JP5103764B2

JP5103764B2 - 圧電アクチュエータの製造方法

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Publication number: JP5103764B2
Application number: JP2006078364A
Authority: JP
Inventors: 宏人菅原
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2005-03-28
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2026-03-22
Also published as: JP2006310803A

Description

本発明は、液体移送装置の圧電アクチュエータの製造方法に関する。

記録用紙などの被記録媒体にインクを吐出するインクジェットヘッドとして、電界が作用したときの圧電材料の変形を利用してインクに吐出圧力を付与する圧電アクチュエータを備えたものがある。例えば、特許文献１（特開平８−１４２３２４号公報）に記載のインクジェットヘッドは、複数のノズルに夫々連通した複数の圧力室（加圧液室）を有する液室ユニットと、複数の加圧液室に対向するように設けられた圧電アクチュエータ（アクチュエータユニット）を備えている。ここで、圧電アクチュエータは、振動板の複数の圧力室に対向する領域にそれぞれ配置された複数の圧電素子を有する。各圧電素子は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等からなる積層状の複数の圧電層からなり、これら複数の圧電層の間には内部電極がそれぞれ介在している。そして、これら内部電極に駆動電圧が印加されると、内部電極に挟まれた複数の圧電層がそれぞれ変形し、さらに、その圧電層の変形に伴って振動板が変形して圧力室内の容積が変化することから、圧力室の内部のインクに圧力が付与される。

この圧電アクチュエータは以下のような方法で製造される。まず、複数の圧電層及び内部電極を交互に積層させることにより圧電素子プレートを形成してから、配線パターンが形成された基板にこの圧電素子プレートを接着する。そして、ダイヤモンド砥石を備えたダイサー等により圧電素子プレートを所定のピッチで分割して、複数の圧力室に夫々対応する複数の圧電素子を形成する。

特開平８−１４２３２４号公報

ところで、近年、印字品質の向上とインクジェットヘッドの小型化の両方を実現するために、複数のノズルをより高密度に配置する試みがなされているが、複数のノズルを高密度に配置するには、これら複数のノズルに夫々対応する複数の圧電素子も高密度に配置する必要がある。しかし、特許文献１に記載された、圧電素子プレートをダイサー等で分割する従来の方法では、さらに細かく分割形成することについて、技術的な限度がある。よって、高密度に配置される複数の圧電素子を形成することが困難になってきている。さらに、圧電素子プレートをダイサー等で分割する従来の方法では、ジグザグの形状には分割することができない。従って、ノズルを高密度に配置するために、対応する複数の圧電素子を千鳥格子状に配置することができなかった。

本発明の目的は、より高密度に配置される複数の圧電素子を容易に形成することが可能な圧電アクチュエータ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、複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットの一表面に設けられ、前記複数の圧力室を覆う振動板、前記複数の圧力室に対応して前記振動板の前記圧力室と反対側に配置された複数の圧電素子、及び、これら圧電素子を前記振動板と反対側から支持する支持部とを有する、液体移送装置の圧電アクチュエータの製造方法であって、前記支持部を形成する支持板であって、一表面に前記複数の圧電素子が配置されるべき素子配置領域を有する支持板を提供する工程と、前記支持板の前記素子配置領域の周りに、前記素子配置領域よりも前記圧電材料が堆積しにくい堆積度低下領域を形成する低下領域形成工程と、前記支持板の前記素子配置領域に、前記堆積度低下領域よりも多くの前記圧電材料の粒子を堆積させて、前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、前記圧電素子を前記振動板に接合する接合工程とを含み、前記低下領域形成工程において、前記支持板の前記素子配置領域の周りに溝又は孔を形成する圧電アクチュエータの製造方法が提供される。

本発明の第１の態様によれば、平面状の素子配置領域の周りに、この素子配置領域よりも圧電材料が堆積しにくい堆積度低下領域を形成した後に、支持部を形成する支持板に圧電素子の粒子を堆積させる。素子配置領域には、堆積度低下領域よりも多くの圧電素子の粒子が堆積する。従って、素子配置領域に、支持板の振動板側に突出した圧電素子が形成される。つまり、素子配置領域に、堆積度低下領域よりも支持板の振動板側に突出する複数の圧電素子を容易に形成することができる。これらの圧電素子は振動板に接合される。また、ダイサー等により圧電素子を分割形成する場合に比べて、高密度に配置される複数の圧電素子を低コストで形成することが可能になる。また、ダイサー等を用いて圧電素子を分割形成する場合には、ジグザグ状に分割することができなかったため、千鳥格子状に配置された圧電素子を分割形成することはできなかった。本発明の方法では、千鳥格子状の配置を含め、任意の位置に配置された圧電素子を分割形成することができる。

