(57)【要約】【課題】圧電アクチュエータの圧電層を保護して損傷を防止するとともに、圧電層に液体が付着することによる電極間ショートや電極材料のマイグレーションを防止することも可能な、液滴噴射装置を提供すること。【解決手段】インクジェットヘッド１は、ノズル２０が開口する液滴噴射面１３ａ、及び、ノズル２０に連通する圧力室１４を含むインク流路を有する流路ユニット４と、流路ユニット４に設けられるとともに、圧力室１４と対向するように配置された圧電層３１とこの圧電層３１に設けられた個別電極３２とを有する圧電アクチュエータ５を備えている。そして、流路ユニット４の液滴噴射面１３ａには、撥液性を有する撥液膜２２が設けられる一方で、圧電アクチュエータ５の圧電層３１の表面は、撥液膜２２と同じ膜材料で形成された保護膜３８によって覆われている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を噴射するノズルが開口する液滴噴射面、及び、前記ノズルに連通する圧力室を含む液体流路を有する流路ユニットと、
前記流路ユニットに設けられるとともに、前記圧力室と対向するように配置された圧電層とこの圧電層に設けられた駆動電極とを有する圧電アクチュエータを備え、
前記流路ユニットの前記液滴噴射面には、撥液性を有する撥液膜が設けられ、
前記圧電アクチュエータの前記圧電層の表面が、前記撥液膜と同じ膜材料で形成された保護膜によって覆われていることを特徴とする液滴噴射装置。
【請求項２】
前記保護膜は、前記圧電層の前記表面の、前記圧力室と対向する領域のほぼ全域を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液滴噴射装置。
【請求項３】
前記圧電アクチュエータは、
前記駆動電極から前記圧電層の前記表面まで引き出され、前記駆動電極の給電用の配線部材と接続される端子を有し、
前記保護膜には、前記圧電層の前記表面まで引き出された前記端子を露出させるための開口が設けられ、
前記開口において露出した前記端子に、この端子と前記配線部材とを接続するための凸状のバンプが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液滴噴射装置。
【請求項４】
前記圧電アクチュエータは、
前記圧力室を覆うように前記流路ユニットに接合された振動板を有するとともに、この振動板の前記圧力室と反対側の面に前記圧電層が配置され、
前記振動板は、前記圧電層よりも靭性が高い材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の液滴噴射装置。
【請求項５】
液滴を噴射するノズルが開口する液滴噴射面、及び、前記ノズルに連通する圧力室を含む液体流路を有する流路ユニットと、前記流路ユニットに設けられるとともに、前記圧力室と対向するように配置された圧電層とこの圧電層に設けられた駆動電極とを有する圧電アクチュエータを備えた液滴噴射装置の製造方法であって、
前記流路ユニットの前記液滴噴射面に、撥液性を有する撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、
前記圧電アクチュエータの前記圧電層の表面に、前記撥液膜と同じ膜材料で、前記圧電層を覆う保護膜を形成する保護膜形成工程と、
を有することを特徴とする液滴噴射装置の製造方法。
【請求項６】
前記流路ユニットに前記圧電アクチュエータを設けた後に、一体化された前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータを成膜チャンバー内に収容し、
前記成膜チャンバー内において、前記流路ユニットの前記液滴噴射面と前記圧電アクチュエータの前記圧電層の前記表面に、前記膜材料をそれぞれ堆積させることにより、前記撥液膜と前記保護膜の形成を行うことを特徴とする請求項５に記載の液滴噴射装置の製造方法。
【請求項７】
前記撥液膜形成工程と前記保護膜形成工程において、前記撥液膜と前記保護膜を、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法の何れかによってそれぞれ形成することを特徴とする請求項６に記載の液滴噴射装置の製造方法。
【請求項８】
前記保護膜形成工程において、前記保護膜を、前記圧電層の前記表面の、前記圧力室と対向する領域のほぼ全域を覆うように形成することを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の液滴噴射装置の製造方法。
【請求項９】
前記圧電アクチュエータは、前記駆動電極から前記圧電層の前記表面まで引き出され、前記駆動電極の給電用の配線部材と接続される端子を有するものであり、
前記保護膜形成工程において、前記圧電層の前記表面まで引き出された前記端子を露出させるための開口を有する、前記保護膜を形成し、
前記開口において露出した前記端子に、流動性を有する導電性材料を付着させた後、導電性材料を硬化させることで、前記端子と前記配線部材とを接続するための凸状のバンプを形成することを特徴とする請求項５〜８の何れかに記載の液滴噴射装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を噴射する液滴噴射装置、及び、液滴噴射装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液滴を噴射する液滴噴射装置として、液体に噴射圧力を付与する圧電式のアクチュエータを備えたものがある。例えば、特許文献１には、液滴噴射装置としてのインクジェットヘッドが開示されており、このインクジェットヘッドは、ノズルやこのノズルに連通する圧力室等のインク流路が形成された流路ユニットと、流路ユニットに設けられて、その圧力室内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータを備えている。
