JP2006096034A - 溝付き振動板及び圧電層を有する圧電アクチュエータ、液体移送装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低い製造コスト及び高い歩留まりを維持しつつ、振動板及び圧電層にクロストークを抑制する為の溝を形成することが可能な液体移送装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】 本発明の液体移送装置の製造方法は、振動板３０を流路ユニット２に接合したときに、この振動板３０の流路ユニット２とは反対側の面において、圧力室１４と重ならない領域に、圧力室１４の縁に沿って延びる溝３６を形成する溝形成工程と、振動板３０の流路ユニット２と反対側の面に、圧電材料の粒子を堆積させることにより、圧電層３１を形成する圧電層形成工程とを備えているため、クロストークを抑制する為の溝３０，３１を容易に形成することができ、さらに、圧電層３１に欠けやクラックが生じにくくなる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、圧電アクチュエータ、液体移送装置及びその製造方法に関し、特には、複数の動作部間のクロストークが抑制された圧電アクチュエータ、液体移送装置及びその製造方法に関する。

被噴射体に対して液体を噴射する液体噴射装置としては、例えば、記録用紙等にノズルからインクを噴射するインクジェットヘッドがある。このインクジェットヘッドは、ノズルに連通する圧力室を含むインク流路が形成された流路ユニットと、圧力室の容積を変化させることによりノズルからインクを噴射させる圧電アクチュエータとを備える。ここで、一般的な圧電アクチュエータは、圧力室に対向して配置された振動板と、この振動板の表面に配置されたチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる圧電素子と、圧電素子表面の圧力室に対向する領域に形成された個別電極とを有する。そして、この圧電アクチュエータは、個別電極に駆動電圧を印加されたときに、この個別電極に対応する位置の圧電素子に電界を生じさせ、圧電素子及び振動板を部分的に変形させて、圧力室内のインクに圧力を付加するように構成されている。

このようなインクジェットヘッドにおいては、記録画像の高品質化とヘッドの小型化の両方を実現するために、多数のノズルがより高密度に配置される傾向にある。
しかし、多数のノズルを高密度に配置しようとすると、複数の圧力室もより密集させて配置する必要がある。そのため、ある圧力室に対向する個別電極に電圧が印加されて圧電素子及び振動板が変形したときに、この変形が、隣接する圧力室に対向する領域の圧電素子及び振動板にまで伝播し、隣接する圧力室に連通するノズルのインク吐出特性を不安定にする現象（いわゆる、クロストーク）によって、印字品質に及ぼされる悪影響が無視できないものとなる。即ち、複数のノズルから夫々噴射されるインクの液滴速度のばらつきが大きくなったり、あるいは、噴射安定性が損なわれることになる。

そこで、隣接する圧力室間で圧電素子及び振動板の変形が伝播しにくくなるように、振動板の表面に圧電素子が貼り付けられた状態で、ダイシング加工等により、これら圧電素子及び振動板の、圧力室と重ならない領域に溝が形成されたインクジェットヘッドが、特許文献１及び特許文献２に開示されている。

特許文献１は、振動板に溝を形成する前に振動板上に圧電素子を積層し、振動板に溝が形成されるように圧電素子と振動板を同時にカットすることを開示されている。こうして得られたヘッドは、振動板上で溝を挟んで圧電素子が分離している構造がこの文献の図1及び２に示されている。

特許文献２は、クロストークを防止するために、圧力室上に振動板と圧電素子を積層し、次いで圧力室を構成する側壁にまで溝が形成されるように圧電素子と振動板を同時にカットすることを開示している。こうして得られたヘッドは、圧電素子のみならず振動板も圧力室ごとに分離している構造がこの文献の図１〜４に示されている。

特開平２−１８７３５２号 特許第３１５２２６０号

前述の文献に記載されたようなインクジェットヘッドにおいて、多数の圧力室が高密度に密集して配置されている場合には、圧電層及び振動板の、圧力室と対向する領域にまで溝が形成されてしまうことがないように、溝を非常に高精度に形成する必要があるが、このような溝をダイシング加工等の機械加工により形成しようとすると、インクジェットヘッドの製造コストがかなり高くなってしまう。従来のインクジェットヘッドでは、ＰＺＴのグリーンシートを焼成することにより圧電素子が形成される。しかし、焼成後の圧電素子に、機械加工により溝を形成すると、圧電素子に欠けやクラック等が発生しやすくなることから、製造工程における歩留まりが低下したり、記録を繰り返すことで欠けやクラック等から亀裂が伸展して、噴射の信頼性が劣化してしまう。

加えて、上記文献に開示されたように圧電素子が圧力室ごとに切断されて孤立した構造では、圧電素子の駆動時に圧電素子が振動板から剥離し易くなる。

本発明の第１の目的は、低い製造コスト及び高い歩留まりを維持しつつ、振動板及び圧電層にクロストークを抑制する為の溝を形成することが可能な圧電アクチュエータ、液体移送装置及びその製造方法を提供することである。本発明の第２の目的は隣接する圧力室の圧電層のクロストークを防止しつつ、圧電層の剥がれを防止することができる圧電アクチュエータ、液体噴射装置及びそ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及び発明の効果

本発明の第１の態様に従えば、 液体移送装置の製造方法であって、前記液体移送装置が、液体を排出する排出口に連通する複数の圧力室が平面に沿って配置された流路ユニットと、この流路ユニットの一表面に前記複数の圧力室を覆うように接合される振動板と圧電材料から形成された圧電層を含み、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを備えており、前記製造方法が、前記圧力室のそれぞれに関連する溝が表面に形成された振動板を流路ユニット上に提供する工程と、前記振動板の溝が形成された表面に、圧電材料の粒子を堆積させることにより、前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、を含む液体移送装置の製造方法が提供される。前記圧力室のそれぞれに関連する溝は連結されて、連続した溝領域を形成し得る。

