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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6359908
(24)【登録日】2018年6月29日
(45)【発行日】2018年7月18日
(54)【発明の名称】インクジェットヘッド
(51)【国際特許分類】
B41J 2/14 20060101AFI20180709BHJP
【ＦＩ】
B41J2/14 305
【請求項の数】7
【全頁数】31
(21)【出願番号】特願2014-153164(P2014-153164)
(22)【出願日】2014年7月28日
(65)【公開番号】特開2016-30373(P2016-30373A)
(43)【公開日】2016年3月7日
【審査請求日】2017年7月3日
(73)【特許権者】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087701
【弁理士】
【氏名又は名称】稲岡 耕作
(74)【代理人】
【識別番号】100101328
【弁理士】
【氏名又は名称】川崎 実夫
(74)【代理人】
【識別番号】100149766
【弁理士】
【氏名又は名称】京村 順二
(72)【発明者】
【氏名】長畑 隆也
【審査官】
上田 正樹
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０００−２４６８８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１３−１４３４５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１４−１０４６６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１２／０３１４００６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ４１Ｊ ２／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
インクが貯留されるキャビティを区画する基板と、
前記基板に支持され、前記キャビティを区画する振動膜と、
前記振動膜上に配置され、前記振動膜を変位させることにより前記キャビティの容積を変化させる圧電素子と、
前記振動膜の中央部の慣性質量を局所的に増加させるように配置された錘とを含み、
前記圧電素子が、下部電極と、前記下部電極に積層された圧電体膜と、前記圧電体膜に積層され当該圧電体膜を挟んで前記下部電極に対向する上部電極とを含み、
前記錘が、前記上部電極の上に配置されている、インクジェットヘッド。
前記基板に支持され、前記キャビティを区画する振動膜と、
前記振動膜上に配置され、前記振動膜を変位させることにより前記キャビティの容積を変化させる圧電素子と、
前記振動膜の中央部の慣性質量を局所的に増加させるように配置された錘とを含み、
前記圧電素子が、下部電極と、前記下部電極に積層された圧電体膜と、前記圧電体膜に積層され当該圧電体膜を挟んで前記下部電極に対向する上部電極とを含み、
前記錘が、前記上部電極の上に配置されている、インクジェットヘッド。
【請求項2】
インクが貯留されるキャビティを区画する基板と、
前記基板に支持され、前記キャビティを区画する振動膜と、
前記振動膜上に配置され、前記振動膜を変位させることにより前記キャビティの容積を変化させる圧電素子と、
前記振動膜の中央部の慣性質量を局所的に増加させるように配置された錘とを含み、
前記圧電素子が、下部電極と、前記下部電極に積層された圧電体膜と、前記圧電体膜に積層され当該圧電体膜を挟んで前記下部電極に対向する上部電極とを含み、
前記錘が、前記上部電極と同じレイヤに配置されている、インクジェットヘッド。
前記基板に支持され、前記キャビティを区画する振動膜と、
前記振動膜上に配置され、前記振動膜を変位させることにより前記キャビティの容積を変化させる圧電素子と、
前記振動膜の中央部の慣性質量を局所的に増加させるように配置された錘とを含み、
前記圧電素子が、下部電極と、前記下部電極に積層された圧電体膜と、前記圧電体膜に積層され当該圧電体膜を挟んで前記下部電極に対向する上部電極とを含み、
前記錘が、前記上部電極と同じレイヤに配置されている、インクジェットヘッド。
【請求項3】
前記錘が、前記上部電極と同じ材料からなり、前記上部電極よりも厚い膜である、請求項２に記載のインクジェットヘッド。
【請求項4】
前記上部電極が、前記錘を取り囲む環状の形態を有している、請求項２または３に記載のインクジェットヘッド。
【請求項5】
前記錘と前記上部電極とが同電位とされる、請求項２〜４のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項6】
前記錘から、前記上部電極を横切って引き出された引き出し電極が形成されており、
前記上部電極は、前記引き出し電極を挟んで離隔した両端を有する馬蹄形に形成されている、請求項２〜５のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
前記上部電極は、前記引き出し電極を挟んで離隔した両端を有する馬蹄形に形成されている、請求項２〜５のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【請求項7】
前記キャビティが平面視矩形であり、
前記錘が前記キャビティの長手方向に沿って延び、キャビティの短手方向の長さの半分以下の幅の帯状に形成されており、前記キャビティの短手方向の中央付近に配置されて、キャビティ側縁から錘の縁までの間隔が確保されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
前記錘が前記キャビティの長手方向に沿って延び、キャビティの短手方向の長さの半分以下の幅の帯状に形成されており、前記キャビティの短手方向の中央付近に配置されて、キャビティ側縁から錘の縁までの間隔が確保されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この明細書は、圧電素子を備えたインクジェットヘッドおよび圧電装置を開示する。圧電装置は、アクチュエータ類（圧電アクチュエータ）およびセンサ類（圧電センサ、焦電センサ）を含む。インクジェットヘッドは、圧電アクチュエータの一例である。
【背景技術】
【0002】
圧電素子を備えたインクジェットヘッドの一例は、特許文献１に開示されている。特許文献１のインクジェットヘッドは、インク溜まりとしてのキャビティ（圧力室）が形成されたシリコン基板と、キャビティの天壁を形成する振動膜と、振動膜の表面に配置された圧電素子とを含む。圧電素子は、下部電極と、上部電極と、それらの間に挟まれた圧電体膜とを含む。上部電極と下部電極との間に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって圧電体膜が変形し、それに応じて、圧電素子とともに振動膜が変形する。振動膜の変形はキャビティの容積変化をもたらし、それによって、キャビティ内のインクが加圧されて吐出される。
【0003】
下部電極、上部電極および圧電体膜は、キャビティ上においてそれぞれほぼ矩形に形成され、それぞれほぼ一様な膜厚を有するように形成される。圧電体膜としては、ゾルゲル法またはスパッタ法によって形成されるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）膜が用いられている。キャビティを横断する切断面において、キャビティの側壁および振動膜の下面はそれぞれ直線を呈し、それらの直線同士が角を形成している。すなわち、キャビティの側壁と振動膜の下面とはそれぞれ平面であり、それらが交わったところに角部が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１３−２１５９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
この発明の一実施形態は、駆動性能に優れたインクジェットヘッドを提供する。また、この明細書は、駆動性能または検出性能に優れた圧電装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明のインクジェットヘッドは、インクが貯留されるキャビティを区画する基板と、前記基板に支持され、前記キャビティを区画する振動膜と、前記振動膜上に配置され、前記振動膜を変位させることにより前記キャビティの容積を変化させる圧電素子と、前記振動膜の中央部の慣性質量を局所的に増加させるように配置された錘とを含む。圧電素子に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって圧電素子が変形し、それに応じて振動膜が変位する。それにより、キャビティの容積変化がもたらされ、キャビティ内のインクが加圧されて吐出される。錘は、振動膜の中央部の慣性質量を局所的に増加させるように配置されているので、振動膜の変位を大きくすることができる。それにより、駆動性能に優れたインクジェットヘッドを実現できる。
【0007】
この発明の一実施形態では、前記圧電素子が、下部電極と、前記下部電極に積層された圧電体膜と、前記圧電体膜に積層され当該圧電体膜を挟んで前記下部電極に対向する上部電極とを含み、前記圧電体膜が薄膜部とそれよりも厚い厚膜部とを有しており、前記厚膜部が前記錘である。この構成では、上部電極および下部電極の間に駆動電圧が印加されると、圧電体膜が変形し、それに応じて圧電素子が変形する。錘は、圧電体膜の厚膜部を利用して構成されており、圧電素子に内蔵されている。これにより、簡単な構成で錘を設けることができ、かつ、駆動性能に優れたインクジェットヘッドを実現できる。
【0008】
この発明の一実施形態では、前記圧電素子が、下部電極と、前記下部電極に積層された圧電体膜と、前記圧電体膜に積層され当該圧電体膜を挟んで前記下部電極に対向する上部電極とを含み、前記錘が、前記上部電極の上に配置されている。この構成では、上部電極および下部電極の間に駆動電圧が印加されると、圧電体膜が変形し、それに応じて圧電素子が変形する。錘は、上部電極の上に配置されているので、上部電極および錘の配置を独立に定めることができる。それにより、圧電体膜に対して効果的に駆動電圧を印加でき、かつ優れた駆動性能を実現するための錘の配置を決定できる。これにより、駆動性能に優れたインクジェットヘッドを実現できる。
【0009】
この発明の一実施形態では、上部電極と錘との間に保護膜が配置されている。これにより、保護膜で上部電極を保護しながら、その上に錘を配置できる。この発明の一実施形態では、前記圧電素子が、下部電極と、前記下部電極に積層された圧電体膜と、前記圧電体膜に積層され当該圧電体膜を挟んで前記下部電極に対向する上部電極とを含み、前記錘が、前記上部電極と同じレイヤに配置されている。
【0010】
この構成では、上部電極と同じレイヤに錘が配置されているので、たとえば、上部電極と錘とに同じ材料を用い、それらの少なくとも一部を同時に形成することができる。これにより、製造工程を大きく改変することなく、駆動性能に優れたインクジェットヘッドを実現できる。この発明の一実施形態では、前記圧電素子が、下部電極と、前記下部電極に積層された圧電体膜と、前記圧電体膜に積層され当該圧電体膜を挟んで前記下部電極に対向する上部電極とを含み、前記錘が、前記上部電極と同じ材料からなり、前記上部電極よりも厚い膜である。
【0011】
