(57)【要約】  【課題】  圧電層と電極との間の密着性を向上させることが可能な圧電アクチュエータの製造方法及び圧電アクチュエータを提供すること。  【解決手段】  絶縁材料層３１の表面上に複数の個別電極３２を形成するとともに、各個別電極３２の表面に凹部（貫通穴３２ａ）を形成し、個別電極３２の表面に圧電層３３を形成し、さらに、圧電層３３の表面に共通電極３４を形成するため、個別電極３２の表面上の圧電層３３の一部が貫通穴３２ａ内に入り込んで絶縁材料層３１に密着して、圧電層３３が個別電極３２から剥がれにくくなり、個別電極３２と圧電層３３の密着性が向上する。【選択図】  図３ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料層の表面上に第１の電極を形成するとともに、この第１の電極の表面に凹部を形成する第１工程と、
前記第１の電極の表面に圧電層を形成する第２工程と、
この圧電層の表面に第２の電極を形成する第３工程と、を備えた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】
前記凹部が、前記第１の電極を貫通する貫通穴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】
前記貫通穴が複数形成され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の製造方法。
【請求項４】
前記絶縁材料層を、熱膨張係数が前記第１の電極よりも前記圧電層に近い材料で形成することを特徴とする請求項２又は３に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項５】
前記貫通穴の穴径は前記第１の電極の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記貫通穴の穴径は前記圧電層の厚さよりも小さいことを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
前記第１の電極の外周側部分における前記複数の貫通穴の配置密度は、前記第１の電極の中央部における配置密度よりも大きいことを特徴とする請求項３〜６の何れか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工程において、前記第１の電極から延び且つこの第１の電極に駆動電圧を印加する為の配線部を形成し、この配線部にも複数の貫通穴を形成することを特徴とする請求項３〜７の何れかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
前記第２工程において、前記圧電層を、エアロゾルデポジション法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法の何れかにより形成することを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁材料層を、金属製の振動板の表面に形成することを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１１】
絶縁材料層の表面上に設けられ且つその表面に凹部が形成された第１の電極と、
この第１の電極の表面上に形成された圧電層と、
この圧電層の表面上に形成された第２の電極とを有することを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
前記凹部が、前記第１の電極を貫通する貫通穴であることを特徴とする請求項１１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１３】
前記貫通穴が複数形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１４】
前記絶縁材料層は、熱膨張係数が前記第１の電極よりも前記圧電層に近い材料で形成されており、前記圧電層が前記貫通穴を通して部分的に前記絶縁材料層に密着していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１５】
インクを吐出するノズルに連通した複数の圧力室を有する流路ユニットと、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを有し、
前記圧電アクチュエータは、
絶縁材料層と、
前記複数の圧力室に夫々対応して前記絶縁材料層の表面上に形成された複数の個別電極と、
これら複数の個別電極に跨ってそれらの表面に形成された圧電層と、
この圧電層の表面に形成された共通電極とを備え、
各個別電極の表面には凹部が設けられていることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項１６】
前記凹部が、前記個別電極を貫通する貫通穴であることを特徴とする請求項１５に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１７】
