(57)【要約】【課題】圧電層の残留応力を低減することで、圧電層の圧電特性の低下を低減する。【解決手段】まず、ステンレスからなる金属板４７に凹部４７ａを形成し、その凹部４７ａに亜鉛からなる金属層４８が配置された振動板４０を形成する。次に、振動板４０の金属層４８の上面に拡散防止層４１を形成し、さらに、下部電極４２を形成した後、ＡＤ法により圧電材料の粒子を下部電極４２が形成された拡散防止層４１の上面に堆積させることにより圧電層４３を形成する。その後、振動板４０、拡散防止層４１、下部電極４２及び圧電層４３を金属層４８の融点よりも高い所定温度に加熱して、圧電層４３に対して熱処理を施す。すると、金属板４７の凹部４７ａ内で金属層４８は溶融して液相となっている。そして、アニール処理工程後に、振動板４０、拡散防止層４１、下部電極４２及び圧電層４３を自然冷却してアニール処理工程前の温度にする。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹状部材と、その凹部内に配され前記凹状部材よりも低融点の金属層と、からなる基材の前記金属層の表面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを噴きつけて前記圧電材料の粒子を堆積させて、圧電層を形成する圧電層形成工程と、
前記金属層の融点よりも高い温度であって、且つ、前記凹状部材の融点よりも低い温度で、前記基材を加熱し、前記金属層を溶融させた状態で、前記圧電層を加熱するアニール処理工程と、
溶融した前記金属層を固化させる固化工程と、を備えていることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
前記固化工程後に、前記凹状部材から前記金属層を離型させる離型工程をさらに備えており、
前記金属層は、前記圧電層の圧電歪みに応じて変形する振動板であ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。
【請求項３】
前記凹状部材は、板状部材であり、
前記凹状部材及びこれに設けられた前記金属層は、前記圧電層の圧電歪みに応じて変形する振動板を構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。
【請求項４】
前記金属層は、前記圧電層よりも比重が小さい材料で形成されており、
前記凹状部材の前記凹部の底面には、凸部が形成されており、
前記アニール処理工程において、前記凸部の先端部に前記圧電層が支持されることを特徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記金属層は、前記圧電層よりも比重が大きい材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記圧電層形成工程前に、前記金属層の表面における前記圧電層を形成する領域に拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
前記アニール処理工程において、前記圧電層の面方向への移動を規制することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
前記アニール処理工程において、前記圧電層を前記金属層に向かって押圧して、前記圧電層の面方向への移動を規制することを特徴とする請求項７に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
前記アニール処理工程において、前記圧電層を治具で固定して、前記圧電層の面方向への移動を規制することを特徴とする請求項７に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
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板及び前記振動板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、
凹状部材と、その凹部内に配され前記凹状部材よりも低融点であって前記振動板を構成する金属層と、からなる基材の前記金属層の表面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを噴きつけて前記圧電材料の粒子を堆積させて、圧電層を形成する圧電層形成工程と、
前記金属層の融点よりも高い温度であって、且つ、前記凹状部材の融点よりも低い温度で、前記基材を加熱し、前記金属層を溶融させた状態で、前記圧電層を加熱するアニール処理工程と、
溶融した前記金属層を固化させる固化工程と、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。
【請求項１１】
前記凹状部材は、板状部材であり、
前記振動板は、前記凹状部材及びこれに設けられた前記金属層で構成されることを特徴とする請求項１０に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項１２】
前記固化工程後に、前記凹状部材から前記金属層を離型させる離型工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載の液体移送装置の製造方法。
【請求項１３】
前記凹状部材の前記凹部の底面には、前記圧力室に対応した凸部が形成されており、