この構成では、上部電極と錘とを同種材料で形成し、錘の膜厚を上部電極よりも大きくすることによって、振動膜の中央部の慣性質量が局所的に大きくなっている。したがって、製造工程を大きく改変することなく、駆動性能に優れたインクジェットヘッドを実現できる。この発明の一実施形態では、前記上部電極が、前記錘を取り囲む環状の形態を有している。
【0012】
この構成では、環状の上部電極が錘を取り囲む形態であるので、錘を振動膜の中央付近に配置しやすい。それによって、振動膜の変位を大きくできる。また、上部電極は、振動膜の中央を取り囲む環状の形態とすることができるので、圧電素子を効率良く駆動できる。こうして、優れた駆動性能のインクジェットヘッドを実現できるこの発明の一実施形態では、前記錘と前記上部電極とが同電位とされる。
【0013】
この構成では、錘を介して圧電体膜に駆動電圧を印加できるので、錘が上部電極としての機能を兼ね備えている。これにより、圧電体膜に対して効果的に駆動電圧を印加でき、かつ錘による振動膜の変位を大きくできるから、駆動性能に優れたインクジェットヘッドを実現できる。この発明の一実施形態では、前記錘から、前記上部電極を横切って引き出された引き出し電極が形成されており、前記上部電極は、前記引き出し電極を挟んで離隔した両端を有する馬蹄形に形成されている。
【0014】
この構成では、上部電極が錘を取り囲む馬蹄形に形成されているので、錘を振動膜の中央付近に配置しやすく、かつ上部電極は圧電体膜に対して効果的に駆動電圧を印加できるので、駆動性能に優れたインクジェットヘッドを実現できる。また、錘から引き出された引き出し電極が上部電極と接していないので、錘および上部電極に対して独立して電圧を印加することができる。それによって、駆動性能を一層向上する駆動方法を採用できる。
【0015】
この発明の一実施形態では、前記キャビティが平面視矩形であり、前記錘が前記キャビティの長手方向に沿って延び、キャビティの短手方向の長さの半分以下の幅の帯状に形成されており、前記キャビティの短手方向の中央付近に配置されて、キャビティ側縁から錘の縁までの間隔が確保されている。この構成では、平面視矩形のキャビティの中央部に帯状の錘が配置されており、キャビティ側縁から錘までに充分な間隔が開けられている。それによって、錘の慣性質量によって振動膜の変位を効果的に増大させることができるから、インクジェットヘッドの駆動性能を向上できる。
【0016】
この明細書は、振動膜と、振動膜上に配置された圧電素子と、前記振動膜の中央部の慣性質量を局所的に増加させるように配置された錘とを含む、圧電装置を開示する。圧電装置は、圧電アクチュエータ、または圧電センサであり得る。
圧電アクチュエータにおいては、圧電素子に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって圧電素子が変形し、それに応じて振動膜が変位する。錘は、振動膜の中央付近の慣性質量を局所的に増加させるように配置されているので、振動膜の変位を大きくすることができる。それにより、駆動性能に優れた圧電アクチュエータを実現できる。
【0017】
圧電センサにおいては、振動膜が変位すると、圧電効果によって、圧電素子に電圧が生じる。錘は、振動膜の中央付近の慣性質量を局所的に増加させるように配置されているので、振動膜の変位を大きくすることができる。それにより、大きな電圧が圧電素子に生じるので、検出性能（とくに感度）に優れた圧電センサを実現できる。この圧電装置に関して、前述のインクジェットヘッドの発明の場合と同様な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発明の一実施形態に係るインクジェットヘッド１の構成を説明するための図解的な断面図である。また、図２は、インクジェットヘッド１の主要部の構成を拡大して示す断面図である。
インクジェットヘッド１は、アクチュエータ基板２と、ノズル基板３と、保護基板４と、駆動ＩＣ５とを含む。
【0020】
アクチュエータ基板２は、たとえばシリコン基板からなり、複数のキャビティ６を区画している。複数のキャビティ６は、たとえば、図１および図２の各紙面に垂直な方向に配列されている。アクチュエータ基板２は、表面２ａに振動膜１０を支持している。振動膜１０は、キャビティ６の天壁を形成しており、キャビティ６を区画している。振動膜１０の上に圧電素子２０が配置されている。
【0021】
アクチュエータ基板２の裏面２ｂにノズル基板３が接合されている。ノズル基板３は、たとえばシリコン基板からなり、アクチュエータ基板２の裏面２ｂに張り合わされ、アクチュエータ基板２および振動膜１０とともに、キャビティ６を区画している。ノズル基板３は、キャビティ６に臨む凹部３３を有し、凹部３３の底面にインク吐出通路３１が形成されている。インク吐出通路３１は、ノズル基板３を貫通しており、キャビティ６とは反対側に吐出口３２を有している。したがって、キャビティ６の容積変化が生じると、キャビティ６に溜められたインクは、インク吐出通路３１を通り、吐出口３２から吐出される。
【0022】
保護基板４は、たとえば、シリコン基板からなる。保護基板４は、圧電素子２０を覆うように配置され、アクチュエータ基板２の表面２ａに接合されている。保護基板４は、アクチュエータ基板２の表面２ａに対向する対向面４１に収容凹所４２を有している。収容凹所４２内に複数のキャビティ６にそれぞれ対応する複数の圧電素子２０が収容されている。
【0023】
駆動ＩＣ５は、アクチュエータ基板２の表面２ａに実装されている。アクチュエータ基板２上には、圧電素子２０と駆動ＩＣ５とを接続するための配線１５が形成されている。配線１５は、保護基板４外に引き出されている。配線１５のランド１６上に、駆動ＩＣ５が接合され、それによって駆動ＩＣ５がアクチュエータ基板２上に実装されている。駆動ＩＣ５は、半導体集積回路であり、たとえばチップサイズパッケージの形態を有していてもよい。駆動ＩＣ５は、具体的には、半導体基板５１と、半導体基板５１の表面５１ａ側に配置された活性領域５２と、半導体基板５１の裏面５１ｂに配置された出力端子としてのバンプ５３とを含む。活性領域５２にトランジスタその他の半導体デバイスが形成されている。活性領域５２を保護するように、半導体基板５１の表面には保護樹脂層５４等が配置されている。半導体基板５１には、貫通ビア５５が形成されている。貫通ビア５５は、ＴＳＶ（Through-Silicon Via）からなっていてもよい。貫通ビア５５は、活性領域５２とバンプ５３とを接続し、活性領域５２に形成された電子回路の出力端子を半導体基板５１の裏面５１ｂに引き出している。半導体基板５１の裏面５１ｂは、駆動ＩＣ５の第１表面５ａである。この第１表面５ａは、アクチュエータ基板２に対向しており、駆動ＩＣ５の出力端子を構成する複数のバンプ５３が集中配置されている。バンプ５３の数は、アクチュエータ基板２上に設けられた圧電素子２０の個数にほぼ相当している。たとえば、アクチュエータ基板２上に約３００個の圧電素子２０が設けられるならば、出力端子としてのバンプ５３の個数は約３００個である。これらのバンプ５３が複数の圧電素子２０に対応する配線１５のランド１６上に接合されている。これにより、ワイヤボンディングやＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）を用いることなく、駆動ＩＣ５と圧電素子２０との電気的接続が達成されている。
【0024】
半導体基板５１の活性領域５２側に位置する駆動ＩＣ５の第２表面５ｂには、活性領域５２に接続された入力端子５６が集中配置されている。入力端子５６は、保護樹脂層５４から露出したパッドの形態を有していてもよい。一方、アクチュエータ基板２には、駆動ＩＣ５の近傍に、ＦＰＣ５７の一端が固定されている。ＦＰＣ５７の複数の芯線に複数の入力端子５６がボンディングワイヤ５８を介してそれぞれ接続されている。入力端子５６の数はたとえば２０本程度であり、それに応じて、ＦＰＣ５７の芯線の数も２０本程度である。ＦＰＣ５７は、たとえば、制御用ＩＣ（図示せず）に接続されている。
【0025】
保護基板４上には、インクを貯留したインクタンク８が配置されている。保護基板４を貫通するようにインク供給路４３が形成されている。インクタンク８のインク供給口８ａはインク供給路４３に結合されている。保護基板４のインク供給路４３は、アクチュエータ基板２内のインク供給路４４に連通している。インク供給路４４は、キャビティ６に連通している。したがって、インク供給源であるインクタンク８内のインクは、インク供給路４３，４４を通ってキャビティ６に供給される。
【0026】
図３は、インクジェットヘッド１（とくにアクチュエータ基板２）の模式的な平面図である。図４は、図３のIV-IV線に沿う模式的な拡大断面図である。図５は、インクジェットヘッド１（とくにアクチュエータ基板２）の模式的な斜視図である。前述の図２は、図３のII−II線に沿う断面図である。アクチュエータ基板２の表面２ａに振動膜形成層１１が形成されている。振動膜形成層１１において、キャビティ６の底面壁を構成している部分、すなわち、キャビティ６を区画している部分が振動膜１０である。
【0027】
キャビティ６は、この実施形態では、アクチュエータ基板２を貫通して形成されている。アクチュエータ基板２にはさらに、キャビティ６に連通するインク通路５０が形成されている。インク通路５０は、キャビティ６に連通しており、インクタンク８から保護基板４のインク供給路４３およびアクチュエータ基板のインク供給路４４を介して供給されるインクをキャビティ６に導くように形成されている。インク通路５０からキャビティ６に導入されたインクは、キャビティ６の長手方向に平行なインク流通方向４５に沿って移動し、インク吐出通路３１に達する。
【0028】
アクチュエータ基板２には、複数のキャビティ６が互いに平行に延びてストライプ状に形成されている。複数のキャビティ６は、それらの幅方向に微小な間隔（たとえば３０μｍ〜３５０μｍ程度）を開けて等間隔で形成されている。各キャビティ６は、平面視において、インク通路５０からインク吐出通路３１に向かうインク流通方向４５に沿って細長く延びた長方形形状を有している。キャビティ６の天面部は、インク流通方向４５に沿う２つの側縁６ａ，６ｂと、インク流通方向４５に直交する方向に沿う２つの端縁６ｃ，６ｄとを有している。インク通路５０は、キャビティ６の一端部において、２つの通路に分かれて形成されており、共通インク通路４９に連通している。共通インク通路４９は、複数のキャビティ６に対応したインク通路５０に連通している。インクタンク８からのインクが導かれるインク供給路４４は、共通インク通路４９に連通している。図３および図５に示すように、複数のインク供給路４４が、共通インク通路４９に沿って間隔を開けて配列されている。インク供給路４４は、振動膜１０（配線１５が配置されているところではさらに配線１５）を貫通し、さらにアクチュエータ基板２を共通インク通路４９まで貫通して形成されている。
【0029】
各キャビティ６は、振動膜１０と、アクチュエータ基板２と、ノズル基板３とによって区画されており、この実施形態では、略直方体状に形成されている。キャビティ６の長さはたとえば８００μｍ程度、その幅は５５μｍ程度であってもよい。インク通路５０は、キャビティ６の長手方向一端部（この実施形態では、吐出口３２とは反対側に位置する端部）に連通するように形成されている。ノズル基板３の吐出口３２は、この実施形態では、キャビティ６の長手方向に関する他端部付近に配置されている。
【0030】
