(57)【要約】【課題】圧電アクチュエータを製造する際に、電極が拡散防止層から剥離したり、圧電層に亀裂が生じたりするのを防止する。【解決手段】圧電アクチュエータを製造するには、振動板の上面にＡＤ法により拡散防止層を形成し（Ｓ１０２）、拡散防止層を７５０℃で３０分間加熱して（Ｓ１０３）拡散防止層の残留応力を緩和させる。次に、スパッタ法により拡散防止層の上面に下部電極を形成し（Ｓ１０４）、下部電極を５００℃で３０分間加熱して（Ｓ１０５）下部電極の残留応力を緩和させる。次に、下部電極が形成された拡散防止層の上面にＡＤ法により圧電層を形成し（Ｓ１０６）、続いて、圧電層を８５０℃で加熱することにより、圧電層を構成する圧電材料の結晶を成長させるアニール処理を行う（Ｓ１０７）。次に、圧電層の上面にスパッタ法により上部電極を形成する（Ｓ１０８）。【選択図】図６
2008244201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料からなる基材の一表面に、前記基材からの金属の拡散を防止するための拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程と、
前記拡散防止層を所定の第１温度で加熱する第１加熱工程と、
前記第１加熱工程の後、前記拡散防止層の前記基材と反対側の表面に電極を形成する電極形成工程と、
前記電極の前記拡散防止層と反対側の表面に、圧電材料からなる圧電層を形成する圧電層形成工程と、
前記圧電層を所定の第２温度で加熱する第２加熱工程とを備え、
前記第１温度が前記第２温度よりも低い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】
前記拡散防止層形成工程において、エアロゾルデポジション法により前記拡散防止層を形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３】
前記拡散防止層が、金属酸化物により構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】
前記拡散防止層が、アルミナまたはジルコニアにより構成されてい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】
前記第１加熱工程における加熱温度が、５００℃以上であ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】
前記電極形成工程の後、前記圧電層形成工程の前に、前記電極を所定の第３温度で加熱する第３加熱工程をさらに備えており、
前記第３温度が前記第２温度よりも低いことを特徴とすることを特徴とする請求項１〜５のいず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３温度が、前記第１温度よりも低いことを特徴とする請求項６に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
前記圧電層形成工程において、エアロゾルデポジション法により前記圧電層を形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体移送装置などに用いられる圧電アクチュエータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体移送装置において、圧力室内の液体に、液体を移送するための圧力を付与する圧電アクチュエータがある。例えば、特許文献１に記載のインクジェット式記録ヘッドにおいては、圧電アクチュエータを製造するために、まず、インク流路を構成する流路形成基板の上面に第１の絶縁膜（基材）を形成し、第１の絶縁膜の上面にスパッタ法により第２の絶縁膜（拡散防止層）を形成する。さらに、第２の絶縁膜の上面にスパッタ法により下部電極となる下部電極形成用膜を形成し、その上面にゾルゲル法により圧電体膜（圧電層）となる圧電体前駆体膜を形成する。その後、圧電特性を得るために、圧電体前駆体膜を含む積層体を焼成して圧電体前駆体膜を結晶化させることによって圧電体膜を形成している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６８１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の方法によりインクジェット式記録ヘッドを製造すると、第２絶縁膜を形成したときに第２絶縁膜には残留応力が生じているため、圧電体前駆体膜を焼成すると、このときの加熱により第２絶縁膜の残留応力が緩和されて第２絶縁膜の内部応力が変化する。そして、この内部応力の変化により第２絶縁膜が変形するが、このときに、下部電極及び圧電体膜が第２絶縁膜の変形に追従できず、下部電極が第２絶縁層から剥離したり、圧電体膜に亀裂が入ったりしてしまう虞がある。
【０００５】
本発明の目的は、電極が拡散防止層から剥離したり、圧電層に亀裂が生じたりするのを防止することが可能な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】
【０００６】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、金属材料からなる基材の一表面に、基材からの金属の拡散を防止するための拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程と、拡散防止層を所定の第１温度で加熱する第１加熱工程と、第１加熱工程の後、拡散防止層の基材と反対側の表面に電極を形成する電極形成工程と、電極の拡散防止層と反対側の表面に、圧電材料からなる圧電層を形成する圧電層形成工程と、圧電層を所定の第２温度で加熱する第２加熱工程とを備え、第１温度が第２温度よりも低い（請求項１）。
