(57)【要約】【課題】  圧電層に作用する熱応力を緩和しつつ、製品毎の圧電アクチュエータの特性のバラツキを抑えることができる液体吐出ヘッドの製造方法を提供する。【解決手段】  インクジェットヘッド１０は、流路ユニット１１と振動板２と圧電層５とを有する。流路ユニット１１には、一面が開口した圧力室１７とこの圧力室１７に連通するノズル１９とが形成されており、圧力室１７の開口１７ａを塞ぐように振動板２が流路ユニットの一面に固着されている。この振動板２の流路ユニット１１とは反対側の面である表面側には、圧電層５が設けられている。このような構成を有するインクジェットヘッド１０は、振動板２の表面とは反対の裏面における、前記圧力室と対応しない部分に複数の凹部８を形成する凹部形成工程と、振動板２の前記表面側における、前記圧力室１７に対応する部分及び前記凹部８に対応する部分を含む領域に、圧電材料のエアロゾルを噴き付けることによって前記圧電層５を形成する圧電層形成工程と経て製造される。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室とこの圧力室に連通するノズルとが形成され、前記圧力室が一面で開口した流路ユニットと、前記開口を塞ぐように前記流路ユニットの前記一面に固着される振動板と、前記振動板の前記流路ユニットとは反対側の面である表面側に形成される圧電層とを備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記振動板の前記表面とは反対の裏面における、前記圧力室と対応しない部分に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記振動板の前記表面側における、前記圧力室に対応する部分及び前記凹部に対応する部分を含む領域に、圧電材料のエアロゾルを噴き付けることによって前記圧電層を形成する圧電層形成工程とを有することを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項２】
前記振動板の前記表面は、平坦に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項３】
前記振動板には、金属材料が含まれており、
前記凹部形成工程の後であって前記圧電層形成工程の前に、前記振動板の前記表面の前記凹部に対応する領域に、前記振動板に含まれる金属材料が前記圧電層へ拡散することを防ぐ拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記流路ユニットは、前記一面で開口する前記圧力室を複数有するとともに、これら複数の圧力室にそれぞれ連通し、かつ前記一面において前記圧力室の前記開口と重ならない位置で開口している共通液室を有し、
前記凹部形成工程では、前記共通液室に対応する部分に前記凹部を形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項５】
前記凹部形成工程では、所定の方向に延びかつ互いに平行な複数の凹部を形成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記振動板を前記流路ユニットの前記一面に固着する振動板固着工程を更に有し、
前記圧電層形成工程は、前記振動板固着工程の後に行われることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記振動板を前記流路ユニットの前記一面に固着する振動板固着工程を更に有し、
前記圧電層形成工程は、前記振動板固着工程の前に行われることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記圧電層形成工程において前記振動板の前記表面側に形成された前記圧電層をアニール処理するアニール処理工程を更に有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１つに記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリンタ等にように液体を吐出する液滴吐出ヘッドを製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インクジェットヘッド等の液体吐出ヘッドは、ノズルからインクを吐出して記録紙等の被記録媒体に画像を形成する装置である。インクジェットヘッドは、基本的に流路ユニットと圧電アクチュエータとを備えている。流路ユニットは、上面で開口した圧力室とこの圧力室に連通するノズルとが形成されている。また圧電アクチュエータは、前記圧力室の開口を裏面で塞ぐように前記流路ユニットの上面に積層された振動板と前記振動板の表面に形成された圧電層とを備えている。インクジェットヘッドは、圧電層に電界が作用すると、圧電層が変形して圧力室に圧力変動を生じさせ、この圧力変動によって前記圧力室内の液体をノズルから吐出する。
