JP2009184195A - フィルタの製造方法及び液体移送装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】流路抵抗の小さいフィルタを製造する。
【解決手段】インクジェットヘッド３を製造する際に、まず、キャビティプレート２１の貫通孔９ａとなる部分の上面に、紫外線硬化樹脂の液滴Ｌを吐出し、紫外線を照射して着弾した液滴Ｌを硬化させる。次に、ＡＤ法によりキャビティプレート２１の上面に振動層４１を成膜する。次に、振動層４１の上面に共通電極を形成するとともに振動層４１の上面の貫通孔９ａと対向する部分にマスクＭを配置する。次に、ＡＤ法により振動層４１の上面に圧電層４２を成膜し、その後、マスクＭを除去する。次に、キャビティプレート２１の一部を除去して、貫通孔９ａ及び圧力室１０を形成する。この後、圧電層の上面に個別電極を形成し、作製された積層体を８５０℃程度で加熱して、圧電層４２のアニールと、個別電極及び共通電極の焼成とを行う。
【選択図】図８
【解決手段】インクジェットヘッド３を製造する際に、まず、キャビティプレート２１の貫通孔９ａとなる部分の上面に、紫外線硬化樹脂の液滴Ｌを吐出し、紫外線を照射して着弾した液滴Ｌを硬化させる。次に、ＡＤ法によりキャビティプレート２１の上面に振動層４１を成膜する。次に、振動層４１の上面に共通電極を形成するとともに振動層４１の上面の貫通孔９ａと対向する部分にマスクＭを配置する。次に、ＡＤ法により振動層４１の上面に圧電層４２を成膜し、その後、マスクＭを除去する。次に、キャビティプレート２１の一部を除去して、貫通孔９ａ及び圧力室１０を形成する。この後、圧電層の上面に個別電極を形成し、作製された積層体を８５０℃程度で加熱して、圧電層４２のアニールと、個別電極及び共通電極の焼成とを行う。
【選択図】図８
Description
本発明は、液体中の異物を除去するためのフィルタの製造方法、及び、このようなフィルタを有する液体移送装置の製造方法に関する。
特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、複数のプレートが互いに積層されることによって形成された流路ユニットの上面に圧電アクチュエータが配置されている。流路ユニットを構成するベースプレートには、ベースプレートをその厚み方向に貫通する複数の圧力室が形成されているとともに、圧力室が形成されているのと異なる箇所に、複数のフィルタ孔が形成されることによって、マニホールド流路内に進入しようとするインク中の異物を除去するためのフィルタが形成されている。そして、このようなフィルタは、電鋳により形成されている。すなわち、導電性の基材の表面にフィルタ孔に対応するレジストパターンを形成してから、この基材のレジストパターンが形成されていない部分に、電気めっきによりニッケルや銅などの金属を析出させて金属膜を形成し、最後に、金属膜から基材を除去することによって形成されている。
しかしながら、特許文献１に記載されているように、電鋳によりフィルタを形成する場合には、析出させた金属膜の厚みが大きくなり、形成されるフィルタ孔の深さも深くなってしまう。その結果、フィルタ孔におけるインクの流路抵抗が大きくなってしまう。
本発明の目的は、流路抵抗が小さいフィルタの製造方法、及び、このようなフィル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。
本発明のフィルタの製造方法は、基材の一表面に、エアロゾルが噴き付けられた際にそのエアロゾルに含まれる微粒子が成膜されにくい成膜阻害領域を、所定の領域内に複数個点在するように形成する成膜阻害領域形成工程と、その成膜阻害領域形成工程の後に行われる工程であって、前記基材の前記一表面の前記所定の領域を含む範囲にエアロゾルを噴き付けることによって、微粒子の成膜を行う成膜工程と、その成膜工程の後に行われる工程であって、前記基材のうち、少なくとも前記所定の領域と対向する部分を除去する除去工程とを備えている（請求項１）。
これによると、基材に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）により成膜を行うと、基材の一表面のうち、成膜阻害能領域を除いた部分にのみ膜が形成され、形成された膜が、成膜阻害能領域と対向する部分に貫通孔が形成されたフィルタとなる。また、ＡＤ法を用いた成膜では、薄い膜を形成することができ、膜が薄い場合には、上記貫通孔の深さが小さくなる。これにより、流路抵抗の小さいフィルタの製造が可能となる。
また、本発明のフィルタの製造方法においては、前記一表面と直交する方向から見て、前記成膜阻害領域が円形となっていることが好ましい（請求項２）。これによると、フィルタを構成する貫通孔の形状を円形とすることにより、貫通孔を流れる液体の流速を均一にすることができる。