振動膜１０は、酸化シリコン膜の単膜であってもよいし、酸化シリコン膜上に窒化シリコン膜を積層した積層膜であってもよい。キャビティ６は、アクチュエータ基板２を貫通している必要はなく、圧電素子２０側の一部を残すように下面側から掘り込んだ凹所であってもよい。この場合には、アクチュエータ基板２の残部は、振動膜１０の一部を構成する。この明細書において、振動膜１０とは、振動膜形成層１１のうちキャビティ６を区画している天壁部を意味している。
【0031】
振動膜１０の厚さは、たとえば、０．４μｍ〜２μｍである。振動膜１０が酸化シリコン膜から構成される場合は、酸化シリコン膜の厚さは１．２μｍ程度であってもよい。振動膜１０が、シリコン層と酸化シリコン層と窒化シリコン層との積層体から構成される場合には、シリコン層、酸化シリコン層および窒化シリコン層の厚さは、それぞれ０．４μｍ程度であってもよい。
【0032】
振動膜１０上に圧電素子２０が配置されている。振動膜１０と圧電素子２０とによって、圧電アクチュエータ（圧電装置の一例）が構成されている。圧電素子２０は、振動膜形成層１１上に形成された下部電極２２と、下部電極２２上に形成された圧電体膜２４と、圧電体膜２４上に形成された上部電極２１とを備えている。言い換えれば、圧電素子２０は、圧電体膜２４を上部電極２１および下部電極２２で挟むことにより構成されている。
【0033】
下部電極２２は、たとえば、Ｔｉ（チタン）層およびＰｔ（プラチナ）層を振動膜１０側から順に積層した２層構造を有していてもよい。この他にも、Ａｕ（金）膜、Ｃｒ（クロム）層、Ｎｉ（ニッケル）層などの単膜で下部電極２２を形成することもできる。下部電極２２は、圧電体膜２４の下面に接した主電極部２２Ａと、圧電体膜２４の外方の領域まで延びた延長部２２Ｂ（図４参照）とを有している。
【0034】
圧電体膜２４としては、たとえば、ゾルゲル法またはスパッタ法によって形成されたＰＺＴ（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３：チタン酸ジルコン酸鉛）膜を適用することができる。このような圧電体膜２４は、金属酸化物結晶の焼結体からなる。圧電体膜２４の厚さは、１μｍ〜５μｍが好ましい。振動膜１０の全体の厚さは、圧電体膜２４の厚さと同程度か、圧電体膜２４の厚さの２／３程度とすることが好ましい。
【0035】
上部電極２１は、圧電体膜２４と平面視でほぼ同じ形状に形成されている。上部電極２１は、たとえば、導電性酸化膜（たとえば、ＩｒＯ２（酸化イリジウム）膜）および金属膜（たとえば、Ｉｒ（イリジウム）膜）が積層された積層構造を有していてもよい。振動膜形成層１１の表面、圧電素子２０の表面および下部電極２２の延長部２２Ｂの表面は、水素バリア膜１２によって覆われている。水素バリア膜１２は、たとえば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）からなる。これにより、圧電体膜２４の水素還元による特性劣化を防止することができる。水素バリア膜１２上には、絶縁膜１３が積層されている。絶縁膜１３は、たとえば、ＳｉＯ２からなる。絶縁膜１３上に配線１５が形成されている。配線１５は、Ａｌ（アルミニウム）を含む金属材料からなっていてもよい。
【0036】
配線１５の一端部は、上部電極２１の一端部の上方に配置されている。配線１５と上部電極２１との間において、水素バリア膜１２および絶縁膜１３を連続して貫通する貫通孔（コンタクト孔）１４が形成されている。配線１５の一端部は、貫通孔１４に入り込み、貫通孔１４内で上部電極２１に接続されている。配線１５は、一端部が上部電極２１の一端部（圧電素子２０の一方の端縁側の端部）に接続されかつ平面視において、インク流通方向と反対方向に延びて引き出されている。ランド１６は、配線１５の先端に配置され、配線１５と一体化している。水素バリア膜１２および絶縁膜１３には、上部電極２１の表面の中央部（上部電極２１の表面における周縁部によって囲まれた部分）に相当する領域に開口１７（図２参照）が形成されている。この開口１７は、上部電極２１の長手方向に長い矩形である。
【0037】
図２に表れているように、下部電極２２の延長部２２Ｂは、アクチュエータ基板２上で引き回されて駆動ＩＣ５の実装領域に達している。この実装領域には、下部電極２２を外部に接続するためのランド２２Ｃが配置されている。ランド２２Ｃには、駆動ＩＣ５のバンプ５３が接合されている。こうして、下部電極２２と駆動ＩＣ５との接続が達成されている。
【0038】
圧電素子２０は、振動膜１０を挟んでキャビティ６に対向する位置に形成されている。すなわち、圧電素子２０は、振動膜１０のキャビティ６とは反対側の表面に接するように形成されている。アクチュエータ基板２上に振動膜形成層１１が形成されており、この振動膜形成層１１においてキャビティ６の周囲の部分によって振動膜１０が支持されている。こうして、振動膜１０は、アクチュエータ基板２に支持されている。振動膜１０は、キャビティ６に対向する方向（換言すれば振動膜１０の厚さ方向）に変形可能な可撓性を有している。
【0039】
駆動ＩＣ５は、バンプ５３および配線１５を介して複数の圧電素子２０のそれぞれの上部電極２１に接続されており、別のバンプ５３を介して複数の圧電素子２０に共通の下部電極２２に接続されている。これにより、駆動ＩＣ５は、各圧電素子２０の上部電極２１と下部電極２２との間に駆動電圧を印加することができる。駆動ＩＣ５から圧電素子２０に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって、圧電体膜２４が変形する。これにより、圧電素子２０とともに振動膜１０が変形し、それによって、キャビティ６の容積変化がもたらされ、キャビティ６内のインクが加圧される。加圧されたインクは、インク吐出通路３１を通って、吐出口３２から微小液滴となって吐出される。
【0040】
圧電素子２０は、インク流通方向４５（振動膜１０の長手方向と同方向）の長さが、振動膜１０の長手方向の長さよりも短く形成されており、平面視矩形形状を有している。そして、図３に示すように、圧電素子２０の長手方向の両端縁２０ｄ，２０ｃは、振動膜１０の対応する両端縁（平面視においてキャビティ６の両端縁６ｃ，６ｄと一致）に対して、所定の間隔ｄ１（たとえば５μｍ）を開けて内側に配置されている。また、圧電素子２０は、振動膜１０の長手方向に直交する短手方向（アクチュエータ基板２の主面に平行な方向）の幅が、振動膜１０（キャビティ６の天面部）の当該短手方向の幅よりも狭く形成されている。そして、圧電素子２０の長手方向に沿う両側縁２０ａ，２０ｂは、振動膜１０の対応する両側縁（平面視においてキャビティ６の両側縁６ａ，６ｂと一致）に対して、所定の間隔ｄ２（たとえば５μｍ）を開けて内側に配置されている。
【0041】
下部電極２２は、図３に示すように、平面視において、インク流通方向４５に所定幅を有し、かつインク流通方向４５と直交する方向に複数のキャビティ６を跨いで延びており、複数の圧電素子２０に対して共用される共通電極である。下部電極２２のインク流通方向４５と直交する方向に沿う第１の辺２２ａは、平面視において、複数の圧電素子２０の一方の端縁を結ぶ線と整合している。下部電極２２の第１の辺２２ａに対向する第２の辺２２ｂは、複数の圧電素子２０の他方の端縁に対応するキャビティ６の端縁６ｄ（振動膜１０の端縁）よりも外側（インク流通方向４５の下流側）に配置されている。
【0042】
下部電極２２は、圧電素子２０を構成する平面視矩形状の主電極部２２Ａと、主電極部２２Ａから振動膜形成層１１の表面に沿う方向に引き出され、キャビティ６の天面部（振動膜１０）の周縁を跨いでキャビティ６の天面部の周縁の外方に延びた延長部２２Ｂとを含んでいる。主電極部２２Ａの平面視における形状、大きさおよび配置は、圧電素子２０と同様である。
【0043】
延長部２２Ｂは、平面視において、主電極部２２Ａの各側縁からキャビティ６の天面部の対応する側縁を跨いで、キャビティ６の天面部の側縁の外方に延びている。延長部２２Ｂは、下部電極２２の全領域のうちの主電極部２２Ａを除いた領域である。延長部２２Ｂには、各圧電素子２０のインク流通方向４５の下流側に、下部電極２２を貫通する平面視矩形状の切除部２２Ｄが形成されている。各切除部２２Ｄは、平面視において、インク流通方向４５に沿う２つの側縁（短辺）と、インク流通方向に直交する方向に沿う２つの端縁（長辺）とを有している。切除部２２Ｄの一方の端縁はインク流通方向に関して圧電素子２０の端縁（主電極部２２Ａの下流側の端縁）と整合する位置に配置され、他方の端縁は振動膜１０の端縁よりも外側（インク流通方向４５の下流側）に配置されている。切除部２２Ｄの一方の側縁は振動膜１０の一方の側縁よりも外側に配置され、切除部２２Ｄの他方の側縁は振動膜１０の他方の側縁よりも外側に配置されている。したがって、平面視において、振動膜１０の端縁側の端部は切除部２２Ｄの内側に配置されている。
【0044】
上部電極２１は、平面視において、下部電極２２の主電極部２２Ａと同じパターンの矩形状に形成されている。すなわち、上部電極２１の平面視における形状、大きさおよび配置は、圧電素子２０と同様である。圧電体膜２４は、平面視において、上部電極２１と同じパターン、すなわち、圧電素子２０と同じパターンの矩形状に形成されている。圧電体膜２４の下面は下部電極２２の主電極部２２Ａの上面に接しており、圧電体膜２４の上面は上部電極２１の下面に接している。
【0045】
下部電極２２の延長部２２Ｂには、隣接するキャビティ６の間に分離溝６０が形成されている。分離溝６０は、この実施形態では、キャビティ６の長手方向に沿って直線状に延びており、下部電極２２を各キャビティ６に対応する部分に分離している。分離溝６０の両端は、この実施形態では、キャビティ６の両端よりも長手方向に関して外側に位置している。したがって、分離溝６０は、隣接するキャビティ６を区画する区画壁６１（図４参照）の一端から他端に至る範囲に渡って形成されている。分離溝６０は、図４に示すように、下部電極２２および振動膜１０を貫通し、隣接するキャビティ６間を区画する区画壁６１に達している。分離溝６０の区画壁６１に形成された部分は、区画壁６１の高さ（キャビティ６の高さに等しい）の２分の１を超える深さを有している。
【0046】
このように、分離溝６０は、隣接するキャビティ６に対応した振動膜１０および下部電極２２を互いに分離している。これにより、各キャビティ６の振動膜１０は、隣接するキャビティ６の振動膜１０から独立して変位することができる。さらに、分離溝６０は、隣接するキャビティ６間の区画壁６１にまで達する深さに形成されているので、振動膜１０の変位に伴って区画壁６１も変位させることができる。
【0047】
圧電体膜２４は、図４に示すように、短手方向に沿う横断面において、短手方向中央部に厚膜部２５を有し、短手方向両側部に薄膜部２６を有している。厚膜部２５および薄膜部２６は、それぞれ、キャビティ６の長手方向に沿って直線帯状に延びている。厚膜部２５の幅は、たとえば、キャビティ６の短手方向の長さの半分以下である。図２および図３に示すように、厚膜部２５は、キャビティ６の長手方向の長さが圧電体膜２４の同方向の長さよりも短い。そして、圧電体膜２４の両端部には、薄膜部２６が形成されている。すなわち、薄膜部２６は、厚膜部２５を環状に取り囲むように、圧電体膜２４の周縁に沿って帯状に形成されている。厚膜部２５は、圧電素子２０および振動膜１０を含む可動部分の中央付近における慣性質量の増加に寄与する錘として機能する。上部電極２１は、厚膜部２５および薄膜部２６に接している。
【0048】