前記貫通穴が複数形成されていることを特徴とする請求項１６に記載のインクジェットヘッド。
【請求項１８】
前記絶縁材料層は、熱膨張係数が前記個別電極よりも前記圧電層に近い材料で形成されており、前記圧電層が前記複数の貫通穴を通して部分的に前記絶縁材料層に密着していることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のインクジェットヘッド。
【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、圧電アクチュエータ、及び、圧電アクチュエータを有するインクジェットヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧電層に電界を作用させることによりこの圧電層を変形させて駆動対象を駆動する圧電アクチュエータが知られている。このような圧電アクチュエータとしては、特許文献１に記載されているように、インクジェット記録装置に用いられるものがある。この特許文献１の圧電アクチュエータは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電層と、この圧電層の下面にインクジェットヘッドの複数の圧力室に夫々対応して設けられた複数の下部電極と、圧電層の上面に複数の下部電極に夫々対応して設けられた複数の上部電極とを有する。そして、圧電アクチュエータに駆動電圧が供給されたときには、下部電極と上部電極の電位が異なった状態となり、両電極間に挟まれた圧電層に電界が作用して圧電層が変形して、振動板としての役割も果たしている下部電極を介して圧力室内のインクに圧力が印加される。
【０００３】
この圧電アクチュエータは以下のようにして製造される。まず、単結晶ＭｇＯ基板上に上部電極をスパッタ法により形成する。次に、上部電極の表面にＰＺＴの層をスパッタ法により形成し、この層に熱処理を施して圧電層を形成する。さらに、圧電層の表面に下部電極をスパッタ法で形成する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１５４６４６号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前記特許文献１に記載の圧電アクチュエータにおいては、電極を形成する導電性材料とこの電極に接触する圧電層を形成するＰＺＴの熱膨張係数の差が大きい。そのため、ＰＺＴに熱処理を施して圧電層を形成する際の変形量がＰＺＴと電極とでは大きく異なるため、圧電層と電極との間の界面応力が大きくなり、圧電層が電極から剥離しやすくなる。そのため、圧電アクチュエータの耐久性が低下するし、製造段階における歩留まりも悪くなる。
【０００６】
本発明の目的は、圧電層と電極との間の密着性を向上させることが可能な圧電アクチュエータの製造方法及び圧電アクチュエータ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】
【０００７】
第１の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、絶縁材料層の表面上に第１の電極を形成するとともに、この第１の電極の表面に凹部を形成する第１工程と、前記第１の電極の表面に圧電層を形成する第２工程と、この圧電層の表面に第２の電極を形成する第３工程とを備えたことを特徴とするものである。なお、この発明における第１の電極の表面に形成された凹部は、第１の電極を貫通する貫通穴の形態をも含むものである。
【０００８】
第２の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第１の発明において、前記凹部が、前記第１の電極を貫通する貫通穴であることを特徴とするものである。
【０００９】
第３の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第２の発明において、前記貫通穴が複数形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
これらの圧電アクチュエータの製造方法においては、第１工程において、絶縁材料層の表面上に第１の電極を形成するとともに、この第１の電極の表面に凹部を形成し、次に、第２工程において、第１の電極の表面に圧電層を形成し、さらに、第３工程において、圧電層の表面に第２の電極を形成する。そのため、圧電層の一部が凹部内に入り込み、第１の電極と圧電層との界面において圧電層が凹凸に形成されるため、圧電層が凹部により拘束されることになる。従って、圧電層が第１の電極の表面から剥離しにくくなり、圧電層と第１の電極の密着性が向上する。従って、圧電アクチュエータの耐久性が向上するし、さらに、製造段階における歩留まりも改善される。なお、第１の電極の表面に形成された凹部は、第１の電極を貫通する貫通穴であっても良く、さらに、貫通穴は複数形成されていても良い。これらの場合によれば、圧電層の拘束がより強固になされるため、圧電層と第１の電極の密着性がより向上する。