【０００７】
拡散防止層を形成したとき、拡散防止層には残留応力が生じているが、この残留応力を緩和せずに電極及び圧電層を形成して圧電層を加熱すると、圧電層とともに拡散防止層も加熱され、この加熱により拡散防止層の残留応力が緩和されて拡散防止層の内部応力が変化する。そして、この内部応力の変化により拡散防止層が変形するが、このとき、拡散防止層の表面に形成された電極及び圧電層がこの変形に追従できず、電極が拡散防止層から剥離したり、圧電層に亀裂が生じたりする。
【０００８】
しかしながら、本発明によると、電極及び圧電層を形成する前に、第１加熱工程において拡散防止層を加熱して拡散防止層の残留応力を予め緩和させておき、その後、電極及び圧電層を形成して第２加熱工程において圧電層を加熱するため、第２加熱工程における加熱による拡散防止層の内部応力の変化が小さくなる。したがって、上述したような電極の拡散防止層からの剥離や、圧電層の亀裂などが発生しにくくなる。
【０００９】
また、第１加熱工程では拡散防止層とともに基材も加熱されるため、第１温度が高いほど、第１加熱工程において基材から拡散防止層に拡散する金属原子の量が増加する。一方、拡散防止層により拡散するのを防止することができる金属の量は、拡散防止層の材質、厚みなどによって予め決まっている。したがって、第１温度を高くしすぎると、拡散防止層の残留応力を緩和することはできるが、その後の第２加熱工程における加熱により、基材から拡散した金属原子が拡散防止層を越えて圧電層に達し、圧電層の圧電特性が低下してしまう虞がある。しかしながら、第１温度を第２温度よりも低くしておくことにより、第１加熱工程における基材を構成する金属原子の拡散量を低減することができる。このため、その後の第２加熱工程において基材を構成する金属原子が拡散防止層を越えて圧電層に達するのを確実に防止することができる。
【００１０】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法においては、拡散防止層形成工程において、エアロゾルデポジション法により拡散防止層を形成することが好ましい（請求項２）。これによると、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いれば容易に拡散防止層を形成することができるが、ＡＤ法により拡散防止層を形成した場合には、特に大きな残留応力が生じてしまうため、拡散防止層の残留応力を緩和せずに、電極及び圧電層を形成して圧電層を加熱すると、拡散防止層の残留応力が緩和されることにより拡散防止層の内部応力が大きく変化し、電極の拡散防止層からの剥離及び圧電層の亀裂が生じやすい。しかしながら、第１加熱工程において拡散防止層を加熱しておくことにより、このような場合でも、第１加熱工程において拡散防止層の残留応力を予め緩和させることができるため、第２加熱工程における加熱による拡散防止層の内部応力の変化を十分に小さくすることができる。
【００１１】
このとき、拡散防止層が、金属酸化物により構成されていることが好ましく（請求項３）、さらには、アルミナまたはジルコニアにより構成されていることがより好ましい（請求項４）。これによると、金属酸化物、特にアルミナ、ジルコニアは、緻密な構造を有しているため、基材から拡散してきた金属が拡散防止層を越えて圧電層に達してしまうのを効果的に抑制することができる。
【００１２】
さらにこのとき、第１加熱工程における加熱温度が、５００℃以上であることが好ましい（請求項５）。これによると、ＡＤ法により形成したアルミナの拡散防止層を加熱したとき、加熱温度が５００℃より低い領域においては残留応力が比較的急激に緩和され、加熱温度が５００℃以上の領域では残留応力は比較的緩やかに緩和される。したがって、第１加熱温度を５００℃以上とすることにより、拡散防止層の残留応力を十分に緩和させることができる。これにより、第２加熱工程における加熱による拡散防止層の内部応力の変化が確実に小さくなる。
【００１３】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法においては、電極形成工程の後、圧電層形成工程の前に、電極を所定の第３温度で加熱する第３加熱工程をさらに備えており、第３温度が第２温度よりも低いことが好ましい（請求項６）。
【００１４】
電極を形成したとき、電極には残留応力が生じているが、この残留応力を緩和せずに圧電層を形成し、圧電層を加熱すると、圧電層とともに電極も加熱され、この加熱により電極の残留応力が緩和されて電極の内部応力が変化する。この内部応力の変化により電極が変形するが、このとき、圧電層が電極の変形に追従できずに、圧電層に亀裂が生じてしまう虞がある。
【００１５】
しかしながら、本発明によると、圧電層を形成する前に、第３加熱工程において電極を加熱して電極の残留応力を予め緩和させておき、その後、圧電層を形成し、第２加熱工程において圧電層を加熱するため、第２加熱工程における加熱による電極の内部応力の変化が小さくなる。したがって、上述したような圧電層の亀裂が発生しにくくなる。
【００１６】
