JP4927400B2 - 無機圧電体のポーリング処理方法、及び、圧電素子の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、無機材料によって形成された圧電体に対してポーリング処理を施す方法に関する。また、本発明は、そのようなポーリング処理方法を適用した圧電素子の製造方法に関し、特に、インクジェットプリンタの印字部においてインクを吐出する液体吐出ヘッド（インクジェットヘッド）等に用いられる圧電アクチュエータの製造方法に関する。

図８及び図９を参照しながら、インクジェットプリンタにおいてインクを吐出する液体吐出ヘッドの一般的な構造について説明する。図８は、インクジェットプリンタの印字部の周辺を示す平面図である。図８に示すように、印字部１００は、ローラ１０２及び１０３に掛け渡されたベルト１０４に吸着保持されている記録紙１０１の上部に配置されている。記録紙１０１は、制御信号に従って駆動されるローラ１０２及び１０３及びベルト１０４により、矢印の方向に送られる。

印字部１００は、インクを吐出する複数の液体吐出ヘッド１００ａ〜１００ｄを含んでいる。これらの液体吐出ヘッド１００ａ〜１００ｄは、記録紙１０１の紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドである。液体吐出ヘッド１００ａ〜１００ｄの各々は、記録紙１０１の紙送り方向に対して直交する方向に配置された複数のノズル部を含んでおり、供給される制御信号に従って、黒、シアン、マゼンタ、イエローのインクをそれぞれ吐出する。
印字検出部１０５は、印字部１００による印字結果を撮像するためのラインセンサを含んでおり、ラインセンサによって読み取られた画像に基づいて、ノズルの目詰まり等の吐出不良を検出する。

図９は、液体吐出ヘッドにおけるインク吐出機構を説明するための図であり、液体吐出ヘッドの断面の一部を示している。図９に示すように、液体吐出ヘッドは、ノズルプレート１１０と、ノズルプレート１１０上の空間を複数の領域に仕切る隔壁１１１と、隔壁１１１上に配置されている振動板１１２とを含んでいる。このノズルプレート１１０と、隔壁１１１と、振動板１１２とによって、複数の圧力室１１３が形成される。この圧力室１１３には、複数の色のインクが充填される。また、ノズルプレート１１０の面内には、複数の圧力室１１３に対応して、複数の吐出口（ノズル部）１１４が形成されている。さらに、振動板１１２上には下部電極１１５が形成されており、その上には、複数の圧電体１１６が複数の圧力室１１３に対応して配置されている。これらの圧電体１１６の各々の上には、上部電極１１７が形成されている。なお、図９においては、説明を簡単にするために、各圧力室１１３にインクを補給するための機構は省略されている。

印字を行う場合には、制御信号に従って下部電極１１５及び上部電極１１７に電圧を印加する。それにより、圧電体１１６が圧電効果により伸縮して、振動板１１２が変形する。その結果、圧力室１１３の容積が変化するので、内部に充填されているインクが加圧されて吐出部１１４から滴下する。

近年、プリンタの解像度を高くして画質を向上させるために、液体吐出ヘッドの高集積化が進められており、それに伴い液体吐出ヘッドを駆動する圧電体についても、微細化及び高集積化、並びに、性能の向上が望まれている。

ところで、圧電体を作製するためには、エピタキシャル成長法やスパッタ法等により成膜と同時に分極される場合を除いて、分極処理（ポーリング処理）を施すことが必須となっている。ポーリング処理とは、圧電体に電界を印加することにより、結晶中の電気双極子の向きを揃える処理のことである。一般的に、ポーリング処理は、圧電体の向かい合う２つの面に電極を形成し、それらの電極間に電圧を供給して圧電体に電界を印加することによって行われる。

また、液体吐出ヘッドにおけるように、多数の圧電体を含む圧電アクチュエータについては、予め圧電体を配列させた状態でポーリング処理が施される。即ち、図１０の（ａ）に示すように、下部電極１２１が形成された基板１２０上に複数の圧電体１２２を配置し、さらに、各圧電体１２２に上部電極１２３を形成する。そして、上部電極１２３及び下部電極１２１から配線１２４を引き出して、それらの電極間に電圧を供給する。

圧電体に十分な性能を付与するためには、抗電界以上の強さを有する電界を圧電体に印加することが必要である。しかしながら、それにより圧電体の端部において側面リークが発生する場合がある。そのため、図１０の（ｂ）に示すように、通常、ポーリング処理は、電極が形成された圧電体を絶縁オイル（例えば、シリコンオイル）１２５に浸漬した状態で行われる。