厚膜部２５と薄膜部２６との境界部には、厚膜部２５と薄膜部２６との膜厚の差に対応した段差面２８（図２および図４参照）が生じている。そして、厚膜部２５の表面と段差面２８とはほぼ直角に交差しており、それによって、屈曲部２７が形成されている。前述のとおり、薄膜部２６が環状に形成されているので、屈曲部２７も環状に形成されている。すなわち、屈曲部２７は、キャビティ６の長手方向に沿って延びる両側部と、それらの両側部をキャビティ６の長手方向両端部で結合する両端部とを有している。屈曲部２７は、上部電極２１および下部電極２２間に駆動電圧が印加されて圧電素子２０とともに振動膜１０が変位するときに、その変位が始まる起点部として機能する。
【0049】
また、図２および図４に示すように、キャビティ６の内壁面６２は、振動膜１０と接する箇所に曲面部６２Ａを有している。曲面部６２Ａは、振動膜１０と内壁面６２とが接する周縁の全周に渡っていることが好ましい。曲面部６２Ａは、その上縁において振動膜１０と接し、その下縁において平坦面部６２Ｂに連なっている。曲面部６２Ａは、振動膜１０と接する縁部からキャビティ６の外方およびノズル基板３へと向かって後退する凹湾曲面を形成している。平坦面部６２Ｂは、キャビティ６の内壁面６２の一部である。平坦面部６２Ｂの下縁は、ノズル基板３に接している。平坦面部６２Ｂは、振動膜１０の法線方向に沿っていてもよいし、振動膜１０の法線方向に対して傾斜していてもよい。たとえば、平坦面部６２Ｂは、曲面部６２Ａに連続する縁部から、振動膜１０の法線方向に対して、キャビティ６の外方およびノズル基板３へと向かって傾斜していることが好ましい。
【0050】
図６に拡大平面図を示すように、上部電極２１には、周縁から内方に抉れたノッチ部３５が形成されている。ノッチ部３５は、この実施形態では、上部電極２１の一角部に配置されており、上部電極２１の一端からキャビティ６の長手方向に沿って直線状に所定長だけ延びている。ノッチ部３５内に、動作監視電極２３が配置されている。動作監視電極２３は、圧電体膜２４の上面に接している。動作監視電極２３は、平面視において、キャビティ６と重なる領域（ノッチ部３５内）に配置されている。したがって、動作監視電極２３は、圧電体膜２４を挟んで下部電極２２の主電極部２２Ａに対向している。動作監視電極２３は、ノッチ部３５内でＵ字形状に形成されている。動作監視電極２３の両端部には、一対の端子部２３ａ，２３ｂが設けられている。一対の端子部２３ａ，２３ｂは、ノッチ部３５外にある。この実施形態では、一対の端子部２３ａ，２３ｂは、キャビティ６の外方の領域、より具体的には保護基板４の外方の領域において、アクチュエータ基板２上に配置されている。
【0051】
一対の端子部２３ａ，２３ｂは駆動状態監視回路３６に接続されている。駆動状態監視回路３６は、端子部２３ａ，２３ｂ間の電気抵抗、すなわち、動作監視電極２３の電気抵抗を測定し、それによって、圧電体膜２４の温度を検出する温度検出回路を含む。逆圧電効果によって圧電体膜２４が伸縮すると、それに応じて圧電体膜２４の温度が上昇する。駆動状態監視回路３６は、圧電体膜２４の温度を測定することにより、圧電素子２０の動作状態を検出する。圧電素子２０に駆動電圧が印加されているにもかかわらず、圧電体膜２４の温度上昇が検出されなければ、圧電素子２０に異常が生じている可能性がある。このように、この実施形態では、動作監視電極２３は、圧電体膜２４の温度を検出するために用いられる温度検出電極である。
【0052】
駆動ＩＣ５は、上部電極２１と下部電極２２との間に駆動電圧を印加して圧電素子２０を駆動する。それにより、逆圧電効果によって圧電体膜２４が変形し、それに応じて振動膜１０が変位する。その結果、キャビティ６の容積が変化して、その内部の圧力が高まることにより、ノズル基板３に形成された吐出口３２からインクの液滴が吐出される。その一方で、インクタンク８からのインクが、インク供給路４３，４４、共通インク通路４９およびインク通路５０を通ってキャビティ６に供給される。
【0053】
この実施形態では、圧電体膜２４は、振動膜１０の中央付近に対応するように配置された厚膜部２５を有している。この厚膜部２５は、振動膜１０の中央付近の慣性質量を局所的に増加させる錘としての機能を有している。この錘としての厚膜部２５は、駆動電圧が加えられて振動膜１０が変位するときに、その慣性質量によって、振動膜１０の変位を増幅させる。これにより、キャビティ６の容積を大きく変化させることができるので、駆動性能に優れたインクジェットヘッド１を実現できる。
【0054】
圧電体膜２４の厚膜部２５を利用して錘を構成しているので、簡単な構成で、錘を内蔵した圧電素子２０を構成できる。錘としての厚膜部２５は、平面視矩形のキャビティ６の長手方向に沿って延び、キャビティ６の短手方向の長さの半分以下の帯状に形成されていて、キャビティ６の短手方向の中央付近に配置されている。それにより、キャビティ６側縁から厚膜部２５の縁までの充分な間隔が確保されている。それによって、錘としての厚膜部２５の慣性質量によって振動膜１０の変位を効果的に増大させることができるから、インクジェットヘッド１の駆動性能を向上できる。
【0055】
また、この実施形態では、圧電体膜２４の厚膜部２５と薄膜部２６との境界部に屈曲部２７が形成されている。屈曲部２７は、圧電体膜２４中の特異形状部であり、圧電体膜２４の変位の起点となる起点部を提供する。したがって、圧電体膜２４が変形（変位）するときに、起点部としての屈曲部２７から変形（変位）が始まることを保証できる。したがって、複数の圧電素子２０、および複数回の駆動において圧電体膜２４の変形（変位）が同様に生じる。それによって、動作制御が容易で、かつ精度の高い動作が可能になる。したがって、動作制御性の高い圧電素子２０を実現でき、それに応じて動作制御性の高いインクジェットヘッド１を提供できる。すなわち、安定かつ正確な動作制御が可能なインクジェットヘッド１を提供できる。
【0056】
屈曲部２７は、圧電体膜２４の表面に、上部電極２１、圧電体膜２４および下部電極２２の積層方向に突出する凸部（厚膜部２５）および凹部（薄膜部２６）を設けることにより、その間に形成されている。さらに詳細には、圧電体膜２４の横断面を包摂する長方形の外形輪郭線を想定すると、その長方形の外形輪郭線において、上辺の中間位置に段差が介在されている。それによって、特異形状点としての屈曲部２７が形成され、その屈曲部２７によって外形輪郭線の途中断絶が生じている。これにより、屈曲部２７を起点として圧電体膜２４の変位を生じさせることができる。
【0057】
屈曲部２７は、前記積層方向に沿って窪んだ窪み形状の一種である。また、屈曲部２７は、圧電素子２０中の他の部分に比較して脆弱な脆弱部である。したがって、屈曲部２７は、確実に、圧電体膜２４の変位の起点を与えることができる。また、屈曲部２７は、圧電素子２０の周縁に接し、かつ圧電素子２０の周縁よりも内方の領域に至っている。それにより、圧電体膜２４の変位が始まりやすく、かつ圧電体膜２４の変位がその全体に伝搬しやすい。そのため、応答性の高い圧電素子２０を提供でき、それに応じて、動作制御性の高い圧電素子２０を備えたインクジェットヘッド１を実現できる。
【0058】
さらに、屈曲部２７は、圧電体膜２４の周縁に連続しているので、圧電体膜２４の周縁を加工するときに同時に形成できる。したがって、製造工程を増やすことなく、動作制御性の高い圧電素子２０を備えたインクジェットヘッド１を実現できる。また、変位の起点部となる屈曲部２７が圧電体膜２４に設けられていることにより、圧電体膜２４の変位を確実に屈曲部２７から生じさせることができ、それによって、動作制御性の高い圧電素子２０を備えたインクジェットヘッド１を実現できる。
【0059】
さらに、屈曲部２７は、圧電素子２０の周縁に沿って延びた形状を有しているので、圧電体膜２４の変位を広い範囲で確実に開始させることができ、それに応じて、動作制御性の高い圧電素子２０を備えたインクジェットヘッド１を実現できる。また、屈曲部２７は、キャビティ６の長手方向両端部近傍にも位置しているので、圧電体膜２４の変位をキャビティ６の両端部近傍から開始させることができる。それにより、動作制御性のみならず、駆動電圧に対する応答性にも優れたインクジェットヘッド１を提供できる。
【0060】
また、屈曲部２７は、キャビティ６の長手方向に沿う辺に沿って延びているので、駆動電圧印加に応答して、広い範囲で圧電体膜２４の変位が始まる。それにより、動作制御性のみならず、駆動電圧に対する応答性にも優れたインクジェットヘッド１を提供できる。また、この実施形態では、圧電素子２０は、第１電極としての上部電極２１と、第２電極としての下部電極２２に加えて、第３電極としての動作監視電極２３を含み、動作監視電極２３は、圧電体膜２４に接している。動作監視電極２３により、圧電体膜２４の状態を検出することができる。この実施形態では、動作監視電極２３は、圧電体膜２４の温度を検出する温度検出電極である。すなわち、上部電極２１と下部電極２２とに駆動ＩＣ５から駆動電圧を印加して圧電素子２０を作動させることにより、圧電体膜２４の温度上昇が生じる。そこで、動作監視電極２３によって圧電体膜２４の温度を検出することによって、圧電素子２０の動作を確認できる。
【0061】
この実施形態では、動作監視電極２３は、上部電極２１と同一レイヤに配置されているので、圧電素子２０の製造時において、上部電極２１と同じ工程で形成することができる。したがって、工程を増やすことなく、状態監視機能を有する圧電素子２０を備えたインクジェットヘッド１を提供できる。また、この実施形態では、上部電極２１が、周縁から内方に抉れたノッチ部３５を有しており、動作監視電極２３が、ノッチ部３５に入り込むように配置されている。すなわち、動作監視電極２３は、上部電極２１と圧電体膜２４とが接している領域に入り込むように配置されている。したがって、動作監視電極２３は、動作ための変形が生じる領域において圧電体膜２４に接しているので、圧電体膜２４の状態をより正確に監視できる。より具体的には、圧電体膜２４の作動領域（変形領域）における温度を検出できる。
【0062】
また、この実施形態では、動作監視電極２３は、圧電体膜２４を挟んで下部電極２２に対向している。そのため、動作監視電極２３は、駆動電圧印加時の作動領域において圧電体膜２４に接している。それにより圧電体膜２４の状態をより正確に監視できる。より具体的には、圧電体膜２４の作動領域における温度を検出できる。また、この実施形態では、動作監視電極２３が、キャビティ６に対向する位置に配置されている。そのため、インク吐出のために変形する作動領域において圧電体膜２４の状態を検出できる。それにより、圧電体膜２４の状態をより正確に検出できる。
【0063】
この実施形態では、動作監視電極２３は、両端に配置された２つの端子部２３ａ，２３ｂを有している。駆動状態監視回路３６は、それらの２つの端子部２３ａ，２３ｂ間の電気抵抗を検出する。駆動状態監視回路３６が検出する電気抵抗は、圧電体膜２４の温度に対応している。すなわち、駆動状態監視回路３６は、この実施形態では、圧電体膜２４の温度を検出する温度検出回路を含む。圧電体膜２４の温度、とくに作動領域の温度を検出することにより、圧電体膜２４の作動状態を監視できる。それによって、インクジェットヘッド１の動作状態を監視することができる。
【0064】
上部電極２１と下部電極２２との間に駆動電圧を印加したときに圧電体膜２４が変形すると、その変形によって生じた起電力が動作監視電極２３と下部電極２２との間に生じる。そこで、動作監視電極２３と下部電極２２との間の電位差を検出する検出回路を設けることにより、圧電体膜２４の作動状態を監視することもできる。また、この実施形態では、アクチュエータ基板２のキャビティ６を区画する内壁面６２が、振動膜１０のキャビティ６側の表面に連なる曲面部６２Ａを有している。したがって、インクタンク８から供給されるインク中に気泡が含まれていても、その気泡はキャビティ６内に捕獲されにくく、気泡溜まりを形成する前に、インクとともに速やかに吐出口３２から排出される。それにより、キャビティ６内に気泡溜まりが生じることを抑制または防止できる。その結果、キャビティ６の容積変化が気泡の収縮によって吸収されることを抑制または防止できるので、圧電素子２０に加えた駆動電圧に対応したインク吐出量を精度良く実現できる。こうして、インク吐出制御性を向上したインクジェットヘッド１を提供できる。