また、第３加熱工程では電極とともに基材も加熱されるため、第３温度が高いほど、第３加熱工程において基材から拡散防止層に拡散する金属原子の量が増加する。一方、拡散防止層により拡散するのを防止することができる金属の量は、拡散防止層の材質、厚みなどによって予め決まっている。したがって、第３温度を高くしすぎると、電極の残留応力を緩和することはできるが、その後の第２加熱工程における加熱により、基材から拡散した金属原子が拡散防止層を越えて圧電層に達し、圧電層の圧電特性が低下してしまう虞がある。しかしながら、第３温度を第２温度よりも低くしておくことにより、第３加熱工程における基材を構成する金属原子の拡散量を低減することができる。このため、その後の第２加熱工程において基材を構成する金属原子が拡散防止層を越えて圧電層に達するのを確実に防止することができる。
【００１７】
このとき、第３温度が、第１温度よりも低いことが好ましい（請求項７）。これによると、電極の残留応力を十分に緩和させるのに必要な加熱温度は拡散防止層の残留応力を十分に緩和させるのに必要な加熱温度よりも低いため、第３温度を第１温度よりも低くすることにより、第３加熱工程における基材を構成する金属原子の拡散防止層への拡散量をさらに低減することができる。
【００１８】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法においては、圧電層形成工程において、エアロゾルデポジション法により圧電層を形成することが好ましい（請求項８）。エアロゾルデポジション法により圧電層を形成した場合には、圧電層を構成する粒子を成長させるために、第２加熱工程として圧電層を高温で加熱するアニール処理が必要であるが、このような場合にも、第２加熱工程の際に、前述したような拡散防止層からの電極の剥離や、圧電層の亀裂が生じにくくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は本実施の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、用紙搬送ローラ４などを備えている。
【００２１】
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。
【００２２】
次に、インクジェットヘッド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２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。
【００２３】
図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド２は、複数の圧力室１０等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。
【００２４】
流路ユニット３１は、キャビティプレートプレート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。あるいは、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。
【００２５】
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）を長軸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５つずつ走査方向に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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
圧電アクチュエータ３２は、下から順に、振動板４０（基材）、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。
【００２９】
振動板４０はステンレスなどの金属材料からなり、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。拡散防止層４１はアルミナによって構成されており、振動板４０の上面の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における加熱によって振動板４０を構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するための層である。
【００３０】
下部電極４２はＴｉ／Ｐｔ材料などの導電性材料からなり、拡散防止層４２の上面の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（三元系の金属酸化物）であり強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料により構成されており、下部電極４２が形成された拡散防止層４１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。
【００３１】
複数の上部電極４４は、下部電極４２と同様Ｔｉ／Ｐｔ材料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、上部電極４４の長手方向に圧力室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。
【００３２】
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。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。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増加するため、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。
【００３３】