このようなポーリング処理方法においては、次のような問題が生じている。即ち、ポーリング処理用の配線が、圧電体駆動用の配線を兼用する場合には、配線に高電圧を印加することによって配線不良を招いたり、反対に、配線不良を生じさせないために十分な電圧を印加しないことによって、圧電体の性能を高くすることができなくなってしまう。また、ポーリング処理が終了した後で圧電体駆動用の配線を形成する場合には、工程が煩雑となってしまう。さらに、ポーリング処理後のオイル洗浄工程は必須であり、それがコスト上昇の一因となっている。また、複数の圧電体を並列に接続することにより一括してポーリング処理を行うと、１つの圧電体においてリークが発生した場合に、そのリーク領域に電荷が集中してしまうので、それ以外の圧電体に対してポーリング処理を施すことができなくなってしまう。

ところで、高分子材料等の有機材料を用いた圧電体においては、圧電体に直接電極を形成することなくポーリング処理を行う方法が用いられている。関連する技術として、特許文献１には、圧電性及び焦電性が大きく、且つ、安定な高分子フィルムを製造するために、ポリ弗化ビニリデン系樹脂からなるフィルムの少なくとも１方の面の電極を針状電極とし、該フィルムを８０℃以下の温度で延伸しながらコロナ放電により分極処理する圧電性、焦電性フィルムの製造方法が開示されている。

また、特許文献２には、基板上への対向電極と該対向電極間へのポリ尿素膜の形成に引き続いてポリ尿素膜へのポーリング処理を連続的に行ってポリ尿素膜に導電や粉塵のない有機焦電圧電体を容易にかつ能率よく製造するために、基板上に積層状の対向電極と、該対向電極間にポリ尿素膜を連続的に形成し、その後、電界が印加された空間域中で、或いは対向電極にポーリング電極をコンタクトさせながら、ポリ尿素にポーリング処理を施して有機焦電圧電体を製造する方法及び装置が開示されている。

さらに、無機材料のポーリング処理については、特許文献３に、非線形光学効果を有する強誘電体に、所定周期のドメイン反転構造を深さ方向に均一に、かつ再現性良く形成するために、単分極化された非線形光学効果を有する強誘電体であるＭｇＯ−ＬｉＮｂＯ_３基板の一表面に所定パターンの電極を形成し、これらの電極と、上記一表面と反対の表面側に配したコロナワイヤーとにより基板をコロナ帯電させてそこに電場を印加し、該基板の電極に対向する部分を局部的なドメイン反転部とする際に、電極が形成された基板の一表面側に容器をあてがい、それにより画成された閉空間内を真空ポンプによって真空状態に保つ一方、この一表面と反対の表面側は真空状態としないで上記電場を印加する強誘電体ドメイン反転構造形成方法及び装置が開示されている。
特開昭５５−１５７８０１号公報（第１頁） 特開平５−２２６７０５号公報（第１頁、図１） 特開平７−７２５２１号公報（第１頁、図１）

一般に、圧電定数は、有機圧電材料と比較して、無機圧電材料の方が圧倒的に高い。そのため、液体吐出ヘッドにおけるもののように、トルクが高い圧電アクチュエータを必要とする場合には、無機圧電材料しか用いることができない。しかしながら、無機圧電材料について、効率の良いポーリング処理方法は、未だ実現されていない。

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、圧電アクチュエータ等として用いられる圧電素子の製造において、無機圧電材料によって形成された圧電体に対して施されるポーリング処理を効率的に行うことを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る無機圧電体のポーリング処理方法は、無機圧電材料によって形成され第１の面に電極が形成されている圧電体の第１の面と対向する第２の面を除く圧電体の周囲に絶縁膜を配置する工程（ａ）と、圧電体の第２の面上に、間隙を介して電荷供給手段を配置する工程（ｂ）と、圧電体の第２の面に電荷を供給することにより、圧電体内に電界を発生させる工程（ｃ）とを具備する。

また、本発明の第１の観点に係る圧電素子の製造方法は、無機圧電材料によって形成された圧電体の第１の面上に電極を形成する工程（ａ）と、圧電体の第１の面と対向する第２の面を除く圧電体の周囲に絶縁膜を配置する工程（ｂ）と、圧電体の第２の面上に、間隙を介して電荷供給手段を配置する工程（ｃ）と、圧電体の第２の面に電荷を供給することにより、圧電体内に電界を発生させてポーリング処理を施す工程（ｄ）とを具備する。

