JP5218120B2

JP5218120B2 - 圧電アクチュエータ装置の製造方法、及び、液体移送装置の製造方法

Info

Publication number: JP5218120B2
Application number: JP2009025766A
Authority: JP
Inventors: 裕介鈴木; 敦伊藤
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-02-06
Also published as: JP2010179587A

Description

本発明は、圧電アクチュエータ装置の製造方法、及び、液体移送装置の製造方法に関する。

従来から、振動板と振動板に形成された圧電層とを有し、電界が作用したときの圧電層の変形（圧電歪）を利用して対象を駆動する圧電アクチュエータが知られている。特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、ステンレス材料などからなる振動板を駆動対象である圧力室を備えた流路ユニットに接合して、振動板の上面に流路ユニットの圧力室と対向する領域に圧電層を形成して、圧電アクチュエータを製造している。振動板は厚いと変形しにくく、厚い振動板を大きく変形させるには、圧電アクチュエータに高い電圧を付与しなければならないため、低電圧駆動の観点からは振動板はできる限り薄いことが好ましい。

特開２００６−０５４４４２号公報（図１）

しかしながら、特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおける圧電アクチュエータの製造方法では、振動板単体をあらかじめプレスなどで形成して、この振動板を把持して持ち運んで駆動対象である流路ユニットに接合しており、持ち運びの都合上、薄い振動板を有する圧電アクチュエータを製造することは困難である。

そこで、本発明の目的は、薄く変形しやすい振動膜を有する圧電アクチュエータ装置の製造方法及び液体移送装置の製造方法を提供することである。

本発明の圧電アクチュエータ装置の製造方法は、基材に孔を形成する孔形成工程と、前記孔を封止材で封止する封止工程と、前記封止材の表面に振動膜を成膜する振動膜形成工程と、前記封止材の表面に形成された前記振動膜上に圧電層を形成する圧電層形成工程と、前記封止材を除去する除去工程と、を備え、前記孔形成工程においては、前記基材に貫通孔を形成し、前記封止工程においては、前記基材の一方の面に前記封止材を当接させて、前記貫通孔の一方の開口を前記封止材で封止し、前記振動膜形成工程においては、前記貫通孔の内壁と前記貫通孔から露出した前記封止材の表面とに跨って前記振動膜を成膜する。

本発明の圧電アクチュエータ装置の製造方法によると、基材の孔を封止して成膜することで、孔と重なる領域に薄い振動膜を形成することができる。また、この振動膜は基材とともに容易に持ち運ぶことができる。また、基材の一方の表面に封止材を当接させて開口を封止するだけで、貫通孔の内壁と貫通孔と重なる領域とに跨った薄い振動膜を容易に形成することができる。

また、前記除去工程においては、前記封止材が熱分解または融解する所定温度よりも高い温度で前記封止材を加熱して、前記封止材を除去することが好ましい。これによると、封止材を熱分解または融解して除去することができる。

さらに、前記圧電層形成工程においては、エアロゾルデポジション法またはゾルゲル法により前記圧電層を形成し、前記圧電層形成工程の後に、前記所定温度よりも高い温度で前記圧電層を加熱する加熱工程をさらに備えており、前記加熱工程は、前記除去工程を兼ねていることが好ましい。これによると、加熱工程と除去工程が同時に行われるため、製造工程を簡略化することができる。

一方、別の観点では、本発明の液体移送装置の製造方法によると、圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に少なくとも前記圧力室を覆うように配置された振動膜、前記振動膜を保持する基板及び前記振動膜の前記圧力室と反対側に配置された圧電層を含んだ圧電アクチュエータと、を備えた液体移送装置の製造方法であって、前記基板に貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記貫通孔の一方の面に封止材を当接させて、前記貫通孔の一方の開口を封止材で封止する封止工程と、前記貫通孔から露出した前記封止部材の表面と前記貫通孔の内壁とに跨って前記振動膜を成膜する振動膜形成工程と、前記封止部材上に形成された前記振動膜上に前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、前記貫通孔を封止する前記封止部材を除去する除去工程と、前記流路ユニットの前記一表面と前記振動膜の前記圧電層が形成された面と反対側の面を対向させて、前記振動膜が前記流路ユニットの少なくとも一部を構成する第１流路構造体に形成された前記圧力室を覆うように、前記基板と前記第１流路構造体を接合する第１接合工程と、を備えている。