【０００３】
近年、圧電アクチュエータにおいて、ＰＺＴ等の圧電材料の微粒子を浮遊させた不活性ガス等のキャリアガス（エアロゾル）を噴き付けて堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いて、ＳＵＳ等の金属からなる振動板上に圧電層を形成する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、圧電層をＡＤ法で形成するものとして、特許文献２には、振動板の上面（流路ユニット２と反対側の面）において、平面視で圧力室と重ならない領域に圧力室の縁に沿って延びる溝を形成したインクジェットヘッドが開示されている。振動板に溝を形成することによって、圧電層にも振動板の溝に対応する位置に溝が形成されることとなる。そして、圧電層の溝により、クロストークの発生を抑制していることが開示されている。
【特許文献１】特開２００６−５４４４２号公報
【特許文献２】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】
【０００５】
ところで、ＡＤ法で成膜された圧電層は、後のアニール工程にて振動板と共に焼成されるのであるが、本発明者等の実験に基づく知見によれば、このアニール工程を経ることで、圧電層に大きな熱応力が発生し、これが原因で圧電層にクラックが発生してしまうことがわかっている。
【０００６】
すなわち、振動板上に成膜された圧電層は、圧電材料の微粒子が圧縮された構造となっているため内部応力を有しており、これを加熱することによってその内部応力は一旦開放される（０になる）のであるが、さらにこれを常温まで冷却すると、圧電層と振動板が一体的に収縮し、圧電層（ＰＺＴ）の線膨張係数が振動板（金属）の線膨張係数よりも小さいことにより、圧電層が内部応力を有した状態（熱応力を有する状態）となってしまうのである。そして、本発明者等の実験に基づく知見によれば、この熱応力により圧電層の変形特性が損なわれることもわかっている。
【０００７】
そこで、本発明は、圧電層に作用する熱応力を緩和することのできる液体吐出ヘッドの製造方法を提供すること目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、圧力室とこの圧力室に連通するノズルとが形成され、前記圧力室が一面で開口した流路ユニットと、前記開口を塞ぐように前記流路ユニットの前記一面に固着される振動板と、前記振動板の前記流路ユニットとは反対側の面である表面側に形成される圧電層とを備える液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記振動板の前記表面とは反対の裏面における、前記圧力室と対応しない部分に凹部を形成する凹部形成工程と、前記振動板の前記表面側における、前記圧力室に対応する部分及び前記凹部に対応する部分を含む領域に、圧電材料のエアロゾルを噴き付けることによって前記圧電層を形成する圧電層形成工程とを有する方法である。
【０００９】
本発明に従えば、振動板の裏面に凹部を形成することで、振動板の剛性が低くなり変形しやすくなる。そのためアニール処理時の振動板の熱変形が促され、振動板によって圧電層の熱変形が妨げられることを抑制できる。これによって圧電層に生じる熱応力を緩和することができ、圧電層にクラックが発生したり、圧電アクチュエータの特性を損ねたりすることを防止できる。
【００１０】
また本発明では、振動板の裏面に凹部を形成することで圧電層の熱応力の緩和を実現しているので、振動板の表面（圧電層が形成される側の面）には凹部を形成しなくともよい。仮に、凹部が設けられる側の面に圧電層を形成するとなると、凹部の影により微粒子が堆積しずらい部分があることから、圧電層は凹部に対応する部分で肉薄となるか破断し、その箇所から剥離する虞がある。しかし、本発明によれば、凹部が設けられる側の面と反対側の面に圧電層が形成されるので、圧電層の破断による不具合を回避しつつ、熱応力を緩和することができる。
【００１１】
上記発明において、前記振動板の前記表面は、平坦に形成されていることが好ましい。本発明に従えば、振動板の表面が平坦に形成されているので、振動板の表面におけるエアロゾルの噴き付け条件がその部位によらず略同一となり、振動板の表面側に略均一な厚みの圧電層を形成することが容易になる。その結果、圧電アクチュエータを所定の特性を有するものとして製造することができる。
【００１２】
上記発明において、前記振動板には、金属材料が含まれており、前記凹部形成工程の後であって前記圧電層形成工程の前に、前記振動板の前記表面の前記凹部に対応する領域に、前記振動板に含まれる金属材料が前記圧電層へ拡散することを防ぐ拡散防止層を形成する拡散防止層形成工程を更に有することが好ましい。
【００１３】