このとき、前記成膜阻害領域形成工程において、前記基材の前記一表面に複数の液滴を着弾させることによって、前記複数の成膜阻害領域を形成することが好ましい（請求項３）。これによると、基材の表面に液滴を吐出すると、基材の表面に付着する液滴は円形となり、液滴の表面においては、付着した微粒子が膜状になるのが阻害されるため、円形の成膜阻害領域を容易に形成することができる。また、吐出する液滴の径を小さくすることにより、径の小さい成膜阻害領域を形成することができ、これにより、貫通孔の径が小さく、小さな異物を除去可能なフィルタを形成することができる。
さらに、このとき、前記液滴が、硬化させることが可能なものであることが好ましい（請求項４）。これによると、基材の表面に吐出された液滴を硬化させることにより、その後の加工などが行いやすくなる。
さらに、このとき、前記液滴が、光硬化性を有するものであって、前記基材の前記一表面に吐出された液滴に光を照射する光照射工程をさらに備えていることが好ましい（請求項５）。これによると、基材の表面に吐出される液滴を、光硬化性を有するものとし、基材の表面に吐出された液滴に光を照射することにより、基材の表面の液滴を容易に硬化させることができる。
本発明の液体移送装置の製造方法は、一表面上において開口した圧力室、及び、前記一表面上において開口しており前記圧力室に連通する液体流路が形成された圧力室プレートを含む流路ユニットと、前記圧力室の開口を覆う振動層と、前記振動層の前記圧力室と反対側に配置された圧電層と、前記圧電層の前記圧力室と対向する部分に配置された電極とを備えており、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータと、前記液体流路の開口を覆っており、前記液体流路内に進入しようとする液体の中の異物を除去するフィルタとを備えた液体移送装置の製造方法であって、前記圧力室プレートの前記一表面における前記液体流路と対向する領域内に、エアロゾルが噴き付けられた際にそのエアロゾルに含まれる微粒子が成膜されにくい成膜阻害領域を、複数個点在するように形成する成膜阻害領域形成工程と、その成膜阻害領域形成工程の後に行われる工程であって、前記圧力室プレートの前記一表面のうち、少なくとも前記圧力室及び前記液体流路と対向する領域に、前記振動層を構成する材料の微粒子を含むエアロゾルを噴き付けることによって、振動層の成膜を行う成膜工程と、その成膜工程の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によって、前記圧力室プレートに、前記圧力室プレートを貫通する前記圧力室及び前記液体流路を形成する除去工程と、前記振動層の前記基材と反対側に前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、前記圧電層の前記圧力室と対向する部分に前記電極を形成する電極形成工程とを備えている（請求項６）。
基材に振動層を構成する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）により圧力室プレートの一表面に成膜を行うと、圧力室プレートの一表面には、成膜阻害能領域を除いた部分にのみ膜が形成される。これにより、形成された膜の、圧力室と対向する部分が振動層となり、液体流路と対向する部分が、成膜阻害領域と対向する部分に多数の孔が形成されたフィルタとなる。また、ＡＤ法を用いた成膜では、薄い振動層及びフィルタの膜を形成することができ、この膜が薄い場合には、フィルタの貫通孔の深さが小さくなる。これにより、流路抵抗の小さいフィルタの製造が可能となる。
また、上述したように振動層とフィルタとを同時に形成することができるので、液体移送装置の製造工程が簡単になる。
また、本発明の液体移送装置の製造方法においては、前記圧電層形成工程において、前記振動層の前記基材と反対側における前記液体流路と対向する部分を避けて前記圧電層を形成することが好ましい（請求項７）。
振動層の基材と反対側の液体流路と対向する部分に圧電層を形成する場合、液体流路をフィルタと反対側と連通させるために、圧電層の成膜阻害領域と対向する部分に孔が形成されることになる。そのため、この場合には、成膜阻害領域と対向する部分に孔が形成された振動層と圧電層とが互いに積層されたものがフィルタとなり、圧電層の分だけフィルタの孔の深さが深くなって、貫通孔の流路抵抗が大きくなってしまう。しかしながら、本発明では、振動層の液体流路と対向する部分を避けて圧電層を形成するので、フィルタの孔が深くなってその流路抵抗が大きくなってしまうことがない。
このとき、前記圧電層形成工程において、前記振動層の前記圧力室プレートと反対側に圧電材料の微粒子を含むエアロゾルを噴き付けることによって、前記圧電層を形成することが好ましい（請求項８）。
これによると、ＡＤ法を用いて圧電層を形成する場合、液体流路と対向する部分にマスクをしてからエアロゾルを噴き付ける、あるいは、液体流路と対向する部分を避けてエアロゾルを噴き付けるなどして、容易に、圧電層を液体流路と対向する部分を避けて形成することができる。また、ＡＤ法により、緻密な構造の圧電層を高速に形成することができる。