本発明の液体移送装置の製造方法によると、薄い振動膜を形成することができる。また、この振動膜は基板の貫通孔の内壁まで形成されて、基板に保持されているため、基板とともに容易に持ち運ぶことができる。

また、前記除去工程においては、前記封止材が熱分解または融解する所定温度よりも高い温度で前記封止材を加熱して、前記封止材を除去することが好ましい。これによると、封止材を熱分解または融解して圧力室内から除去することができる。

また、前記流路ユニットは、前記第１流路構造体と前記第１流路構造体と接合される第２流路構造体を含むものであり、前記圧電層形成工程においては、エアロゾルデポジション法により前記圧電層を形成し、前記圧電層形成工程の後に、前記第１流路構造体の前記振動膜と反対側の面に前記第２流路構造体を接合する第２接合工程をさらに備えていてもよい。これによると、圧電層形成工程において振動膜に噴きつけられたものの、振動膜に堆積しなかった圧電材料の粒子が第２流路構造体に形成された液体流路内に侵入するおそれがなく、仮に、液体流路内に粒子が侵入したときに行うような洗浄工程などの液体流路内の粒子を除去する工程が不要となる。

基材の孔を封止して成膜することで、基材の孔と重なる領域に薄い振動膜を形成することができる。この振動膜は基材とともに容易に持ち運ぶことができる。

インクジェットプリンタの概略構成図である。インクジェットヘッドの平面図である。図２の部分拡大図である。図３のＡ―Ａ線断面図である。参考実施形態におけるインクジェットヘッドの製造工程を示す工程図である。本発明に係る一実施形態におけるインクジェットヘッドの製造工程を示す工程図である。

次に、参考実施形態について説明する。参考実施形態は、インク流路内においてインクをノズルまで移送しつつ、ノズルからインクを吐出する液体移送装置としてのインクジェットヘッドに適用した一例である。

まず、このインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタについて説明する。図１は、インクジェットプリンタの概略構成図である。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（走査方向）に往復移動可能なキャリッジ２と、このキャリッジ２の下面に設けられ、記録用紙Ｐに対してインクを吐出するシリアル型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３などを有している。

インクジェットプリンタ１００は、キャリッジ２とともにインクジェットヘッド１を走査方向に往復移動させながら、インクジェットヘッド１のノズル２０（図２〜図４参照）から記録用紙Ｐへインクを吐出させて、記録用紙Ｐに所定の画像や文字などを記録するとともに、画像などが記録された記録用紙Ｐを搬送ローラ３により前方へ排出する。

次に、インクジェットヘッド１について説明する。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の部分拡大図である。図４は、図３のＡ―Ａ線断面図である。図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド１は、多数のノズル２０や圧力室１４を含むインク流路が形成された流路ユニット４と、この流路ユニット４の上面に配置され、圧力室１４内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ５とを有している。

まず、流路ユニット４について説明する。流路ユニット４は、上層から順にキャビティプレート４１、ベースプレート４２、アパーチャプレート４３、２枚のマニホールドプレート４４，４５、ダンパープレート４６、カバープレート４７、及び、ノズルプレート４８の、平面視で同じ外形を有する計８枚のプレート４１〜４８が積層状態で接合されている。

８枚のプレート４１〜４８のうち、最下層のノズルプレート４８は、ポリイミドなどの合成樹脂材料で形成され、残り７枚のプレート４１〜４７は、それぞれ、ステンレス板などの金属プレートとなっている。７枚のプレート４１〜４７の各プレート間は、接着剤や金属拡散などにより互いに接合されている。また、プレート４７，４８間は、接着剤により互いに接合されている。

８枚のプレート４１〜４８のうち、最上層に位置するキャビティプレート４１には、複数の圧力室１４が厚み方向に貫通して形成されている。各圧力室１４は、走査方向を長手方向とする略楕円状の平面形状を有し、その上側に後述する振動膜３１と下側にベースプレート４２とが積層されたときに、圧力室１４が形成される。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。

ベースプレート４２には、圧力室１４の長手方向の両端部にそれぞれ連通する貫通孔１５，１６が形成されている。アパーチャプレート４３には、ベースプレート４２の貫通孔１５に連通するとともに圧力室１４の長手方向に沿って延び、平面視で後述するマニホールド流路１７と重なる位置にハーフエッチングにより形成された絞り流路５２と、貫通孔１６に連通する貫通孔５８が形成されている。