【０００３】
また、この特許文献１の圧電アクチュエータは、圧力室を覆うように流路ユニットに接合された振動板と、この振動板上に配置された圧電層と、振動板と圧電層の間に介在する下部電極と、圧電層の上面の、圧力室と対向する領域に設けられた上部電極とを有する。そして、上部電極と下部電極の間に電圧が印加されて、両電極の間の圧電層に厚み方向の電界が作用したときに、圧電層に変形（圧電歪）が生じて圧力室を覆う振動板が変位することにより、圧力室の容積が変化し、その内部のインクに圧力が付与される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５４４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧電層を構成する圧電材料は脆性材料であるセラミックスである上、前記特許文献１に記載されているような従来の圧電アクチュエータでは、圧電層は、流路ユニットと反対側の面において露出している。そのため、圧電層に外部から衝撃が作用した時や、圧電アクチュエータの動作時（圧電層の変形時）などに、圧電層にクラック等の損傷が生じる虞がある。
【０００６】
また、通常、圧電アクチュエータの周囲にはノズルから噴射された液体がミスト状となって浮遊する。そして、この浮遊する液体が圧電層の露出した表面に付着すると、圧電層に設けられている電極間でショートが発生したり、あるいは、付着した液体によって電極材料の圧電層内でのマイグレーションが促進されて、圧電層の絶縁破壊が生じたりするといった不具合が発生する虞がある。
【０００７】
本発明の目的は、圧電アクチュエータの圧電層を保護して損傷を防止するとともに、圧電層に液体が付着することによる電極間ショートや電極材料のマイグレーションを防止することも可能な、液滴噴射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明の液滴噴射装置は、液滴を噴射するノズルが開口する液滴噴射面、及び、前記ノズルに連通する圧力室を含む液体流路を有する流路ユニットと、前記流路ユニットに設けられるとともに、前記圧力室と対向するように配置された圧電層とこの圧電層に設けられた駆動電極とを有する圧電アクチュエータを備え、
前記流路ユニットの前記液滴噴射面には、撥液性を有する撥液膜が設けられ、
前記圧電アクチュエータの前記圧電層の表面が、前記撥液膜と同じ膜材料で形成された保護膜によって覆われていることを特徴とするものである。
【０００９】
この構成によれば、圧電層の表面（流路ユニットと反対側の面）が保護膜で覆われるため、外部からアクチュエータに対して衝撃が作用した時、あるいは、アクチュエータ動作時などに、圧電層にクラック等の損傷が生じることが防止される。さらに、保護膜は、液滴噴射面に付着した液体がノズル開口周囲に滞留するのを防止するために設けられる撥液膜と同じ膜材料で形成される。このような撥液性の高い膜は、一般的に、液体や水蒸気の透過性が低い（遮断性能に優れる）。そのため、アクチュエータの周囲に存在する液体と圧電層との間が保護膜で遮断されるために液体が圧電層に付着することがなく、電極間のショートや圧電層内での電極材料のマイグレーションを防止できる。尚、本発明において、「撥液性を有する膜」とは、その膜が形成されることによって、膜が形成されていない場合の基材（ここでは、流路ユニットの液滴噴射面や圧電層の表面）と比べて、表面撥液性が高くなるような材料で成膜された膜のことである。
【００１０】
第２の発明の液滴噴射装置は、前記第１の発明において、前記保護膜は、前記圧電層の前記表面の、前記圧力室と対向する領域のほぼ全域を覆うように設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
圧電層の圧力室と対向する部分は、駆動電極に電圧が印加されることによって、所定の電界が付与されることから、電極材料のマイグレーションが特に発生しやすい。そのため、この圧電層の表面の、圧力室と対向する領域のほぼ全域が保護膜で覆われていることが好ましい。
【００１２】
第３の発明の液滴噴射装置は、前記第１又は第２の発明において、前記圧電アクチュエータは、前記駆動電極から前記圧電層の前記表面まで引き出され、前記駆動電極の給電用の配線部材と接続される端子を有し、
前記保護膜には、前記圧電層の前記表面まで引き出された前記端子を露出させるための開口が設けられ、前記開口において露出した前記端子に、この端子と前記配線部材とを接続するための凸状のバンプが設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
この構成によれば、駆動電極から圧電層の表面まで引き出された端子に、流動性を有する導電性材料を端子に付着させてバンプを形成する際に、端子の周囲に設けられた撥液性を有する保護膜によって、導電性材料が端子の位置から周囲に流れにくくなるため、バンプの高さを所望の高さにすることが容易である。