【００１１】
また、圧電層をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの熱処理が必要な材料で形成する場合には、圧電層を形成する材料と第１の電極を形成する材料では、両者の熱膨張係数の差に起因して熱処理時の変形量に差が生じ、それに伴って両者の間に界面応力が生じる。そして、この界面応力が大きいと圧電層が第１の電極から剥がれやすくなる。しかし、第３の発明によれば、第１の電極と圧電層の接触面が複数の貫通穴により所々分断されて両者の間の界面応力が小さくなるため、このような圧電層に対して熱処理が行われる場合においても、圧電層と第１の電極の密着性が向上する。
【００１２】
第４の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第２又は第３の発明において、前記絶縁材料層を、熱膨張係数が前記第１の電極よりも前記圧電層に近い材料で形成することを特徴とするものである。圧電層をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの熱処理が必要な材料で形成される場合でも、絶縁材料層の熱膨張係数が第１の電極よりも圧電層に近いため、圧電層に熱処理を施したときには、圧電層と第１の電極の間の変形量の差に比べて、圧電層と絶縁材料層の間の変形量の差は小さくなる、従って、圧電層は、絶縁材料層に密着しやすくなり、圧電層が第１の電極に形成された貫通穴を通して部分的に絶縁材料層に密着することで、圧電層と第１の電極の密着性がより向上する。
【００１３】
第５の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第２〜第２の何れかの発明において、前記貫通穴の穴径は前記第１の電極の厚さよりも大きいことを特徴とするものである。従って、圧電層が貫通穴を通して絶縁材料層に密着しやすくなり、圧電層と第１の電極の密着性が向上する。
【００１４】
第６の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第２〜第５の何れかの発明において、前記貫通穴の穴径は前記圧電層の厚さよりも小さいことを特徴とするものである。従って、貫通穴により、圧電層に印加される電界に乱れが生じて、圧電層の変形効率が低下してしまうのを極力抑えることができる。
【００１５】
第７の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第３〜第６の何れかの発明において、前記第１の電極の外周側部分における前記複数の貫通穴の配置密度は、前記第１の電極の中央部における配置密度よりも大きいことを特徴とするものである。圧電層と第１の電極の界面においては、第１の電極の外周側ほど界面応力が大きく、その外周側から圧電層が剥がれやすいが、この第１の電極の外周側部分における貫通穴の配置密度を中央部よりも大きくすることにより、外周側部分における密着性を高くすることができるため、圧電層が第１の電極から剥がれにくくなる。
【００１６】
第８の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第３〜第７の何れかの発明において、前記第１工程において、前記第１の電極から延び且つこの第１の電極に駆動電圧を印加する為の配線部を形成し、この配線部にも複数の貫通穴を形成することを特徴とするものである。このように、第１の電極から延びる配線部にも複数の貫通穴を形成することにより、第１の電極及び配線部と圧電層との密着性をより向上させることができる。
【００１７】
第９の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第１〜第８の何れかの発明において、前記第２工程において、前記圧電層を、エアロゾルデポジション法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法の何れかにより形成することを特徴とするものである。これらの方法により圧電層を形成した場合、圧電層を形成する材料の粒子が凹部内に入り込みやすいため、圧電層と第１の電極の密着性が向上する。
【００１８】
第１０の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第１〜第９の何れかの発明において、前記絶縁材料層を、金属製の振動板の表面に形成することを特徴とするものである。従って、振動板を弾性率の高い金属材料で構成して、圧電アクチュエータの応答性を高めることができ、さらに、絶縁材料層により、金属製の振動板と第１の電極とを電気的に絶縁することができる。
【００１９】
第１１の発明の圧電アクチュエータは、絶縁材料層の表面上に設けられ且つその表面に凹部が形成された第１の電極と、この第１の電極の表面上に形成された圧電層と、この圧電層の表面上に形成された第２の電極とを有することを特徴とするものである。なお、この発明における第１の電極の表面に形成された凹部は、第１の電極を貫通する貫通穴の形態を含むものである。