この液体移送装置は、圧力室に重なる領域の圧電層と振動板を部分的に変形させることにより、圧力室の容積を変化させてこの圧力室内の液体に圧力を付与し、ノズルから液体を噴射させる。この液体移送装置を製造する際に、最初に、圧力室のそれぞれに関連する溝が表面に形成された振動板を用意し、それを流路ユニット上に設ける。次に、溝が形成された振動板の面に圧電素子の粒子を堆積させることにより圧電層を形成する。このとき、圧電層には、振動板に形成された溝に対応する位置に、この溝と同様の溝が形成される。従って、複数の圧力室の間の、振動板に溝が形成されている領域においては、振動板と圧電層の厚さが薄くなるため、ある圧力室と重なる位置の振動板及び圧電層が部分的に変形したときに、その変形が、他の圧力室と重なる位置の振動板及び圧電層に伝播しにくくなり、クロストークを抑制できる。また、溝が形成された振動板の表面に圧電材料の粒子を堆積させるだけで、圧電層にも溝を形成することができるため、機械加工により圧電層に溝を形成する場合と比較して、低い製造コストで溝を形成することができるし、さらに、
圧電層に欠けやクラックが生じにくく、歩留まりや噴射の信頼性を向上させることができる。

振動板に溝を設けるには、振動板の流路ユニットと反対側の面において、圧力室と重ならない領域に圧力室の縁に沿って延びる溝を形成し得、あるいは、振動板の溝を前記圧力室と重なる領域に形成してもよい（溝形成工程）。後者の場合、溝が圧力室を中央部と周辺部に区画するような領域に形成されてもよい。圧力室と関連するいずれの位置に溝を設けてもクロストークを有効に防止することができる。液体移送装置は、例えば液体噴射装置になり得、この場合、前記排出口が液体を噴射するノズルである。

本発明の液体移送装置の製造方法において、前記圧電層形成工程において、前記溝の表面の前記圧電層を、それ以外の領域の前記圧電層よりも薄く形成し得る。従って、溝により振動板の厚さが部分的に薄くなることに加えて、この振動板の溝の表面に形成された圧電層の厚さも薄くなるため、クロストークをより確実に抑制できる。

本発明の液体移送装置の製造方法の前記圧電層形成工程において、化学蒸着法又はエアロゾルデポジション法により前記圧電層を形成し得る。化学蒸着法又はエアロゾルデポジション法を用いて圧電層を形成する場合には、溝の表面の圧電層を、それ以外の領域の圧電層よりも薄くすることが容易になる。

本発明の液体移送装置の製造方法の前記溝形成工程において、前記溝を、前記平面に直交する方向から見て前記圧力室をほぼ取り囲むように形成することを特徴とするものである。このように、圧力室が溝で取り囲まれていると、この圧力室に重なる領域の圧電層の変形が他の圧力室と重なる領域に伝播しにくくなるため、クロストークを確実に抑制できる。

本発明の液体移送装置の製造方法の前記溝形成工程において、前記溝を、隣接する２つの前記圧力室の間の領域でこれら２つの圧力室に共通にし得る。このように、２つの圧力室の間で溝を共通に形成することにより、溝の本数が少なくて済み、さらに、１本の溝の太さが太くなるため、溝の形成が容易になる。

本発明の液体移送装置の製造方法において、前記振動板は導電性を有する金属材料からなり、前記圧電層形成工程の後に、前記圧電層の前記平面に直交する方向から見て前記複数の圧力室に夫々重なる領域に複数の個別電極を形成する個別電極形成工程をさらに備え得る。このように、振動板が金属材料からなるため、エッチング等により振動板に溝を容易に形成することができる。また、振動板が導電性を有するため、この振動板に、複数の個別電極と対向して圧電層に電界を生じさせる共通電極としての機能を持たせて共通電極を省略することができ、圧電アクチュエータの構成が簡単になる。

本発明の液体移送装置の製造方法において、前記振動板は導電性を有する金属材料から形成され、前記溝形成工程の後であって前記圧電層形成工程の前に、前記振動板の前記流路ユニットと反対側の面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、この絶縁膜形成工程の後に、前記絶縁膜の前記平面に直交する方向から見て前記複数の圧力室に夫々重なる領域に複数の個別電極を形成する個別電極形成工程と、前記圧電層形成工程の後に、前記圧電層の前記平面に直交する方向から見て前記複数の個別電極に重なる領域に共通電極を形成する共通電極形成工程とを備え得る。この場合には、振動板が金属材料からなるため、エッチング等により振動板に溝を容易に形成することができる。

本発明の液体移送装置の製造方法において、前記溝形成工程の後であって前記圧電層形成工程の前に、前記振動板を前記流路ユニットに接合する接合工程を備え得る。溝形成工程において溝が形成された後の振動板は、その溝の部分で特に強度が低下して折れやすくなっているが、振動板の表面に圧電層を形成する前に振動板を流路ユニットに接合するため、振動板が流路ユニットにより補強されて折れにくくなり、圧電層形成工程における振動板の取り扱いが容易になる。

本発明の第２の態様に従えば、複数の動作部を有する圧電アクチュエータであって、前記複数の動作部にそれぞれに関連する第１溝が形成された振動板と、前記振動板上に設けられている圧電層であって、前記振動板の第１溝に対応して第２溝が形成されており、第２溝における圧電層の厚さが第２溝が形成されていない領域における圧電層の厚さよりも小さい圧電層と、前記圧電層の各動作部に設けられて、駆動電圧を各動作部に供給するための個別電極と、を備える圧電アクチュエータが提供される。

