JP2009164312A - 圧電アクチュエータの製造方法及び液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溝が設けられた振動板上にエアロゾルデポジション法を用いて形成した拡散防止層を備える圧電アクチュエータの製造方法、並びに液体吐出ヘッドの製造方法において、拡散防止層を振動板上にムラなく形成する。
【解決手段】拡散防止層形成工程に、振動板８０に含まれる元素の圧電層８１への拡散を規制するセラミックス粒子を含むエアロゾルを、振動板８０の溝８６が形成された面に向けて第一の方向から吹き付ける段階と、前記第一の方向と異なる第二の方向から吹き付ける段階とを含み、振動板８０上の同一範囲につき複数の互いに異なる方向から前記エアロゾルを吹き付けることにより振動板８０上に拡散防止層９０を形成する。
【選択図】図５

Description

本発明は、エアロゾルデポジション法を用いた圧電アクチュエータ及び液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

インクジェットプリンタに備えられているインクジェットヘッドには、圧電アクチュエータを具備しているものがある。この圧電アクチュエータは、インクの流路が形成された流路ユニットにおいてノズル開口と連通する圧力室の開口部を閉じるように設けられる振動板を備え、この振動板上に下部電極、圧電層、及び上部電極を積層したものである。下部電極と上部電極との間に電界を印加すると、圧電層の変形に伴って振動板が撓み、圧力室内のインクが加圧されてノズル開口から吐出される。

上記のような圧電アクチュエータの製造工程において、振動板を十分に撓ませるために必要な圧電特性を圧電層に与えるために、振動板と圧電層との積層体にアニール処理が施される。しかし、６００℃を越えるような高温でアニール処理を行うと、振動板に含まれる元素が圧電層中に拡散し、圧電層の圧電特性を低下させてしまうことがある。ステンレスは安価で加工性に優れていることから、圧電アクチュエータにはステンレス製の振動板が用いられることが多いが、ステンレスは圧電層中に拡散しやすいＦｅ、Ｃｒ等の金属元素を含んでおり、振動板に含まれる元素の圧電層中への拡散が特に顕著となる。そこで、振動板と圧電層との間に拡散防止層としてアルミナなどの絶縁性酸化物の層が設けられた圧電アクチュエータがある。

また、圧電アクチュエータにおいて、近接して配置される圧力室間の干渉を避け、比較的低電圧でも振動板を液滴噴射可能な程度にまで撓ませることができるように、振動板の圧力室間に対応する位置に溝が形成されることがある。このような圧電アクチュエータの製造方法として、特許文献１では、予め溝を形成した振動板上にエアロゾルデポジション法（以下、「ＡＤ法」と記載する）を用いて拡散防止層を形成し、さらに、ＡＤ法を用いて拡散防止層上に圧電層を形成することが開示されている。

なお、ＡＤ法とは、材料粒子を気体中に分散させたもの（エアロゾル）を被成膜面に向けて噴射し、材料粒子を被成膜面に衝突させて堆積させることにより、被成膜面上に材料粒子を成分とする膜を形成する成膜手法である。一般に、ＡＤ法を実施する成膜装置には、減圧容器と、エアロゾル発生器と、エアロゾル発生器に接続された噴射ノズルとが備えられ、前記減圧容器内の天井に被成膜体が略水平方向に移動可能に配設され、この被成膜体の下方に噴射ノズルがその噴射方向が前記被成膜体の被成膜面と略直交するように配設されている。そして、噴射ノズルを固定したまま被成膜体を略水平方向に移動させることによって、噴射ノズルに対する被成膜面の相対的位置を変化させて、被成膜面の広範囲に対してエアロゾルを吹き付けることができるようにしている。
特開２００６−９６０３４号公報

特許文献１にも記載されているように、圧電アクチュエータの製造工程において、振動板上に拡散防止層を形成するために、ＡＤ法を用いることができる。しかし、ＡＤ法を実施する成膜装置において被成膜体の被成膜面と噴射ノズルの噴射方向との角度は略一定に保持されていることから、振動板に設けられている溝の形状によっては前記溝の内壁に噴射ノズルから噴射されたエアロゾルが当たらない死角が生じ、拡散防止層の厚みが極端に小さくなってしまう部分が生じる。このような場合に、振動板と拡散防止層と圧電層との積層体にアニール処理を施すと、拡散防止層の厚みが不十分である部分から振動板元素が圧電層へ拡散してしまい、圧電層の圧電特性を低下させてしまうこととなる。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、溝が設けられた振動板上にＡＤ法を用いて形成した拡散防止層を備える圧電アクチュエータ及び液体吐出ヘッドの製造方法において、前記振動板に設けられた溝の内壁において拡散防止層の厚みが極端に小さくなる部分をなくして、振動板に含まれる金属元素の圧電層への拡散を抑制し、圧電アクチュエータの圧電特性の低下を防止するための技術を提供することにある。