【００２０】
第１２の発明の圧電アクチュエータは、前記第１１の発明の圧電アクチュエータにおいて、前記凹部が、前記第１の電極を貫通する貫通穴であることを特徴とするものである。
【００２１】
第１３の発明の圧電アクチュエータは、前記第１２の発明の圧電アクチュエータにおいて、前記貫通穴が複数形成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
これらの圧電アクチュエータにおいては、圧電層が凹部内に入り込み、第１の電極と圧電層との界面において圧電層が凹凸に形成されて、圧電層が凹部により拘束されるため、圧電層が第１の電極の表面から剥離しにくくなり、圧電層と第１の電極との密着性が向上する。従って、圧電アクチュエータの耐久性が向上するし、さらに、製造段階における歩留まりも改善される。なお、第１の電極の表面に形成された凹部は、第１の電極を貫通する貫通穴であっても良く、さらに、貫通穴は複数形成されていても良い。これらの場合によれば、圧電層の拘束がより強固になされるため、圧電層と第１の電極の密着性がより向上する。
【００２３】
第１４の発明の圧電アクチュエータは、前記第１２又は第１３の発明において、前記絶縁材料層は、熱膨張係数が前記第１の電極よりも前記圧電層に近い材料で形成されており、前記圧電層が前記貫通穴を通して部分的に前記絶縁材料層に密着していることを特徴とするものである。圧電層がチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの熱処理が必要な材料で形成される場合でも、絶縁材料層の熱膨張係数が第１の電極よりも圧電層に近いため、圧電層に熱処理を施したときには、圧電層と第１の電極の間の変形量の差に比べて、圧電層と絶縁材料層の間の変形量の差は小さくなる、従って、圧電層は絶縁材料層に密着しやすくなり、圧電層が第１の電極に形成された貫通穴を通して部分的に絶縁材料層に密着することで、圧電層と第１の電極の密着性がより向上する。
【００２４】
第１５の発明のインクジェットヘッドは、インクを吐出するノズルに連通した複数の圧力室を有する流路ユニットと、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを有し、前記圧電アクチュエータは、絶縁材料層と、前記複数の圧力室に夫々対応して前記絶縁材料層の表面上に形成された複数の個別電極と、これら複数の個別電極に跨ってそれらの表面に形成された圧電層と、この圧電層の表面に形成された共通電極とを備え、各個別電極の表面には凹部が設けられていることを特徴とするものである。なお、この発明における個別電極の表面に形成された凹部は、個別電極を貫通する貫通穴の形態を含むものである。
【００２５】
第１６の発明のインクジェットヘッドは、前記第１５の発明のインクジェットヘッドにおいて、前記凹部が、前記個別電極を貫通する貫通穴であることを特徴とするものである。
【００２６】
第１７の発明のインクジェットヘッドは、前記第１６の発明のインクジェットヘッドにおいて、前記貫通穴が複数形成されていることを特徴とするものである。
【００２７】
これら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の複数の個別電極に選択的に駆動電圧が供給されたときに、個別電極と共通電極との間の圧電層に電界が生じて圧電層が変形し、この圧電層の変形により圧力室内のインクに圧力が印加されて、ノズルからインクが吐出される。ここで、圧電アクチュエータにおいて、各個別電極の表面に凹部が設けられているため、圧電層が個別電極から剥がれにくくなり、個別電極と圧電層の密着性が向上する。なお、個別電極の表面に形成された凹部は、個別電極を貫通する貫通穴であっても良く、さらに、貫通穴は複数形成されていても良い。これらの場合によれば、個別電極と圧電層の密着性がより向上する。
【００２８】
第１８の発明のインクジェットヘッドは、前記第１６又は第１７の発明において、前記絶縁材料層は、熱膨張係数が前記個別電極よりも前記圧電層に近い材料で形成されており、前記圧電層が前記複数の貫通穴を通して部分的に前記絶縁材料層に密着していることを特徴とするものである。この第１８の発明によれば、前述の第１４の発明と同様に、貫通穴を通して圧電層が絶縁材料層に密着するため、圧電層と個別電極との密着性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、本発明をインクジェットヘッドに用いられる圧電アクチュエータに適用した一例である。
【００３０】
図１に示すように、インクジェットヘッド１は、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の上面に積層された圧電アクチュエータ３とを備えている。
【００３１】