【００１４】
第４の発明の液滴噴射装置は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室を覆うように前記流路ユニットに接合された振動板を有するとともに、この振動板の前記圧力室と反対側の面に前記圧電層が配置され、前記振動板は、前記圧電層よりも靭性が高い材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
この構成によれば、外部から圧電アクチュエータに対して衝撃が作用したり、圧電アクチュエータの駆動を長期に継続する等で、圧電層に亀裂が発生した場合でも、その亀裂が振動板に伝播して圧力室まで伝わることが回避できる。したがって、圧力室の液体が圧電層に付着することを防止できる。
【００１６】
第５の発明の液滴噴射装置の製造方法は、液滴を噴射するノズルが開口する液滴噴射面、及び、前記ノズルに連通する圧力室を含む液体流路を有する流路ユニットと、前記流路ユニットに設けられるとともに、前記圧力室と対向するように配置された圧電層とこの圧電層に設けられた駆動電極とを有する圧電アクチュエータを備えた液滴噴射装置の製造方法であって、
前記流路ユニットの前記液滴噴射面に、撥液性を有する撥液膜を形成する撥液膜形成工程と、前記圧電アクチュエータの前記圧電層の表面に、前記撥液膜と同じ膜材料で、前記圧電層を覆う保護膜を形成する保護膜形成工程とを有することを特徴とするものである。
【００１７】
このように、圧電層の表面（流路ユニットと反対側の面）に保護膜を形成することにより、外部から衝撃が作用した時やアクチュエータ動作時などに、圧電層にクラック等の損傷が生じることが防止される。さらに、本発明では、保護膜を、液滴噴射面に付着した液体がノズル開口周囲に滞留するのを防止するために設けられる撥液膜と同じ膜材料で形成する。ここで、このような撥液性の高い膜は、一般的に、液体や水蒸気の透過性が低い（遮断性能に優れる）。そのため、アクチュエータの周囲に存在する液体と圧電層との間が保護膜で遮断されるために液体が圧電層に付着することがなく、電極間のショートや圧電層内での電極材料のマイグレーションを防止できる。
【００１８】
第６の発明の液滴噴射装置の製造方法は、前記第５の発明において、前記流路ユニットに前記圧電アクチュエータを設けた後に、一体化された前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータを成膜チャンバー内に収容し、
前記成膜チャンバー内において、前記流路ユニットの前記液滴噴射面と前記圧電アクチュエータの前記圧電層の前記表面に、前記膜材料をそれぞれ堆積させることにより、前記撥液膜と前記保護膜の形成を行うことを特徴とするものである。
【００１９】
本発明によれば、成膜装置の同一チャンバー内で、同じ膜材料からなる撥液膜と保護膜を一度に成膜することができるため、製造工程を簡略化できる。
【００２０】
第７の発明の液滴噴射装置の製造方法は、前記第６の発明において、前記撥液膜形成工程と前記保護膜形成工程において、前記撥液膜と前記保護膜を、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法の何れかによってそれぞれ形成することを特徴とするものである。
【００２１】
このように、スパッタ法、蒸着法、あるいは、ＣＶＤ法を採用すれば、撥液膜と保護膜を、それぞれ厚みが均一な膜に形成することが容易となる。
【００２２】
第８の発明の液滴噴射装置の製造方法は、前記第５〜第７の何れかの発明において、前記保護膜形成工程において、前記保護膜を、前記圧電層の前記表面の、前記圧力室と対向する領域のほぼ全域を覆うように形成することを特徴とするものである。
【００２３】
圧電層の圧力室と対向する部分は、駆動電極に電圧が印加されることによって、所定の電界が付与されることから、マイグレーションが特に発生しやすい。そのため、この圧電層の表面の、圧力室と対向する領域のほぼ全域を保護膜で覆うことが好ましい。
【００２４】
第９の発明の液滴噴射装置の製造方法は、前記第５〜第８の何れかの発明において、前記圧電アクチュエータは、前記駆動電極から前記圧電層の前記表面まで引き出され、前記駆動電極の給電用の配線部材と接続される端子を有するものであり、
前記保護膜形成工程において、前記圧電層の前記表面まで引き出された前記端子を露出させるための開口を有する、前記保護膜を形成し、
前記開口において露出した前記端子に、流動性を有する導電性材料を付着させた後、導電性材料を硬化させることで、前記端子と前記配線部材とを接続するための凸状のバンプを形成することを特徴とするものである。
【００２５】
駆動電極から圧電層の表面まで引き出された端子に、流動性を有する導電性材料を端子に付着させてバンプを形成する際に、端子の周囲に設けられた撥液性を有する保護膜によって、導電性材料が端子の位置から周囲に流れにくくなるため、バンプの高さを所望の高さにすることが容易である。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、圧電層の表面（流路ユニットと反対側の面）が保護膜で覆われるため、外部からアクチュエータに対して衝撃が作用した時、あるいは、アクチュエータ動作時などに、圧電層にクラック等の損傷が生じることが防止される。さらに、保護膜は、液滴噴射面に付着した液体がノズル開口周囲に滞留するのを防止するために設けられる撥液膜と同じ膜材料で形成される。このような撥液性の高い膜は、一般的に、液体や水蒸気の透過性が低い（遮断性能に優れる）。そのため、アクチュエータの周囲に存在する液体と圧電層との間が保護膜で遮断されるために液体が圧電層に付着することがなく、電極間のショートや圧電層内での電極材料のマイグレーションを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【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】インクジェットヘッドの平面図である。