本発明は、溝が形成された振動板に順に積層された拡散防止層及び圧電層を有する圧電アクチュエータの製造方法であって、
エアロゾルデポジション法を用いて、前記振動板に含まれる元素の前記圧電層への拡散を規制するセラミックス粒子を含有するエアロゾルを前記振動板の溝が形成された表面に向けて、第一の方向から吹き付けるステップと、前記第一の方向と異なる第二の方向から吹き付けるステップとを含み、前記振動板上の同一範囲につき複数の異なる方向から前記エアロゾルを吹き付けることにより前記振動板上に拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程を、含んでいるものである。

前記圧電アクチュエータの製造方法において、前記複数の異なる方向には、前記エアロゾルの吹き付けにより前記振動板の溝の表面に形成される膜の膜厚の極小部分の位置が相違する２方向が含まれていることがよい。

さらに、前記圧電アクチュエータの製造方法において、前記第一の方向と前記第二の方向はともに前記振動板の表面に対して垂直ではない傾きを有し、前記第一の方向の前記振動板の表面と略平行な成分と前記第二の方向の前記振動板の表面と略平行な成分はともに前記振動板の溝の伸びる方向に対して傾きを有していることがよい。

また、本発明は、前記圧電アクチュエータの製造方法において、前記振動板に形成された前記拡散防止層上の所定位置に、前記圧電層に電圧を印加するための電極を形成する下部電極形成工程を、含んでいるものである。

また、本発明は、前記圧電アクチュエータの製造方法において、エアロゾルデポジション法を用いて、前記振動板の前記拡散防止層が形成された面に向けて圧電材料の粒子を含有するエアロゾルを吹き付け、前記圧電層を形成する圧電層形成工程を、含んでいるものである。

前記圧電層形成工程において、前記圧電材料の粒子を含むエアロゾルを、前記振動板の溝が形成された面に対して一方向から吹き付けることがよい。

また、本発明は、前記圧電アクチュエータの製造方法において、前記圧電層上の所定位置に、前記圧電層に電圧を印加するための電極を形成する上部電極形成工程を、含んでいるものである。

本発明は、溝が形成された振動板に順に積層された拡散防止層及び圧電層を有する圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、その圧電層形成工程の前に行われるものであって、エアロゾルデポジション法を用いて、前記振動板の溝が形成された面に向けて、前記振動板に含まれる元素の前記圧電層への拡散を規制するセラミックス粒子を含むエアロゾルを複数の異なる方向から吹き付け、前記拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程を、含んでいるものである。

本発明は、上述の圧電アクチュエータの製造方法によって製造された製造された圧電アクチュエータと、圧力室を含む個別液体流路を複数設けた流路ユニットとを接合して成る液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記個別液体流路となる孔が形成された複数の金属製プレートを積層して接合することにより前記流路ユニットを形成する流路ユニット形成工程と、前記個別液体流路の前記圧力室を前記振動板で覆うように前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータの振動板とを接合する接合工程とを、含んでいるものである。

前記圧電アクチュエータの製造方法において、前記振動板に形成された溝とは、前記流路ユニットの前記圧力室の周囲に対応する位置に形成された溝であることがよい。

本発明は、以下に示すような効果を奏する。

本発明によれば、エアロゾルデポジション法を用いて振動板上に拡散防止層を形成するにあたって、振動板に対して複数の異なる方向からエアロゾルを吹き付けるので、振動板に設けられた溝の内壁にもエアロゾル中の材料粒子を衝突させて、振動板上にムラなく拡散防止層を形成することができる。よって、アニール処理を施したときの圧電層への振動板に含まれる金属元素の拡散を確実に抑制して、圧電特性の低下を防止することができる。