本発明に従えば、凹部形成工程後であって圧電層形成工程の前に、振動板の表面の凹部に対応する領域に、振動板に含まれる金属材料が圧電層へと拡散することを防ぐ拡散防止層が設けられる。このように設けることで、拡散防止層は、振動板の凹部が形成された面とは反対側に設けられるので、圧電層と同様にＡＤ法によって形成されたとしても略均一な厚みに形成することができる。即ち、拡散防止層が凹部によって厚みが不均一となったり破断したりすることがない。従って、凹部と反対側の領域から圧電層に金属材料が拡散することを防止することができる液体吐出ヘッドを製造することができる。
【００１４】
上記発明において、前記流路ユニットは、前記一面で開口する前記圧力室を複数有するとともに、これら複数の圧力室にそれぞれ連通し、かつ前記一面において前記圧力室の前記開口と重ならない位置で開口している共通液室を有し、前記凹部形成工程では、前記共通液室に対応する部分に前記凹部を形成することが好ましい。
【００１５】
本発明に従えば、共通液室に対応する部分に凹部が形成される。このような位置に凹部を形成することで、アニール処理時において圧電層に生じる熱応力を緩和できると共に、凹部により共通液室の容量を大きくすることができる。よって、共通液室は、多くの液体吐出ノズル（圧力室）に一度に液体を供給できるので、ノズル（圧力室）の多ｃｈ化に対応することができる。
【００１６】
上記発明において、前記凹部形成工程では、所定の方向に延びかつ互いに平行な複数の凹部を形成することが好ましい。
【００１７】
本発明に従えば、所定方向に延びる複数の凹部を互いに平行に形成することで、アニール処理時の振動板の熱変形を促しつつ、振動板の表面に圧電材料のエアロゾルを噴き付けた時のエアロゾルによる衝撃に起因する振動板の凹部が形成された領域の変形を抑制する。これによって振動板の表面の凹部の対応する領域において、凹凸が生じることを防ぐことができ、エアロゾルの噴き付け条件がその部位によらず略同一となり、略均一な厚みの圧電層を形成することが容易になる。
【００１８】
上記発明において、前記振動板を前記流路ユニットの前記一面に固着する振動板固着工程を更に有し、前記圧電層形成工程は、前記振動板固着工程の後に行われることが好ましい。
【００１９】
本発明に従えば、圧電層形成工程にて振動板の表面側に圧電層を形成する前に振動板の裏面に流路ユニットが固着される。そのため振動板は、圧電材料のエアロゾルを振動板の表面に噴き付けた時の衝撃を流路ユニットと共に受けることができ、振動板に加わる衝撃を緩和することができる。これによって振動板の破損及び損傷を抑制することができる。
【００２０】
上記発明において、前記振動板を前記流路ユニットの前記一面に固着する振動板固着工程を更に有し、前記圧電層形成工程は、前記振動板固着工程の前に行われることが好ましい。
【００２１】
本発明に従えば、振動板を流路ユニットの一面に固着する前に振動板に圧電層を形成する。そのため振動板に圧電層を形成した直後にアニール処理を行うと、振動板の裏面が拘束されていない状態でのアニール処理となり、振動板の熱変形がさらに許容されることから、圧電層に生じる熱応力をより効果的に緩和することができる。
【００２２】
上記発明において、前記圧電層形成工程において前記振動板の前記表面側に形成された前記圧電層をアニール処理するアニール処理工程を更に有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、圧電層の破断による不具合を回避しつつ、圧電層に作用する熱応力を緩和された、変形特性の良好な圧電アクチュエータを備えた液滴吐出ヘッドを適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下では、図１乃至図１４を参照しつつ、本発明の液体吐出ヘッドの製造方法の具体的な方法及びその製造方法により製造された具体物であるインクジェットヘッドの複数の実施形態について説明する。各実施形態は、構成が互いに類似している。そのため各実施形態を説明する際、前述した実施形態の構成と異なる構成についてだけ説明し、前述した実施形態の構成と同一の構成については、同一の符号を付して、その詳細な説明については省略する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のインクジェットヘッド１０の一部を示す平面図である。図２は、インクジェットヘッド１０を図１のＩＩ−ＩＩ線で切断して示す断面図である。インクジェットヘッド１０は、インクが収容され、一面で開口する複数の圧力室１７を備えた流路ユニット１１と、この流路ユニット１１上に圧力室１７を閉じるように固着された圧電アクチュエータ１とを備えている。
【００２５】
流路ユニット１１は、全体として平板状をなし平面視で矩形状に形成されており、ノズルプレート１２、スペーサプレート１３、流路プレート１４、マニホールドプレート１５及び圧力室プレート１６を有している。これら各プレート１２〜１６は、先に示した順で積層されており、互いにエポキシ系の熱硬化性接着剤にて固着されている。