【図３】図２の一部拡大図である。
【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】本実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程の前半部分を示す図であり、（ａ）はプレート接合工程、（ｂ）は圧電層形成工程、（ｃ）は個別電極形成工程、（ｄ）はノズルプレート接合工程をそれぞれ示す。
【図７】本実施形態に係るインクジェットヘッドの製造工程の後半部分を示す図であり、（ａ）は撥液膜と保護膜の形成工程、（ｂ）はバンプ形成工程をそれぞれ示す。
【図８】撥液膜と保護膜の形成工程で使用する成膜装置の構成を概略的に示す図である。
【図９】変更形態のインクジェットヘッドの図４相当の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、ノズルから記録用紙に対してインクの液滴を噴射して所望の画像や文字等を記録するインクジェットプリンタに本発明を適用した一例である。
【００２９】
まず、インクジェットプリンタの概略構成について簡単に説明する。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、インクジェットプリンタ１００は、図１の左右方向に移動可能なキャリッジ２と、このキャリッジ２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などを備えている。
【００３０】
そして、このプリンタ１は、インクジェットヘッド１をキャリッジ２と一体的に左右方向（走査方向）へ移動させながら、その下面に配置されたノズル２０（図２〜図５参照）から、搬送ローラ３によって図中前方（紙送り方向）に搬送される記録用紙Ｐに対してインクを噴射させることにより、記録用紙Ｐに所望の文字や画像等を記録する。
【００３１】
次に、インクジェットヘッド１（液滴噴射装置）について説明する。図２は、インクジェットヘッド１の平面図、図３は、図２の一部拡大図、図４は、図３のIV-IV線断面図、図５は、図３のV-V線断面図である。図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド１は、ノズル２０及びこのノズル２０に連通した圧力室１４を含むインク流路が形成された流路ユニット４と、圧力室１４内のインクにノズル２０から噴射させるための圧力を付与する圧電アクチュエータ５とを備えている。
【００３２】
まず、流路ユニット４について説明する。図４、図５に示すように、流路ユニット４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り、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等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができるようになっている。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。
【００３３】
図２〜図５に示すように、４枚のプレート１０〜１３のうち、最も上方に位置するキャビティプレート１０には、平面に沿って配列された複数の圧力室１４がプレート１０を貫通する孔により形成されている。そして、複数の圧力室１４は上下両側から後述の振動板３０及びベースプレート１１によりそれぞれ覆われている。また、複数の圧力室１４は、紙送り方向（図２の上下方向）に沿って千鳥状に配列されて、２列の圧力室列を構成している。さらに、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。
【００３４】
図３に示すように、ベースプレート１１の、平面視で圧力室１４の両端部と重なる位置には、それぞれ連通孔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、平面視で、２列に配列された圧力室１４の連通孔１５側の部分と重なるように、紙送り方向に延びる２つのマニホールド１７が形成されている。これら２つのマニホールド１７は、後述の振動板３０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１７へインクが供給される。さらに、マニホールドプレート１２の、平面視で複数の圧力室１４のマニホールド１７と反対側の端部と重なる位置には、それぞれ、複数の連通孔１６に連なる複数の連通孔１９も形成されている。
【００３５】