本発明の好ましい実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複説明を省略する。

本発明の実施の形態に係る圧電アクチュエータは、液体吐出ヘッドに備えられている。ここでは、前記液体吐出ヘッドの一例として、記録用紙にインクを噴射するインクジェットヘッドを挙げている。そこで、まず、図１〜図３を参照してインクジェットヘッド１について説明する。図１は本発明の実施の形態に係るインクジェットの構造を示す一部平面図、図２は図１におけるII−II線断面図、図３は図１におけるIII−III線断面図である。
［インクジェットヘッド１の構造］
インクジェットヘッド１は、内部に圧力室１４を含む個別液体流路２１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。
［流路ユニット２の構造］
まず、流路ユニット２の構造について説明する。流路ユニット２は圧力室プレート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、圧力室プレート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等を含む個別液体流路２１がエッチングにより形成されている。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の下面に接着されている。或いは、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。

圧力室プレート１０には、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８０が接合される圧力室プレート１０の上面）において開口している。各圧力室１４は、平面視で略長円（楕円）形状に形成されており、その長尺方向がインクジェットヘッド１の走査方向となるように配置されている。

ベースプレート１１の平面視で圧力室１４の長尺方向両端部と重なる位置には、それぞれ連通孔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、圧力室１４の長尺方向と略直交する方向に延び、平面視で圧力室１４の長尺方向のいず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（図示略）から圧力室プレート１０に形成されたインク供給口（図示略）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にそれぞれ重なる位置に、複数のノズル２０がそれぞれ形成されている。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、マニホールド１７は、連通孔１５を介して圧力室１４と連通され、さらに、圧力室１４は連通孔１６，１９を介してノズル２０と連通されている。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に至る個別液体流路２１が形成されている。
［圧電アクチュエータ３の構造］
次に、圧電アクチュエータ３の構造について説明する。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８０と、振動板８０の上面に形成された拡散防止層９０と、この拡散防止層９０の上面に形成された下部電極８２と、この下部電極８２が形成された拡散防止層９０の上面に複数の圧力室１４に跨って形成された圧電層８１と、この圧電層８１の上面に形成された上部電極８４とを備えている。

振動板８０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８０は、複数の圧力室１４の開口を塞ぐ状態で圧力室プレート１０の上面に積層されて接合されている。この振動板８０の上面（流路ユニット２と反対側の面）において、平面視で最も近接する圧力室１４（圧力室の短尺方向に隣接する圧力室１４）との間に、圧力室１４の長尺方向の縁に沿って延びる溝８６が形成されている。この溝８６は、隣接する２つの圧力室１４，１４の間の領域でこれら２つの圧力室１４，１４に共通に形成されている。但し、溝８６の形状は上記形態に限定されるものではなく、例えば、振動板８０の上面において、平面視で複数の圧力室１４と重ならない領域に、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形状の溝とすることもできる。

拡散防止層９０は、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であって、振動板８０に含まれる元素の圧電層８１への拡散の防止するために機能する。この拡散防止層９０は、複数の圧力室１４に跨って連続的に形成されている。なお、拡散防止層９０の振動板８０に形成された溝８６に対応する位置には、溝８６と同様の平面形状を有する溝８８が形成されている。

下部電極８２は、金などの導電性材料からなり、ここでは複数の圧力室１４間にわたって設けられた共通電極として形成されている。この共通電極としての下部電極８２は、後述する複数の上部電極８４に対向して上部電極８４と下部電極８２との間の圧電層８１に電界を作用させる。

圧電層８１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）を主成分としている。この圧電層８１は、複数の圧力室１４に跨って形成されている。なお、圧電層８１の、振動板８０に形成された溝８６に対応する位置には、溝８６と同様の平面形状を有する溝８７が形成されている。

上部電極８４は、金などの導電性材料からなり、ここでは複数の圧力室１４にそれぞれ対応して設けられた個別電極として形成されている。上部電極８４は、圧力室１４よりも一回り小さい長円（楕円）形の平面形状を有し、圧電層８１の表面の平面視で対応する圧力室１４の中央部に重なる位置にそれぞれ形成されている。さらに、圧電層８１の表面において、圧力室１４の周囲に設けられた溝８７に取り囲まれていない端部と部分的に重なる位置には、上部電極８４に連なる端子部８５が形成されている。複数の端子部８５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８５を介して複数の上部電極８４に対して選択的に駆動電圧が供給される。

