圧電アクチュエータの製造方法及び液体移送装置の製造方法
【課題】基材の原子が、圧電層の駆動部分に拡散するのを抑制する、圧電アクチュエータを有する液体移送装置の製造方法を提供する。
【解決手段】インクジェットヘッドを製造するためには、圧力室１０が形成される前のキャビティプレート２１にＡＤ法により振動層４１を形成し、振動層４１の上面に共通電極４３を形成した後、共通電極４３が形成された振動層４１の上面にＡＤ法により圧電層４２を形成する。次に、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０となる貫通孔を形成してから、圧電層４２の上面の圧力室１０と対向する部分に個別電極４４を形成する。次に、キャビティプレート２１、振動層４１、共通電極４３、圧電層４２及び個別電極４４の積層体を８５０℃程度で加熱することによって、圧電層４２に圧電特性を持たせるためのアニールと、個別電極４４及び共通電極４２の焼成とを同時に行う。
【解決手段】インクジェットヘッドを製造するためには、圧力室１０が形成される前のキャビティプレート２１にＡＤ法により振動層４１を形成し、振動層４１の上面に共通電極４３を形成した後、共通電極４３が形成された振動層４１の上面にＡＤ法により圧電層４２を形成する。次に、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０となる貫通孔を形成してから、圧電層４２の上面の圧力室１０と対向する部分に個別電極４４を形成する。次に、キャビティプレート２１、振動層４１、共通電極４３、圧電層４２及び個別電極４４の積層体を８５０℃程度で加熱することによって、圧電層４２に圧電特性を持たせるためのアニールと、個別電極４４及び共通電極４２の焼成とを同時に行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電層を有する圧電アクチュエータ、及び、このような圧電アクチュエータを有する液体移送装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、圧力室内のインクに圧力を付与するための圧電アクチュエータを製造する際に、圧力室を覆うように流路ユニットの上面にステンレス材料等からなる振動板を接合し、その振動板の上面に、拡散防止層となる下部電極を形成し、その上からエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により圧電層を形成している。さらに、ＡＤ法により形成した圧電層に圧電特性を持たせるために圧電層を高温で加熱するアニールを行っている。このとき、圧電層とともに加熱される振動板の構成原子が拡散することになるが、この原子の拡散は拡散防止層としての下部電極で止まり、振動板の構成原子が圧電層まで拡散してしまうのが防止されている。これにより、振動板の構成原子が圧電層に拡散することによって圧電層の圧電特性が低下してしまうのが抑制されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５４４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に記載の圧電アクチュエータにおいては、圧電層の圧力室と対向する部分（駆動部分）が変形することによって圧力室内のインクに圧力を付与する、すなわち、圧電層の圧力室に対向する部分の圧電特性が、圧電アクチュエータの駆動に影響を与える。しかしながら、特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、圧電層の圧力室と対向する部分にステンレス材料等からなる振動板が配置されているので、両者の間に拡散防止層としての下部電極が配置されていたとしても、下部電極により振動板の構成原子の拡散を十分に止めることができず、振動板の構成原子が下部電極を通り抜けて圧電層の圧力室と対向する部分まで拡散してしまい、圧電層のこの部分圧電特性が低下し、その結果圧電アクチュエータを駆動したときの圧電層及び振動板の変形量が低下してしまう虞がある。
【０００５】
本発明の目的は、圧電層及び振動層の変形量が低下してしまうのを極力抑制することが可能な圧電アクチュエータの製造方法、及び、このような圧電アクチュエータを有する液体移送装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、金属又はシリコンからなる基材の一表面に、セラミックス材料からなる振動層を成膜する振動層成膜工程と、前記振動層の前記基材と反対側に、圧電層を成膜する圧電層成膜工程と、前記圧電層成膜工程よりも後に行われる工程であって、前記基材の一部を除去することで、前記基材の前記振動層とは反対側から前記振動層を臨むことのできる貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記圧電層の少なくとも前記貫通孔と対向する部分に電極を形成する電極形成工程と、前記貫通孔形成工程よりも後に行われる工程であって、前記圧電層を加熱する加熱工程とを備えている（請求項１）。
【０００７】
圧電アクチュエータにおいては、電極の電位を変化させることにより、圧電層及び振動層の貫通孔と対向する部分が変形する。一方、圧電層を加熱する際には、圧電層と積層されている基材も加熱されることになり、金属又はシリコンからなる基材は高温で加熱されると、その構成原子が圧電層などに拡散する。そして、基材の構成原子が圧電層の貫通孔と対向する部分（駆動部分）に拡散すると、圧電層のこの駆動部分における圧電特性が低下して、電極の電位を変化させたときの圧電層及び振動層の変形量が低下してしまう。
【０００８】
しかしながら、本発明では、圧電層を加熱する前に、基材に貫通孔を形成しているため、圧電層の貫通孔に対向する部分には、基材の構成原子が拡散しにくい。したがって、圧電層の駆動部分の圧電特性が低下しにくく、電極の電位を変化させたときの圧電層及び振動層の変形量が低下してしまうのを抑制することができる。
【０００９】
また、振動層を十分に変形させるためには、振動層の厚みが大きいほど、基材の面方向に関する貫通孔の長さを大きくする必要があるが、基材の一表面に振動層を成膜する場合には、基材の一表面に振動層となるシートを接合する場合など比較して、振動層の厚みを薄くすることができるため、基材の面方向に関する貫通孔の長さが小さくても、振動層は十分に変形する。したがって、基材の面方向に関する貫通孔の長さを小さくすることが可能となり、圧電アクチュエータにおいて、駆動部分の高集積化が可能となる。
【００１０】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法においては、前記圧電層成膜工程において、前記圧電層はエアロゾルデポジション法によって成膜されることが好ましい（請求項２）。
【００１１】
エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）によって圧電層を成膜した場合には、圧電層に圧電特性を持たせるために、成膜した圧電層を高温で加熱するアニールを行う必要があり、この加熱によって基材の構成原子が拡散してしまうことになる。しかしながら、この場合でも、加熱工程よりも前に基材に貫通孔を形成しているため、圧電層の貫通孔に対向する部分には基材の構成原子が拡散しにくい。したがって、圧電層の駆動部分の圧電特性が低下しにくくなり、電極の電位を変化させたときの圧電層及び振動層の変形量が低下してしまうのを抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法においては、前記振動層成膜工程において、前記振動板はエアロゾルデポジション法によって成膜されることが好ましい(請求項３）。
【００１３】
これによると、ＡＤ法により緻密な構成を有する振動層を高速に成膜することができる。そして、振動層が緻密な構造となることにより、加熱工程において拡散した基材の構成原子が振動層で止まり、圧電層には拡散しにくい。したがって、圧電層の圧電特性が低下してしまうのをさらに効果的に抑制することができる。
【００１４】
また、圧電特性を持たせる必要のある圧電層とは異なり、ＡＤ法により形成した振動層にはアニールを行う必要がなく、ＡＤ法により形成した振動層は、常温で固化する。したがって、振動層を成膜する際に、振動層を高温で加熱する必要がなく、基材の構成原子が振動層の貫通孔に対向する部分に拡散して、その後の加熱工程において振動層の貫通孔に対向する部分に拡散した基材の構成原子がさらに圧電層に拡散することがない。
【００１５】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法においては、前記貫通孔形成工程において、前記貫通孔はエッチングにより形成されることが好ましい（請求項４）。これによると、エッチングにより、金属又はシリコンからなる基材に、貫通孔を容易に形成することができる。
【００１６】
このとき、前記電極形成工程が、前記圧電層の前記振動層と反対側に露出する露出電極を形成する露出電極形成工程を含んでおり、この露出電極形成工程は、前記貫通孔形成工程よりも後に行われることが好ましい（請求項５）。
【００１７】
露出電極は、圧電層の振動層と反対側に露出しているため、エッチングによって貫通孔を形成する場合には、露出電極を形成した後に貫通孔を形成すると、エッチング液によって露出電極が損傷しまう虞がある。また、これを防止するためには、エッチングにより貫通孔を形成する前に、露出電極にマスクをするなど余分な工程が必要となる。しかしながら、本発明では、貫通孔を形成した後に露出電極を形成しているため、上述したようにエッチング液によって露出電極が損傷してしまうことがなく、上述したマスクの処理などが不要となる。なお、本発明の露出電極は、本発明の圧電層における本発明の振動層と反対側に形成されるものであればよく、この条件を満たせば、本発明の構成要素ではない部材等によって被覆され露出していない態様も含むものである。
【００１８】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法においては、前記電極形成工程を、前記加熱工程よりも前に行うことが好ましい（請求項６）。
【００１９】
スクリーン印刷やスパッタ法等によって電極を形成した場合などには、形成した電極を焼成する必要があるが、加熱工程よりも前に電極形成工程を行うことにより、加熱工程において、圧電層の加熱と同時に電極の焼成を行うことができる。
【００２０】
本発明の液体移送装置の製造方法は、金属又はシリコンからなり、圧力室が形成される圧力室プレートの一表面に、セラミックス材料からなる振動層を成膜する振動層成膜工程と、前記振動層の前記圧力室プレートと反対側に、圧電層を成膜する圧電層成膜工程と、前記圧電層成膜工程よりも後に行われる工程であって、前記圧力室プレートの一部を除去することで、前記基材の前記振動板とは反対側から前記振動層を臨むことのできる圧力室を形成する圧力室形成工程と、前記圧電層の少なくとも圧力室と対向する部分に電極を形成する電極形成工程と、前記圧力室形成工程よりも後に行われる工程であって、前記圧電層を加熱する加熱工程とを備えている（請求項７）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明における実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。図１に示すように、プリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３（液体移送装置）、搬送ローラ４などを備えている。キャリッジ２は、走査方向（図１の左右方向）に往復移動する。インクジェットヘッド３は、キャリッジ２の下面に取り付けられており、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動しつつ、その下面に形成された複数のノズル１５（図２参照）からインクを吐出する。搬送ローラ４は記録用紙Ｐを紙送り方向（図１の手前方向）に搬送する。そして、プリンタ１においては、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド３から搬送ローラ４によって紙送り方向に搬送される記録用紙Ｐにインクを吐出することによって記録用紙Ｐに印刷を行う。
【００２３】