前記離型工程において前記凹状部材から離型された前記金属層は、さらに前記圧力室を区画するプレートを構成することを特徴とする請求項１２に記載の液体移送装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータの製造方法、及び、液体移送装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、いわゆるユニモルフ式の圧電アクチュエータが知られている。この圧電層を振動板に成膜する方法としては、従来から様々な方法が知られているが、その中でもエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により成膜する方法が知られている。ＡＤ法とは、圧電材料の粒子（例えば、チタン酸ジルコン酸鉛：ＰＺＴ）とキャリアガスとを含んだエアロゾルを高速で振動板に噴きつけて圧電材料の粒子を堆積させて圧電層を形成する方法である。
【０００３】
ところで、ＡＤ法では、エアロゾルを高速で振動板に衝突させた際に、圧電層中に粒子の微細化や格子欠陥などが生じて、振動板を変形させるのに必要な圧電特性が得られないおそれがある。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、アニール処理工程として、圧電層を所定温度（例えば、９００℃：以下、アニール処理温度と称す）に加熱して、圧電層に対して熱処理を施す必要がある。
【０００４】
例えば、特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、圧電アクチュエータを製造する際に、ステンレスなどからなる振動板の上面に、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により圧電層を形成している。そして、振動板上に形成された圧電層を８５０℃で加熱して、自然冷却により室温まで冷却している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０５４４４２号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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いては、振動板は一般的に線膨張係数の大きな金属材料の一種であるステンレスからなり、その一方で圧電層はステンレスなどの金属材料よりも線膨張係数の小さいＰＺＴからなる（ステンレスの線膨張係数：約１０．４×１０−６（１／℃）、ＰＺＴの線膨張係数：約２．６×１０−６（１／℃）である）。そのため、高温のアニール処理温度から室温までの自然冷却するときの温度変化によって、圧電層に金属材料との線膨張係数の差に起因した圧縮応力が生じる。圧縮応力が残留した圧電層は、圧縮応力が残留していない圧電層に比べて圧電特性が低下している。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、圧電層の残留圧縮応力を抑制することで、圧電層の圧電特性の低下を低減した圧電アクチュエータ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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、凹状部材と、その凹部内に配され前記凹状部材よりも低融点の金属層と、からなる基材の前記金属層の表面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを噴きつけて前記圧電材料の粒子を堆積させて、圧電層を形成する圧電層形成工程と、前記金属層の融点よりも高い温度であって、且つ、前記凹状部材の融点よりも低い温度で、前記基材を加熱し、前記金属層を溶融させた状態で、前記圧電層を加熱するアニール処理工程と、溶融した前記金属層を固化させる固化工程と、を備えている。
【０００９】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法によると、アニール処理工程において金属層は溶融して液相となっている。この金属層が溶融している状態では、圧電層には応力は生じていない。そして、アニール処理工程後に圧電層が金属層の融点よりも高い温度（以下、アニール処理温度と称す）から大気と同じ環境温度に戻る途中で融点以下となったときに、溶融した金属層は固化する。したがって、圧電層には、アニール処理温度よりも低い金属層の融点から環境温度までの温度変化の際に、金属層との熱膨張係数の差に起因した圧縮応力が生じる。この圧縮応力は、アニール処理温度から環境温度までの温度変化の際に圧電層に生じる圧縮応力よりも小さいため、圧電特性の低下を低減することができる。
【００１０】
また、前記固化工程後に、前記凹状部材から前記金属層を離型させる離型工程をさらに備えており、前記金属層は、前記圧電層の圧電歪みに応じて変形する振動板であることが好ましい。これによると、金属層単体を振動板として使用することができる。
【００１１】
また、前記凹状部材は、板状部材であり、前記凹状部材及びこれに設けられた前記金属層は、前記圧電層の圧電歪みに応じて変形する振動板を構成してもよい。これによると、金属層に凹状部材を含めた基材を振動板として使用することができる。
【００１２】
このとき、前記金属層は、前記圧電層よりも比重が小さい材料で形成されており、前記凹状部材の前記凹部の底面には、凸部が形成されており、前記アニール処理工程において、前記凸部の先端部に前記圧電層が支持されることが好ましい。これによると、アニール処理工程において、金属層が溶融しても、圧電層は凹状部材の底面に形成された凸部の先端部に支持されているため、溶融した金属層内に沈まない。