さらに、ノズルプレート１３の、平面視で複数の連通孔１９にそれぞれ重なる位置には、複数のノズル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、紙送り方向に沿って２列に配列された複数の圧力室１４の、マニホールド１７と反対側の端部とそれぞれ重なるように千鳥状に配置されて、２列のノズル列を構成している。そして、ノズルプレート１３の下面は、複数のノズル２０が開口する液滴噴射面１３ａとなっている。
【００３６】
また、図４、図５に示すように、ノズルプレート１３の液滴噴射面１３ａは撥液膜２２で覆われている。この撥液膜２２は、ポリイミド等で形成されたノズルプレート１３よりも、撥液性の高い材料（例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのフッ素系樹脂）で形成されている。そのため、ノズル２０から噴射されたインクの液滴の一部が液滴噴射面１３ａに付着しても、撥液膜２２の高い撥液性によりノズル２０の周囲にインクが滞留しにくくなり、液滴噴射面１３ａに付着したインクが、その後にノズル２０から噴射される液滴に悪影響を及ぼすこと（噴射曲がりの発生等）が防止される。
【００３７】
そして、図４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４内には、マニホールド１７から圧力室１４を経てノズル２０に至る個別インク流路２１が複数形成されている。
【００３８】
次に、圧電アクチュエータ５について説明する。図２〜図５に示すように、圧電アクチュエータ５は、流路ユニット４（キャビティプレート１０）の上面に配置された振動板３０と、この振動板３０の上面に複数の圧力室１４と対向するように形成された圧電層３１と、この圧電層３１の上面に配置された複数の個別電極３２（駆動電極）とを備えている。
【００３９】
振動板３０は、平面視で略矩形状の金属板であり、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、チタン系合金などからなる。この振動板３０は、キャビティプレート１０の上面に複数の圧力室１４を覆うように接合されている。また、導電性を有する振動板３０の上面は、複数の個別電極３２との間で圧電層３１を挟み、この圧電層３１に厚み方向の電界を生じさせる共通電極を兼ねている。さらに、この共通電極としての振動板３０は常にグランド電位に保持されている。
【００４０】
振動板３０の上面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする、圧電材料からなる圧電層３１が形成されている。この圧電層３１は、複数の圧力室１４を覆うように連続的に形成されている。
【００４１】
圧電層３１の上面には、圧力室１４よりも一回り小さい略楕円形の平面形状を有する複数の個別電極３２が形成されている。これら個別電極３２は、対応する圧力室１４の中央部と対向する位置にそれぞれ配置されている。また、個別電極３２は金、銅、銀、パラジウム、白金、あるいは、チタンなどの導電性材料からなる。
【００４２】
さらに、圧電層３１の上面には、２列に配列された複数の個別電極３２の連通孔１５側（図２の左右方向外側）の端部から、圧力室１４と対向しない領域までそれぞれ引き出された複数の接続端子３５が設けられている。また、図４に示すように、複数の接続端子３５には、導電性材料からなる凸状のバンプ３９がそれぞれ設けられている。また、圧電層３１の上方には、圧電アクチュエータ５を駆動するドライバＩＣ（図示省略）が実装されて、このドライバＩＣから個別電極３２への給電を行うフレキシブルプリント配線板５０（Flexible Printed Circuit（ＦＰＣ）：配線部材）が配置されており、複数の接続端子３５は、凸状のバンプ３９を介してＦＰＣ５０の端子と接続されている。つまり、圧電層３１の上面に設けられた複数の個別電極３２は、接続端子３５、バンプ３９、及び、ＦＰＣ５０上の配線を介して、ＦＰＣ５０に実装されたドライバＩＣと電気的に接続されている。そして、圧電アクチュエータ５の駆動時には、ドライバＩＣから、インクを噴射させる所望のノズル２０に対応する個別電極３２に対して所定の駆動電位が付与される。
【００４３】
これに加えて、本実施形態においては、個別電極３２や接続端子３５が設けられている圧電層３１の上面３１ａ（流路ユニット４と反対側の面）は、その全面が保護膜３８で覆われている。この保護膜３８は、前述したノズルプレート１３の液滴噴射面１３ａを覆う撥液膜２２と同じ膜材料（例えば、フッ素系樹脂）で形成されている。このように、圧電層３１の上面３１ａが保護膜３８で覆われることにより、外部から圧電アクチュエータ５に対して衝撃が作用した時、あるいは、アクチュエータ動作時などに、圧電層３１にクラック等の損傷が生じることが防止される。
【００４４】
また、保護膜３８は、撥液膜２２と同じく、フッ素系樹脂等の、撥液性に優れた材料で形成されているが、このような撥液性材料で形成された膜は、一般的に、液体や水蒸気の透過性が低い（遮断性能に優れる）ことが知られている。そのため、ノズル２０から噴射されて圧電アクチュエータ５の周囲にミスト状に存在するインク（水分）と圧電層３１とが保護膜３８によって遮断され、インクが圧電層３１の上面３１ａに付着することが保護膜３８によって阻止される。これにより、隣接する個別電極３２（接続端子３５）間でのショートが防止される。また、水分が存在すると圧電層３１内でのマイグレーション現象が生じやすくなる。即ち、水分によって、個別電極３２を構成する電極材料のイオン化が促進されて、電極材料が陰極側（ここでは、金属製の振動板３０）へ移動し、圧電層３１の絶縁破壊を生じさせる虞がある。しかし、本実施形態では、保護膜３８によって圧電層３１の上面３１ａへの水分の付着が阻止されることから、上述のマイグレーションの発生による絶縁破壊も防止できる。