次に、インクジェットヘッド３について説明する。図２は図１のインクジェットヘッド３の平面図である。図３は図２の部分拡大図である。図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は図３のＶ−Ｖ線断面図である。図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド３は、圧力室１０を含むインク流路が形成された流路ユニット３１と、圧力室１０内のインクに圧力を付与するための圧電アクチュエータ３２とを備えている。
【００２４】
流路ユニット３１は、キャビティプレート２１（圧力室プレート、基材）、ベースプレート２２、マニホールドプレート２３及びノズルプレート２４の４枚のプレートが互いに積層されることによって構成されている。これら４枚のプレート２１〜２４のうち、ノズルプレート２４を除く３枚のプレート２１〜２３は、ステンレスなどの金属材料からなり、ノズルプレート２４は、ポリイミドなどの合成樹脂からなる。あるいは、ノズルプレート２４も他の３枚のプレート２１〜２３と同様、金属材料により構成されていてもよい。
【００２５】
キャビティプレート２１には、複数の圧力室１０（貫通孔）が形成されている。複数の圧力室１０は、走査方向（図２の左右方向）を長手方向とする略楕円の平面形状を有しており、キャビティプレート２１をその厚み方向に貫通している。また、複数の圧力室１０は、紙送り方向（図２の上下方向）に２列に配列されている。ベースプレート２２には、平面視で圧力室１０の長手方向に関する両端部と重なる位置に、それぞれ、略円形の貫通孔１２、１３が形成されている。
【００２６】
マニホールドプレート２３には、圧力室１０の列に沿って紙送り方向に２列に延びているとともに、図２における下端部において、これら紙送り方向に延びた部分同士を接続するように走査方向に延びたマニホールド流路１１が形成されている。マニホールド流路１１は、上記紙送り方向に２列に延びた部分において、平面視で図２の右側に配列された複数の圧力室１０の略右半分、及び、図２の左側に配列された複数の圧力室１０の略左半分と重なるように配置されている。マニホールド流路１１には、図２における下端部に形成されたインク供給口９からインクが供給される。また、マニホールドプレート２３には、平面視で貫通孔１３と重なる部分に略円形の貫通孔１４が形成されている。ノズルプレート２４には、平面視で貫通孔１４と重なる部分に、ノズル１５が形成されている。
【００２７】
そして、マニホールド流路１１が貫通孔１２を介して圧力室１０と連通しており、圧力室１０が貫通孔１３、１４を介してノズル１５に連通している。このように、流路ユニット３１には、マニホールド流路１１の出口から圧力室１０を経てノズル１５に至る複数の個別インク流路が形成されている。
【００２８】
圧電アクチュエータ３２は、振動層４１、圧電層（圧電材料を含む層）４２、共通電極４３及び複数の個別電極４４を備えている。振動層４１はアルミナ、ジルコニアなどのセラミックス材料からなり、複数の圧力室１０を覆うように、キャビティプレート２１の上面に配置されている。
【００２９】
圧電層４２は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料を含む層であり、振動層４１の上面（キャビティプレート２１と反対側）に複数の圧力室１０にまたがって連続的に配置されている。また、圧電層４２は、予めその厚み方向に分極されている。
【００３０】
共通電極４３は、白金、パラジウム、金、銀などからなり、振動層４１と圧電層４２との間のほぼ全域にわたって配置されている。共通電極４３は、図示しないフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）を介して図示しないドライバＩＣに接続されており、ドライバＩＣにより常にグランド電位に保持されている。
【００３１】
複数の個別電極４４（露出電極）は、共通電極４３と同様の材料からなり、圧電層４２の上面（振動層４１と反対側）に複数の圧力室１０に対応して配置されており、圧電層４２の上面に露出している。個別電極４４は、圧力室１０よりも一回り小さい略楕円の平面形状を有しており、平面視で、圧力室１０の略中央部と対向する部分に配置されている。また、個別電極４４は、その長手方向に関するノズル１５と反対側の端部が走査方向に圧力室１０と対向しない部分まで延びており、その先端部が図示しないＦＰＣに接続される接続端子４４ａとなっている。そして、複数の個別電極４４には、ＦＰＣを介して、図示しないドライバＩＣにより駆動電位が選択的に付与される。
【００３２】
ここで、圧電アクチュエータ３２の駆動方法について説明する。圧電アクチュエータ３２においては、複数の個別電極３２は、予めグランド電位に保持されている。そして、圧電アクチュエータ３２を駆動する際には、複数の個別電極４４のいずれかに駆動電位を選択的に付与する。すると、圧電層４２の駆動電位が付与された個別電極４４とグランド電位に保持された共通電極４３との間に電位差が生じ、圧電層４２のこれらの電極に挟まれた部分には厚み方向の電界が発生する。
【００３３】
この電界の方向は、圧電層４２の分極方向と一致するので、圧電層４２の圧力室１０と対向する部分は、この電界の方向と直交する水平方向に収縮する。これに伴って、圧電層４２及び振動層４１の圧力室１０と対向する部分が、全体として圧力室１０側に凸となるように変形する。これにより、圧力室１０の容積が低下して圧力室１０内のインクの圧力が上昇し（圧力室１０内のインクに圧力が付与され）、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。
【００３４】
次に、インクジェットヘッド３（圧電アクチュエータ３２）の製造方法について説明する。図６はインクジェットヘッド３の製造工程を示すフローチャートである。図７は製造の各工程におけるインクジェットヘッド３の状態を示す工程図である。
【００３５】
インクジェットヘッド３（圧電アクチュエータ３２）を製造する際には、まず、図６、図７（ａ）に示すように、圧力室１０が形成される前のキャビティプレート２１（基材）の上面（一表面）に、セラミックス材料の微粒子を含むエアロゾルを噴き付けて成膜を行うエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により振動層４１を成膜する（ステップＳ１０１、以下、単にＳ１０１などとする、振動層成膜工程）。このように、ＡＤ法で振動層４１を形成することにより、振動層４１が緻密な構造となるとともに、その厚みを薄くすることができる。
【００３６】
ここで、前述したように圧電アクチュエータ３２を駆動したとき、振動層４１を十分に変形させるためには、振動層４１の厚みが大きいほど、走査方向及び紙送り方向（キャビティプレート２１の面方向）に関する圧力室１０の長さを大きくする必要がある。
【００３７】
したがって、本実施の形態のように、ＡＤ法により薄い振動層４１を成膜した場合には、走査方向及び紙送り方向に関する圧力室１０の長さが小さくても、圧電アクチュエータ３２を駆動したときに、振動層４１は十分に変形する。したがって、圧力室１０、及び、圧電アクチュエータ３２の駆動部分（圧力室１０と対向する部分）を高集積化できる。
【００３８】
次に、スクリーン印刷、スパッタ法などにより、図６、図７（ｂ）に示すように、振動層４１の上面に、共通電極４３を形成し（Ｓ１０２）。続いて、圧電材料の微粒子を含むエアロゾルを噴き付けて成膜を行うＡＤ法により、図６、図７（ｃ）に示すように、共通電極４３が形成された振動層４１の上面（キャビティプレート２１と反対側）に、圧電層４２を成膜する（Ｓ１０３、圧電層成膜工程）。
【００３９】
次に、キャビティプレート２１の一部分を除去することで、図６、図７（ｄ）に示すように、キャビティプレート２１に、キャビティプレート２１をその厚み方向に貫通しており、下方から（キャビティプレート２１の振動層４１と反対側から）振動層４１を臨むことのできる圧力室１０（貫通孔）を形成する（Ｓ１０４、貫通孔形成工程、圧力室形成工程）。ここで、キャビティプレート２１はステンレスなどの金属材料からなるため、エッチングにより圧力室１０を容易に形成することができる。
【００４０】
次に、図６、図７（ｅ）に示すように、圧電層４２の上面に、スクリーン印刷、スパッタ法等により複数の個別電極４４を形成する（Ｓ１０５、露出電極形成工程）。
【００４１】
ここで、本実施の形態とは逆に、圧電層４２の上面に複数の個別電極４４を形成した後、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成することも可能である。しかしながら、この場合には、個別電極４４は、振動層４２の上面に露出しているため、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成する際に、エッチング液が個別電極４４に付着してしまい、個別電極４４が損傷してしまう虞がある。また、これを防止するためには、エッチングにより圧力室１０を形成する前に、個別電極４４にマスクをするなど余分な工程が必要となってしまう。
【００４２】
これに対して、本実施の形態では、圧力室１０を形成した後に個別電極４４を形成している（露出電極形成工程が、貫通孔形成工程よりも後に行われている）ため、エッチング液により個別電極４４が損傷してしまうことはなく、個別電極４４にマスクをする必要などもないので、その分、製造工程が簡単になる。なお、上述した共通電極を形成する工程と、この個別電極４４を形成する工程とを合わせたものが、本発明に係る、圧電層４２の少なくとも圧力室１０と対向する部分に電極を形成する電極形成工程に相当する。
【００４３】
次に、キャビティプレート２１、振動層４１、共通電極４３、圧電層４２及び複数の個別電極４４の積層体を高温（例えば、８５０℃程度）で加熱する（Ｓ１０６、加熱工程）。これにより、ＡＤ法により形成された圧電層４２に圧電特性を持たせるために高温で加熱するアニールが行われるとともに、共通電極４３及び個別電極４４の焼成が行われる。
【００４４】
このとき、上記加熱によって、キャビティプレート２１の構成原子（例えば、キャビティプレート２１がステンレスからなる場合にはＣｒの原子）が振動層４１及び圧電層４２に拡散する。そして、キャビティプレート２１の構成原子が圧電層４２の圧力室１０と対向する部分に拡散すると、圧電層４２のこの部分における圧電特性が低下してしまい、その結果、圧電アクチュエータ３２を駆動したときの圧電層４２及び振動板４１の変形量が低下して、ノズル１５からのインクの吐出特性が低下してしまう。
【００４５】
しかしながら、本実施の形態では、加熱を行う前に、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成しているので、キャビティプレート２１の構成原子が振動層４１及び圧電層４２に拡散したとしても、圧電層４２の圧力室１０と対向する部分には拡散しにくい。したがって、圧電層４２の圧力室１０に対向する部分の圧電特性が低下してしまうのが抑制され、圧電アクチュエータ３２を駆動したときの圧電層４２及び振動層４１の変形量が低下してしまうのを抑制することができる。
【００４６】
さらに、上述したように、ＡＤ法によりセラミックス材料の振動層４１を形成しているため、振動層４１は緻密な構造になっており、キャビティプレート２１から拡散したその構成原子は、振動層４１によって止められ、圧電層４２までは拡散しにくい。これにより、圧電層４２のこの部分の圧電特性が低下してしまうのがさらに抑制される。
【００４７】
ここで、本実施の形態とは逆に、上記加熱の後、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成することも可能であるが、この場合には、上記加熱によって、圧電層４２のアニール、及び、共通電極４３の焼成のみが行われるだけであり、この後に形成した個別電極４４を焼成するために、上記加熱とは別に個別電極４４を加熱する必要がある。
【００４８】
これに対して、本実施の形態では、この加熱を行う前に、共通電極４３及び複数の個別電極４４を形成している（電極形成工程を加熱工程よりも前に行っている）ため、圧電層４２のアニールと共通電極４３及び個別電極４４の焼成を同時に行うことができる。
【００４９】
この後、キャビティプレート２１と、予め作製しておいた、ベースプレート２２、マニホールドプレート２３及びノズルプレート２４とを互いに接合する（Ｓ１０７）。これにより、インクジェットヘッド３が完成する。なお、加熱工程（Ｓ１０６）の後には、圧電層を分極する分極工程を行う必要があり、例えば、共通電極４３をグランド電位に保持し個別電極４４を駆動電位よりも高い電位にすることで、圧電層の厚み方向に分極が施される。