また、前記低下領域形成工程において、前記支持板の、前記素子配置領域の周りに溝又は孔を形成する。溝が形成された支持板に圧電材料を堆積させたときには、平面状の素子配置領域に比べてその周りの溝の部分には圧電材料が堆積しにくい。また、孔が形成された支持板に圧電材料を堆積させたときには、孔の部分には圧電材料が全く堆積しない。いずれの場合であっても、素子配置領域には、溝又は孔が形成された領域である堆積度低下領域よりも、多くの圧電材料が堆積する。従って、素子配置領域の周りに溝又は孔を形成した後に圧電素子の粒子を支持板に堆積させるという簡単な工程で、素子配置領域に、支持板の圧電素子が配置される面側に突出する圧電素子を容易に形成することができる。

本発明の圧電アクチュエータの製造方法では、前記圧電素子形成工程において、エアロゾルデポジション法、スパッタ法、又は、化学蒸着法により、前記圧電材料を前記支持板に堆積させてもよい。この場合には、所望の厚さの圧電素子を容易に形成することができる。

本発明の圧電アクチュエータの製造方法では、前記圧電素子形成工程において、前記圧電材料の粒子を堆積させることにより１層の圧電層を形成する工程と、所定の駆動電圧が印加される第１電極、又は、共通の基準電位に保持される第２電極を形成する工程とを交互に繰り返すことにより、前記圧電層を複数備える積層された圧電層と、前記積層された圧電層の間に交互に配置された複数の前記第１電極及び複数の前記第２電極とを有する前記圧電素子を前記支持板に形成してもよい。積層された複数の圧電層を有する圧電素子は、１枚の圧電層を有する圧電素子よりも、低い電圧で圧力室内の液体に所望の圧力を付与することが可能であるが、本発明によれば、このような積層型の複数の圧電素子を容易に形成することができる。

本発明の圧電アクチュエータの製造方法において、前記圧電素子形成工程は、前記支持板に前記圧電材料の粒子を堆積させることにより一枚の圧電層を形成する工程と、所定の駆動電圧が印加される第１電極、又は、共通の基準電位に保持される第２電極を形成する工程とを含み、前記一枚の圧電層と第１電極及び第２電極とを備える前記圧電素子を、前記支持板に形成してもよい。本発明によれば、単層型の圧電素子を容易に形成することができる。

本発明の圧電アクチュエータの製造方法では、前記圧電素子形成工程において、前記圧電素子配置領域に、前記堆積度低下領域よりも前記支持板の前記一表面側に突出した前記圧電素子を形成してもよい。この場合、圧電素子配置領域の方が堆積度低下領域よりも圧電材料の粒子が厚く堆積しているので、形成された圧電素子を振動板に接着する際に堆積度低下領域に堆積した圧電材料は振動板に接触しない。

本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、液体移送装置として、ノズルから記録用紙に対してインクを吐出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の走査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の紙送り方向へ搬送する搬送ローラ１０２とを備えている。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６参照）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６を参照して詳細に説明する。図２〜図６に示すように、インクジェットヘッド１は、その内部にインク流路が形成された流路ユニット２と、この流路ユニット２の上側に配置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〜図６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が積層状態で接合されている。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る。エッチングによって、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等のインク流路を容易に形成することができる。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６に示すように、キャビティプレート１０には、平面に沿って配置された複数の圧力室１４が形成されることによって、隔壁部１０ａが画成されている。換言すれば、複数の圧力室１４は隔壁部１０ａにより互いに隔てられている。また、複数の圧力室１４は上方へ開口しており、さらに、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、平面視で走査方向（図２の左右方向）に長い、略楕円形状に形成されている。

ベースプレート１１の平面視で圧力室１４の長手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、圧力室１４の配列方向である紙送り方向（図２の上下方向）に延び、平面視で圧力室１４の連通孔１５側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（図示省略）から、後述の振動板３０に形成されたインク供給口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と重なる位置に、複数のノズル２０が形成されている。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５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から各圧力室１４を経て各ノズル２０に至る複数の個別インク流路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６に示すように、圧電アクチュエータ３は、複数の圧力室１４を覆う振動板３０と、この振動板３０の上面（圧力室と反対側の面）に、各圧力室１４に対応して配置された圧電素子３１と、これら複数の圧電素子３１を上側（振動板３０と反対側）から支持する支持板３５（支持部）とを有する。

振動板３０は、平面視矩形状の板であり、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、チタン系合金などの金属材料、シリコン、ガラス材料、アルミナやジルコニア等のセラミックス材料、あるいは、ポリイミド等の合成樹脂材料などからなる。この振動板３０は、複数の圧力室１４を覆うようにキャビティプレート１０の上面に接合されている。