次に、インクジェットヘッド２の製造方法について説明する。図６はインクジェットヘッド２の製造工程を示す工程図である。図７は圧電アクチュエータ３２の製造過程を示した工程図である。なお、図７においては、流路ユニット３１のプレート２１よりも下の部分は図示していない。
【００３４】
インクジェットヘッド２を製造する際には、図６、図７（ａ）に示すように、まず、プレート２１〜２３と振動板４０とを互いに積層させ、金属拡散接合によって接合する（Ｓ１０１）。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、プレート２４も、プレート２１〜２３及び振動板４０とともに金属拡散接合により接合してもよい。
【００３５】
次に、図６、図７（ｂ）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の上面にアルミナを堆積させて拡散防止層４１を形成する（Ｓ１０２、拡散防止層形成工程）。
【００３６】
ここで、ＡＤ法により拡散防止層４１を形成するための成膜装置について説明する。図８はＡＤ法により成膜を行うための成膜装置の概略構成図である。図８に示すように成膜装置５０は、エアロゾル室５１、ガスボンベ５２、加振装置５３、成膜室５４、粒子回収装置５７及び真空ポンプ５８を有している。
【００３７】
エアロゾル室５１には拡散防止層４１の材料となるアルミナの粒子Ｍが封入されている。ガスボンベ５２は、エアロゾル室５１に接続されており、エアロゾル室５１に、アルミナの粒子と混合してエアロゾルを発生させるための、ヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガス、空気又は酸素などのキャリアガスを供給する。加振装置５３はエアロゾル室５１を振動させる。これにより、エアロゾル室５１内のアルミナの粒子とキャリアガスとが混合されエアロゾルが発生する。
【００３８】
成膜室５４にはステージ５５及びノズル５６が設けられている。ステージ５５は、成膜室５４の上部に設けられており、図８の左右方向に往復移動可能に構成されている。ステージ５５の下面には、アルミナの粒子を堆積させる基材が取り付けられるようになっており、拡散防止層４１を形成する際には、プレート２１〜２３と振動板４０との積層体が、振動板４０の上面が下となるように取り付けられる。ノズル５６はステージ５５の下方に配置されているとともにエアロゾル室５１に接続されており、後述するようにエアロゾル室５１において発生させたエアロゾルが、ノズル５６からステージ５５に載置された基材に向けて噴射される。
【００３９】
真空ポンプ５８は粒子回収装置５７を介して成膜室５４に接続されており、真空ポンプ５８により成膜室５４内の圧力を低下させることが可能となっている。このとき、成膜室５４内に残留している粒子は粒子回収装置５７によって回収される。
【００４０】
そして、成膜装置５０により振動板４０の上面に拡散防止層４１を形成する際には、ステージ５５の下面にプレート２１〜２３と振動板４０との積層体を取り付け、アルミナの粒子Ｍが封入されたエアロゾル室５１内にガスボンベによりキャリアガスを供給するとともに、加振装置５３によりエアロゾル室５１を振動させることによりアルミナの粒子Ｍとキャリアガスとを混合させエアロゾルを発生させる。そして、ステージ５５を左右方向に往復移動させるとともに、真空ポンプにより成膜室５４内の圧力を低下させることにより、ノズル５６から往復移動するステージ５５に向けてエアロゾルが噴射される。これにより、エアロゾルに含まれるアルミナの粒子が振動板４０の上面に高速で衝突し、振動板４０の上面にアルミナの粒子が堆積されていき、拡散防止層４１が形成される。アルミナで形成された拡散防止層４１は剛性が高い。
【００４１】
次に、図６に示すように、プレート２１〜２３、振動板４０及び拡散防止層４１の積層体を７５０℃（第１温度）で加熱する（Ｓ１０３、第１加熱工程）。より詳細には、大気雰囲気のマッフル炉において１８０分かけて常温から７５０℃まで昇温させ、その後、７５０℃で３０分間保持する。ＡＤ法により拡散防止層４１を形成する際には、前述したように、アルミナの粒子を振動板４０の上面に高速で衝突させるため、形成された拡散防止層４１には大きな残留応力が生じているが、この加熱により、拡散防止層４１の残留応力が緩和される。
【００４２】
次に、図６、図７（ｃ）に示すように、拡散防止層４１の上面（振動板４０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（Ｓ１０４、電極形成工程）。続いて、プレート２１〜２３、振動板４０、拡散防止層４１及び下部電極４２の積層体を５００℃（第３温度）で加熱する（Ｓ１０５、第３加熱工程）。より詳細には、大気雰囲気のマッフル炉において１８０分かけて常温から５００℃まで昇温させ、その後、５００℃で３０分間保持する。形成された下部電極４２には残留応力が生じているが、この加熱により、下部電極４２の残留応力が緩和される。
【００４３】
次に、図６、図７（ｄ）に示すように、下部電極４２が形成された拡散防止層４１の上面に、ＡＤ法により圧電層４３を形成する（Ｓ１０６、圧電層形成工程）。なお、ＡＤ法により圧電層４３を形成するには、前述した成膜装置５０において、エアロゾル室５１に圧電材料の粒子を封入しておくとともに、ステージ５５の下面にプレート２１〜２３、振動板４０、拡散防止層４１及び下部電極４２の積層体を、拡散防止層４１が下となるように取り付けて、拡散防止層４１を形成したのと同様にして、下部電極４２が形成された拡散防止層４１の上面に圧電材料の粒子を堆積させる。
【００４４】