【００５０】
以上に説明した実施の形態によると、ＡＤ法により圧電層４２を形成した場合には、圧電層４２に圧電特性をもたせるために圧電層４２を高温で加熱するアニールが必要となり、このとき、圧電層４２とともに加熱されるキャビティプレート２１の構成原子が振動層４１及び圧電層４２に拡散してしまう。
【００５１】
しかしながら、本実施の形態では、キャビティプレート２１、振動層４１、共通電極４３、振動層４２及び個別電極４４の積層体を加熱する前に、キャビティプレート２１の一部を除去して圧力室１０を形成しているので、その後の加熱によりキャビティプレート２１の構成原子が拡散したとしても、キャビティプレート２１の構成原子が圧電層４２の圧力室１０と対向する部分には拡散しにくい。これにより、圧電層４２のこの部分の圧電特性が低下してしまうのを抑制することができる。
【００５２】
さらに、本実施の形態では、振動層４１をＡＤ法により成膜しているため、緻密な構造の振動層４１を高速に成膜することができる。また、キャビティプレート２１と圧電層４２と間に配置される振動層４１が緻密な構造を有していることにより、加熱の際に拡散したキャビティプレート２１の構成原子が振動層４１で止まり、圧電層４２までは拡散しにくい。したがって、圧電層４２の圧力室１０と対向する部分の圧電特性が低下してしまうのをさらに効果的に抑制することができる。
【００５３】
また、圧電アクチュエータ３２を駆動したときに振動層４１を十分に変形させるためには、振動層４１の厚みが大きいほど、走査方向及び紙送り方向に関する圧力室１０の長さを大きくする必要がある。しかしながら、本実施の形態では、ＡＤ法により振動層４１を成膜しているので、振動層４１を薄くすることができ、これにより、走査方向及び紙送り方向に関する圧力室１０の長さが小さくても、振動層４１を十分に変形させることができる。したがって、圧力室１０及び圧電アクチュエータ３２の圧力室１０と対向する駆動部分を高集積化することができる。
【００５４】
また、キャビティプレート２１がステンレスなどの金属材料からなるため、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を容易に形成することができる。
【００５５】
また、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成した後に、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成しているため、圧力室１０を形成する際に、エッチング液が個別電極４４に付着して個別電極４４が損傷してしまうことがない。これにより、エッチングを行う前に個別電極４４にマスクをするなどの工程が不要となる。
【００５６】
また、本実施の形態では、個別電極４４を形成した後、キャビティプレート２１、振動層４１、共通電極４３、圧電層４２及び個別電極４４の積層体を加熱することにより、圧電層４２のアニールと、個別電極４４及び共通電極４３の焼成とを同時に行うことができる。
【００５７】
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００５８】
本実施の形態では、圧電層４２をＡＤ法によって成膜したが、圧電層４２を他の方法によって成膜することも可能である。具体的には、例えば、圧電材料とガラスなどの焼結助剤とからなる原料粉末、有機バインダー及び可塑剤を溶剤と混合することによって作られる液状のスラリーを共通電極４３が形成された振動層４１の上面に塗布することによって圧電層４２を成膜してもよい。
【００５９】
この場合には、スラリーを塗布した後、圧電層４２の焼成（固化）、及び、圧電層４２のアニールのために、キャビティプレート２１、振動層４１、共通電極４３、圧電層４２及び個別電極４４の積層体を高温（例えば、８５０℃以上）で加熱する。このため、圧電層４２の焼成の際に、キャビティプレート２１の構成原子が拡散する。しかしながら、この場合でも、実施の形態と同様、キャビティプレート２１に圧力室１０を形成した後で、圧電層４２の加熱を行っているため、キャビティプレート２１の構成原子が、圧電層４２の圧力室１０と対向する部分には拡散しにくい。
【００６０】
また、本実施の形態では、振動層４１をＡＤ法によって成膜したが、振動層４１を他の方法によって成膜することも可能である。具体的には、ゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法（化学気相成長法）、水熱合成法など、キャビティプレート２１からその構成原子が拡散しない程度の低温で成膜した振動層４１を固化させることができる方法によって振動層４１を成膜することも可能である。
【００６１】
なお、本実施の形態では、ＡＤ法により圧電層４２を形成した後、圧電層４２を高温で加熱するアニールを行っているが、これは、前述したように、圧電層４２に圧電特性を持たせるための処理であり、圧電層４２を固化させるための処理ではない。そして、ＡＤ法で成膜した振動層４１及び圧電層４２は常温で固化する。すなわち、上記実施の形態のように、ＡＤ法により振動層４１を形成した場合にも、成膜された振動層４１を、基材２１からその構成原子が拡散しない常温で固化させることができる。
【００６２】
ここで、振動層４１を形成した後、その上面に共通電極４３などを形成するためには、振動層４１を固化させる必要があるが、この固化のために、キャビティプレート２１と振動層４１との積層体を、キャビティプレート２１の構成原子が拡散してしまう程の高温で加熱することになると、この加熱の際に、キャビティプレート２１の構成原子が圧力室１０と対向する部分を含む振動層４１の全域に拡散してしまう。したがって、この後、キャビティプレート２１に圧力室１０を形成してから、圧電層４２にアニールを行うために加熱を行ったとしても、振動層４１の圧力室１０と対向する部分に拡散していたキャビティプレート２１の構成原子が、振動層４１からさらに圧電層４２の圧力室１０と対向する部分に拡散して、圧電層４２のこの部分における圧電特性が低下してしまう虞がある。
【００６３】
そのため、振動層４１は、上述したような、キャビティプレート２１の構成原子が拡散しない程度の低温で固化させることができるような方法を用いて成膜することが好ましい。
【００６４】
また、本実施の形態では、キャビティプレート２１に圧力室１０を形成した後、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成していたが、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成した後に、キャビティプレート２１に圧力室１０を形成してもよい。この場合には、エッチング液による個別電極４４の損傷を防止するために、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成する前に、個別電極４４にマスクをしておけばよい。
【００６５】
また、本実施の形態では、個別電極４４を形成した後、キャビティプレート２１、振動層４１、共通電極４３、圧電層４２及び個別電極４４の積層体を加熱して、圧電層４２のアニールと、個別電極４４及び共通電極４３の焼成とを行っていたが、これには限られない。例えば、キャビティプレート２１に圧力室１０を形成した後、個別電極４４を形成する前に、キャビティプレート２１、振動層４１、共通電極４３及び圧電層４２の積層体を加熱して、圧電層４２のアニール及び共通電極４３の焼成を行い、その後、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成し、形成した個別電極４４を焼成するために、上述したのとは別に個別電極４４が積層された積層体を加熱してもよい。
【００６６】
また、キャビティプレートはステンレスなどの金属材料であることには限られず、キャビティプレートが、シリコンからなるものであってもよい。シリコンの原子が圧電層４２に拡散した場合にも、圧電層４２の圧電特性が低下してしまうが、この場合でも、加熱を行う前に、キャビティプレート２１の一部を除去して圧力室１０を形成しているため、実施の形態と同様、シリコンの原子が圧電層４２の圧力室１０と対向する部分には拡散しにくい。さらに、キャビティプレートとなる基材がシリコンからなる場合にも、エッチングにより基材に圧力室を容易に形成することができる。
【００６７】
また、本実施の形態では、振動層４１の上面に圧電層４２が１層だけ形成されていたが、これには限られない。一変形例では、図８に示すように、圧電層４２の上面に、さらに圧電層７１、７２が配置されており、圧電層７１と圧電層７２との間に、そのほぼ全域にわたって共通電極７４が配置されているとともに、圧電層７２の上面（振動層４１と反対側）の圧力室１０と対向する部分に、個別電極４４と同様の形状を有する個別電極７４（露出電極）が配置されている（変形例１）。なお、この場合には、圧電層４２、７１、７２を合わせたものが本発明に係る圧電層に相当する。また、この場合には、上記実施の形態とは異なり、個別電極４４は、本発明に係る露出電極に相当するものではない。
【００６８】
このようなインクジェットヘッドを製造する際には、本実施の形態と同様、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、圧力室１０が形成される前のキャビティプレート２１の上面に、振動層４１、共通電極４３及び圧電層４２を形成した後、図９（ａ）に示すように、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成し、次に、図９（ｂ）に示すように、圧電層４２の上面に圧電層７１を成膜する。続いて、図９（ｃ）に示すように、圧電層７１の上面に共通電極７３を形成し、次に、図９（ｄ）に示すように、圧電層７１の上面に圧電層７２を形成する。なお、圧電層７１、７２は、圧電層４２と同様、ＡＤ法によって成膜し、共通電極７３は、共通電極４３と同様、スクリーン印刷やスパッタ法等によって形成する。
【００６９】
次に、本実施の形態と同様、図９（ｅ）に示すように、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成し（貫通孔形成工程、圧力室形成工程）、次に、図９（ｆ）に示すように、圧電層７２の上面にスクリーン印刷やスパッタ法等によって個別電極７４を形成する（露出電極形成工程）。そして、この後、キャビティプレート２１、振動層４１、圧電層４１、４２、７１、７２、共通電極４３、７３及び個別電極４４、７４の積層体を加熱して、圧電層４２、７１、７２のアニールと、共通電極４３、７３及び個別電極４４、７４の焼成とを行う（加熱工程）。
【００７０】
なお、この場合には、圧電層４２、７１、７２を成膜する工程を合わせたものが、本発明に係る圧電層成膜工程に相当し、共通電極４３、７３及び個別電極４４、７４を形成する工程を合わせたものが、本発明に係る電極形成工程に相当する。
【００７１】
この場合でも、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成した後、個別電極７４を形成しているので、エッチング液によって個別電極７４が損傷してしまうことがない。さらに、個別電極７４を形成した後、加熱工程を行っているので、圧電層４２、７１、７２のアニール、並びに、共通電極４３、７３及び個別電極４４の焼成と同時に、個別電極７４の焼成を行うことができる。
【００７２】
また、本実施の形態では、圧電アクチュエータ３２において、圧電層４２の下面に共通電極４３が配置されているとともに、圧電層４２の上面に複数の個別電極４４が配置されていたが、圧電アクチュエータは、圧電層４２の上面あるいは下面にのみ電極が配置されたものであってもよい。
【００７３】
例えば、別の一変形例では、図１０〜１３に示すように、圧電層４２の下面には電極が形成されておらず、圧電層４２の上面に個別電極１３２及び共通電極１３４が形成されている（変形例２）。
【００７４】
複数の個別電極１３２は、複数の圧力室１０とそれぞれ対向する複数の内側領域１４０の上面に形成されている。各個別電極１３２のパターンは、圧力室１０（内側領域１４０）の長手方向に延在した３つの長手方向突起１４５と、圧力室１０の幅方向外側に位置する２つの長手方向突起１４５からそれぞれ幅方向外側へ延在した複数の幅方向突起１４６とを含んでいる。３つの長手方向突起１４５は、略楕円形の内側領域１４０の中心を含み、その長手方向（図１０の左右方向）に細長い第１区域１４２の上面に、幅方向に等間隔空けて配置されている。一方、複数の幅方向突起１４６は、その長手方向に平行に延びる圧力室１０の２本の縁（内側領域１４０と外側領域１４１との境界）と第１区域１４２の外縁との間に位置して圧力室１０の縁の近傍部と対向する第２区域１４３の上面に、長手方向に等間隔空けて配置されている。