なお、上記圧電アクチュエータ３では、下部電極８２が共通電極であって上部電極８４が個別電極であるが、これを逆にして、下部電極８２が個別電極であって上部電極８４が共通電極であってもかまわない。但し、この場合は個別電極に設けられる端子部に接続される配線部材を絶縁させる必要がある。
［圧電アクチュエータ３の作用］
次に、インクジェットヘッド１における圧電アクチュエータ３の作用について説明する。複数の上部電極８４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８１上側の上部電極８４とグランド電位に保持されている圧電層８１下側の下部電極８２との電位が異なる状態となり、上部電極８４と下部電極８２の間に挟まれた圧電層８１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上部電極８４の直下の圧電層８１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８１の収縮に伴って振動板８０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。

従来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に対応する上部電極８４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８１及び振動板８０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８１及び振動板８０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、前述した通り、振動板８０、拡散防止層９０及び圧電層８１の、平面視で圧力室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同士の間に介在する溝８６，８７，８８が形成されており、これら溝８６，８７，８８が形成された領域においては、振動板８０と圧電層８１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上において積層されている振動板８０及び圧電層８１の変形が、隣接する他の圧力室１４上において積層されている振動板８０及び圧電層８１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。
［成膜装置３０の構造］
ところで、上記構成のインクジェットヘッド１の圧電アクチュエータ３の製造工程において、拡散防止層９０と圧電層８１とはエアロゾルデポジション法（以下、「ＡＤ法」と記載する）を実施する成膜装置を用いて成膜されたものである。そこで、この成膜装置の概略構成を図４を用いて説明する。図４は成膜装置の概略構成を示すブロック図である。

成膜装置３０は、拡散防止材料粒子をキャリアガスに分散させてエアロゾルを形成する第一エアロゾル発生器３１と、第一エアロゾル発生器３１にて生成したエアロゾルを被成膜体６０に向けて噴射する第一噴射ノズル４０及び第二噴射ノズル４１と、圧電材料粒子をキャリアガスに分散させてエアロゾルを形成する第二エアロゾル発生器５１と、第二エアロゾル発生器５１にて生成したエアロゾルを被成膜体６０に向けて噴射する第三噴射ノズル５８と、内部に噴射ノズル４０，４１，５８と被成膜体６０とを配置した成膜チャンバ６２とを備えている。

第一エアロゾル発生器３１は、拡散防止材料粒子を内部に収容可能なエアロゾル室３３ａと、このエアロゾル室３３ａに取り付けられてエアロゾル室３３ａを振動する加振装置３３ｂとを備えている。エアロゾル室３３ａには、キャリアガスを導入するためのガスボンベ３５が導入管３４を介して接続されている。導入管３４の先端はエアロゾル室３３ａ内部において底面付近に位置し、材料粒子中に埋没されている。前記拡散防止材料粒子は、振動板８０に含まれる元素の圧電層８１への拡散を規制するアルミナ、ジルコニア等のセラミックスの微粒子である。また、前記キャリアガスとしては、例えばヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性ガスや空気、酸素等を使用することができる。

エアロゾル室３３ａには、エアロゾル室３３ａ内のエアロゾルを噴射ノズル４０，４１へ供給するためのエアロゾル供給管３２が接続されている。エアロゾル供給管３２は切替バルブ３８を介して二本の供給管３２ａ，３２ｂに分岐されており、二本の供給管３２ａ，３２ｂにはそれぞれ第一噴射ノズル４０、第二噴射ノズル４１が接続されている。切替バルブ３８は、コントローラ６５の指令を受けて動作し、第一噴射ノズル４０にエアロゾルを供給する状態、第二噴射ノズル４１にエアロゾルを供給する状態、及びエアロゾル供給管３２を閉止する状態の三態に切り替えることができる。

第二エアロゾル発生器５１は、圧電材料の粒子を内部に収容可能なエアロゾル室５３ａと、このエアロゾル室５３ａに取り付けられてエアロゾル室５３ａを振動する加振装置５３ｂとを備えている。エアロゾル室５３ａには、キャリアガスを導入するためのガスボンベ５５が導入管５４を介して接続されている。導入管５４の先端はエアロゾル室５３ａ内部において底面付近に位置し、材料粒子中に埋没されている。前記圧電材料は、例えば、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）である。前記キャリアガスとしては、例えばヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性ガスや空気、酸素等を使用することができる。

エアロゾル室５３ａには、エアロゾル室５３ａ内のエアロゾルを第三噴射ノズル５８へ供給するためのエアロゾル供給管５２が接続されている。エアロゾル供給管５２には、コントローラ６５の指令を受けて動作する切替バルブ５７が設けられており、この切替バルブ５７により、第三噴射ノズル５８にエアロゾルを供給する状態とエアロゾル供給管５２を閉止する状態とに切り替えることができる。