【００４５】
尚、図３、図４に示すように、圧電層３１の上面の接続端子３５が形成された領域においては、保護膜３８に、接続端子３５を露出させるための開口３８ａが形成されている。そして、この開口３８ａにおいて露出した接続端子３５の表面に、導電性材料からなる凸状のバンプ３９が配置されている。つまり、個別電極３２と接続端子３５は、凸状のバンプ３９が形成されている領域を除いて、全て保護膜３８によって覆われている。
【００４６】
さらに、保護膜３８は、圧電層３１の上面の、圧力室１４と対向する領域の全域を覆うように設けられている。後でも説明するが、圧電層３１の圧力室１４と対向する部分は、個別電極３２と共通電極としての振動板３０との間に電圧が印加されることによって、所定の電界が付与される活性部となることから、マイグレーションが特に発生しやすい。そのため、本実施形態のように、マイグレーション防止の観点から、圧電層３１の上面の、圧力室１４と対向する領域の全域が保護膜３８で覆われていることが好ましい。
【００４７】
尚、本実施形態では、圧電層３１の下面は、金属製の振動板３０で覆われている。一般に、金属材料は、圧電層３１を構成する圧電材料よりも靭性がかなり高いため、外部から圧電アクチュエータ５に対して衝撃が作用したり、圧電アクチュエータ５の駆動を長期に継続する等で、圧電層３１に亀裂が発生した場合でも、その亀裂が振動板３０に伝播して圧力室１４まで伝わることが回避できる。したがって、このような場合であっても、金属製の振動板３０によって、流路ユニット４（圧力室１４）側からの圧電層３１へのインクの浸入は確実に阻止される。つまり、圧電層３１の下面を覆う金属製の振動板３０と、圧電層３１の上面３１ａを覆う保護膜３８とにより、圧電層３１へのインクの浸入がほぼ完全に防止される。
【００４８】
次に、インク噴射時における圧電アクチュエータ５の作用について説明する。複数の個別電極３２に対してドライバＩＣから選択的に所定の駆動電位が印加されると、駆動電位が印加された圧電層３１上側の個別電極３２と、グランド電位に保持されている圧電層３１下側の共通電極としての振動板３０の電位が互いに異なった状態となることから、個別電極３２と振動板３０の間に挟まれた圧電層３１に厚み方向の電界が生じる。そして、圧電層３１の分極方向と電界の方向とが同じ場合には、圧電層３１はその分極方向である厚み方向に伸びて水平方向に収縮し（圧電横効果）、この圧電層３１の収縮変形に伴って、振動板３０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撓む。このとき、圧力室１４の容積が減少することからその内部のインクに圧力が付与され、圧力室１４に連通するノズル２０からインクの液滴が噴射される。
【００４９】
次に、本実施形態の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６、図７は、インクジェットヘッド１の製造工程を示す図である。まず、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１０、ベースプレート１１、及び、マニホールドプレート１２に、圧力室１４やマニホールド１７等のインク流路を構成する孔を形成する。これらのプレート１０〜１２は金属材料からなるため、エッチングによりインク流路を構成する孔を容易に形成することができる。
【００５０】
そして、図６（ａ）に示すように、振動板３０、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の４枚の金属プレートを積層して接合する。このときの接合方法は特に限定されるものではないが、例えば、積層したプレートを所定温度（例えば、１０００℃）以上に加熱しながら加圧することにより、４枚の金属プレートを金属拡散接合により接合することができる。あるいは、接着剤を用いて４枚のプレートを接合することもできる。
【００５１】
次に、図６（ｂ）に示すように、振動板３０の上面に圧電層３１を形成する。ここで、圧電層３１の形成方法は特に限定されるものではないが、例えば、成膜材料（ここでは圧電材料）の粒子とキャリアガスを含むエアロゾルを成膜対象の基板（ここでは振動板３０）に吹きつけて、基板上に粒子を堆積させる、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を採用することができる。その他にも、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、水熱合成法等の公知の方法により圧電層３１を形成してもよい。さらには、グリーンシートを焼成して得られた圧電シートを接着剤で振動板３０に貼り付けることにより、圧電層３１を形成してもよい。
【００５２】
