(57)【要約】 【課題】アニール処理による圧電特性の低下を回避できる圧電アクチュエータの製造方法を提供することにある。【解決手段】  圧電層形成工程において、Ｔｉが拡散する分だけ最適組成からずれた組成を有する材料粒子Ｍを使用して圧電層３を形成する。このとき、圧電層３を、振動板２上に形成された第１の圧電層３Ａと、この第１の圧電層３Ａ上に積層された第２の圧電層３Ｂとの二層構造とする。そして、第１の圧電層３Ａのみを最適組成からずれた組成を有するものとし、その上に積層される第２の圧電層３Ｂについては、最適組成を有するものとする。この圧電層３に対してアニール処理を施すと、第１の圧電層３Ａにおいては拡散元素が拡散することによって、組成が修正されて最適組成となる。一方、振動板２から遠い第２の圧電層３Ｂまでは拡散が進行しないため、この第２の圧電層３Ｂについては最適組成が維持される。これにより、良好な圧電特性が得られる。【選択図】  図２
2006093348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料の粒子を含むエアロゾルを基板の表面側に噴き付けて前記粒子を付着させることにより圧電層を形成する圧電層形成工程と、
前記圧電層をアニール処理するアニール処理工程と、を含み、かつ、
前記基板が、前記圧電材料を構成する元素と同一の元素であって前記アニール処理工程において前記基板から前記圧電層へ拡散する拡散元素を含むものであるとともに、
前記粒子として、前記拡散元素と同一の元素の組成比を前記拡散元素の拡散量に基づいて前記圧電層の圧電特性を最大とする最適組成から低めたものを使用する圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項２】
前記圧電層形成工程が、
前記拡散元素と同一の元素の組成比を前記拡散元素の拡散量に基づいて前記圧電層の圧電特性を最大とする最適組成から低めた粒子を用いて前記基板上に第１の圧電層を形成する第１の圧電層形成工程と、
前記圧電層の圧電特性を最大とする最適組成を有する粒子を用いて前記第１の圧電層上に第２の圧電層を形成する第２の圧電層形成工程と、
を含む請求項１に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項３】
前記第１の圧電層の厚さを０．２μｍ以上１μｍ以下とするとともに、前記アニール処理工程において加熱温度を６００℃以上８００℃以下、加熱時間を３０分以上１８０分以下とする請求項２に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
インクを吐出するためのインク吐出ノズルに連通するとともに一面側に開口する開口部を備えた圧力室が複数設けられたインク流路形成体と、
前記インク流路形成体の一面側に前記開口部を閉じるように設けられる振動板と、この振動板上に積層される圧電膜とを備える圧電アクチュエータと、
を備えるインクジェットヘッドを製造する方法であって、
圧電材料の粒子を含むエアロゾルを基板の表面側に噴き付けて前記粒子を付着させることにより圧電層を形成する圧電層形成工程と、
前記圧電層をアニール処理するアニール処理工程と、を含み、かつ、
前記基板が、前記圧電材料を構成する元素と同一の元素であって前記アニール処理工程において前記基板から前記圧電層へ拡散する拡散元素を含むものであるとともに、
前記粒子として、前記拡散元素と同一の元素の組成比を前記拡散元素の拡散量に基づいて前記圧電層の圧電特性を最大とする最適組成から低めたものを使用するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記圧電層形成工程の前に、
前記インク流路形成体を形成する前記インク流路形成体形成工程と、
前記インク流路形成体の前記一面に前記振動板を接合する振動板接合工程と、
をさらに備える請求項４に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項６】
圧電材料の粒子を含むエアロゾルを基板の表面側に噴き付けて前記粒子を付着させることにより圧電層を形成する圧電層形成工程と、
前記圧電層をアニール処理するアニール処理工程と、を含み、かつ、
前記圧電材料の粒子が、前記アニール処理工程において前記圧電層から前記基板へ拡散する拡散元素を含むものであるとともに、
前記粒子として、前記拡散元素の組成比をこの拡散元素の拡散量に基づいて前記圧電層の圧電特性を最大とする最適組成から高めたものを使用する圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