さらに、このとき、前記圧電層形成工程において、前記振動層の前記基材と反対側の、前記液体流路と対向する部分にマスクをしてから、圧電材料の微粒子を含むエアロゾルを噴き付けることが好ましい（請求項９）。
ＡＤ法によって圧電層を形成する場合に、液体流路と対向する部分をマスクしてから圧電材料の微粒子を含むエアロゾルを噴き付けることにより、エアロゾルの噴き付け箇所の制御などを行うことなく、容易に、圧電層を液体流路と対向する部分を避けて形成することができる。
また、本発明の液体移送装置の製造方法においては、前記除去工程において、エッチングにより前記圧力室プレートの一部を除去することによって、前記圧力室プレートに前記圧力室と前記液体流路とを同時に形成することが好ましい（請求項１０）。
これによると、エッチングにより、圧力室プレートに圧力室と液体流路を同時に形成することができるので、除去工程が簡単になる。
本発明のフィルタの製造方法によれば、貫通孔の深さが小さい薄膜のフィルタを形成できるので、流路抵抗の小さいフィルタを提供することができる。
また、本発明の液体移送装置の製造方法によれば、液体流路内に進入しようとする液体中の異物を除去するフィルタとして、貫通孔の深さが小さい薄膜のフィルタを備えた液体移送装置を形成できるので、流路抵抗の小さいフィルタを備えた液体移送装置を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
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、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。
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６は図２のＶＩ−ＶＩ線断面図である。図２〜図６に示すように、インクジェットヘッド３は、圧力室１０などの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。
流路ユニット３１は、キャビティプレート２１、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枚のプレートと同様、金属材料によって構成されていてもよい。
キャビティプレート２１（圧力室プレート）には、複数の圧力室１０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（一表面上において開口している）。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。また、キャビティプレート２１には、図２における下端部に、インク供給流路９を構成する平面視で略楕円の貫通孔９ａが形成されている。なお、キャビティプレート２１をその厚み方向に貫通する貫通孔９ａが、キャビティプレート２１の上面（一表面）において開口した本発明に係る液体流路に相当する。また、貫通孔９ａは、後述の貫通孔９ｂ、マニホールド流路１１及び貫通孔１２を介して圧力室１０と連通している。
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。また、ベースプレート２２には、平面視で貫通孔９ａと重なる部分に、インク供給流路９を構成する略楕円形状の貫通孔９ｂが形成されている。
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互いに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、紙送り方向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。また、マニホールド流路１３の走査方向に延びた部分の、走査方向における略中央部が上記貫通孔９ａ、９ｂと対向している。これにより、貫通孔９ａと貫通孔９ｂとが互いに重なって形成されたインク供給流路９からマニホールド流路１３に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。
そして、流路ユニット３１には、インク供給流路９がマニホールド流路１１に連通し、マニホールド流路１１が貫通孔１２を介して圧力室１０に連通し、さらに、圧力室１０が貫通孔１３、１４を介してノズル１５に連通したインク流路が形成されている。
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の上面の開口及び貫通孔９ａの上面の開口を覆うように、キャビティプレート２１の上面に配置されている。さらに、振動層４１には貫通孔９ａと対向する部分に、平面視で（一表面と直交する方向から見て）１０μｍ程度の径を有しており、振動層４１をその厚み方向に貫通する略円形の貫通孔５１が複数点在している。これにより、振動層４１の貫通孔９ａと対向する部分が、貫通孔９ａの開口を覆っており、インク供給流路９に進入しようとするインク中の異物を除去するためのフィルタとなっている。すなわち、振動層４１が、圧力室１０を覆う本発明に係る振動層と貫通孔９ａの開口を覆う本発明に係るフィルタとが一体となったものとなっている。また、フィルタを構成する貫通孔５１が略円形であるので、貫通孔５１を流れるインクの流速が均一になる。
