(57)【要約】【課題】エアロゾルデポジション法により圧電層を形成する際に、振動板に形成された凹部の表面に圧電層が形成されるのを容易に阻止できる、圧電アクチュエータの製造方法を提供する。【解決手段】まず、振動板３０の上面の、圧力室１４と対応する位置に凹部４０を形成する。次に、振動板３０の凹部４０に、振動板３０よりも弾性率が低く、且つ、流動性を有する低弾性材５０を充填する。そして、振動板３０の上面に、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吹き付けて、圧電層３１を形成する。このとき、凹部４０に充填された低弾性材５０の表面には圧電材料の粒子が付着しないことから、低弾性材５０の表面を除く領域にのみ圧電層３１を形成することができる。【選択図】図７
2008198959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形許容部を備えた基材の一表面に前記変形許容部を覆うように接合される振動板と、前記振動板の、前記基材との接合面と反対側に位置する積層面に配置される圧電層と、前記圧電層の一方の面に配置される第１電極、及び、前記圧電層の他方の面に配置される第２電極と、を含む圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記振動板の前記積層面の、前記変形許容部と対応する位置に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記振動板の前記凹部に、前記振動板の前記積層面よりも弾性率が低く、且つ、流動性を有する低弾性材を充填する低弾性材充填工程と、
前記振動板の前記積層面に、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吹き付けて、前記凹部に充填された前記低弾性材の表面を除く領域に前記圧電材料の粒子を堆積させて、前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、
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】
前記圧電層形成工程の後に前記低弾性材を除去する、除去工程をさらに備えてい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】
前記圧電層形成工程の後に前記圧電層に熱処理を施す、熱処理工程をさらに有し、
前記低弾性材の熱分解温度が、前記熱処理工程における前記圧電層の熱処理温度よりも低い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】
前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、少なくとも前記変形許容部と対向する領域に前記凹部を形成することを特徴とする請求項１〜３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５】
前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、前記変形許容部の周縁部と対向する領域に前記凹部を形成することを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項６】
前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、前記変形許容部の中央部と対向する領域に前記凹部を形成することを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項７】
前記基材は、複数の前記変形許容部とこれら複数の変形許容部を隔てる隔壁部とを有するものであり、
前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、少なくとも前記隔壁部と対向する領域に前記凹部を形成することを特徴とする請求項１〜３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】
前記振動板が金属材料からなるものであり、
さらに、前記第１電極が、常に所定の基準電位に保持される一方で、前記第２電極が、前記基準電位とこの基準電位とは異なる所定の駆動電位の、２種類の電位のうちの一方が選択的に付与されるものであり、
前記凹部形成工程において前記振動板の前記積層面に前記凹部を形成した後に、前記積層面に前記凹部を覆うように絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層の表面の前記凹部と対向しない領域に、前記第１電極を形成する第１電極形成工程と、
前記圧電層形成工程において前記絶縁層の表面に前記第１電極を覆うように前記圧電層を形成した後に、前記圧電層の前記振動板と反対側の面の、前記第１電極と対向する領域に前記第２電極を形成する第２電極形成工程と、
を有することを特徴とする請求項１〜７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】
圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、この流路ユニットの一表面に配置され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が、前記流路ユニットの一表面に前記圧力室を覆うように接合される振動板と、前記振動板の、前記流路ユニットとの接合面と反対側の積層面に配置される圧電層と、前記圧電層の一方の面に配置される第１電極、及び、前記圧電層の他方の面に配置される第２電極とを含む、液体移送装置の製造方法であって、
前記振動板の前記積層面の、前記圧力室と対応する位置に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記振動板の前記凹部に、前記振動板の前記積層面よりも弾性率が低く、且つ、流動性を有する低弾性材を充填する低弾性材充填工程と、
前記振動板の前記積層面に、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吹き付けて、前記凹部に充填された前記低弾性材の表面を除く領域に前記圧電材料の粒子を堆積させて、前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、