さらに、本発明の第２の観点に係る圧電素子の製造方法は、基板の主面上に電極を形成する工程（ａ）と、電極上に、無機圧電材料によって形成された複数の圧電体を所定の配列で配置する工程（ｂ）と、複数の圧電体の間に絶縁膜を配置する工程（ｃ）と、複数の圧電体の電極側の第１の面と対向する第２の面上に、間隙を介して電荷供給手段を配置する工程（ｄ）と、複数の圧電体の第２の面に電荷を供給することにより、複数の圧電体内に電界を発生させてポーリング処理を施す工程（ｅ）とを具備する。

本発明によれば、電荷供給手段により圧電体に非接触で電荷を供給することによって圧電体に電界を印加するので、各圧電体に片方の電極を形成する必要がなくなる。また、側面リークが生じ難くなるので、絶縁オイルを使用しないで、大気中においてポーリング処理を行うことが可能になる。従って、ポーリング処理用の電極を形成したり配線を引き出す工程や、絶縁オイルの洗浄工程が不要となり、圧電素子の製造工程を大幅に簡略化することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るポーリング処理方法を含む圧電素子の製造方法を説明するための図である。本実施形態においては、基板上に配列されている状態の複数の圧電素子（アレイ状の圧電素子）を製造する。ここで、無機材料を用いた圧電素子は高トルクを発生することができるので、本実施形態により製造されるアレイ状の圧電素子は、インクジェットプリンタにおいて用いられる液体吐出ヘッド用の圧電アクチュエータとして利用することができる。

まず、図１の（ａ）に示すように、所定の厚さを有する基板１０を用意し、基板１０上に、スパッタ法等の公知の方法により下部電極１１を形成する。基板１０としては、製造されたアレイ状の圧電素子の使用目的に応じて、適切なものが選択される。例えば、液体吐出ヘッド用の圧電アクチュエータを製造する場合には、基板１０を振動させる必要があるので、厚さが３０μｍ以下の薄いシリコン（Ｓｉ）基板を用意する。この他に、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、ガラス、酸化珪素（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）等の基板を用いても良い。

次に、下部電極１１上に、無機圧電材料によって形成された複数の圧電体１２を、所定のパターンとなるように配置する。本実施形態においては、エアロゾルデポジション（aerosol deposition：ＡＤ）法を用いた成膜により、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）を含む圧電体１２を、下部電極１１上に直接形成する。ここで、ＡＤ法とは、圧電材料等の成膜材料の粉体を含むエアロゾルをノズルから基板等に向けて噴射して粉体を基板等に衝突させることにより、基板等の上に成膜材料を堆積させる成膜方法である。ここで、エアロゾルとは、気体中に浮遊している固体や液体の微粒子のことを言う。ＡＤ法におけるエアロゾルに含まれる微粒子の径は、成膜材料の種類や基板材料との関係等により様々であるが、本実施形態のようにＰＺＴ膜を形成する場合には、粒子径を０．１μｍ〜１０μｍ程度とすることが好ましい。このようなエアロゾルは、後述するように、粉体をガスによって分散させることにより生成される。ＡＤ法によれば緻密且つ強固な厚膜を形成することができるので、圧電素子の性能を向上させることができる。なおＡＤ法は、ガスデポジション法又は噴射堆積法とも呼ばれている。

図２は、ＡＤ法を用いた成膜装置を示す模式図である。図２に示すように、この成膜装置は、ガスボンベ１と、搬送管２ａ及び２ｂと、エアロゾル生成室３と、成膜室４と、排気ポンプ５と、噴射ノズル６と、基板ホルダ７とを含んでいる。

ガスボンベ１には、キャリアガスとして使用される窒素（Ｎ_２）、酸素（Ｏ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、又は、乾燥空気等が充填されている。また、ガスボンベ１には、キャリアガスの供給量を調節するための圧力調整部１ａが設けられている。

エアロゾル生成室３は、成膜材料の粉体（以下において、原料粉ともいう）が配置される容器である。ガスボンベ１から搬送管２ａを介して、エアロゾル生成室３にキャリアガスを導入することにより、そこに配置された原料粉が噴き上げられて分散する。そのようにして生成されたエアロゾルは、搬送管２ｂを介して噴射ノズル６に供給される。また、エアロゾル生成室３は、エアロゾル生成室３に振動等を与えることにより、その内部に配置された原料粉を攪拌するための容器駆動部３ａが設けられている。