本発明の第３の態様に従えば、前記液体移送装置であって、液体を排出する排出口と供給口をそれぞれ有する複数の圧力室が形成された流路ユニットと、前記圧力室を覆うように流路ユニットに設けられ、前記複数の圧力室にそれぞれに関連する第１溝が形成された振動板と、前記振動板上に設けられている圧電層であって、前記振動板の第１溝に対応して第２溝が形成されており、第２溝における圧電層の厚さが第２溝が形成されていない領域における圧電層の厚さよりも小さい圧電層と、前記複数の圧力室に対応する圧電層に駆動電圧を供給するように前記圧電層に設けられた個別電極と、を備える液体移送装置が提供される。

本発明の圧電アクチュエータ及び液体移送装置は、振動板に第１溝が、圧電層に前記振動板の第１溝に対応する第２溝が形成されているので、動作部または圧力室に対応する圧電層のクロストークが有効に防止される。また、圧電層の第２溝には、第２溝が形成されていない領域における圧電層の厚さよりも小さい厚みの圧電層が残っている。それゆえ、圧電層が振動板から剥がれにくく、圧電層の機械的強度も維持できる。

本発明の圧電アクチュエータ及び液体移送装置において、上記溝が動作部または圧力室ごとに設けられてよく、あるいは、隣接する動作部または圧力室に共通の溝であってもよい。溝は動作部または圧力室と重なるまたは重ならない領域に設けてもいい。本発明の圧電アクチュエータ及び液体移送装置において、前記振動板が複数の動作部または圧力室に共通の電極になり得る。本発明の圧電アクチュエータ及び液体移送装置において、第２溝における圧電層の厚みが、第１溝の深さ未満にし得る。

本発明の圧電アクチュエータは、インクジェットヘッドなどの液体噴射装置に代表される液体移送装置に用いられ得る。あるいは、ミラーなどの光学素子を設けることで光通信用の光偏向板や光スイッチとして使うことが可能である。あるいは各動作部を画素とした表示装置にも使用可能である。

＜第１実施形態＞
本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、液体噴射装置として、記録用紙にインクを噴射するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。
まず、インクジェットヘッド１を備えたインクジェットプリンタ１００について簡単に説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、図１の左右方向に移動可能なキャリッジ１０１と、このキャリッジ１０１に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを噴射するシリアル式のインクジェットヘッド１と、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する搬送ローラ１０２等を備えている。インクジェットヘッド１は、キャリッジ１０１と一体的に左右方向（走査方向）へ移動して、その下面のインク吐出面に形成されたノズル２０（図２〜図５参照）の出射口から記録用紙Ｐに対してインクを噴射する。そして、インクジェットヘッド１により記録された記録用紙Ｐは、搬送ローラ１０２により前方（紙送り方向）へ排出される。

次に、インクジェットヘッド１について図２〜図５を参照して詳細に説明する。
図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド１は、内部に圧力室１４を含む個別インク流路２１（図４参照）が形成された流路ユニット２と、この流路ユニット２の上面に積層された圧電アクチュエータ３とを備えている。

まず、流路ユニット２について説明する。図４に示すように、流路ユニット２はキャビティプレート１０、ベースプレート１１、マニホールドプレート１２、及びノズルプレート１３を備えており、これら４枚のプレート１０〜１３が積層状態で接着されている。このうち、キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２はステンレス鋼製の板であり、これら３枚のプレート１０〜１２に、後述するマニホールド１７や圧力室１４等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができるようになっている。また、ノズルプレート１３は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート１２の下面に接着される。あるいは、このノズルプレート１３も、３枚のプレート１０〜１２と同様にステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。

図２〜図４に示すように、キャビティプレート１０には、平面に沿って配列された複数の圧力室１４が形成されている。これら複数の圧力室１４は、流路ユニット２の表面（後述の振動板３０が接合されるキャビティプレート１０の上面）において開口している。また、複数の圧力室１４は、紙送り方向（図２の上下方向）に２列に配列されている。各圧力室１４は、平面視で略楕円形状に形成されており、その長軸方向が左右方向（走査方向）となるように配置されている。また、キャビティプレート１０には、図示外のインクタンクに連なるインク供給口１８が形成されている。

図３、図４に示すように、ベースプレート１１の平面視で圧力室１４の長軸方向両端部に重なる位置には、夫々連通孔１５，１６が形成されている。また、マニホールドプレート１２には、紙送り方向（図２の上下方向）に延び、平面視で圧力室１４の図２における左右何れか一方の端部と重なるマニホールド１７が形成されている。このマニホールド１７には、インクタンクからインク供給口１８を介してインクが供給される。また、平面視で圧力室１４のマニホールド１７と反対側の端部と重なる位置には、連通孔１９も形成されている。さらに、ノズルプレート１３には、平面視で複数の連通孔１９に夫々重なる位置に、複数のノズル２０が夫々形成されている。ノズル２０は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂の基板にエキシマレーザー加工を施すことにより形成される。

そして、図４に示すように、マニホールド１７は連通孔１５を介して圧力室１４に連通し、さらに、圧力室１４は、連通孔１６，１９を介してノズル２０に連通している。このように、流路ユニット２内には、マニホールド１７から圧力室１４を経てノズル２０に至る個別インク流路２１が形成されている。

次に、圧電アクチュエータ３について説明する。図２〜図５に示すように、圧電アクチュエータ３は、流路ユニット２の上面に配置された導電性を有する振動板３０と、この振動板３０の上面に複数の圧力室１４に跨って連続的に形成された圧電層３１と、この圧電層３１の上面に複数の圧力室１４に夫々対応して形成された複数の個別電極３２とを備えている。

振動板３０は、平面視で略矩形状の金属材料からなる板であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。この振動板３０は、複数の圧力室１４の開口を塞ぐ状態でキャビティプレート１０の上面に積層されて接合されている。また、この振動板３０は、複数の個別電極３２に対向して個別電極３２と振動板３０との間の圧電層３１に電界を作用させる共通電極を兼ねている。この振動板３０の上面（流路ユニット２と反対側の面）において、平面視で複数の圧力室１４と重ならない領域には、圧力室１４の縁に沿って延び、圧力室１４のマニホールド１７側の端部を除いて取り囲む溝３６が形成されている。この溝３６は、隣接する２つの圧力室１４の間の領域でこれら２つの圧力室１４に共通に形成されている。