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（圧力室１０と反対側）に、図２における下端部を除いて（貫通孔９ａと対向する部分を避けて）、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。
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。
複数の個別電極４４は、共通電極４３と同様の材料からなり、圧電層４２の上面に複数の圧力室１０に対応して配置されている。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、個別電極の長手方向に関するノズル１５と反対側の端部は、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となっている。個別電極４４には、図示しないドライバＩＣによりＦＰＣを介して駆動電位が付与される。
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のいずれかに選択的に駆動電位を付与する。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。
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のこの部分は、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。
次に、上述したようなフィルタを有するインクジェットヘッド３の製造方法について説明する。図７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り、図８は、製造の各工程におけるインクジェットヘッドの３の図４相当の部分の状態を示す図である。図９は、製造の各工程におけるインクジェットヘッド３の図６相当の部分の状態を示す図である。
インクジェットヘッド３を製造するためには、まず、図７、図９（ａ）に示すように、圧力室１０及び貫通孔９ａが形成される前のキャビティプレート２１の上面（一表面）に、例えば、着弾したときの径が１０μｍ程度の紫外線硬化樹脂の液滴Ｌ（硬化させることが可能な液滴、光硬化性の液滴）を複数吐出して、キャビティプレート２１の貫通孔９ａが形成される部分の上面に複数の液滴Ｌを着弾させる（ステップＳ１０１、以下、単にＳ１０１などとする、成膜阻害領域形成工程）。
次に、キャビティプレート２１の上面に着弾した液滴Ｌに紫外線（光）を照射して、液滴Ｌを硬化させる（Ｓ１０２、光照射工程）。このように、キャビティプレート２１の上面に紫外線硬化性樹脂の液滴Ｌを着弾させているため、着弾した液滴Ｌに紫外線を照射することにより、液滴Ｌを容易に硬化させることができる。また、液滴Ｌに紫外線を照射して硬化させることにより、着弾した液滴Ｌを着弾位置に停留させることができるので、貫通孔９ａを所望の大きさとおりに正しく形成することができる。
ここで、キャビティプレート２１の上面に着弾して硬化した液滴Ｌは、ステンレス金属材料からなるキャビティプレート２１よりも硬度が低くなっている。したがって、キャビティプレート２１の貫通孔９ａが形成される部分の上面（基材の一表面における液体流路に対向する領域内、所定の領域内）に点在する、複数の液滴Ｌが着弾した部分が、キャビティプレート２１の上面における他の部分よりも、エアロゾルが噴き付けられた際にそのエアロゾルに含まれる微粒子が成膜されにくい領域となる。このように、本発明では、基材（キャビティプレート２１）上にエアロゾルデポジション法で成膜するにあたって、エアロゾルが噴き付けられる他の領域よりもそのエアロゾルに含まれる微粒子が成膜されにくい領域を成膜阻害領域と称する。なお、液滴Ｌが着弾することによって形成される複数の成膜阻害領域は、平面視で（一表面と直交する方向から見て）略円形となっている。また、液滴Ｌを構成する液体がキャビティプレート２１の上面の着弾した位置に停留できる性質を有するならば、液滴Ｌを硬化させる工程は省略してもよい。
次に、図７、図８（ａ）、図９（ｂ）に示すように、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ることによって（ＡＤ法によって）、キャビティプレート２１の上面にその全域にわたって（少なくとも圧力室１０及び貫通孔９ａと対向する領域、所定の領域を含む範囲）振動層４１を成膜する（Ｓ１０３、成膜工程）。
このとき、キャビティプレート２１の上面のうち、液滴Ｌが着弾していない部分においては、噴き付けられたエアロゾルに含まれるセラミックスの微粒子が成膜されるが、液滴Ｌが着弾した部分（成膜阻害領域）においては、噴き付けられたエアロゾルに含まれるセラミックスの微粒子が成膜されない。これにより、成膜された振動層４１は、着弾した液滴Ｌと対向する部分に複数の貫通孔５１が形成されたものとなり、振動層４１の貫通孔９ａと対向する部分が前述のフィルタとなる。