前記圧電層形成工程が、
前記拡散元素の組成比をこの拡散元素の拡散量に基づいて前記圧電層の圧電特性を最大とする最適組成から高めた粒子を用いて前記基板上に第１の圧電層を形成する第１の圧電層形成工程と、
前記圧電層の圧電特性を最大とする最適組成を有する粒子を用いて前記第１の圧電層上に第２の圧電層を形成する第２の圧電層形成工程と、
を含む請求項６に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
前記第１の圧電層の厚さを０．２μｍ以上１μｍ以下とするとともに、前記アニール処理工程において加熱温度を６００℃以上８００℃以下、加熱時間を３０分以上１８０分以下とする請求項７に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
インクを吐出するためのインク吐出ノズルに連通するとともに一面側に開口する開口部を備えた圧力室が複数設けられたインク流路形成体と、
前記インク流路形成体の一面側に前記開口部を閉じるように設けられる振動板と、この振動板上に積層される圧電膜とを備える圧電アクチュエータと、
を備えるインクジェットヘッドを製造する方法であって、
圧電材料の粒子を含むエアロゾルを基板の表面側に噴き付けて前記粒子を付着させることにより圧電層を形成する圧電層形成工程と、
前記圧電層をアニール処理するアニール処理工程と、を含み、かつ、
前記圧電材料の粒子が、前記アニール処理工程において前記圧電層から前記基板へ拡散する拡散元素を含むものであるとともに、
前記粒子として、前記拡散元素の組成比をこの拡散元素の拡散量に基づいて前記圧電層の圧電特性を最大とする最適組成から高めたものを使用するインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記圧電層形成工程の前に、
前記インク流路形成体を形成する前記インク流路形成体形成工程と、
前記インク流路形成体の前記一面に前記振動板を接合する振動板接合工程と、
をさらに備える請求項９に記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【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およびインクジェットヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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一例として、特許文献１に記載のものがある。この圧電アクチュエータは、流路形成体においてノズル開口と連通する圧力室の開口部を閉じるように設けられる基板（弾性膜）を備え、この基板上に下部電極、圧電層、上部電極を順に積層したものである。下部電極と上部電極との間に電界を印加すると、圧電層の変形に伴って基板が撓み、圧力室内のインクが加圧されてノズル開口から吐出される。
【０００３】
このような圧電アクチュエータの製造方法として、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）と呼ばれるものがある。これは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料の微粒子を気体中に分散させたもの（エアロゾル）を基板表面に向けて噴射させ、微粒子を基板上に衝突・堆積させることにより圧電膜を形成させるものである（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開平１１−３１４３６５号公報
【特許文献２】特開２００１−１５２３６０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記のようなＡＤ法により成膜した圧電膜には、基板を十分に撓ませるのに必要な圧電特性を得るために、アニール処理を施す必要がある。
【０００５】
ところが、例えば６００℃を越えるような高温でアニール処理を行うと、基板に含まれる元素が圧電膜中に拡散し、圧電特性を低下させてしまうことがある。そこで、このような現象を防止するために、基板と圧電膜との間に拡散防止層を設けるなどの対策がとられている。しかし、拡散防止層を設けるとコスト高となり、また、高温アニール処理を行う場合には、拡散防止層を設けていてもわずかに元素が圧電膜中へ拡散する場合があるため、拡散への対策として必ずしも充分とはいえなかった。