振動板３０の表面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電層３１が形成されている。この圧電層３１は、複数の圧力室１４に跨って連続的に形成されている。但し、圧電層３１の、振動板３０に形成された溝３６に対応する位置には、溝３６と同様の平面形状を有する溝３７が形成されている。そして、図４、図５に示すように、この溝３７における圧電層３１の厚さは他の領域における圧電層３１の厚さよりも薄くなっている。

圧電層３１の表面には、圧力室１４よりも一回り小さい楕円形の平面形状を有する複数の個別電極３２が形成されている。これら複数の個別電極３２は、平面視で、対応する圧力室１４の中央部に重なる位置に夫々形成されている。また、個別電極３２は金などの導電性材料からなる。さらに、圧電層３１の表面において、複数の圧力室１４の溝３７に取り囲まれていない端部と部分的に重なる位置には、複数の個別電極３２に夫々連なる複数の端子部３５が形成されている。これら複数の端子部３５は、フレキシブルプリント配線板等の可撓性を有する配線部材を介してドライバＩＣ（図示省略）と電気的に接続されており、ドライバＩＣから端子部３５を介して複数の個別電極３２に対して選択的に駆動電圧が供給される。

次に、圧電アクチュエータ３の作用について説明する。
複数の個別電極３２に対してドライバＩＣから選択的に駆動電圧が印加されると、駆動電圧が供給された圧電層３１上側の個別電極３２とグランド電位に保持されている圧電層３１下側の共通電極としての振動板３０の電位が異なる状態となり、個別電極３２と振動板３０の間に挟まれた圧電層３１の部分に上下方向の電界が生じる。すると、駆動電圧が印加された個別電極３２の直下の圧電層３１の部分が分極方向である上下方向と直交する水平方向に収縮する。このとき、この圧電層３１の収縮に伴って振動板３０が圧力室１４側に凸となるように変形するため、圧力室１４内の容積が減少して圧力室１４内のインクに圧力が付与され、圧力室１４に連通するノズル２０からインクが噴射される。各個別電極３２と振動板３０の間に挟まれた圧電層３１の部分は、圧電アクチュエータの動作部として機能する。

ここで、図２に示すように、本実施形態のインクジェットヘッド１では、複数の圧力室１４が平面に沿って密集して配置されており、ある圧力室１４に対向する個別電極３２に駆動電圧が印加されて、この圧力室１４と重なる位置の圧電層３１及び振動板３０が変形したときに、この変形が隣接する圧力室１４に重なる圧電層３１及び振動板３０に伝播してしまう現象、いわゆる、クロストークが生じやすい。しかし、前述のように、振動板３０及び圧電層３１の、平面視で圧力室１４と重ならない領域には、夫々、圧力室１４の縁に沿って延び圧力室１４を略取り囲む溝３６，３７が形成されており、これら溝３６，３７が形成された領域においては、振動板３０と圧電層３１の厚さが他の領域に比べて薄くなっている。従って、ある圧力室１４に重なる圧電層３１及び振動板３０の変形が、隣接する他の圧力室１４に重なる圧電層３１及び振動板３０に伝播しにくくなるため、クロストークを確実に抑制することができる。さらに、溝３７の底には、圧電層３１が未だ存在している。即ち、圧電層３１は、動作部毎に切断されて孤立しているのではなく、連続した形態を維持している。よって、圧電層の各動作部が切断されて孤立している場合に比
べて、振動板から圧電層が剥がれにくく、圧電層の機械的強度及び耐久性も高くなる。

振動板３０及び圧電層３１の溝３６，３７がそれぞれ形成された領域において、溝３７の最深部に堆積される圧電層の厚みが、溝３７の最深部の深さよりも小さい。このため、この実施形態のように個別電極３２と共通電極である振動板３０に挟まれた圧電層３１が動作する際に、溝３７に堆積した圧電層が漏れ電界の影響で変位することが抑制され、それによりクロストークや駆動効率低減が一層防止される。

次に、インクジェットヘッド１の製造方法について説明する。
図６（ａ）に示すように、まず、流路ユニット２を構成するプレート１０〜１３のうち、合成樹脂製のノズルプレート１３以外の、キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２の３枚の金属プレートを接合する。一方、振動板３０の上面（流路ユニット２に接合される面と反対側の面）の、平面視で圧力室１４と重ならない領域に、圧力室１４の縁に沿って延び且つ圧力室１４を略取り囲む前述の溝３６を形成する（溝形成工程）。ここで、振動板３０はステンレス鋼等の金属材料からなるため、エッチングやプレス加工等により簡単に溝３６を形成することができる。また、この振動板３０は、複数の個別電極３２と対向して圧電層３１に電界を生じさせる共通電極を兼ねているため、振動板３０とは別に共通電極を設ける必要がなく、圧電アクチュエータ３の構成が簡単になる。

そして、溝３６が形成された振動板３０を、複数の圧力室１４を覆うようにキャビティプレート１０の上面に接合する（接合工程）。この接合工程は、接着材又は拡散接合により行われる。ここで、前述の溝形成工程において溝３６が形成された後の振動板３０は、溝３６の部分で特に強度が低下して折れやすくなっているが、振動板３０の表面に圧電層３１を形成する前に振動板３０を流路ユニット２の最上層のキャビティプレート１０に接合するため、振動板３０が流路ユニット２（キャビティプレート１０）により補強されて折れにくくなり、次述の圧電層形成工程における振動板３０の取り扱いが容易になる。