次に、プレート２１〜２３、振動板４０、拡散防止層４１、下部電極４２及び圧電層４３の積層体を８５０℃（第２温度）程度で加熱するアニール処理を行う（Ｓ１０７、第２加熱工程）。ＡＤ法により圧電層４３を形成する場合には、圧電材料が拡散防止層４１の表面に衝突する際に、圧電材料の粒子が微細化したり格子欠陥が発生したりするため、このままでは十分な圧電特性が得られない。しかしながら、このようなアニール処理を行うことにより、圧電材料の結晶が成長し、圧電層４３において十分な圧電特性が得られるようになる。
【００４５】
このとき、圧電層４３と振動板４０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振動板４０から拡散した金属原子が拡散防止層４１で止められ、金属原子が圧電層４３に達してしまうのが抑制される。これにより、振動板４０から圧電層４３に金属原子が達してしまい、圧電層４３の圧電特性が低下してしまうのが防止される。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、振動板４０から拡散した金属原子が拡散防止層４１を越えて圧電層４３に達してしまうのを効果的に抑制することができる。
【００４６】
また、前述したように、アニール処理の前に拡散防止層４１及び下部電極４２を加熱し、予めこれらの残留応力を緩和させているため、後述するように、アニール処理における加熱による拡散防止層４１及び下部電極４２の内部応力の変化は小さなものとなる。したがって、後述するように、アニール処理における加熱の際に下部電極４２が拡散防止層４１から剥離したり、圧電層４３に亀裂が生じたりしにくくなる。
【００４７】
次に、図６、図７（ｅ）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を形成する（Ｓ１０８）。続いて、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を接合する（Ｓ１０９）。以上のようにして、インクジェットヘッド２が製造される。
【００４８】
図９は、ＡＤ法によりアルミナの拡散防止層４１を形成したときの、温度と拡散防止層４１の内部応力（残留応力と熱応力との和）との関係を示す図である。図９においては、図中実線で示すグラフは、拡散防止層４１を加熱したときの加熱温度と拡散防止層４１の内部応力との関係を示しており、図中点線で示すグラフは、拡散防止層４１を各温度まで加熱した後、拡散防止層４１を冷却したときの、温度と温度拡散防止層４１の内部応力との関係を示している。なお、図９においては、引っ張り応力を正の値、圧縮応力を負の値で表している。
【００４９】
図９に示すように、拡散防止層４１が形成されたときには、図９の点Ａに示すように、拡散防止層４１には常温で約２２００ＭＰａの圧縮応力が生じている。ここで、拡散防止層４１を形成した後、拡散防止層４１の加熱を行わずに、下部電極４２及び圧電層４３を形成し、アニール処理を行うと、このときの加熱により拡散防止層４１の残留応力が緩和されて、図９の点Ｂに示すように、アニール処理後の拡散防止層４１には約１３０ＭＰａの引っ張り応力が生じることとなる。このとき、内部応力の変化により拡散防止層４１が変形するが、拡散防止層４１の内部応力の変化量が大きい（約２２００ＭＰａの圧縮応力から約１３０ＭＰａの引っ張り応力まで約２３３０ＭＰａ変化する）ため、拡散防止層４１の変形も大きなものとなる。これにより、下部電極４２及び圧電層４３がこの拡散防止層４１の変形に追従できず、下部電極４２が拡散防止層４１から剥離したり、圧電層４３に亀裂が生じたりしてしまう虞がある。
【００５０】
しかしながら、本実施の形態では、拡散防止層４１を形成した後、拡散防止層４１を予め７５０℃程度で加熱しているため、下部電極４２及び圧電層４３が形成されていない状態で拡散防止層４１の残留応力が緩和され、拡散防止層４１には、図９の点Ｃに示すように、約２３５ＭＰａの引っ張り応力が生じることとなる。この後、拡散防止層４１が常温まで冷却されると、熱応力の変化により、図９の点Ｄに示すように、拡散防止層４１には約１０００ＭＰａの引っ張り応力が生じることとなる。したがって、その後、下部電極４２及び圧電層４３が形成され、アニール処理により圧電層４３が８５０℃に加熱されたときの拡散防止層４１の内部応力の変化は、拡散防止層４１を加熱しなかった場合と比較して小さくなり（約１０００ＭＰａの引っ張り応力から約２３５ＭＰａの引っ張り応力まで約７６５ＭＰａ変化する）、拡散防止層４１の変形量も小さくなる。したがって、拡散防止層４１を加熱しない場合よりも、下部電極４２が拡散防止層４１から剥離したり、圧電層４３に亀裂が生じたりしにくい。
【００５１】
ここで、拡散防止層４１を形成した後の加熱温度を７５０℃よりもさらに高い、例えばアニール処理の際の加熱温度と同じ８５０℃程度又はそれよりも高い温度にしても、図９からわかるように、７５０℃以上の領域においては、拡散防止層４１の内部応力は大きく変化しないため、上述したのと同様、アニール処理における加熱による拡散防止層４１の内部応力の変化は小さくなる。よって、拡散防止層４１をこのような温度で加熱した場合にも、アニール処理における加熱の際に、下部電極４２の剥離及び圧電層４３の亀裂が発生しにくくなる。
【００５２】