圧電素子３１は、圧力室１４よりも一回り小さいほぼ楕円の平面形状を有し、振動板３０の上面の、対応する圧力室１４の中央部と、平面視で重なる領域に配置されている。そして、図２に示すように、圧電素子３１は、圧力室１４と同様に紙送り方向（図２の上下方向）に平行に２列に配列されている。各圧電素子３１は、厚み方向に上下に積層された複数の圧電層３３と、複数の個別電極３２（第１電極）と、複数の共通電極３４（第２電極）とを含んでいる。圧電層３３は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性の圧電材料で形成され、圧電層３３の各層は、夫々厚み方向に分極処理されている。個別電極３２及び共通電極３４は、圧電層３３の各層の間及び圧電層３３の最外層の上下面に交互に配置されている。

図５に示すように、各圧電素子３１の複数の個別電極３２は、圧電素子３１の長手方向一方側（図５の左側）に引き出されており、個別電極３２は、圧電層３３の図５における左側の側面部に形成された第１側面電極４１と接続されている。一方、各圧電素子３１の複数の共通電極３４は、圧電素子３１の長手方向他方側（図５の右方）に引き出されており、共通電極３４は、圧電層３３の図５における右側の側面部に形成された第２側面電極４２と接続されている。さらに、特に図示しないが、第１側面電極４１及び第２側面電極４２は、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）等の可撓性を有する配線部材（図示省略）を介してドライバＩＣ（図示省略）に接続されている。そして、個別電極３２には、第１側面電極４１及び配線部材を介してドライバＩＣから駆動電圧が印加される。また、共通電極３４は、第２側面電極４２及びドライバＩＣを介してグランド電位（所定の基準電位）に保持されている。

圧電素子３１の上面には、平板状の支持板３５が配置されている。この支持板３５は、ステンレス鋼などの金属材料、あるいは、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。図７は、支持板３５を下面側から見た概略平面図を示し、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図を示す。従って、図８における上側が支持板３５の下面側に対応している。図７、図８に示すように、この支持板３５の下面の、複数の圧電素子３１と接する平面状の領域（素子配置領域３６）の周りには、溝３７が形成されている。図５、図６、図８に示すように、この溝３７は、圧電素子３１に隣接する部分の内面がほぼ鉛直面に形成され、溝３７の先端側（上面側）へいくほど内面の傾斜が緩くなり、溝３７の先端部（上面側端部）はほぼ平坦になっている。また、図５、図６に示すように、この溝３７の内側には、圧電層３３と同じくＰＺＴ等の圧電材料からなる、圧電材料の層３９が積層した状態で形成されている。

また、図２、図４、図７に示すように、振動板３０の圧力室と反対側の面（上面）の、支持板３５の走査方向両端側（図７の左右両端側）の複数の領域３８と対向する領域には、支持柱４０が配置されている。支持板３５の複数の領域３８は、紙送り方向（図７の上下方向）に適当な間隔を空けて設けられている。支持柱４０は、圧電素子３１と同様に、ＰＺＴ等の圧電材料からなる積層状の複数の圧電層３３を有する。但し、圧電素子３１とは異なり、支持柱４０には電極は設けられていない。また、支持柱４０の高さは圧電素子３１の高さとほぼ同じである。これら複数の支持柱４０は、インクの吐出動作時に圧電素子３１が変形して振動板３０を圧力室１４側へ押圧する際に、その反力を受け止める役割を果たすものである。そして、複数の圧電素子３１と複数の支持柱４０は支持板３５により互いに連結された状態で、振動板３０の上面にエポキシ系の接着剤などで接着されている。

次に、インク吐出動作時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。圧電素子３１の複数の個別電極３２に対して、第１側面電極４１及び配線部材を介してドライバＩＣから駆動電圧が印加されると、個別電極３２とグランド電位に保持された共通電極３４との間に電位差が生じる。このとき、個別電極３２と共通電極３４との間に挟まれた部分の圧電層３３に、その分極方向である厚み方向と平行な方向の電界が生じ、圧電縦効果により個別電極３２と共通電極３４との間に挟まれた部分の圧電層３３がそれぞれ厚み方向に伸びる。圧電層３３の変形により振動板３０が圧力室１４側へ押圧されて、圧力室１４の容積が減少する。このとき、圧力室１４内のインクに圧力が付与されて、圧力室１４に連通するノズル２０からインクの液滴が吐出される。