成膜室４の内部は、排気ポンプ５によって排気されており、それによって所定の真空度に保たれている。
噴射ノズル６は、所定の形状及び大きさ（例えば、長辺が５ｍｍで短辺が０．５ｍｍ程度の長方形）の開口を有しており、エアロゾル生成室３から供給されたエアロゾルを基板１０に向けて高速で噴射する。それにより、エアロゾル化した原料粉が、基板や基板上に形成された堆積物（以下において、「下層」という）に衝突して破砕する。その際に原料粉に生じた破砕面が下層に付着することにより、成膜が為される。このような成膜メカニズムは、メカノケミカル反応と呼ばれている。

基板ホルダ７は、基板１０を保持している。また、基板ホルダ７には、基板ホルダ７を３次元的に移動させるための基板ホルダ駆動部７ａが設けられている。これにより、噴射ノズル６と基板１０との相対位置及び相対速度が制御される。

このような成膜装置において、パターン成膜を行う場合には、予め基板１０上に、所望のパターンとなるようにレジストを形成しておいても良いし、所望の開口パターンが形成されたメタルマスクを用いても良い。後者の場合には、基板ホルダ７上にマスクホルダをさらに設けても良い。液体吐出ヘッド用の圧電アクチュエータを製造する場合には、例えば、各圧電体１２の底面の１辺が１ｍｍ以下となるように開口パターンを形成する。

図２に示す成膜装置において、ＰＺＴ等の圧電材料の粉体をエアロゾル生成室３に配置すると共に、下部電極１１（図１）が形成された基板１０を基板ホルダ７にセットする。そして、成膜装置を駆動することにより、下部電極１１上に圧電膜が所望のパターンで形成される。
なお、図１の（ａ）に示す圧電体１２は、ＡＤ法以外の成膜方法（例えば、スパッタ法等）を用いて形成しても良いし、グリーンシート法等を用いて作製された焼結バルク材を下部電極１１上に配置することによって形成しても良い。

次に、望ましくは、図１の（ｂ）に示すように、複数の圧電体１２の間にレジストを塗布することにより、絶縁膜１３を配置する。その際には、圧電体１２の上面にレジストが付着しないようにする。この絶縁膜１３は、隣接する圧電体１２の側面リークを効果的に防止するために設けられる。

次に、基板１０上に配置された複数の圧電体１２について、大気中において一括してポーリング処理を施す。そのために、図１の（ｃ）に示すように、複数の圧電体１２上に間隙を介してコロナワイヤー２０を配置し、電源装置３０を下部電極１１及びコロナワイヤー２０に接続する。このコロナワイヤー２０は、下部電極１１とコロナワイヤー２０との間に電源装置３０から高電圧が印加された際に、対向して配置されている複数の圧電体１２に正又は負の電荷を供給する電荷供給手段に相当する。

コロナワイヤー２０は、例えば、タングステン（Ｗ）を金（Ａｕ）によってコーティングしたものである。下部電極１１とコロナワイヤー２０との間に高電圧が印加されることによってコロナ放電が生じ、各圧電体１２のコロナワイヤー２０側の面に電子が照射される。その結果、圧電体１２の表面が負に帯電し、それによって生じる電界が圧電体１２に印加される。圧電体１２に印加される電界強度は、例えば、１ｋＶ／ｍｍ〜５０ｋＶ／ｍｍ程度が適切であり、圧電体１２の組成や、気温等に応じて調節される。

ここで、コロナワイヤー２０と圧電体１２との距離が短い場合には、圧電体１２に印加される電界の強度が全体としては強くなるが、不均一になり易い。そのため、圧電体１２の位置に適切な強度を有する均一な電界が形成されるように、コロナワイヤー２０の位置を調節することが望ましい。
この状態を所定時間（例えば、１０分以上、望ましくは、１０分〜３０分程度）保つことにより、圧電体１２にポーリング処理が施される。

次に、複数の圧電体１２が配置された基板１０を、アセトン等の有機溶剤に浸漬することにより、絶縁膜１３を除去する。次に、図１の（ｄ）に示すように、各圧電体１２の上面に、スパッタ法等の公知の方法により上部電極１４を形成する。これらの下部電極１１、圧電体１２、及び、上部電極１４が、供給される駆動信号に従って基板１０等を振動させる圧電素子１５を構成する。さらに、圧電素子１５に駆動信号を供給するための配線を形成する。

