電体層７０の両端部に対応する領域には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部６５Ｂが設けられている。本実施形態では、圧電素子３００の幅方向における圧電体層７０の両端部に対応する領域に補強部６５Ｂを設け、腕部を設けていない。補強部６５Ｂは、第１電極６０と圧電体層７０との間に設けられて、圧電素子３００の幅方向内側に向かって厚さが漸小している。また、かかる補強部６５Ｂは、圧電素子３００の幅方向外側に向かって厚さが漸小している。このような構成とすることにより、振動板の拘束力を実施形態２よりもさらに減少させることができ、変位量を向上させることができる。すなわち、変位特性がさらに優れたものとすることができる。
【００７４】
また、第１電極６０上であって圧電素子３００の幅方向中央部には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる第２の補強部６７が圧力発生室１２の長手方向に亘って設けられている。
【００７５】
補強部６５Ｂを設けることにより、圧電素子３００の幅方向端部における応力集中に対する第１電極６０の剛性が高くなり、圧電素子３００の駆動耐久性を向上させることができる。また、圧電素子３００の幅方向端部における応力を分散させて、第１電極６０への応力集中を抑制することができる。また、第２の補強部６７を設けることにより、圧電素子３００の長手方向の駆動耐久性を向上させることができる。
【００７６】
本実施形態の補強部６５Ｂの製造方法は特に限定されないが、例えば、圧電体層７０及び第２電極８０をパターニングする際に、同時に補強部６５Ｂを構成するダイヤモンドライクカーボン膜もパターニングして、第１電極６０が露出するようにすればよい。
【００７７】
（実施形態４）
図１１は、実施形態４に係る記録ヘッドの圧電素子及び圧力発生室の要部断面図である。本実施形態は、補強膜の形状以外は、実施形態１と同様であるので、同一作用を示す部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００７８】
図１１に示すように、第１電極６０上であって、圧電素子３００の幅方向における圧電体層７０の両端部に対応する領域には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部６５Ｃが設けられている。そして、この補強部６５Ｃから連続して圧電素子３００の幅方向外側に腕部６６Ｃが延設されている。このように補強部６５Ｃと腕部６６Ｃは一体であり、補強膜を構成している。すなわち、補強膜は、第１電極６０と圧電体層７０との間に設けられている補強部６５Ｃと、補強部から連続して圧電素子３００の幅方向外側に延設する腕部６６Ｃとからなる。また、補強部６５Ｃは、圧電素子３００の幅方向内側に向かって厚さが漸小している。そして、補強膜は、補強部６５Ｃと腕部６６Ｃの境界部分に凹部が設けられている。この凹部は、その内面が曲面状に設けられている。
【００７９】
また、第１電極６０上であって圧電素子３００の幅方向中央部には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる第２の補強部６７が圧力発生室１２の長手方向に亘って設けられている。
【００８０】
このように、圧電体層７０に対応する領域との境界部分に凹部が設けられており、且つ該凹部の内面が曲面状となっていることにより、圧電素子３００の幅方向端部における振動板への応力をさらに効果的に分散させることができる。これにより、第１電極６０を含む振動板の破壊がさらに抑制されて、圧電素子３００の駆動耐久性をより向上させることができる。
【００８１】
さらに、本実施形態では、凹部の内面を曲面状に形成したため、被覆膜２００の補強膜上への付きまわりを向上して、被覆膜２００によって圧電素子３００を確実に保護して、圧電素子３００が破壊されるのを確実に防止することができる。
【００８２】
補強部６５Ｃを設けることにより、圧電素子３００の幅方向端部における応力集中に対する第１電極６０の剛性が高くなり、駆動耐久性を向上させることができる。また、第２の補強部６７を設けることにより、圧電素子３００の長手方向の駆動耐久性を向上させることができる。また、補強膜の腕部６６Ｃがエッチングストップ層として機能し、第１電極６０がエッチングされることがない。したがって、第１電極６０の膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００８３】
さらに、本実施形態では、凹部の内面を曲面状に設けるようにしたため、また、圧電素子３００の幅方向端部における応力をさらに効果的に分散させて、第１電極６０への応力集中をさらに抑制することができる。これにより、駆動耐久性をさらに向上させることができる。
【００８４】
本実施形態の補強膜の製造方法は特に限定されないが、例えば、圧電体層７０及び第２電極８０をパターニングする際に、同時に補強膜に至るまでドライエッチングすることで、補強膜の補強部６５Ｃと腕部６６Ｃとの境界部分に凹部を形成する。このような凹部は、ドライエッチングする際の電圧、温度等を適宜変更することで積極的に形成することができる。
【００８５】
（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、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、流路形成基板１０としてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス基板、ＭｇＯ基板等においても本発明は有効である。また、振動板の最下層に二酸化シリコンからなる弾性膜５０を設けるようにしたが、振動板の構成は、特にこれに限定されるものではない。
上述した実施形態では、被覆膜２００を設けたが、設けなくてもよい。
また、実施形態１〜４では、第２の補強部６７を設けたがいずれも設けなくてもよい。
【００８６】
また、上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、インクジェット式記録ヘッド１がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッド１が固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
【００８７】
なお、上述の実施形態では、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。その他の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、液晶ディスプレー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ディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）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。
【００８８】