また、ＡＤ法により振動層４１を形成しているため、振動層４１の厚みを薄く（例えば、５μｍ程度）することができ、これにより、貫通孔５１の深さが小さくなる。したがって、貫通孔５１（フィルタ）の流路抵抗が小さくなる。さらに、貫通孔５１の径は、液滴Ｌの径とほぼ同じになるので、上述したように、キャビティプレート２１の上面に着弾させる液滴Ｌの径を小さく（例えば、１０μｍ程度）することにより、貫通孔５１の径を小さくすることができる。これにより、貫通孔５１の径が小さく、小さな異物も除去することが可能なフィルタを容易に形成することができる。
また、キャビティプレート２１の上面に着弾した液滴Ｌは平面視で略円形となるので、貫通孔５１の形状も略円形となる。このように、キャビティプレート２１の上面に液滴Ｌを着弾させてからＡＤ法により振動層４１を形成することで、略円形の貫通孔５１を有するフィルタを容易に形成することができる。
次に、図７、図８（ｂ）に示すように、振動層４１の上面にスクリーン印刷、スパッタ法等によって共通電極４３を形成する（Ｓ１０４）とともに、図７、図９（ｃ）に示すように、振動層４１の上面における貫通孔９ａと対向する部分を含む、図２において圧電層４２が配置されていない領域に、マスクＭを配置する（マスクをする、Ｓ１０５）。なお、これら共通電極４３の形成（Ｓ１０４）、及び、マスクＭの配置（Ｓ１０５）は、いずれか一方を先に行った後、他方を行ってもよく、同時に行ってもよい。
次に、図７、図８（ｃ）、図９（ｄ）に示すように、圧電材料の微粒子を含むエアロゾルを噴き付けることによって（ＡＤ法によって）、振動層４１の上面に圧電層４２を成膜する（Ｓ１０６）。これにより、振動層４１の上面には、マスクＭが配置された部分を除いて（貫通孔９ａと対向する部分を避けて）圧電層４２が成膜される。そして、ＡＤ法を用いて圧電層４２を成膜する場合には、このように、ＡＤ法により圧電層４２を成膜する前に、マスクＭを配置しておくことにより、圧電層４２を容易に貫通孔９ａと対向する部分を避けて成膜することができる。なお、上記Ｓ１０５のマスクＭを配置する工程と、上記Ｓ１０６のＡＤ法により圧電層４２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形成工程に相当する。そして、圧電層４２の成膜後、図９（ｅ）に示すように、マスクＭをその上面に堆積した圧電材料とともに除去する（Ｓ１０７）。
ここで、本実施の形態とは異なり、ＡＤ法により圧電層４２を形成する前にマスクＭを配置せず、振動層４１の上面の全域に圧電層４２を形成した場合には、圧電層４２が振動層４１の上面の貫通孔９ａと対向する部分のうち、複数の貫通孔５１と対向する部分を除いた部分にも形成されることになる。そして、この場合には、互いに積層された振動層４１及び圧電層４２の貫通孔９ａと対向する部分がフィルタとして作用することになる。しかしながら、この場合には圧電層４２に形成された貫通孔の分だけ貫通孔の深さが深くなり、貫通孔の流路抵抗が大きくなってしまう。
これに対して、本実施の形態では、振動層４１の上面の貫通孔９ａと対向する部分には圧電層４２が形成されない（圧電層４２を貫通孔９ａと対向する部分を避けて形成している）ので、フィルタの孔の深さが深くなってしまうことがなく、貫通孔の流路抵抗を小さくすることができる。
次に、図７、図８（ｄ）、図９（ｆ）に示すように、エッチングにより、キャビティプレート２１の一部（少なくとも所定の領域と対向する部分）を除去することによって、キャビティプレート２１を貫通する圧力室１０及び貫通孔９ａを形成する（Ｓ１０８、除去工程）。このとき、キャビティプレート２１の除去される部分に着弾していた液滴Ｌもキャビティプレート２１とともに除去される。次に、図８（ｅ）に示すように、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成する（Ｓ１０９）。なお、前述の共通電極４３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、本発明に係る電極形成工程に相当する。
ここで、本実施の形態とは逆に、圧電層４２の上面に個別電極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の一部を除去して、圧力室１０及び貫通孔９ａ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、エッチング液が個別電極４４に接触して個別電極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、エッチングにより圧力室１０及び貫通孔９ａを形成する前に個別電極４４にマスクをするなどの余分な工程が必要となってしまう。
