JP2003321780A - 超微粒子の成膜方法、圧電式アクチュエータおよび液体吐出ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エアロゾル形成室内に配置する超微粒子粉の
凝集を防ぎ、成膜を高速で行い、欠陥の少ない均一な圧
電膜を提供する。 【解決手段】 原料を粉砕・混合して混合粉を作製し、
次いで混合粉を仮焼して仮焼体を得て、次いで仮焼体を
粉砕するとともに分散剤を添加して微粉砕粉を作製し、
エアロゾルガスデポジション法により前記微粉砕粉の超
微粒子を用いて薄膜を作製する。超微粒子をガスと攪拌
してエアロゾルを作製し、エアロゾル中の超微粒子を基
板上に衝突させることで基板上に膜を成長させる成膜方
法であって、前記超微粒子は超微粒子の粉体に分散剤を
添加することを特徴とする超微粒子の成膜方法を用い
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックスや金
属の超微粒子を含むエアロゾルを基板に吹き付け、微粒
子を基板に衝突させることによって基板上に膜を成長さ
せるための超微粒子の成膜方法に関するものである。さ
らに、この成膜方法で作製する圧電式アクチュエータと
それを用いた液体吐出ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ガスデポジション法は、例えば、
日本特許第１６６０７９９号公報に記されている超微粒
子を用いた膜形成法であって、真空蒸着法と同様に金属
加熱源および真空容器を配置させ、金属蒸気から微粒子
を形成し、この微粒子からなる膜を形成する方法であ
る。

【０００３】一方、セラミックス材料の超微粒子を用い
た膜形成も提案されている。このような方法によるセラ
ミックス膜の成膜方法は例えば、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．３６（１９９７）１１５９．にエアロゾ
ル化したジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）粉をＰｔ膜を
付けたＳｉ基板上に衝突させて、ＰＺＴ膜を形成した結
果が示されており、７５０℃の熱処理を行うことで強誘
電体特性や圧電特性が測定され圧電膜としての機能する
ことが示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特に一
次粒子径が数μｍ以下の小さい超微粒子はお互いにファ
ンデルワールス力、静電引力または水分の架橋効果によ
り凝集し、数十〜数百μｍの凝集粉を形成している。凝
集粉は一次粒子に比べて質量が大きいため、ガスの供給
や振動を与えることで浮遊させることが困難であり、エ
アロゾル形成室内で超微粒子とガスとの攪拌が進行せ
ず、形成されたエアロゾル中の超微粒子の濃度が低くな
っていた。このため、エアロゾル形成室から搬送管およ
びノズルを経由して、基板へ衝突する単位時間あたりの
超微粒子の量が少なく、膜の成長速度が遅くなるといっ
た問題があった。

【０００５】また、凝集粉はエアロゾル化した場合で
も、その多くはエアロゾル中で一次粒子へと解砕されず
に凝集粉のまま基板に衝突する。凝集粉は質量が大きい
ため、十分に加速されず、基板へ衝突するときの運動エ
ネルギーが小さく、基板や他の粒子との強固な密着性が
得られず、緻密な膜を形成せずに基板上に付着してしま
う。成膜した膜上に付着した凝集粉は容易に欠落するた
め、膜上に欠陥部分ができてしまい、均一な膜を作製す
ることが困難であった。

【０００６】本発明の目的は、上記従来の微粒子の成膜
方法の課題を解決するもので、超微粒子による膜の成膜
速度の向上を図り、欠陥部分の少ない均一な膜を形成す
ることが可能な成膜方法を提供することである。さら
に、欠陥の少ない均一な圧電膜を有する圧電アクチュエ
ータとそれを用いた液体吐出ヘッドを提供することも目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、エアロゾル形成室内に配置する超微粒子粉
の凝集を防ぐことにより、超微粒子をエアロゾル化させ
るときに、超微粒子とガスの攪拌を促進し、超微粒子の
うち質量の小さい一次粒子もしくはエアロゾル中で一次
粒子となりやすい凝集粉がエアロゾル化して基板へ衝突
することで膜上に欠陥部分をつくることを抑制でき、均
一な膜の作製が可能になる。凝集を防ぐことで基板に到
達し付着する凝集粉の量を減らし、膜の成長速度の速い
成膜方法を提供することができる。この成膜方法により
欠陥部分の少ない均一な膜を生成できる。また、成膜後
の圧電膜に熱処理を施すことにより、圧電膜中に含有さ
せた分散剤成分の大部分を揮発させて、圧電膜の特性の
劣化を防止するものである。