【００１３】
また、前記金属層は、前記圧電層よりも比重が大きい材料で形成されていてもよい。これによると、圧電層が溶融した金属層内に沈まない。
【００１４】
また、前記圧電層形成工程前に、前記金属層の表面における前記圧電層を形成する領域に拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程をさらに備えていることが好ましい。これによると、金属層から拡散した金属原子が圧電層に達するのを防止することができる。
【００１５】
さらに、前記アニール処理工程において、前記圧電層の面方向への移動を規制することが好ましい。これによると、アニール処理工程において、金属層が溶融しても圧電層が面方向に移動することがなく、固化工程において金属層を固化させたときに圧電層を正しい位置に規制しつつ固化することができる。
【００１６】
このとき、前記アニール処理工程において、前記圧電層を前記金属層に向かって押圧して、前記圧電層の面方向への移動を規制してもよい。これによると、アニール処理工程において、金属層が溶融しても圧電層が面方向に移動することがない。
【００１７】
また、前記アニール処理工程において、前記圧電層を治具で固定して、前記圧電層の面方向への移動を規制してもよい。これによると、アニール処理工程において、金属層が溶融しても圧電層が面方向に移動することがない。
【００１８】
本発明の液体移送装置の製造方法は、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板及び前記振動板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、凹状部材と、その凹部内に配され前記凹状部材よりも低融点であって前記振動板を構成する金属層と、からなる基材の前記金属層の表面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを噴きつけて前記圧電材料の粒子を堆積させて、圧電層を形成する圧電層形成工程と、前記金属層の融点よりも高い温度であって、且つ、前記凹状部材の融点よりも低い温度で、前記基材を加熱し、前記金属層を溶融させた状態で、前記圧電層を加熱するアニール処理工程と、溶融した前記金属層を固化させる固化工程と、を備えている。
【００１９】
本発明の液体移送装置の製造方法によると、アニール処理工程において金属層は溶融して液相となっている。この金属層が溶融している状態では、圧電層には応力は生じていない。そして、アニール処理工程後に圧電層が金属層の融点よりも高い温度（以下、アニール処理温度と称す）から大気と同じ環境温度に戻る途中で融点以下となったときに、溶融した金属層は固化する。したがって、圧電層には、アニール処理温度よりも低い金属層の融点から環境温度までの温度変化の際に、金属層との熱膨張係数の差に起因した圧縮応力が生じる。この圧縮応力は、アニール処理温度から環境温度までの温度変化の際に圧電層に生じる圧縮応力よりも小さいため、圧電特性の低下を低減することができる。
【００２０】
また、前記凹状部材は、板状部材であり、前記振動板は、前記凹状部材及びこれに設けられた前記金属層で構成されることが好ましい。これによると、金属層に凹状部材を含めた基材を振動板として使用することができる。
【００２１】
また、前記固化工程後に、前記凹状部材から前記金属層を離型させる離型工程をさらに備えていてもよい。これによると、金属層単体を振動板として使用することができる。
【００２２】
このとき、前記凹状部材の前記凹部の底面には、前記圧力室に対応した凸部が形成されており、前記離型工程において前記凹状部材から離型された前記金属層は、さらに前記圧力室を区画するプレートを構成することが好ましい。これによると、振動板及び圧力室を区画するプレートを一体的に形成することができる。
【発明の効果】
【００２３】
アニール処理温度から環境温度までの温度変化の際に、圧電層には、アニール処理温度よりも低い金属層の融点から環境温度までの温度変化による金属層との熱膨張係数の差に起因した圧縮応力しか生じないため、圧電特性の低下を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の好適な第１実施形態について説明する。図１は、本実施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（液体移送装置）、用紙搬送ローラ４などを備えている。
【００２５】
キャリッジ２は、図１の左右方向（走査方向）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の下面に配置されており、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動しながら、その下面に形成されたノズル１５（図３参照）からインクを吐出する。用紙搬送ローラ４は、記録用紙Ｐを図１の手前方向（紙送り方向）に搬送する。そして、プリンタ１においては、用紙搬送ローラ４によって紙送り方向に搬送される記録用紙Ｐに、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からインクが吐出されることにより、記録用紙Ｐに印刷が行われる。また、印刷が完了した記録用紙Ｐは、用紙搬送ローラ４により排出される。
【００２６】
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、振動板の斜視図である。