次に、図６（ｂ）に示すように、振動板３０の流路ユニット２と反対側の面に圧電層３１を形成する（圧電層形成工程）。ここで、この圧電層形成工程においては、化学蒸着（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法や、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）等により、ＰＺＴの粒子を振動板３０の表面に堆積させることにより圧電層３１を形成する。このとき、振動板３０の溝３６が形成された領域においては、圧電層３１が凹状になり、溝３６と同様の平面形状を有する溝３７が形成されることになる。

ここで、ＣＶＤ法を用いて圧電層３１を形成する場合の一例として、例えば、原料を有機溶媒に溶解させて気化させ、被処理面上で気相反応を生じさせることにより薄膜を形成する有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法を用いた場合について説明する。原料としては、例えば、鉛ビス（ジピバロイルメタナート）（Ｐｂ（ＤＰＭ）2）、ジルコニウムテトラキス（ジピバロイルメタナート）（Ｚｒ（ＤＰＭ）4）、チタン（ジイソプロポキシジピバロイルメタナート）（Ｔｉ（ｉＰｒＯ）2（ＤＰＭ）2）などを用いることができる（例えば、特開２００４−７９６９５公報参照）。そして、振動板３０を６００℃程度に加熱すると、振動板３０の表面において前述の原料間で気相反応が生じ、振動板３０の表面にＰＺＴの圧電層３１が形成される。ここで、図７に示すように、振動板３０に形成された溝３６の内部空間には、溝３６が形成されていない振動板３０の表面と比較して原料ガスが供給されにくい。従って、溝３６の表面では圧電層３１の形成速度が遅くなるため、溝３７における圧電層３１の厚さＴｃが他の領域における圧電層３１の厚さＴａと比べて薄くなる。

また、超微粒子材料を被処理面に高速で衝突させて堆積させるＡＤ法を用いて圧電層３１を形成する場合では、振動板３０の溝３６の内面では成膜に寄与しない微粒子の跳ね返りの割合が大きくなるために、この溝３６の内面においては、振動板３０の他の表面と比較して粒子が堆積しにくくなり、やはり、溝３７における圧電層３１の厚さＴｃが他の領域における圧電層３１の厚さＴａと比べて薄くなる。

このように、ＣＶＤ法やＡＤ法を用いることにより、溝３６の表面の圧電層３１を、それ以外の領域の圧電層３１よりも薄く形成することができるため、溝３６，３７が形成された部分における振動板３０と圧電層３１の厚さがさらに薄くなり、クロストークをより確実に抑制できる。
尚、振動板３０と圧電層３１との間に、チタン、白金、クロム等からなる中間層を、スパッタ法や蒸着法等により形成してもよい。

このように、振動板３０の表面に圧電層３１を形成した後に、圧電層３１に十分な圧電特性を確保させるためのアニール処理を行い、その次に、図６（ｃ）に示すように、圧電層３１の表面の、平面視で複数の圧力室１４に夫々重なる領域に、スクリーン印刷法、蒸着法あるいはスパッタ法等を用いて複数の個別電極３２を形成する（個別電極形成工程）。そして、最後に、合成樹脂製のノズルプレート１３をマニホールドプレート１２の下面に接合して、インクジェットヘッド１の製造を完了する。

尚、以上説明したインクジェットヘッド１の製造工程において、溝３６が形成された振動板３０を、流路ユニット２の一部を構成するキャビティプレート１０と接合してから、流路ユニット２を構成する他の金属プレート（ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２）をキャビティプレート１０に接合してもよい。また、ノズルプレート１３がステンレス鋼等からなる金属プレートである場合には、振動板３０とキャビティプレート１０とを接合する前に、ノズルプレート１３と他の３枚の金属プレート（キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２）とを接合して、先に流路ユニット２を形成するようにしてもよい。さらには、流路ユニット２（または、流路ユニット２のうちのキャビティプレート１０）と振動板３０とを接合してから、振動板３０の表面に溝３６を形成するようにしてもよい。また、振動板３０に、溝３６、圧電層３１及び個別電極３２を全て形成した後に、流路ユニット２（又は、流路ユニット２のうちのキャビティプレート１０）と振動板３０とを接合してもよく、この場合は、拡散接合よりも接着材による接合が望ましい。

以上説明したインクジェットヘッド１の製造方法によれば、次のような効果が得られる。
溝形成工程において、振動板３０の流路ユニット２と反対側の面において、平面視で圧力室１４と重ならない領域に圧力室１４の縁に沿って延びる溝３６を形成し、次に、圧電層形成工程において、振動板３０の表面に圧電素子の粒子を堆積させることにより圧電層３１を形成する。そのため、振動板３０に溝３６が形成されている領域において、圧電層３１にも溝３７が形成されて、振動板３０と圧電層３１の厚さが部分的に薄くなるため、ある圧力室１４と対向する位置の振動板３０及び圧電層３１の変形が、他の圧力室１４と対向する位置の振動板３０及び圧電層３１に伝播しにくくなり、クロストークを抑制できる。また、溝３６が形成された振動板３０の表面に圧電材料の粒子を堆積させるだけで、圧電層３１に溝３７を形成することができるため、機械加工により圧電層３１に溝を形成する場合と比較して、製造コストを低減でき、さらに、溝３７が形成された領域における圧電層３１に欠けやクラックが生じにくく、歩留まりや噴射の信頼性を向上させることができる。

溝形成工程において、溝３６を、圧力室１４をほぼ取り囲むように形成するため、溝３６で取り囲まれた圧力室１４に重なる領域の圧電層３１の変形が他の圧力室１４と重なる領域に伝播しにくくなり、クロストークを確実に抑制できる。さらに、溝３６を、隣接する２つの圧力室１４の間の領域でこれら２つの圧力室１４に共通に形成するため（図２、図３参照）、溝３６の本数が少なくて済み、また、１本の溝３６の太さも太くなるため、溝３６の形成が容易になる。