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素子に限られず、他の装置に搭載される圧電素子にも適用することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバー部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ６０ 第１電極、 ６５ 補強部、 ６６ 腕部、 ６７ 第２の補強部、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ リザーバー、 １２０ 駆動回路、 １２１ 接続配線、 ３００ 圧電素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に変位可能に設けられた圧電素子を有する液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、並びにアクチュエーター装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体噴射ヘッド等に用いられる圧電素子は、電気機械変換機能を呈する圧電材料からなる圧電体層を２つの電極で挟んだ構成となっている。なお、液体噴射ヘッドの代表例としては、例えば、インク滴を吐出するノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッド等がある。また、インクジェット式記録ヘッドに搭載される圧電素子としては、例えば、振動板の表面全体に亘って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィー法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１６３３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、駆動時には、振動板の圧電素子の幅方向両端部付近に応力が集中し、振動板が破壊されて、駆動耐久性が低下してしまうということがあった。
【０００５】
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに限定されず、他の装置に搭載されるアクチュエーター装置においても同様に存在する。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑み、駆動耐久性を向上した液体噴射ヘッド及び液体噴射装置、並びにアクチュエーター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】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、前記流路形成基板上に設けられた第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電極とを具備し、各圧力発生室に対応する圧電素子と、を備え、前記第１電極上であって、前記圧電素子の幅方向における前記圧電体層の両端部に対応する領域には、前記第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部が設けられ、前記補強部は、前記圧電素子の幅方向内側に向かって厚さが漸小することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、圧電体層の両端部に対応する領域に第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部を設けることにより、圧電素子の幅方向端部における応力集中に対する第１電極の剛性が高まり、圧電素子の駆動耐久性を向上させることができる。また、補強部は、圧電素子の幅方向内側に向かって厚さが漸小することにより、圧電素子の幅方向端部における応力を分散させて、応力集中を抑制することができる。
【０００８】
前記補強部は、ビッカース硬度Ｈｖが１０００以上の材料からなるのが好ましい。これによれば、効果的に圧電素子の駆動耐久性を向上させることができる。
【０００９】
前記補強部から連続して前記圧電素子の幅方向外側に延設される腕部を具備するのが好ましい。これによれば、腕部がエッチングストップ層として機能し、第１電極の膜厚のばらつきを抑制することができる。これにより、圧電素子の共振周波数および変位量のばらつきを抑制したものとすることができる。
【００１０】
前記腕部は、前記補強部よりも厚さが薄いのが好ましい。これによれば、第１電極の高い変位量を確保しつつ、圧電素子の駆動耐久性を向上させることができる。
【００１１】
前記補強部と前記腕部の境界部分には凹部が設けられており、且つ該凹部の内面が曲面状となっているのが好ましい。これによれば、圧電素子の幅方向端部における第１電極にかかる応力をより効果的に分散させることができる。
【００１２】
前記第１電極上であって前記圧電素子の幅方向中央部には、前記第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる第２の補強部が前記圧力発生室の長手方向に亘って設けられているのが好ましい。これによれば、圧電素子の長手方向の駆動耐久性を向上させることができる。
【００１３】
前記第２の補強部は、前記圧電素子の幅方向外側に向かって厚さが漸小するのが好ましい。これによれば、第２の補強部に対する応力を分散させて、応力集中を抑制することができる。
【００１４】
少なくとも前記圧電体層の側面を覆う絶縁体からなる被覆膜が設けられているのが好ましい。これによれば、大気中の水分に起因する圧電素子の破壊を抑制することができる。
【００１５】
さらに本発明の他の態様は、上記態様の液体噴射ヘッドを具備することを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、信頼性を向上した液体噴射装置を実現できる。
【００１６】
さらに本発明の他の態様は、基板上に設けられた第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電極とを具備する圧電素子を備え、前記第１電極上であって、前記圧電素子の幅方向における前記圧電体層の両端部に対応する領域には、前記第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部が設けられ、前記補強部は、前記圧電素子の幅方向内側に向かって厚さが漸小することを特徴とするアクチュエーター装置にある。
かかる態様では、圧電体層の両端部に対応する領域に第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部を設けることにより、圧電素子の幅方向端部における応力集中に対する第１電極の剛性が高まり、圧電素子の駆動耐久性を向上させることができる。また、補強部は、圧電素子の幅方向内側に向かって厚さが漸小することにより、圧電素子の幅方向端部における応力を分散させて、応力集中を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１に係る記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図。
【図２】実施形態１に係る記録ヘッドの平面図及び断面図。
【図３】実施形態１に係る記録ヘッドの要部断面図。
【図４】実施形態１に係る記録ヘッドの要部平面図。
【図５】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図６】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図７】実施形態１に係る記録ヘッドの製造方法を示す断面図。
【図８】実施形態１に係る記録装置の概略構成を示す斜視図。