【0065】
また、この実施形態では、アクチュエータ基板２の内壁面６２に形成された曲面部６２Ａは、振動膜１０の表面に交差する断面において、振動膜１０との接点に連なり、キャビティ６の外方から当該接点に向かう曲線部を形成している。換言すれば、曲面部６２Ａは、振動膜１０と接触する位置からキャビティ６の外方へと後退する形状を有している。これにより、アクチュエータ基板２の内壁面６２と振動膜１０との間に角部が生じないから、気泡溜まりが生じ難い。それにより、インク吐出制御性を向上したインクジェットヘッド１を提供できる。
【0066】
また、この実施形態では、アクチュエータ基板２の内壁面６２は、曲面部６２Ａの下方（ノズル基板３側）に連なる平坦面部６２Ｂを有している。したがって、インク中の気泡がアクチュエータ基板２の内壁面６２で捕獲されることを抑制または防止できる。さらに、この実施形態では、曲面部６２Ａは、アクチュエータ基板２のキャビティ６を区画する内壁面６２と振動膜１０との境界の全周に渡っている。これにより、内壁面６２と振動膜１０との交差部における気泡溜まりをより効果的に抑制または防止でき、それに応じて、インク吐出制御性能を向上できる。
【0067】
また、この実施形態では、隣接するキャビティ６の間に分離溝６０が形成されており、この分離溝６０が振動膜１０を貫通して、隣接するキャビティ６の間を区画する区画壁６１に達している。それにより、各キャビティ６の振動膜１０は、分離溝６０の部分において、振動膜１０の他の部分との拘束を解かれているので、その変位量が大きくなる。さらに、分離溝６０が区画壁６１に達しているので、振動膜１０の変位に応じて区画壁６１も変位する。すなわち、図７に示すように、振動膜１０がインクキャビティ６に向かって突出するように変形するとき、区画壁６１の上端部が振動膜１０によってキャビティ６の内側に引かれて変形する。これにより、二点鎖線で示す変形前の状態と、実線で示す変形後の状態とで、キャビティ６の容積が大きく変化する。それに応じてインク吐出量を増大できる。別の見方をすれば、キャビティ６の容積変化率を増大できるので、一定のインク吐出量を実現するためのキャビティ６の大きさを小さくすることができ、それに応じてインクジェットヘッド１の小型化を図ることができる。
【0068】
また、この実施形態では、分離溝６０が、隣接する一対のキャビティ６を区画する区画壁６１の一端から他端に至る範囲にわたって連続して形成されている（図３参照）。すなわち、隣接するキャビティ６の境界部の全体に渡って連続した分離溝６０が形成されている。そのため、各キャビティ６に対応した振動膜１０に対する周囲からの拘束が少ない。また、区画壁６１の広い範囲が振動膜１０の変位に伴って大きく変位することができる。これにより、インク吐出量の増大またはインクジェットヘッド１の小型化を図ることができる。
【0069】
また、この実施形態では、分離溝６０が下部電極２２を貫通しているので、下部電極２２による拘束も小さい。それにより、振動膜１０の変位量が大きくなり、かつ区画壁６１の変位量も大きくなるので、インク吐出量の増大またはインクジェットヘッド１の小型化を図ることができる。さらに、この実施形態では、分離溝６０の下端が区画壁６１の高さの２分の１よりも低い位置にあり、分離溝６０の深さが区画壁６１の高さの２分の１よりも深い。それにより、振動膜１０の変形に伴って区画壁６１も大きく変形させることができるから、それに応じて、キャビティ６の容積を大きく変化させることができる。それにより、インク吐出量の増大またはインクジェットヘッド１の小型化を図ることができる。
【0070】
また、この実施形態では、圧電素子２０を駆動する駆動ＩＣ５がアクチュエータ基板２上に実装されており、駆動用ＩＣの出力端子としてのバンプ５３がアクチュエータ基板２に対向する第１表面５ａ（対向面）に集中配置されている。それらのバンプ５３がアクチュエータ基板２上の配線に設けられたランド１６，２２Ｃに接合されている。これにより、アクチュエータ基板２と駆動ＩＣ５の出力端子とを接続するためのケーブル（たとえばＦＰＣ）やボンディングワイヤが不要である。これにより、インクジェットヘッド１を小型化することができる。
【0071】
インクジェットヘッド１を駆動するための駆動ＩＣ５は、一般に、出力端子の数が入力端子の数よりも多い。そのため、出力端子に接続されるケーブルおよびボンディングワイヤを無くすことによって、大幅な省スペース化を図ることができる。集中配置とは、駆動ＩＣ５が備えるほとんどの出力端子（好ましくは全部の出力端子）が第１表面５ａに配置されていることをいう。ただし、第１表面５ａに入力端子が配置されることを妨げない。
【0072】
また、この実施形態では、駆動ＩＣ５の半導体基板５１において、アクチュエータ基板２とは反対側に活性領域５２が配置されており、その活性領域５２と出力端子（バンプ５３）とが貫通ビア５５（ＴＳＶ）によって接続されている。これにより、駆動ＩＣ５のアクチュエータ基板２側の第１表面５ａに出力端子を集中配置することが可能とされている。貫通ビア５５を有する駆動ＩＣ５は、半導体基板５１外で活性領域５２から非活性面側への配線の引き回しをする必要がないので、それ自体を小型に構成することができる。それによって、インクジェットヘッド１の小型化に寄与できる。
【0073】
また、駆動ＩＣ５は、第１表面５ａとは反対側の第２表面５ｂに配置された複数の入力端子５６を含む。そして、複数の入力端子５６は、ボンディングワイヤ５８を介してＦＰＣ５７に接続されている。ＦＰＣ５７は、たとえば、制御用ＩＣに接続されている。駆動ＩＣ５の入力端子５６の数はさほど多くないので、入力端子５６とＦＰＣ５７との接続をワイヤボンディングで行ってもインクジェットヘッド１はさほど大型化しない。
【0074】
図８は、圧電体膜２４の構成例を示す模式的な断面図である。振動膜１０の上に下部電極２２が形成されており、下部電極２２の上に圧電体膜２４が形成されており、圧電体膜２４の上に上部電極２１が形成されている。下部電極２２は、たとえば、Ｔｉ膜を下層としＰｔ膜を上層とするＰｔ／Ｔｉ積層膜からなる。上部電極２１は、たとえば、ＩｒＯ２膜を下層としＩｒ膜を上層とするＩｒ／ＩｒＯ２積層膜からなる。
【0075】
圧電体膜２４は、下部電極２２の表面に形成された密着層７１と、密着層７１の上に形成されたシード層７２と、シード層７２上に積層された複数の本焼成単位のＰＺＴ層７３とを含む。「本焼成単位のＰＺＴ層」とは、ＰＺＴを含む前駆体溶液の塗布膜をゲル化させて形成されるゲル化膜を１または複数枚積層した後に熱処理して本焼成させる本焼成工程を行って形成されるＰＺＴ層である。ゲル化膜を形成するゲル化膜形成工程は、ＰＺＴを含む前駆体溶液を塗布して塗布膜を形成する塗布工程と、その塗布膜を乾燥させる乾燥工程と、乾燥工程後の塗布膜をゲル化させる仮焼成工程とを含む。このゲル化膜形成工程を１または複数回行った後に本焼成を行うことにより、本焼成単位のＰＺＴ層７３が形成される。つまり、本焼成単位のＰＺＴ層７３はゾルゲル法によって形成される。
【0076】
前駆体溶液には、ＰＺＴのほかに、溶媒が含まれる。塗布工程では、たとえば、前駆体溶液がスピンコートされる。乾燥工程は、たとえば１４０℃の温度環境下で行われる。乾燥工程は、自然乾燥でもよい。仮焼成工程では、乾燥工程後の塗布膜に対して、たとえば、鉛の融点（３２７．５℃）未満の温度（たとえば３００℃）の熱処理が行われてもよい。本焼成工程は、ゲル化した塗布膜に対して、たとえば７００℃の熱処理が施される。本焼成工程は、ＲＴＡ(Rapid Thermal Annealing)で行ってもよい。
【0077】
密着層７１は、圧電体膜２４と下部電極２２との密着性を高めるために設けられる層である。密着層７１は、たとえば、ＴｉＯ層からなる。ＴｉＯ層は、たとえば、ゾルゲル法、スパッタ法等で形成することができる。シード層７２は、ＰＺＴの結晶性および密着性を向上するために設けられる層であり、たとえば、ＰＺＴからなるＰＺＴシード層またはＴｉＯからなるＴｉＯシード層で構成される。シード層７２は、スパッタ法で形成されることが好ましいが、ゾルゲル法で形成されてもよい。スパッタ法で形成される場合には、形成時に下部電極２２の近傍に電界が生じているので、分極状態で結晶が成長し、配向方向が揃ったシード層７２が得られる。この場合、シード層７２は、下部電極２２の法線方向に柱状に成長した結晶粒で構成された柱状組織層となる。ゾルゲル法によるときには、前駆体溶液の塗布、塗布膜の乾燥、乾燥後の塗布膜の加熱によるゲル化を順に行って１枚のゲル化した塗布膜を形成し、その塗布膜を本焼成してシード層７２が形成される。シード層７２の厚みは、たとえば、５ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。
【0078】
この実施形態では、スパッタ法でシード層７２（たとえばＰＺＴシード層）が形成され、そのシード層７２の上に、ゾルゲル法を複数回繰り返すことによって、複数の本焼成単位のＰＺＴ層７３が順に積層される。スパッタ法で形成されたシード層は柱状組織層７５をなし、ゾルゲル法で形成された本焼成単位のＰＺＴ層７３は非晶質組織層７６をなす。このようにして形成された圧電体膜２４は、柱状組織層７５からなるシード層７２と、そのシード層７２に接して積層され、圧電材料の非晶質組織層７６を構成する複数の本焼成単位のＰＺＴ層７３とを含む。柱状組織層７５は、結晶の配向が揃っている。非晶質組織層７６は、緻密な膜質を有し、耐圧に優れている。そして、非晶質組織層７６は、柱状組織層７５に接して積層されているので、柱状組織層７５の配向に倣う。したがって、柱状組織層７５および非晶質組織層７６を積層した圧電体膜２４は、配向性および耐圧のいずれもが優れている。これにより配向性および耐圧に優れた圧電体膜２４を有する圧電素子２０によって駆動されるインクジェットヘッド１を提供できる。
【0079】
柱状組織層７５が＜１００＞配向であるとき、非晶質組織層７６もその配向の傾向の強い層となる。この場合、圧電体膜２４は、電圧印加時の逆圧電効果による変位が大きく、また変形時の圧電効果による起電力が大きい性質を有する。一方、柱状組織層７５が＜１１１＞配向であるとき、非晶質組織層７６もその配向の傾向の強い層となる。この場合、圧電体膜２４は、電圧印加時の圧電効果による変位の大きさを制御しやすく、また変形時の圧電効果による起電力が安定する性質を有する。
【0080】
そこで、所要の特性に応じて柱状組織層７５の配向を制御することにより、優れた特性のインクジェットヘッド１を実現できる。たとえば、柱状組織層７５が＜１００＞配向であるとき、振動膜１０の変位を大きくすることができるから、駆動性能の優れたインクジェットヘッド１を提供できる。また、柱状組織層が＜１１１＞配向であるとき、電圧印加時の圧電効果による変位の大きさを制御しやすいので、制御性の優れたインクジェットヘッド１を提供できる。
【0081】
柱状組織層７５は、前述のとおり、スパッタ法によって成膜することができ、それにより、配向制御性の高い柱状組織層７５を形成できる。そして、圧電材料を分極状態で成膜することにより、配向性御性の高い柱状組織層７５を形成することができる。より具体的には、電界を印加した状態でスパッタ法によって圧電材料を成膜することによって、配向の揃った柱状組織層７５を形成できる。非晶質組織層７６は、前述のとおり、ゾルゲル法によって形成することができ、それによって、緻密で耐圧の高い非晶質組織層７６を形成できる。