以上説明したような圧電素子の製造方法を用いて圧電アクチュエータを作製した。基板１０としては３０μｍ以下のシリコン基板を用い、圧電体１２の材料としてはＰＺＴを用いた。また、各圧電体１２のサイズを３００μｍ角、厚さを１０μｍとし、そのような複数の圧電体１２を１００μｍ間隔で５０×５０のマトリクス状に配置した。

上記のように２次元的に配列された複数の圧電体１２に対し、コロナワイヤー２０により一括してコロナ放電を生じさせたところ、大気中においても側面リークを生じさせることなく、複数の圧電体１２にポーリング処理を施すことができた。また、圧電アクチュエータの動作を検査したところ、複数の圧電体１２において均一な変位が観察された。それにより、複数の圧電体１２が均一にポーリング処理されたことが確認できた。

次に、本発明の第２の実施形態に係るポーリング処理方法について、図３を参照しながら説明する。
本実施形態においては、第１の実施形態において用いられたコロナワイヤー２０の替わりに、図３に示す針状の放電部を有するコロナ放電ヘッド４０を用いてコロナ放電を生じさせている。その他の工程については、本発明の第１の実施形態におけるものと同様である。

コロナ放電ヘッド４０は、複数の圧電体１２の配列に対応して配置されている複数の針状の放電部４０ａと、複数の放電部４０ａを支持すると共に、電源装置３０から供給される高電圧を各放電部４０ａに供給する支持部４０ｂとを有している。
このようなコロナ放電ヘッド４０を用いることにより、複数の圧電体１２の各々を効率良く帯電させることができる。

以上説明したように、本発明の第１及び第２の実施形態によれば、各圧電体に上部電極を形成したり、配線を引き出す必要なく、大気中において複数の圧電体に一括してポーリング処理を施すことができるので、製造工程を大幅に簡略化することができる。従って、底面サイズが１ｍｍ角以下の微小な圧電素子が１ｍｍ以下の間隔で高密度に配列された圧電素子アレイを、簡略化された製造工程により低コストで製造することが可能となる。

また、本発明の第１及び第２の実施形態によれば、各圧電素子からの駆動配線をポーリング処理の後で実装できるので、半導体製造プロセスとの適性が良くなり、製造効率を高くすることができる。さらに、駆動配線にポーリング処理のための高電圧を印加することはないので、それに起因する配線故障の懸念もなくなり、製造歩留まりが上昇すると共に低コスト化を図ることができる。

加えて、本発明の第１及び第２の実施形態によれば、コロナ放電により圧電体を帯電させることによってポーリング処理を行うので、圧電体の側面におけるリークが生じ難い。そのため、従来のように、絶縁オイル中においてポーリング処理を行う必要がなくなる。ここで、従来においては、厚さが５０μｍ以下の圧電体においてリークが生じることは避け難いので、絶縁オイルを用いることは必須であった。しかしながら、本発明の第１及び第２の本実施形態によれば、厚さが５０μｍ以下の圧電体についても、空気中においてポーリング処理を行うことが可能となる。従って、絶縁オイルの洗浄工程が不要となるので、製造工程が簡略化される。また、絶縁オイルが残留することによって生じる圧電素子の耐久性低下等の問題も解消される。

また、コロナワイヤー又はコロナ放電ヘッドと圧電体とを接触させないでポーリング処理を行うことができるので、スループットが早く、クリーンなプロセスで圧電アクチュエータ等の圧電素子アレイを製造することができる。
さらに、コロナワイヤー又はコロナ放電ヘッドと圧電体との距離がある程度離れていることにより、圧電体において均一な電界が形成されるようになるので、このような非接触のポーリング処理は、複数の圧電体に均一に圧電性能を付与するためにも有効である。

加えて、複数の圧電体に一括してポーリング処理を施す際に、一部の圧電体においてリークが生じた場合においても、リーク箇所に電荷が集中することはないので、その他の圧電体については通常通りポーリング処理を施すことができる。

以上説明した本発明の第１及び第２の実施形態においては、コロナ放電により圧電体に電子を照射することによってポーリング処理を行っているが、その他にも、イオンビームや電子線等の荷電粒子を照射しても良い。

また、以上説明した本発明の第１の実施形態においては、複数の圧電素子が基板上に配列されたアレイ状の圧電素子を製造する場合について説明したが、本発明は、単体の圧電素子を作製する場合にも適用することができる。その場合には、絶縁オイルを使用しないクリーンなプロセスでポーリング処理を行うことができるというメリットがある。