【００２６】
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、そこには、インクを噴射するための複数のノズル１９となる孔が流路ユニット１１の長辺方向（以下、単に「Ｘ方向」という）に整列して配置されている。このように複数のノズル１９となる孔を配置することにより、流路ユニット１１においてＸ方向に延びるノズル列が形成される。このノズル列は、インクジェットヘッド１０から吐出するインクの色の種類等に応じて、流路ユニット１１の短辺方向（以下、単に「Ｙ方向」という）に複数列並設されている。なお複数のノズル１９の各々は、前記複数の圧力室１７の各々に一対一で対応させて配置されている。スペーサプレート１３及び流路プレート１４は、例えばステンレス（ＳＵＳ４３０）にて形成されており、それらには前記複数のノズル１９の各々を対応する圧力室１７に連通するための複数のノズル流路１８となる孔がそれぞれ設けられている。
【００２７】
マニホールドプレート１５は、同じくステンレス（ＳＵＳ４３０）にて形成され、そこには、前記複数のノズル流路１８となる孔が設けられている。圧力室プレート１６は、同じくステンレス（ＳＵＳ４３０）にて形成され、そこには前記複数のノズル流路１８の各々に連通した複数の圧力室１７となる孔が設けられている。各圧力室１７となる孔は、複数のノズル１９の各々に一対一で対応するようにＸ方向に整列して配置され、これら整列された圧力室１７となる孔の列がＹ方向に複数並べられている。
【００２８】
さらにマニホールドプレート１５及び圧力室プレート１６には、互いに連通するマニホールド孔１５ａ，１６ａが形成されており、これら２つのマニホールド孔１５ａ，１６ａを流路プレート１４と圧電アクチュエータ１とにより塞ぐことで共通インク室２０（共通液室）となる。この共通インク室２０は、図示しないインクタンクに接続されていると共に、圧力室プレート１６において圧力室１７毎に形成された複数のマニホールド流路２１となる溝により各圧力室１７に接続されている。なおこの共通インク室２０も、インクジェットヘッド１０から吐出するインクの色の種類等に応じて、複数形成されており、これら複数の共通インク室２０がＹ方向に並設されている。
【００２９】
このようにして構成された流路ユニット１１は、その圧力室プレート１６側の面に圧電アクチュエータ１を固着することで、複数の圧力室１７となる孔、マニホールド孔１６ａ及び複数のマニホールド流路２１となる溝が塞がれ、前記複数の圧力室１７，共通インク室２０及び複数のマニホールド流路２１を構成する。これによってインクタンクに接続された共通インク室２０から、マニホールド流路２１、圧力室１７、ノズル流路１８を経てノズル１９へと至るインク流路２２が形成されている。なお、このインク流路２２は微細なものであり、高精度に形成される必要があることから、インク流路２２となる孔が加工性の良いエッチングで行われており、各プレート１２〜１６はエッチングによる侵食がなされるように金属製とされている。
【００３０】
この流路ユニット１１に積層される圧電アクチュエータ１は、流路ユニット１１より外形寸法がやや小さい矩形状に形成されており、流路ユニット１１に対向する裏面が圧力室１７の図２の紙面上側の壁面の一部を構成する振動板２と、この振動板２の圧力室１７と反対側の表面上に形成された拡散防止層３と、この拡散防止層３の振動板２と反対側の面上に形成された下部電極４と、この下部電極４の拡散防止層３と反対側の面上に積層された圧電層５と、この圧電層５の下部電極４と反対側の面上に設けられた上部電極６とで構成されている。なお圧電アクチュエータ１の長辺方向は、Ｘ方向に略一致しており、その短辺方向は、Ｙ方向にと略一致している。
【００３１】
振動板２は、矩形状に形成されており、流路ユニット１１の圧力室プレート１６側の面に熱圧着により固着されて、流路ユニット１１の上面全体を覆う形態となっている。振動板２を流路ユニット１１に固着することで、各圧力室１７をなす孔、各マニホールド孔１５ａ、１６ａ及び各マニホールド流路２１をなす孔が塞がれ、複数の圧力室１７、複数の共通インク室２０及び複数のマニホールド流路２１が形成される。
【００３２】
そして振動板２の裏面には、共通インク室２０毎に、この共通インク室２０に臨むように複数の凹部８（スリット）が配設されている。つまり流路ユニット１１に圧電アクチュエータ１を積層する積層方向と反対方向にみる平面視において、圧力室に対応しない部分に複数の凹部８が形成されている。複数の凹部８は、Ｘ方向に細長く形成されており、Ｙ方向に互いに短い間隔をあけて配置されている。このように複数の凹部８を前記共通インク室２０に臨むように配置することで、前記共通インク室２０の容量を大きくすることができる。これによって共通インク室２０は、多くのノズル１９（圧力室１７）に一度にインクを供給することができ、ノズル１９（圧力室１７）の多ｃｈ化に対応することができる。