次に、図６（ｃ）に示すように、圧電層３１の上面３１ａに個別電極３２及び接続端子３５を形成する。ここで、圧電層３１を、前述したＡＤ法やスパッタ法等の成膜方法を用いて形成する場合には、圧電層３１の上面３１ａに、個別電極３２と接続端子３５を、スクリーン印刷、スパッタ法、蒸着法等により一度に形成する。また、焼成した圧電シートを振動板３０に貼り付けて圧電層３１を形成する場合には、焼成前のグリーンシートに、スクリーン印刷等によって先に個別電極３２と接続端子３５を形成しておき、焼成後に得られた、圧電シートと個別電極３２及び接続端子３５とが一体化されたものを、振動板３０に貼り付ける。つまり、図６（ｂ）、（ｃ）の工程を同時に行うことになる。
【００５３】
次に、合成樹脂製のノズルプレート１３に複数のノズル２０をレーザー加工等で形成した後に、図６（ｄ）に示すように、このノズルプレート１３をマニホールドプレート１２の下面に接着剤等で接合する。これにより、プレート１０〜１３で構成される流路ユニット４と、振動板３０、圧電層３１、及び、個別電極３２を有する圧電アクチュエータ５とが一体化された、積層体６０が完成する。
【００５４】
尚、ノズルプレート１３を、流路ユニット４を構成する他の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もよく、その場合には、図６（ａ）に示すプレート接合工程において、プレート１０〜１２及び振動板３０と、ノズルプレート１３を、金属拡散接合で一度に接合してもよい。
【００５５】
次に、図７（ａ）に示すように、図６（ｄ）で得られた流路ユニット４と圧電アクチュエータ５とからなる積層体６０の上下両面、即ち、ノズルプレート１３の下面（液滴噴射面１３ａ）と圧電層３１の上面に、フッ素系樹脂等の撥液性を有する同じ膜材料で、撥液膜２２と保護膜３８をそれぞれ形成する（撥液膜形成工程、保護膜形成工程）。
【００５６】
ここで、撥液膜２２と保護膜３８は、それぞれ、フッ素系樹脂等の膜材料を積層体６０の上下面にそれぞれ塗布することによって形成することができる。あるいは、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、あるいは、ＡＤ法など、膜材料を堆積させる方法を採用することもできる。その中でも、均一な厚みの膜を形成するという観点からは、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法の何れかによって、撥液膜２２と保護膜３８とを形成することが好ましい。
【００５７】
また、撥液膜２２と保護膜３８とを別々の工程で形成してもよいが、製造工程の簡略化という観点からは、同じ膜材料からなる撥液膜２２と保護膜３８を１つの工程で一度に形成することが好ましい。このことは、上述した、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、あるいは、ＡＤ法等の、成膜方法を採用すれば、容易に実現できる。
【００５８】
図８は、蒸着法を用いて撥液膜２２と保護膜３８とを成膜する成膜装置７０の概略構成図である。図８に示すように、成膜装置７０は、成膜チャンバー７１と、この成膜チャンバー７１内を真空にするための真空ポンプ７２と、成膜チャンバー７１内で成膜対象である積層体６０を保持する保持部材７３と、保持部材７３に保持された積層体６０の両面を覆うように上下に移動するシャッター７４と、膜材料７８を収容する坩堝７５等を備えている。成膜チャンバー７１内において、積層体６０の両面側に２つの坩堝７５がそれぞれ設置され、各坩堝７５には収容された、ＰＴＦＥ等の膜材料７８を溶融させるヒーター７６が設けられている。また、保持部材７３には、この保持部材７３に保持されている積層体６０を加熱するヒーター７７が設けられている。
【００５９】
まず、成膜チャンバー７１内に積層体６０を収容して保持部材７３に保持させ、真空ポンプ７２により成膜チャンバー７１内を真空状態にする。また、シャッター７４が上限位置（図中二点鎖線で示された位置）にあって積層体６０の両面を覆った状態で、２つの坩堝７５をヒーター７６で６００〜８００℃程度に加熱して、それらの内部のＰＴＦＥ等の膜材料７８を溶融させる。また、保持部材７３に設けられたヒーター７７により積層体６０を２００〜２５０℃程度に加熱する。この状態で、シャッター７４を下方へ移動させて下限位置（図中実線で示された位置）に保持することで、２つの坩堝７５内の膜材料７８を積層体６０の両面にそれぞれ堆積させ、撥液膜２２と保護膜３８を同時に形成する。
【００６０】
また、図７（ａ）に示すように、保護膜形成工程において、保護膜３８には、圧電層３１の上面に形成された接続端子３５を露出させるための開口３８ａを形成する。この開口３８ａは、先に保護膜３８を圧電層３１の上面３１ａ全域に形成してから、レーザー加工等により接続端子３５を覆っている部分の保護膜３８を除去することによって形成してもよい。あるいは、接続端子３５の表面にマスキング材を設置してから圧電層３１の上面３１ａに保護膜３８を形成した後、マスキング材を除去することで、マスキング材が設置されていた領域に開口３８ａを形成するようにしてもよい。
【００６１】