【００７５】
３つの長手方向突起１４５はそれらの一端部（図１０の右端部）において互いに導通しており、この導通部からは外側領域１４１へ接点部１３５が引き出されている。複数の個別電極１３２にそれぞれ対応する複数の接点部１３５は、走査方向に関する両端部においてそれぞれ紙送り方向に配列されている。さらに、複数の接点部１３５には、図示しないＦＰＣが接合され、この配線部材を介して接点部１３５は図示しないドライバＩＣと電気的に接続されている。そして、第１区域１４２の３つの長手方向突起１４５、第２区域１４３の複数の幅方向突起１４６、及び、接点部１３５は互いに導通していることから、ドライバＩＣからＦＰＣ及び接点部１３５を介して３つの長手方向突起１４５及び複数の幅方向突起１４６に同時に駆動電圧が印加されるようになっている。
【００７６】
共通電極１３４のパターンは、各第１区域１４２の個別電極１３２の３つの長手方向突起１４５の間において圧力室１０の長手方向にそれぞれ延在した２つの長手方向突起１４７と、各第２区域１４３の個別電極１３２の複数の幅方向突起１４６の間において圧力室１０の幅方向（短手方向）にそれぞれ延在した複数の幅方向突起１４８を含んでいる。図１０に示すように、第１区域１４２において、個別電極１３２の３つの長手方向突起１４５と共通電極１３４の２つの長手方向突起１４７は、等間隔空けて交互に配置されている。また、第２区域１４３において、個別電極１３２の複数の幅方向突起１４６と共通電極１３４の複数の幅方向突起１４８は等間隔空けて交互に配置されている。
【００７７】
また、図１０に示すように、左右２列の圧力室１０の列にそれぞれ対応する第１区域１４２の長手方向突起１４７は、接点部１３５と反対側の端部（図１０の左端部）において、圧力室１０の配列方向（図１０の上下方向）に延びる導電部１４９により全て導通している。また、第２区域１４３の幅方向突起１４８は、隣接する２つの圧力室１０の間において、その長手方向（図１０の左右方向）に延びる導電部１５０により接続され、導電部１５０は導電部１４９に接続されている。つまり、導電部１４９，１５０を介して、共通電極１３４の長手方向突起１４７と幅方向突起１４８とが互いに導通している。また、幅方向突起１４８は、導電部１５０から圧力室１０の幅方向一方側（図１０の上側）に向けて延在する第１幅方向突起１４８ａと、幅方向他方側（図１０の下側）へ向けて延在する第２幅方向突起１４８ｂとを有しており、第１幅方向突起１４８ａと第２幅方向突起１４８ｂは、隣接する２つの圧力室１０を駆動するための共通電極１３４としてそれぞれ作用している。つまり、異なる圧力室１０の駆動にそれぞれ寄与する第１幅方向突起１４８ａと第２幅方向突起１４８ｂが１つの導電部１５０から派生した構造となっており、共通電極１３４が、限られたスペースに効率よく配されたパターンとなっている。さらに、図１０に示すように、左右２つの導電部１４９からは走査方向に関する両端部（走査方向に関して個別電極１３２の接点部１３５と同じ位置）までそれぞれ２つの接点部１３６が引き出され、これら２つの接点部１３６には、個別電極１３２の接点部１３５と同様に、ＦＰＣが接合されている。そして、共通電極１３４の全ての長手方向突起１４７と幅方向突起１４８は、接点部１３６及び配線部材を介して常にグランド電位に保持されている。
【００７８】
このように、個別電極１３２のパターンと共通電極１３４のパターンが共に圧電層４２の上面に形成されているため、ある個別電極１３２に駆動電圧が印加されたときには、内側領域１４０の圧電層４２（特に、上面部）にはその表面に平行な方向（以下、面方向と記載する場合もある）に向いた電界が生じる。図１０に示すように、第１区域１４２においては、個別電極１３２の長手方向突起１４５と共通電極１３４の長手方向突起１４７との間には、矢印で示すように、圧力室１０の幅方向に向いた面内成分からなる第１電界Ｅ１が生じる。一方、第２区域１４３においては、個別電極１３２の幅方向突起１４６と共通電極１３４の幅方向突起１４８との間に、矢印で示すように、第１電界Ｅ１と直交する圧力室１０の長手方向に向いた面内成分からなる第２電界Ｅ２が生じる。
【００７９】
さらに、圧電層４２の内側領域１４０は、予め個別電極１３２に前述の駆動電圧よりも高い分極用の電圧を印加して高い電界が作用させることにより、その表面に平行な方向に分極処理されている。そして、第１区域１４２においては第１電界Ｅ１と同じ方向（圧力室１０の幅方向）に分極され、第２区域１４３においては第２電界Ｅ２と同じ方向（圧力室１０の長手方向）に分極されている。したがって、圧電層４２の分極方向は、個別電極１３２に電圧が印加されたときに生じる電界の方向と同じである。
【００８０】
そして、変形例２の圧電アクチュエータにおいては、ドライバＩＣから複数の個別電極１３２に対して選択的に駆動電圧が印加されると、個別電極１３２と共通電極１３４が互いに異なる電位となる。すると、図１０に示すように、駆動電圧が印加された個別電極１３２の下側の圧電層１３１の内側領域１４０において、第１区域１４２の圧電層４２に圧力室１０の幅方向に向かう第１電界Ｅ１が生じるとともに、第２区域１４３の圧電層４２に圧力室１０の長手方向に向かう第２電界Ｅ２が生じる。
【００８１】
ここで、前述したように、圧電層４２は、第１区域１４２においては第１電界Ｅ１と同じ方向に分極され、第２区域１４３においては第２電界Ｅ２と同じ方向に分極されている。したがって、図１１、図１３に矢印で示すように、第１区域１４２においては、圧電層４２は第１電界Ｅ１の方向である圧力室１０の幅方向に伸びて、圧力室１０の長手方向に縮む。一方、第２区域１４３においては、圧電層４２は第２電界Ｅ２の方向である圧力室１０の長手方向に伸びて、圧力室１０の幅方向に縮む。即ち、図１３に示すように、圧力室１０の幅方向に見ると、圧電層４２は、第１区域１４２においては伸長し、その両側の第２区域１４３においては収縮する。このとき、内側領域１４０の圧電層４２の下側に位置する振動板４１は面方向に伸縮せず、内側領域１４０の圧電層４２が面方向に伸縮変形するのに抵抗する。さらに、内側領域１４０を包囲する外側領域１４１の圧電層４２及びその下側の振動板４１は厚み方向の変形が規制されている。そのため、図１２、図１３の破線で示すように、圧電層４２と振動板４１は、上方（圧力室１０と反対側）に凸となるように大きく湾曲変形する。このように振動板４１が湾曲すると、圧力室１０の容積が増大して圧力室１０内に負の圧力波が発生し、マニホールド流路１３から圧力室１０内にインクが流入する。
【００８２】
その後、圧力室１０内で生じた負の圧力波が正に反転するタイミングで、個別電極１３２への駆動電圧の印加を停止する。すると、圧電層４２及び振動板４１が元の水平な形状に戻り、圧力室１０の容積が減少するが、このとき、前述の圧力室１０の容積増大に伴う圧力波と、振動板４１の復元に伴い生じる圧力波とが合成されるため、インクに大きな圧力が付与され、ノズル１５からインクが吐出される。
【００８３】
変形例２のインクジェットヘッド（圧電アクチュエータ）を製造する際には、キャビティプレート２１の上面に振動層４１を成膜した後、直ちに振動層４１の上面に圧電層４２を成膜する。また、実施の形態における個別電極４４を形成する工程において、個別電極１３２及び共通電極１３４を形成する。それ以外の製造工程については、上述の実施の形態と同様であるので、ここでは、その詳細を省略する。
【００８４】
そして、変形例２においても、上述したようにしてインクジェットヘッドを製造することにより、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、本実施の形態では、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成したが、レーザ加工など、他の方法によって圧力室１０を形成してもよい。
【００８６】
また、以上では、圧力室内のノズルからインクを吐出するインクジェットヘッド及びこれに用いられる圧電アクチュエータの製造に本発明を適用した例について説明したが、これには限られない。例えば、ノズルからインク以外の液体を吐出する液体吐出ヘッド及びこれに用いられる圧電アクチュエータの製造に本発明を適用することも可能であり、圧力室内の液体に圧力を付与することによって圧力室を含む液体移送流路内の液体を移送する液体移送装置及びこれに用いられる圧電アクチュエータの製造に本発明を適用することも可能である。
【００８７】
さらには、所定の駆動対象を駆動させるための圧電アクチュエータの製造に本発明を適用することも可能である。この場合には、振動層４１の下面の、基材に形成した貫通孔に露出している部分に駆動対象を取り付ければよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明における実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの平面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】インクジェットヘッド（圧電アクチュエータ）の製造過程を示すフローチャートである。
【図７】製造の各工程におけるインクジェットヘッドの状態を示す図である。
【図８】変形例１の図５相当の図である。
【図９】変形例１におけるインクジェットヘッドの製造の各工程におけるインクジェットヘッドの状態を示す図である。
【図１０】変形例２におけるインクジェットヘッドの一部分、及び、圧電層に作用する電界の方向を示す平面図である。
【図１１】変形例２におけるインクジェットヘッドの一部分、及び、圧電層の変形の方向を示す平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ線断面図である。
【図１３】図１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
３ インクジェットヘッド
１０ 圧力室
２１ キャビティプレート
３２ 圧電アクチュエータ
４１ 振動層
４２ 圧電層
４３ 共通電極
４４ 個別電極
７１ 圧電層
７２ 圧電層
７３ 共通電極
７４ 個別電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電層を有する圧電アクチュエータ、及び、このような圧電アクチュエータを有する液体移送装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、圧力室内のインクに圧力を付与するための圧電アクチュエータを製造する際に、圧力室を覆うように流路ユニットの上面にステンレス材料等からなる振動板を接合し、その振動板の上面に、拡散防止層となる下部電極を形成し、その上からエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により圧電層を形成している。さらに、ＡＤ法により形成した圧電層に圧電特性を持たせるために圧電層を高温で加熱するアニールを行っている。このとき、圧電層とともに加熱される振動板の構成原子が拡散することになるが、この原子の拡散は拡散防止層としての下部電極で止まり、振動板の構成原子が圧電層まで拡散してしまうのが防止されている。これにより、振動板の構成原子が圧電層に拡散することによって圧電層の圧電特性が低下してしまうのが抑制されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５４４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に記載の圧電アクチュエータにおいては、圧電層の圧力室と対向する部分（駆動部分）が変形することによって圧力室内のインクに圧力を付与する、すなわち、圧電層の圧力室に対向する部分の圧電特性が、圧電アクチュエータの駆動に影響を与える。しかしながら、特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、圧電層の圧力室と対向する部分にステンレス材料等からなる振動板が配置されているので、両者の間に拡散防止層としての下部電極が配置されていたとしても、下部電極により振動板の構成原子の拡散を十分に止めることができず、振動板の構成原子が下部電極を通り抜けて圧電層の圧力室と対向する部分まで拡散してしまい、圧電層のこの部分圧電特性が低下し、その結果圧電アクチュエータを駆動したときの圧電層及び振動板の変形量が低下してしまう虞がある。