【００２７】
図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド３は、複数の圧力室１０などのインク流路が形成された流路ユニット３１と、流路ユニット３１の上面に配置されており、圧力室１０内のインクにノズル１５から吐出させるための圧力を付与する圧電アクチュエータ３２とを有している。
【００２８】
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枚のプレートが上から順に積層されることにより構成されている。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により構成されており、ノズルプレート２４はポリイミドなどの合成樹脂材料により構成されている。なお、ノズルプレート２４も他の３枚のプレート２１〜２３と同様、金属材料により構成されていてもよい。
【００２９】
キャビティプレート２１には、複数の圧力室１０が形成されている。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いる。複数の圧力室１０は紙送り方向（図２の上下方向）に複数並んで走査方向に２列に配列されている。ベースプレート２２には、平面視で圧力室１０の長手方向の両端に重なる位置に、それぞれ貫通孔１２、１３が形成されている。
【００３０】
マニホールドプレート２３には、紙送り方向に２列に延びて、平面視で図２の左側に配列された圧力室１０の略左半分及び図２の右側に配列された圧力室１０の略右半分にそれぞれ重なるマニホールド流路１１が形成されている。マニホールド流路１１には、後述する振動板４０に形成されたインク供給口９から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に重なる位置に貫通孔１４が形成されている。
【００３１】
ノズルプレート２４には、平面視で貫通孔１４に重なる位置にノズル１５が形成されている。そして、流路ユニット３１においては、マニホールド流路１１が貫通孔１２を介して圧力室１０に連通しており、圧力室１０が貫通孔１３、１４を介してノズル１５に連通している。つまり、流路ユニット３１には、マニホールド流路１１の出口から圧力室１０を経てノズル１５に至る複数の個別インク流路が形成されている。
【００３２】
圧電アクチュエータ３２は、下から順に、振動板４０、拡散防止層４１、下部電極４２、圧電層４３及び複数の上部電極４４が積層されることによって構成されている。
【００３３】
振動板４０は、図６に示すように、後述するアニール処理温度よりも高い融点の金属材料（例えば、ステンレス）からなる金属板４７（凹状部材）と、アニール処理温度よりも低い融点の金属材料（例えば、亜鉛）からなる金属層４８とを有している。金属板４７は、複数の圧力室１０を覆うようにキャビティプレート２１の上面に接合されている。また、金属板４７には、図６の下方において厚み方向に貫通したインク供給口９、及び、平面視で複数の圧力室１０と重なり、上方に開口した矩形状の凹部４７ａが形成されている。凹部４７ａと金属層４８の形状はほぼ同様であり、凹部４７ａ内に金属層４８は配置されている。
【００３４】
図４及び図５に戻って、拡散防止層４１は、アルミナやジルコニアなどのセラミックスによって構成されており、振動板４０の金属層４８上面のほぼ全域にわたって形成されている。拡散防止層４１は、後述するアニール処理工程における加熱によって金属層４８を形成する金属材料が拡散して圧電層４３に達してしまうのを防止している。
【００３５】
下部電極４２は白金、パラジウム、金、銀などの導電性材料からなり、拡散防止層４１の上面全域にわたって形成されている。また、下部電極４２は図示しないドライバＩＣに接続されており、常にグランド電位に保持されている。圧電層４３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、下部電極４２の上面に複数の圧力室１０にまたがって連続的に形成されている。また、圧電層４３は予めその厚み方向に分極されている。
【００３６】
複数の上部電極４４は、下部電極４２と同様に白金、パラジウム、金、銀などの導電性材料からなり、圧電層４３の上面に複数の圧力室１０に対応して形成されている。各上部電極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の略中央に重なる位置に配置されている。上部電極４４の長手方向に関するノズル１５と反対側の端部は、圧力室１０とは重ならない位置まで延びており、その先端が接点４４ａとなっている。接点４４ａには、上部電極４４に駆動電位を付与する図示しないドライバＩＣとの接続を行うための図示しないフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）などの配線部材が接続される。そして、各上部電極４４には、ドライバＩＣによりＦＰＣを介して駆動電位が付与される。
【００３７】