２枚のマニホールドプレート４４，４５には、紙送り方向に延在し、それぞれマニホールド流路１７の一部をなすマニホールド形成孔１７ａ，１７ｂが、圧力室１４の列に対応して形成されている。そして、これら２つのマニホールド形成孔１７ａ，１７ｂが上下に重なった状態で、アパーチャプレート４３とダンパープレート４６によって上下両側から塞がれることにより、マニホールド流路１７が紙送り方向に２列形成されている。

これら２列のマニホールド流路１７は、平面視で、２列に配列された圧力室１４のマニホールド形成孔１７ａ，１７ｂ側の部分と重なるように、紙送り方向に延びている。これら２列のマニホールド流路１７は、後述する振動膜３１に形成されたインク供給口１８に連通しており、図示しないインクタンクからインク供給口１８を介してマニホールド流路１７へインクが供給される。マニホールド流路１７に供給されたインクは、複数の圧力室１４へ供給される。つまり、マニホールド流路１７は、複数の圧力室１４にインクを共通に供給する共通インク室となっている。さらに、２枚のマニホールドプレート４４，４５には、アパーチャプレート４３の貫通孔５８に連なる貫通孔５９，６０がそれぞれ形成されている。

ダンパープレート４６の下面の、平面視でマニホールド流路１７とそれぞれ重なる位置には、ハーフエッチングにより凹部６１が形成されている。つまり、ダンパープレート４６は、凹部６１が形成された部分において厚みが局所的に薄くなっており、この薄肉部分が、マニホールド流路１７内のインクの圧力変動を減衰させるダンパー部として働く。また、ダンパープレート４６には、マニホールドプレート４５の貫通孔６０に連なる貫通孔６２が形成されている。カバープレート４７には、ダンパープレート４６の貫通孔６２に連通する貫通孔６３が形成されている。

８枚のプレート４１〜４８のうち、最下層に位置するノズルプレート４８には、カバープレート４７の貫通孔６３に連通するノズル２０が形成されている。図２に示すように、複数のノズル２０は、紙送り方向に２列配列された複数の圧力室１４のマニホールド流路１７と反対側の端部とそれぞれ重なるように配置されて、紙送り方向に２列のノズル列を構成している。

以上説明した８枚のプレート４１〜４８が積層した状態で接合されることにより、流路ユニット４内に、後述する振動膜３１に形成されるインク供給口１８に連通するマニホールド流路１７から分岐して圧力室１４を経由してノズル２０に至るインク流路が形成されている。

次に、圧電アクチュエータ５について説明する。図４に示すように、圧電アクチュエータ５は、振動膜３１、圧電層３２及び複数の個別電極３３を有している。

振動膜３１は、流路ユニット４を構成する８枚のプレート４１〜４８と同様の外形であり、ニッケルから形成された薄い金属膜となっている。この振動膜３１は、キャビティプレート４１の上面に配置されており、図示しない位置で接地されグランド電位に保持されている。また、振動膜３１の紙送り方向一端（図２の下方）には、図示しないインクタンクからインクが供給され、マニホールド流路１７に連通したインク供給口１８が形成されている。

圧電層３２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、振動膜３１の上面（圧力室１４と反対側）に、複数の圧力室１４にまたがって連続的に配置されている。また、圧電層３２は、予めその厚み方向に分極されている。

複数の個別電極３３は、圧力室１４より一回り小さい略楕円形の平面形状を有し、圧電層３２の上面であって、平面視で複数の圧力室１４の略中央部と重なる位置に配置されている。個別電極３３は、白金、パラジウム、金、銀などの導電性材料からなる。個別電極３３の長手方向に関するノズル２０と反対側の端部は、走査方向に圧力室１４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３３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５のインク吐出時における作用について説明する。あるノズル２０からインクを吐出させる場合には、このノズル２０に連通する圧力室１４に対応する個別電極３３に、ドライバＩＣから駆動電位が付与される。すると、駆動電位が付与された個別電極３３とグランド電位に保持されている振動膜３１との間に電位差が生じ、両者に挟まれた圧電層３２に厚み方向に平行な電界が発生する。この電界の方向は、圧電層３２の分極方向と一致するので、厚み方向に分極された圧電層３２は、電界の方向と直交する水平方向に収縮する（圧電横効果）。これによって、振動膜３１の圧力室１４と対向する部分が圧力室１４側に凸となるように変形する（ユニモルフ変形）。このとき、圧力室１４の容積が減少することになり、その内部のインクの圧力が上昇し、圧力室１４に連通するノズル２０からインクが吐出される。