【０００８】［１］ 本発明の超微粒子の成膜方法は、
超微粒子をガスと攪拌してエアロゾルを作製し、エアロ
ゾル中の超微粒子を基板上に衝突させることで基板上に
膜を成長させる成膜方法であって、前記超微粒子は超微
粒子の粉体に分散剤を添加したものであることを特徴と
する。

【０００９】上記本発明の成膜方法は、より詳細には、
まず、原料を粉砕・混合して混合粉を作製し、次いで混
合粉を仮焼して仮焼体を得て、次いで仮焼体を粉砕する
とともに分散剤を添加して超微粒子の微粉砕粉を作製
し、エアロゾルガスデポジション法により前記超微粒子
を用いて薄膜を作製することを特徴とする。ここで、微
粉砕粉を構成する超微粒子の平均粒径は０．１μｍ以上
且つ１．０μｍ以下が好ましい。

【００１０】［２］ 上記［１］の本発明において、前
記分散剤は、ピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸
ナトリウム、ケイ酸塩ナトリウム、炭酸ナトリウム、ポ
リカルボン酸系ナトリウム、アンモニウム塩、縮合ナフ
タレンスルホン酸塩類、多価値アルコールエステル系活
性剤、ポリアミド系活性剤、ジアミン系活性剤から選ば
れる少なくとも１種であることを特徴とする。分散剤の
添加量は、超微粒子の粉体について、０．１重量％以上
且つ０．６重量％以下の範囲内で添加することが好まし
く、より望ましくは０．２重量％以上且つ０．４重量％
以下の範囲内で添加する。超微粒子粉にて分散剤を均一
に添加するには、添加量を０．２重量％以上とすること
が望ましい。また、圧電膜の熱処理で分散剤の成分を十
分に揮発させて残留量を無視し得る程度に抑制する為に
は、添加量の上限を０．４重量％にすることが好まし
い。

【００１１】［３］ 上記［１］または［２］のいずれ
かにおいて、前記基板上に膜を成長させた後、熱処理を
施すことが望ましい。ここで、前記膜（特に圧電膜）の
熱処理温度は、５００℃以上且つ１２００℃以下、好ま
しくは６００℃以上且つ８００℃以下とすることができ
る。超微粒子として圧電体となる材料を用いる場合、分
散剤の残留が多いと圧電歪特性の劣化を招く。そこで、
本発明の成膜方法にて成膜後熱処理を行い、分散剤を蒸
発もしくは揮発させることが望ましい。特に、前記熱処
理を減圧下（真空に引いたチャンバー内）で行なうこと
が、圧電歪特性に影響を与えない程度に分散剤成分の残
留量を抑える上で望ましい。

【００１２】上記［１］乃至［３］のいずれかの超微粒
子の成膜方法で、分散剤を添加した超微粒子粉をエアロ
ゾル形成室内に導入する前に、超微粒子粉を１００℃以
上且つ２００℃以下の温度で加熱乾燥しておくことが望
ましい。加熱乾燥を行なうと超微粒子の凝集を抑制する
効果が更に高められる。ただし、一度作製した超微粒子
の粉を高い加熱温度で長時間保持しておくと、超微粒子
を構成する成分の融解、蒸発による組成ずれが起こる可
能性があるため、加熱温度の上限を２００℃にすること
が望ましい。