【図９】実施形態２に係る記録ヘッドの圧電素子及び圧力発生室の要部断面図。
【図１０】実施形態３に係る記録ヘッドの圧電素子及び圧力発生室の要部断面図。
【図１１】実施形態４に係る記録ヘッドの圧電素子及び圧力発生室の要部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの概略構成を示す分解斜視図であり、図２は、流路形成基板の平面図及びそのＡ−Ａ′断面図であり、図３は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ’断面図である。
【００１９】
図示するように、流路形成基板１０は、本実施形態ではシリコン単結晶基板からなり、その一方の面には酸化膜からなる弾性膜５０が形成されている。
【００２０】
流路形成基板１０には、複数の圧力発生室１２がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１０の圧力発生室１２の長手方向外側の領域には連通部１３が形成され、連通部１３と各圧力発生室１２とが、各圧力発生室１２毎に設けられたインク供給路１４及び連通路１５を介して連通されている。連通部１３は、後述する保護基板のリザーバー部３１と連通して各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバーの一部を構成する。インク供給路１４は、圧力発生室１２よりも狭い幅で形成されており、連通部１３から圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。なお、本実施形態では、流路の幅を片側から絞ることでインク供給路１４を形成したが、流路の幅を両側から絞ることでインク供給路を形成してもよい。また、流路の幅を絞るのではなく、厚さ方向から絞ることでインク供給路を形成してもよい。
【００２１】
また、流路形成基板１０の開口面側には、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開口２１が穿設されたノズルプレート２０が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。なお、ノズルプレート２０は、例えばガラスセラミックス、シリコン単結晶基板又はステンレス鋼などからなる。
【００２２】
一方、このような流路形成基板１０の開口面とは反対側には、上述したように、弾性膜５０が形成され、この弾性膜５０上には、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とが、後述するプロセスで積層形成されて、圧電素子３００を構成している。ここで、圧電素子３００は、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電素子３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、第１電極６０を圧電素子３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電素子３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。
【００２３】
圧電体層７０は、第１電極６０上に形成される電気機械変換作用を示す圧電材料、特に圧電材料の中でもペロブスカイト構造の強誘電体材料からなる。圧電体層７０は、ペロブスカイト構造の結晶膜を用いるのが好ましく、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体材料や、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である。
【００２４】
図２及び３に示すように、本実施形態では、第１電極６０の圧力発生室１２の長手方向の端部（圧電素子３００の長手方向の端部）を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電素子３００の実質的な駆動部となる圧電体能動部の長手方向の端部（長さ）を規定している。また、第２電極８０の圧力発生室１２の短手方向の端部（圧電素子３００の短手方向の端部）を圧力発生室１２に相対向する領域内に設けることで、圧電体能動部の短手方向の端部（幅）を規定している。すなわち、圧電体能動部は、パターニングされた第１電極６０及び第２電極８０によって、圧力発生室１２に相対向する領域にのみ設けられていることになる。さらに、本実施形態では、圧電体層７０及び第２電極８０が、図３に示すように、第２電極８０側の幅が狭くなるようにパターニングされ、その側面は傾斜面となっている。
【００２５】
ここで、圧電素子３００を所定の基板上に設け、当該圧電素子３００を駆動させる装置をアクチュエーター装置と称する。本実施形態では、弾性膜５０、絶縁体膜５５及び第１電極６０が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、弾性膜５０及び絶縁体膜５５を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。
【００２６】
また、図３に示すように、第１電極６０上であって、圧電素子３００の幅方向における圧電体層７０の両端部に対応する領域には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部６５が設けられている。この補強部６５は、第１電極６０上であって圧電素子３００の幅方向における圧電体層７０の両端部に対応する領域、具体的には、第１電極６０と圧電体層７０との間に設けられている。そして、この補強部６５から連続して圧電素子３００の幅方向外側に腕部６６が延設されている。このように補強部６５と腕部６６は一体であり、補強膜を構成している。
【００２７】
言い換えれば、補強膜は、第１電極６０と圧電体層７０との間に設けられている補強部６５と、補強部６５から連続して圧電素子３００の幅方向外側に延設する腕部６６とからなり、圧電素子３００に対向する領域に開口しており、端部が圧電体層７０に入り込むように設けられている。
【００２８】
上述した補強部６５は、圧電素子３００の幅方向内側に向かって厚さが漸小している。すなわち、補強膜の端部は、圧力発生室１２側に向かって厚さが漸小するテーパー状となっている。
【００２９】
なお、本実施形態では、腕部６６は、圧力発生室１２を並設方向に区画する隔壁１１に対応する領域まで延設されている。
【００３０】
この補強部６５は、少なくとも圧電体層７０の両端部に対応する領域に設ければよく、圧電素子３００（圧電体能動部）の変位を阻害しない範囲であれば、圧電体能動部に対向する領域まで設けられていてもよい。
【００３１】
ここで、図４は、流路形成基板上の補強部６５、腕部６６、及び後述する第２の補強部６７の平面図である。
【００３２】
図３及び図４に示すように、第１電極６０上であって圧電素子３００の幅方向中央部には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる第２の補強部６７が圧力発生室１２の長手方向に亘って設けられている。本実施形態では、第２の補強部６７は、端部が圧力発生室１２の長手方向端部よりも外側となるように設けた。また、第２の補強部６７の両端部は、圧電素子３００の幅方向外側に向かって厚さが漸小している。なお、本実施形態では、第２の補強部６７は、端部が圧力発生室１２の長手方向端部よりも外側となるように設けたが、第２の補強部６７は、長手方向に亘って設けられていればよい。例えば、第２の補強部６７は、端部が圧力発生室１２の長手方向端部より外側であっても内側であってもよく、間欠的に設けられていてもよい。