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。
【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、ノズルからインクを噴射するインクジェットヘッドとして、圧電材料層に電界が作用したときの圧電変形（圧電歪）を利用してインクに噴射圧力を付与する、圧電アクチュエータを備えたものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のインクジェットヘッドの圧電アクチュエータは、流路ユニットに形成された複数の圧力室を覆う金属製の振動板と、この振動板の上面に配置された圧電層と、圧電層の上面の、複数の圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された複数の個別電極とを有する。そして、この圧電アクチュエータは、圧電層上面の個別電極と圧電層の下側に位置する共通電極としての振動板との間に所定の駆動電圧が印加されたときの、圧電層の収縮によって振動板に撓み変形を生じさせるように構成されている。そして、この振動板の変形に応じて圧力室の容積が変化することにより、圧力室内のインクに噴射圧力が付与されることになる。
【０００４】
また、この特許文献１の圧電アクチュエータにおいては、振動板の上面に凹部（溝）が形成されている。この凹部としては、圧力室と対向する領域に形成されたものや、圧力室と対向しない外側領域に形成されたものが開示されている。そして、この凹部を含む振動板の上面全域にエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）等を用いて圧電材料の粒子を堆積させることで圧電層を形成する。すると、凹部内においてはその周囲の平坦な領域よりも粒子が堆積しにくいために、振動板の凹部が形成された領域において圧電層が局所的に薄くなる。その結果、凹部が形成された領域において、振動板と圧電層の両方の厚み、即ち、圧電アクチュエータの剛性が局所的に低下している。
【０００５】
振動板の凹部が圧力室と対向する領域に配置されている場合には、この圧力室と対向する領域において振動板が変形しやすくなる。つまり、所望の変形量（即ち、圧力室の容積変化量）を得るために必要な駆動電圧を低減することが可能となる。また、振動板の凹部が、隣接する圧力室の間の領域に配置されている場合には、これら隣接する圧力室間において、振動板の変形が相互に伝播することによる圧力変動（クロストーク）が抑制される。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−９６０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
圧力室と対向する領域における振動板の変形を促進して駆動電圧を低減する、あるいは、隣接する圧力室の間のクロストークを抑制するという観点からは、凹部が形成されている領域の圧電アクチュエータの剛性を一層低下させるために、凹部の表面に圧電材料が堆積していないことが好ましい。しかし、前記特許文献１の圧電アクチュエータにおいては、凹部内に堆積する圧電材料の量は、凹部以外の平坦な領域よりも少なくなるものの、多少は堆積してしまう。また、凹部に堆積した圧電層を、レーザー等を用いて除去することは可能であるが、必要な領域の圧電層をも除去してしまうことがないように、高い加工精度で除去を行う必要があることから、このような工程が増えることにより製造コストが増大する。
【０００８】
本発明の目的は、凹部が形成された振動板の表面にＡＤ法により圧電層を形成する際に、凹部の表面に圧電層が形成されるのを容易に阻止できる、圧電アクチュエータ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】
【０００９】
第１の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、変形許容部を備えた基材の一表面に前記変形許容部を覆うように接合される振動板と、前記振動板の、前記基材との接合面と反対側に位置する積層面に配置される圧電層と、前記圧電層の一方の面に配置される第１電極、及び、前記圧電層の他方の面に配置される第２電極と、を含む圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記振動板の前記積層面の、前記変形許容部と対応する位置に凹部を形成する凹部形成工程と、前記振動板の前記凹部に、前記振動板の前記積層面よりも弾性率が低く、且つ、流動性を有する低弾性材を充填する低弾性材充填工程と、前記振動板の前記積層面に、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吹き付けて、前記凹部に充填された前記低弾性材の表面を除く領域に前記圧電材料の粒子を堆積させて、前記圧電層を形成する圧電層形成工程とを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法においては、振動板の凹部に振動板よりも弾性率の小さい低弾性材を充填した後、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振動板に吹き付け、粒子を振動板に衝突させて堆積させることにより圧電層を形成する。ここで、低弾性材が設けられた振動板の表面にエアロゾルを吹き付けたときには、弾性率の低い（即ち、表面硬度の低い）低弾性材の表面においては、材料粒子の付着が阻害されることが分かっている（特開２００５−３１７９５２号公報参照）。そのため、凹部に充填された低弾性材の表面には圧電材料の粒子が堆積せず、この低弾性材５０の表面以外の領域にのみ圧電層３１が形成される。つまり、ＡＤ法で圧電層を形成する前に、凹部に低弾性材を充填するという簡単な工程を付加するだけで、振動板に形成された凹部の表面に圧電層が形成されるのを阻止できる。
【００１１】
また、低弾性材として流動性を有するものを使用するため、低弾性材の凹部への充填を容易に行える。さらに、予め振動板に凹部を形成してそこに低弾性材を充填するため、流動性を有する低弾性材を、圧電層の形成を阻止したい所定の領域に定在させることができる。
【００１２】