【0082】
柱状組織層７５および非晶質組織層７６を同種の圧電材料（たとえばＰＺＴ）で構成すれば、非晶質組織層７６の配向をより厳密に制御することができるので、配向性および耐圧に優れた圧電体膜２４を提供できる。このような圧電体膜２４は、インクジェットヘッド１以外の圧電アクチュエータや、マイクロホンおよび超音波センサに代表される圧電センサにも適用することができる。すなわち、圧電アクチュエータでは、上部電極２１および下部電極２２の間に駆動電圧を印加することにより、逆圧電効果によって圧電体膜２４を変形させることができる。また、圧電センサでは、外力によって圧電体膜２４を変形させることにより、圧電効果によって、上部電極２１および下部電極２２の間に電圧を生じさせることができる。所要の特性に応じて柱状組織層７５の配向を制御することにより、優れた特性の圧電アクチュエータまたは圧電センサを実現できる。たとえば、柱状組織層７５が＜１００＞配向であるとき、圧電体膜２４は、電圧印加時の逆圧電効果による変位が大きく、また変形時の圧電効果による起電力が大きい性質を有する。したがって、駆動性能の優れ圧電アクチュエータや、感度の高い圧電センサを実現できる。また、柱状組織層７５が＜１１１＞配向であるとき、圧電体膜２４は、電圧印加時の圧電効果による変位の大きさを制御しやすく、また変形時の圧電効果による起電力が安定する性質を有する。したがって、制御性の優れた圧電アクチュエータや、出力の安定した圧電センサを実現できる。
【0083】
図９Ａおよび図９Ｂは、シード層７２のパターンについての特徴を説明するための図解的な平面図である。シード層７２は、下部電極２２の表面全域に形成されていてもよいが、図９Ａおよび図９Ｂに例示するように、局所的にシード層７２（明瞭化のために斜線を付して示す）を形成してもよい。すなわち、下地層としての下部電極２２（とくに主電極部２２Ａ）上に設定したシード形成領域８１にシード層７２が形成され、下部電極２２上に設定したシード非形成領域８２にはシード層７２が形成されていなくてもよい。そして、圧電材料層が、シード形成領域８１およびシード非形成領域８２に跨がって形成されていてもよい。
【0084】
シード層７２に接して形成された圧電材料と、シード層７２に接することなく下地層（下部電極２２）に接して形成された圧電材料とでは、配向が異なり、それに応じて特性が異なる。そこで、シード層７２が形成されたシード形成領域８１と、シード層７２が形成されていないシード非形成領域８２とを設け、それらの領域に跨がるように圧電材料層を形成すると、中間的な性質の圧電体膜２４を得ることができる。よって、シード形成領域８１とシード非形成領域８２との面積割合や、配置パターンを様々に定めることによって、様々な性質の圧電体膜２４を得ることができる。したがって、用途に応じて特性を制御した圧電体膜２４を提供できる。
【0085】
圧電体膜２４は、シード形成領域８１に形成され第１方向に配向した第１配向領域と、シード非形成領域８２に形成され第２方向に配向した第２配向領域とを含むことになる。第１配向領域および第２配向領域は、それらの配向方向に応じた異なる性質を有している。したがって、シード形成領域８１およびシード非形成領域８２の面積割合、配置パターン等に応じて、種々の性質の圧電体膜２４を提供できる。
【0086】
シード形成領域８１の圧電体材料層の配向方向（第１方向）は、たとえば、＜１００＞である。また、シード非形成領域８２の圧電体材料層の配向方向（第２方向）は、たとえば、＜１１１＞である。より具体的には、下部電極２２の表面にＰｔ層があると、その配向の影響を受けて＜１１１＞配向の圧電材料層が形成される。＜１００＞配向の圧電材料層は、逆圧電効果が大きい。したがって、圧電素子２０に適用すると大きな変位特性が得られ、インクジェットヘッド１の吐出量を増大できる。一方、＜１１１＞配向の圧電材料層は圧電性能が安定している。したがって、圧電素子２０に適用すると安定した駆動性能が得られるから、インクジェットヘッド１の吐出量を精度良く安定に制御できる。そこで、それらの配向の圧電材料層の領域を混在させることによって、所要の特性に応じて、圧電性能の安定性および強弱を両立させることができる。すなわち、必要な制御精度および必要な変位に応じて第１配向領域および第２配向領域の面積割合、配置パターンを設定することにより、所要の駆動性能のインクジェットヘッド１を提供できる。
【0087】
図９Ａおよび図９Ｂの例では、シード形成領域８１およびシード非形成領域８２が、合計で３個以上の分離された領域を含む。そして、シード形成領域８１およびシード非形成領域８２が下部電極２２（主電極部２２Ａ）上に交互に配置されている。このように、シード形成領域８１およびシード非形成領域８２が交互に配置されているので、圧電材料層は、中間的な性質を持ちやすくなる。これにより、特性制御性の高い圧電体膜２４を提供できる。
【0088】
図９Ａの例では、シード形成領域８１およびシード非形成領域８２が、ストライプ状に交互に配置されている。それにより、配向の混在度合いが高まるから、さらに、特性制御性の高い圧電体膜２４を提供できる。より具体的には、図９Ａの例では、シード形成領域８１およびシード非形成領域８２がそれぞれ矩形に形成されており、隣接する矩形の一辺同士を重ね合わせて交互に配置されている。そして、複数のシード形成領域８１および複数のシード非形成領域８２が、全体として、下部電極２２の主電極部２２Ａに対応した矩形の領域を形成している。このように、矩形のシード形成領域８１および矩形のシード非形成領域８２が交互に揃えて配置されることにより、特性制御性の高い矩形の圧電体膜２４を提供できる。
【0089】
図９Ｂの例では、環状のシード形成領域８１と、環状のシード形成領域８１の内側または外側に配置された環状のシード非形成領域８２とが設けられている。環状のシード形成領域８１および環状のシード非形成領域８２が互いの内側または外側に配置されることにより、それぞれの配向に応じた特性の中間的な特性が得やすくなる。それにより、特性制御性の高い圧電体膜２４を提供できる。
【0090】
また、環状のシード形成領域８１を有することにより、シード層７２の影響を受けた配向に応じた特性の影響を圧電体膜２４の広い範囲に及ぼすことができ、それにより、特性制御性の高い圧電体膜２４を提供できる。また、同様に、環状のシード非形成領域８２を有することにより、下地層（下部電極２２）の影響を直接受けた配向に応じた特性の影響を圧電体膜２４の広い範囲に及ぼすことができ、それにより、特性制御性の高い圧電体膜２４を提供できる。
【0091】
図９Ａおよび図９Ｂの各パターンのシード層は、スパッタ法によって形成されてもよいし、ゾルゲル法によって形成されてもよい。シード層７２は、圧電材料（たとえばＰＺＴ）で形成されることが好ましい。図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃおよび図１０Ｄは、錘の配置に関する変形例を示す。
図１０Ａの構成では、上部電極２１が保護膜１９で覆われており、その保護膜１９上に錘６５が配置されている。保護膜１９は、この例では、水素バリア膜１２および絶縁膜１３の積層膜である。錘６５は、金属膜で構成されていてもよい。錘６５は、キャビティ６の短手方向に関して中間付近の位置に配置され、キャビティ６の長手方向に沿って延びている。そして、錘６５は、キャビティ６の短手方向の幅よりも短い幅（好ましくは、キャビティ６の幅の２分の１程度の幅）を有する帯状に形成されている。したがって、錘６５と振動膜１０の側縁との間には、振動膜１０の変位を阻害しないように充分な間隔が確保されている。また、錘６５は、キャビティ６の長手方向に関してキャビティ６の長さよりも短く、錘６５の両端とキャビティ６の両端との間には、振動膜１０の変位を阻害しないように充分な間隔が確保されている。よって、錘６５によって振動膜１０の変位が大きく拘束されるおそれはない。
【0092】
この構成では、錘６５は、上部電極２１の上に配置されているので、上部電極２１および錘６５の配置を独立に定めることができる。それにより、圧電体膜２４に対して効果的に駆動電圧を印加でき、かつ優れた駆動性能を実現するための錘６５の配置を決定できる。これにより、駆動性能に優れたインクジェットヘッド１を実現できる。また、上部電極２１と錘６５との間に保護膜１９が配置されているので、保護膜１９で上部電極２１を保護しながら、その上に錘６５を配置できる。
【0093】
図１０Ｂの構成では、錘６５が上部電極２１と同じレイヤに配置されている。錘６５は、上部電極２１と同じ材料（金属材料）からなり、上部電極２１よりも厚い膜で構成されている。錘６５は、平面視において、キャビティ６の中央付近に配置されており、上部電極２１は、錘６５を取り囲む環状（四角環状）の形態を有している。上部電極２１と錘６５との間には隙間が開けられており、それらは互いに離隔している。
【0094】
この構成では、上部電極２１と同じレイヤに錘６５が配置されているので、上部電極２１と錘６５とに同じ材料を用い、それらの少なくとも一部を同時に形成することができる。そして、錘６５の膜厚を上部電極２１よりも大きくすることによって、振動膜１０の中央付近の慣性質量が局所的に大きくなっている。これにより、製造工程を大きく改変することなく、駆動性能に優れたインクジェットヘッド１を実現できる。また、環状の上部電極２１が錘６５を取り囲む形態であるので、錘６５を振動膜１０の中央付近に配置しやすい。それによって、振動膜１０の変位を大きくできる。また、上部電極２１は、振動膜１０の中央を取り囲む環状の形態であるので、圧電素子２０を効率良く駆動できる。こうして、優れた駆動性能のインクジェットヘッド１を実現できる図１０Ｂには上部電極２１と錘６５とが分離されている構造を示したが、図１０Ｃに示すように、上部電極２１と錘６５とが繋がって、一体化していてもよい。この場合、上部電極２１と錘６５とは同電位となり、錘６５を介して圧電体膜２４に駆動電圧を印加できる。すなわち、錘６５が上部電極２１としての機能を兼ね備えている。これにより、圧電体膜２４の広い範囲に駆動電圧を印加でき、かつ錘６５による振動膜１０の変位を大きくできるから、駆動性能に優れたインクジェットヘッド１を実現できる。
【0095】
図１０Ｄに示す構成では、上部電極２１と同一レイヤに形成された錘６５から、上部電極２１を横切る引き出し電極６６が形成されている。上部電極２１は、引き出し電極６６を挟んで離隔した両端を有する馬蹄形に形成されている。上部電極２１と錘６５との間、および上部電極２１と引き出し電極６６との間には、隙間が形成されており、それらは離隔している。
【0096】
この構成では、錘６５を振動膜１０の中央付近に配置しやすく、かつ上部電極２１は圧電体膜２４に対して効果的に駆動電圧を印加できるので、駆動性能に優れたインクジェットヘッド１を実現できる。また、錘６５から引き出された引き出し電極６６が上部電極２１と接していないので、錘６５および上部電極２１に対して独立して電圧を印加することができる。それによって、駆動性能を一層向上する駆動方法を採用できる。
【0097】
錘を利用した圧電装置は、インクジェットヘッドに限らない。すなわち、圧電装置は、振動膜と、振動膜上に配置された圧電素子と、前記振動膜の中央付近の慣性質量を局所的に増加させるように配置された錘とを含むことができる。このような圧電装置は、圧電装置は、圧電アクチュエータ、または圧電センサであり得る。インクジェットヘッドは圧電アクチュエータの一種である。
【0098】