圧電層形成工程において、溝３６の表面の圧電層３１を、それ以外の領域の圧電層３１よりも薄く形成するため、溝３６が形成された部分における振動板３０と圧電層３１の厚さがさらに薄くなり、クロストークをより確実に抑制できる。圧電層３１は、動作部毎に切断されて孤立しているのではなく、連続した形態を維持している。よって、圧電層の各動作部が切断されて孤立している場合に比べて、振動板から圧電層が剥がれにくく、圧電層の機械的強度及び耐久性も高くなる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態のインクジェットヘッドの圧電アクチュエータでは、振動板の圧力室と重ならない領域に溝が形成されていたが、この実施形態のインクジェットヘッドの圧電アクチュエータでは、振動板の溝は圧力室と重なる領域に形成されている。この実施形態のインクジェットヘッド１０１の圧電アクチュエータ１０３は、図１３〜１５に示すように（図１３の平面視で）、振動板１３０に形成されている溝１３６が圧力室１４の周縁部と重なる位置に設けられている。それゆえ、振動板の上に形成される圧電層１３１にも振動板１３０の溝１３６に対応して溝１３７が形成される。この圧電層１３１の溝１３７もまた圧力室１４と、特に圧力室１４の周縁部と重なる位置に設けられている。このように振動板１３０の溝１３６は圧力室１４と重なる領域に形成されていても、隣接する圧力室１４のクロストークを防止することができる。なお、流路ユニット２及び個別電極３２などのインクジェットヘッド１０１の構造については第１実施形態におけるものと同様であるので、それらの説明は省略する。

＜第３実施形態＞
この実施形態でも、振動板の溝は圧力室と重なる領域に形成されている圧電アクチュエータを備えるインクジェットヘッドを例示する。特に、このインクジェットヘッド２０１の圧電アクチュエータ２０３は、図１６〜１８に示すように（図１６の平面視で）、振動板２３０に形成されている溝２３６が圧力室１４の中央部を周回するように設けられている。すなわち、溝は圧電層に対応する振動板上の領域を中央部と周縁部に区画するように設けられている。それゆえ、振動板の上に形成される圧電層２３１にも振動板２３０の溝２３６に対応して溝２３７が形成される。なお、個別電極１３４は、圧電層２３１上で溝２３７を回避するように形成されている。このような溝２３６及び２３７は全ての圧力室１４に設けられ、圧電アクチュエータ中央部の剛性を低下させることにより、圧電アクチュエータを駆動したときの当該圧電アクチュエータのキャビティプレートとの接合部に作用する反力を低減することによって、隣接する圧力室１４のクロストークを防止することができる。また、このように振動板２３０の溝２３６が圧力室１４の中央部を周回するように設けられている構造は、出願人がＵＳ公開２００３／０１０７６２２Ａ１（特開２００４−１６６４６３）及びＵＳ公開２００５／００６９４３０Ａ１（特開２００５−１０５８９２）に開示しており、このような位置に溝２３６を形成することにより圧電アクチュエータの駆動を駆動電圧との関係で単純化することができるという利点もある。なお、流路ユニット２などのインクジェットヘッド２０１の構造については第１実施形態における構造と同様であるので、それらの説明は省略する。ＵＳ公開２００３／０１０７６２２Ａ１及びＵＳ公開２００５／００６９４３０Ａ１の開示を援用して本文の記載の一部とする。

＜第４実施形態＞
本実施形態では、本発明を液体移送装置に適用した例について説明する。液体移送装置８００は、それぞれ異なる液体を移送可能な第１移送セクション８２０と第２移送セクション８４０を有する。各移送セクションは、主に、圧力室８２４が内部に形成された流路ユニット８０２と圧力室８２４を覆うように流路ユニット８０２上に設けられた圧電アクチュエータ８０３と、液体Ｌ１及びＬ２を収容する液体タンク８５０を備える。流路ユニット８０２は、図１９に示すように、キャビティプレート８１０とベースプレート８１１を有する。キャビティプレート８１０には圧力室８２４が形成され、ベースプレート８１１には圧力室にそれぞれ連通する入口流路８１２と出口流路８１３を有する。入口流路８１２は、供給側チューブ８１２ａを介して液体タンク８５０と連結されている。また、出口流路８１３には排出側チューブ８１３ｂが取り付けられており、排出側チューブｂは図示しない排出先に連結される。供給側チューブ８１２ａ及び排出側チューブ８１３ｂには、それぞれ、逆止弁８１４、８１５が取り付けられている。圧電アクチュエータ８０３は、第１実施形態で説明した圧電アクチュエータ３と形態と同様であり、振動板、圧電層及び共通電極及び個別電極を備える。振動板及び圧電層にはそれぞれの圧力室を区画するような溝が形成されている。圧電アクチュエータ３が動作して、圧力室８２４の容積が変動すると、圧力室８２４と液体タンク８５０との間に圧力差が生じる。この結果、液体タンク８５０から液体Ｌ１（またはＬ２）が入口流路８１２及び供給側チューブ８１２ａを介して圧力室８２４に供給され、一方、圧力室８２４中に存在している液体液体Ｌ１（またはＬ２）は、出口流路８１３及び排出側チューブ８１３ｂを通じて排出される。この際、逆止弁８１４、８１５を設けることにより、インクタンク８５０への液体の逆流が防止され、確実に液体が液体タンク８５０から排出先に移送される。

液体Ｌ１と液体Ｌ２は、異なる色や異なる組成の液体であり、ユーザが選択したセクションの圧電アクチュエータを駆動して所望の液体のみを選択的に排出（移送）することができる。この例では、２つの移送セクションが設けられた液体移送装置を例示したが、３以上の移送セクションが設けてもよい。液体タンク８５０、逆止弁８１４、８１５、供給側チューブ８１２ａ及び排出側チューブ８１３ｂは、液体移送装置８００が使用させる現場の設備を利用してもよい。それゆえ、液体タンク８５０、逆止弁８１４、８１５、供給側チューブ８１２ａ及び排出側チューブ８１３ｂは、液体移送装置８００に必ずしも必要ではない。なお、第１移送セクション８２０の液体タンク８５０と第２移送セクション８４０の液体タンク８５０を共通化させて同じ液体をそれぞれのセクションの圧力室に供給してもよい。