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、前記圧電層形成工程の後に前記低弾性材を除去する、除去工程をさらに備えていることを特徴とするものである。このように、圧電層を形成した後に、凹部内の低弾性材を除去することで、振動板に凹部が形成された領域における、圧電アクチュエータの剛性がさらに低下する。
【００１３】
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、前記圧電層形成工程の後に前記圧電層に熱処理を施す、熱処理工程をさらに有し、前記低弾性材の熱分解温度が、前記熱処理工程における前記圧電層の熱処理温度よりも低いことを特徴とするものである。
【００１４】
ＡＤ法で圧電層を形成した場合には、振動板への衝突による粒子の微細化や格子欠陥等が発生するため、このままでは、振動板を変形させるのに必要な圧電特性が得られないことが多い。そこで、圧電特性を向上させるために、通常、ＡＤ法により形成した圧電層に対して熱処理（アニール処理）を施す。ここで、本発明においては、低弾性材の熱分解温度が、圧電層の熱処理温度（アニール温度）よりも低いため、熱処理の際に低弾性材が熱分解して消散する。つまり、圧電層の熱処理と低弾性材の除去を同時に行うことができるため、圧電アクチュエータの製造工程を短縮することが可能になる。
【００１５】
第４の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、少なくとも前記変形許容部と対向する領域に前記凹部を形成することを特徴とするものである。このように、振動板の変形許容部と対向する領域に凹部を形成し、さらに、この凹部の表面に圧電層を堆積させないようにすることで、変形許容部と対向する領域において振動板が変形しやすくなるため、駆動電圧を低減することが可能となる。
【００１６】
第５の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第４の発明において、前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、前記変形許容部の周縁部と対向する領域に前記凹部を形成することを特徴とするものである。この場合、凹部が形成されていない、変形許容部の中央部と対向する領域に圧電層が形成される。従って、この圧電層を挟むように第１電極と第２電極とを配置することによって、圧電層が形成された中央部領域は、圧電層が自ら収縮して振動板に変形を生じさせる駆動領域となる。一方、変形許容部の周縁部と対向する領域には圧電層が形成されず、この領域は、前記駆動領域により生じた振動板の変形に応じて従動的に変形する従動領域となる。
【００１７】
第６の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第４の発明において、前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、前記変形許容部の中央部と対向する領域に前記凹部を形成することを特徴とするものである。この場合、凹部が形成されていない、変形許容部の周縁部と対向する領域に圧電層が形成される。従って、この圧電層を挟むように第１電極と第２電極とを配置することによって、圧電層が形成された周縁部領域は、圧電層が自ら収縮して振動板に変形を生じさせる駆動領域となる。一方、変形許容部の中央部と対向する領域には圧電層が形成されず、この領域は、前記駆動領域により生じた振動板の変形に応じて従動的に変形する従動領域となる。
【００１８】
第７の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記基材は、複数の前記変形許容部とこれら複数の変形許容部を隔てる隔壁部とを有するものであり、前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、少なくとも前記隔壁部と対向する領域に前記凹部を形成することを特徴とするものである。このように、振動板の隔壁部と対向する領域に凹部を形成し、さらに、この凹部の表面に圧電層を堆積させないようにすることで、隔壁部で隔てられる２つの変形許容部間において振動板の変形が伝播しにくくなり、クロストークが抑制される。
【００１９】
第８の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記振動板が金属材料からなるものであり、さらに、前記第１電極が、常に所定の基準電位に保持される一方で、前記第２電極が、前記基準電位とこの基準電位とは異なる所定の駆動電位の、２種類の電位のうちの一方が選択的に付与されるものであり、
前記凹部形成工程において前記振動板の前記積層面に前記凹部を形成した後に、前記積層面に前記凹部を覆うように絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層の表面の前記凹部と対向しない領域に、前記第１電極を形成する第１電極形成工程と、前記圧電層形成工程において前記絶縁層の表面に前記第１電極を覆うように前記圧電層を形成した後に、前記圧電層の前記振動板と反対側の面の、前記第１電極と対向する領域に前記第２電極を形成する第２電極形成工程とを有することを特徴とするものである。
【００２０】
振動板が金属材料からなる場合には、エッチングにより凹部を容易に形成することができる。しかし、圧電層を形成したときに凹部の表面には圧電材料が堆積しないことから、凹部の表面が露出したままだと、導電性の振動板の凹部表面と、圧電層の振動板と反対側に配置された第２電極との間で短絡が生じてしまう虞がある。しかし、本発明においては、振動板の積層面に凹部を覆うように絶縁層を形成するため、振動板と第２電極間の短絡が確実に防止される。また、圧電層の振動板側の面に配置される第１電極は、振動板を覆う絶縁層により、導電性を有する振動板とは絶縁されることになる。さらに、この第１電極は圧電層により覆われるため、第１電極と第２電極間の短絡も防止される。
【００２１】
第９の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、この流路ユニットの一表面に配置され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が、前記流路ユニットの一表面に前記圧力室を覆うように接合される振動板と、前記振動板の、前記流路ユニットとの接合面と反対側の積層面に配置される圧電層と、前記圧電層の一方の面に配置される第１電極、及び、前記圧電層の他方の面に配置される第２電極とを含む、液体移送装置の製造方法であって、