【００１３】［４］ 本発明の圧電式アクチュエータ
は、圧電膜の両面に電極を備える圧電式アクチュエータ
で、前記圧電膜は不純物元素として、Ｎａ、Ｓｉ、Ｃ、
Ｓ、Ｐから選択される少なくとも１種を含有し、前記不
純物元素の含有量が重量比で１００×１０^−４重量％以
下であることを特徴とする。すなわち、圧電膜の単位重
量（１００重量％）において、前記不純物の含有量を１
００×１０^−４重量％以下に抑える。１×１０^−４重量
％＝１×１０^−４ｍａｓｓ％＝１ｐｐｍ（重量比）の関
係にある。超微粒子の粉に分散剤を添加して凝集を防
ぎ、欠陥の少ない均一な膜を得た後、熱処理を行なって
圧電膜から分散剤を蒸発させて、圧電膜中に不純物とし
て残留する分散剤の成分を抑制する。このとき、前記不
純物元素の含有量を重量比で１００×１０^−４重量％以
下にすることにより、圧電歪特性の低下を回避すること
ができる。

【００１４】［５］ 本発明の液体吐出ヘッドは、上記
［４］に記載の圧電式アクチュエータを搭載することを
特徴とする。より詳細には、この液体吐出ヘッドは、所
定のピッチで配列された複数の吐出液室と、前記各吐出
液室に設けられてこれに吐出液を供給するための吐室液
供給口と、前記各吐出液室を区画する一側壁に設けられ
た噴射ノズル孔と、前記各吐出液室の他の一側面を区画
するように設けた振動板と、前記各振動板に設けられた
上記［４］に係る圧電式アクチュエータとを備えること
を特徴とする。

【００１５】この液体吐出ヘッドは、振動板の上に電極
膜を有し、更に電極膜の上に圧電膜を有する構造とする
ことができる。振動板の厚さは、1μｍ以上且つ２０μ
ｍ以下の範囲内にすることが好ましく、より望ましくは
５μｍ以上且つ１０μｍ以下の範囲内の膜厚で構成す
る。圧電膜の振動エネルギーを効率良く振動板に伝える
には、圧電膜の厚さが振動板の厚さに同等であることが
望ましい。従って、圧電膜の厚さは１μｍ以上且つ２０
μｍ以下の範囲内であることが好ましい。より好ましく
は圧電膜の厚さを５μ以上且つ１０μｍ以下の範囲内の
膜厚にする。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる成膜方法
と、作製した圧電式アクチュエータとそれを用いたイン
クジェットプリンタ用吐出ヘッドの一実施例について説
明する。ただし、これら実施例により本発明が限定され
るものではない。

【００１７】（実施例１）図１は、本発明に係る超微粒
子による圧電膜の成膜方法を示す工程図である。まず、
酸化鉛（ＰｂＯ）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣ
Ｏ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ジルコニウム
（ＺｒＯ_２）、酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）、酸化マ
ンガン（ＭｎＯ_２）および酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ
_３）を原料に用いた。化学式（Ｐｂ_０．９Ｓｒ_０．１）
（Ｚｒ_０．５５Ｔｉ_０．４５）Ｏ_３を主成分として、こ
の主成分に０．５重量％のＳｂ_２Ｏ_３と０．０１５重量
％のＭｎＯ _２と０．０１５重量％のＡｌ_２Ｏ_３とを含ん
で１００重量％となるように各原料を秤量し、これを溶
媒にエチルアルコールを用いて、ボールミルで２時間か
けて粉砕しながら混合した（工程Ｓ１）。この混合粉を
温度８００℃、大気雰囲気中で２時間かけて焼成して、
前記の成分を満たすジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）の
仮焼体を得た（工程Ｓ２）。この仮焼体を機械的に粉砕
して、平均粒径を０．５μｍに調整したＰＺＴ粉を作製
した（工程Ｓ３）。この粉砕工程において、混合粉に分
散剤として、ヘキサメタリン酸ナトリウムを単位重量あ
たり、０．３重量％となるように添加して微粉砕し、超
微粒子の粉を得た。