本発明の液体移送装置は、簡単な構造で複数の液体排出口を通じて選択的に且つ隣接する圧力室間でクロストークを生じることなく液体を移送することができる。この液体移送装置は、電気回路基盤内に形成された冷却水路に冷却水を循環させるためのユニットモジュールとして利用することができる。また、複数の液体を移送するマイクロポンプとして利用できるので、例えば、患者の体内に複数の種類の薬剤を所定の量で且つ所定のタイムスケジュールで供給することができる。

次に、前記実施形態、特に第１実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同じ構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

第１変更形態
振動板の溝は、前記実施形態のような溝形状に限られるものではない。例えば、図８に示すように、２列の圧力室１４の列（図２参照）の間で振動板３０の溝３６Ａ，圧電層３１の３７Ａを共通に形成せず、これらの溝３６Ａ，３７Ａを圧力室１４の列ごとに独立に形成してもよい。

第２変更形態
また、図９に示すように、フレキシブルプリント配線板等の配線部材が接続される端子部３５Ｂが個別電極３２の表面に形成されている場合には、圧力室１４を完全に取り囲むように溝３６Ｂ（３７Ｂ）を形成してもよい。この場合には、より効果的にクロストークを抑制できる。

第３変更形態
さらに、図１０に示すように、最も近接する圧力室１４（紙送り方向（図１０の上下方向）に隣接する圧力室１４）との間にのみ、圧力室１４の縁に沿って左右に延びる溝３６Ｃ（３７Ｃ）を形成してもよい。

第４変更形態
前記実施形態の圧電アクチュエータ３においては、圧電層３１の下側に共通電極を兼ねる振動板３０が配置され、圧電層３１の上側に個別電極３２が形成されているが、個別電極と共通電極の上下配置が逆である場合にも本発明を適用できる。この場合には、図１１に示すように、振動板３０に溝３６を形成し（溝形成工程）、キャビティプレート１０の表面に振動板３０を接合してから（接合工程）、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料などからなる絶縁膜４０をＡＤ法、蒸着法、あるいは、スパッタ法等により形成し（絶縁膜形成工程）、さらに、この絶縁膜４０の表面の、平面視で複数の圧力室１４に夫々重なる領域に複数の個別電極３２を形成する（個別電極形成工程）。そして、絶縁膜４０の表面に、前記実施形態と同様にＣＶＤ法やＡＤ法等により圧電層３１を形成し（圧電層形成工程）、最後に、圧電層３１の表面の、平面視で複数の圧力室１４（個別電極３２）に重なる領域にスクリーン印刷法、蒸着法あるいはスパッタ法等を用いて共通電極３４を形成する（共
通電極形成工程）。尚、接合工程を、共通電極形成工程の後に行ってもよい。

第５変更形態
振動板は、金属材料からなる導電性を有するものに限られるものではなく、例えば、表面酸化処理が施されたシリコン、合成樹脂、ガラス材料、あるいは、セラミックス材料等の非導電性材料からなるものであってもよい。この場合、前記実施形態のように圧電層３１の上側に複数の個別電極３２を配置することもできるが、この変更形態５の振動板は導電性を有しないために振動板が共通電極を兼ねることはできない。そのため、共通電極を振動板の表面に別に形成する工程が必要となる。即ち、図１２に示すように、非導電性の振動板３０Ｅにエッチング、プレス加工、あるいは、射出成型等により溝３６Ｅを形成して、キャビティプレート１０の表面に振動板３０Ｅを接合した後に、振動板３０Ｅの表面の、複数の圧力室１４に夫々重なる領域に、スクリーン印刷法、蒸着法あるいはスパッタ法等を用いて複数の共通電極３４を形成すればよい。尚、前述の第４変更形態（図１１参照）のように、圧電層３１の下側に複数の個別電極３２を配置する場合には、その製造工程は変更形態４と略同様であるため、説明を省略する。

前述の前記第１から第３の実施形態及びその変更形態は、ノズルからインクを噴射するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例であるが、本発明を適用可能な液体噴射装置はインクジェットヘッドに限られない。例えば、導電ペーストを噴射して基板上に微細な配線パターンを形成したり、あるいは、有機発光体を基板に噴射して高精細ディスプレイを形成したり、さらには、光学樹脂を基板に噴射して光導波路等の微小光学デバイスを形成する為の、種々の液体噴射装置のような液体移送装置に本発明を適用できる。本発明の圧電アクチュエータは、圧電アクチュエータにミラーなどの光学素子を設けることで光通信用の光偏向板や光スイッチとして使うことが可能である。あるいは各動作部を画素とした表示装置にも使用可能である。さらに、液体移送装置は、インクのみなならず、血液や水や溶媒など各種液体を移送するために用い得る。

本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの概略斜視図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 図２の一部拡大平面図である。 図３のIV-IV線断面図である。 図４のV-V線断面図である。 インクジェットヘッドの製造工程を示す工程図であり、（ａ）は溝形成工程及び接合工程、（ｂ）は圧電層形成工程、（ｃ）は個別電極形成工程を夫々示す。 ＣＶＤ法による圧電層形成工程の説明図である。 第１変更形態の図３に相当する拡大平面図である。 第２変更形態の図３に相当する拡大平面図である。 第３変更形態の図３に相当する拡大平面図である。 第４変更形態の図４に相当する断面図である。 第５変更形態の図４に相当する断面図である。 第２実施形態のインクジェットヘッドのアクチュエータの平面図である。 図１３のXIV-XIV線断面図である。 図１３のXV-XV線断面図である。 第３実施形態のインクジェットヘッドのアクチュエータの平面図である。 図１６のXVII-XVII線断面図である。 図１６のXVIII-XVIII線断面図である。 第４実施形態の液体移送装置の概略断面図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
２ 流路ユニット
３ 圧電アクチュエータ
１４ 圧力室
２０ ノズル
３０，３０Ｅ 振動板
３１ 圧電層
３２ 個別電極
３４ 共通電極
３６，３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｅ 溝
３７，３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ 溝
４０ 絶縁膜