しかしながら、拡散防止層４１の加熱温度が高くなるほど、拡散防止層４１とともに加熱される振動板４０からの金属原子の拡散が進みやすくなり、拡散防止層４１に拡散する振動板４０の金属原子の量が多くなる。一方、拡散防止層４１によって圧電層４３に達してしまうのを防止することができる金属原子の量は、その材質、厚み等によって予め決まっている。したがって、拡散防止層４１の加熱温度を高くしすぎると、その後のアニール処理における加熱により圧電層４３とともに加熱される振動板４０から拡散する金属原子が拡散防止層４１を越えて圧電層４３に達してしまう虞がある。そして、金属原子が圧電層４３まで達してしまうと、圧電層４３の圧電特性が低下してしまう。
【００５３】
振動板４０から拡散した金属原子が圧電層４３に達してしまうのを防止するために、拡散防止層４１の厚みを大きくすることも考えられるが、この場合には、拡散防止層４１の厚みを大きくした分だけ、圧電アクチュエータ３２を駆動させたときに、拡散防止層４１が変形しにくくなり、圧電アクチュエータ３２の駆動効率が低下してしまう。
【００５４】
このことから、拡散防止層４１の加熱温度は、アニール処理における加熱温度である８５０℃よりも低いことが好ましい。また、図９からわかるように、拡散防止層４１を常温から８５０℃まで加熱する場合、５００℃未満の領域において拡散防止層４１の残留応力が比較的急激に緩和されるの対して、５００℃以上の領域においては残留応力が比較的緩やかに緩和される。つまり、拡散防止層４１の加熱温度を５００℃以上にすることによって、拡散防止層４１の残留応力を十分に緩和することができる。これにより、その後のアニール処理における加熱による拡散防止層４１の内部応力の変化を十分に小さくすることができる。以上のことから、アニール処理における加熱による拡散防止層４１の内部応力の変化を小さくするためには、拡散防止層４１の加熱温度を５００℃以上にすることが好ましい。
【００５５】
さらに、図９からわかるように、７５０℃以上で加熱した場合の拡散防止層４１の内部応力は、ほぼ図９の点Ｄと点Ｂとを通る直線に沿って変化している。このことから、拡散防止層４１は７５０℃まで加熱された時点でその残留応力がほぼ完全に緩和され、それよりも高い温度に加熱されたときの拡散防止層４１の内部応力の変化は、ほぼ熱応力の変化のみであるといえる。したがって、拡散防止層４１の加熱温度を７５０℃よりも高くしても、その後のアニール処理における加熱による内部応力の変化は、拡散防止層４１の加熱温度を７５０℃にした場合とほぼ同じとなる（図９の点Ｄから点Ｂに変化する）。以上のことから、本実施の形態においては、拡散防止層４１の加熱温度を７５０℃とした。
【００５６】
また、下部電極４２を形成した後、下部電極４２の加熱を行わずに圧電層４３を形成し、その後アニール処理を行うと、アニール処理における加熱により下部電極４２の残留応力が緩和されて下部電極４２の内部応力が変化する。このとき、下部電極４２が変形するが、この場合にも、圧電層４３が下部電極４２の変形に追従できず、圧電層４３に亀裂が生じてしまう虞がある。
【００５７】
しかしながら、本実施の形態においては、下部電極４２を形成した後、下部電極４２を加熱することによって、下部電極４２の残留応力を予め緩和させた後、圧電層４３を形成し、アニール処理を行っているので、アニール処理における加熱による下部電極４２の内部応力の変化が小さくなり、このときの下部電極４２の変形量も小さくなる。したがって、アニール処理における加熱の際に圧電層４３に亀裂が生じにくくなる。
【００５８】
ここで、下部電極４２とともに加熱される振動板４０から拡散防止層４１への金属原子の拡散量を低減するために、下部電極４２の加熱温度も、アニール処理における加熱温度よりも低いことが好ましい。つまり、第３温度は第２温度よりも低いことが好ましい。また、下部電極４２は、Ｔｉ／Ｐｔ材料により構成されていることから、アルミナによって構成されている拡散防止層４１よりも低い温度で残留応力を十分に緩和させることができる。したがって、下部電極４２の加熱温度は、さらに拡散防止層４１の加熱温度よりも低いことが好ましい。つまり、第３温度はさらに第１温度よりも低いことが好ましい。以上のことから、本実施の形態においては、下部電極４２の加熱温度を５００℃とした。
【００５９】
（実施例）
次に、上述した実施の形態の方法により圧電アクチュエータ３２を製造した場合（実施例１）と、拡散防止層４１及び下部電極４２の加熱を行わずに圧電層４３を形成して圧電アクチュエータ３２を製造した場合（比較例）とを比較した一例を示す。図１０は実際に製造した圧電アクチュエータ３２の断面の写真であり、（ａ）が比較例のもの、（ｂ）が実施例１のものである。図１１は実際に製造した圧電アクチュエータ３２における下部電極４２が形成された拡散防止層４１の上面の写真であり、（ａ）が比較例のもの、（ｂ）が実施例１のものである。
【００６０】
比較例の場合には、図１０（ａ）、図１１（ａ）に示すように、下部電極４２に拡散防止層４１からの剥離Ｄが生じてしまうとともに、圧電層４３に亀裂Ｃが生じてしまう。これに対して、実施例１の場合には、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）に示すように、このような剥離Ｄ及び亀裂Ｃは生じていない。
【００６１】
図１２は、実施例１及び比較例における拡散防止層４１と下部電極４２との密着強度を示す図である。なお、図１２に示す密着強度は、下部電極４２を拡散防止層４１から引き剥がす方向に引っ張り、下部電極４２が拡散防止層４１から剥がれたときの引っ張り力を、拡散防止層４１と下部電極４２との密着強度として測定するセバスチャン法により測定した値である。
【００６２】
図１２に示すように、比較例の場合には、密着強度が約１４Ｎ／ｍｍ２であるのに対して、実施例１の場合には密着強度が約２８．５Ｎ／ｍｍ２となっており、実施例１の場合には比較例の場合と比較して拡散防止層４１と下部電極４２との密着強度が高くなっている。この結果からも、実施例１においては、下部電極４２が拡散防止層４１から剥離しにくくなっていることがわかる。