圧電素子３１は複数の圧電層３３を有し、その駆動時にはこれら複数の圧電層３３がそれぞれ厚み方向に伸びる。そのため、圧電素子３１全体の変形量は大きくなり、１枚の圧電層からなる圧電素子と比べて、低い駆動電圧でより大きな圧力を圧力室１４内のインクに付与することが可能である。また、支持板３５の下面の、圧電素子３１が配置された領域の周りには溝３７が形成されているため、この溝３７により、各圧電素子３１の変形が容易となる。

次に、前述した圧電アクチュエータ３の製造方法について説明する。まず、図７〜図９に示すように、支持板３５の一表面の、素子配置領域３６と支持柱４０（図２、図４参照）が配置される領域３８の周りに、溝３７を形成する（低下領域形成工程）。素子配置領域３６は、平面視で略楕円形状であって、圧電素子３１が配置される平坦な領域である。ここで、支持板３５がステンレス鋼などの金属材料からなる場合には、エッチングにより溝３７を容易に形成することができる。尚、この場合には、図９に示すように、溝３７は、支持板３５の表面からの深さが深くなるほど内面の傾斜が緩くなる形状に形成される。あるいは、マイクロブラスト加工や放電加工により溝３７を形成してもよい。一方、支持板３５がアルミナやジルコニア等のセラミックス材料からなる場合には、マイクロブラスト加工により溝３７を形成することができる。

次に、支持板３５の素子配置領域３６に圧電素子３１を形成する（圧電素子形成工程）。まず、図１０に示すように、素子配置領域３６の長手方向一端部（図１０における左端部）近傍から、他端部（図１０における右端部）まで延びる共通電極３４を形成する（共通電極形成工程）。この共通電極３４は、例えば、スクリーン印刷により形成することができる。あるいは、物理蒸着法（ＰＶＤ）や化学蒸着法（ＣＶＤ）により素子配置領域３６の全面に導電膜を形成してから、その長手方向一端部の導電膜をレーザー加工等により部分的に除去することにより、共通電極３４を形成してもよい。

次に、図１１に示すように、ＰＺＴ等の圧電材料の粒子を支持板３５に全面的に吹き付けて、素子配置領域３６に圧電層３３を形成する（圧電層形成工程）。ここでは、例えば、微粒子をキャリアガスとともに基材（支持板３５）に高速で衝突させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いて、圧電材料の粒子を支持板３５に堆積させることができる。ここで、素子配置領域３６の周りには溝３７が形成されている。そして、支持板３５の溝３７の大きな傾斜を有する内面では、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、圧電材料はほとんど堆積しない。圧電材料の微粒子は、溝３７の奥端の平坦部に少し堆積するだけであり、溝３７は、支持板３５の素子配置領域３６と比較して粒子が堆積しにくい。つまり、溝３７の内面における粒子の堆積のしやすさ（堆積度）は平面状の素子配置領域３６よりも低く、素子配置領域３６には溝３７よりも多くの圧電材料が堆積する。尚、溝３７が形成された領域が、本願の堆積度低下領域となる。従って、素子配置領域３６には、溝３７内に堆積した圧電材料の層３９よりも厚く、一定の厚さを有する圧電層３３が１層形成される。尚、特に図示しないが、このとき、支持柱４０が配置される領域３８にも、支持柱４０の一部をなす１層の圧電層３３が同時に形成される。

また、ＡＤ法の他に、スパッタ法やＣＶＤ法を用いて圧電材料の粒子を支持板３５に堆積させてもよい。この場合でも、溝３７の内面における圧電材料の堆積度は、平面状の素子配置領域３６に比べて低くなり、素子配置領域３６には、溝３７に堆積した圧電材料の層３９よりも厚く、一定の厚さを有する圧電層３３が１層形成される。尚、スパッタ法やＣＶＤ法では、前述のＡＤ法と比較して、溝３７の傾斜した内面においても多少は圧電材料が堆積するが、素子配置領域３６よりも堆積しにくいことに変わりはない。

次に、図１２に示すように、素子配置領域３６の長手方向一端部（図１２における左端部）から、他端部（図１２における右端部）近傍まで延びる個別電極３２を形成する（個別電極形成工程）。この個別電極３２も、共通電極３４と同様に、スクリーン印刷により形成することができる。あるいは、物理蒸着法（ＰＶＤ）や化学蒸着法（ＣＶＤ）により素子配置領域３６の全面に導電膜を形成してから、その長手方向一端部の導電膜をレーザー加工等により部分的に除去することにより、個別電極３２を形成してもよい。