【００３３】
ここで、補強膜（補強部６５及び腕部６６）及び第２の補強部６７は、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる。補強部６５、腕部６６及び第２の補強部６７の材料は、ビッカース硬度Ｈｖが１０００以上であるのが好ましく、例えば、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）、窒化チタンアルミ（ＴｉＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、二ホウ化チタン（ＴｉＢ２）、炭化バナジウム（ＶＣ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、五ホウ化二タングステン（Ｗ２Ｂ５）、二ホウ化ニオブ（ＮｂＢ２）、炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）、六ホウ化ランタン（ＬａＢ６）、炭化タングステン（ＷＣ）、五ホウ化二モリブデン（Ｍｏ２Ｂ５）、二ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）、二ホウ化クロム（ＣｒＢ２）、二炭化三クロム（Ｃｒ３Ｃ２）、二ホウ化バナジウム（ＶＢ２）、二ホウ化タンタル（ＴａＢ２）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）、炭化二モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化バナジウム（ＶＮ）、炭化タンタル（ＴａＣ）、窒化ニオブ（ＮｂＮ）、窒化クロム（ＣｒＮ）が挙げられる。補強部６５及び腕部６６と、第２の補強部６７の材料は、後述するように同時に成形することができるという点から同一のものからなるのが好ましいが、異なるものであってもよい。また、補強部６５、腕部６６、及び第２の補強部６７の厚さは、特に限定されるものではなく、振動板の変位量を大きく低下させない程度であればよい。本実施形態では、厚さ５０ｎｍのダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を用いた。
【００３４】
このように、圧電体層７０の幅方向両端部に対応する領域に、第１電極６０よりも硬い材料からなる補強部６５を設けることにより、圧電素子３００の幅方向端部における応力集中に対する第１電極６０の剛性が高まり、圧電素子３００の駆動耐久性を向上させることができる。言い換えれば、圧電素子３００の駆動を繰り返しても第１電極６０を含む振動板が破壊される虞がなくなる。
【００３５】
また、補強部６５は、圧電素子３００の幅方向内側に向かって厚さが漸小していることにより、圧電素子３００の幅方向端部における応力を分散させて、第１電極６０への応力集中を抑制することができる。これにより、第１電極６０を含む振動板の破壊が抑制されて、圧電素子３００の駆動耐久性を向上させることができる。また、圧電体層７０との接触面積が小さくても第１電極６０との接触面積を確保することができるため、圧電素子３００の変位特性を低下させることなく、圧電素子３００の駆動耐久性を向上させることができる。
【００３６】
また、腕部６６が圧力発生室１２を並設方向に区画する隔壁に対応する領域まで延設されていることにより、圧電体層７０や第２電極８０をエッチングにより形成する際に、腕部６６がエッチングストップ層として作用する。圧電体層７０を腕部６６が露出するまでエッチングすることにより実質的にエッチングが停止する。これにより、第１電極６０がエッチングされることがなく、第１電極６０の膜厚のばらつきを抑制することができる。したがって、流路形成基板１０の面内での圧電素子３００の共振周波数および変位量のばらつきを抑制することができる。これにより、各圧電素子３００毎の液体の吐出量のばらつきがないものとなる。
【００３７】
圧電素子３００の幅方向中央部には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる第２の補強部６７を設け、第２の補強部６７が圧力発生室の長手方向に亘って設けられていることにより、圧電素子の長手方向の駆動耐久性を向上させることができる。言い換えれば、圧電素子３００の駆動を繰り返しても第１電極６０を含む振動板が破壊される虞がなくなる。
【００３８】
また、第２の補強部６７は、圧電素子３００の幅方向外側に向かって厚さが漸小していることにより、第２の補強部６７端部における応力を分散させて、第１電極６０への応力集中を抑制することができる。これにより、第１電極６０を含む振動板の破壊が抑制されて、駆動耐久性を向上させることができる。また、圧電体層７０との接触面積が小さくても第１電極６０との接触面積を確保することができるため、圧電素子３００の変位特性を低下させることなく、圧電素子の駆動耐久性を向上させることができる。
【００３９】
また、圧電素子３００の少なくとも圧電体層７０の側面が、耐湿性を有する絶縁材料からなる被覆膜２００によって覆われている。本実施形態では、被覆膜２００で圧電体層７０の側面並びに第２電極８０の側面及び上面の周縁部を覆い、被覆膜２００は腕部６６上面まで延設するようにした。すなわち、第２電極８０の上面の略中心領域である主要部は、被覆膜２００が設けられておらず、第２電極８０の上面の主要部を開口する開口部２０１が設けられている。
【００４０】
開口部２０１は、被覆膜２００を厚さ方向に貫通して圧電素子３００の長手方向に沿って矩形状に開口するものであり、例えば、流路形成基板１０上の全面に亘って被覆膜２００を形成した後、選択的にパターニングすることで形成することができる。
【００４１】
このように圧電素子３００を被覆膜２００で覆うことにより、大気中の水分等に起因する圧電素子３００の破壊を抑制することができる。ここで、このような被覆膜２００の材料としては、耐湿性を有する材料であればよいが、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、酸化タンタル（ＴａＯｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）等の無機絶縁材料を用いるのが好ましく、特に、無機アモルファス材料である酸化アルミニウム（ＡｌＯｘ）、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いるのが好ましい。被覆膜２００の材料として酸化アルミニウムを用いた場合、被覆膜２００の膜厚を１００ｎｍ程度と比較的薄くしても、高湿度環境下での水分透過を十分に防ぐことができる。本実施形態では、被覆膜２００としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いた。
【００４２】
また、被覆膜２００に開口部２０１を設けることにより、圧電素子３００（圧電体能動部）の変位を阻害することなく、インク吐出特性を良好に保持することができる。
【００４３】