圧電アクチュエータにおいては、圧電素子に駆動電圧が印加されると、逆圧電効果によって圧電素子が変形し、それに応じて振動膜が変位する。錘は、振動膜の中央部の慣性質量を局所的に増加させるように配置されているので、振動膜の変位を大きくすることができる。それにより、駆動性能に優れた圧電アクチュエータを実現できる。圧電センサにおいては、振動膜が変位すると、圧電効果によって、圧電素子に電圧が生じる。錘は、振動膜の中央部の慣性質量を局所的に増加させるように配置されているので、振動膜の変位を大きくすることができる。それにより、大きな電圧が圧電素子に生じるので、検出性能（とくに感度）に優れた圧電センサを実現できる。圧電センサとしては、マイクロホンや超音波センサを例示できる。
【0099】
図１１Ａ〜図１１Ｉは、圧電体膜２４の変位の起点部に関する変形例を示す。図１１Ａの構成では、上部電極２１の両端部近傍に起点部としての一対のドット状の凹部８５がそれぞれ形成されている。凹部８５は、上部電極２１を貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。凹部８５は、屈曲部の一例であり、上部電極２１、下部電極２２および圧電体膜２４の積層方向への窪み形状である。また、凹部８５においては、上部電極２１の少なくとも一部が除去されているので、凹部８５は、圧電素子２０の他の部分に比較して脆弱な脆弱部である。凹部８５は、圧電素子２０の周縁よりも内方の領域に配置され、かつ圧電素子２０の周縁から分離されている。この例では、凹部８５は、矩形のドット状であるが、その他の多角形、円形、楕円形等の他の形状のドット状としてもよい。
【0100】
この構成によれば、起点部としての凹部８５が圧電素子２０の周縁よりも内方の領域に配置され、圧電素子２０の周縁から分離されていることで、圧電体膜２４の変位がその全体に伝搬しやすい。そのため、応答性の高いインクジェットヘッド１を提供でき、それに応じて、動作制御性の高いインクジェットヘッド１を実現できる。また、上部電極２１の加工によって起点部としての凹部８５を設けることができるので、容易な製造工程で、動作制御性の高いインクジェットヘッド１を実現できる。そして、圧電体膜２４の変位は起点部としての凹部８５から始まるので、駆動電圧に対応した安定した応答性および安定した変位量が得られる。これにより、安定で正確な動作制御が可能なインクジェットヘッド１を提供できる。また、圧電体膜２４の変位をキャビティ６の両端部近傍から開始させることができるので、動作制御性のみならず、駆動電圧に対する応答性にも優れたインクジェットヘッド１を提供できる。
【0101】
図１１Ｂの構成においては、上部電極２１に形成された凹部である溝８６によって起点部が構成されている。溝８６は、上部電極２１を膜厚方向に貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。溝８６は、キャビティ６の長手方向両端部の近傍に設けられており、積層方向への窪み形状であって、圧電素子２０の他の部分に比較して脆弱な脆弱部を提供している。溝８６は、キャビティ６の短手方向に沿って、すなわち、圧電素子２０の周縁に沿って延びており、上部電極２１の全幅に及んでいる。それにより、溝８６は、圧電素子２０の内方の領域から圧電素子２０の周縁に向かって延びて、圧電素子２０の周縁と接している。したがって、溝８６は、圧電素子２０の周縁に連続する領域の加工によって形成されている。この例では、溝８６は、直線状に形成されているが、折れ線状または曲線状としてもよい。
【0102】
この構成によれば、起点部としての溝８６が圧電素子２０の周縁よりも内方の領域から圧電素子２０の周縁に向かって延びて、圧電素子２０の周縁に接している。起点部としての溝８６が圧電素子２０の周縁に接していることで、圧電体膜２４の変位が始まりやすい。それにより応答性の高い圧電素子２０を提供でき、それに応じて、動作制御性の高いインクジェットヘッド１を実現できる。また、起点部としての溝８６が圧電素子２０の周縁に沿って延びているので、圧電体膜２４の変位を広い範囲で確実に開始させることができ、それに応じて、動作制御性の高いインクジェットヘッド１を実現できる。
【0103】
図１１Ｃの構成では、上部電極２１の長手方向に沿う両側縁において、キャビティ６の両端部の近傍の位置にノッチ８７が形成されている。ノッチ８７は、平面視において屈曲した屈曲形状を呈しており、上部電極２１の内方に向かって窪んだ窪み形状の一例である。具体的には、ノッチ８７は、上部電極２１および圧電体膜２４の積層方向と交差する方向（直交する方向）に沿った窪み形状である。ノッチ８７は、上部電極２１を膜厚方向に貫通していてもよいし貫通していなくてもよい。ノッチ８７は、圧電素子２０の他の部分に比較して脆弱な脆弱部を提供している。ノッチ８７は、圧電素子２０の周縁と接しており、圧電素子２０の周縁に連続する領域の加工によって形成されている。
【0104】
ノッチ８７は、圧電素子２０に駆動電圧が印加されたときに、変位が開始される起点部を提供する。したがって、動作制御が容易で、かつ精度の高い動作が可能なインクジェットヘッド１を提供できる。また、起点部としてのノッチ８７が圧電素子２０の周縁に接していることで、圧電体膜２４の変位が始まりやすい。それにより応答性の高い圧電素子２０を提供でき、それに応じて、動作制御性の高いインクジェットヘッド１を提供できる。そして、圧電素子２０の周縁（より具体的には上部電極２１の周縁）を加工するときに同時にノッチ８７を形成できるので、製造工程を増やすことなく、動作制御性の高い圧電素子２０を実現できる。また、圧電体膜２４の変位を、キャビティ６の両端部近傍から開始させることができるので、動作制御性のみならず、駆動電圧に対する応答性にも優れたインクジェットヘッド１を提供できる。
【0105】
図１１Ｄの構成では、上部電極２１に形成された凹部である一対の溝８８によって起点部が構成されている。溝８８は、上部電極２１を膜厚方向に貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。溝８８は、キャビティ６の長手方向に沿う両側縁に沿って、すなわち圧電素子２０の周縁に沿って、その両側縁の近傍にそれぞれ設けられている。溝８８は、上部電極２１および圧電体膜２４の積層方向への窪み形状であって、圧電素子２０の他の部分に比較して脆弱な脆弱部を提供している。溝８８は、キャビティ６の短手方向に沿って、上部電極２１の側縁から間隔を開けて配置されている。溝８８は、上部電極２１の長手方向の一端部近傍から他端部近傍まで直線状に連続して延びている。それらの両端は、上部電極２１の両端から間隔を開けて配置されている。したがって、溝８８は、圧電素子２０の周縁から分離されている。溝８８がキャビティ６の長手方向に沿って延びていることにより、駆動電圧印加に応答して、広い範囲で圧電体膜２４の変位が始まる。それにより、動作制御性のみならず、駆動電圧に対する応答性にも優れたインクジェットヘッド１を提供できる。溝８８は、直線形状以外にも、折れ線形状または曲線形状とすることもできる。
【0106】
図１１Ｅの構成は、図１１Ｄの構成と類似しているが、キャビティ６の長手方向に沿って直線状に延びた溝８９が不連続になっている点が異なる。この構成でも、図１１Ｄの構成と同様な効果が得られる。図１１Ｄおよび図１１Ｅの構成において、溝８８，８９は、上部電極２１の一端から他端まで延びていて、圧電素子２０の周縁と接していてもよい。ただし、この場合、図１１Ｄに示す連続形状の溝８８の底部には、少なくとも一部に上部電極２１を残し、溝８８の内側と外側とで上部電極２１が分離しないようにすることが好ましい。
【0107】
図１１Ｆの構成では、上部電極２１に圧電素子２０の周縁に沿って延びる環状の溝９０が形成されている。この例では、上部電極２１が矩形形状であるので、矩形環状の溝９０が形成されている。溝９０は、キャビティ６の長手方向に沿って延びる一対の長辺部９１と、キャビティ６の短手方向に沿って延びる一対の短辺部９２とを含む。長辺部９１は、上部電極２１の側縁（すなわち圧電素子２０の周縁）の近傍に当該側縁から間隔を開けて配置されている。短辺部９２は、上部電極２１両端縁（すなわち圧電素子２０の周縁）の近傍に当該端縁から間隔を開けて配置されている。したがって、環状の溝９０は、圧電素子２０の周縁には接していない。環状の溝９０の内側および外側において上部電極２１が分離されないように、溝９０の底部には、少なくとも一部に上部電極２１を残すことが好ましい。
【0108】
図１１Ｇの構成は、図１１Ｆの構成と類似しているが、環状の溝９３が不連続になっている点が異なる。この構成の場合には、溝９３はすべての部分において上部電極２１を貫通していてもよい。図１１Ｈの構成では、矩形の上部電極２１の四隅にほぼ円弧形状の凹部９４が形成されている。凹部は、上部電極２１を貫通していてもよく、貫通していなくてもよい。凹部は、上部電極２１の角部に向かって膨らむ円弧形状を有している。凹部は、キャビティ６の長手方向両端部の近傍に置いて、キャビティ６の短手方向両端部の近傍にそれぞれ配置されている。凹部は、圧電素子２０の周縁から分離して形成されている。この構成によっても、圧電素子２０に駆動電圧を印加したときに、凹部を変位の起点として圧電体膜２４および振動膜１０の変形が始まる。それにより、安定で応答性の高いインクジェットヘッド１を実現できる。
【0109】
図１１Ｉの構成は、図２〜図５に示した構成と類似している。図２〜図５の構成では、圧電体膜２４の周縁部に環状の薄膜部２６が設けられている。これに対して、図１１Ｉの構成では、圧電体膜２４の長手方向に沿う両側部に沿って一対の薄膜部９６が設けられている。薄膜部９６は、圧電体膜２４の長手方向一端から他端に至る全長に渡って形成されている。そして、薄膜部９６は、圧電体膜２４の長手方向両端部においては、短手方向両端部にのみ形成されており、それらの間には厚膜部９５が存在している。薄膜部９６は、圧電素子２０の周縁に接している。
【0110】
圧電素子に変位の起点となる特異形状（たとえば屈曲形状）の起点部を設ける特徴は、インクジェットヘッド１のみならず、圧電スピーカ等の他の形態の圧電アクチュエータにも適用でき、さらには圧電センサにも適用できる。圧電センサにおいては、圧電体膜に外力が加わると、圧電効果によって、上部電極と下部電極との間に電圧が生じる。外力が加わるとき、圧電体膜の変形（変位）が起点部から始まることを保証できるので、複数の圧電素子、および複数回の外力に対して、圧電体膜の変形（変位）が同様に生じる。それによって、検出感度が安定し、精度の高い動作が可能になる。圧電センサの例は、マイクロホン、超音波センサなどである。
【0111】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、上部電極２１（第１電極）および下部電極２２（第２電極）に加えて第３電極を設ける特徴に関する変形例を示す。図１２Ａの構成では、上部電極２１と同一レイヤに、動作監視電極１００が配置されている。動作監視電極１００は、上部電極２１に形成されたノッチ部１０１に入り込んでおり、圧電体膜２４を介して下部電極２２に対向している。また、動作監視電極１００は、キャビティ６に対向している。動作監視電極１００は、直線状に形成されており、ただ一つの端子部１０２を有している。端子部１０２は、ノッチ部１０１外に配置されている。ノッチ部１０１は、この例では、上部電極２１の端縁の中間位置からキャビティ６の長手方向に直線状に細長く延びた形状を有している。動作監視電極１００は、ノッチ部１０１の形状に対応するように、少なくともノッチ部１０１内では直線状に延びている。動作監視電極１００は、ノッチ部１０１の周縁から間隔を開けて配置されており、したがって、上部電極２１から電気的に分離されている。