本発明の第１又は第２の実施形態に係るポーリング処理方法を適用した液体吐出ヘッドの製造方法について、図４〜図７を参照しながら説明する。
まず、図４の（ａ）に示すように、振動板として用いられるシリコン基板５０の主面上に、レジスト５１を所定のパターンとなるように形成する。

次に、図４の（ｂ）に示すように、レジスト５１上に、圧力室（インク室）を仕切る隔壁となる１０μｍ程度の第１のアルミナ層５２を、ＡＤ法により形成する。その際には、図２に示す成膜装置において、原料粉として、例えば、平均粒子径が約０．３μｍのアルミナ単結晶の粉体が用いられる。

次に、図４の（ｃ）に示すように、アセトン等の有機溶剤を用いてレジスト５１を除去する。それによって表出した隔壁５２の間の領域が圧力室５３となる。さらに、隔壁５２の内部応力を除去するために、例えば、６００℃の雰囲気で１時間程度の熱処理（アニール）を行う。また、必要に応じて、基板５０が所望の厚さとなるようにエッチングを行っても良い。

次に、図５の（ａ）に示すように、基板５０の内で隔壁５２が形成されているのと反対側の主面に、スパッタ法等により共通電極５４を形成する。共通電極５４は、酸化チタン（ＴｉＯ_２）の密着層５４ａと、その上に形成された白金（Ｐｔ）の導電層５４ａとを含む２層構造とすることが望ましい。共通電極５４は、トータルで０．５μｍ程度の厚さを有している。

次に、共通電極５４上の圧力室５３に対応する位置に、例えば、ＰＺＴにより圧電体５５を形成する。この圧電体５５は、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すのと同様に、所定のパターンでレジストを配置した後に、図２に示す成膜装置を用いてＡＤ法によりＰＺＴ膜を形成し、レジストを除去することによって形成される。

次に、図１の（ｃ）又は図３に示すのと同様に、圧電体５５上に間隙を介してコロナワイヤー２０又はコロナ放電ヘッド４０を配置することにより、大気中において圧電体５５のポーリング処理を行う。その後で、図５の（ｂ）に示すように、圧電体５５上に、スパッタ法等により上部電極５６を形成する。これらの下部電極５４、圧電体５５、及び、上部電極５６が、基板５０を振動させるための圧電素子を構成する。

次に、圧力室５３にインクを供給するための流路、及び、圧力室５４からインクを吐出するためのノズルを形成する。本実施形態においては、インクの流路やノズルを含む３次元構造体をＡＤ法によって形成することによりモノリシック（一体的）構造化している。

図６の（ａ）に示すように、隔壁（第１のアルミナ層）５２、圧電体５５、及び、上部電極５６が形成された基板５０において、隔壁５２によって仕切られた圧力室５３の領域に、犠牲層として溶解材料６０をＡＤ法により配置する。溶解材料６０は、その上にＡＤ法による成膜が可能な程度の硬さを有する材料であり、且つ、ウェットエッチングによって除去可能な材料である。具体的には、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）等の金属材料や、ポリウレタン系樹脂、ポリウレタンアクリレート、エポキシ系樹脂等の硬質樹脂材料等が挙げられる。

次に、図６の（ｂ）に示すように、隔壁５２及び溶解材料６０上において、インクの流路６２を除いた領域に、ＡＤ法により第２のアルミナ層６１を形成する。次に、図６の（ｃ）に示すように、インクの流路に、ＡＤ法により犠牲層として溶解材料６０を配置する。

さらに、図６の（ｄ）に示すように、第３のアルミナ層６３の形成および溶解材料６０の配置、第４のアルミナ層６４の形成及び溶解材料６０の配置、第５のアルミナ層６５の形成および溶解材料６０の配置、第６のアルミナ層（ノズルプレート）６６の形成及び溶解材料６０の配置を順次行う。これらの第３のアルミナ層６３〜第６のアルミナ層６６中に配置されている溶解材料６０は、インクの流路やノズルを形成するための犠牲層となる。

次に、ウェットエッチングにより、第１アルミナ層５２〜第６のアルミナ層６６中に配置されている溶解材料６０を除去する。それにより、図７に示すように、圧力室５３、インクを吐出するノズル６７、圧力室５３からノズル６７にインクを供給するノズル流路６８、及び、圧力室５３にインクを供給するための共通流路６９が形成される。

なお、圧力室等の構造及び形成方法については、図６及び図７を参照しながら説明したものの他にも、種々の技術を適用することができる。例えば、ノズルが形成されたノズルプレートを別途作製して、接着剤により隔壁５２（図４の（ｃ）参照）に貼り付けるようにしても良い。また、３次元構造体のモノリシック構造化については、特願２００４−６０７４４号を参照されたい。