前記振動板の前記積層面の、前記圧力室と対応する位置に凹部を形成する凹部形成工程と、前記振動板の前記凹部に、前記振動板の前記積層面よりも弾性率が低く、且つ、流動性を有する低弾性材を充填する低弾性材充填工程と、前記振動板の前記積層面に、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吹き付けて、前記凹部に充填された前記低弾性材の表面を除く領域に前記圧電材料の粒子を堆積させて、前記圧電層を形成する圧電層形成工程とを備えていることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の液体移送装置の製造方法においては、振動板の凹部に振動板よりも弾性率の小さい低弾性材を充填してから、エアロゾルデポジション法により振動板に圧電層を形成する。ここで、低弾性材が設けられた振動板の表面に、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吹き付けたときに、低弾性材の表面においては圧電材料の堆積が阻害される。従って、ＡＤ法で圧電層を形成する前に、凹部に低弾性材を充填するという簡単な工程を付加するだけで、振動板に形成された凹部の表面に圧電層が形成されるのを阻止できる。つまり、より一層の駆動電圧の低減とクロストークの抑制を実現可能な、圧電アクチュエータを容易に製造することができる。
【００２３】
また、低弾性材として流動性を有するものを使用するため、低弾性材の凹部への充填を容易に行える。さらに、予め振動板に凹部を形成してそこに低弾性材を充填するため、流動性を有する低弾性材を、圧電層の形成を阻止したい所定の領域に定在させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ＡＤ法で圧電層を形成する前に、凹部に低弾性材を充填するという簡単な工程を付加するだけで、振動板に形成された凹部の表面に圧電層が形成されるのを阻止できる。また、低弾性材として流動性を有するものを使用するため、低弾性材の凹部への充填を容易に行える。さらに、予め振動板に凹部を形成してそこに低弾性材を充填するため、流動性を有する低弾性材を、圧電層の形成を阻止したい所定の領域に定在させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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、液体移送装置として、記録用紙にインクを噴射して記録するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。
【００２６】
まず、本実施形態のインクジェットヘッド２を備えたインクジェットプリンタ１００について簡単に説明する。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１と、このキャリッジ１に設けられ、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２と、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する搬送ローラ３を備えている。
【００２７】
インクジェットヘッド２は、キャリッジ１と一体的に図１の左右方向へ移動しつつ、図示しないインクカートリッジから供給されたインクを、その下面に配置されたノズル２０（図２〜図５参照）から記録用紙Ｐに対してインクを噴射する。また、搬送ローラ３は、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する。そして、インクジェットプリンタ１００は、インクジェットヘッド２のノズル２０から記録用紙Ｐへインクを噴射させながら、搬送ローラ３により記録用紙Ｐを前方へ搬送させることで、記録用紙Ｐに所望の画像や文字等を記録するように構成されている。
【００２８】
次に、インクジェットヘッド２について詳細に説明する。図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド２は、ノズル２０及び圧力室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内のインクに圧力を付与することにより、流路ユニット４のノズル２０からインクを噴射させる圧電アクチュエータ５とを備えている。
【００２９】
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。
【００３０】
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を上下に貫通する孔により形成されている。そして、図５に示すように、隣接する圧力室１４は隔壁部１０ａにより隔てられている。また、複数の圧力室１４は、紙送り方向（図２の上下方向）に千鳥状に２列に配列されている。そして、複数の圧力室１４は上下両側から後述する振動板３０とベースプレート１１によりそれぞれ覆われている。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。
【００３１】
図３、図４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、複数の連通孔１６にそれぞれ連なる複数の連通孔１９が形成されている。
【００３２】
さらに、ノズルプレート１３の、平面視で複数の連通孔１９に重なる位置には、複数のノズル２０がそれぞれ形成されている。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配置されている。つまり、複数のノズル２０は、複数の圧力室１４とそれぞれ対応して千鳥状に２列に配列されている。
【００３３】
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。
【００３４】
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、複数の圧力室１４を覆うように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（積層面）を覆う絶縁層３７と、絶縁層３７で覆われた振動板３０の上面に配置された圧電層３１と、この圧電層３１の下面（絶縁層３７と圧電層３１の間）に配置された共通電極３４（第１電極）、及び、圧電層３１の上面に配置された複数の個別電極３２（第２電極）とを備えている。