この被覆膜２００上には、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極９０が設けられている。リード電極９０は、被覆膜２００に設けられた連通孔２０２を介して一端部が第２電極８０に接続されると共に、他端部が流路形成基板１０のインク供給路１４側まで延設され、延設された先端部は、後述する圧電素子３００を駆動する駆動回路１２０と接続配線１２１を介して接続されている。
【００４４】
このような圧電素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバー１００の少なくとも一部を構成するリザーバー部３１を有する保護基板３０が接着剤３５を介して接合されている。このリザーバー部３１は、本実施形態では、保護基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板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リザーバー１００を構成している。
【００４５】
また、保護基板３０の圧電素子３００に対向する領域には、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有する圧電素子保持部３２が設けられている。圧電素子保持部３２は、圧電素子３００の運動を阻害しない程度の空間を有していればよく、当該空間は密封されていても、密封されていなくてもよい。
【００４６】
このような保護基板３０としては、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料、例えば、ガラス、セラミック材料等を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００４７】
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。そして、各圧電素子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。
【００４８】
また、保護基板３０上には、並設された圧電素子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。
【００４９】
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によってリザーバー部３１の一方面が封止されている。また、固定板４２は、比較的硬質の材料で形成されている。この固定板４２のリザーバー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、リザーバー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。
【００５０】
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、リザーバー１００からノズル開口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第１電極６０と第２電極８０との間に電圧を印加し、弾性膜５０、絶縁体膜５５、第１電極６０及び圧電体層７０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力が高まりノズル開口２１からインク滴が吐出する。
【００５１】
ここで、インクジェット式記録ヘッドの製造方法について、図５〜図７を参照して説明する。なお、図５〜図７は、インクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す断面図である。
【００５２】
まず、図５（ａ）に示すように、流路形成基板１０が複数一体的に形成されるシリコンウェハーである流路形成基板用ウェハー１１０の表面に弾性膜５０を構成する二酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる二酸化シリコン膜５１を形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、弾性膜５０（二酸化シリコン膜５１）上に、例えば、酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５５を形成する。
【００５３】
次いで、図５（ｃ）に示すように、白金からなる第１電極６０を絶縁体膜５５上に形成する。第１電極６０の形成方法は特に限定されないが、例えば、スパッタリング法、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、物理蒸着法（ＰＶＤ法）などが挙げられる。この第１電極６０の材料は、特に限定されず、白金、イリジウム、これらの材料以外の金属又は金属酸化物を用いることができる。本実施形態のように圧電体層７０としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いる場合には、酸化鉛の拡散による導電性の変化が少ない材料であることが望ましいため、第１電極６０の材料としては白金、イリジウム等が好適に用いられる。
【００５４】
次に、図５（ｄ）に示すように、補強部６５、腕部６６、及び第２の補強部６７を構成するダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜６８を第１電極６０上に形成する。ダイヤモンドライクカーボン膜６８の成膜方法は特に限定されないが、例えば、真空蒸着、スパッタリング法、イオンプレーティング等の化学蒸着法（ＣＶＤ法）、物理蒸着法（ＰＶＤ法）などが挙げられる。なお、ダイヤモンドライクカーボン膜６８の厚さは、本実施形態では５０ｎｍとした。
【００５５】
そして、図６（ａ）に示すように、ダイヤモンドライクカーボン膜６８をパターニングして、補強部６５、腕部６６、及び第２の補強部６７を形成する。具体的には、圧電素子（図示なし）の幅方向中央部を残して、圧電素子に対向する領域を除去する。このとき、補強部６５の圧力発生室（図示なし）側、及び第２の補強部６７の端面が傾斜するようにする。ダイヤモンドライクカーボン膜６８のパターニングは、ダイヤモンドライクカーボン膜６８上にフォトリソグラフィー法により所定形状に形成したレジストを介してイオンミリング等のドライエッチングにより行う。
【００５６】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電体層７０と、例えば、イリジウムからなる第２電極８０とを流路形成基板用ウェハー１１０の全面に形成する。
【００５７】
なお、圧電素子３００を構成する圧電体層７０の材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料や、これにニオブ、ニッケル、マグネシウム、ビスマス又はイットリウム等の金属を添加したリラクサ強誘電体等が用いられる。その組成は、圧電素子３００の特性、用途等を考慮して適宜選択すればよい。また、圧電体層７０の形成方法は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、金属有機物を溶媒に溶解・分散したいわゆるゾルを塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電体層７０を得る、いわゆるゾル−ゲル法を用いて圧電体層７０を形成した。なお、圧電体層７０の形成方法は、ゾル−ゲル法に限定されず、例えば、ＭＯＤ法やスパッタリング法などの薄膜形成方法を利用して圧電体層７０を形成するようにしてもよい。実際には、圧電体層７０は、上述したゾル−ゲル法により厚さの薄い圧電体膜を形成する工程を複数回繰り返し行って、複数層の圧電体膜からなる厚さ１３００ｎｍの圧電体層７０を形成する。