まず、流路ユニット２について説明する。図２は、図１のインクジェットヘッド１の右半分の概略平面図である。また、図３は図２のIII-III線断面図、図４は図２のIV-IV線断面図である。図２〜図４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が積層状態で接着されている。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は略矩形のステンレス鋼製の板である。そのため、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。
【００３２】
図２に示すように、キャビティプレート１０には、平面に沿って配列された複数の圧力室１４が形成されている。これら複数の圧力室１４は、流路ユニット２の表面（後述する振動板３０が接合されるキャビティプレート１０の上面）において開口している。尚、図２には、複数の圧力室１４のうちの一部（８つ）が示されている。各圧力室１４は、平面視で略楕円形状に形成されており、その長軸方向がキャビティプレート１０の長手方向に平行になるように配置されている。
【００３３】
ベースプレート１１の平面視で圧力室１４の長軸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、マニホールドプレートの短手方向（図２の上下方向）に２列に延び、平面視で圧力室１４の図２における右半分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、キャビティプレート１０に形成されたインク供給口１８を介してインクタンク（図示省略）からインクが供給される。また、平面視で圧力室１４の図２における左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、平面視で複数の圧力室１４の左端部に重なる位置に、複数のノズル２０が夫々形成されている。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。
【００３４】
そして、図３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から圧力室１４を経てノズル２０に至る個別インク流路が形成されている。
【００３５】
次に、圧電アクチュエータ３について説明する。図１〜図５に示すように、圧電アクチュエータ３は、流路ユニット２の表面に配置された振動板３０と、この振動板３０の表面に形成された絶縁材料層３１と、複数の圧力室１４に夫々対応して絶縁材料層３１の表面に形成された複数の個別電極３２（第１の電極）と、これら複数の個別電極３２に跨ってそれらの表面に形成された圧電層３３と、この圧電層３３の表面に形成され、複数の個別電極３２に亙って共通に設けられた共通電極３４（第２の電極）とを備えている。
【００３６】
振動板３０は、平面視で略矩形状のステンレス鋼製の板であり、複数の圧力室１４の開口を塞ぐ状態でキャビティプレート１０の上面に積層された状態で接合されている。ここで、振動板３０が比較的弾性率の高いステンレス鋼で形成されているため、後述するようにインクの吐出動作の際に圧電層３３が変形したときに、振動板３０の剛性の高さによって、圧電アクチュエータ３の応答性が高くなる。また、この振動板３０は、同じくステンレス鋼で形成されたキャビティプレート１０の表面に接合される。そのため、振動板３０とキャビティプレート１０の熱膨張係数が等しくなり、両者の接合強度が向上する。さらに、流路ユニット２内のインクは、インクに対する耐食性に優れるステンレス鋼で形成された振動板３０と流路ユニット２に接触する。そのため、どのようなインクを選択しても流路ユニット２内あるいは振動板３０に局部電池が形成される虞がなく、インクの選択が腐食面で制約されることがないため、インク選択の自由度が大きくなる。
【００３７】
この振動板３０の表面には、アルミナ、ジルコニア、あるいは、窒化ケイ素等の、弾性率が高いセラミックス材料よりなり、その表面が平面である絶縁材料層３１が形成されている。このように、絶縁材料層３１が弾性率の高いセラミックス材料で形成されているため、アクチュエータの剛性が上がり応答性がより高くなる。
【００３８】
さらに、この絶縁材料層３１の表面には、圧力室１４よりも一回り小さい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。個別電極３２は、平面視で対応する圧力室１４の中央部に重なる位置に形成されている。個別電極３２は金などの導電性材料からなる。尚、隣接する個別電極３２は絶縁材料層３１により互いに電気的に絶縁されている。また、図３〜図５に示すように、各個別電極３２には、この個別電極３２を貫通する複数の貫通穴３２ａが形成されている。これら複数の貫通穴３２ａは、個別電極３２の表面に形成される後述の圧電層３３と個別電極３２との密着性を向上させるために設けられているものである。これら複数の貫通穴３２ａについては後ほど詳しく説明する。
【００３９】