【０００６】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アニール処理による圧電特性の低下を回避できる圧電アクチュエータの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、アニール処理による圧電特性の低下を回避できる圧電アクチュエータの製造方法を提供すべく鋭意研究した結果、以下の知見を見出した。
【０００８】
例えば、圧電膜の材料としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用いた場合、その最適な組成比はＺｒ：Ｔｉ＝５３：４７付近にあることが知られている。これは、この最適値付近にモルフォトロピック相境界（ＭＰＢ；Morphotoropic Phase Boundary）が存在するためであると考えられる。すなわち、ＭＰＢ付近ではＴｉ濃度の増加とともに結晶系が菱面晶系から正方晶系に転移し、自発分極の向きが変化するため、結晶構造が不安定となり、分極回転が大きくなるためである。
【０００９】
しかし、このＭＰＢ付近では、小さな組成比の変化でも圧電特性が大きく変動するため、最適組成比に調整した圧電材料を用いて圧電膜を構成しても、圧電材料を構成する元素の拡散によって、圧電特性が大きく低下することがある。
【００１０】
このことから、成膜時ではなくアニール終了時において、圧電層を構成する元素の組成比が最適値となるように、あらかじめ圧電層の組成比を調整しておくことで、良好な圧電特性を得ることが可能となる。すなわち、圧電層形成工程においては、基板から圧電層へ、または圧電層から基板への拡散を考慮して、この拡散分だけ最適組成からずれた組成比を有する圧電層を形成しておくのである。
【００１１】
本発明はかかる新規な知見に基づいてなされたものであって、圧電材料の粒子を含むエアロゾルを基板の表面側に噴き付けて前記粒子を付着させることにより圧電層を形成する圧電層形成工程と、前記圧電層をアニール処理するアニール処理工程と、を含み、かつ、前記基板が、前記圧電材料を構成する元素と同一の元素であって前記アニール処理工程において前記基板から前記圧電層へ拡散する拡散元素を含むものであるとともに、前記粒子として、前記拡散元素と同一の元素の組成比を前記拡散元素の拡散量に基づいて前記圧電層の圧電特性を最大とする最適組成から低めたものを使用するものである。
【００１２】
また、本発明は、圧電材料の粒子を含むエアロゾルを基板の表面側に噴き付けて前記粒子を付着させることにより圧電層を形成する圧電層形成工程と、前記圧電層をアニール処理するアニール処理工程と、を含み、かつ、前記圧電材料の粒子が、前記アニール処理工程において前記圧電層から前記基板へ拡散する拡散元素を含むものであるとともに、前記粒子として、前記拡散元素の組成比をこの拡散元素の拡散量に基づいて前記圧電層の圧電特性を最大とする最適組成から高めたものを使用するものである。
【００１３】
本発明において、基板の材質としては圧電アクチュエータの基板として通常に使用されるものであれば特に制限はなく、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０ＬＸ、ＳＵＳ４３６Ｌ、ＳＵＳ３２１等）、４２Ａ合金、アルミナ、ジルコニア、チタン等を使用することができる。なお、基板は、表面に下部電極層などの中間層を設けてあるものを含む。この場合、中間層と圧電層とのあいだで拡散が起こることとなる。
【００１４】
本発明の圧電材料としては、ＭＰＢ構造をとるものであれば特に制限はなく、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰＭＮ（マグネシウムニオブ酸鉛）、ＰＬＺＴ（ランタン添加チタン酸ジルコン酸鉛）、ＰＭＮ−ＰＴ（Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）、ＰＮＮ−ＰＴ（Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３−ＰｂＴｉＯ３）、ＰＭＮ−ＰＺＴ、ＰＮＮ−ＰＺＴ等が挙げられる。
【００１５】
また、ある程度厚みの大きい圧電層を形成する場合には、最適組成からずれた組成を有する粒子を用いて基板上に第１の圧電層を形成し、その上に、最適組成を有する粒子を用いて第２の圧電層を形成してもよい。第１の圧電層の厚さは、元素の拡散のしやすさ等によっても異なり一概に限定できないが、０．２μｍ以上１μｍ以下であればよい。また、この場合、第１の圧電層を拡散によって最適な組成比とするために、アニール処理工程において加熱温度を６００℃以上８００℃以下、加熱時間を３０分以上１８０分以下とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、基板から圧電層へ、または圧電層から基板へ拡散する元素をこの元素の拡散量に基づいて最適組成から増減させた圧電材料の粒子を使用して圧電層を形成する。すなわち、圧電層形成工程においては、拡散元素が拡散する分だけ最適組成からずれた組成を有する圧電層を形成しておくのである。