共通電極形成工程又は個別電極形成工程と、１枚の圧電層３３を形成する圧電層形成工程とを交互に繰り返すことにより、図１３に示すように、支持板３５の素子配置領域３６に圧電素子３１を形成する（圧電素子形成工程）。圧電素子３１は、複数の圧電層３３と、圧電層３３の最外層の上下面及び圧電層３３の各層の間に交互に配置された、複数の個別電極３２及び複数の共通電極３４とを有する。また、圧電素子３１は、溝３７が形成された領域よりも下方（支持板３５と反対側）へ突出して形成されている。このとき、支持板３５の走査方向両端部の領域３８（図７、図８参照）には、支持柱４０（図２、図４参照）も同時に形成される。

図１４に示すように、圧電素子３１の両側面（及び、溝３７内に堆積した圧電材料の層３９の下面）にメッキ等の方法により導電膜を付着させることにより、圧電素子３１の側面に第１側面電極４１と第２側面電極４２を形成する。そして、図１５に示すように、第１側面電極４１と最下層の共通電極３４の間の領域、複数の圧電素子３１の間の領域の、不要な導電膜をレーザー加工等により除去することによって、共通電極と個別電極との間の導通を防止する。最後に、複数の圧電素子３１と複数の支持柱４０とを、接着剤等により振動板３０に接合する（接合工程）。

以上説明した圧電アクチュエータ３の製造方法によれば、次のような効果が得られる。支持板３５の溝３７が形成された部分は、平面状の素子配置領域３６に比べて、圧電材料の粒子が堆積しにくい。そのため、支持板３５の素子配置領域３６の周りに溝３７を形成してから、支持板３５に圧電材料の粒子を堆積させるという簡単な工程で、複数の素子配置領域３６にそれぞれ圧電層３３を形成することができ、下方へ突出する複数の圧電素子３１を容易に形成することができる。また、ダイサー等により複数の圧電素子３１を分割形成する場合に比べて、高密度に配置される複数の圧電素子３１を低コストで形成することが可能になる。

エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）、スパッタ法、又は、化学蒸着法（ＣＶＤ法）により、圧電材料を支持板３５に堆積させて圧電層３３を形成すれば、所望の厚さの圧電層３３を容易に形成することができる。また、上記方法で形成される圧電素子３１は、複数の圧電層３３を有しており、１枚の圧電層を有する圧電素子の場合よりも低い電圧で圧力室１４内のインクに所望の圧力を付与することが可能である。上記方法によれば、低電圧で動作可能な積層型の圧電素子３１を容易に形成することができる。

次に、前記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、前記実施形態と同様の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〉
前記実施形態では、個別電極３２及び共通電極３４は、圧電素子３１の両側面にそれぞれ引き出され、さらに、その両側面にそれぞれ形成された第１側面電極４１及び第２側面電極４２を介して、ＦＰＣ等の配線部材に接続されている（図５参照）。しかし、図１６に示すように、支持板３５Ａの素子配置領域３６Ａの周りの溝３５において、圧電材料の堆積量が比較的多い場合には、圧電素子３１Ａの側面に側面電極を形成することが困難になりうる。そこで、図１６に示すように、各圧電素子３１Ａについて、支持板３５Ａと圧電層３３Ａを、圧電層３３Ａの積層方向に貫通するスルーホール５０，５１が形成され、スルーホール５０，５１内に充填された導電性材料５２，５３を介して、個別電極３２Ａ及び共通電極３４Ａがそれぞれ接続されてもよい。

各圧電素子３１Ａに形成される２つのスルーホール５０，５１のうち、一方（図１６の左側）のスルーホール５０は、平面視で個別電極３２Ａのみが重なる領域に形成されている。スルーホール５０は、複数の圧電層３３Ａを貫通し、スルーホール５０内に充填された導電性材料５２を介して、複数の個別電極３２Ａが互いに接続されている。また、他方（図１６の右側）のスルーホール５１は、平面視で共通電極３４Ａのみが重なる領域に形成されている。スルーホール５１は複数の圧電層３３Ａを貫通し、スルーホール５１内に充填された導電性材料５３を介して複数の共通電極３４Ａが互いに接続されている。さらに、スルーホール５０，５１の内部に充填された導電性材料５２，５３は、支持板３５Ａの上面に形成された２つの端子部５４，５５にそれぞれ接続されている。そして、これら２つの端子部５４，５５は、ＦＰＣ等の配線部材に電気的に接続される。

第１変更形態の圧電アクチュエータ３Ａは、各圧電素子３１Ａの個別電極３２Ａと共通電極３４Ａにそれぞれ接続された導電性材料５２，５３が、支持板３５Ａの上面まで引き出されているため、前記実施形態に比べて、ＦＰＣ等の配線部材の接続が容易になり、また、電気的接続の信頼性も高くなるという効果が得られる。