Claims (22)

1. 液体移送装置の製造方法であって、
   前記液体移送装置が、液体を排出する排出口に連通する複数の圧力室が平面に沿って配置された流路ユニットと、この流路ユニットの一表面に前記複数の圧力室を覆うように接合される振動板と圧電材料から形成された圧電層を含み、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを備えており、
   前記製造方法が、
   前記圧力室のそれぞれに関連する溝が表面に形成された振動板を流路ユニット上に提供する工程と、
   前記振動板の溝が形成された表面に、圧電材料の粒子を堆積させることにより、前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、を含む液体移送装置の製造方法。
2. 前記振動板の溝は、この振動板の前記流路ユニットとは反対側の面において、前記平面に直交する方向から見て前記圧力室と重ならない領域に、前記圧力室の縁に沿って延びる溝を形成する溝形成工程により形成されている請求項１に記載の液体移送装置の製造方法。
3. 前記圧電層形成工程において、前記溝の表面上の前記圧電層を、それ以外の領域の前記圧電層よりも薄く形成する請求項１に記載の液体移送装置の製造方法。
4. 前記圧電層形成工程において、化学蒸着法又はエアロゾルデポジション法により前記圧電層を形成する請求項１に記載の液体移送装置の製造方法。
5. 前記溝形成工程において、前記溝を、前記平面に直交する方向から見て前記圧力室をほぼ取り囲むように形成することを特徴とする請求項２に記載の液体移送装置の製造方法。
6. 前記溝形成工程において、前記圧力室のそれぞれに関連する溝が、隣接する２つの前記圧力室の間の領域でこれら２つの圧力室に共通である請求項２に記載の液体移送装置の製造方法。
7. 前記振動板は導電性を有する金属材料から形成され、
   前記圧電層形成工程の後に、前記圧電層の前記平面に直交する方向から見て前記複数の圧力室に夫々重なる領域に複数の個別電極を形成する個別電極形成工程をさらに備える請求項１に記載の液体移送装置の製造方法。
8. 前記振動板は導電性を有する金属材料から形成され、
   前記溝形成工程の後であって前記圧電層形成工程の前に、前記振動板の前記流路ユニットと反対側の面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
   この絶縁膜形成工程の後に、前記絶縁膜の前記平面に直交する方向から見て前記複数の圧力室に夫々重なる領域に複数の個別電極を形成する個別電極形成工程と、
   前記圧電層形成工程の後に、前記圧電層の前記平面に直交する方向から見て前記複数の個別電極に重なる領域に共通電極を形成する共通電極形成工程と、を備える請求項２に記載の液体移送装置の製造方法。
9. 前記溝形成工程の後であって前記圧電層形成工程の前に、前記振動板を前記流路ユニットに接合する接合工程を備える請求項２に記載の液体移送装置の製造方法。
10. 前記排出口が液体を噴射するノズルであり、液体移送装置が液体噴射装置である請求項１に記載の液体移送装置。
11. 前記振動板の溝を前記圧力室と重なる領域に形成する請求項１に記載の液体移送装置の製造方法。
12. 前記振動板の溝が圧力室を中央部と周辺部に区画するような領域に形成されている請求項１１に記載の液体移送装置の製造方法。
13. 溝の最深部に堆積される圧電層の厚みが、溝の最深部の深さ未満である請求項１に記載の液体移送装置の製造方法。
14. 複数の動作部を有する圧電アクチュエータであって、
    前記複数の動作部にそれぞれに関連する第１溝が形成された振動板と、
    前記振動板上に設けられている圧電層であって、前記振動板の第１溝に対応して第２溝が形成されており、第２溝における圧電層の厚さが第２溝が形成されていない領域における圧電層の厚さよりも小さい圧電層と、
    前記圧電層の各動作部に設けられて、駆動電圧を各動作部に供給するための個別電極と、を備える圧電アクチュエータ。
15. 上記溝が各動作部ごとに設けられている請求項１４に記載の圧電アクチュエータ。
16. 上記溝が隣接する動作部の間に設けられている請求項１４に記載の圧電アクチュエータ。
17. 前記振動板が複数の動作部に共通の電極である請求項１４に記載の圧電アクチュエータ。
18. 第２溝における圧電層の厚みが、第１溝の深さ未満である請求項１４に記載の圧電アクチュエータ。
19. 前記液体移送装置であって、
    液体を排出する排出口と供給口をそれぞれ有する複数の圧力室が形成された流路ユニットと、
    前記圧力室を覆うように流路ユニットに設けられ、前記複数の圧力室にそれぞれに関連する第１溝が形成された振動板と、
    前記振動板上に設けられている圧電層であって、前記振動板の第１溝に対応して第２溝が形成されており、第２溝における圧電層の厚さが第２溝が形成されていない領域における圧電層の厚さよりも小さい圧電層と、
    前記複数の圧力室に対応する圧電層に駆動電圧を供給するように前記圧電層に設けられた個別電極と、を備える液体移送装置。
20. 上記溝が圧力室ごとに設けられている請求項１９に記載の液体移送装置。
21. 前記振動板が複数の圧力室に共通の電極である請求項１９に記載の液体移送装置。
22. 第２溝における圧電層の厚みが、第１溝の深さ未満である請求項１９に記載の液体移送装置。
    

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