【0112】
上部電極２１と下部電極２２との間に駆動電圧を印加したときに圧電体膜２４が変形すると、その変形によって生じた起電力が動作監視電極１００と下部電極２２との間に生じる。したがって、動作監視電極１００と下部電極２２との間の電位差を検出する検出回路を設けることにより、圧電体膜２４の作動状態を監視することができる。図１２Ｂの構成では、上部電極２１および下部電極２２の間において、第３電極としての中間電極１０３が圧電体膜２４に接している。より具体的には、圧電体膜２４の膜厚中間位置に中間電極１０３が配置されている。中間電極１０３は、上部電極２１および下部電極２２と平行であり、圧電体膜２４を挟んで上部電極２１および下部電極２２に対向している。中間電極１０３は、このように、圧電体膜２４中に埋め込まれているので、この中間電極１０３を用いることにより、圧電体膜２４の状態をより正確に監視することができる。
【0113】
また、中間電極１０３と下部電極２２との間、および中間電極１０３と上部電極２１との間に、それぞれ圧電体膜２４が介在しているので、中間電極１０３と上部電極２１との間、および／または中間電極１０３と下部電極２２との間に駆動電圧を印加することで、圧電体膜２４の変形を生じさせることができる。したがって、多数の動作モードでの動作が可能なインクジェットヘッド１を提供できる。たとえば、上部電極２１および下部電極２２をグランド電位とし、中間電極１０３に駆動電圧を印加することにより、圧電素子２０を駆動してもよい。
【0114】
上部電極（第１電極）および下部電極（第２電極）のほかに第３電極を備える特徴は、インクジェットヘッドのような圧電アクチュエータだけでなく、マイクロホンや超音波センサのような圧電センサにも適用できる。たとえば、図６や図１２Ａに示す構成を圧電センサに適用するならば、圧電体膜２４に外力を生じたときに、上部電極２１および下部電極２２からの検出出力信号に加えて、第３電極２３（動作監視電極）からの検出信号を検出することで、圧電体膜２４に加えられた外力をより詳細に検出することもできる。換言すれば、多数の検出モードを有する圧電センサを提供できる。また。図１２Ｂに示す構成を圧電センサに適用するならば、圧電体膜２４に外力が加わったときに、上部電極２１または下部電極２２と中間電極１０３との間に起電力が生じるから、多数の検出モードを有する圧電センサを提供できる。
【0115】
図１３Ａ〜図１３Ｄは、キャビティ６の形状に関連する変形例を示す。図１３Ａに示す構成では、アクチュエータ基板２の内壁面６２が、キャビティ６の外方に窪む窪み部６２Ｃを有している。窪み部６２Ｃは、振動膜１０のキャビティ６側の表面に交差する断面において鈍角をなす谷部を形成している。窪み部６２Ｃの上方側（アクチュエータ基板２側）には第１の平坦面部６２Ｄの下縁が連なっている。第１の平坦面部６２Ｄは、振動膜１０と平行な方向および振動膜１０の法線方向のいずれに対しても傾斜している。第１の平坦面部６２Ｄの上縁は、曲面部６２Ａに連なっている。窪み部６２Ｃの下方側（ノズル基板３側）には、第２の平坦面部６２Ｅが窪み部６２Ｃに連なっている。第２の平坦面部６２Ｅは、振動膜１０と平行な方向および振動膜１０の法線方向のいずれに対しても傾斜している。第１の平坦面部６２Ｄは、曲面部６２Ａから窪み部６２Ｃに向かってキャビティ６の外方に向けて傾斜している。第２の平坦面部６２Ｅは、ノズル基板３から窪み部６２Ｃに向かってキャビティ６の外方に向けて傾斜している。第１の平坦面部６２Ｄが含まれる平面と第２の平坦面部６２Ｅが含まれる平面とは、振動膜１０の前記キャビティ６側の表面に交差する断面において鈍角を形成する。すなわち、窪み部６２Ｃは、断面において、鈍角を形成している。
【0116】
この構成では、窪み部６２Ｃが鈍角の谷部を形成していることにより、窪み部６２Ｃでの気泡の捕獲を抑制または防止できる。それによって、インク吐出制御性能を向上できる。また、第１平坦面部６２Ｄおよび第２平坦面部６２Ｅを有する内壁面６２の形成は容易であり、かつそれらの交差部（窪み部）は鈍角を形成しているので、それらの交差部での気泡溜まりを抑制または防止できる。これにより、製造工程が容易で、かつインク吐出制御性能を向上したインクジェットヘッド１を提供できる。
【0117】
図１３Ｂに示す構成は、図１３Ａの構成と類似しているが、窪み部６２Ｃに角がなく、その内面が湾曲面となっている点が異なる。窪み部６２Ｃが湾曲面を形成していることにより、窪み部６２Ｃでの気泡の捕獲をさらに効果的に抑制または防止できる。それによって、インク吐出制御性能を向上できる。図１３Ｃに示す構成では、振動膜１０の下面に接する曲面部６２Ａが、アクチュエータ基板２の一方表面から他方表面にまで連続している。これにより、キャビティ６の内壁面に気泡溜まりが生じることを抑制または防止できる。しかも、曲面部６２Ａがノズル基板３にも接しているので、キャビティ６の内壁面６２とノズル基板３との境界部においても気泡の捕獲が生じ難い。したがって、インク吐出制御性能を一層向上したインクジェットヘッド１を実現できる。曲面部６２Ａは、キャビティ６の内壁面６２とノズル基板３との境界の全周に渡っていることが好ましい。これにより、気泡溜まりをより確実に抑制できる。
【0118】
図１３Ｄに示す構成では、キャビティ６の内壁面６２は、ノズル基板３側に、外側に湾曲して広がる曲面部６２Ｆを有している。この曲面部６２Ｆの下縁はノズル基板３に接している。この構成によれば、ノズル基板３側においてもキャビティ６の内壁面６２が曲面部６２Ｆを有しているので、ノズル基板３と内壁面６２との交差部における気泡溜まりを抑制または防止できる。それにより、インク吐出制御性能を向上したインクジェットヘッド１を提供できる。曲面部６２Ｆは、キャビティ６の内壁面６２とノズル基板３との境界の全周に渡っていることが好ましい。これにより、キャビティ６内壁面とノズル基板３との交差部における気泡溜まりをより効果的に抑制または防止でき、それに応じて、インク吐出制御性能を向上できる。振動膜１０をノズル基板３よりも上に配置する場合には、気泡溜まりは振動膜１０側で生じるので、ノズル基板３側での気泡の捕獲はあまり考慮しなくてもよい。
【0119】
図１４Ａおよび図１４Ｂは、キャビティ６毎の振動膜１０の分離の特徴に関する変形例を示す。図１４Ａに示すように、キャビティ６間の振動膜１０を分離する分離溝６０は、不連続パターンの溝であってもよい。このような不連続パターンの溝であっても、各キャビティ６に対応した振動膜１０に対する周囲からの拘束を少なくすることができる。
【0120】
図１４Ｂに示すように、分離溝６０は、隣接する一対のキャビティ６を区画する区画壁６１からさらに延びて、キャビティ６を取り囲むパターンに形成してもよい。これにより、振動膜１０に対する周囲からの拘束を一層少なくすることができるので、振動膜１０および区画壁の変位をより大きくすることができる。図１４Ｂの例では、分離溝６０は、キャビティ６の側縁に沿って延びた側縁分離溝６０ａと、キャビティ６の端縁に沿って延びた端縁分離溝６０ｂとを含む。側縁分離溝６０ａの両端に端縁分離溝６０ｂがそれぞれ連なっている。側縁分離溝６０ａおよび／または端縁分離溝６０ｂは、不連続パターンの溝であってもよい。
【0121】
図１５Ａ、図１５Ｂおよび図１５Ｃは、駆動ＩＣ５の配置の特徴に関する変形例を示す。図１５Ａの構成では、駆動ＩＣ５は、圧電素子２０を覆うようにアクチュエータ基板２の表面に実装されている。駆動ＩＣ５は、したがって、圧電素子２０を保護するための保護基板としての役割を兼ねている。これにより、圧電素子２０を保護するための保護基板を別途配置する必要がない。そのうえ、アクチュエータ基板２上において圧電素子２０と重なり合うように駆動ＩＣ５を実装できるので、インクジェットヘッド１を一層小型化することができる。
【0122】
駆動ＩＣ５は、アクチュエータ基板２の表面に対向する第１表面５ａ（対向面）に形成された凹部５ｃを有している。凹部５ｃに、圧電素子２０が収容されている。これにより、圧電素子２０が作動するための作動空間を確保でき、かつ、駆動ＩＣ５の上面（第２表面５ｂ。アクチュエータ基板２とは反対側の表面）の高さを低くすることができる。これにより、圧電素子２０の作動空間を確保しながら、小型のインクジェットヘッド１を実現できる。
【0123】
図１５Ｂに示す構成は、図１５Ａの構成と類似しているが、ＦＰＣ５７が駆動ＩＣ５の上面（第２表面５ｂ）に配置された入力端子５６に直接接合されている。これにより、駆動ＩＣ５の入力端子５６とＦＰＣ５７との間のワイヤボンディングが不要であるので、アクチュエータ基板２上にワイヤボンディングのためのスペースを設けなくてもよい。これにより、インクジェットヘッド１を一層小型化できる。
【0124】
図１５Ｃに示す構成では、駆動ＩＣ５は、アクチュエータ基板２の表面に対向する平坦な対向面を第１表面５ａとして有しており、その第１表面５ａに出力端子を構成するバンプ５３が形成されている。そして、駆動ＩＣ５は、圧電素子２０を覆うように配置されてアクチュエータ基板２上に実装されている。バンプ５３によってアクチュエータ基板２の表面と駆動ＩＣ５の第１表面５ａとの間に間隙７が形成されており、その間隙７に圧電素子２０が配置されて、駆動ＩＣ５の平坦な第１表面５ａに対向している。このように、バンプ５３によって形成された空間が、圧電素子２０の配置およびその動作のための空間として利用されている。これにより、駆動ＩＣ５の第１表面５ａに凹所を形成する必要がないので、製造工程が簡単になる。
【0125】
以上、この発明の実施形態について説明してきたが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、圧電素子に係わる特徴は、インクジェットヘッドだけでなく、電体膜を用いたマイクロホン、圧力センサ、加速度センサ、角速度センサ、超音波センサ、スピーカ、ＩＲセンサ（熱センサ）などにも適用することができる。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【0126】
１ インクジェットヘッド２ アクチュエータ基板
３ ノズル基板
４ 保護基板
６ キャビティ
８ インクタンク
１０ 振動膜
１１ 振動膜形成層
１２ 水素バリア膜
１３ 絶縁膜
１５ 配線
１６ ランド
１９ 保護膜
２０ 圧電素子
２１ 上部電極
２２ 下部電極
２２Ａ 主電極部
２２Ｂ 延長部
２２Ｃ ランド
２３ 動作監視電極
２３ａ，２３ｂ 端子部
２４ 圧電体膜
２５ 厚膜部
２６ 薄膜部
２７ 屈曲部
２８ 段差面
３１ インク吐出通路
３２ 吐出口
３５ ノッチ部
３６ 駆動状態監視回路
４１ 対向面
４２ 収容凹所
４３ インク供給路
４４ インク供給路
４５ インク流通方向
４９ 共通インク通路
５０ インク通路
５１ 半導体基板
５２ 活性領域
５３ バンプ（出力端子）
５４ 保護樹脂層
５５ 貫通ビア
５６ 入力端子
５７ ＦＰＣ
５８ ボンディングワイヤ
６０ 分離溝
６０ａ 側縁分離溝
６０ｂ 端縁分離溝
６１ 区画壁
６２ 内壁面
６２Ａ 曲面部
６２Ｂ 平坦面部
６２Ｃ 窪み部
６２Ｄ 第１の平坦面部
６２Ｅ 第２の平坦面部
６２Ｆ 曲面部
６５ 錘
６６ 引き出し電極
７１ 密着層
７２ シード層
７３ 本焼成単位のＰＺＴ層
７５ 柱状組織層
７６ 非晶質組織層
８１ シード形成領域
８２ シード非形成領域
８５ 凹部
８６ 溝
８７ ノッチ
８８ 溝
８９ 溝
９０ 溝
９３ 溝
９４ 凹部
９５ 厚膜部
９６ 薄膜部
１００ 動作監視電極
１０１ ノッチ部
１０２ 端子部
１０３ 中間電極