【００３５】
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。図４、図５に示すように、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を覆うように配設された状態で、その下面（接合面）がキャビティプレート１０の隔壁部１０ａに接合されている。尚、振動板３０が接合されるキャビティプレート１０が本願発明の基材に相当し、また、キャビティプレート１０に形成された圧力室１４が本願発明の変形許容部に相当する。
【００３６】
この振動板３０の上面には、複数の圧力室１４とそれぞれ対応する位置に複数の凹部４０が形成されている。具体的には、各凹部４０は、周方向の一部において分断されたほぼ環状（Ｃ字状）の溝である。そして、凹部４０は、振動板３０の上面の、圧力室１４の周縁部と対向する領域において、連通孔１５と対向する領域を除いて、圧力室１４の略全周に亙って延びている。また、図３に示すように、この凹部４０の外周形状は圧力室１４の外周形状よりも一回り大きく、凹部４０は、平面視で、対応する圧力室１４の縁を含むように形成されている。つまり、凹部４０の内側部分は圧力室１４と対向する領域に配置されるとともに、凹部４０の外側部分は圧力室１４と対向しない領域に配置されている。
【００３７】
絶縁層３７は、振動板３０の上面全域に形成されており、複数の凹部４０の表面もこの絶縁層３７により被覆されている。後ほど詳述するが、圧電アクチュエータ５の製造工程においては、絶縁層３７が形成された後に圧電層３１の熱処理が行われるため、絶縁層３７には、耐熱温度の高い絶縁性材料が使用される。このような絶縁性材料として、例えば、アルミナやジルコニア等の絶縁性セラミックス材料を用いることができる。
【００３８】
圧電層３１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。この圧電層３１は、絶縁層３７が形成された振動板３０の上面に、複数の圧力室１４を覆うように形成されている。但し、圧電層３１は、振動板３０の複数の凹部４０の表面には形成されていない。言い換えれば、圧電層３１に、複数の凹部４０にそれぞれ対応した複数の貫通孔４１が形成されることによって、複数の圧力室１４の中央部と対向する領域に、複数の貫通孔４１にそれぞれ囲まれた複数の駆動部３８が配置された構造が実現されている。尚、圧力室１４の一端部（連通孔１５側の端部）と対向する領域において凹部４０が分断されているが、この凹部４０を分断している部分の表面には圧電層３１（連結部３９）が形成されている。つまり、圧電層３１は、複数の圧力室１４にそれぞれ対応する複数の駆動部３８が、複数の連結部３９を介して互いに繋がった構造を備えている。
【００３９】
共通電極３４は、絶縁層３７の表面（即ち、圧電層３１の下面）に配置されており、絶縁層３７によって導電性の振動板３０の上面と絶縁されている。この共通電極３４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。この共通電極３４は、少なくとも複数の圧力室１４の全てと対向するように形成されている。但し、共通電極３４は、振動板３０の凹部４０と対向する領域には形成されていない。また、前述したように、複数の凹部４０と対向する領域以外に圧電層３１が形成されることによって、共通電極３４は圧電層３１に完全に覆われており、露出していない。尚、この共通電極３４は、図示しないドライバＩＣと接続され、このドライバＩＣを介して基準電位であるグランド電位に常に保持されている。
【００４０】
複数の個別電極３２は、圧電層３１の複数の駆動部３８の上面にそれぞれ配置されている。各個別電極３２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主電極部３２ａと、この主電極部３２ａの一端部から圧電層３１の上面に沿って延びる接点部３２ｂとを有する。主電極部３２ａは、圧電層３１の上面の、圧力室１４（駆動部３８）の略中央部と対向する領域に配置されている。一方、接点部３２ｂは、駆動部３８に連なる連結部３９の上面において、主電極部３２ａの長手方向一端部から主電極部３２ａの長手方向に沿って引き出されており、圧力室１４と対向しない領域まで延びている。尚、これら複数の個別電極３２も、共通電極３４と同様、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。
【００４１】
複数の個別電極３２の接点部３２ｂは、フレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）を介して、図示しないドライバＩＣと接続されている。そして、複数の個別電極３２は、ドライバＩＣから、グランド電位と、このグランド電位とは異なる所定の駆動電位の、２種類の電位の何れか一方が選択的に付与されるように構成されている。
【００４２】
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から選択的に駆動電圧が印加されると、駆動電位が印加された個別電極３２の主電極部３２ａ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３４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と共通電極３４の間に挟まれた圧電層３１の駆動部３８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、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。
【００４３】
ここで、前述したように、振動板３０の上面の、圧力室１４の中央部と対向する領域には、共通電極３４と個別電極３２に挟まれた駆動部３８が配置されていることから、この領域は、個別電極３２に駆動電位が付与されたときに駆動部３８が自ら収縮して振動板３０に変形を生じさせる駆動領域となっている。一方、振動板３０の上面の、駆動領域の周囲領域（圧力室１４の周縁部と対向する領域）は、駆動部３８の収縮によって振動板３０が従動的に変形する従動領域となる。そして、この従動領域において、振動板３０に凹部４０が形成され、さらに、凹部４０の表面には圧電層３１が配置されていない。つまり、従動領域において、圧電アクチュエータ５の剛性が局所的に低下している。