絶縁材料層３１の表面において、複数の個別電極３２の一端部（図２における右端部）からは、夫々、個別電極３２の長軸方向に平行に複数の配線部３５が延びており、これら複数の配線部３５の端部には夫々端子部３６が形成されている。そして、複数の個別電極３２に夫々対応する複数の端子部３６には、複数の個別電極３２に対して選択的に駆動電圧を供給するドライバＩＣ３７の出力端子３７ａが半田等の導電性ろう材からなるバンプ３８を介して接合され、ドライバＩＣ３７は絶縁材料層３１の表面に配置されている。
【００４０】
さらに、絶縁材料層３１上には、複数の接続端子４０も形成されており、これら複数の接続端子４０とドライバＩＣ３７の入力端子３７ｂとを半田等からなるバンプ３９を介して夫々接合されて、ドライバＩＣ３７とこのドライバＩＣ３７を制御する制御装置（図示省略）とが接続端子４０を介して接続されている。
【００４１】
複数の個別電極３２の表面には、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層３３が形成されている。この圧電層３３は、複数の個別電極３２の表面全域を覆うように、複数の個別電極３２の全てに亙る連続した１つの層として形成されている。
【００４２】
ここで、前述のように、各個別電極３２には複数の貫通穴３２ａが形成されている。そして、図３、図４に示すように、圧電層３３の一部が貫通穴３２ａ内に入り込み、圧電層３３の下面が凹凸状に形成されているため、圧電層３３が貫通穴３２により拘束され、個別電極３２と圧電層３３の密着性が高くなっている。また、後述するように、圧電層３３は、個別電極３２の表面に形成された状態で熱処理が施される。ここで、個別電極３２を形成する金などの導電性材料の熱膨張係数が14×10-6程度であるのに対し、圧電層３３を形成するＰＺＴの熱膨張係数が3×10-6程度であるため、圧電層３３に熱処理を施した後には、個別電極３２と圧電層３３を形成するＰＺＴの熱変形量の差により両者の間に界面応力が生じる。この界面応力が大きいと圧電層３３が個別電極３２から剥がれやすくなるが、個別電極３２と圧電層３３の接触面が複数の貫通穴３２ａにより所々分断されて両者の間の界面応力が小さくなっているため、圧電層３３が個別電極３２から剥がれにくくなっている。さらには、個別電極３２の下の絶縁材料層３１の熱膨張係数は、例えば、アルミナの場合、7×10-6程度であり、個別電極３２の熱膨張係数よりも圧電層３３の熱膨張係数に近いため、圧電層３３が複数の貫通穴３２ａを通して絶縁材料層３１に密着しやすくなる。このように、圧電層３３が複数の貫通穴３２ａを通して部分的に絶縁材料層３１に密着することにより、圧電層３３が個別電極３２からさらに剥離しにくい状態となっている。
【００４３】
圧電層３３の表面には、複数の個別電極３２に共通の共通電極３４が圧電層３３の全面に亙って形成されている。図２に示すように、共通電極３４からは１本の配線部４１が延びており、この配線部４１は圧電層３３の表面と絶縁材料層３１の表面とに亙って延在するように形成されている。また、この配線部４１の端部に設けられた端子部４２は、ドライバＩＣ３７の端子（図示せず）と接している。これにより、共通電極３４は、この配線部４１及びドライバＩＣ３７を介して接地され、グランド電位に保持されている。この共通電極３４も金などの導電性材料からなる。
【００４４】
次に、インク吐出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。ドライバＩＣ３７に複数の配線部３５を介して夫々接続された複数の個別電極３２に対して、ドライバＩＣ３７から選択的に駆動電圧が供給されると、駆動電圧が供給された圧電層３３下側の個別電極３２とグランド電位に保持されている圧電層３３上側の共通電極３４の電位が異なった状態となり、両電極３２，３４の間に挟まれた圧電層３３に上下方向の電界が生じる。すると、圧電層３３のうち、駆動電圧が印加された個別電極３２の直上の部分が、分極方向である上下方向と直交する水平方向に収縮する。ここで、圧電層３３の下側の絶縁材料層３１及び振動板３０はキャビティプレート１０に対して固定されているため、両電極３２，３４の間に挟まれた圧電層３３の部分が圧力室１４側に凸となるように変形し、この圧電層３３の部分的な変形に伴い、振動板３０の圧力室１４を覆う部分も圧力室１４側に凸となるように変形する。すると、圧力室１４内の容積が減少するためにインク圧力が上昇し、圧力室１４に連通するノズル２０からインクが吐出される。
【００４５】
次に、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６に示すように、ステンレス製の３枚のプレート１０〜１２と、同じくステンレス製の振動板３０とを拡散接合等により接合する。ここで、キャビティプレート１０と振動板３０は同じステンレス製であるため、熱膨張係数が等しくなり、接合面における残留応力が小さいために、両者の接合強度は極めて良好なものとなる。
【００４６】