【００５８】
次に、図６（ｃ）に示すように、圧電体層７０及び第２電極８０を、各圧力発生室１２に対向する領域にパターニングして圧電素子３００を形成する。圧電体層７０及び第２電極８０のパターニングは、フォトリソグラフィー法により第２電極８０上に所定形状に形成したレジストを介してドライエッチングすることにより、一括して行うことができる。なお、圧電体層７０を補強膜が露出されるまでエッチングすることにより実質的にエッチングが停止する。本実施形態では、補強膜が圧力発生室を並設方向に区画する隔壁に対応する領域にも設けられている、すなわち、第１電極６０を覆うように設けられていることにより、第１電極６０がオーバーエッチングされることがなく、第１電極６０の膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００５９】
次に、レジストを除去した後、図６（ｄ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って被覆膜２００を形成した後、被覆膜２００を所定形状にパターニングすることにより、開口部２０１を形成する。このとき、図２に示す連通孔２０２を同時に形成する。
【００６０】
次に、リード電極９０を形成する。具体的には、図７（ａ）に示すように、流路形成基板用ウェハー１１０の全面に亘って、例えば、金（Ａｕ）等からなる金属膜を形成後、図７（ｂ）に示すように、例えば、レジスト等からなるマスクパターン（図示なし）を介して各圧電素子３００毎に金属膜をパターニングすることでリード電極９０が形成される。
【００６１】
そして、図示しないが、流路形成基板用ウェハー１１０の圧電素子３００側に、シリコンウェハーであり複数の保護基板３０となる保護基板用ウェハーを接着剤３５によって接合する。なお、保護基板３０には、リザーバー部３１、圧電素子保持部３２等が予め形成されている。また、保護基板３０は、例えば、４００μｍ程度の厚さを有するシリコン単結晶基板からなり、保護基板３０を接合することで流路形成基板１０の剛性は著しく向上することになる。その後、流路形成基板用ウェハー１１０を所定の厚さにする。
【００６２】
次いで、流路形成基板用ウェハー１１０にマスク膜を新たに形成し、所定形状にパターニングする。そして、流路形成基板用ウェハー１１０をマスク膜を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、圧電素子３００に対応する圧力発生室１２、連通部１３、インク供給路１４及び連通路１５等を形成する。
【００６３】
その後は、流路形成基板用ウェハー１１０の圧力発生室１２が開口する面側のマスク膜を除去し、流路形成基板用ウェハー１１０及び保護基板用ウェハーの外周縁部の不要部分を、例えば、ダイシング等により切断することによって除去する。そして、流路形成基板用ウェハー１１０の保護基板用ウェハーとは反対側の面にノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０を接合すると共に、保護基板用ウェハーにコンプライアンス基板４０を接合し、これら流路形成基板用ウェハー１１０等を、図１に示すような一つのチップサイズの流路形成基板１０等に分割することによって上述した構造のインクジェット式記録ヘッドが製造される。
【００６４】
また、これらのインクジェット式記録ヘッド１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８は、そのインクジェット式記録装置の概略構成を示す斜視図である。
【００６５】
図８に示すように、本実施形態の液体噴射装置であるインクジェット式記録装置Ｉは、例えば、ブラック（Ｂ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）等の複数の異なる色のインクが貯留される貯留室を有するインクカートリッジ（液体貯留手段）２が装着されたインクジェット式記録ヘッド１（以下、記録ヘッド）を具備する。記録ヘッド１はキャリッジ３に搭載されており、記録ヘッド１が搭載されたキャリッジ３は、装置本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。そして、駆動モーター６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、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、図示しない給紙装置等により給紙された紙等の被記録媒体Ｓがプラテン８上を搬送されるようになっている。
【００６６】
（実施形態２）
図９は、実施形態２に係る記録ヘッドの圧電素子及び圧力発生室の要部断面図である。本実施形態は、補強膜の形状以外は、実施形態１と同様であるので、同一作用を示す部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００６７】
図９に示すように、第１電極６０上であって、圧電素子３００の幅方向における圧電体層７０の両端部に対応する領域には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部６５Ａが設けられている。そして、この補強部６５Ａから連続して圧電素子３００の幅方向外側に腕部６６Ａが延設されている。このように補強部６５Ａと腕部６６Ａは一体であり、補強膜を構成している。また、補強部６５Ａは、圧電素子３００の幅方向内側に向かって厚さが漸小している。そして、腕部６６Ａは、補強部６５Ａよりも厚さが薄くなっている。
【００６８】
また、第１電極６０上であって圧電素子３００の幅方向中央部には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる第２の補強部６７が圧力発生室１２の長手方向に亘って設けられている。
【００６９】
このように、補強膜の腕部６６Ａを薄くすることにより、実施形態１よりも振動板の拘束力を減少させることができ、実施形態１と比較して振動板の変位量を向上させることができる。
【００７０】
補強部６５Ａを設けることにより、圧電素子３００の幅方向端部における応力集中に対する第１電極６０の剛性が高くなり駆動耐久性を向上させることができると共に、変位特性に優れたものとすることができる。また、圧電素子３００の幅方向端部における応力を分散させて、第１電極６０への応力集中を抑制することができる。また、第２の補強部６７を設けることにより、圧電素子３００の長手方向の駆動耐久性を向上させることができる。また、補強膜の腕部６６Ａがエッチングストップ層として機能し、第１電極６０がエッチングされることがない。したがって、第１電極６０の膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００７１】
本実施形態の補強膜の製造方法は特に限定されないが、例えば、圧電体層７０及び第２電極８０をパターニングする際に、補強膜の厚さが半分になるまでエッチングを行うことにより、腕部６６Ａを形成することができる。
【００７２】
（実施形態３）
図１０は、実施形態３に係る記録ヘッドの圧電素子及び圧力発生室の要部断面図である。本実施形態は、補強膜の形状以外は、実施形態１と同様であるので、同一作用を示す部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００７３】