【００１８】次いで、焼成後に吸着した空気中の水分を
除去するために、ＰＺＴ粉を温度１５０℃のオーブンで
１時間かけて加熱保持し、十分に乾燥させた（工程Ｓ
４）。次いで、このＰＺＴ粉をエアロゾル形成室に適量
を充填（貯蔵）して（工程Ｓ５）、表１に示す条件でエ
アロゾルデポジション法により、Ｐｔ／Ｔｉ／ＳｉＯ ₂
／Ｓｉの基板上に成膜を行なった（工程Ｓ６）。基板
は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ₂膜、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜を順に積
層したものを用いた。Ｔｉ膜／Ｐｔ膜は下部電極に相当
する積層膜である。Ｐｔ膜上に生成・積層したＰＺＴ膜
は凝集粉の付着が少なく、欠陥部分が少ないものを得る
ことができた。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１にて、Ａｉｒとは空気と同様の成分を
有する清浄なガスを指す。流量の単位は（ｌ／ｍｉｎ）
≒約１６．７×１０^−６（ｍ３／ｓ）に相当する。エア
ロゾルデポジション法を行なう成膜装置については、お
って図２の説明で述べることとする。

【００２１】ＰＺＴ膜すなわち圧電膜を成膜した後、上
部電極としてＴｉ（チタン）膜及びＰｔ（白金）膜を被
覆した。次いで、上部電極／圧電膜／下部電極の積層膜
をパターニングして圧電アクチュエータを形成した。パ
ターニングした圧電膜の寸法は、幅５ｍｍ、長さ１０ｍ
ｍ、厚さ１５μｍである。なお、比較例として、分散剤
を添加しないＰＺＴ粉で成膜した場合、同じ成膜時間で
は１０μｍ未満の厚さとなり、生成したＰＺＴ膜には実
施例１のＰＺＴ膜に比べて欠陥が多く見られた。

【００２２】次いで、実施例１のＰＺＴ膜（圧電膜）を
５００℃で１時間、大気中で熱処理することで（工程Ｓ
７）、圧電膜から分散剤の成分を蒸発させた。熱処理
は、成膜直後の微小な粒径を増大させて、圧電膜組織の
粒径の大きさが０．１μｍ以上且つ５μｍ以下の範囲内
となるように行なった。

【００２３】図２は、本発明でエアロゾルデポジション
法を実行した、エアロゾルデポジション装置の断面構成
を示す概略図である。この装置は、酸素、空気またはこ
れらの混合ガスをキャリアガスとしてガスボンベ（図示
省略）からエアロゾル形成室５２まで搬送するガス搬送
管５１と、超微粒子粉体５４（ＰＺＴ粉）を入れた容器
を加振する加振装置５３と、固体気体永久混濁状態であ
るエアロゾルを形成するエアロゾル形成室５２と、形成
されたエアロゾルを捕獲してノズル７６まで送るエアロ
ゾル搬送管５５と、真空ポンプ（図示書略）で減圧状態
にされる膜形成室７０とを備える。膜形成室７０には、
真空ポンプに接続した排気弁７１と、基板ホルダ７３と
それを移動させるＸ−Ｙステージ７２、エアロゾルを射
出するノズル７６が配置されている。なお、エアロゾル
形成室の蓋５７に排気弁を設けて、必要に応じて開閉す
ることによりエアロゾル形成室内の圧力調整を行なう構
成にしてもよい。長さ５ｍｍ、幅０．５ｍｍの長方形の
開口を持つノズル７６と基板７４間の距離は、位置合わ
せ手段（図示を省略）によって調整した。