【００１７】
このようにすれば、この後のアニール工程において拡散元素が拡散することによって、圧電層の組成が修正されて最適組成となるから、良好な圧電特性を得ることができる。
【００１８】
また、ある程度厚い圧電層を形成する場合には、最適組成からずれた組成を有する粒子を用いて基板上に第１の圧電層を形成し、その上に、最適組成を有する粒子を用いて第２の圧電層を形成する。この圧電層に対してアニール処理を施すと、第１の圧電層においては拡散元素が拡散することによって、圧電層の組成が修正されて最適組成となる。一方、基板から遠い第２の圧電層では拡散が進行しないため、最適組成が維持される。このようにすれば、ある程度厚みのある圧電層を形成する場合であっても、圧電層全体を最適な組成とすることができるから、良好な圧電特性を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照しつつ詳細に説明する。本実施形態では、本発明の圧電アクチュエータをインクジェットプリンタ用のインクジェットヘッド１０に適用した例について示す。
【００２０】
図１には、本実施形態のインクジェットヘッド１０を示す。インクジェットヘッド１０は、インク２０が収容される複数の圧力室１６を備えた流路ユニット１１（本発明のインク流路形成体に該当する）と、この流路ユニット１１上に圧力室１６を閉じるように接合されたアクチュエータプレート１（本発明の圧電アクチュエータに該当する）とを備えている。
【００２１】
流路ユニット１１は、全体として平板状をなしており、ノズルプレート１２、マニホールドプレート１３、流路プレート１４、および圧力室プレート１５を順に積層するとともに、各プレート１２、１３、１４、１５を互いにエポキシ系の熱硬化性接着剤にて接合した構成となっている。
【００２２】
ノズルプレート１２は、ポリイミド系の合成樹脂材料にて形成されており、その内部にはインク２０を噴射するための複数のインク吐出ノズル１９が整列して形成されている。マニホールドプレート１３は、例えばステンレス（ＳＵＳ４３０）にて形成され、その内部には、インク吐出ノズル１９に接続する複数のノズル流路１８が設けられている。流路プレート１４は、同じくステンレス（ＳＵＳ４３０）にて形成されており、内部にノズル流路１８に連通した複数のプレッシャ流路１７が設けられている。圧力室プレート１５は同じくステンレス（ＳＵＳ４３０）にて形成され、その内部にはプレッシャ流路１７に連通した複数の圧力室１６が設けられている。圧力室１６は、流路プレート１４およびマニホールドプレート１３に設けられた図示しないマニホールド流路および共通インク室を介してインクタンクに接続されている。このようにして、インクタンクに接続された共通インク室から、マニホールド流路、圧力室１６、プレッシャ流路１７およびノズル流路１８を経てインク吐出ノズル１９へと至る経路が形成されている。
【００２３】
この流路ユニット１１に積層されるアクチュエータプレート１は、圧力室１６の壁面の一部を構成する振動板２（本発明の基板に該当する）と、この振動板２上に形成された圧電層３と、この圧電層３上に設けられた上部電極４とで構成されている。
【００２４】
振動板２は、例えばチタンにて矩形状に形成されており、流路ユニット１１の上面に熱圧着により接合されて、流路ユニット１１の上面全体を覆う形態となっている。なお、この振動板２は、駆動回路ＩＣ（図示せず）のグランドに接続され、下部電極としても使用される。
【００２５】
この振動板２において流路ユニット１１に接する面と反対側の面には、全面にわたって圧電層３が形成されている。圧電層３は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電体の圧電セラミックス材料から形成されており、振動板２の表面全体に均一な厚みで積層されている。この圧電層３は、エアロゾルデポジション法により形成されたものであって、その厚み方向に分極するように分極処理が施されている。なお、この圧電層３は、振動板２上に形成された第１の圧電層３Ａと、この第１の圧電層３Ａ上に形成された第２の圧電層３Ｂとの二層構造となっている（詳細は後述する）。
【００２６】