図１０に示すように、第１電極６０上であって、圧電素子３００の幅方向における圧電体層７０の両端部に対応する領域には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部６５Ｂが設けられている。本実施形態では、圧電素子３００の幅方向における圧電体層７０の両端部に対応する領域に補強部６５Ｂを設け、腕部を設けていない。補強部６５Ｂは、第１電極６０と圧電体層７０との間に設けられて、圧電素子３００の幅方向内側に向かって厚さが漸小している。また、かかる補強部６５Ｂは、圧電素子３００の幅方向外側に向かって厚さが漸小している。このような構成とすることにより、振動板の拘束力を実施形態２よりもさらに減少させることができ、変位量を向上させることができる。すなわち、変位特性がさらに優れたものとすることができる。
【００７４】
また、第１電極６０上であって圧電素子３００の幅方向中央部には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる第２の補強部６７が圧力発生室１２の長手方向に亘って設けられている。
【００７５】
補強部６５Ｂを設けることにより、圧電素子３００の幅方向端部における応力集中に対する第１電極６０の剛性が高くなり、圧電素子３００の駆動耐久性を向上させることができる。また、圧電素子３００の幅方向端部における応力を分散させて、第１電極６０への応力集中を抑制することができる。また、第２の補強部６７を設けることにより、圧電素子３００の長手方向の駆動耐久性を向上させることができる。
【００７６】
本実施形態の補強部６５Ｂの製造方法は特に限定されないが、例えば、圧電体層７０及び第２電極８０をパターニングする際に、同時に補強部６５Ｂを構成するダイヤモンドライクカーボン膜もパターニングして、第１電極６０が露出するようにすればよい。
【００７７】
（実施形態４）
図１１は、実施形態４に係る記録ヘッドの圧電素子及び圧力発生室の要部断面図である。本実施形態は、補強膜の形状以外は、実施形態１と同様であるので、同一作用を示す部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００７８】
図１１に示すように、第１電極６０上であって、圧電素子３００の幅方向における圧電体層７０の両端部に対応する領域には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部６５Ｃが設けられている。そして、この補強部６５Ｃから連続して圧電素子３００の幅方向外側に腕部６６Ｃが延設されている。このように補強部６５Ｃと腕部６６Ｃは一体であり、補強膜を構成している。すなわち、補強膜は、第１電極６０と圧電体層７０との間に設けられている補強部６５Ｃと、補強部から連続して圧電素子３００の幅方向外側に延設する腕部６６Ｃとからなる。また、補強部６５Ｃは、圧電素子３００の幅方向内側に向かって厚さが漸小している。そして、補強膜は、補強部６５Ｃと腕部６６Ｃの境界部分に凹部が設けられている。この凹部は、その内面が曲面状に設けられている。
【００７９】
また、第１電極６０上であって圧電素子３００の幅方向中央部には、第１電極６０を形成する膜よりも硬い材料からなる第２の補強部６７が圧力発生室１２の長手方向に亘って設けられている。
【００８０】
このように、圧電体層７０に対応する領域との境界部分に凹部が設けられており、且つ該凹部の内面が曲面状となっていることにより、圧電素子３００の幅方向端部における振動板への応力をさらに効果的に分散させることができる。これにより、第１電極６０を含む振動板の破壊がさらに抑制されて、圧電素子３００の駆動耐久性をより向上させることができる。
【００８１】
さらに、本実施形態では、凹部の内面を曲面状に形成したため、被覆膜２００の補強膜上への付きまわりを向上して、被覆膜２００によって圧電素子３００を確実に保護して、圧電素子３００が破壊されるのを確実に防止することができる。
【００８２】
補強部６５Ｃを設けることにより、圧電素子３００の幅方向端部における応力集中に対する第１電極６０の剛性が高くなり、駆動耐久性を向上させることができる。また、第２の補強部６７を設けることにより、圧電素子３００の長手方向の駆動耐久性を向上させることができる。また、補強膜の腕部６６Ｃがエッチングストップ層として機能し、第１電極６０がエッチングされることがない。したがって、第１電極６０の膜厚のばらつきを抑制することができる。
【００８３】
さらに、本実施形態では、凹部の内面を曲面状に設けるようにしたため、また、圧電素子３００の幅方向端部における応力をさらに効果的に分散させて、第１電極６０への応力集中をさらに抑制することができる。これにより、駆動耐久性をさらに向上させることができる。
【００８４】
本実施形態の補強膜の製造方法は特に限定されないが、例えば、圧電体層７０及び第２電極８０をパターニングする際に、同時に補強膜に至るまでドライエッチングすることで、補強膜の補強部６５Ｃと腕部６６Ｃとの境界部分に凹部を形成する。このような凹部は、ドライエッチングする際の電圧、温度等を適宜変更することで積極的に形成することができる。
【００８５】
（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、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、流路形成基板１０としてシリコン単結晶基板を例示したが、特にこれに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス基板、ＭｇＯ基板等においても本発明は有効である。また、振動板の最下層に二酸化シリコンからなる弾性膜５０を設けるようにしたが、振動板の構成は、特にこれに限定されるものではない。
上述した実施形態では、被覆膜２００を設けたが、設けなくてもよい。
また、実施形態１〜４では、第２の補強部６７を設けたがいずれも設けなくてもよい。
【００８６】
また、上述したインクジェット式記録装置Ｉでは、インクジェット式記録ヘッド１がキャリッジ３に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッド１が固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
【００８７】
なお、上述の実施形態では、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。その他の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、液晶ディスプレー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ディスプレー、ＦＥＤ（電界放出ディスプレー）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。
【００８８】