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５は参考実施形態におけるインクジェットヘッドの製造工程を示す工程図である。

まず、図５（ａ）に示すように、流路ユニット４の一部を構成するキャビティプレート４１（基材：第１流路構造体）にエッチングにより厚み方向に貫通した圧力室１４を形成する（孔形成工程：圧力室形成工程）。そして、図５（ｂ）に示すように、キャビティプレート４１を台８１上に接着剤などで仮固定して、圧力室１４内にＡＢＳ樹脂などの樹脂８２（封止材）を充填し、圧力室１４の開口を封止する（封止工程）。この封止方法としては、インサート成形、アウトサート成型、ディッピング成型、塗装などが挙げられる。その後、図５（ｃ）に示すように、圧力室１４の開口からはみ出した余剰樹脂、及び、キャビティプレート４１の表面に付着した余剰樹脂を研磨により除去して、キャビティプレート４１の表面と余剰樹脂の除去された樹脂８３の表面とに跨った平面を形成する（研磨工程）。

続いて、図５（ｄ）に示すように、キャビティプレート４１を台８１から取り外して、樹脂８３が充填された圧力室１４を覆うようにキャビティプレート４１の表面と樹脂８３の表面とに跨って、薄い振動膜３１を形成する（振動膜形成工程）。この振動膜３１の形成方法としては、まず、キャビティプレート４１の表面と樹脂８３の表面とに跨る平面上に付着した油脂や汚れを除去した後（脱脂）、クロム酸などでこの平面上を化学的に粗面化して、残ったクロム化合物を塩酸などで除去する（エッチング）。

そして、粗面化した平面上に触媒金属（例えば、Ｐｄ−Ｓｎ錯体）を吸着させて（キャタリスト）、スズ塩を溶解させ、酸化還元反応により金属パラジウムを生成し（アクセレーター）、めっき液中の還元剤が触媒活性なパラジウム表面で酸化されるときに放出される電子によって、ニッケルイオンを還元し、キャビティプレート４１の表面及び樹脂８３の表面に跨った平面上にニッケルめっきからなる振動膜３１を形成する。なお、キャビティプレート４１と樹脂８３は材料が異なるため、キャビティプレート４１の表面及び樹脂８３の表面で振動膜３１の膜厚が多少異なるかもしれないが、各振動膜３１の変形量を均一にするには、圧力室１４を覆った樹脂８３の表面さえ均一な膜厚であればよい。

このように、圧力室１４内に樹脂８３を充填しているため、樹脂８３を振動膜３１を形成するための土台として、キャビティプレート４１の表面と樹脂８３の表面とに跨った平面を形成し、圧力室１４を覆うように薄い振動膜３１を形成することができる。つまり、参考実施形態におけるキャビティプレート４１の圧力室１４を覆うような領域、すなわち形成したい所望の領域に振動膜３１を直接形成でき、振動膜３１単体のハンドリングをする必要がないため、ハンドリング可能な厚みなど考慮せずに所望の薄い振動膜３１を形成することができる。振動膜３１は薄いと変形しやすく、圧力室１４の変形量が大きくなるため、圧力室１４内のインクに高い圧力を付与することができ、ドライバＩＣから印加する駆動電圧を低電圧にすることができる。また、この薄い振動膜３１は、キャビティプレート４１に保持されているため、キャビティプレート４１とともに容易に持ち運ぶことができる。

なお、他に振動膜３１の形成方法としては、キャビティプレート４１の表面と樹脂８３の表面とに跨って、蒸発させたニッケルを蒸着させて振動膜３１を形成する蒸着方法が挙げられる。

例えば、この蒸着方法としては、熱によって化学反応を活性化させて振動膜３１を成膜する熱ＣＶＤや、プラズマによって化学反応を活性化させて振動膜３１を成膜するプラズマＣＶＤなどの化学蒸着法（ＣＶＤ）が挙げられる。