【００４４】
このように、従動領域における圧電アクチュエータ５の剛性が低下していると、駆動部３８が水平方向に収縮したときに、圧力室１４と対向する領域において振動板３０が変形しやすくなる。逆に言えば、振動板３０に所定以上の変形を生じさせるのに必要な駆動電圧（個別電極３２と共通電極３４間の電圧）を低減して、圧電アクチュエータ５の消費電力を低下させることが可能となる。
【００４５】
また、駆動部３８の周囲領域における圧電アクチュエータ５の剛性が低下していると、ある圧力室１４に対向する駆動部３８が収縮したときに、その収縮に応じて振動板３０に生じた変形が、隣接する圧力室１４へ伝播しにくくなる。つまり、隣接する圧力室１４間におけるクロストークが抑制される。
【００４６】
次に、本実施形態のインクジェットヘッド２の製造方法について、図６、図７を参照して説明する。まず、振動板３０の上面の、キャビティプレート１０と接合されたときに複数の圧力室１４の周縁部と対向することとなる領域に、複数の凹部４０を形成する（凹部形成工程）。ここで、本実施形態においては、振動板３０は金属材料からなるため、エッチングにより複数の凹部４０を容易に形成することができる。
【００４７】
一方で、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も振動板３０と同様に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。
【００４８】
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枚のプレートを積層して接合する。この接合工程においては、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、４枚のプレートを耐熱性の高いセラミックス接着剤で接合してもよい。
【００４９】
次に、図６（ｂ）に示すように、振動板３０の上面に、複数の凹部４０を覆うように絶縁層３７を形成する（絶縁層形成工程）。ここで、アルミナやジルコニア等の絶縁性セラミックス材料を用いる場合には、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）や、スパッタ法、あるいは、化学蒸着法（ＣＶＤ法）等により、セラミックス材料の粒子を振動板３０の上面に堆積させることにより、絶縁層３７を形成することができる。
【００５０】
そして、図６（ｃ）に示すように、絶縁層３７の表面に、複数の圧力室１４の全てと対向するように共通電極３４を形成する（共通電極（第１電極）形成工程）。但し、この共通電極３４は、振動板３０の複数の凹部４０と対向する領域には形成しない。この共通電極３４は、スクリーン印刷、蒸着法、スパッタ法などにより形成することができる。
【００５１】
次に、図７（ａ）に示すように、絶縁層３７で覆われた凹部４０に、流動性を有する低弾性材５０を充填する（低弾性材充填工程）。ここで、流動性低弾性材５０としては、弾性率が、金属製の振動板３０の弾性率（２００ＧＰａ程度）、及び、その上面を被覆するアルミナ等の絶縁層３７の弾性率（３００ＧＰａ程度）よりも十分低いものを使用し、さらに、熱分解温度が、後述する圧電層３１の熱処理温度（アニール温度：６５０〜９００℃）よりも十分低いものを使用する。例えば、エポキシ系樹脂（未硬化の状態、熱分解温度約４００℃）、フッ素系樹脂（未硬化の状態、熱分解温度約６００℃）などを用いることができる。
【００５２】
ここで、低弾性材５０として流動性を有する材料を使用することで、凹部４０への充填作業を容易に行うことができるようになる。例えば、図７（ａ）のように、ディスペンサ５１を用いて低弾性材５０を凹部４０に注入することができる。あるいは、図８に示すように、ブレード５２等を用いて低弾性材５０を絶縁層３７の表面に塗布することで、凹部４０内に低弾性材５０を充填することも可能である。
【００５３】
さらに、振動板３０の上面の、圧力室１４と対応する領域に予め凹部４０を形成し、この凹部４０に流動性の低弾性材５０を充填することによって、流動性を有する低弾性材５０を凹部４０内に定在させることができ、低弾性材５０が所定の充填領域外に流れ出すのを防止できる。尚、低弾性材５０は、少なくともその充填時に流動性を発現するものであればよく、凹部４０への充填後も流動性を有する必要は特にない。
【００５４】
その後、図７（ｂ）に示すように、ＡＤ法により、絶縁層３７で覆われた振動板３０の上面に圧電層３１を形成する（圧電層形成工程）。具体的には、まず、図示しないエアロゾル発生器により、圧電材料（ＰＺＴ）の粒子とキャリアガスとを混合させてエアロゾルを生成する。そして、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、成膜ノズル（図示省略）から振動板３０に向けて吹き付けることで、絶縁層３７の表面に圧電材料の粒子を高速で衝突させて堆積させる。尚、キャリアガスとしては、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスや、窒素、酸素、空気などを使用することができる。
【００５５】
ところで、振動板３０の凹部４０に充填された低弾性材５０は、振動板３０及び絶縁層３７よりも弾性率（剛性）の低い材料であることから、絶縁層３７で被覆された振動板３０の上面の、低弾性材５０が充填された凹部領域の表面硬さが、それ以外の領域よりも低くなっている。ここで、圧電材料の粒子とキャリアガスを含むエアロゾルを振動板３０に対して吹き付けたときに、弾性率（表面硬さ）が低い領域においては、弾性率（表面硬さ）が高い領域と比べて、粒子の堆積が阻害されることが、本願発明者らによって知見されている（特開２００５−３１７９５２号公報参照）。
【００５６】
従って、振動板３０の凹部４０に低弾性材５０を充填してから、振動板３０の上面にエアロゾルを吹き付けると、図７（ｂ）に示すように、凹部４０に充填された低弾性材５０の表面においては圧電材料の粒子が堆積せず、低弾性材５０の表面を除く領域にのみ圧電層３１が形成される。つまり、振動板３０の上面の、凹部４０に囲まれた、圧力室１４の中央部に対向する領域には圧電層３１（駆動部３８）が形成される一方で、凹部４０が形成されている、圧力室１４の周縁部と対向する領域には圧電層３１が形成されない。また、前述したように、共通電極３４は、凹部４０と対向する領域には形成されていないことから、圧電層３１はこの共通電極３４を完全に覆うように形成されることになる。