【００３３】
なお、この振動板２は、流路ユニット１１を構成するマニホールドプレート１５、流路プレート１４、および圧力室プレート１６と同種の金属材料、例えばステンレス（ＳＵＳ４３０）により形成されており、これにより、振動板２を流路ユニット１１に熱圧着する際の反りを防止することができる。
【００３４】
この振動板２の表面は、平坦に形成されており、その表面の全面にわたって拡散防止層３が形成されている。つまり振動板２の表面の凹部８に対応する領域に拡散防止層３が形成されている。この拡散防止層３は、アルミナ及びジルコニア等の圧電材料を含むエアロゾルを振動板２の表面に噴き付けるエアロゾルデポジション方（略称：ＡＤ法）により形成される。ただし形成方法は、ＡＤ法に限らず、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法などであってもよい。この拡散防止層３は、振動板２に含まれる金属材料が圧電層５に拡散するのを防止する機能を有する。
【００３５】
この拡散防止層３の振動板２と反対側の面には、この面の全面にわたって下部電極４が形成されている。ただし下部電極４は、全面にわたって形成されているものに限定されない。この下部電極４は駆動回路ＩＣ（図示せず）のグランドに接続されることで、グランド電極として使用される。この下部電極４は、例えばＡｕを拡散防止層３上に蒸着することにより形成される。
【００３６】
この下部電極４の拡散防止層３と反対側の面には、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なる圧電層５が形成されており、この圧電層５は、下部電極４の前記反対側の面全体に均一な厚みで積層されている。この圧電層５もまたＡＤ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。
【００３７】
さらにこの圧電層５の下部電極４と反対側の面には、複数の上部電極６及び複数のリード部９が設けられている。これら複数の上部電極６の各々は、各圧力室１７の開口部１７ａに対応する領域にそれぞれ設けられ、各リード部９は、前記各圧力室１７がマニホールド流路２１を介して接続される共通インク室２０に対応する領域において、前記複数の上部電極６の各々に対応させて設けられる。上部電極６は、対応するリード部９を介して駆動回路ＩＣに接続されており、駆動電極として使用される。このようにして構成される複数の上部電極６は、各圧力室１７に対応するように、Ｘ方向に延びる列をなし、この列がＹ方向に並べられている。また複数のリード部９は、前記複数の上部電極６に沿ってＸ方向に整列されており、互いに隣接するリード部９の間毎に複数の凹部８が配置されている。
【００３８】
このように構成されたインクジェットヘッド１０は、駆動回路ＩＣから上部電極６に所定の駆動信号が発せられると、上部電極６の電位が下部電極４よりも高い電位となり、圧電層５の分極方向（厚み方向）に電界が印加される。すると、圧電層５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５および振動板２（即ち圧電アクチュエータ１）において圧力室１７の開口１７ａに対応する領域が、圧力室１７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１７の容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル１９からインクが噴射される。その後、上部電極６が下部電極４と同じ電位に戻されると、圧電層５と振動板２とが元の形状になって圧力室１７の容積が元の容積に戻るので、インクをインクタンクに連通する共通インク室２０からマニホールド流路２１を介して吸い込む。次に、この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。
【００３９】
図３は、インクジェットヘッド１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。図４は、インクジェットヘッド１０の製造方法の手順を示した図である。図４（ａ）が図３のステップＳ１における状態、図４（ｂ）が図３のステップＳ２における状態、図４（ｃ）が図３のステップＳ３における状態、図４（ｄ）が図３のステップＳ４における状態、図４（ｅ）が図３のステップＳ５における状態、図４（ｆ）が図３のステップＳ７における状態をそれぞれ示した図である。なお図４では、丸で囲まれた部分を拡大して示している。
【００４０】
まず図４（ａ）に示すように、エッチングにより振動板２の裏面に複数の凹部８を形成する（ステップＳ１、凹部形成工程）。なお複数の凹部８の形成は、ステンレスの板から振動板２の切り出す際に同時に行ってもよい。次にステンレスの板にノズル１９、ノズル流路１８、圧力室１７となる孔をそれぞれエッチングして、ノズルプレート１２、スペーサプレート１３、流路プレート１４、マニホールドプレート１５、圧力室プレート１６（エッチングパーツ）を形成する。そしてこれらのプレート１２〜１６を積層した状態で固着することで、インク流路２２が形成された流路ユニット１１を形成する（流路ユニット形成工程）。