その後、図７（ｂ）に示すように、保護膜３８の開口３８ａにおいて露出した接続端子３５に、導電ペーストやハンダ、あるいは、導電性接着剤等の、流動性を有する導電性材料を付着させた後、この導電性材料を硬化させることにより、凸状のバンプ３９を形成する。ここで、接続端子３５に導電性材料を付着させたときに、この接続端子３５の周囲に設けられた撥液性を有する保護膜３８によって、流動性を有する導電性材料が周囲に流れにくくなる。これにより、凸状のバンプ３９の高さを所望の高さにすることが容易であり、複数の接続端子３５間でのバンプ３９のばらつきが小さくなる。このように、バンプ３９の高さが所定の高さに管理されていると、その後の工程でＦＰＣ５０が圧電アクチュエータ５に接合されたときに、両者の端子間における接続不良が生じにくい。また、接続端子３５やこれに繋がる個別電極３２の、電極材料の表面の撥液性は低い（濡れ性が高い）ため、従来では、バンプを形成する流動性を有する導電性材料が接続端子３５の表面から個別電極３２へ流れてしまい、圧力室１４上での圧電層３１の変形を阻害してしまう虞があったが、本発明を適用することにより、そのような問題も解消される。
【００６２】
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、前記実施形態とほぼ同じ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。
【００６３】
１］前記実施形態でも少し述べたが、撥液膜２２と保護膜３８とを同時に形成する必要はなく、別々の工程で形成してもよい。また、前記実施形態の図８では、１つの成膜チャンバー７１内において、撥液膜２２と保護膜３８とを同時に形成しているが、まず、成膜チャンバー７１内で一方の膜のみを成膜した後に、積層体６０の姿勢を変更してから他方の膜を成膜するというように、成膜チャンバー７１から積層体６０を出すことなく、両方の膜を順番に形成する方法を採用してもよい。
【００６４】
２］前記実施形態の圧電アクチュエータ５は、流路ユニット４の圧力室１４を覆う振動板３０と、この振動板３０上に配置された１層の圧電層３１とを有する、いわゆる、ユニモルフ型の圧電アクチュエータであったが、本発明の適用対象となるアクチュエータはこれに限られない。例えば、図９に示すインクジェットヘッド１Ａの圧電アクチュエータ５Ａのように、積層された複数枚の圧電層８１を有し、これら複数枚の圧電層８１の間に、駆動電位が付与される個別電極８２とグランド電位に保持される共通電極８４が交互に配置された、いわゆる、積層型のアクチュエータであってもよい。尚、この図９のような積層型の圧電アクチュエータは、個別電極８２と共通電極８４に挟まれた、各々の圧電層８１自体の厚み方向の変形（圧電縦効果）を主に利用して圧力室１４の容積を変化させるため、前記実施形態のユニモルフ型の圧電アクチュエータでは必要であった、圧電層の変形に応じて撓む振動板を設ける必要はない。しかし、圧電層８１が圧力室１４内のインクに直接触れていると、インクが圧電層８１内に容易に浸入してしまうことになるから、圧力室１４内のインクが圧電層８１内に浸入するのを防止するという観点からは、図９のように、金属材料等のインク透過性の低い材料で形成された、透過防止膜８０が設けられていることが好ましい。
【００６５】
３］前記実施形態の圧電アクチュエータ５においては、所定の駆動電位が付与される個別電極３２（駆動電極）が、保護膜３８によって覆われる圧電層３１の上面３１ａに配置されていたが、個別電極が圧電層の上面に位置している必要は必ずしもなく、上述した図９のアクチュエータ５Ａのように、個別電極８２が圧電層８１の間（内部）に配置されていてもよい。尚、図９のように、個別電極８２が内部に位置している場合には、最上層の圧電層８１の上方に位置するＦＰＣ５０と個別電極８２とを接続するときには、例えば、以下のような構成にする。まず、個別電極８２よりも上に位置する圧電層８１にはスルーホール８６が形成され、その内部には導電性材料が充填される。また、スルーホール８６内の導電性材料は、内部に位置する個別電極８２、及び、最上層の圧電層８１の上面８１ａに形成された接続端子８５と、それぞれ電気的に導通する。これにより、個別電極８２からスルーホール８６内の導電性材料を介して最上層の圧電層８１の上面８１ａまで、ＦＰＣ５０と接続される接続端子８５が引き出された構成となる。
【００６６】
以上、本発明の実施の形態として、インク流路内のインクに圧力を付与してノズルから噴射させる、インクジェットヘッドに本発明を適用した例を挙げて説明したが、本発明の適用対象は、画像印刷用のインク以外の液体（例えば、導電ペーストや、薬液、あるいは、化学溶液等）をノズルから噴射する、様々な技術分野で使用される液滴噴射装置に本発明を適用することもできる。
【符号の説明】
【００６７】
１，１Ａ  インクジェットヘッド
４  流路ユニット
５，５Ａ  圧電アクチュエータ
１３ａ  液滴噴射面
１４  圧力室
２０  ノズル
２２  撥液膜
３０  振動板
３１  圧電層
３２  個別電極
３５  接続端子
３８  保護膜
３８ａ  開口
３９  バンプ
５０  フレキシブルプリント配線板
６０  積層体
７０  成膜装置
７１  成膜チャンバー
８１  圧電層
８２  個別電極
８４  共通電極
８５  接続端子
【図１】
2010214795.tif 000003
【図２】
2010214795.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010214795.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010214795.tif 000008
【図７】
2010214795.tif 000009
【図８】
2010214795.tif 000010
【図９】
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