【００５７】
ところで、ＡＤ法により圧電層３１を形成した場合、振動板３０への衝突時に粒子の微細化や格子欠陥等が発生するため、このままでは、振動板３０を変形させるのに必要な圧電特性は得られない。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、圧電層３１、振動板３０、及び、プレート１０〜１２を含む積層体を所定のアニール温度まで加熱して、圧電層３１に対して熱処理（アニール処理）を施す（熱処理工程）。
【００５８】
圧電材料単体としての圧電特性の向上という観点からはアニール温度は高いほうがよいが、あまりにも高い温度にすると、金属製の振動板３０に含まれる元素の拡散が促進されて、絶縁層３７を越えて圧電層３１まで到達する。そして、そのような元素が拡散してくることによって逆に圧電層３１の圧電特性が低下する。そこで、アニール温度は、振動板３０に含まれる元素の圧電層３１への拡散を抑制できる温度に設定される。具体的には、アニール温度は６５０〜９００℃とする。
【００５９】
ここで、振動板３０の凹部４０に充填されている低弾性材５０の熱分解温度は、上述したアニール温度よりも低くなっている。そのため、圧電層３１に熱処理を施すために、圧電層３１、振動板３０、及び、プレート１０〜１２を含む積層体を６５０〜９００℃まで加熱すると、図７（ｃ）に示すように、低弾性材５０が熱分解して消散し、結果的に凹部４０内の低弾性材５０が除去されることになる（除去工程）。
【００６０】
その後、図７（ｄ）に示すように、複数の圧力室１４及び共通電極３４と対向する、圧電層３１の複数の駆動部３８の上面に、複数の個別電極３２を形成する（個別電極（第２電極）形成工程）。これら複数の個別電極３２は、スクリーン印刷、蒸着法、スパッタ法などにより形成することができる。
【００６１】
最後に、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、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。
【００６２】
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してもよい。この場合には、ノズルプレート１３の耐熱温度が圧電層３１のアニール温度よりも高いため、ノズルプレート１３を圧電層形成工程よりも前にマニホールドプレート１２に接合してもよい。例えば、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を一度に接合してもよい。
【００６３】
以上説明したインクジェットヘッド２の製造方法によれば、次のような効果が得られる。
振動板３０に形成した凹部４０に低弾性材５０を充填してから、振動板３０の上面にエアロゾルを吹き付けると、凹部４０に充填された低弾性材５０の表面には圧電材料が堆積せず、この低弾性材５０の表面以外の領域にのみ圧電層３１が形成される。つまり、ＡＤ法で圧電層３１を形成する前に、凹部４０に低弾性材５０を充填するという簡単な工程を付加するだけで、振動板３０に形成された凹部４０の表面に圧電層３１が形成されるのを阻止できる。また、低弾性材５０として流動性を有するものを使用するため、凹部４０への充填を容易に行える。さらに、予め振動板３０に凹部４０を形成し、この凹部４０に低弾性材５０を充填するため、圧電層３１の形成を阻止したい所定の領域に低弾性材５０を定在させることができる。
【００６４】
また、圧電層３１を形成した後に凹部４０内の低弾性材５０を除去するため、凹部４０が形成された領域における、圧電アクチュエータ５全体の剛性をさらに低下させることができる。従って、圧力室１４と対向する領域において振動板３０がさらに変形しやすくなり、駆動電圧を一層低減することが可能となる。また、隣接する圧力室１４の間のクロストークもさらに抑制できる。さらに、圧電層３１の熱処理（アニール処理）時に低弾性材５０を熱分解させることで、圧電層３１のアニール処理と同時に低弾性材５０の除去を行うことができるため、圧電アクチュエータ５の製造工程を短縮することが可能となる。
【００６５】
振動板３０の上面の、複数の凹部４０を覆うように絶縁層３７を形成するため、複数の凹部４０において振動板３０の上面が露出しない。従って、導電性の振動板３０と駆動電位が付与される個別電極３２間の、短絡が確実に防止される。また、圧電層３１の下側の共通電極３４は、絶縁層３７によって導電性を有する振動板３０とは絶縁されることになる。さらに、共通電極３４は圧電層３１により覆われて露出しないため、共通電極３４と個別電極３２間の短絡も防止される。
【００６６】
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。
【００６７】
１］振動板の凹部を形成する領域は、圧力室の周縁部と対向する領域に限られるものではない。
【００６８】
例えば、図９に示すように、振動板３０Ａの上面の、圧力室１４の周縁部と対向する領域から、隣接する別の圧力室１４の周縁部と対向する領域まで、隔壁部１０ａを跨ぐように凹部４０Ａを形成してもよい（変更形態１）。この場合に、凹部４０Ａに低弾性材を充填してからＡＤ法で圧電材料の粒子を堆積させると、圧力室１４の周縁部及び隔壁部１０ａと対向する領域には圧電層３１Ａが形成されなくなる。そのため、圧力室１４の周縁部と対向する領域（従動領域）における圧電アクチュエータの剛性を低下させることで、駆動電圧を低減できる。それに加えて、隔壁部１０ａと対向する領域における圧電アクチュエータの剛性をも低下させることで、この隔壁部１０ａで隔てられる２つの圧力室１４の間における、振動板３０Ａの変形伝播（クロストーク）を、より効果的に抑制することができる。
【００６９】
また、振動板の上面の、圧力室と対向する領域に凹部を形成する必要は必ずしもない。例えば、駆動電圧の低減よりもクロストークの抑制を優先的に実現する必要がある場合には、図１０に示すように、クロストークに最も大きな影響を及ぼす、振動板３０Ｂの上面の隔壁部１０ａと対向する領域にのみ凹部４０Ｂを形成し、この凹部４０Ｂの表面に圧電層３１を形成しないようにしてもよい（変更形態２）。
【００７０】
また、前記実施形態では、圧電層の駆動部が圧力室の中央部と対向する領域に配置されており、この領域が駆動領域となっている。しかし、駆動部（駆動領域）の位置が異なれば、駆動部の変形に応じて従動的に変形する従動領域の位置も異なることから、凹部を形成すべき位置も必然的に変化する。