【００２４】次に、圧電膜の形成方法を説明する。ま
ず、先端をＰＺＴ粉に埋没させたガス搬送管に、ガスボ
ンベからキャリアガスを導入させた。エアロゾル形成室
５２でＰＺＴ粉の超微粒子をキャリアガスと混合させ、
同時に加振装置５３でエアロゾル形成室５２を振動させ
てエアロゾルを形成した。このエアロゾルは、エアロゾ
ル形成室内に一端を開口させたエアロゾル搬送管５５を
通じ、キャリアガスでノズル７６に搬送した。さらに膜
形成室７０を真空排気した減圧状態にすることで、エア
ロゾル形成室５２と膜形成室７０間に差圧を生じさせ
て、エアロゾルを高速に加速してノズル７６から射出
し、基板７４に吹き付けてＰＺＴ膜７５を形成した。形
成の際に、基板ホルダ７３をＸ−Ｙステージ７２で移動
させることにより、基板ホルダ７３に対するノズル７６
の位置を移動させて基板上にＰＺＴの超微粒子を堆積さ
せてＰＺＴ膜を形成した。基板ホルダ７３はノズル７６
の開口部の幅方向に約２０ｍｍ／分の速度で約１０ｍｍ
の距離を一往復させた。ＰＺＴ粉の粒径が１μｍ以下の
超微粒子の場合、成膜速度が大きくなると同時に基板と
の密着強度が向上した。なお、基板７４は、Ｓｉ基板の
一方の面に予めＳｉＯ₂膜／Ｔｉ膜／Ｐｔ膜を順に被覆
したものを用いた。より詳細に言うとＰｔ膜上にＰＺＴ
膜を被着させたことになる。

【００２５】図３は、本発明に係わるインクジェット吐
出ヘッドと、それに設けた圧電式アクチュエータの一部
概略を説明する斜視図である。このインクジェット吐出
ヘッド２は、キャビティを構成する基板をＳｉ基板２７
で構成し、Ｓｉ基板上に熱酸化で作製したＳｉＯ_２膜を
振動板１０とした。次に、振動板１０上にレジスト膜
（材質：ポリイミド）を被覆して、下部電極２６に対応
する箇所を抜いた形（フレーム）に露光・現像・定着さ
せることにより、レジストパターンを形成した。

【００２６】次に、下部電極２６となる膜を全面にわた
って成膜し、振動板１０上に積層した。下部電極２６と
なる膜は、Ｔｉ膜（厚さ約０．１μｍ）およびＰｔ膜
（厚さ約０．３μｍ）の２層膜で構成した。さらに、前
記レジストパターンならびにレジストパターン上面に積
層したものを、レジスト剥離液（アルカリ性溶剤等々）
に浸けながらブラッシングすることで除去した。

【００２７】以上のようにして形成した下部電極２６上
に、さらにエアロゾルデポジション法で圧電膜を形成す
る際に併用したレジストパターンを前述した同様の方法
で形成し、次いで膜厚１０μｍの圧電膜を成膜した。こ
の圧電膜の上面に上部電極２４となる膜を成膜した。上
部電極膜２４は、Ｔｉ膜（厚さ約０．１μｍ）およびＰ
ｔ膜（厚さ約０．３μｍ）で構成した。上部電極成膜後
にレジストパターンを全て除去し、隣り合う圧電膜２２
間で下部電極２６を分離した。

【００２８】その後、５００℃で１時間の熱処理を行っ
て、分散剤の成分をほとんど蒸発させて、ＰＺＴの粒子
同士を一体化して所望の振動特性を備える圧電膜２２
と、下部電極２６／圧電膜２２／上部電極２４で構成し
た圧電アクチュエータ２０を得た。圧電アクチュエータ
２０は幅ａ、長さＬ、厚さｄ＋（上部電極厚さ＋下部電
極厚さ）の矩形状の薄膜であり、圧電素子とも呼ぶ。隣
合う圧電アクチュエータ２０同士は所定の間隔ｂで配列
させた。なお、同様の圧電アクチュエータ測定用ダミー
として作製しておいて、実施例の熱処理と並行して同様
の熱処理を行なった。次いで、熱処理後の測定用ダミー
において、上部電極をエッチングで除去し、露出した圧
電膜の表面を蛍光Ｘ線分析で組成分析した。熱処理後の
圧電膜には、ＰＺＴ粉に添加したヘキサメタリン酸ナト
リウムに起因する不純物元素Ｐが重量比で３０×１０
^−４重量％含有されていることがわかった。ここで、１
×１０^−４重量％＝１×１０^−４ｍａｓｓ％＝１ｐｐｍ
（重量比）の関係にある。