【００４１】
次に、図４（ｂ）に示すように、ステップＳ１にて形成された振動板２を流路ユニット１１の圧力室プレート１６側の面に、その面に振動板２の裏面を対向させて状態で振動板２を重ねる。このとき振動板２は、複数の凹部８が対応する共通インク室２０に臨むように位置合わせておく。このように位置合わせした状態で重ね合わせた後、熱圧着により固着し、振動板２によって各圧力室１７及び各共通インク室２０を閉鎖する（ステップＳ２、振動板固着工程）。
【００４２】
この振動板固着工程の後に、図４（ｃ）に示すように、振動板２の表面に拡散防止層３をＡＤ法によって形成する（ステップＳ３）。ＡＤ法の詳細については、後述する。そして、図４（ｄ）に示すように、拡散防止層３上に下部電極４を形成する（ステップＳ４、下部電極形成工程）。下部電極４は、例えばＡｕ薄膜を蒸着法により成膜することによって形成することができる。
【００４３】
次に、図４（ｅ）に示すように、圧電層５をＡＤ法によって形成する（ステップＳ５、圧電層形成工程）。以下に、ＡＤ法について説明する。図５は、圧電層５（拡散防止層３）を形成するための成膜装置３０を示す概略図である。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。
【００４４】
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。
【００４５】
成膜チャンバ３５には、圧電層５（拡散防止層３）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。
【００４６】
この成膜装置３０を用いて圧電層５（拡散防止層３）を形成する際には、まず、ステップＳ４にて下部電極４が形成された振動板２を、下部電極４側を下方に向けて（拡散防止層３の場合、振動板２を、その裏面を下方に向けて）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）（拡散防止層３の場合、例えばアルミナ）を使用することができる。
【００４７】
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、圧電層５（拡散防止層３）を形成する。
【００４８】
続いて、必要な圧電特性を得るために、形成した圧電層５のアニール処理を行う（ステップＳ６、焼成工程）。このとき、圧電層５と振動板２との間には、拡散防止層３が振動板２の表面の全面にわたって設けられているので、振動板２に含まれるＦｅ等の金属材料が圧電層５への拡散することを防ぐことができる。
【００４９】
そして図４（ｆ）に示すように、圧電層５の下部電極と反対側の面に上部電極６、および各上部電極６に接続した複数のリード部９を形成する（ステップＳ７、上部電極形成工程）。上部電極６及びリード部９を形成するには、例えば圧電層５の前記面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５の上面に直接スクリーン印刷により形成しても良い。最後に、上部電極６と下部電極４との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５を厚み方向に分極する（分極処理）。これによってインクジェットヘッド１０が完成する。
【００５０】
このようなインクジェットヘッド１０の製造方法によれば、振動板２の裏面に凹部８が形成されて振動板２の剛性が低くなり変形しやすくなる。そのためアニール処理時の振動板２の熱変形が促され、振動板２によって圧電層５の熱変形が妨げられることを抑制できる。これによって圧電層５に生じる熱応力を緩和することができ、圧電層５にクラックが発生したり、圧電アクチュエータの特性を損ねたりすることを防止できる。
【００５１】
また振動板２の裏面に複数の凹部８を形成するので、振動板２の裏面に振動板２の表面が平坦な状態で圧電層５の熱応力を緩和することができる。また凹部が設けられる側の面に圧電層を形成するとなると、凹部の影により微粒子が堆積しずらい部分が生じるが、このように振動板２の表面を平坦に形成することで、振動板２の表面側におけるエアロゾルの噴き付け条件がその部位によらず略同一となり、前記表面に略均一な厚みの拡散防止層３及び圧電層５を形成することができる。その結果、拡散防止層３及び圧電層５の破断による不具合を回避しつつ、熱応力を緩和することができる。
【００５２】
また拡散防止層３を振動板２の表面の全面（前記複数の凹部８と反対側の領域）にわたって隙間なく設けられると共に略均一な厚みに形成することができることにより、場所に寄らず振動板２から圧電層５に前記金属材料が拡散することを防止することができるインクジェトヘッド１０を製造することができる。