次に、図７に示すように、振動板３０の表面に、アルミナ、ジルコニア、あるいは、窒化ケイ素等のセラミックス材料より絶縁材料層３１を形成する。この絶縁材料層３１を形成する方法としては、例えば、超微粒子材料を高速で衝突させて堆積させるエアロゾルデポジション法を用いて非常に薄い層を用いることができる。その他、ゾルゲル法、スパッタ法、あるいは、ＣＶＤ（化学蒸着）法を用いて絶縁材料層３１を形成することもできる。
【００４７】
次に、絶縁材料層３１の表面に個別電極３２を形成するとともに、各個別電極に複数の貫通穴３２ａを形成する（第１工程）。図８に示すように、メッキ法、スパッタ法又は蒸着法などにより、絶縁材料層３１の全面に導電層４０を形成してから、図９に示すように、レーザーやマスク、レジスト法等によりこの導電層４０を部分的に除去して、個別電極３２及び複数の貫通穴３２ａを形成する。あるいは、絶縁材料層３１の表面に導電性ペーストをスクリーン印刷することにより個別電極３２及び複数の貫通穴３２ａを一度に形成してもよい。
【００４８】
次に、図１０に示すように、個別電極３２の表面にＰＺＴからなる圧電層３３を、エアロゾルデポジション法、ゾルゲル法、スパッタ等、あるいは、ＣＶＤ法を用いて形成する（第２工程）。これらの方法により圧電層３３を形成することにより、圧電層３３を形成するＰＺＴの粒子が個別電極３２に形成された複数の貫通穴３２ａ内に入り込みやすくなり、圧電層３３が複数の貫通穴３２ａを介して部分的に絶縁材料層３１に密着しやすくなる。続いて、圧電層３３の組織を微細化するために、圧電層３３に６００℃程度の熱処理を施す。
【００４９】
そして、図１１に示すように、圧電層３３の表面の全面に、スクリーン印刷、蒸着法、あるいは、スパッタ法等を用いて共通電極３４を形成する（第３工程）。最後に、図１２に示すように、マニホールドプレート１２の下面にノズルプレート１３を接着する。
【００５０】
尚、圧電層３３が複数の貫通穴３２ａを通して絶縁材料層３１に密着しやすくするために、複数の貫通穴３２ａの穴径は、個別電極３２の厚さよりも大きいことが好ましい。貫通孔３２ａの穴径がこの程度の大きさであれば、圧電層３３の貫通孔３２ａに形成される部分がその深さに対して十分な大きさの径を有するため、貫通孔３２ａ内及びその付近の圧電層３３が破断する虞は少なくなる。一方で、複数の貫通穴３２ａの穴径があまりにも大きすぎると、個別電極３２と共通電極３４との間の圧電層３３に印加される電界に乱れが生じて、圧電層３３の変形効率が低下してしまう虞があるため、貫通穴３２ａの穴径は、圧電層３３の厚さよりも小さいことが好ましい。例えば、個別電極３２の厚さが２μｍ程度、圧電層３３の厚さが１０μｍ程度であるときに、複数の貫通穴３２ａの穴径は２〜１０μｍ程度であることが好ましい。
【００５１】
また、ノズルプレート１３がステンレス鋼等の金属材料で形成されている場合には、予め、ノズルプレート１３を他の３枚のプレートと同時に接合して流路ユニット２を形成してから、この流路ユニット２の表面に振動板３０、個別電極３２及び圧電層３３を順に積層させて、圧電層３３に熱処理を施すようにすることもできる。
【００５２】
以上説明したインクジェットヘッド１、圧電アクチュエータ３及び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。
【００５３】
個別電極３２に複数の貫通穴３２ａを形成することにより、個別電極３２の表面上の圧電層３３の一部が貫通穴３２ａ内に入り込んで、その部分が貫通穴３２ａにより拘束されるため、個別電極３２から剥がれにくくなる。また、個別電極３２と圧電層３３との間の接触面が複数の貫通穴３２ａにより分断されるため、圧電層３３の熱処理後に生じた個別電極３２と圧電層３３との間の界面応力が小さくなり、個別電極３２と圧電層３３の密着性が向上する。さらに、個別電極３２の下側の絶縁材料層３１は、その熱膨張係数が個別電極３１よりも圧電層３３に近く、複数の貫通穴３２ａに入り込んだ圧電層３３の一部が絶縁材料層３１に密着しやすくなるため、個別電極３２と圧電層３３の密着性がさらに向上する。
【００５４】
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。
【００５５】
１］一般的に、個別電極３２と圧電層３３との間の界面応力は、個別電極３２の外周側部分ほど大きくなるため、圧電層３３は個別電極３２の外周側から剥がれやすい。そこで、図１３に示すように、個別電極３２の外周側部分における貫通穴３２ａの配置密度を中央部よりも大きくして、外周側部分における個別電極３２と圧電層３３の密着性をより高くすることにより、圧電層３３が個別電極３２から剥離するのをより確実に防止できる。
【００５６】
２］図１４に示すように、個別電極３２に複数の貫通穴３２ａを形成する際に、個別電極３２から延びる配線部３５にも複数の貫通穴３５ａを形成して、個別電極３２及び配線部３５と圧電層３３との密着性をさらに高めるようにしてもよい。
【００５７】