【０００５】
本発明の目的は、圧電層及び振動層の変形量が低下してしまうのを極力抑制することが可能な圧電アクチュエータの製造方法、及び、このような圧電アクチュエータを有する液体移送装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、金属又はシリコンからなる基材の一表面に、セラミックス材料からなる振動層を成膜する振動層成膜工程と、前記振動層の前記基材と反対側に、圧電層を成膜する圧電層成膜工程と、前記圧電層成膜工程よりも後に行われる工程であって、前記基材の一部を除去することで、前記基材の前記振動層とは反対側から前記振動層を臨むことのできる貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記圧電層の少なくとも前記貫通孔と対向する部分に電極を形成する電極形成工程と、前記貫通孔形成工程よりも後に行われる工程であって、前記圧電層を加熱する加熱工程とを備えている（請求項１）。
【０００７】
圧電アクチュエータにおいては、電極の電位を変化させることにより、圧電層及び振動層の貫通孔と対向する部分が変形する。一方、圧電層を加熱する際には、圧電層と積層されている基材も加熱されることになり、金属又はシリコンからなる基材は高温で加熱されると、その構成原子が圧電層などに拡散する。そして、基材の構成原子が圧電層の貫通孔と対向する部分（駆動部分）に拡散すると、圧電層のこの駆動部分における圧電特性が低下して、電極の電位を変化させたときの圧電層及び振動層の変形量が低下してしまう。
【０００８】
しかしながら、本発明では、圧電層を加熱する前に、基材に貫通孔を形成しているため、圧電層の貫通孔に対向する部分には、基材の構成原子が拡散しにくい。したがって、圧電層の駆動部分の圧電特性が低下しにくく、電極の電位を変化させたときの圧電層及び振動層の変形量が低下してしまうのを抑制することができる。
【０００９】
また、振動層を十分に変形させるためには、振動層の厚みが大きいほど、基材の面方向に関する貫通孔の長さを大きくする必要があるが、基材の一表面に振動層を成膜する場合には、基材の一表面に振動層となるシートを接合する場合など比較して、振動層の厚みを薄くすることができるため、基材の面方向に関する貫通孔の長さが小さくても、振動層は十分に変形する。したがって、基材の面方向に関する貫通孔の長さを小さくすることが可能となり、圧電アクチュエータにおいて、駆動部分の高集積化が可能となる。
【００１０】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法においては、前記圧電層成膜工程において、前記圧電層はエアロゾルデポジション法によって成膜されることが好ましい（請求項２）。
【００１１】
エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）によって圧電層を成膜した場合には、圧電層に圧電特性を持たせるために、成膜した圧電層を高温で加熱するアニールを行う必要があり、この加熱によって基材の構成原子が拡散してしまうことになる。しかしながら、この場合でも、加熱工程よりも前に基材に貫通孔を形成しているため、圧電層の貫通孔に対向する部分には基材の構成原子が拡散しにくい。したがって、圧電層の駆動部分の圧電特性が低下しにくくなり、電極の電位を変化させたときの圧電層及び振動層の変形量が低下してしまうのを抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法においては、前記振動層成膜工程において、前記振動板はエアロゾルデポジション法によって成膜されることが好ましい(請求項３）。
【００１３】
これによると、ＡＤ法により緻密な構成を有する振動層を高速に成膜することができる。そして、振動層が緻密な構造となることにより、加熱工程において拡散した基材の構成原子が振動層で止まり、圧電層には拡散しにくい。したがって、圧電層の圧電特性が低下してしまうのをさらに効果的に抑制することができる。
【００１４】
また、圧電特性を持たせる必要のある圧電層とは異なり、ＡＤ法により形成した振動層にはアニールを行う必要がなく、ＡＤ法により形成した振動層は、常温で固化する。したがって、振動層を成膜する際に、振動層を高温で加熱する必要がなく、基材の構成原子が振動層の貫通孔に対向する部分に拡散して、その後の加熱工程において振動層の貫通孔に対向する部分に拡散した基材の構成原子がさらに圧電層に拡散することがない。
【００１５】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法においては、前記貫通孔形成工程において、前記貫通孔はエッチングにより形成されることが好ましい（請求項４）。これによると、エッチングにより、金属又はシリコンからなる基材に、貫通孔を容易に形成することができる。
【００１６】
このとき、前記電極形成工程が、前記圧電層の前記振動層と反対側に露出する露出電極を形成する露出電極形成工程を含んでおり、この露出電極形成工程は、前記貫通孔形成工程よりも後に行われることが好ましい（請求項５）。
【００１７】
露出電極は、圧電層の振動層と反対側に露出しているため、エッチングによって貫通孔を形成する場合には、露出電極を形成した後に貫通孔を形成すると、エッチング液によって露出電極が損傷しまう虞がある。また、これを防止するためには、エッチングにより貫通孔を形成する前に、露出電極にマスクをするなど余分な工程が必要となる。しかしながら、本発明では、貫通孔を形成した後に露出電極を形成しているため、上述したようにエッチング液によって露出電極が損傷してしまうことがなく、上述したマスクの処理などが不要となる。なお、本発明の露出電極は、本発明の圧電層における本発明の振動層と反対側に形成されるものであればよく、この条件を満たせば、本発明の構成要素ではない部材等によって被覆され露出していない態様も含むものである。
【００１８】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法においては、前記電極形成工程を、前記加熱工程よりも前に行うことが好ましい（請求項６）。
【００１９】
スクリーン印刷やスパッタ法等によって電極を形成した場合などには、形成した電極を焼成する必要があるが、加熱工程よりも前に電極形成工程を行うことにより、加熱工程において、圧電層の加熱と同時に電極の焼成を行うことができる。
【００２０】
本発明の液体移送装置の製造方法は、金属又はシリコンからなり、圧力室が形成される圧力室プレートの一表面に、セラミックス材料からなる振動層を成膜する振動層成膜工程と、前記振動層の前記圧力室プレートと反対側に、圧電層を成膜する圧電層成膜工程と、前記圧電層成膜工程よりも後に行われる工程であって、前記圧力室プレートの一部を除去することで、前記基材の前記振動板とは反対側から前記振動層を臨むことのできる圧力室を形成する圧力室形成工程と、前記圧電層の少なくとも圧力室と対向する部分に電極を形成する電極形成工程と、前記圧力室形成工程よりも後に行われる工程であって、前記圧電層を加熱する加熱工程とを備えている（請求項７）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は、本発明における実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。図１に示すように、プリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３（液体移送装置）、搬送ローラ４などを備えている。キャリッジ２は、走査方向（図１の左右方向）に往復移動する。インクジェットヘッド３は、キャリッジ２の下面に取り付けられており、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動しつつ、その下面に形成された複数のノズル１５（図２参照）からインクを吐出する。搬送ローラ４は記録用紙Ｐを紙送り方向（図１の手前方向）に搬送する。そして、プリンタ１においては、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド３から搬送ローラ４によって紙送り方向に搬送される記録用紙Ｐにインクを吐出することによって記録用紙Ｐに印刷を行う。
【００２３】
次に、インクジェットヘッド３について説明する。図２は図１のインクジェットヘッド３の平面図である。図３は図２の部分拡大図である。図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は図３のＶ−Ｖ線断面図である。図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド３は、圧力室１０を含むインク流路が形成された流路ユニット３１と、圧力室１０内のインクに圧力を付与するための圧電アクチュエータ３２とを備えている。
【００２４】
流路ユニット３１は、キャビティプレート２１（圧力室プレート、基材）、ベースプレート２２、マニホールドプレート２３及びノズルプレート２４の４枚のプレートが互いに積層されることによって構成されている。これら４枚のプレート２１〜２４のうち、ノズルプレート２４を除く３枚のプレート２１〜２３は、ステンレスなどの金属材料からなり、ノズルプレート２４は、ポリイミドなどの合成樹脂からなる。あるいは、ノズルプレート２４も他の３枚のプレート２１〜２３と同様、金属材料により構成されていてもよい。
【００２５】
キャビティプレート２１には、複数の圧力室１０（貫通孔）が形成されている。複数の圧力室１０は、走査方向（図２の左右方向）を長手方向とする略楕円の平面形状を有しており、キャビティプレート２１をその厚み方向に貫通している。また、複数の圧力室１０は、紙送り方向（図２の上下方向）に２列に配列されている。ベースプレート２２には、平面視で圧力室１０の長手方向に関する両端部と重なる位置に、それぞれ、略円形の貫通孔１２、１３が形成されている。
【００２６】
マニホールドプレート２３には、圧力室１０の列に沿って紙送り方向に２列に延びているとともに、図２における下端部において、これら紙送り方向に延びた部分同士を接続するように走査方向に延びたマニホールド流路１１が形成されている。マニホールド流路１１は、上記紙送り方向に２列に延びた部分において、平面視で図２の右側に配列された複数の圧力室１０の略右半分、及び、図２の左側に配列された複数の圧力室１０の略左半分と重なるように配置されている。マニホールド流路１１には、図２における下端部に形成されたインク供給口９からインクが供給される。また、マニホールドプレート２３には、平面視で貫通孔１３と重なる部分に略円形の貫通孔１４が形成されている。ノズルプレート２４には、平面視で貫通孔１４と重なる部分に、ノズル１５が形成されている。
【００２７】
そして、マニホールド流路１１が貫通孔１２を介して圧力室１０と連通しており、圧力室１０が貫通孔１３、１４を介してノズル１５に連通している。このように、流路ユニット３１には、マニホールド流路１１の出口から圧力室１０を経てノズル１５に至る複数の個別インク流路が形成されている。
【００２８】
圧電アクチュエータ３２は、振動層４１、圧電層（圧電材料を含む層）４２、共通電極４３及び複数の個別電極４４を備えている。振動層４１はアルミナ、ジルコニアなどのセラミックス材料からなり、複数の圧力室１０を覆うように、キャビティプレート２１の上面に配置されている。
【００２９】
圧電層４２は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料を含む層であり、振動層４１の上面（キャビティプレート２１と反対側）に複数の圧力室１０にまたがって連続的に配置されている。また、圧電層４２は、予めその厚み方向に分極されている。
【００３０】
共通電極４３は、白金、パラジウム、金、銀などからなり、振動層４１と圧電層４２との間のほぼ全域にわたって配置されている。共通電極４３は、図示しないフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）を介して図示しないドライバＩＣに接続されており、ドライバＩＣにより常にグランド電位に保持されている。
【００３１】