また、高電圧をかけてイオン化させた希ガス元素や窒素をターゲットとなるニッケルに衝突させて、ターゲット表面の原子をはじき飛ばして、キャビティプレート４１の表面と樹脂８３の表面とに跨って蒸着させて振動膜３１を形成するスパッタリングや、高真空中において、原料となるニッケルを蒸発させて、キャビティプレート４１の表面と樹脂８３の表面とに跨った平面上に照射して、この蒸発したニッケルを堆積させて振動膜３１を形成する分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）や、イオン化したニッケルを電界で加速させてキャビティプレート４１の表面と樹脂８３の表面とに跨った平面上に衝突させて振動膜３１を形成するイオンプレーティングなどの物理蒸着法（ＰＶＤ）が挙げられる。

次に、図５（ｅ）に示すように、振動膜３１の上面に、平面視でキャビティプレート４１に形成された各圧力室１４と重なる領域を覆うように、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用いて、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により圧電材料の粒子を振動膜３１上に堆積させることにより圧電層３２を形成する（圧電層形成工程）。

ＡＤ法は、振動膜３１及びキャビティプレート４１を図示しないチャンバー内のステージに振動膜３１がエアロゾル室に連通する噴射ノズルに対向するように四方をシールなどで固定させて保持する。そして、チャンバー内を真空にして、チャンバーと圧電層３２を形成する粒子と気体（キャリアガス）との混合物（エアロゾル）が封入された図示しないエアロゾル室との間の気圧差により、エアロゾル室に連通する噴射ノズルからエアロゾルを振動膜３１に噴きつけて、粒子を高速で振動膜３１に衝突させるとともに、ステージを水平方向に往復移動させることにより振動膜３１上に圧電材料の粒子を堆積させる成膜法である。仮に、振動膜３１に当接する樹脂８３がない状態でＡＤ法により振動膜３１上に圧電層３２を形成しようとすると、圧電材料の粒子を高速で振動膜３１に衝突させるため、振動膜３１が変形したり、孔が開いたりするおそれがある。つまり、樹脂８３はＡＤ法による圧電材料の粒子の噴きつけにおいて、振動膜３１を補強するための補強部材としての役割も果たす。

次に、ＡＤ法により圧電層３２を形成した場合に、圧電層３２中に粒子の微細化や格子欠陥などが生じていると、振動膜３１を変形させるのに必要な圧電特性を得られない。そこで、圧電材料の粒子結晶を成長させるとともに結晶中の格子欠陥を修復して、圧電特性を向上させるために、キャビティプレート４１、振動膜３１及び圧電層３２を図示しない炉内に収容して、所定の温度（例えば、６５０〜９００℃）に加熱して、圧電層３２に対して熱処理を施す（アニール処理工程）。

このとき、図５（ｆ）に示すように、ＰＰＳからなる樹脂８３の熱分解温度はアニール処理温度よりも低いため、圧力室１４内に充填された樹脂８３はアニール処理工程において熱分解され、圧力室１４内から除去される。このように、アニール処理工程が、圧力室１４内に充填された樹脂８３を除去する除去工程を兼ねているため、製造工程を簡略化することができる。

その後、流路ユニット４を構成するプレートのうちのキャビティプレート４１を除く金属プレートである、ベースプレート４２、アパーチャプレート４３、２枚のマニホールドプレート４４，４５、ダンパープレート４６、カバープレート４７にマニホールド流路１７などのインク流路を構成する厚み方向に貫通した孔をエッチングにより形成する。また、アパーチャプレート４３に絞り流路５２、及び、ダンパープレート４６に凹部６１をハーフエッチングにより形成する。また、合成樹脂製のノズルプレート４８に複数のノズル２０をレーザ加工などで形成する。

そして、図５（ｇ）に示すように、圧電層３２の形成された振動膜３１及びキャビティプレート４１に７枚のプレート４２〜４８（第２流路構造体）を積層して接着剤などで接合する（第２接合工程）。なお、金属プレートである、ベースプレート４２、アパーチャプレート４３、２枚のマニホールドプレート４４，４５、ダンパープレート４６、カバープレート４７の６枚のプレート４２〜４７をあらかじめ積層して金属拡散接合により接合しておいて、圧電層３２の形成された振動膜３１及びキャビティプレート４１にすでに接合された７枚のプレート４２〜４７とノズルプレート４８を積層して接着剤で接合してもよい。また、ノズルプレート４８を、流路ユニット４を構成する他の７枚のプレート４１〜４７と同様にステンレス鋼などの金属材料で形成してもよく、その場合には、ノズルプレート４８も７枚のプレート４１〜４７と同時に積層して金属拡散接合により接合してもよい。