〈第２変更形態〉
図１７、図１８に示すように、圧電アクチュエータ３Ｂにおいて、支持板３５Ｂの溝３７Ｂの内面を急な傾斜面（例えば、傾斜角度４５度以上）に形成するとともに、その先端（奥端）形状をより鋭く形成してもよい。ここで、傾斜角度は、支持板３５Ｂの下面（素子配置領域３６Ｂが形成されている面）に平行な面と溝３７Ｂを画成する面とのなす角度で定義される。尚、放電加工や超音波加工等の方法を用いれば、溝３７Ｂの先端を鋭く形成することは容易である。このように、溝３７Ｂの内面が急な傾斜面として形成されているために、圧電層３３を形成する際に、溝３７Ｂの内面には圧電材料の粒子がさらに堆積しにくくなる。また、溝３７Ｂの先端が鋭く形成されているため、この先端部にも圧電材料の粒子はほとんど堆積しない。従って、溝３７Ｂの内部に堆積する圧電材料がさらに少なくなるので、圧電素子３１Ｂを素子配置領域３６Ｂに形成する際に、隣接する別の圧電素子３１Ｂと確実に分断することができる。

〈第３変更形態〉
素子配置領域の周りに、溝３７（図５，図６参照）の代わりに貫通孔を形成してから、支持板に圧電材料の粒子を堆積させてもよい。図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、支持板３５Ｃには、複数の圧力室１４にそれぞれ対応して、図１９（ａ）の上下方向に２列に配列された複数の平面状の素子配置領域３６Ｃが設けられている。各素子配置領域３６Ｃの配列方向（上下方向）両側にそれぞれ平面視で略楕円形の孔３７Ｃを形成する。尚、図１９（ａ）に示すように、各素子配置領域３６Ｃは、その長手方向両端部の連結部分５７を介して隣接する素子配置領域３６Ｃと連結されている。そして、素子配置領域３６Ｃに共通電極３４を形成してから、孔３７Ｃが形成された支持板３５ＣにＡＤ法やスパッタ法、あるいは、ＣＶＤ法等により、圧電材料の粒子を全面的に堆積させる。このとき、支持板３５Ｃの孔３７Ｃが形成された部分には圧電材料の粒子は全く堆積しない一方で、素子配置領域３６Ｃには一定厚さの圧電層３３Ｃが形成される。さらに、この圧電層３３Ｃに個別電極３２を形成する。

そして、前述の共通電極形成工程又は個別電極形成工程と、圧電層形成工程とを交互に繰り返すことにより、圧電素子３１Ｃが支持板３５Ｃの素子配置領域３６Ｃに形成される。図２０に示すように、圧電素子３１Ｃは、複数の圧電層３３Ｃと、積層された圧電層３３Ｃの最外層の上下面及び圧電層３３Ｃの各層の間に、交互に配置された個別電極３２及び共通電極３４とを有する。その後、前述の第１変更形態と同様に、各圧電素子３１Ｃの圧電層３３Ｃに、積層方向に延びる２本のスルーホールを形成し、これら２本のスルーホールに導電性材料を充填し、この導電性材料によって複数の個別電極３２、及び、複数の共通電極３４をそれぞれ導通させる。

このように、支持板３５Ｃの素子配置領域３６Ｃの周りに孔３７Ｃを形成してから圧電材料の粒子を堆積させる場合には、孔３７Ｃの部分には圧電材料が全く堆積しない。本変更形態のように支持板に孔が形成されている構造は、これまでにはない構造であり、支持板３５Ｃの素子配置領域３６Ｃに、孔３７Ｃにより完全に区切られた圧電素子３１Ｃを形成することができる。尚、孔３７Ｃの形状は、図１９のような楕円形状のものに限られるものではなく、種々の形状に形成することができる。ここで、孔３７Ｃを素子配置領域３６Ｃをほぼ取り囲むように形成すれば、素子配置領域３６Ｃに形成される圧電素子３１Ｃを隣接する圧電素子３１Ｃから確実に分断することが可能であるが、その反面、支持板３５Ｃの剛性がかなり低下してしまい、製造段階などにおいて支持板３５Ｃの取り扱いが難しくなる。そのため、支持板３５Ｃの剛性を確保するという観点から、素子配置領域３６Ｃ同士を繋ぐ連結部分５７がある程度の領域を有することが好ましい。なお、連結部分５７にも素子配置領域３６Ｃと同様に圧電材料の粒子が堆積しているが、連結部分５７に対応する領域には電極は形成されていない。

〈第４変更形態〉
前記実施形態及び前記各変更形態では、溝３７（図４、図５参照）又は孔３７Ｃ（図１９（ａ），（ｂ）参照）を形成することにより、素子配置領域の周りに、圧電材料の粒子が素子配置領域よりも堆積しにくい領域（堆積度低下領域）を形成している。これらの溝又は孔を形成する代わりに、素子配置領域の周りに圧電素子の粒子が堆積するのを阻止するマスク層を設けてもよい。このマスク層を形成する場合の製造工程の一例を、図２１を参照して説明する。