【００２９】次に、キャビティに相当するインク室４を
形成するため、Ｓｉ基板２７の裏面に所定のレジストマ
スクを設け、異方性エッチングにより穿孔加工を施し
た。なお、インク室４は圧電素子対応位置に穿孔した。
この穿孔により、Ｓｉ基板２７を隔壁６に加工した。

【００３０】さらに、インク室の開口に底部区画壁８と
ノズルベース１２及びノズルプレート１４を設け、イン
ク室４に噴射ノズル孔１８がつながるようにして、イン
クジェット吐出ヘッド２を得た。また、各々のインク室
４は、インク供給口１６と接続させて、インクを供給で
きるようにした。

【００３１】次に、図３の詳細について説明する。この
インクジェット吐出ヘッド２は、断面が矩形の細長いイ
ンク室４（液体圧力室とも呼ぶ）を多数備えている。イ
ンク室４の数はインクジェット吐出ヘッド２の大きさに
依存し、例えば数十〜数百個設けられる。インク室４
は、所定のピッチＰ１で、例えば数十〜数百μｍピッチ
で配列させる。隣り合うインク室４は隔壁６により区画
されると共に、底部は底部区画壁８によって区画され
る。各インク室４の天井部は、厚さが比較的薄い、例え
ば厚さ５〜１０μｍ程度の振動板１０によって区画され
ており、後述するように、各インク室４の振動板１０が
それぞれ固有に振動し得るようになっている。

【００３２】底部区画壁８の下部には、例えば比較的厚
めのＳＵＳ板からなるノズルベース１２が設けられると
共に、さらにこの下部には例えば薄いステンレス板より
なるノズルプレート１４が順次接合されている。なお、
底部区画壁８を設けずノズルベース１２の一部を底部区
画壁８の替わりとして使用する構造にすることもでき
る。

【００３３】そして、上記ノズルベース１２には、各液
体圧力室４に対応させてインク供給口１６が形成されて
おり、図示しないインク流路を介して各インク室４に接
続されている。インク室４を区画する底部区画壁８、ノ
ズルベース１２及びノズルプレート１４には、これらを
貫通させて、例えば直径が１０〜３０μｍ程度の微細な
噴射ノズル孔１８が形成されている。これらの噴射ノズ
ル孔１８は、各インク室４（液体圧力室）に１つずつ対
応させて設けており、後述するように、上記振動板１０
を振動させて液体圧力室４内を加圧することによって、
この噴射ノズル孔１８からインク滴を射出し得るように
なっている。

【００３４】なお、図３のインクジェット吐出ヘッド
は、多数の圧電アクチュエータを配列した構成の一部を
例示したものである。その配列方向すべてを示すことは
難しいため、途中の部分を波線で省略した。また、イン
ク室４の手前の面（即ち、隔壁６と振動板１０と底部区
画壁８とノズルベース１２及びノズルプレート１４によ
る面）は断面に相当するが、噴射ノズル孔１８等を説明
しやすくするために、同図でその断面をハッチングする
ことは省略した。

【００３５】そして、各振動板１０の上部には、本発明
の特徴とする圧電アクチュエータ２０を１つずつ対応さ
せて設けた。この圧電アクチュエータ２０は、エアロゾ
ルデポジション法で成膜して、リフトオフ法でパターニ
ングした矩形状の圧電膜２２を有しており、図中におい
てこの上面側に例えばチタン−白金複合膜よりなる上部
電極２４を接合し、下面側に例えば白金あるいはチタン
−白金複合膜よりなる下部電極２６を接合している。上
部電極２４及び下部電極２６の厚さは、それぞれ０．１
μｍとした。圧電アクチュエータ２０の幅ａは、インク
室幅の６０〜９５％程度の範囲内に設定した。なお、圧
電体に上部電極を積層形成する場合、その厚さを０．１
〜２μｍにすることが望ましい。