成膜チャンバ６２には、被成膜体６０を取り付けるためのステージ６１と、このステージ６１の下方に設けられた噴射ノズル４０，４１，５８が備えられている。また、この成膜チャンバ６２には、粉体回収装置６３を介して真空ポンプ６４が接続されており、その内部を減圧することができる。

成膜チャンバ６２内において、三本の噴射ノズル４０，４１，５８は、第一噴射ノズル４０と第二噴射ノズル４１とで第三噴射ノズル５８をはさむように配置されている。そしてこれらの噴射ノズル４０，４１，５８のうち、第三噴射ノズル５８は、その噴射方向がステージ６１に保持された被成膜体６０の被成膜面に対して略垂直となるように配設されている。一方、第一噴射ノズル４０と第二噴射ノズル４１とは、その噴射方向がステージ６１に保持された被成膜体６０の被成膜面に対して垂直ではなく例えば、６０〜８０°程度の傾きを有していることがよい。そして、第一噴射ノズル４０と第二噴射ノズル４１との噴射方向の水平成分同士は対向していることが望ましい。なお、ここで噴射ノズル４０，４１，５８の「噴射方向」とは噴射ノズル４０，４１，５８の軸方向をいい、噴射方向の「水平成分」とは噴射方向の被成膜面と略平行な成分をいう。
［インクジェットヘッド１、圧電アクチュエータ３の製造方法］
ここで、インクジェットヘッド１の製造方法について説明し、そのうち特に、上記成膜装置３０を用いて圧電アクチュエータ３を製造する方法について、図５〜図１０を用いて詳細に説明する。図５は拡散防止層形成工程を説明する図であって（ａ）は第一拡散防止材料吹付段階の振動板の一部拡大断面図、（ｂ）は第二拡散防止材料吹付段階の振動板の一部拡大断面図である。図６は振動板に対するエアロゾルの吹付方向の一例を説明する図であって（ａ）は振動板と吹付方向との関係を示す側面図、（ｂ）は振動板と吹付方向との関係を示す平面図である。図７は下部電極形成工程を説明する振動板の一部拡大断面図、図８は圧電層形成工程を説明する振動板の一部拡大断面図、図９は上部電極形成工程を説明する圧電アクチュエータの一部拡大断面図、図１０は圧電アクチュエータの製造過程の流れ図である。

まず、流路ユニット２を製造する。ここで、圧力室１４を含む個別液体流路２１となる孔が形成された圧力室プレート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をそれぞれ位置合わせして順に積層して接合することにより、流路ユニット２を形作る。この流路ユニット２の圧力室プレート１０の上面に、振動板８０によって各圧力室１４が閉塞されるように該振動板８０を位置合わせて積層し、圧力室プレート１０と振動板８０とを接合する。このとき、振動板８０には、流路ユニット２の圧力室１４の周囲に対応する位置に、エッチング加工などにより予め溝８６が形成されている。

次に、溝８６が形成された振動板８０上に、ＡＤ法を用いて拡散防止層９０を形成する（拡散防止層形成工程（ステップＳ１））。この拡散防止層形成工程（ステップＳ１）では、振動板８０に対して第一噴射ノズル４０から拡散防止材料粒子を含むエアロゾルを吹き付ける第一拡散防止材料吹付段階（ステップＳ１ａ）と、振動板８０に対して第二噴射ノズル４１から拡散防止材料粒子を含むエアロゾルを吹き付ける第二拡散防止材料吹付段階（ステップＳ１ｂ）との、振動板８０の同一範囲につき複数の互いに異なる方向からエアロゾルを吹き付ける段階を踏んでいる。

ここで成膜装置３０を用いる。まず、溝８６が予め形成された振動板８０を被成膜体６０として成膜装置３０のステージ６１に取り付ける。このとき、振動板８０の溝８６が形成された面を被成膜面とし、溝８６の長尺方向と噴射ノズル４０，４１の噴射方向の水平成分とが平行とならないように、振動板８０がステージ６１に配置される。続いて、ガスボンベ３５からキャリアガスを導入して、そのガス圧で材料粒子を舞い上がらせるとともに、加振装置３３ｂによってエアロゾル室３３ａを振動することでキャリアガスと材料粒子とを混合してエアロゾルを発生させる。そして、成膜チャンバ６２内を真空ポンプ６４により減圧し、コントローラ６５にて閉止されているエアロゾル供給管３２を第一噴射ノズル４０へエアロゾルを供給するように切替バルブ３８を切り替えることにより、エアロゾル室３３ａと成膜チャンバ６２との間の差圧により、エアロゾル室３３ａのエアロゾルを高速に加速しつつ第一噴射ノズル４０から噴出させる。続いて、コントローラ６５にて第二噴射ノズル４１へエアロゾルを供給するように切替バルブ３８を切り替えて、エアロゾル室３３ａのエアロゾルを高速に加速しつつ第二噴射ノズル４１から噴出させる。このようにして、噴射ノズル４０，４１から噴出したエアロゾルに含まれる材料粒子は振動板８０に衝突して堆積し、振動板８０上に拡散防止材料を主成分とする膜が形成され、これが拡散防止層９０となる。