【００６３】
図１３は、上記比較例の場合、拡散防止層４１は加熱したが下部電極４２の加熱は行わずに圧電層４３を積層して圧電アクチュエータ３２を製造した場合（実施例２）、及び、上記実施例１の場合の、製造した圧電アクチュエータ３２の不良の発生率を示す図である。
【００６４】
図１３に示すように、比較例の場合には、製造された圧電アクチュエータ３２において、ほぼ確実に（１００．０％）下部電極４２の拡散防止層４１からの剥離又は圧電層４３の亀裂のいずれかが発生してしまう。
【００６５】
これに対して、実施例２の場合には、製造された圧電アクチュエータ３２において、下部電極４２の拡散防止層４１からの剥離又は圧電層４３の亀裂のいずれかが発生してしまう割合が低下している（７３．８％）。さらに、実施例１の場合には、製造された圧電アクチュエータ３２において、下部電極４２の拡散防止層４１からの剥離又は圧電層４３の亀裂のいずれかが発生してしまう割合が一層低下している（２４．３％）。
【００６６】
この結果から、アニール処理の前に拡散防止層４１を加熱して予めその残留応力を緩和させることにより、アニール処理における加熱の際に下部電極４２が拡散防止層４１から剥離したり、圧電層４３に亀裂が生じたりしにくくなることがわかる。さらに、アニール処理の前に下部電極４２を加熱して予めその残留応力を緩和させることにより、アニール処理における加熱の際に圧電層４３に亀裂が生じにくくなることがわかる。
【００６７】
以上に説明した実施の形態によると、ＡＤ法により圧電層４３を形成した場合には、圧電層４３を形成した後、圧電層４３を構成する圧電材料の粒子を成長させて所望の圧電特性を得るために、８５０℃の高温で加熱するアニール処理を行う必要があるが、下部電極４２及び圧電層４３を形成する前に、拡散防止層４１を加熱することより拡散防止層４１の残留応力を予め緩和させているので、その後のアニール処理における加熱による拡散防止層４１の内部応力の変化が小さくなる。したがって、アニール処理における加熱の際に下部電極４２が拡散防止層４１から剥離したり、圧電層４３に亀裂が生じたりしにくくなる。
【００６８】
また、拡散防止層４１を加熱する温度をアニール処理における加熱温度よりも低くすることにより、拡散防止層４１を加熱したときに同時に加熱される振動板４０からの金属原子の拡散量を低減することができる。これにより、その後のアニール処理における加熱の際に振動板４０から拡散した金属原子が拡散防止層４１を越えて圧電層４３に達するのを確実に防止することができる。
【００６９】
このとき、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ため、振動板４０から拡散した金属が拡散防止層４１を越えて圧電層４３に達してしまうのを効果的に抑制することができる。
【００７０】
また、ＡＤ法を用いれば容易に拡散防止層４１を形成することができるが、ＡＤ法により拡散防止層４１を形成すると、形成された拡散防止層４１に特に大きな残留応力が生じてしまう。しかしながら、このような場合にも、拡散防止層４１を形成した後、拡散防止層４１を加熱することにより、アニール処理の前に拡散防止層４１の残留応力を予め十分に緩和させておくことができる。
【００７１】
さらに、ＡＤ法により形成したアルミナの拡散防止層４１を加熱したとき、加熱温度が５００℃以上の領域では残留応力が比較的緩やかに緩和されるため、拡散防止層４１の加熱温度を５００℃以上である７５０℃とすることにより、拡散防止層４１の残留応力を十分に緩和させておくことができ、アニール処理における加熱による拡散防止層４１の内部応力の変化を確実に小さくすることができる。
【００７２】
また、下部電極４２を形成した後、圧電層４３を形成する前に、下部電極４２を加熱しすることにより予め下部電極４２の残留応力を緩和させているため、アニール処理における加熱による下部電極４２の内部応力の変化が小さくなる。したがって、アニール処理における加熱の際に、圧電層４３に亀裂が生じにくくなる。
【００７３】
このとき、下部電極４２の加熱温度をアニール処理における加熱温度よりも低くしておくことにより、下部電極４２とともに加熱される振動板４０からの金属原子の拡散量を低減することができる。したがって、その後のアニール処理おける加熱の際に、振動板４０を構成する金属原子が拡散防止層４１を越えて圧電層４３に達するのを確実に防止することができる。
【００７４】
さらに、下部電極４２の残留応力を十分に緩和させるのに必要な加熱温度は拡散防止層４１の残留応力を十分に緩和させるのに必要な加熱温度よりも低いため、下部電極４２の加熱温度を拡散防止層４１の加熱温度よりも低い５００℃とすることにより、下部電極４２を加熱したときの振動板４０からの金属原子の拡散量をさらに低減することができる。
【００７５】
なお、本発明は上記実施の形態のものには限られず、種々の変更が可能である。例えば、本実施の形態では、拡散防止層４１を７５０℃で加熱したが、拡散防止層４１の加熱温度はアニール処理の際の加熱温度である８５０℃よりも低い温度であれば７５０℃以外の温度であってもよい。ただし、アニール処理の前に拡散防止層４１の残留応力を十分に緩和させておくためには、実施の形態で説明したように、拡散防止層４１の加熱温度を５００℃以上にすることが好ましい。
【００７６】