しかしながら、本実施の形態では、上述したように、エッチングによりにキャビティプレート２１に圧力室１０及び貫通孔９ａを形成した後、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成しているため、エッチング液によって個別電極４４が損傷してしまうことがなく、また個別電極４４にマスクをする工程なども必要ない。
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の積層体を高温（例えば、８５０℃程度）で加熱処理する（Ｓ１１０）。この加熱処理により、圧電層４２に圧電特性を持たせるためのアニールと、共通電極４３及び個別電極４４の焼成とが行われる。
ここで、上記加熱処理を行うと、ステンレスなどの金属材料からなる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）が拡散することになり、圧電層４２の圧力室１０と対向する部分にキャビティプレート２１の構成原子が拡散してしまうと、圧電層４２のこの部分の圧電特性が低下し、圧電アクチュエータ３２を駆動したときのノズル１５からのインクの吐出特性が低下してしまう虞がある。
しかしながら、本実施の形態においては、上記加熱処理を行う前に、キャビティプレート２１の一部を除去することによって圧力室１０を形成しているため、圧電層４２の圧力室１０と対向する部分にはキャビティプレート２１の構成原子が拡散しにくい。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抑制することができる。
また、本実施の形態とは逆に、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成する前に、上記加熱処理を行い、その後、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。しかしながら、この場合には、上記加熱処理において、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るので、個別電極４４を形成した後、個別電極４４を焼成する工程が別途必要となる。
これに対して、本実施の形態では、圧電層４２の上面に個別電極４４を形成した後、上記加熱処理を行っているので、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、インクジェットヘッド３の製造工程が簡略化される。
この後、キャビティプレート２１に圧力室１０及び貫通孔９ａが形成されることによって作製されたキャビティプレート２１と、予め作製しておいた流路ユニット３１を構成する他の３枚のプレート２２〜２４とを互いに接合させて（Ｓ１１２）、インクジェットヘッド３が完成する。
以上に説明した実施の形態によると、キャビティプレート２１の上面に液滴Ｌを着弾させてから、ＡＤ法により、キャビティプレート２１の上面に振動層４１の成膜を行うことにより、キャビティプレート２１の上面には、液滴Ｌが着弾した部分を除いた部分にのみ膜が形成される。これにより、形成された振動層４１の、液滴Ｌが着弾した部分に複数の貫通孔５１が形成され、振動層４１の貫通孔９ａと対向する部分がインク供給流路９に進入しようとするインク中の異物を除去するためのフィルタとなる。
また、ＡＤ法により振動層４１を成膜した場合には、薄い振動層４１を成膜することができ、振動層４１が薄い場合には、貫通孔５１の深さも小さくなる。これにより、フィルタリング効果に比して流路抵抗の小さいフィルタの製造が可能となる。
さらに、貫通孔５１の径は、キャビティプレート２１に着弾した液滴Ｌの径とほぼ同じとなるので、キャビティプレート２１の上面に径の小さい液滴Ｌを吐出することにより、径の小さい貫通孔５１を容易に形成することができる。これにより、貫通孔５１の径が小さく、小さな異物も除去することが可能なフィルタを容易に形成することができる。
また、貫通孔５１が略円形であるので、貫通孔５１を流れるインクの流速が均一になる。さらに、キャビティプレート２１の上面に着弾した紫外線硬化樹脂の液滴Ｌは円形となり、これにより、振動層４１に形成される貫通孔５１も円形となるため、フィルタを構成する略円形の貫通孔５１を容易に形成することができる。
また、キャビティプレート２１の上面に着弾した紫外線硬化樹脂の液滴Ｌに紫外線を照射して液滴Ｌを硬化させているため、その後の加工などが行いやすい。さらに、液滴Ｌとして紫外線硬化樹脂を用いているため、紫外線を照射することにより、液滴Ｌを容易に硬化させることができる。
また、振動層４１の上面に貫通孔９ａと対向する部分を避けるように圧電層４２を形成しているため、フィルタを構成する貫通孔の深さが深くなって、貫通孔の流路抵抗が大きくなってしまうことがない。
また、振動層４１の上面のインク流路９と対向する部分にマスクＭを配置してからＡＤ法で圧電層４２を成膜することにより、エアロゾルの噴き付け箇所の制御などを行うことなく、容易に、圧電層４２を貫通孔９ａと対向する部分を避けて形成することができる。