その後、圧電層３２上の複数の圧力室１４と対向する領域に、複数の個別電極３３をそれぞれ形成する。複数の個別電極３３は、スクリーン印刷、蒸着法、スパッタ法などにより一度に形成し、インクジェットヘッド１が完成する。なお、参考実施形態における圧電アクチュエータ５及びキャビティプレート４１が圧電アクチュエータ装置に相当する。

以上、説明した参考実施形態におけるインクジェットヘッド１の製造方法によると、キャビティプレート４１の圧力室１４内に樹脂８３を充填して圧力室１４の開口を封止することで、圧力室１４を覆うようにキャビティプレート４１の一表面に薄く変形しやすい振動膜３１を形成することができる。また、振動膜３１は、キャビティプレート４１の表面と樹脂８３の表面とに跨って平坦に形成されているため強度が高い。さらに、振動膜３１を樹脂８３が支えていることで、その上面に容易に圧電層３２を形成することができる。

また、ＡＤ法による圧電層形成工程において、成膜装置のステージには振動膜３１及びキャビティプレート４１のみ固定されており、流路ユニット４を構成する残りの７枚のプレート４２〜４８は圧電層工程後に行われる接合工程で接合されるため、この７枚のプレート４２〜４８はチャンバー内に存在しない。したがって、圧電層形成工程において振動膜３１に噴きつけられたものの、振動膜３１に堆積しなかった圧電材料の粒子が７枚のプレート４２〜４８に形成されたインク流路内に侵入するおそれがなく、仮に、インク流路内に粒子が侵入したときに行うような洗浄工程などのインク流路内の粒子を除去する工程が不要となる。

次に、本発明の好適な実施形態について説明する。本実施形態は、参考実施形態における圧電アクチュエータ５の構成及びインクジェットヘッドの製造方法の一部が異なっているだけで、それ以外の構成は参考実施形態と同様である。なお、参考実施形態と同様なものについては、同符号で示し説明を省略する。

図６は、本実施形態におけるインクジェットヘッドの製造工程を示す工程図である。まず、図６（ａ）に示すように、ステンレスなどの金属材料からなるプレート９１（基板）にエッチングにより厚み方向に貫通した貫通孔９２を形成する（孔形成工程）。そして、図６（ｂ）に示すように、プレート９１を貫通孔９２の一方の開口が封止されるように台９３（封止材）上に載置して（封止工程）、プレート９１の貫通孔９２の内壁、及び、プレート９１の貫通孔９２から露出した台９３の一領域に跨って薄い振動膜１３１を形成する（振動膜形成工程）。この振動膜３１の形成方法としては、参考実施形態と同様に、無電解ニッケルめっきから形成する方法や、ＣＶＤやＰＶＤなどの蒸着させる方法が挙げられる。

その後、図６（ｃ）に示すように、台９３に載置されたプレート９１の貫通孔９２から露出した領域に形成された振動膜１３１の上面に、参考実施形態と同様にＡＤ法により圧電層１３２を形成し（圧電層形成工程）、プレート９１、圧電層１３２及び振動膜１３１を図示しない炉内に収容して、所定の温度（例えば、６５０〜９００℃）に加熱して、圧電層１３２に対して熱処理を施す（アニール処理工程）。

そして、図６（ｄ）に示すように、台９３上から、プレート９１とともに、プレート９１の貫通孔９２の内壁と台９３のプレート９１の貫通孔９２から露出した台９３の一領域とに跨って形成された振動膜１３１、及び、振動膜１３１上に形成された圧電層１３２を取り外す（除去工程）。このとき、台９３をＡＢＳ樹脂で形成している場合には、アニール処理工程が除去工程を兼ねることができ、製造工程を簡略化することができる。

その後、流路ユニット４を構成するプレートのうちの金属プレートである、キャビティプレート４１、ベースプレート４２、アパーチャプレート４３、２枚のマニホールドプレート４４，４５、ダンパープレート４６、カバープレート４７に圧力室１４やマニホールド流路１７などのインク流路を構成する厚み方向に貫通した孔をエッチングにより形成する。また、アパーチャプレート４３に絞り流路５２、及び、ダンパープレート４６に凹部６１をハーフエッチングにより形成する。また、合成樹脂製のノズルプレート４８に複数のノズル２０をレーザ加工などで形成する。