この圧電層３上において振動板２に密着されている側と逆側の面上には、複数の上部電極４が備えられている。この上部電極４は、各圧力室１６の開口部１６Ａに対応する領域にそれぞれ設けられるとともに、駆動回路ＩＣに接続されており、駆動電極として使用される。
【００２７】
印刷を行う際には、駆動回路ＩＣから所定の駆動信号が発せられると、上部電極４の電位が下部電極（振動板２）よりも高い電位とされ、圧電層３の分極方向（厚み方向）に電界が印加される。すると、圧電層３が厚み方向に膨らむとともに、面方向に収縮する。これにより、圧電層３および振動板２（即ちアクチュエータプレート１）において圧力室１６の開口に対応する領域が、圧力室１６側に凸となるように局所的に変形する（ユニモルフ変形）。このため、圧力室１６の容積が低下して、インク２０の圧力が上昇し、インク吐出ノズル１９からインク２０が噴射される。その後、上部電極４が下部電極（振動板２）と同じ電位に戻されると、圧電層３と振動板２とが元の形状になって圧力室１６の容積が元の容積に戻るので、インク２０をインクタンクに連通するマニホールド流路より吸い込む。
【００２８】
次に、このアクチュエータプレート１を備えたインクジェットヘッド１０を製造する方法について説明する。
【００２９】
まず、ステンレスにより形成されたマニホールドプレート１３、流路プレート１４、圧力室プレート１５に、それぞれノズル流路１８、プレッシャ流路１７、圧力室１６となる孔をエッチングにより形成する。次いで、これらを積層した状態で接合し、流路ユニット１１の大半を形成する（インク流路形成体形成工程）。なお、ノズルプレート１２は合成樹脂材料により形成されているため、後述するアニール処理の際に加熱すると溶融することから、ここでは接合せず、アニール処理の後に接合する。
なお、ノズルプレート１２を他のプレート１３〜１５と同様にステンレスで形成してもよく、この場合には、インク流路形成体形成工程において、ノズルプレート１２にはノズルとなる孔をプレス加工により形成し、このノズルプレート１２を他のプレート１３〜１５とともに積層した状態で接合し、流路ユニット１１の全体を形成するようにしても良い。
【００３０】
次に、図２Ａに示すように、ステンレスにより形成された振動板２を流路ユニット１１における圧力室プレート１５の上面に位置合わせした状態で重ねて熱圧着により接合し、振動板２によって各圧力室１６の開口部１６Ａを閉鎖する（振動板接合工程）。
【００３１】
次に、図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、第１の圧電層３Ａおよび第２の圧電層３Ｂを、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）によって順に形成する（圧電層形成工程）。図３には、圧電層３を形成するための成膜装置３０の概略図を示した。この成膜装置３０は、材料粒子Ｍをキャリアガスに分散させてエアロゾルＺを形成するエアロゾル発生器３１、およびエアロゾルＺを噴射ノズル３７から噴出させて基板に付着させるための成膜チャンバ３５を備えている。
【００３２】
エアロゾル発生器３１には、内部に材料粒子Ｍを収容可能なエアロゾル室３２と、このエアロゾル室３２に取り付けられてエアロゾル室３２を振動する加振装置３３とを備えている。エアロゾル室３２には、キャリアガスを導入するためのガスボンベＢが導入管３４を介して接続されている。導入管３４の先端はエアロゾル室３２内部において底面付近に位置し、材料粒子Ｍ中に埋没するようにされている。キャリアガスとしては、例えばヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性ガスや空気、酸素等を使用することができる。
【００３３】
成膜チャンバ３５には、圧電層を形成する基板を取り付けるためのステージ３６と、このステージ３６の下方に設けられた噴射ノズル３７が備えられている。噴射ノズル３７は、エアロゾル供給管３８を介してエアロゾル室３２に接続されており、エアロゾル室３２内のエアロゾルＺが、エアロゾル供給管３８を通って噴射ノズル３７に供給されるようになっている。また、この成膜チャンバ３５には、粉体回収装置３９を介して真空ポンプＰが接続されており、その内部を減圧できるようにされている。
【００３４】
この成膜装置３０を用いて、図２Ｂに示すように、まず、振動板２上に第１の圧電層３Ａを形成する（第１の圧電層形成工程）。
まず、振動板２をステージ３６にセットする。次いで、エアロゾル室３２の内部に材料粒子Ｍを投入する。材料粒子Ｍとしては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を使用する。第１の圧電層３Ａの形成に使用されるＰＺＴ粒子は、最も良好な圧電特性を発揮する最適組成よりも、Ｔｉ（本発明の拡散元素に相当する）の組成比を僅かに減少させたものである。なお、第１の圧電層３Ａの厚みは、後述のアニール処理によってＴｉが到達する上限にほぼ等しい厚さ、具体的には、０．２〜１μｍとする。