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素子に限られず、他の装置に搭載される圧電素子にも適用することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１ インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、 １０ 流路形成基板、 １２ 圧力発生室、 １３ 連通部、 １４ インク供給路、 １５ 連通路、 ２０ ノズルプレート、 ２１ ノズル開口、 ３０ 保護基板、 ３１ リザーバー部、 ３２ 圧電素子保持部、 ４０ コンプライアンス基板、 ６０ 第１電極、 ６５ 補強部、 ６６ 腕部、 ６７ 第２の補強部、 ７０ 圧電体層、 ８０ 第２電極、 ９０ リード電極、 １００ リザーバー、 １２０ 駆動回路、 １２１ 接続配線、 ３００ 圧電素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、
前記流路形成基板上に設けられた第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電極とを具備し、各圧力発生室に対応する圧電素子と、を備え、
前記第１電極上であって、前記圧電素子の幅方向における前記圧電体層の両端部に対応する領域には、前記第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部が設けられ、
前記補強部は、前記圧電素子の幅方向内側に向かって厚さが漸小することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記補強部は、ビッカース硬度Ｈｖが１０００以上の材料からなることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記補強部から連続して前記圧電素子の幅方向外側に延設される腕部を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記腕部は、前記補強部よりも厚さが薄いことを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記補強部と前記腕部の境界部分には凹部が設けられており、且つ該凹部の内面が曲面状となっていることを特徴とする請求項３又は４に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記第１電極上であって前記圧電素子の幅方向中央部には、前記第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる第２の補強部が前記圧力発生室の長手方向に亘って設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記第２の補強部は、前記圧電素子の幅方向外側に向かって厚さが漸小することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項８】
少なくとも前記圧電体層の側面を覆う絶縁体からなる被覆膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項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１０】
基板上に設けられた第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電極とを具備する圧電素子を備え、
前記第１電極上であって、前記圧電素子の幅方向における前記圧電体層の両端部に対応する領域には、前記第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部が設けられ、
前記補強部は、前記圧電素子の幅方向内側に向かって厚さが漸小することを特徴とするアクチュエーター装置。
【請求項１】
液体を噴射するノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、
前記流路形成基板上に設けられた第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電極とを具備し、各圧力発生室に対応する圧電素子と、を備え、
前記第１電極上であって、前記圧電素子の幅方向における前記圧電体層の両端部に対応する領域には、前記第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部が設けられ、
前記補強部は、前記圧電素子の幅方向内側に向かって厚さが漸小することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項２】
前記補強部は、ビッカース硬度Ｈｖが１０００以上の材料からなることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項３】
前記補強部から連続して前記圧電素子の幅方向外側に延設される腕部を具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項４】
前記腕部は、前記補強部よりも厚さが薄いことを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項５】
前記補強部と前記腕部の境界部分には凹部が設けられており、且つ該凹部の内面が曲面状となっていることを特徴とする請求項３又は４に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記第１電極上であって前記圧電素子の幅方向中央部には、前記第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる第２の補強部が前記圧力発生室の長手方向に亘って設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
前記第２の補強部は、前記圧電素子の幅方向外側に向かって厚さが漸小することを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項８】
少なくとも前記圧電体層の側面を覆う絶縁体からなる被覆膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項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１０】
基板上に設けられた第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電極とを具備する圧電素子を備え、
前記第１電極上であって、前記圧電素子の幅方向における前記圧電体層の両端部に対応する領域には、前記第１電極を形成する膜よりも硬い材料からなる補強部が設けられ、
前記補強部は、前記圧電素子の幅方向内側に向かって厚さが漸小することを特徴とするアクチュエーター装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２４７５１１（Ｐ２０１０−２４７５１１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８３９０４（Ｐ２００９−１８３９０４）
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【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２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【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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