まず、図２１（ａ）に示すように、支持板３５Ｄの一表面に、スピンコートやディップコートなどにより、フェノール樹脂などからなるレジスト（フォトレジスト）６０を全面的に塗布してから、圧電素子が配置される素子配置領域３６Ｄのレジスト６０を露光する。そして、図２１（ｂ）に示すように、露光された部分のレジスト６０を、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロオキサイド）現像液などのアルカリ溶液で洗い流す。このとき、レジスト６０は、素子配置領域３６Ｄの周りにのみ残存して、マスク層６１を構成する。尚、支持板３５Ｄのマスク層６１が形成された領域は、本願の堆積度低下領域に対応する。

次に、図２１（ｃ）に示すように、レジスト６０が除去された素子配置領域３６Ｄに共通電極３４を形成し、ＡＤ法、スパッタ法、あるいは、ＣＶＤ法などにより圧電材料の粒子を支持板３５Ｄに全面的に堆積させて、圧電層３３Ｄを形成する。そして、図２１（ｄ）に示すように、アルキルベンゼンスルホン酸などのレジスト剥離液により、マスク層６１及びその表面に堆積した圧電層３３Ｄを除去する。これによって、素子配置領域３６Ｄにのみ圧電層３３Ｄが残存形成される。そして、図２１（ｅ）に示すように、この圧電層３３Ｄの表面に個別電極３２を形成する。

そして、共通電極３４又は個別電極３２を形成する工程と圧電層３３Ｄを形成する工程とを交互に繰り返すことにより、複数の圧電層３３Ｄ、複数の個別電極３２及び複数の共通電極３４を備えた圧電素子を、支持板３５Ｄの素子配置領域３６Ｄに形成する。この場合でも、前記実施形態と同様に、ダイサー等により圧電素子を分割形成する場合に比べて、高密度に配置される複数の圧電素子を低コストで形成することが可能になる。尚、本変更形態においては、複数の共通電極３４、複数の個別電極３２、及び、複数枚の圧電層３３Ｄを全て形成した後に、最初に支持板３５Ｄの一表面に形成したマスク層６１を除去してもよい。

〈第５変更形態〉
前記実施形態及び前記各変更形態は、積層型の圧電層を有する複数の圧電素子を備えた圧電アクチュエータを製造する場合に本発明を適用した例であるが、単層型の圧電層を有する複数の圧電素子を備えた圧電アクチュエータを製造する場合にも本発明を適用することは可能である。以下、単層型の圧電層を有する圧電アクチュエータの製造方法について説明する。まず、ステンレス製の支持板３５Ｅの下面に、ハーフエッチングにより、前記実施形態と同じ形状の溝３７を形成する。このように、支持板３５Ｅの下面に溝３７を形成することによって、素子配置領域３６及び領域３８が画成される。図２２に、このようにして形成された支持板３５Ｅを下面側から見た概略平面図を示す。次に、前記実施形態と同様にして、ＡＤ法により、素子配置領域３６に圧電層３３を形成する（図２３（ａ））。このとき、図示されてはいないが、領域３８には、素子配置領域３６と同程度の厚さの圧電材料の層（支持柱４０）が形成される。また、溝３７には圧電材料の粒子があまり堆積しない。次に、前記実施例と同様にして、スクリーン印刷により個別電極３２を設け、圧電素子３１Ｅを形成し（図２３（ｂ））、圧電素子３１Ｅと支持柱４０とを、接着剤等により絶縁性材料で形成された振動板３０Ｅに接合する。

金属製の支持板３５Ｅは共通電極として機能するので、共通電極を形成する工程を省略できる。また、支持板３５Ｅは金属材料であるので、ハーフエッチングなどを利用して、容易に溝３５を形成することができる。さらに、振動板３０Ｅは絶縁性材料で形成されているので、振動板３０Ｅを通じて、異なる圧電素子３１Ｅの個別電極３２が短絡する恐れはない。

なお、支持板３５Ｅは絶縁性の材料で形成されていてもよい。この場合には、支持板３５Ｅに圧電層を形成する前に、前記実施形態と同様にして、素子配置領域３６に電極を形成する。このとき、振動板が導電性材料で形成されている場合には、支持板３５Ｅに形成された電極を個別電極として、振動板を共通電極として機能させることもできる。また、支持板３５Ｅに形成する溝３７の断面形状は任意にし得る。あるいは、溝３７を形成する代わりに、貫通孔又はマスク層を形成することによって、堆積度低下領域を設けてもよい。