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を駆動させるためには、図示しないドライバＩＣにより上部電極４４に駆動電位を付与する。すると、駆動電位が付与された上部電極４４とグランド電位に保持された下部電極４２との間に電位差が発生し、圧電層４３の上部電極４４と下部電極４２とに挟まれた部分に厚み方向の電界が発生する。この電界の方向は圧電層４３の分極方向と一致するので、圧電層４３のこの部分は分極方向と直交する水平方向に収縮する（圧電横効果）。この圧電層４３の収縮によって、振動板４０、拡散防止層４１、下部電極４２及び圧電層４３の圧力室１０に重なる部分が圧力室１０に向かって凸となるように変形する（ユニモルフ変形）。これにより、圧力室１０の容積が減少し、圧力室１０内のインクの圧力が上昇するため、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。
【００３８】
次に、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、第１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フローチャートである。図８は、第１実施形態における振動板の製造工程を示す工程図であり、（ａ）はエッチング工程、（ｂ）は充填工程、（ｃ）は固化工程である。図９は、第１実施形態における圧電アクチュエータの製造工程を示す工程図であり、（ａ）は拡散防止層形成工程、（ｂ）は下部電極形成工程、（ｃ）は圧電層形成工程、（ｄ）は上部電極形成工程である。図１０は、ＡＤ法におけるチャンバー内の概略構成図である。図１１は、アニール処理工程時の振動板の縦断面図である。
【００３９】
インクジェットヘッド３を製造する際には、図７に示すように、まず、振動板４０を形成する（Ｓ１）。振動板４０の形成方法は、図８（ａ）に示すように、平板状のステンレスからなる金属板４７にハーフエッチングにより凹部４７ａを形成する。そして、図８（ｂ）に示すように、金属板４７の凹部４７ａに溶解した亜鉛を充填して、図８（ｃ）に示すように、自然冷却などで固化させて、金属板４７の凹部４７ａに金属層４８が配置された振動板４０を形成する。また、金属板４７にエッチングにより厚み方向に貫通したインク供給口９を形成する。
【００４０】
次に、図７、図９（ａ）に示すように、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により振動板４０の金属層４８の上面にアルミナやジルコニアなどのセラミックスの粒子を堆積させることにより拡散防止層４１を形成する（Ｓ２：拡散防止層形成工程）。
【００４１】
ＡＤ法は、図１０に示すように、振動板４０をチャンバー７０内のステージ７１に縁をテープで固定させるなどして保持する。そして、チャンバー７０内を真空にして、チャンバー７０と、拡散防止層４１を形成するアルミナの粒子と気体（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ノズル７３からエアロゾルを振動板４０の金属層４８に噴きつけて、アルミナの粒子を高速で金属層４８に衝突させるとともに、ステージ７１を水平方向に往復移動させることにより金属層４８上にアルミナの粒子を堆積させる成膜法である。
【００４２】
次に、図７、図９（ｂ）に示すように、拡散防止層４１の上面（金属層４８と反対側の表面）にスパッタ法により下部電極４２を形成する（Ｓ３：下部電極形成工程）。続いて、図７、図９（ｃ）に示すように、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、ＡＤ法により圧電材料の粒子を下部電極４２が形成された拡散防止層４１の上面に堆積させることにより圧電層４３を形成する（Ｓ４：圧電層形成工程）。
【００４３】
ＡＤ法では、圧電材料の粒子を高速で拡散防止層４１の上面に衝突させて圧電層４３を形成しているため、圧電層４３中に粒子の微細化や格子欠陥などが生じて、振動板４０を変形させるのに必要な圧電特性を得られないおそれがある。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、図７及び図１１に示すように、振動板４０の上面に、治具８０を載置して、振動板４０、拡散防止層４１、下部電極４２及び圧電層４３を所定温度（例えば、９００℃：以下、アニール温度と称す）に加熱して、圧電層４３に対して熱処理を施す（Ｓ５：アニール処理工程）。
【００４４】
このとき、圧電層４３と振動板４０の金属層４８との間に拡散防止層４１が形成されているため、圧電層４３とともに加熱される金属層４８の金属原子の拡散が拡散防止層４１で抑制される。これにより、金属層４８から圧電層４３に金属原子が達して、圧電層４３の圧電特性が低下してしまうのを防止することができる。また、拡散防止層４１が、緻密な構造を有するアルミナによって構成されているので、金属層４８の金属原子が拡散防止層４１を越えて圧電層４３まで拡散するのを効果的に抑制することができる。
【００４５】
また、拡散防止層４１を介して圧電層４３が形成された振動板４０の金属層４８は融点が４２０℃の亜鉛を材料としており、金属板４７は融点が約１４００℃のステンレスを材料としている。そのため、金属板４７はアニール処理温度でも溶融しないが、金属層４８はアニール処理温度で溶融する。すなわち、金属板４７の凹部４７ａ内で金属層４８は溶融して液相となっている。
【００４６】
なお、金属層４８を形成する亜鉛の密度は、約７１（ｇ／ｃｍ３）であり、金属層４８上に形成された圧電層４３を形成するＰＺＴの密度は、約７（ｇ／ｃｍ３）である。つまり、金属層４８は圧電層４３よりも比重が大きいため、金属層４８が金属板４７の凹部４７ａ内で溶融していても、圧電層４３は金属層４８中に沈まずに金属層４８上に浮いた状態となっている。このとき、図１１に示すように、圧電層４３は、治具８０の圧電層４３を取り囲むように突出した凸部が圧電層４３の側面に接触することで、面方向に関する位置を固定されている。そのため、溶融した金属層４８上での面方向への移動が規制されており、後述する固化工程において圧電層４３を正しい位置に規制しつつ固化することができる。