３］前記実施形態の圧電アクチュエータの製造方法では、金属製の振動板３０の表面に絶縁材料層３１を形成し、さらに、その絶縁材料層３１の表面に複数の個別電極３２を形成しているが、図１５に示すように、絶縁材料で構成された振動板５０（本願発明の絶縁材料層に相当する）の表面に直接複数の個別電極３２を形成し、さらに、各個別電極３２に複数の貫通穴３２ａを形成してもよい。このようにして製造された圧電アクチュエータ５３においては、個別電極３２の表面に形成される圧電層３３の一部が複数の貫通穴３２ａを通して振動板５０に密着する。尚、圧電アクチュエータ５３の応答性を高めるため、振動板５０を構成する絶縁材料は、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料や、ほうけい酸ガラス等のガラス材料など、弾性率の高い材料であることが好ましい。
【００５８】
４］前記実施形態においては、絶縁材料層３１の表面（圧電層３３の下面）に個別電極３２を形成し、圧電層３３の表面に共通電極３４を形成しているが、絶縁材料層３１の表面に共通電極３４を形成し、圧電層３３の表面に個別電極３２を形成してもよい。この場合、共通電極３４に、圧電層３３との密着性を向上させるための複数の貫通穴を形成することになる。
【００５９】
５〕前記実施形態においては、個別電極３２に複数の貫通穴３２ａがそれぞれ形成されていたが、例えば、図１６〜図１９に概念的に示すように各個別電極に一つだけの貫通穴を形成してもよい。図１６では、個別電極６０にスパイラル状の一本の溝（貫通穴）が形成されている。あるいは、図１７に示すように、個別電極６２にＳ字状の溝６２ａを形成してもよい。溝は任意の形状に形成することができる。また、個別電極の外周付近が中央部よりも剥離が生じやすいことを考慮して、図１８に示すように、個別電極６４の外周付近にのみＵ字状あるいは略環状の溝を形成してもよい。さらに、図１９に示すように、個別電極６６に複数の溝６６ａ、６６ｂを設けてもよい。
【００６０】
６〕上記実施形態では、個別電極３２に複数の貫通穴３２ａがそれぞれ形成されていたが、それに代えて、例えば、図２０に示すように個別電極１３２の圧電層３３の側の表面に１つ以上の凹部１３２ａを設けてもよい。凹部１３２ａを有する個別電極１３２はメッキ法、スパッタ法、蒸着法などで形成することができる。凹部１３２ａの径は、貫通穴の場合と同様に、個別電極１３２の厚みよりも大きく、圧電層３３の厚みよりも小さいことが望ましい。凹部１３２ａの深さは、個別電極１３２からの圧電層３３の耐剥離性を考慮して適宜選択し得る。例えば、個別電極１３２の外周部と中央部に凹部１３２ａを設けた場合には外周部の凹部１３２ａを中央部に凹部１３２ａよりも深く形成してもよい。ここで、個別電極１３２に形成された凹部１３２ａと凹部１３２ａの間に画成された部分は凸部とみなすこともできる。すなわち、個別電極１３２にその表面から突出する凸部または突起を設けた場合も、二つの凸部により挟まれた部分に凹部が形成されてことになる。従って、複数の凸部が形成されている場合も本発明に含まれるものである。なお、凹部１３２ａ（または凸部）の平面形状は、円形に限らず、矩形や種々の形状にし得る。また、凹部１３２ａは、個別電極１３２に一つのみ形成することであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの斜視図である。
【図２】図１におけるインクジェットヘッドの右半部の平面図である。
【図３】図２のIII-III線断面図である。
【図４】図２のIV-IV線断面図である。
【図５】図２の一部拡大図である。
【図６】流路ユニットと振動板を接合する工程を示す図である。
【図７】絶縁層を形成する工程を示す図である。
【図８】個別電極を形成する工程を示す図である。
【図９】複数の貫通穴を形成する工程を示す図である。
【図１０】圧電層を形成する工程を示す図である。
【図１１】共通電極を形成する工程を示す図である。
【図１２】ノズルプレートを接合する工程を示す図である。
【図１３】変更形態の図５相当図である。
【図１４】別の変更形態の図５相当図である。
【図１５】さらに別の変更形態の図３相当図である。
【図１６】さらに別の変更形態を示す概念図である。
【図１７】さらに別の変更形態を示す概念図である。
【図１８】さらに別の変更形態を示す概念図である。
【図１９】さらに別の変更形態を示す概念図である。
【図２０】さらに別の変更形態を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ インクジェットヘッド
２ 流路ユニット
３，５３ 圧電アクチュエータ
１４ 圧力室
３０，５０ 振動板
３１ 絶縁材料層
３２，６０，６２，６４，６６，１３２ 個別電極
３２ａ 貫通穴
３３ 圧電層
３４ 共通電極
３５ 配線部
３５ａ 貫通穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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