複数の個別電極４４（露出電極）は、共通電極４３と同様の材料からなり、圧電層４２の上面（振動層４１と反対側）に複数の圧力室１０に対応して配置されており、圧電層４２の上面に露出している。個別電極４４は、圧力室１０よりも一回り小さい略楕円の平面形状を有しており、平面視で、圧力室１０の略中央部と対向する部分に配置されている。また、個別電極４４は、その長手方向に関するノズル１５と反対側の端部が走査方向に圧力室１０と対向しない部分まで延びており、その先端部が図示しないＦＰＣに接続される接続端子４４ａとなっている。そして、複数の個別電極４４には、ＦＰＣを介して、図示しないドライバＩＣにより駆動電位が選択的に付与される。
【００３２】
ここで、圧電アクチュエータ３２の駆動方法について説明する。圧電アクチュエータ３２においては、複数の個別電極３２は、予めグランド電位に保持されている。そして、圧電アクチュエータ３２を駆動する際には、複数の個別電極４４のいずれかに駆動電位を選択的に付与する。すると、圧電層４２の駆動電位が付与された個別電極４４とグランド電位に保持された共通電極４３との間に電位差が生じ、圧電層４２のこれらの電極に挟まれた部分には厚み方向の電界が発生する。
【００３３】
この電界の方向は、圧電層４２の分極方向と一致するので、圧電層４２の圧力室１０と対向する部分は、この電界の方向と直交する水平方向に収縮する。これに伴って、圧電層４２及び振動層４１の圧力室１０と対向する部分が、全体として圧力室１０側に凸となるように変形する。これにより、圧力室１０の容積が低下して圧力室１０内のインクの圧力が上昇し（圧力室１０内のインクに圧力が付与され）、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。
【００３４】
次に、インクジェットヘッド３（圧電アクチュエータ３２）の製造方法について説明する。図６はインクジェットヘッド３の製造工程を示すフローチャートである。図７は製造の各工程におけるインクジェットヘッド３の状態を示す工程図である。
【００３５】
インクジェットヘッド３（圧電アクチュエータ３２）を製造する際には、まず、図６、図７（ａ）に示すように、圧力室１０が形成される前のキャビティプレート２１（基材）の上面（一表面）に、セラミックス材料の微粒子を含むエアロゾルを噴き付けて成膜を行うエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により振動層４１を成膜する（ステップＳ１０１、以下、単にＳ１０１などとする、振動層成膜工程）。このように、ＡＤ法で振動層４１を形成することにより、振動層４１が緻密な構造となるとともに、その厚みを薄くすることができる。
【００３６】
ここで、前述したように圧電アクチュエータ３２を駆動したとき、振動層４１を十分に変形させるためには、振動層４１の厚みが大きいほど、走査方向及び紙送り方向（キャビティプレート２１の面方向）に関する圧力室１０の長さを大きくする必要がある。
【００３７】
したがって、本実施の形態のように、ＡＤ法により薄い振動層４１を成膜した場合には、走査方向及び紙送り方向に関する圧力室１０の長さが小さくても、圧電アクチュエータ３２を駆動したときに、振動層４１は十分に変形する。したがって、圧力室１０、及び、圧電アクチュエータ３２の駆動部分（圧力室１０と対向する部分）を高集積化できる。
【００３８】
次に、スクリーン印刷、スパッタ法などにより、図６、図７（ｂ）に示すように、振動層４１の上面に、共通電極４３を形成し（Ｓ１０２）。続いて、圧電材料の微粒子を含むエアロゾルを噴き付けて成膜を行うＡＤ法により、図６、図７（ｃ）に示すように、共通電極４３が形成された振動層４１の上面（キャビティプレート２１と反対側）に、圧電層４２を成膜する（Ｓ１０３、圧電層成膜工程）。
【００３９】
次に、キャビティプレート２１の一部分を除去することで、図６、図７（ｄ）に示すように、キャビティプレート２１に、キャビティプレート２１をその厚み方向に貫通しており、下方から（キャビティプレート２１の振動層４１と反対側から）振動層４１を臨むことのできる圧力室１０（貫通孔）を形成する（Ｓ１０４、貫通孔形成工程、圧力室形成工程）。ここで、キャビティプレート２１はステンレスなどの金属材料からなるため、エッチングにより圧力室１０を容易に形成することができる。
【００４０】
次に、図６、図７（ｅ）に示すように、圧電層４２の上面に、スクリーン印刷、スパッタ法等により複数の個別電極４４を形成する（Ｓ１０５、露出電極形成工程）。
【００４１】
ここで、本実施の形態とは逆に、圧電層４２の上面に複数の個別電極４４を形成した後、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成することも可能である。しかしながら、この場合には、個別電極４４は、振動層４２の上面に露出しているため、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成する際に、エッチング液が個別電極４４に付着してしまい、個別電極４４が損傷してしまう虞がある。また、これを防止するためには、エッチングにより圧力室１０を形成する前に、個別電極４４にマスクをするなど余分な工程が必要となってしまう。
【００４２】
これに対して、本実施の形態では、圧力室１０を形成した後に個別電極４４を形成している（露出電極形成工程が、貫通孔形成工程よりも後に行われている）ため、エッチング液により個別電極４４が損傷してしまうことはなく、個別電極４４にマスクをする必要などもないので、その分、製造工程が簡単になる。なお、上述した共通電極を形成する工程と、この個別電極４４を形成する工程とを合わせたものが、本発明に係る、圧電層４２の少なくとも圧力室１０と対向する部分に電極を形成する電極形成工程に相当する。
【００４３】
次に、キャビティプレート２１、振動層４１、共通電極４３、圧電層４２及び複数の個別電極４４の積層体を高温（例えば、８５０℃程度）で加熱する（Ｓ１０６、加熱工程）。これにより、ＡＤ法により形成された圧電層４２に圧電特性を持たせるために高温で加熱するアニールが行われるとともに、共通電極４３及び個別電極４４の焼成が行われる。
【００４４】
このとき、上記加熱によって、キャビティプレート２１の構成原子（例えば、キャビティプレート２１がステンレスからなる場合にはＣｒの原子）が振動層４１及び圧電層４２に拡散する。そして、キャビティプレート２１の構成原子が圧電層４２の圧力室１０と対向する部分に拡散すると、圧電層４２のこの部分における圧電特性が低下してしまい、その結果、圧電アクチュエータ３２を駆動したときの圧電層４２及び振動板４１の変形量が低下して、ノズル１５からのインクの吐出特性が低下してしまう。
【００４５】
しかしながら、本実施の形態では、加熱を行う前に、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成しているので、キャビティプレート２１の構成原子が振動層４１及び圧電層４２に拡散したとしても、圧電層４２の圧力室１０と対向する部分には拡散しにくい。したがって、圧電層４２の圧力室１０に対向する部分の圧電特性が低下してしまうのが抑制され、圧電アクチュエータ３２を駆動したときの圧電層４２及び振動層４１の変形量が低下してしまうのを抑制することができる。
【００４６】
さらに、上述したように、ＡＤ法によりセラミックス材料の振動層４１を形成しているため、振動層４１は緻密な構造になっており、キャビティプレート２１から拡散したその構成原子は、振動層４１によって止められ、圧電層４２までは拡散しにくい。これにより、圧電層４２のこの部分の圧電特性が低下してしまうのがさらに抑制される。
【００４７】
ここで、本実施の形態とは逆に、上記加熱の後、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成することも可能であるが、この場合には、上記加熱によって、圧電層４２のアニール、及び、共通電極４３の焼成のみが行われるだけであり、この後に形成した個別電極４４を焼成するために、上記加熱とは別に個別電極４４を加熱する必要がある。
【００４８】
これに対して、本実施の形態では、この加熱を行う前に、共通電極４３及び複数の個別電極４４を形成している（電極形成工程を加熱工程よりも前に行っている）ため、圧電層４２のアニールと共通電極４３及び個別電極４４の焼成を同時に行うことができる。
【００４９】
この後、キャビティプレート２１と、予め作製しておいた、ベースプレート２２、マニホールドプレート２３及びノズルプレート２４とを互いに接合する（Ｓ１０７）。これにより、インクジェットヘッド３が完成する。なお、加熱工程（Ｓ１０６）の後には、圧電層を分極する分極工程を行う必要があり、例えば、共通電極４３をグランド電位に保持し個別電極４４を駆動電位よりも高い電位にすることで、圧電層の厚み方向に分極が施される。
【００５０】
以上に説明した実施の形態によると、ＡＤ法により圧電層４２を形成した場合には、圧電層４２に圧電特性をもたせるために圧電層４２を高温で加熱するアニールが必要となり、このとき、圧電層４２とともに加熱されるキャビティプレート２１の構成原子が振動層４１及び圧電層４２に拡散してしまう。
【００５１】
しかしながら、本実施の形態では、キャビティプレート２１、振動層４１、共通電極４３、振動層４２及び個別電極４４の積層体を加熱する前に、キャビティプレート２１の一部を除去して圧力室１０を形成しているので、その後の加熱によりキャビティプレート２１の構成原子が拡散したとしても、キャビティプレート２１の構成原子が圧電層４２の圧力室１０と対向する部分には拡散しにくい。これにより、圧電層４２のこの部分の圧電特性が低下してしまうのを抑制することができる。
【００５２】
さらに、本実施の形態では、振動層４１をＡＤ法により成膜しているため、緻密な構造の振動層４１を高速に成膜することができる。また、キャビティプレート２１と圧電層４２と間に配置される振動層４１が緻密な構造を有していることにより、加熱の際に拡散したキャビティプレート２１の構成原子が振動層４１で止まり、圧電層４２までは拡散しにくい。したがって、圧電層４２の圧力室１０と対向する部分の圧電特性が低下してしまうのをさらに効果的に抑制することができる。
【００５３】
また、圧電アクチュエータ３２を駆動したときに振動層４１を十分に変形させるためには、振動層４１の厚みが大きいほど、走査方向及び紙送り方向に関する圧力室１０の長さを大きくする必要がある。しかしながら、本実施の形態では、ＡＤ法により振動層４１を成膜しているので、振動層４１を薄くすることができ、これにより、走査方向及び紙送り方向に関する圧力室１０の長さが小さくても、振動層４１を十分に変形させることができる。したがって、圧力室１０及び圧電アクチュエータ３２の圧力室１０と対向する駆動部分を高集積化することができる。
【００５４】
また、キャビティプレート２１がステンレスなどの金属材料からなるため、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を容易に形成することができる。
【００５５】
また、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成した後に、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成しているため、圧力室１０を形成する際に、エッチング液が個別電極４４に付着して個別電極４４が損傷してしまうことがない。これにより、エッチングを行う前に個別電極４４にマスクをするなどの工程が不要となる。
【００５６】
また、本実施の形態では、個別電極４４を形成した後、キャビティプレート２１、振動層４１、共通電極４３、圧電層４２及び個別電極４４の積層体を加熱することにより、圧電層４２のアニールと、個別電極４４及び共通電極４３の焼成とを同時に行うことができる。
【００５７】
次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００５８】
本実施の形態では、圧電層４２をＡＤ法によって成膜したが、圧電層４２を他の方法によって成膜することも可能である。具体的には、例えば、圧電材料とガラスなどの焼結助剤とからなる原料粉末、有機バインダー及び可塑剤を溶剤と混合することによって作られる液状のスラリーを共通電極４３が形成された振動層４１の上面に塗布することによって圧電層４２を成膜してもよい。
【００５９】
この場合には、スラリーを塗布した後、圧電層４２の焼成（固化）、及び、圧電層４２のアニールのために、キャビティプレート２１、振動層４１、共通電極４３、圧電層４２及び個別電極４４の積層体を高温（例えば、８５０℃以上）で加熱する。このため、圧電層４２の焼成の際に、キャビティプレート２１の構成原子が拡散する。しかしながら、この場合でも、実施の形態と同様、キャビティプレート２１に圧力室１０を形成した後で、圧電層４２の加熱を行っているため、キャビティプレート２１の構成原子が、圧電層４２の圧力室１０と対向する部分には拡散しにくい。