【００３５】
そして、ガスボンベＢからキャリアガスを導入して、そのガス圧で材料粒子Ｍを舞い上がらせる。それととともに、加振装置３３によってエアロゾル室３２を振動することで、材料粒子Ｍとキャリアガスとを混合してエアロゾルＺを発生させる。そして、成膜チャンバ３５内を真空ポンプＰにより減圧することにより、エアロゾル室３２と成膜チャンバ３５との間の差圧により、エアロゾル室３２内のエアロゾルＺを高速に加速しつつ噴射ノズル３７から噴出させる。噴出したエアロゾルＺに含まれる材料粒子Ｍは振動板２に衝突して堆積し、第１の圧電層３Ａを形成する。
【００３６】
続いて、図２Ｃに示すように、この第１の圧電層３Ａ上に、第２の圧電層３Ｂを形成する（第２の圧電層形成工程）。この第２の圧電層形成工程で使用される材料粒子Ｍは、最も良好な圧電特性を発揮する最適組成のＰＺＴ粒子である。この材料粒子Ｍを用いて、第１の圧電層形成工程と同様にして、成膜装置３０により成膜を行う。
【００３７】
成膜終了後、必要な圧電特性を得るために、形成した圧電層３のアニール処理を行う（アニール処理工程）。このとき、振動板２を構成するＴｉ元素が、加熱によって第１の圧電層３Ａに拡散する（図２Ｄ）。ここで、第１の圧電層３Ａは、Ｔｉ（本願の拡散元素に相当する）の組成比が最適組成よりも僅かに少なくなるように形成したものであるから、この拡散により不足のＴｉが補充され、最適組成となる。このとき、振動板２から供給される拡散元素（Ｔｉ）は、圧電層３Ａのみに拡散し、第２の圧電層３Ｂまでは到達しない。したがって、第２の圧電層３Ｂについては拡散の影響がなく、成膜時の最適組成が維持される。このようにして、アニール処理により、圧電層３全体を最適な組成とすることができる。
【００３８】
次に、図２Ｅに示すように、圧電層３の上面に上部電極４、および各上部電極４に接続した複数のリード部（図示せず）を形成する。上部電極４及びリード部を形成するには、例えば、圧電層３上の全域に導体膜を形成した後、フォトリソグラフィ・エッチング法を利用して所定のパターンに形成してもよく、あるいは圧電層３の上面に直接スクリーン印刷により形成しても良い。
【００３９】
この後、上部電極４−振動板２（下部電極）間に通常のインク噴射動作時よりも強い電界を印加して、両電極間の圧電層３を厚み方向に分極する（分極処理）。最後に、ノズルプレート１３をマニホールドプレート１４に接合する。以上によりアクチュエータプレート１が完成する。
【００４０】
以上のように本実施形態によれば、圧電層形成工程において、材料粒子Ｍとして、振動板２から圧電層３へ拡散する元素Ｔｉをその拡散量に基づいて最適組成から減少させたものを使用する。すなわち、Ｔｉが拡散する分だけ最適組成からずれた組成を有する圧電層３を形成しておく。このようにすれば、この後のアニール工程でＴｉが振動板２から圧電層３へ拡散することによって、圧電層３の組成が修正されて最適組成となる。
【００４１】
このとき、振動板２から供給される拡散元素（Ｔｉ）が到達するのは、振動板２と圧電層３Ａとの界面からおよそ０．２μｍ〜１μｍである。よって、圧電層３を、振動板２上に厚さ約０．２μｍ〜１μｍに形成された第１の圧電層３Ａと、この第１の圧電層３Ａ上に積層された第２の圧電層３Ｂとの二層構造としておく。そして、振動板２と接する第１の圧電層３Ａのみを最適組成からずれた組成を有するものとし、その上に積層される第２の圧電層３Ｂについては、最適組成を有するものとする。この圧電層３に対してアニール処理を施すと、第１の圧電層３Ａにおいては拡散元素が拡散することによって、組成が修正されて最適組成となる。一方、振動板２から遠い第２の圧電層３Ｂまでは拡散が進行しないため、この第２の圧電層３Ｂについては最適組成が維持される。このようにすれば、ある程度厚みのある圧電層３を形成する場合であっても、圧電層３全体を最適な組成とすることができるから、良好な圧電特性を得ることができる。
【実施例】
【００４２】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
【００４３】
＜実施例＞
１．圧電膜の形成
１）成膜
基板としてはチタン板を、材料粒子としては平均粒子径０．３〜１μｍのＰＺＴを用いた。ＰＺＴは、モルフォトロピック相境界近傍で圧電特性が最も良好となる最適組成（Ｚｒ：Ｔｉ＝５３：４７）に調製されたものと、この最適組成よりもＺｒを約１％リッチとしたものとを使用した。