また、キャビティプレート２１の一部をエッチングにより除去することで、圧力室１０と貫通孔９ａとを同時に形成することができ、これらを形成する工程が簡単になる。
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。
本実施の形態では、振動層４１の上面の貫通孔９ａと対向する部分にマスクＭを配置してから、ＡＤ法により振動層４１の上面に圧電層４２を形成したがこれには限られない。例えば、上述したようなマスクＭは配置せず、ＡＤ法により振動層４１の上面に圧電材料のエアロゾルを噴き付ける際に、貫通孔９ａと対向する部分を避けてエアロゾルが噴き付けられるように、エアロゾルの噴き付け装置を制御するなどしてもよい。
また、本実施の形態では、ＡＤ法により圧電層４２を形成したが、これには限られず、ゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法（化学気相成長法）、水熱合成法など他の方法によって圧電層４２を成膜することも可能である。あるいは、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の上面に塗布して圧電層４２を形成してもよい。さらには、振動層４１の上面に圧電材料のグリーンシートを接合することによって圧電層４２を形成してもよい。
また、本実施の形態では、キャビティプレート２１の上面に紫外線硬化樹脂の液滴Ｌを吐出し、キャビティプレート２１の上面に着弾した液滴Ｌに紫外線を照射して液滴Ｌを硬化させたが、これには限られず、例えば、温度など、紫外線を照射する以外の方法で硬化させることができる液滴を吐出してもよい。
また、キャビティプレート２１の上面に吐出する液滴は、硬化させることが可能なものでなくてもよい。この場合でも、液滴が着弾したキャビティプレート２１を移動させることなく、キャビティプレート２１の上面に振動層４１を成膜する場合等には、着弾した液滴がキャビティプレート２１の上面を流れることはなく、複数の貫通孔５１が形成された振動層４１が成膜される。
さらには、キャビティプレート２１の上面に液滴を吐出することには限られず、例えば、キャビティプレート２１の上面の貫通孔９ａと対向する部分にマスクをする、キャビティプレート２１の上面の貫通孔５１と対向する部分に、エアロゾルに含まれる微粒子が成膜されにくくなるような処理を施すなど、他の方法によってキャビティプレート２１の上面に複数の成膜阻害領域を形成してもよい。また、この場合には、貫通孔５１の形状は円形でなくてもよい。
また、本実施の形態では、個別電極４４を形成した後、圧電層４２のアニールと個別電極４４及び共通電極４３の焼成のために加熱処理を行っていたが、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、圧電層４２のアニール及び共通電極４３の焼成のための加熱処理を行い、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を焼成するために別途加熱処理を行ってもよい。
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の圧電特性が低下するが、この場合でも、圧電層４２を加熱する際に、圧電層４２の圧力室１０となる部分が除去されているため、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。また、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及びインク供給流路を構成する貫通孔を容易に形成することができる。
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。
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及び貫通孔９ａを同時に形成したが、レーザ加工など、他の方法によって圧力室１０及び貫通孔９ａを形成してもよい。また、圧力室１０と貫通孔９ａとは同時に形成することには限られず、いずれか一方を先に形成した後、他方を形成してもよい。
また、本実施の形態では、キャビティプレート２１がフィルタを形成するために用いられる基材となっていたが、フィルタを形成するために用いられる基材はキャビティプレート２１とは別のものであってもよい。この場合には、液滴を吐出するなどして基材の上面に複数の成膜阻害領域を形成した後、ＡＤ法により基材の上面における、少なくとも複数の成膜阻害領域が点在している領域（所定の領域）に成膜を行い、その後、基材の少なくとも所定の領域と対向する部分を除去してフィルタを形成する。なお、この場合には、基材がフィルタの製造以外の用途に用いられるものでなければ、成膜後、基材を全て除去してもよい。また、この場合には、基材がキャビティプレート２１とは別のものであるので、フィルタの位置は、本実施の形態のものに限られない。