【００４７】
そして、アニール処理工程後に、振動板４０、拡散防止層４１、下部電極４２及び圧電層４３を自然冷却してアニール処理工程前の温度（例えば、環境温度）にする（Ｓ６：固化工程）。このとき、亜鉛からなる金属層４８は、融点である４２０℃よりも低くなった時点で固化する。
【００４８】
ここで、仮に、振動板がステンレスのみから形成されているとして、アニール処理工程後にアニール処理温度から環境温度まで、振動板４０、拡散防止層４１、下部電極４２及び圧電層４３を冷却したとする。一般的に、ステンレスなどの金属材料の線膨張係数は、ＰＺＴなどの圧電材料の線膨張係数に比べて大きい。つまり、アニール処理温度から環境温度までの温度変化の際に、この線膨張係数の差に起因した圧縮応力が圧電層４３に生じてしまう。圧電層４３にこのような圧縮応力が生じると、圧電層４３の圧電特性が低下してしまう。
【００４９】
しかしながら、本実施形態では、アニール処理工程時には、拡散防止層４１を介して圧電層４３が形成された金属層４８は溶融している。この金属層４８が溶融している状態では、圧電層４３には応力は生じていない。そして、金属層４８を形成する亜鉛が固化する４２０℃（亜鉛の融点が４２０℃であるため）から環境温度までの温度変化の際に、亜鉛とＰＺＴの線膨張係数の差に起因した圧縮応力が圧電層４３に生じることになる。この圧縮応力は、４２０℃から環境温度までの温度変化によってのみ作用する応力であり、上述した仮定条件時のようにアニール処理温度から環境温度までの温度変化によって作用する圧縮応力よりも小さいため、圧電層４３の残留応力を抑制することができる。これにより、圧電層４３の圧電特性の低下を低減することができる。さらに、温度変化が小さいことで、圧電アクチュエータ３２の反りを抑制することもできる。これにより、圧電アクチュエータ３２を後述する流路ユニット３１に接合する際の接合精度を高めることができる。さらに、金属層４８を形成する亜鉛のヤング率は１０８．４ＧＰａであるのに対して、ステンレスのヤング率は約２００ＧＰａと大きい。そのため、本実施形態のステンレスと亜鉛からなる振動板４０は、ステンレスのみからなる振動板に比べて剛性が低く、振動板を変形させるための駆動電位を低減させることができる。
【００５０】
次に、図７、図９（ｄ）に示すように、圧電層４３の上面にスパッタ法により複数の上部電極４４を形成し、圧電アクチュエータ３２を形成する（Ｓ７：上部電極形成工程）。また、図７に示すように、これらのＳ１〜Ｓ７の工程と並行して、３枚のプレート２１〜２３を互いに積層させ、金属拡散接合によって接合する。さらに、接着剤などによりマニホールドプレート２３の下面にノズルプレート２４を接合し、流路ユニット３１を形成する（Ｓ８）。なお、ノズルプレート２４が金属材料により構成されている場合には、ノズルプレート２４も、３枚のプレート２１〜２３とともに金属拡散接合により接合してもよい。その後、キャビティプレート２１の上面に振動板４０を構成する金属板４７の下面を接着剤などにより接合することで、流路ユニット３１と圧電アクチュエータ３２が接合され、インクジェットヘッド３は完成する（Ｓ９）。
【００５１】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の好適な第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態における振動板４０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、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。なお、第１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。
【００５２】
図１２は、第２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フローチャートである。図１３は、第２実施形態における振動板の製造工程を示す工程図であり、（ａ）は充填工程、（ｂ）は固化工程である。図１４は、第２実施形態における圧電アクチュエータの製造工程を示す工程図であり、（ａ）は拡散防止層形成工程、（ｂ）は下部電極形成工程、（ｃ）は圧電層形成工程、（ｄ）は上部電極形成工程、（ｅ）は離型工程である。
【００５３】
インクジェットヘッドを製造する際には、図１２に示すように、まず、振動板１４８（図１３参照）を形成する（Ｓ１１）。振動板１４８の形成方法は、図１３（ａ）に示すように、平板状のステンレスからなる凹状部材１４７の凹部１４７ａに離型材を塗った後、溶解した亜鉛を充填して、図１３（ｂ）に示すように、自然冷却などで固化させて、亜鉛からなる振動板１４８を形成する。つまり、第１実施形態においては、凹状部材である金属板４７も振動板４０の一部を構成していたが、第２実施形態においては、凹状部材１４７は振動板の一部を構成せず、振動板は凹状部材１４７の凹部１４７ａに配置された金属材料からのみ構成されている。
【００５４】