そして、図６（ｅ）に示すように、プレート９１の貫通孔９２とキャビティプレート４１の圧力室１４が平面視で重なるように、プレート９１に流路ユニット４を構成する８枚のプレート４１〜４８を積層して接着剤などで接合する（第１及び第２接合工程）。

その後、圧電層１３２上の複数の圧力室１４と対向する領域に、複数の個別電極をそれぞれ形成する。複数の個別電極は、スクリーン印刷、蒸着法、スパッタ法などにより一度に形成し、インクジェットヘッドが完成する。

以上、説明した本実施形態におけるインクジェットヘッドの製造方法によると、振動膜１３１の形成されたプレート９１を接合するだけで、圧力室１４を覆うようにキャビティプレート４１の一表面に薄い振動膜１３１を形成することができる。また、振動膜１３１はプレート９１に形成されているため、プレート９１とともに容易に持ち運ぶことができる。さらに、振動膜１３１上におけるプレート９１の貫通孔９２内に圧電層１３２が形成されるため、第１接合工程において、直接圧電層１３２を押圧することなくプレート９１とキャビティプレート４１を接合することができる。つまり、プレート９１は、接合工程において、圧電層１３２を保護することができる。

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。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。

圧力室１４内に充填され、圧力室１４の開口を封止する封止材としては、ＡＢＳ樹脂に限らず、アニール処理温度で熱分解する材料であればよい。また、ＡＢＳ樹脂のようにアニール処理温度で熱分解する材料に限らず、アニール処理工程で気化する材料であってもよい。

また、圧力室１４内に充填される充填剤が、アニール処理工程で熱分解や気化するような材料でない場合には、圧電層形成工程後に、アニール処理工程とは別工程で充填剤の除去工程を行えばよい。例えば、圧電層形成工程後に充填剤を溶剤に浸水させて溶かしてもよいし、剥ぎとってもよい。

さらに、参考実施形態においては、キャビティプレート４１の圧力室１４内に樹脂８３を充填して圧力室１４の開口を封止していたが、圧力室１４の開口を封止さえしていれば、圧力室１４内に隙間なく樹脂が充填されている必要はない。

また、参考実施形態においては、流路ユニット４の一部を構成するキャビティプレート４１単体において、振動膜３１を形成していたが、あらかじめ金属プレートである７枚のプレート４１〜４７を接合しておき、少なくとも圧力室１４を含むインク流路内に樹脂を充填して圧力室１４の開口を封止して圧力室１４を覆うように振動膜を形成してもよい。つまり、振動膜が形成される孔は、圧力室１４のような貫通孔に限らず、インク流路のような１つの面にしか開口を有していない凹部となっていてもよい。

さらに、参考実施形態においては、インサート成形、アウトサート成型、ディッピング成型または塗装などの方法で圧力室１４内及びキャビティプレート４１上に樹脂８３を形成して研磨工程で圧力室１４内にだけ樹脂８３を充填させていたが、圧力室１４と重なる領域に開口が形成されたマスクをして、圧力室１４内にだけ樹脂８３を充填させてもよい。この場合、研磨工程を行う必要がなくなる。

また、参考実施形態においては、圧電層３２をＡＤ法により形成していたが、ゾルゲル法により形成してもよい。このとき、ゾルゲル法に用いた溶媒を揮発させるため、６００〜７００℃で加熱する工程が必要となり、この工程が加熱工程に相当する。つまり、この加熱工程において、圧力室１４内に充填された樹脂８３を除去することができる。また、圧電層３２をＡＤ法やゾルゲル法以外のスパッタ法、ＣＶＤ、または、水熱合成法などの他の成膜方法により形成してもよいし、このような成膜方法のように圧電層３２を振動膜３１上に直接形成するものに限られず、圧電材料のグリーンシートを振動膜３１上に積層し、一体焼成させてもよいし、単独で形成された圧電層３２を振動膜３１上に接着してもよい。