【００７１】
例えば、図１１、図１２に示すように、振動板３０Ｃの上面の、圧力室１４の周縁部と対向する領域に、圧電層３１Ｃの一部である環状の駆動部３８Ｃが形成され、この駆動部３８Ｃの上面に環状の個別電極３２Ｃが配置される場合には、圧力室１４の周縁部と対向する領域が駆動領域となり、圧力室１４の中央部と対向する領域が従動領域となる。このような圧電アクチュエータを製造する場合には、まず、振動板３０Ｃの上面の、圧力室１４の中央部と対向する従動領域に凹部４０Ｃを形成する。そして、凹部４０Ｃに低弾性材を充填してから、ＡＤ法で振動板３０Ｃの上面に圧電材料の粒子を堆積させることで、圧力室１４の周縁部と対向する駆動領域にのみ圧電層３１Ｃ（駆動部３８Ｃ）を形成すればよい（変更形態３）。
【００７２】
２］図１３に示すように、金属材料からなる振動板３０を常にグランド電位に保持させることによって、この振動板３０の上面を、複数の個別電極３２と対向する共通電極（第１電極）として使用することができる（変更形態４）。この場合には、共通電極を別に形成する工程が不要になり、また、圧電アクチュエータの構成が簡単になる。尚、当然ながら、この変更形態３においては、前記実施形態とは異なり、共通電極としての振動板３０の上面を絶縁層３７で覆う必要はない。しかし、凹部４０の表面には圧電材料の粒子が堆積しないため、凹部４０の導電性表面は露出することになり、凹部４０表面と個別電極３２との間で短絡が生じる虞がある。そこで、この短絡を防止するために、振動板３０の上面のうち、凹部４０の表面のみを絶縁層で被覆してもよい。
【００７３】
３］図１４に示すように、常にグランド電位（基準電位）に保持される共通電極３４が圧電層３１の上面に配置され、グランド電位と駆動電位の何れか一方が選択的に付与される個別電極３２が絶縁層３７の表面に形成されて、圧電層３１の下面（圧電層３１と絶縁層３７との間）に配置されてもよい（変更形態５）。
【００７４】
４］振動板の凹部に充填する低弾性材として、その熱分解温度が、圧電層の熱処理温度よりも高いものを使用することもできる（変更形態６）。この場合、図１５に示すように、圧電層３１の熱処理後においても凹部４０に低弾性材５０が残留する。そのため、前記実施形態のように凹部４０から低弾性材５０を除去した場合と比べると、凹部４０が形成されている領域の圧電アクチュエータの剛性は多少高くなる。しかし、凹部のない平坦な振動板の上面に圧電層３１が局所的に形成されていない形態と比べると、剛性の高い振動板３０の厚みが薄くなっている分、圧電アクチュエータの剛性は低下する。
【００７５】
５］振動板は金属板である必要は必ずしもなく、駆動部の収縮に応じてユニモルフ変形が可能な程度の剛性を有するものであれば、金属以外の材料（例えば、アルミナやジルコニア等のセラミックス材料、あるいは、シリコン等）で形成されたものを使用することもできる。この場合、振動板に凹部４０を形成する方法としては、超音波加工が最も望ましい。
【００７６】
以上、本発明の実施の形態として、圧力室内のインクに噴射圧力を付与する、インクジェットヘッドの圧電アクチュエータ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、これに限られるものではない。例えば、マイクロ総合分析システム（μＴＡＳ）内部で薬液や生化学溶液等の液体を移送する液体移送装置、マイクロ化学システム内部で溶媒や化学溶液等の液体を移送する液体移送装置等の、液体移送アクチュエータとしての圧電アクチュエータにも本発明を適用することができる。
【００７７】
さらに、本発明の適用対象は、インクなどの液体に圧力を付与するためのアクチュエータに限られない。即ち、基材の変形許容部において振動板の変形を許容しつつ、振動板の変形部分により種々の対象物を押圧駆動するアクチュエータなど、液体移送以外の用途に用いられる圧電アクチュエータにも本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施形態に係るインクジェット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】インクジェットヘッドの製造方法の前半工程を示す図であり、（ａ）はプレート接合工程、（ｂ）は絶縁層形成工程、（ｃ）は共通電極形成工程、をそれぞれ示す。
【図７】インクジェットヘッドの製造方法の後半工程を示す図であり、（ａ）は低弾性材充填工程、（ｂ）は圧電層形成工程、（ｃ）は熱処理工程、（ｄ）は個別電極形成工程とノズルプレートの接合工程、をそれぞれ示す。
【図８】低弾性材充填工程の別の形態を示す図である。
【図９】変更形態１のインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【図１０】変更形態２のインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【図１１】変更形態３のインクジェットヘッドの一部拡大平面図である。
【図１２】図１１のXII-XII線断面図である。
【図１３】変更形態４のインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【図１４】変更形態５のインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【図１５】変更形態６のインクジェットヘッドの図５相当の断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
２  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
１０ａ  隔壁部
１４  圧力室
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ  振動板
３１，３１Ａ，３１Ｃ  圧電層
３２，３２Ｃ  個別電極
３４  共通電極
３７  絶縁層
４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ  凹部
５０  低弾性材
【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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