【００３６】次に、図４においてインクジェット吐出ヘ
ッド（液体吐出ヘッド）２において、基板上に圧電アク
チュエータを配列した様子を説明する。図４中の平面図
（ａ）に示すように、１個の圧電アクチュエータ２０
（圧電素子）は、短辺（幅ａ）が６０μｍ、長辺（長さ
Ｌ）が２ｍｍである。短辺ａはＳＵＳ板（基板）の長辺
方向（１１０ｍｍ）にピッチＰ１（例えば８５μｍ）で
約１２５０個形成して、同様にＳＵＳ板の短辺方向（３
３ｍｍ）には長辺Ｌが２ｍｍの圧電素子をピッチＰ２
（例えば５ｍｍ）で５列形成する構成にした。そして、
液体圧力室（インク室あるいは加圧室）の穿孔加工後
に、同図（ｂ）のように１１０ｍｍ×５ｍｍの寸法に切
断して、１個の液体吐出ヘッドとした。あるいは、同図
（ａ）を５段（５列）のヘッドとしてそのまま使用して
も良い。ただし、この場合は，ピッチＰ２を５ｍｍより
小さくすれば液体吐出ヘッドの小型化を達成することが
できる。なお、図４では、ＳＵＳ板の長辺方向の一部に
ついて図示した。各圧電式アクチュエータ２０の上部電
極２４と下部電極２６との間に個別に電圧信号を加える
と、圧電作用で圧電式アクチュエータ２０が伸縮して、
振動板１０が歪んで振動して、その圧力変動によってイ
ンク室４（液体圧力室）のインクが噴射ノズル孔１８か
らインク滴となって射出することになる。

【００３７】この液体吐出ヘッドにおいて、電極の材質
は次のように複数の材料から選択することができる。電
極は製造工程中の最高温度で鉛系圧電材料の鉛元素と反
応し難い白金系合金膜（例えば白金−ロジウム合金）あ
るいは白金-チタンやクロム−金等の積層膜が好まし
く、さらにストロンチウムルテニウム酸化物などの酸化
物導電性材料でも良い。

【００３８】図４の（ｃ）にインクジェットプリンタの
斜視図を示す。上記実施例３のインクジェット吐出ヘッ
ド２は、ヘッド基台（図示せず）に設置して、インクジ
ェットプリンタヘッド１０１内に設けた。トレイ１０３
に挿入した用紙１０５（記録媒体）に対して、本体１０
２中でインクジェットプリンタヘッド１０１を走査しつ
つインクを射出し、排出口１０４から印字した用紙を得
ることになる。

【００３９】（実施例２）実施例１と同様の方法で圧電
アクチュエータを作製した。ただし、製造条件につい
て、使用する分散剤の種類等を変更した。表２に使用し
た分散剤と条件の例を示す。分散剤を添加して、成膜後
に６００℃、２時間で熱処理して分散剤を十分に低減す
ることで、高速で均一な膜を形成すると共に、欠陥が少
なく且つ圧電歪定数の高い圧電膜を得ることができた。
さらに、各々の例について、同様の構成のダミーサンプ
ルを作製しておいて、上部電極を除去した後にそれら圧
電膜における不純物量を蛍光Ｘ線分析で分析した結果を
表３に示す。不純物量の単位は１０^−４重量％とした。
１×１０^−４重量％＝１×１０^−４ｍａｓｓ％＝１ｐｐ
ｍ（重量比）の関係にある。圧電膜の単位重量を１００
重量％とすると、１ｐｐｍ＝０．０００１重量％に相当
する。より好ましくは不純物元素を各々５０ｐｐｍ以下
とする。なお、残留した不純物量を測定する方法として
は、蛍光Ｘ線分析に限らず他の方法で行なってもよい。
例えば、同条件で作製したほかのダミーサンプルについ
て、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy：
二次イオン質量分析）で組成分析を行なうことができ
る。