次に、図１２、図１４（ａ）に示すように、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により振動板１４８の上面にアルミナの粒子を堆積させることにより拡散防止層４１を形成する（Ｓ１２：拡散防止層形成工程）。続いて、図１２、図１４（ｂ）に示すように、拡散防止層４１の上面（振動板１４８と反対側の表面）にスパッタ法により下部電極４２を形成し（Ｓ１３：下部電極形成工程）、図１２、図１４（ｃ）に示すように、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、ＡＤ法により圧電材料の粒子を下部電極４２が形成された拡散防止層４１の上面に堆積させることにより圧電層４３を形成する（Ｓ１４：圧電層形成工程）。
【００５５】
その後、図１２に示すように、振動板１４８、拡散防止層４１、下部電極４２及び圧電層４３を所定のアニール処理温度に加熱して、圧電層４３に対して熱処理を施す（Ｓ１５：アニール処理工程）。このとき、振動板１４８は、凹状部材１４７内で溶融して液相となっており、その上に拡散防止層４１を介して圧電層４３が浮いている。そして、アニール処理工程後に、振動板１４８、拡散防止層４１、下部電極４２及び圧電層４３を自然冷却してアニール処理工程前の温度（例えば、環境温度）にする（Ｓ１６：固化工程）。すると、亜鉛からなる金属層４８は、融点である４２０℃よりも低くなった時点で固化する。
【００５６】
アニール処理工程時には、拡散防止層４１を介して圧電層４３が形成された振動板１４８は溶融している。この振動板１４８が溶融している状態では、圧電層４３には応力は生じていない。そして、振動板１４８を形成する亜鉛が固化する４２０℃（亜鉛の融点が４２０℃であるため）から環境温度までの温度変化の際に、亜鉛とＰＺＴの線膨張係数の差に起因した圧縮応力が圧電層４３に生じることになる。この圧縮応力は、４２０℃から環境温度までの温度変化によってのみ作用する応力であり、第１実施形態において仮定した条件時のようにアニール処理温度から環境温度までの温度変化によって作用する圧縮応力よりも小さいため、圧電層４３の残留応力を抑制することができる。これにより、圧電層４３の圧電特性の低下を低減することができる。さらに、温度変化が小さいことで、圧電アクチュエータ３２の反りを抑制することもできる。これにより、圧電アクチュエータ３２を後述する流路ユニット３１に接合する際の接合精度を高めることができる。
【００５７】
次に、図１２、図１４（ｄ）に示すように、圧電層４３の上面にスパッタ法により複数の上部電極４４を形成した後（Ｓ１７：上部電極形成工程）、図１２、図１４（ｅ）に示すように、凹状部材１４７から振動板１４８を離型して圧電アクチュエータを形成する（Ｓ１８：離型工程）。また、図１２に示すように、これらのＳ１１〜Ｓ１８の工程と並行して、３枚のプレート２１〜２３を互いに積層させ、金属拡散接合によって接合する。さらに、接着剤などによりマニホールドプレート２３の下面にノズルプレート２４を接合し、流路ユニット３１を形成する（Ｓ１９）。その後、キャビティプレート２１の上面に振動板１４８の下面を接着剤などにより接合することで、流路ユニットと圧電アクチュエータが接合され、インクジェットヘッドは完成する（Ｓ２０）。
【００５８】
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。
【００５９】
第２実施形態においては、凹状部材１４７から振動板１４８を形成していたが、図１５に示すように、凹状部材２４７の凹部２４７ａの底面に流路ユニット３１の圧力室１０に対応した凸部２４７ｂが形成されており、離型工程において離型すると、振動板及び圧力室を区画するキャビティプレートが一体成型されてもよい。
【００６０】
また、第１実施形態においては、エッチングにより振動板４０を構成する金属板４７に凹部４７ａを形成して、その凹部４７ａに溶融した亜鉛を充填して固化させて、金属層４８を形成していたが、プレスにより金属板４７に凹部４７ａを形成して、その凹部４７ａに溶融した亜鉛を充填して固化させて、金属層４８を形成してもよい。
【００６１】
さらに、第１実施形態においては、金属板４７の凹部４７ａに溶融した亜鉛を充填した後、この溶融した亜鉛を固化させて、金属層４８を形成し、金属板４７及び金属層４８からなる振動板４０を形成していたが、図１６（ａ）に示すように、ステンレスからなる金属板３４７及び亜鉛からなる金属層３４８を表面活性化処理（例えば、イオンエッチング）で張り合わせた後、図１６（ｂ）に示すように、金属板３４７及び金属層３４８を一対のローラ３５０で圧接圧延して、図１６（ｃ）に示すように、金属板３４７及び金属層３４８から構成された振動板３４０を形成してもよい。
【００６２】
また、第１実施形態においては、圧電層４３が形成される振動板４０の金属層４８は亜鉛により形成されていたが、融点が６６０℃のアルミニウムや、融点が２３２℃のスズなどのアニール処理温度よりも低い融点の金属材料により形成されてもよい。
【００６３】
アルミニウムやスズは圧電層４３を形成するＰＺＴよりも密度が小さい（アルミニウムの密度：約２（ｇ／ｃｍ３）、スズの密度：約７（ｇ／ｃｍ３））。圧電層４３が軽い場合には、溶解した金属層の表面張力により金属層４８上に浮かぶ。このとき、表面張力によって圧電層４３が金属層４８上に保持された状態で、環境温度まで冷却してもよい。なお、このとき圧電層４３が金属層４８内に沈まない程度に圧電層４３を金属層４８に向かって押圧することで、圧電層４３の面方向への移動を規制してもよい。一方、圧電層４３が重い場合には、金属層を形成する溶解したアルミニウムやスズ中に圧電層４３が沈んでしまう。そこで、図１７に示すように、振動板４４０の一部を構成し、且つ、溶融した金属層４４８が充填される金属板４４７の凹部４４７ａの底面に上方に突出した凸部４４７ｂを複数形成して、この凸部４４７ｂが形成された凹部４４７ａ内にアルミニウムやスズからなる金属層４４８を配置してもよい。金属層４４８上に圧電層４３を形成した後、アニール処理工程において、凹部４４７ａ内で金属層４４８が溶融しても、圧電層４３は凹部４４７ａに形成された凸部４４７ｂの先端部に支持されることとなり、圧電層４３全体が溶融した金属層４４８内に沈むことがない。なお、このとき、第１実施形態のように、アニール処理工程において溶融した金属層４４８上に浮いた圧電層４３の面方向への移動を治具８０にて規制せずに、圧電層４３を凹部４４７ａに向かって押圧することで、溶融した金属層４４８上に浮いた圧電層４３の面方向への移動を規制してもよい。