【００６０】
また、本実施の形態では、振動層４１をＡＤ法によって成膜したが、振動層４１を他の方法によって成膜することも可能である。具体的には、ゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法（化学気相成長法）、水熱合成法など、キャビティプレート２１からその構成原子が拡散しない程度の低温で成膜した振動層４１を固化させることができる方法によって振動層４１を成膜することも可能である。
【００６１】
なお、本実施の形態では、ＡＤ法により圧電層４２を形成した後、圧電層４２を高温で加熱するアニールを行っているが、これは、前述したように、圧電層４２に圧電特性を持たせるための処理であり、圧電層４２を固化させるための処理ではない。そして、ＡＤ法で成膜した振動層４１及び圧電層４２は常温で固化する。すなわち、上記実施の形態のように、ＡＤ法により振動層４１を形成した場合にも、成膜された振動層４１を、基材２１からその構成原子が拡散しない常温で固化させることができる。
【００６２】
ここで、振動層４１を形成した後、その上面に共通電極４３などを形成するためには、振動層４１を固化させる必要があるが、この固化のために、キャビティプレート２１と振動層４１との積層体を、キャビティプレート２１の構成原子が拡散してしまう程の高温で加熱することになると、この加熱の際に、キャビティプレート２１の構成原子が圧力室１０と対向する部分を含む振動層４１の全域に拡散してしまう。したがって、この後、キャビティプレート２１に圧力室１０を形成してから、圧電層４２にアニールを行うために加熱を行ったとしても、振動層４１の圧力室１０と対向する部分に拡散していたキャビティプレート２１の構成原子が、振動層４１からさらに圧電層４２の圧力室１０と対向する部分に拡散して、圧電層４２のこの部分における圧電特性が低下してしまう虞がある。
【００６３】
そのため、振動層４１は、上述したような、キャビティプレート２１の構成原子が拡散しない程度の低温で固化させることができるような方法を用いて成膜することが好ましい。
【００６４】
また、本実施の形態では、キャビティプレート２１に圧力室１０を形成した後、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成していたが、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成した後に、キャビティプレート２１に圧力室１０を形成してもよい。この場合には、エッチング液による個別電極４４の損傷を防止するために、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成する前に、個別電極４４にマスクをしておけばよい。
【００６５】
また、本実施の形態では、個別電極４４を形成した後、キャビティプレート２１、振動層４１、共通電極４３、圧電層４２及び個別電極４４の積層体を加熱して、圧電層４２のアニールと、個別電極４４及び共通電極４３の焼成とを行っていたが、これには限られない。例えば、キャビティプレート２１に圧力室１０を形成した後、個別電極４４を形成する前に、キャビティプレート２１、振動層４１、共通電極４３及び圧電層４２の積層体を加熱して、圧電層４２のアニール及び共通電極４３の焼成を行い、その後、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成し、形成した個別電極４４を焼成するために、上述したのとは別に個別電極４４が積層された積層体を加熱してもよい。
【００６６】
また、キャビティプレートはステンレスなどの金属材料であることには限られず、キャビティプレートが、シリコンからなるものであってもよい。シリコンの原子が圧電層４２に拡散した場合にも、圧電層４２の圧電特性が低下してしまうが、この場合でも、加熱を行う前に、キャビティプレート２１の一部を除去して圧力室１０を形成しているため、実施の形態と同様、シリコンの原子が圧電層４２の圧力室１０と対向する部分には拡散しにくい。さらに、キャビティプレートとなる基材がシリコンからなる場合にも、エッチングにより基材に圧力室を容易に形成することができる。
【００６７】
また、本実施の形態では、振動層４１の上面に圧電層４２が１層だけ形成されていたが、これには限られない。一変形例では、図８に示すように、圧電層４２の上面に、さらに圧電層７１、７２が配置されており、圧電層７１と圧電層７２との間に、そのほぼ全域にわたって共通電極７４が配置されているとともに、圧電層７２の上面（振動層４１と反対側）の圧力室１０と対向する部分に、個別電極４４と同様の形状を有する個別電極７４（露出電極）が配置されている（変形例１）。なお、この場合には、圧電層４２、７１、７２を合わせたものが本発明に係る圧電層に相当する。また、この場合には、上記実施の形態とは異なり、個別電極４４は、本発明に係る露出電極に相当するものではない。
【００６８】
このようなインクジェットヘッドを製造する際には、本実施の形態と同様、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、圧力室１０が形成される前のキャビティプレート２１の上面に、振動層４１、共通電極４３及び圧電層４２を形成した後、図９（ａ）に示すように、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成し、次に、図９（ｂ）に示すように、圧電層４２の上面に圧電層７１を成膜する。続いて、図９（ｃ）に示すように、圧電層７１の上面に共通電極７３を形成し、次に、図９（ｄ）に示すように、圧電層７１の上面に圧電層７２を形成する。なお、圧電層７１、７２は、圧電層４２と同様、ＡＤ法によって成膜し、共通電極７３は、共通電極４３と同様、スクリーン印刷やスパッタ法等によって形成する。
【００６９】
次に、本実施の形態と同様、図９（ｅ）に示すように、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成し（貫通孔形成工程、圧力室形成工程）、次に、図９（ｆ）に示すように、圧電層７２の上面にスクリーン印刷やスパッタ法等によって個別電極７４を形成する（露出電極形成工程）。そして、この後、キャビティプレート２１、振動層４１、圧電層４１、４２、７１、７２、共通電極４３、７３及び個別電極４４、７４の積層体を加熱して、圧電層４２、７１、７２のアニールと、共通電極４３、７３及び個別電極４４、７４の焼成とを行う（加熱工程）。
【００７０】
なお、この場合には、圧電層４２、７１、７２を成膜する工程を合わせたものが、本発明に係る圧電層成膜工程に相当し、共通電極４３、７３及び個別電極４４、７４を形成する工程を合わせたものが、本発明に係る電極形成工程に相当する。
【００７１】
この場合でも、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成した後、個別電極７４を形成しているので、エッチング液によって個別電極７４が損傷してしまうことがない。さらに、個別電極７４を形成した後、加熱工程を行っているので、圧電層４２、７１、７２のアニール、並びに、共通電極４３、７３及び個別電極４４の焼成と同時に、個別電極７４の焼成を行うことができる。
【００７２】
また、本実施の形態では、圧電アクチュエータ３２において、圧電層４２の下面に共通電極４３が配置されているとともに、圧電層４２の上面に複数の個別電極４４が配置されていたが、圧電アクチュエータは、圧電層４２の上面あるいは下面にのみ電極が配置されたものであってもよい。
【００７３】
例えば、別の一変形例では、図１０〜１３に示すように、圧電層４２の下面には電極が形成されておらず、圧電層４２の上面に個別電極１３２及び共通電極１３４が形成されている（変形例２）。
【００７４】
複数の個別電極１３２は、複数の圧力室１０とそれぞれ対向する複数の内側領域１４０の上面に形成されている。各個別電極１３２のパターンは、圧力室１０（内側領域１４０）の長手方向に延在した３つの長手方向突起１４５と、圧力室１０の幅方向外側に位置する２つの長手方向突起１４５からそれぞれ幅方向外側へ延在した複数の幅方向突起１４６とを含んでいる。３つの長手方向突起１４５は、略楕円形の内側領域１４０の中心を含み、その長手方向（図１０の左右方向）に細長い第１区域１４２の上面に、幅方向に等間隔空けて配置されている。一方、複数の幅方向突起１４６は、その長手方向に平行に延びる圧力室１０の２本の縁（内側領域１４０と外側領域１４１との境界）と第１区域１４２の外縁との間に位置して圧力室１０の縁の近傍部と対向する第２区域１４３の上面に、長手方向に等間隔空けて配置されている。
【００７５】
３つの長手方向突起１４５はそれらの一端部（図１０の右端部）において互いに導通しており、この導通部からは外側領域１４１へ接点部１３５が引き出されている。複数の個別電極１３２にそれぞれ対応する複数の接点部１３５は、走査方向に関する両端部においてそれぞれ紙送り方向に配列されている。さらに、複数の接点部１３５には、図示しないＦＰＣが接合され、この配線部材を介して接点部１３５は図示しないドライバＩＣと電気的に接続されている。そして、第１区域１４２の３つの長手方向突起１４５、第２区域１４３の複数の幅方向突起１４６、及び、接点部１３５は互いに導通していることから、ドライバＩＣからＦＰＣ及び接点部１３５を介して３つの長手方向突起１４５及び複数の幅方向突起１４６に同時に駆動電圧が印加されるようになっている。
【００７６】
共通電極１３４のパターンは、各第１区域１４２の個別電極１３２の３つの長手方向突起１４５の間において圧力室１０の長手方向にそれぞれ延在した２つの長手方向突起１４７と、各第２区域１４３の個別電極１３２の複数の幅方向突起１４６の間において圧力室１０の幅方向（短手方向）にそれぞれ延在した複数の幅方向突起１４８を含んでいる。図１０に示すように、第１区域１４２において、個別電極１３２の３つの長手方向突起１４５と共通電極１３４の２つの長手方向突起１４７は、等間隔空けて交互に配置されている。また、第２区域１４３において、個別電極１３２の複数の幅方向突起１４６と共通電極１３４の複数の幅方向突起１４８は等間隔空けて交互に配置されている。
【００７７】
また、図１０に示すように、左右２列の圧力室１０の列にそれぞれ対応する第１区域１４２の長手方向突起１４７は、接点部１３５と反対側の端部（図１０の左端部）において、圧力室１０の配列方向（図１０の上下方向）に延びる導電部１４９により全て導通している。また、第２区域１４３の幅方向突起１４８は、隣接する２つの圧力室１０の間において、その長手方向（図１０の左右方向）に延びる導電部１５０により接続され、導電部１５０は導電部１４９に接続されている。つまり、導電部１４９，１５０を介して、共通電極１３４の長手方向突起１４７と幅方向突起１４８とが互いに導通している。また、幅方向突起１４８は、導電部１５０から圧力室１０の幅方向一方側（図１０の上側）に向けて延在する第１幅方向突起１４８ａと、幅方向他方側（図１０の下側）へ向けて延在する第２幅方向突起１４８ｂとを有しており、第１幅方向突起１４８ａと第２幅方向突起１４８ｂは、隣接する２つの圧力室１０を駆動するための共通電極１３４としてそれぞれ作用している。つまり、異なる圧力室１０の駆動にそれぞれ寄与する第１幅方向突起１４８ａと第２幅方向突起１４８ｂが１つの導電部１５０から派生した構造となっており、共通電極１３４が、限られたスペースに効率よく配されたパターンとなっている。さらに、図１０に示すように、左右２つの導電部１４９からは走査方向に関する両端部（走査方向に関して個別電極１３２の接点部１３５と同じ位置）までそれぞれ２つの接点部１３６が引き出され、これら２つの接点部１３６には、個別電極１３２の接点部１３５と同様に、ＦＰＣが接合されている。そして、共通電極１３４の全ての長手方向突起１４７と幅方向突起１４８は、接点部１３６及び配線部材を介して常にグランド電位に保持されている。
【００７８】