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の成膜方法
とそれによる圧電式アクチュエータは、次のように優れ
た作用効果を発揮することができる。本発明の成膜方法
によれば、超微粒子の凝集を抑制することができ、膜の
成膜速度が速く、欠陥の少ない均一な膜を作製すること
ができる。また、欠陥の少ない均一な圧電膜を用いた圧
電アクチュエータ及びインクジェットヘッドを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る製造方法を説明するための工程図
である。

【図２】本発明が適用されるエアロゾルデポジション装
置を示す概略図である。

【図３】本発明の圧電式アクチュエータを用いたインク
ジェット吐出ヘッドを示す斜視図である。

【図４】基板上に配列した圧電アクチュエータを説明す
る平面図、およびインクジェットプリンタの斜視図であ
る。

【符号の説明】

２ インクジェット吐出ヘッド、 ４ インク室、 ６
隔壁、８ 底部区画壁、 １０ 振動板、 １２ ノ
ズルベース、１４ ノズルプレート、 １６ インク供
給口、 １８ 噴射ノズル孔、２０ 圧電アクチュエー
タ、 ２２ 圧電膜、 ２４ 上部電極、２６ 下部電
極、 ２７ Ｓｉ基板、５１ ガス搬送管、 ５２ エ
アロゾル形成室、５３ 加振装置、 ５４ 超微粒子粉
体、 ５５ エアロゾル搬送管、５７ 蓋、 ７０ 膜
形成室、 ７１ 排気弁、７２ Ｘ−Ｙステージ、 ７
３ 基板ホルダ、 ７４ 基板、７５ ＰＺＴ膜、 ７
６ ノズル、１０１ インクジェットプリンタヘッド、
１０２ 本体、１０３ トレイ、 １０５ 用紙。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 41/24 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ｈ (72)発明者 阿部 徹 埼玉県熊谷市三ヶ尻5200番地 日立金属株 式会社先端エレクトロニクス研究所内 Ｆターム(参考） 2C057 AF93 AG16 AG39 AG44 AG52 AP14 AP58 AQ02 BA03 BA14 4K044 AA06 AB10 BA08 BA14 BB02 BB11 CA23 CA62

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超微粒子をガスと攪拌してエアロゾルを
   作製し、エアロゾル中の超微粒子を基板上に衝突させる
   ことで基板上に膜を成長させる成膜方法であって、前記
   超微粒子は超微粒子の粉体に分散剤を添加したものであ
   ることを特徴とする超微粒子の成膜方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記分散剤は、ピロ
   リン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、ケイ
   酸塩ナトリウム、炭酸ナトリウム、ポリカルボン酸系ナ
   トリウム、アンモニウム塩、縮合ナフタレンスルホン酸
   塩類、多価値アルコールエステル系活性剤、ポリアミド
   系活性剤、ジアミン系活性剤から選ばれる少なくとも１
   種であることを特徴とする超微粒子の成膜方法。
3. 【請求項３】 前記基板上に膜を成長させた後、熱処理
   を施すことを特徴とする請求項１または２に記載の超微
   粒子の成膜方法。
4. 【請求項４】 圧電膜の両面に電極を備える圧電式アク
   チュエータで、前記圧電膜は不純物元素として、Ｎａ、
   Ｓｉ、Ｃ、Ｓ、Ｐから選択される少なくとも１種を含有
   し、前記不純物元素の含有量が重量比で１００×１０
   ^−４重量％以下であることを特徴とする圧電式アクチュ
   エータ。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の圧電式アクチュエータ
   を搭載することを特徴とする液体吐出ヘッド。