以上説明した本発明の実施形態において、成膜方法としてＡＤ法を用いる際には、エアロゾルを生成する機構は図２に示す構成に限定されない。即ち、原料粉がガス中に分散している状態を生成することができれば、様々な構成を用いることができる。例えば、原料粉を収納している容器（収納容器）にガスを導入するのではなく、収納容器から所定量の原料粉を取り出し、取り出された原料粉についてこれをエアロゾル化する構成としても良い。具体的には、原料粉の収納容器と、回転駆動することにより収納容器から所定のレート（供給速度）で連続的に原料粉の供給を受けてこれを搬送する原料粉供給部（粉末供給盤）と、原料粉供給部によって搬送された原料粉をガスによって分散させることによりエアロゾルを生成するエアロゾル生成部（エアロゾル化部）とを含む構成が挙げられる。このような構成においては、原料粉供給部に、原料粉が投入される所定の幅の溝を形成することにより、安定した量の原料粉を供給することができると共に、原料粉供給部を回転駆動する速度を調整することにより、原料粉の供給量を制御することができる。そして、原料粉の搬送先においてその溝にキャリアガスを導入することにより、濃度の安定したエアロゾルを生成することができる。

また、原料粉の収納容器において原料粉を攪拌すると共に、この収納容器に圧縮ガスを導入することにより、圧縮ガスと混合された所定量の原料粉を収納容器から取り出し、これを細径の穴から外部に排出することにより、圧縮ガスの膨張を利用して原料粉を分散させる構成も挙げられる。さらに、キャリアガスの流路に原料粉を連続的に供給して原料粉をキャリアガスに分散させることにより、エアロゾルを生成する構成を用いても良い。

本発明は、インクジェットプリンタにおいてインクを吐出する液体吐出ヘッドや超音波撮像装置において超音波を送受信する超音波トランスデューサ等において利用することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係るポーリング処理方法を適用した圧電素子の製造方法を説明するための図である。 エアロゾルデポジション（ＡＤ）法を用いた成膜装置を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係るポーリング処理方法を説明するための図である。 液体吐出ヘッドの製造方法における隔壁の形成工程を説明するための図である。 液体吐出ヘッドの製造方法における圧電素子の形成工程を説明するための図である。 液体吐出ヘッドの製造方法における圧力室、ノズル流路、及び、共通流路の形成工程を説明するための図である。 液体吐出ヘッドの製造方法における圧力室、ノズル流路、及び、共通流路の形成工程を説明するための図である。 インクジェットプリンタの印字部の周辺を示す平面図である。 液体吐出ヘッドにおけるインク吐出機構を説明するための図である。 従来のポーリング処理方法を説明するための図である。

符号の説明

１ ガスボンベ
１ａ 圧力調整部
２ａ、２ｂ 搬送管
３ エアロゾル生成室
３ａ 容器駆動部
４ 成膜室
５ 排気ポンプ
６ 噴射ノズル
７ 基板ホルダ
７ａ 基板ホルダ駆動部
１０、１２０ 基板
１１、１１５、１２１ 下部電極
１２、５５、１１６、１２２ 圧電体
１３ 絶縁膜
１４、５６、１１７、１２３ 上部電極
１５ 圧電素子
２０ コロナワイヤー
３０ 電源装置
４０ コロナ放電ヘッド
４０ａ 放電部
４０ｂ 支持部
５０ 基板（振動板）
５１ レジスト
５２ 第１のアルミナ層（隔壁）
５３、１１３ 圧力室
５４ 共通電極
５４ａ 密着層
５４ｂ 導電層
６０ 溶解材料
６１ 第２のアルミナ層
６２ インクの流路
６３ 第３のアルミナ層
６４ 第４のアルミナ層
６５ 第５のアルミナ層
６６ 第６のアルミナ層（ノズルプレート）
６７ ノズル
６８ ノズル流路
６９ 共通流路
１００ 印字部
１００ａ〜１００ｄ 液体吐出ヘッド
１０１ 記録紙
１０２、１０３ ローラ
１０４ ベルト
１０５ 印字検出部
１１０ ノズルプレート
１１１ 隔壁
１１２ 振動板
１１４ 吐出口（ノズル部）
１２４ 配線
１２５ 絶縁オイル

Claims (16)