このように、拡散防止層形成工程（ステップＳ１）では、拡散防止材料粒子を含むエアロゾルを振動板８０の溝８６が形成された面の同一範囲に対して、噴射ノズル４０より第一の方向Ｄ１から吹き付ける段階と（図５（ａ））、第二噴射ノズル４１より前記第一の方向と異なる第二の方向Ｄ２から吹き付ける段階（図５（ｂ））とを踏むことにより、振動板８０の同一範囲につき複数の互いに異なる方向からエアロゾルを吹き付けている。このとき、図６（ａ）に示すように、第一の方向Ｄ１と第二の方向Ｄ２は、いずれも被成膜面６０ａ（振動板８０の溝８６が形成された側の表面）に対して垂直ではなく例えば、６０〜８０°程度の傾きθ１，θ２を有していることがよい。さらに、図６（ｂ）に示すように、第一の方向Ｄ１と第二の方向Ｄ２との水平成分Ｄ１ｈ，Ｄ２ｈは何れも振動板８０の溝８６の長尺方向Ｍに対して傾きを有し（つまり、水平成分Ｄ１ｈ，Ｄ２ｈと溝８６の長尺方向Ｍとは平行でなく）、且つ、第一の方向Ｄ１と第二の方向Ｄ２との水平成分Ｄ１ｈ，Ｄ２ｈの溝８６の長尺方向Ｍと略直交する成分同士は対向していることがよい。かかる構成により、前記複数の異なる方向には、エアロゾルの吹き付けにより振動板８０の溝８６の表面に形成される膜の膜厚の極小部分の位置が相違する２方向が含まれることとなる。

図５（ａ）に示すように、第一拡散防止材料吹付段階（ステップＳ１ａ）では、振動板８０に形成された溝８６の長尺方向に伸びる二側面のうち一方の側面に材料粒子が衝突して堆積することにより膜９０ａが形成されるが、他方の側面には材料粒子は堆積しない。従って、第一拡散防止材料吹付段階（ステップＳ１ａ）では、この振動板８０の溝８６の他方の側面が、振動板８０の溝８６の表面に形成される膜の膜厚の極小部分となる。

一方、図５（ｂ）に示すように、第二拡散防止材料吹付段階（ステップＳ１ｂ）では、振動板８０に形成された溝８６の長尺方向に伸びる二側面のうち第一拡散防止材料吹付段階（ステップＳ１ａ）で材料粒子が堆積した方の側面には材料粒子が堆積しないが、他方の側面に材料粒子が衝突して堆積することにより膜９０ｂが形成される。従って、第二拡散防止材料吹付段階（ステップＳ１ｂ）では、この振動板８０の溝８６の第一拡散防止材料吹付段階（ステップＳ１ａ）で材料粒子が堆積した方の側面が、振動板８０の溝８６の表面に形成される膜の膜厚の極小部分となる。

このように、第一拡散防止材料吹付段階（ステップＳ１ａ）と第二拡散防止材料吹付段階（ステップＳ１ｂ）とを経る結果、振動板８０に形成された凹部である溝８６の側面にも材料粒子が衝突して堆積するので、拡散防止層９０を振動板８０上にムラなく形成することができ、拡散防止層９０の層の厚みの極端に薄い部分をなくすことができる。