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フィルタの製造に本発明を適用したが、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フィルタの製造、あるいは、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フィルタの製造に本発明を適用することも可能である。
さらには、液体移送装置以外の液体中の異物を除去するためのフィルタの製造に、本発明を適用することも可能である。
９ インク供給流路
９ａ 貫通孔
１０ 圧力室
２１ キャビティプレート
４１ 振動層
４２ 圧電層
５１ 貫通孔
９ａ 貫通孔
１０ 圧力室
２１ キャビティプレート
４１ 振動層
４２ 圧電層
５１ 貫通孔
Claims (10)
- 基材の一表面に、エアロゾルが噴き付けられた際にそのエアロゾルに含まれる微粒子が成膜されにくい成膜阻害領域を、所定の領域内に複数個点在するように形成する成膜阻害領域形成工程と、
その成膜阻害領域形成工程の後に行われる工程であって、前記基材の前記一表面の前記所定の領域を含む範囲にエアロゾルを噴き付けることによって、微粒子の成膜を行う成膜工程と、
その成膜工程の後に行われる工程であって、前記基材のうち、少なくとも前記所定の領域と対向する部分を除去する除去工程とを特徴とするフィルタの製造方法。 - 前記一表面と直交する方向から見て、前記成膜阻害領域が円形となっていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタの製造方法。
- 前記成膜阻害領域形成工程において、前記基材の前記一表面に複数の液滴を着弾させることによって、前記複数の成膜阻害領域を形成することを特徴とする請求項２に記載のフィルタの製造方法。
- 前記液滴が、硬化させることが可能なものであることを特徴とする請求項３に記載のフィルタの製造方法。
- 前記液滴が、光硬化性を有するものであって、
前記基材の前記一表面に吐出された液滴に光を照射する光照射工程をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載のフィルタの製造方法。 - 一表面上において開口した圧力室、及び、前記一表面上において開口しており前記圧力室に連通する液体流路が形成された圧力室プレートを含む流路ユニットと、
前記圧力室の開口を覆う振動層と、前記振動層の前記圧力室と反対側に配置された圧電層と、前記圧電層の前記圧力室と対向する部分に配置された電極とを備えており、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータと、
前記液体流路の開口を覆っており、前記液体流路内に進入しようとする液体の中の異物を除去するフィルタとを備えた液体移送装置の製造方法であって、
前記圧力室プレートの前記一表面における前記液体流路と対向する領域内に、エアロゾルが噴き付けられた際にそのエアロゾルに含まれる微粒子が成膜されにくい成膜阻害領域を、複数個点在するように形成する成膜阻害領域形成工程と、
その成膜阻害領域形成工程の後に行われる工程であって、前記圧力室プレートの前記一表面のうち、少なくとも前記圧力室及び前記液体流路と対向する領域に、前記振動層を構成する材料の微粒子を含むエアロゾルを噴き付けることによって、振動層の成膜を行う成膜工程と、
その成膜工程の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によって、前記圧力室プレートに、前記圧力室プレートを貫通する前記圧力室及び前記液体流路を形成する除去工程と、
前記振動層の前記基材と反対側に前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、
前記圧電層の前記圧力室と対向する部分に前記電極を形成する電極形成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。 - 前記圧電層形成工程において、前記振動層の前記基材と反対側における前記液体流路と対向する部分を避けて前記圧電層を形成することを特徴とする請求項６に記載の液体移送装置の製造方法。
- 前記圧電層形成工程において、前記振動層の前記圧力室プレートと反対側に圧電材料の微粒子を含むエアロゾルを噴き付けることによって、前記圧電層を形成することを特徴とする請求項７に記載の液体移送装置の製造方法。
- 前記圧電層形成工程において、前記振動層の前記基材と反対側の、前記液体流路と対向する部分にマスクをしてから、圧電材料の微粒子を含むエアロゾルを噴き付けることを特徴とする請求項８に記載の液体移送装置の製造方法。
- 前記除去工程において、エッチングにより前記圧力室プレートの一部を除去することによって、前記圧力室プレートに前記圧力室と前記液体流路とを同時に形成することを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の液体移送装置の製造方法。
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