成膜装置としては上記実施形態と同様のものを使用した。
【００４４】
基板表面に、ＺｒリッチなＰＺＴ粉体を使用して、第１の圧電層を形成した。成膜条件は、ノズル開口０．４ｍｍ×１０ｍｍ、成膜チャンバー内圧力２００Ｐａ、エアロゾル室内圧力３００００Ｐａ、キャリアガス種類Ｈｅ、ガス流量は３．０リットル／ｍｉｎ、ノズル−基板間距離１０〜２０ｍｍとした。第１の圧電層の厚みは表面粗さ計による段差測定で約１μｍであった。
この第１の圧電層上に、最適組成を有するＰＺＴ粉体を使用して、上記第１の圧電層と同様の成膜条件で第２の圧電層を形成した。最終的な圧電層の厚みは表面粗さ計による段差測定で約８．５μｍであった。
【００４５】
２）アニール処理
続いて形成した圧電膜のアニール処理を行った。マッフル炉（ヤマト工業株式会社製  ＦＰ１００）を７００℃に昇温し、内部に圧電層形成後の基板を投入した。１０分間保持した後、基板を炉から取り出して自然冷却により室温まで冷却した。
【００４６】
２．試験
圧電膜上に粘着性樹脂テープを用いてマスキングを行い、有効面積３．６ｍｍ２以上の上部電極をＡｕ蒸着機を用いて形成し、基板を下部電極とした圧電アクチュエータを構成した。次いで、印加電界３００ｋＶ／ｃｍで分極処理を行った。
この圧電アクチュエータについて、強誘電体測定器（ＴＦＡＮＡＬＹＺＥＲ２０００；ＡｉＸＡＣＴ社製）により、電圧を印加しながら静電容量を測定し、残留分極（Ｐｒ）と抗電界（Ｅｃ）とを測定した。
【００４７】
＜比較例＞
最適組成を有するＰＺＴ粉体を使用して、実施例と同様の成膜条件で、１層のみで構成される圧電膜を形成し、試験を行った。なお、圧電層の厚さは表面粗さ計による段差測定で約８μｍであった。
【００４８】
［結果と考察］
実施例および比較例についての実験結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2006093348.tif 000003
【００５０】
表１より、比較例のものでは、Ｐｒ／Ｅｃが０．４４と、実施例のものに比べて低くなっていた。これは、基板に含まれるＴｉ元素が圧電層に拡散したために、圧電層の組成が最適組成からずれてしまったためであると考えられる。
これに対し、実施例のものでは、Ｐｒ／Ｅｃが０．５６と良好な値を示した。これは、圧電層において基板との界面付近をあらかじめＺｒリッチな第１の圧電層としておいたことで、アニール処理時に基板に含まれるＴｉ元素がここに拡散し、アニール処理後の圧電層を最適組成付近に調整することができたためであると考えられる。
【００５１】
本発明の技術的範囲は、上記した実施形態によって限定されるものではなく、例えば、次に記載するようなものも本発明の技術的範囲に含まれる。その他、本発明の技術的範囲は、均等の範囲にまで及ぶものである。
（１）上記実施形態では、振動板２をＴｉにて構成し、圧電層３Ａに拡散する拡散元素をＴｉとなるようにしたが、基板（振動板）をＴｉを含まない材料で構成し、この基板の表面にＴｉを含む中間層を形成しても良い。
（２）上記実施形態では、圧電層を二層構造としたが、例えば圧電層がごく薄い場合などには、圧電層を、最適組成からずれた組成を有する材料粒子のみによって形成される１層構造としても良い。
（３）上記実施形態では、アニール処理によって基板から圧電層に拡散する元素の組成比をあらかじめ低くした材料粒子を使用したが、例えば、基板がシリコンであって圧電材料がＰＺＴである場合等のように、アニール処理によって圧電層から基板側へ元素（この場合はＰｂ）が拡散する場合には、拡散元素を過剰に含む材料粒子を用いて圧電層を形成すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態のインクジェットヘッドを示す側断面図
【図２】圧電アクチュエータの製造工程を示す側断面図  （Ａ）振動板を圧力室プレートに接合した様子を示す図  （Ｂ）第１の圧電層を形成した様子を示す図  （Ｃ）第２の圧電層を形成した様子を示す図  （Ｄ）アニール処理により圧電層に元素が拡散した様子を示す図  （Ｅ）上部電極を形成した様子を示す図
【図３】成膜装置の概略図
【符号の説明】
【００５３】
１…アクチュエータプレート（圧電アクチュエータ）
２…振動板（基板）
３…圧電層
３Ａ…第１の圧電層
３Ｂ…第２の圧電層
Ｍ…材料粒子（圧電材料の粒子）
Ｚ…エアロゾル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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