なお、ここでは、第一拡散防止材料吹付段階（ステップＳ１ａ）と第二拡散防止材料吹付段階（ステップＳ１ｂ）とで振動板８０に対して二つの異なる方向からエアロゾルを吹き付けているが、エアロゾルの吹付方向の数及び吹付回数はこれに限定されるものではなく、エアロゾルの吹付方向が複数であれば、振動板８０に設けられた溝８６の内壁面を含めムラなく拡散防止層９０を形成することが可能である。また、第一拡散防止材料吹付段階（ステップＳ１ａ）と第二拡散防止材料吹付段階（ステップＳ１ｂ）は、それぞれをひとつづつ順番に行うことが可能であるし、第一噴射ノズル４０と第二噴射ノズル４１から一斉に噴射することで同時に行うことも可能である。また、本実施の形態では、成膜装置３０に第一噴射ノズル４０と第二噴射ノズル４１との二つの噴射ノズルを備えているが、成膜装置３０に一つの噴射ノズルを備えるとともにステージ６１を略垂直方向に揺動可能に構成して噴射ノズルの噴射方向に対する被成膜面の角度を可変としてもよい。

続いて、拡散防止層９０上に、下部電極８２を形成する（下部電極形成工程（ステップＳ３））。図７に示すように、下部電極８２は、スクリーン印刷法、スパッタ法、あるいは蒸着法等を用いて振動板８０に積層された拡散防止層９０の溝８６と重複しない部分に形成される。

さらに、下部電極８２が形成された拡散防止層９０上に、ＡＤ法を用いて圧電層８１を形成する（圧電層形成工程（ステップＳ４））。ここで成膜装置３０を用いる。まず、拡散防止層９０及び下部電極８２が形成された振動板８０を被成膜体６０として成膜装置３０のステージ６１に取り付ける。次に、ガスボンベ５５からキャリアガスを導入して、そのガス圧で材料粒子を舞い上がらせるとともに、加振装置５３ｂによってエアロゾル室５３ａを振動することでキャリアガスと材料粒子とを混合してエアロゾルを発生させる。そして、成膜チャンバ６２内を真空ポンプ６４により減圧し、コントローラ６５にて閉止されているエアロゾル供給管５２を第三噴射ノズル５８へエアロゾルを供給するように切替バルブ５７を切り替えることにより、エアロゾル室５３ａと成膜チャンバ６２との間の差圧により、エアロゾル室５３ａのエアロゾルを高速に加速しつつ第三噴射ノズル５８から噴出させる。噴出したエアロゾルに含まれる材料粒子は拡散防止層９０又は下部電極８２に衝突して堆積し、圧電層８１となる膜を形成する。

図８に示すように、圧電層形成工程（ステップＳ４）においてエアロゾルの吹き付けは、被成膜面に対して略垂直方向の噴射方向を有する第三噴射ノズル５８により行われることから、拡散防止層９０上の溝８８の底部分に材料粒子は堆積するが、溝８８の側壁部分には堆積しないか、堆積しても極端に厚みが小さくなる。このようにして被成膜面（下部電極８２が設けられた拡散防止層９０の表面）上で不連続に成膜された圧電層８１は、該圧電層８１に形成される溝８７の側壁部分の層厚が極端に小さいものとなる。このような溝８７の側壁部分の層厚が極端に小さい圧電層８１を有する圧電アクチュエータ３は、振動板８０に設ける溝８６の作用を阻害しないという点で優位である。

続いて、必要な圧電特性を得るために、形成した圧電層８１のアニール処理を行う（ステップＳ５）。このとき、振動板８０と圧電層８１との間にムラなく形成された拡散防止層９０が存在するために、ステンレス製の振動板８０に含まれている金属元素は圧電層８１には拡散しない。

次に、圧電層８１の上面に上部電極８４及び上部電極８４に接続した複数の端子部８５を形成する（上部電極形成工程（ステップＳ６））。上部電極８４及び端子部８５を形成するに際して、例えば、上部電極８４上の全域に導体膜を形成したのち、フォトリソグラフィ・エッチング法を利用して不要な部分を除去して所定のパターンに形成してもよく、あるいは、圧電層８１の上面に直接スクリーン印刷により形成してもよい。

このあと、上部電極８４と下部電極８２との間に通常のインク噴射動作時より強い磁界を印加して両電極間の圧電層８１を厚み方向に分極する分極処理を行う（ステップＳ７）。以上により、流路ユニット２の圧力室プレート１０に接合された振動板８０の上に、拡散防止層９０、下部電極８２、圧電層８１、及び上部電極８４を順に積層して成る圧電アクチュエータ３が形成されて、インクジェットヘッド１が完成する。なお、流路ユニット２の圧力室プレート１０と振動板８０との接合を、分極処理（ステップＳ７）の後で行ってもよい。