同様に、下部電極４２の加熱温度もアニール処理における加熱温度である８５０℃よりも低い温度であれば、５００℃以外の温度であってもよい。このとき、下部電極４２の加熱温度は、拡散防止層４１の加熱温度以上となってもよい。ただし、下部電極４２を加熱したときの振動板４０を構成する金属原子の拡散量を低減するためには、実施の形態で説明したように、下部電極４２の加熱温度は拡散防止層４１の加熱温度よりも低いことが好ましい。
【００７７】
本実施の形態では、ＡＤ法により拡散防止層４１を形成したが、スパッタ法等他の方法により拡散防止層４１を形成してもよい。この場合でも、拡散防止層４１を形成したときに拡散防止層４１に残留応力が生じるため、下部電極４２及び圧電層４３を形成する前に、拡散防止層４１を加熱して残留応力を予め緩和させておくことにより、その後のアニール処理における加熱による拡散防止層４１の内部応力の変化を小さくすることができ、下部電極４２の剥離、圧電層４３の亀裂が生じにくくなる。
【００７８】
また、拡散防止層４１がアルミナによって構成されていたが、アルミナ以外の材料、例えば金属酸化物によって構成されていれてもよい。ただし、振動板４０から拡散した金属を拡散防止層４１において確実に止めるためには、拡散防止層４１は、例えばジルコニア、チタニアなど、拡散した金属に対して化学的に安定であり、圧電材料の組成に対する影響がなく、緻密な構造を有する材料により構成されていることが好ましい。
【００７９】
また、本実施の形態では、下部電極４２を形成した後、下部電極４２を加熱してから圧電層４３を形成し、その後アニール処理を行ったが、圧電層４３を形成する前に下部電極４２を加熱しなくてもよい。この場合でも、下部電極４２及び圧電層４３を形成する前に拡散防止層４１を加熱して予め拡散防止層４１の残留応力を緩和させているため、アニール処理における加熱による拡散防止層４１の内部応力の変化は小さくなる。したがって、実施の形態（実施例２）で説明したように、下部電極４２の剥離及び圧電層４３の亀裂が生じにくくなる（図１３参照）。
【００８０】
また、本実施の形態では、ＡＤ法により圧電層４３を形成したが、ＡＤ法以外の方法により圧電層４３を形成してもよい。例えば、ゾルゲル法により圧電層４３を形成した場合にも、圧電層４３を形成した後、６００℃程度で加熱することにより圧電材料を結晶化させる必要がある。このため、圧電層４３を形成する前に、拡散防止層４１及び下部電極４２を加熱して予め拡散防止層４１及び下部電極４２の残留応力を緩和させておくことにより、圧電材料を結晶化させるための加熱を行ったときに、実施の形態と同様、下部電極４２が拡散防止層４１から剥離したり、圧電層４３に亀裂が発生したりしにくくなる。なお、この場合には、拡散防止層４１及び下部電極４２を、圧電材料を結晶化させる際の加熱温度よりも低い温度で加熱する。
【００８１】
また、本実施の形態では、プレート２１〜２３と振動板４０とを接合してから、振動板４０の上面に拡散防止層４１、下部電極４２、圧電層４３及び上部電極４４を形成したが、実施の形態のＳ１０２〜Ｓ１０８（図６参照）と同様の工程で振動板４０の上面に拡散防止層４１、下部電極４２、圧電層４３及び上部電極４４を形成することにより圧電アクチュエータ３２を製造してから、接着剤などによりキャビティプレート２１の上面に圧電アクチュエータ３２を接合してもよい。
【００８２】
以上では、本発明をインクジェットヘッド２の圧力室１０内のインクに圧力を付与するための圧電アクチュエータに適用した例について説明したが、金属材料からなる基材、拡散防止層、電極及び圧電層がこの順に積層された構成を有する圧電アクチュエータであれば、他の装置を駆動させるために用いられる圧電アクチュエータを製造する際にも、本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明における実施の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】インクジェットヘッドの製造過程を示すフローチャートである。
【図７】圧電アクチュエータの製造工程を示す工程図である。
【図８】ＡＤ法により成膜を行うための成膜装置の概略構成図である。
【図９】拡散防止層の温度と残留応力及び熱応力との関係を示す図である。
【図１０】実際に製造した圧電アクチュエータの断面の写真であり、（ａ）が比較例の場合、（ｂ）が実施例１の場合である。
【図１１】実際に製造した圧電アクチュエータにおける拡散防止層の表面の写真であり、（ａ）が比較例の場合、（ｂ）が実施例１の場合である。
【図１２】実際に製造した圧電アクチュエータにおける下部電極と拡散防止層との密着強度を示す図である。
【図１３】実際に製造した圧電アクチュエータの不良発生率を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
３２  圧電アクチュエータ
４０  振動板
４１  拡散防止層
４２  下部電極
４３  圧電層
【図１】
2008244201.tif 000003
【図２】
2008244201.tif 000004
【図３】
2008244201.tif 000005
【図４】
2008244201.tif 000006
【図５】
2008244201.tif 000007
【図６】
2008244201.tif 000008
【図７】
2008244201.tif 000009
【図８】
2008244201.tif 000010
【図９】
2008244201.tif 000011
【図１２】
2008244201.tif 000012
【図１３】
2008244201.tif 000013
【図１０】
2008244201.tif 000014
【図１１】
2008244201.tif 000015