さらに、本実施形態においては、薄い振動膜３１をニッケルにより形成していたが、振動膜はニッケルに限らず、金属材料やセラミックスなどいかなる材料で形成されてもよい。

また、参考実施形態においては、振動膜３１は、キャビティプレート４１の上面に同様の外形で配置されていたが、振動膜３１は少なくとも圧力室１４を覆っており、キャビティプレート４１で最低限保持して持ち運べるように、キャビティプレート４１の圧力室１４の周囲まで形成されていればよい。この場合には、複数の圧力室１４ごとに複数の振動膜３１と圧電層３２がそれぞれ形成されることとなる。そのため、複数の圧電層３２のうち、ある圧力室１４に属する圧電層３２の収縮による振動膜３１の変形が、他の圧力室１４に属する振動膜３１の変形に影響を及ぼすという、いわゆる構造的クロストークを抑えることができる。

また、本実施形態においては、振動膜１３１はプレート９１の内壁と貫通孔９２内に形成されていたが、これに限られず、プレート９１の台９３と当接する面と反対側の面にまで形成されていてもよい。これによれば、振動膜１３１を容易に接地することができる。

また、圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータの製造方法には限られず、所定の動部を駆動させるための圧電アクチュエータの製造方法に本発明を適用することも可能である。また、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など、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の製造方法に本発明を適用することも可能である。

１インクジェットヘッド
４流路ユニット
５圧電アクチュエータ
１４圧力室
３１振動膜
３２圧電層
４１キャビティプレート
８３樹脂
１００インクジェットプリンタ

Claims

基材に孔を形成する孔形成工程と、
前記孔を封止材で封止する封止工程と、
前記封止材の表面に振動膜を成膜する振動膜形成工程と、
前記封止材の表面に形成された前記振動膜上に圧電層を形成する圧電層形成工程と、
前記封止材を除去する除去工程と、を備え、
前記孔形成工程においては、前記基材に貫通孔を形成し、
前記封止工程においては、前記基材の一方の面に前記封止材を当接させて、前記貫通孔の一方の開口を前記封止材で封止し、
前記振動膜形成工程においては、前記貫通孔の内壁と前記貫通孔から露出した前記封止材の表面とに跨って前記振動膜を成膜することを特徴とする圧電アクチュエータ装置の製造方法。
前記除去工程においては、前記封止材が熱分解または融解する所定温度よりも高い温度で前記封止材を加熱して、前記封止材を除去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装置の製造方法。
前記圧電層形成工程においては、エアロゾルデポジション法またはゾルゲル法により前記圧電層を形成し、
前記圧電層形成工程の後に、前記所定温度よりも高い温度で前記圧電層を加熱する加熱工程をさらに備えており、
前記加熱工程は、前記除去工程を兼ねていることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ装置の製造方法。
圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットの一表面に少なくとも前記圧力室を覆うように配置された振動膜、前記振動膜を保持する基板及び前記振動膜の前記圧力室と反対側に配置された圧電層を含んだ圧電アクチュエータと、を備えた液体移送装置の製造方法であって、
前記基板に貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
前記貫通孔の一方の面に封止材を当接させて、前記貫通孔の一方の開口を封止材で封止する封止工程と、
前記貫通孔から露出した前記封止部材の表面と前記貫通孔の内壁とに跨って前記振動膜を成膜する振動膜形成工程と、
前記封止部材上に形成された前記振動膜上に前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、
前記貫通孔を封止する前記封止部材を除去する除去工程と、
前記流路ユニットの前記一表面と前記振動膜の前記圧電層が形成された面と反対側の面を対向させて、前記振動膜が前記流路ユニットの少なくとも一部を構成する第１流路構造体に形成された前記圧力室を覆うように、前記基板と前記第１流路構造体を接合する第１接合工程と、を備えていること特徴とする液体移送装置の製造方法。
前記除去工程においては、前記封止材が熱分解または融解する所定温度よりも高い温度で前記封止材を加熱して、前記封止材を除去することを特徴とする請求項４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は、エアロゾルデポジション法またはゾルゲル法により前記圧電層を形成し、
前記圧電層形成工程の後に、前記所定温度よりも高い温度で前記圧電層を加熱する加熱工程をさらに備えており、
前記加熱工程は、前記除去工程を兼ねていることを特徴とする請求項５に記載の液体移送装置の製造方法。
前記流路ユニットは、前記第１流路構造体と前記第１流路構造体と接合される第２流路構造体を含むものであり、
前記圧電層形成工程においては、エアロゾルデポジション法により前記圧電層を形成し、
前記圧電層形成工程の後に、前記第１流路構造体の前記振動膜と反対側の面に前記第２流路構造体を接合する第２接合工程をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載の液体移送装置の製造方法。