1. 無機圧電材料によって形成され第１の面に電極が形成されている圧電体の前記第１の面と対向する第２の面を除く圧電体の周囲に絶縁膜を配置する工程（ａ）と、
   前記圧電体の前記第２の面上に、間隙を介して電荷供給手段を配置する工程（ｂ）と、
   前記圧電体の前記第２の面に電荷を供給することにより、前記圧電体内に電界を発生させる工程（ｃ）と、
   を具備する無機圧電体のポーリング処理方法。
2. 工程（ｃ）が、前記電極と前記電荷供給手段との間に電圧を印加してコロナ放電を生じさせることにより、前記圧電体の前記第２の面に電荷を供給することを含む、請求項１記載の無機圧電体のポーリング処理方法。
3. 工程（ｃ）が、イオン照射、又は、電子線照射を行うことにより、前記圧電体の前記第２の面に電荷を供給することを含む、請求項１記載の無機圧電体のポーリング処理方法。
4. 無機圧電材料によって形成された圧電体の第１の面上に電極を形成する工程（ａ）と、
   前記圧電体の前記第１の面と対向する第２の面を除く圧電体の周囲に絶縁膜を配置する工程（ｂ）と、
   前記圧電体の前記第２の面上に、間隙を介して電荷供給手段を配置する工程（ｃ）と、
   前記圧電体の前記第２の面に電荷を供給することにより、前記圧電体内に電界を発生させてポーリング処理を施す工程（ｄ）と、
   を具備する圧電素子の製造方法。
5. 工程（ｄ）が、前記電極と前記電荷供給手段との間に電圧を印加してコロナ放電を生じさせることにより、前記圧電体の前記第２の面に電荷を供給することを含む、請求項４記載の圧電素子の製造方法。
6. 工程（ｄ）が、イオン照射、又は、電子線照射を行うことにより、前記圧電体の前記第２の面に電荷を供給することを含む、請求項４記載の圧電素子の製造方法。
7. 工程（ｄ）の後で、前記圧電体の上に第２の電極を形成する工程をさらに具備する請求項４〜６のいずれか１項記載の圧電素子の製造方法。
8. 基板の主面上に電極を形成する工程（ａ）と、
   前記電極上に、無機圧電材料によって形成された複数の圧電体を所定の配列で配置する工程（ｂ）と、
   前記複数の圧電体の間に絶縁膜を配置する工程（ｃ）と、
   前記複数の圧電体の前記電極側の第１の面と対向する第２の面上に、間隙を介して電荷供給手段を配置する工程（ｄ）と、
   前記複数の圧電体の前記第２の面に電荷を供給することにより、前記複数の圧電体内に電界を発生させてポーリング処理を施す工程（ｅ）と、
   を具備する圧電素子の製造方法。
9. 工程（ｂ）が、圧電材料の粉体をノズルから前記電極が形成された基板に向けて噴射して、圧電材料を前記電極上に堆積させることにより、前記複数の圧電体を配置することを含む、請求項８記載の圧電素子の製造方法。
10. 工程（ｂ）が、前記圧電材料の粉体をガスによって分散させることにより生成されたエアロゾルを前記ノズルから噴射させることを含む、請求項９記載の圧電素子の製造方法。
11. 工程（ｅ）が、前記電極と前記電荷供給手段との間に電圧を印加してコロナ放電を生じさせることにより、前記複数の圧電体の前記第２の面に電荷を供給することを含む、請求項８〜１０のいずれか１項記載の圧電素子の製造方法。
12. 工程（ｅ）が、イオン照射、又は、電子線照射を行うことにより、前記複数の圧電体の前記第２の面に電荷を供給することを含む、請求項８〜１０のいずれか１項記載の圧電素子の製造方法。
13. 工程（ｅ）の後で、前記複数の圧電体の上に複数の第２の電極をそれぞれ形成する工程をさらに具備する請求項８〜１２のいずれか１項記載の圧電素子の製造方法。
14. 前記電荷供給手段が、前記複数の圧電体に対応する複数の針状の放電部を有する、請求項８〜１３のいずれか１項記載の圧電素子の製造方法。
15. 前記圧電素子が、インクジェットプリンタの印字部においてインクを吐出する液体吐出ヘッドに用いられる圧電アクチュエータであって、
    工程（ｂ）が、１ｍｍ角以下の第１の面を各々が有する複数の圧電体を１ｍｍ以下の間隔で配置することを含む、
    請求項８〜１４のいずれか１項記載の圧電素子の製造方法。
16. 前記基板が３０μｍ以下の厚さを有する、請求項１５記載の圧電素子の製造方法。

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