本発明は、溝が設けられた振動板上にエアロゾルデポジション法を用いて形成した拡散防止層を有する圧電アクチュエータ、並びに、この圧電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドなどの液体吐出ヘッドの製造方法に有用である。

本発明の実施の形態に係るインクジェットの構造を示す一部平面図である。 図１におけるII−II線断面図である。 図１におけるIII−III線断面図である。 成膜装置の概略構成を示すブロック図である。 拡散防止層形成工程を説明する図であって（ａ）は第一拡散防止材料吹付段階の振動板の一部拡大断面図、（ｂ）は第二拡散防止材料吹付段階の振動板の一部拡大断面図である。 振動板に対するエアロゾルの吹付方向の一例を説明する図であって（ａ）は振動板と吹付方向との関係を示す側面図、（ｂ）は振動板と吹付方向との関係を示す平面図である。 下部電極形成工程を説明する振動板の一部拡大断面図である。 圧電層形成工程を説明する振動板の一部拡大断面図である。 上部電極形成工程を説明する圧電アクチュエータの一部拡大断面図である。 圧電アクチュエータの製造過程の流れ図である。

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
１０ 圧力室プレート
１１ ベースプレート
１２ マニホールドプレート
１３ ノズルプレート
１４ 圧力室
２１ 個別液体流路
８０ 振動板
８１ 圧電層
８２ 下部電極
８４ 上部電極
８６，８７，８８ 溝
９０ 拡散防止層

Claims (10)

1. 溝が形成された振動板に順に積層された拡散防止層及び圧電層を有する圧電アクチュエータの製造方法であって、
   エアロゾルデポジション法を用いて、前記振動板に含まれる元素の前記圧電層への拡散を規制するセラミックス粒子を含有するエアロゾルを前記振動板の溝が形成された表面に向けて、第一の方向から吹き付けるステップと、前記第一の方向と異なる第二の方向から吹き付けるステップとを含み、前記振動板上の同一範囲につき複数の異なる方向から前記エアロゾルを吹き付けることにより前記振動板上に拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程を、
   含む圧電アクチュエータの製造方法。
2. 前記複数の異なる方向には、前記エアロゾルの吹き付けにより前記振動板の溝の表面に形成される膜の膜厚の極小部分の位置が相違する２方向が含まれている、
   請求項１に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
3. 前記第一の方向と前記第二の方向はともに前記振動板の表面に対して垂直ではない傾きを有し、前記第一の方向の前記振動板の表面と略平行な成分と前記第二の方向の前記振動板の表面と略平行な成分はともに前記振動板の溝の伸びる方向に対して傾きを有している、
   請求項１又は請求項２に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
4. 前記振動板に形成された前記拡散防止層上の所定位置に、前記圧電層に電圧を印加するための電極を形成する下部電極形成工程を、
   含む、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
5. エアロゾルデポジション法を用いて、前記振動板の前記拡散防止層が形成された面に向けて圧電材料の粒子を含有するエアロゾルを吹き付け、前記圧電層を形成する圧電層形成工程を、
   含む、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
6. 前記圧電材料の粒子を含むエアロゾルを、前記振動板の溝が形成された面に対して一方向から吹き付ける、
   請求項５に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
7. 前記圧電層上の所定位置に、前記圧電層に電圧を印加するための電極を形成する上部電極形成工程を、
   含む、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
8. 溝が形成された振動板に順に積層された拡散防止層及び圧電層を有する圧電アクチュエータの製造方法であって、
   前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、
   その圧電層形成工程の前に行われるものであって、
   エアロゾルデポジション法を用いて、前記振動板の溝が形成された面に向けて、前記振動板に含まれる元素の前記圧電層への拡散を規制するセラミックス粒子を含むエアロゾルを複数の異なる方向から吹き付け、前記拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程を、
   含む圧電アクチュエータの製造方法。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータの製造方法によって製造された圧電アクチュエータと、圧力室を含む個別液体流路を複数設けた流路ユニットとを接合して成る液体吐出ヘッドの製造方法であって、
   前記個別液体流路となる孔が形成された複数の金属製プレートを積層して接合することにより前記流路ユニットを形成する流路ユニット形成工程と、
   前記個別液体流路の前記圧力室を前記振動板で覆うように前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータの振動板とを接合する接合工程とを、
   含む液体吐出ヘッドの製造方法。
10. 前記振動板に形成された溝は、前記流路ユニットの前記圧力室の周囲に対応する位置に形成された溝である、
    請求項９に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。

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