【００６４】
また、第１実施形態においては、アニール処理工程において溶融した金属層４８上に浮いた圧電層４３の面方向への移動を治具８０にて規制していたが、図１８に示すように、金属板５４７の凹部５４７ａ以外の厚みを厚くして、凹部５４７ａを深く形成して、金属板５４７の凹部５４７ａの側面に圧電層４３が接触することで、圧電層４３の面方向への移動を規制してもよい。一般的に、インクジェットヘッド３は、取り付けフレームに接合されて、この取り付けフレームをホルダに取り付けることで、ホルダに保持されるが、金属板５４７の凹部５４７ａ以外の厚みを厚くすることで、この金属板５４７をホルダへの取り付けフレームとして用いることができる。
【００６５】
さらに、本実施形態においては、金属層４８が配置された凹状部材である金属板４７は、ステンレスなどの金属材料により形成されていたが、凹状部材はアニール処理温度よりも融点の高い材料から形成されていれば、珪素などからなる砂型であってもよいし、セラミックスなどから形成されていてもよい。
【００６６】
さらに、振動板４０が下部電極を兼ねる場合には、拡散防止層４１を形成せずに、振動板４０にＡＤ法により圧電層を形成して、その後、スパッタ法により上部電極４４を形成してもよい。
【００６７】
さらに、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。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの平面図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】振動板の斜視図である。
【図７】第１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フローチャートである。
【図８】第１実施形態における振動板の製造工程を示す工程図であり、（ａ）はエッチング工程、（ｂ）は充填工程、（ｃ）は固化工程である。
【図９】第１実施形態における圧電アクチュエータの製造工程を示す工程図であり、（ａ）は拡散防止層形成工程、（ｂ）は下部電極形成工程、（ｃ）は圧電層形成工程、（ｄ）は上部電極形成工程である。
【図１０】ＡＤ法におけるチャンバー内の概略構成図である。
【図１１】アニール処理工程時の振動板の縦断面図である。
【図１２】第２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フローチャートである。
【図１３】第２実施形態における振動板の製造工程を示す工程図であり、（ａ）は充填工程、（ｂ）は固化工程である。
【図１４】第２実施形態における圧電アクチュエータの製造工程を示す工程図であり、（ａ）は拡散防止層形成工程、（ｂ）は下部電極形成工程、（ｃ）は圧電層形成工程、（ｄ）は上部電極形成工程、（ｅ）は離型工程である。
【図１５】変形例における凹状部材内に配置された振動板の縦断面図である。
【図１６】変形例における振動板の製造工程を示す工程図であり、（ａ）は張り合わせ工程、（ｂ）は圧接圧延工程である。
【図１７】凹部に凸部が形成された振動板の縦断面図である。
【図１８】圧電層の面方向への移動を規制する変形例を示す振動板の縦断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  プリンタ
３  インクジェットヘッド
１０  圧力室
３１  流路ユニット
３２  圧電アクチュエータ
４０、１４８、３４０、４４０  振動板
４３  圧電層
４７、３４７、４４７、５４７  金属板
４７ａ、１４７ａ、２４７ａ、２５７ａ  凹部
４８、３４８、４４８  金属層
【図１】
2010153546.tif 000003
【図２】
2010153546.tif 000004
【図３】
2010153546.tif 000005
【図４】
2010153546.tif 000006
【図５】
2010153546.tif 000007
【図６】
2010153546.tif 000008
【図７】
2010153546.tif 000009
【図８】
2010153546.tif 000010
【図９】
2010153546.tif 000011
【図１０】
2010153546.tif 000012
【図１１】
2010153546.tif 000013
【図１２】
2010153546.tif 000014
【図１３】
2010153546.tif 000015
【図１４】
2010153546.tif 000016
【図１５】
2010153546.tif 000017
【図１６】
2010153546.tif 000018
【図１７】
2010153546.tif 000019
【図１８】
2010153546.tif 000020