前記実施形態及び変更形態において、支持板又は振動板が導電性材料で形成され、個別電極が支持板又は振動板と接触する恐れがある場合には、支持板又は振動板の、少なくとも個別電極が接する領域に絶縁膜を設けてもよい。

以上、本発明をインクジェットヘッドに適用した形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は、前記実施形態及び前記変更形態に限られるものではない。例えば、インク以外の他の液体を移送する液体移送装置の圧電アクチュエータに本発明を適用することも可能である。

図１は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構成図である。図２はインクジェットヘッドの平面図である。図３は図２の一部拡大図である。図４は図２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３のVI-VI線断面図である。図７は支持板の底面図である。図８は図７のVIII-VIII線断面図である。図９は支持板に溝を形成する工程を示す図である。図１０は共通電極を形成する工程を示す図である。図１１は圧電層を形成する工程を示す図である。図１２は個別電極を形成する工程を示す図である。図１３は複数の圧電層が積層された状態を示す図である。図１４は側面電極を形成する工程を示す図である。図１５は不要な導電膜を除去する工程を示す図である。図１６は第１変更形態に係る図５相当の断面図である。図１７は第２変更形態に係る図５相当の断面図である。図１８は第２変更形態に係る図６相当の断面図である。図１９は第３変更形態の支持板を示す図であり、図１９（ａ）は支持板の底面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図２０は第３変更形態に係る図６相当の断面図である。図２１は第４変更形態に係る圧電アクチュエータの製造工程を示す図であり、図２１（ａ）は支持板に塗布されたレジストを部分的に露光する工程、図２１（ｂ）は露光されたレジストを除去する工程、図２１（ｃ）は圧電層を形成する工程、図２１（ｄ）は残存するレジストを剥離する工程、図２１（ｅ）は個別電極を形成する工程をそれぞれ示す。図２２は、第５変更形態に係る図７相当の平面図である。図２３は、第５変更形態に係る圧電アクチュエータの製造工程を示す図であり、図２３（ａ）は圧電層を形成する工程、図２３（ｂ）は個別電極を形成する工程を示す。

符号の説明

１インクジェットヘッド
２流路ユニット
３，３Ａ，３Ｂ圧電アクチュエータ
１４圧力室３０振動板
３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ圧電素子
３２，３２Ａ個別電極
３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ圧電層
３４，３４Ａ共通電極
３５，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５Ｄ支持板
３６，３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄ素子配置領域
３７，３７Ｂ溝
３７Ｃ孔
６１マスク層

Claims

複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットの一表面に設けられ、
前記複数の圧力室を覆う振動板、前記複数の圧力室に対応して前記振動板の前記圧力室と反対側に配置された複数の圧電素子、及び、これら複数の圧電素子を前記振動板と反対側から支持する支持部とを有する、液体移送装置の圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記支持部を形成する支持板であって、一表面に前記複数の圧電素子が配置されるべき素子配置領域を有する支持板を提供する工程と、
前記支持板の前記素子配置領域の周りに、前記素子配置領域よりも前記圧電材料が堆積しにくい堆積度低下領域を形成する低下領域形成工程と、
前記支持板の前記素子配置領域に、前記堆積度低下領域よりも多くの前記圧電材料の粒子を堆積させて、前記圧電素子を形成する圧電素子形成工程と、
前記圧電素子を前記振動板に接合する接合工程と、を含み、
前記低下領域形成工程において、前記支持板の前記素子配置領域の周りに溝又は孔を形成することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
前記圧電素子形成工程において、エアロゾルデポジション法、スパッタ法、又は、化学蒸着法により、前記圧電材料を前記支持板に堆積させることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
前記圧電素子形成工程において、前記圧電材料の粒子を堆積させることにより１層の圧電層を形成する工程と、所定の駆動電圧が印加される第１電極、又は、共通の基準電位に保持される第２電極を形成する工程とを交互に繰り返すことにより、前記圧電層を複数備える積層された圧電層と、前記積層された圧電層の間に交互に配置された複数の前記第１電極及び複数の前記第２電極とを有する前記圧電素子を前記支持板に形成することを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
前記圧電素子形成工程は、前記支持板に前記圧電材料の粒子を堆積させることにより一枚の圧電層を形成する工程と、所定の駆動電圧が印加される第１電極、又は、共通の基準電位に保持される第２電極を形成する工程とを含み、前記一枚の圧電層と第１電極及び第２電極とを備える前記圧電素子を前記支持板に形成することを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
前記圧電素子形成工程において、前記素子配置領域に、前記堆積度低下領域よりも前記支持板の前記一表面側に突出した前記圧電素子を形成することを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータの製造方法。