このように、個別電極１３２のパターンと共通電極１３４のパターンが共に圧電層４２の上面に形成されているため、ある個別電極１３２に駆動電圧が印加されたときには、内側領域１４０の圧電層４２（特に、上面部）にはその表面に平行な方向（以下、面方向と記載する場合もある）に向いた電界が生じる。図１０に示すように、第１区域１４２においては、個別電極１３２の長手方向突起１４５と共通電極１３４の長手方向突起１４７との間には、矢印で示すように、圧力室１０の幅方向に向いた面内成分からなる第１電界Ｅ１が生じる。一方、第２区域１４３においては、個別電極１３２の幅方向突起１４６と共通電極１３４の幅方向突起１４８との間に、矢印で示すように、第１電界Ｅ１と直交する圧力室１０の長手方向に向いた面内成分からなる第２電界Ｅ２が生じる。
【００７９】
さらに、圧電層４２の内側領域１４０は、予め個別電極１３２に前述の駆動電圧よりも高い分極用の電圧を印加して高い電界が作用させることにより、その表面に平行な方向に分極処理されている。そして、第１区域１４２においては第１電界Ｅ１と同じ方向（圧力室１０の幅方向）に分極され、第２区域１４３においては第２電界Ｅ２と同じ方向（圧力室１０の長手方向）に分極されている。したがって、圧電層４２の分極方向は、個別電極１３２に電圧が印加されたときに生じる電界の方向と同じである。
【００８０】
そして、変形例２の圧電アクチュエータにおいては、ドライバＩＣから複数の個別電極１３２に対して選択的に駆動電圧が印加されると、個別電極１３２と共通電極１３４が互いに異なる電位となる。すると、図１０に示すように、駆動電圧が印加された個別電極１３２の下側の圧電層１３１の内側領域１４０において、第１区域１４２の圧電層４２に圧力室１０の幅方向に向かう第１電界Ｅ１が生じるとともに、第２区域１４３の圧電層４２に圧力室１０の長手方向に向かう第２電界Ｅ２が生じる。
【００８１】
ここで、前述したように、圧電層４２は、第１区域１４２においては第１電界Ｅ１と同じ方向に分極され、第２区域１４３においては第２電界Ｅ２と同じ方向に分極されている。したがって、図１１、図１３に矢印で示すように、第１区域１４２においては、圧電層４２は第１電界Ｅ１の方向である圧力室１０の幅方向に伸びて、圧力室１０の長手方向に縮む。一方、第２区域１４３においては、圧電層４２は第２電界Ｅ２の方向である圧力室１０の長手方向に伸びて、圧力室１０の幅方向に縮む。即ち、図１３に示すように、圧力室１０の幅方向に見ると、圧電層４２は、第１区域１４２においては伸長し、その両側の第２区域１４３においては収縮する。このとき、内側領域１４０の圧電層４２の下側に位置する振動板４１は面方向に伸縮せず、内側領域１４０の圧電層４２が面方向に伸縮変形するのに抵抗する。さらに、内側領域１４０を包囲する外側領域１４１の圧電層４２及びその下側の振動板４１は厚み方向の変形が規制されている。そのため、図１２、図１３の破線で示すように、圧電層４２と振動板４１は、上方（圧力室１０と反対側）に凸となるように大きく湾曲変形する。このように振動板４１が湾曲すると、圧力室１０の容積が増大して圧力室１０内に負の圧力波が発生し、マニホールド流路１３から圧力室１０内にインクが流入する。
【００８２】
その後、圧力室１０内で生じた負の圧力波が正に反転するタイミングで、個別電極１３２への駆動電圧の印加を停止する。すると、圧電層４２及び振動板４１が元の水平な形状に戻り、圧力室１０の容積が減少するが、このとき、前述の圧力室１０の容積増大に伴う圧力波と、振動板４１の復元に伴い生じる圧力波とが合成されるため、インクに大きな圧力が付与され、ノズル１５からインクが吐出される。
【００８３】
変形例２のインクジェットヘッド（圧電アクチュエータ）を製造する際には、キャビティプレート２１の上面に振動層４１を成膜した後、直ちに振動層４１の上面に圧電層４２を成膜する。また、実施の形態における個別電極４４を形成する工程において、個別電極１３２及び共通電極１３４を形成する。それ以外の製造工程については、上述の実施の形態と同様であるので、ここでは、その詳細を省略する。
【００８４】
そして、変形例２においても、上述したようにしてインクジェットヘッドを製造することにより、上述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
また、本実施の形態では、エッチングによりキャビティプレート２１に圧力室１０を形成したが、レーザ加工など、他の方法によって圧力室１０を形成してもよい。
【００８６】
また、以上では、圧力室内のノズルからインクを吐出するインクジェットヘッド及びこれに用いられる圧電アクチュエータの製造に本発明を適用した例について説明したが、これには限られない。例えば、ノズルからインク以外の液体を吐出する液体吐出ヘッド及びこれに用いられる圧電アクチュエータの製造に本発明を適用することも可能であり、圧力室内の液体に圧力を付与することによって圧力室を含む液体移送流路内の液体を移送する液体移送装置及びこれに用いられる圧電アクチュエータの製造に本発明を適用することも可能である。
【００８７】
さらには、所定の駆動対象を駆動させるための圧電アクチュエータの製造に本発明を適用することも可能である。この場合には、振動層４１の下面の、基材に形成した貫通孔に露出している部分に駆動対象を取り付ければよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明における実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの平面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】インクジェットヘッド（圧電アクチュエータ）の製造過程を示すフローチャートである。
【図７】製造の各工程におけるインクジェットヘッドの状態を示す図である。
【図８】変形例１の図５相当の図である。
【図９】変形例１におけるインクジェットヘッドの製造の各工程におけるインクジェットヘッドの状態を示す図である。
【図１０】変形例２におけるインクジェットヘッドの一部分、及び、圧電層に作用する電界の方向を示す平面図である。
【図１１】変形例２におけるインクジェットヘッドの一部分、及び、圧電層の変形の方向を示す平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ線断面図である。
【図１３】図１１のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
３ インクジェットヘッド
１０ 圧力室
２１ キャビティプレート
３２ 圧電アクチュエータ
４１ 振動層
４２ 圧電層
４３ 共通電極
４４ 個別電極
７１ 圧電層
７２ 圧電層
７３ 共通電極
７４ 個別電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属又はシリコンからなる基材の一表面に、セラミックス材料からなる振動層を成膜する振動層成膜工程と、
前記振動層の前記基材と反対側に、圧電層を成膜する圧電層成膜工程と、
前記圧電層成膜工程よりも後に行われる工程であって、前記基材の一部を除去することで、前記基材の前記振動層とは反対側から前記振動層を臨むことのできる貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記圧電層の少なくとも前記貫通孔と対向する部分に電極を形成する電極形成工程と、
前記貫通孔形成工程よりも後に行われる工程であって、前記圧電層を加熱する加熱工程とを備えていることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
前記圧電層成膜工程において、前記圧電層はエアロゾルデポジション法によって成膜される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の製造方法。
【請求項３】
前記振動層成膜工程において、前記振動板はエアロゾルデポジション法によって成膜される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の製造方法。
【請求項４】
前記貫通孔形成工程において、前記貫通孔はエッチングにより形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記電極形成工程が、前記圧電層の前記振動層と反対側に露出する露出電極を形成する露出電極形成工程を含んでおり、
この露出電極形成工程は、前記貫通孔形成工程よりも後に行われ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の製造方法。
【請求項６】
前記電極形成工程を、前記加熱工程よりも前に行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
金属又はシリコンからなり、圧力室が形成される圧力室プレートの一表面に、セラミックス材料からなる振動層を成膜する振動層成膜工程と、
前記振動層の前記圧力室プレートと反対側に、圧電層を成膜する圧電層成膜工程と、
前記圧電層成膜工程よりも後に行われる工程であって、前記圧力室プレートの一部を除去することで、前記基材の前記振動板とは反対側から前記振動層を臨むことのできる圧力室を形成する圧力室形成工程と、
前記圧電層の少なくとも圧力室と対向する部分に電極を形成する電極形成工程と、
前記圧力室形成工程よりも後に行われる工程であって、前記圧電層を加熱する加熱工程とを備えていることを特徴とする液体移送装置の製造方法。
【請求項１】
金属又はシリコンからなる基材の一表面に、セラミックス材料からなる振動層を成膜する振動層成膜工程と、
前記振動層の前記基材と反対側に、圧電層を成膜する圧電層成膜工程と、
前記圧電層成膜工程よりも後に行われる工程であって、前記基材の一部を除去することで、前記基材の前記振動層とは反対側から前記振動層を臨むことのできる貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記圧電層の少なくとも前記貫通孔と対向する部分に電極を形成する電極形成工程と、
前記貫通孔形成工程よりも後に行われる工程であって、前記圧電層を加熱する加熱工程とを備えていることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
前記圧電層成膜工程において、前記圧電層はエアロゾルデポジション法によって成膜される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の製造方法。
【請求項３】
前記振動層成膜工程において、前記振動板はエアロゾルデポジション法によって成膜される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の製造方法。
【請求項４】
前記貫通孔形成工程において、前記貫通孔はエッチングにより形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記電極形成工程が、前記圧電層の前記振動層と反対側に露出する露出電極を形成する露出電極形成工程を含んでおり、
この露出電極形成工程は、前記貫通孔形成工程よりも後に行われ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の製造方法。
【請求項６】
前記電極形成工程を、前記加熱工程よりも前に行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
金属又はシリコンからなり、圧力室が形成される圧力室プレートの一表面に、セラミックス材料からなる振動層を成膜する振動層成膜工程と、
前記振動層の前記圧力室プレートと反対側に、圧電層を成膜する圧電層成膜工程と、
前記圧電層成膜工程よりも後に行われる工程であって、前記圧力室プレートの一部を除去することで、前記基材の前記振動板とは反対側から前記振動層を臨むことのできる圧力室を形成する圧力室形成工程と、
前記圧電層の少なくとも圧力室と対向する部分に電極を形成する電極形成工程と、
前記圧力室形成工程よりも後に行われる工程であって、前記圧電層を加熱する加熱工程とを備えていることを特徴とする液体移送装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−１８２１９５（Ｐ２００９−１８２１９５Ａ）
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０５６７（Ｐ２００８−２０５６７）
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月１３日（２００９．８．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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