【００５３】
さらに複数の凹部８を液室に臨むように配置することで、複数の凹部８の開口端部が拘束されず、各凹部８が変形し易くなる。そのためアニール処理時において振動板２の熱膨張をさら促すことができ、圧電層５に生じる熱応力をさらに緩和できる。また前記凹８部を形成することで、共通インク室２０の容量が大きいインクジェトヘッド１０を製造することができる。
【００５４】
さらに複数の凹部８を形成することで、アニール処理時の振動板２の熱変形を許容しつつ、振動板２の表面に圧電材料のエアロゾルを噴き付けた時の衝撃に起因する振動板２の複数の凹部８が形成された領域の変形を抑制する。これによって振動板２の表面の複数の凹部８に対応する領域において、凹凸が生じることを防ぐことができ、エアロゾルの噴き付け条件がその部位によらず略同一となり、略均一な厚みの圧電層を形成することが容易になる。
【００５５】
また圧電層形成工程にて振動板２の表面側に拡散防止層３及び圧電層５を形成する前に前記振動板２の裏面に流路ユニット１１が固着される。そのため前記振動板２は、圧電材料のエアロゾルを振動板２の表面に噴き付けた時の衝撃を前記流路ユニットと共に受けることができ、振動板２に加わる衝撃を緩和することができる。これによって振動板２の破損及び損傷を抑制することができる。
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態のインクジェットヘッド１０Ａの一部を示す平面図である。図７は、インクジェットヘッド１０Ａを図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断して示す断面図である。第２実施形態のインクジェットヘッド１０Ａに備わる圧電アクチュエータ１Ａは、振動板２Ａと圧電層５と上部電極６とで構成され、流路ユニット１１の上面に固着されている。
【００５６】
振動板２Ａは、第１実施形態の振動板２と同様、矩形状に形成されており、その裏面が流路ユニット１１の上面に固着されている。そして振動板２Ａの裏面には、共通インク室２０に臨むようにＸ方向に延在する凹部８Ａが形成されている。つまり流路ユニット１１に圧電アクチュエータ１を積層する積層方向と反対方向にみる平面視において、圧力室に対応しない部分に凹部８Ａが形成されている。このように凹部８Ａによっても、共通インク室２０の容量を大きくすることができる。
【００５７】
そしてこの振動板２Ａは、駆動回路ＩＣのグランドに電気的に接続され、下部電極として用いられる。この振動板２Ａの表面もまた、平坦に形成されており、その表面の全面にわたって圧電層５が形成され、更にその上に上部電極６及びリード部９が形成されている。次に、この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。
【００５８】
図８は、インクジェットヘッド１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。図９は、インクジェットヘッド１０の製造方法の手順を示した図である。図９（ａ）が図８のステップＳ１１における状態、図９（ｂ）が図８のステップＳ１２における状態、図９（ｃ）が図８のステップＳ１３における状態、図９（ｄ）が図８のステップＳ１５における状態をそれぞれ示した図である。なお図９では、丸で囲まれた部分を拡大して示している。
【００５９】
まず図９（ａ）に示すように、エッチングにより振動板２の裏面に凹部８Ａを形成する（ステップＳ１１、凹部形成工程）。次にステップＳ２と同様に、流路ユニット１１を形成し（流路ユニット形成工程）、図９（ｂ）に示すように、ステップＳ１１にて形成された振動板２を凹部８Ａが共通インク室２０に臨むように位置合わせした状態で重ねて固着する（ステップＳ１２、振動板固着工程）。
【００６０】
次に、ステップＳ５と同様、図９（ｃ）に示すように、圧電層５をＡＤ法によって形成する（ステップＳ１３、圧電層形成工程）。続いて、ステップＳ６と同様に、形成した圧電層５のアニール処理を行う（ステップＳ１４、焼成工程）。そしてステップＳ７と同様、図４（ｆ）に示すように、圧電層５の上面に上部電極６、および複数のリード部９を形成する（ステップＳ１５、上部電極形成工程）。最後に、上部電極６と振動板２Ａとの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５を厚み方向に分極する（分極処理）。これによってインクジェットヘッド１０Ａが完成する。
【００６１】
インクジェットヘッド１０Ａをこのような方法で製造することで、拡散防止層３及び複数の凹部８に関する作用効果を除き、第１実施形態のインクジェットヘッド１０を製造した場合と同様の作用効果を奏する。
（第３実施形態）
図１０は、第３実施形態のインクジェットヘッド１０Ｂの一部を示す平面図である。図１１は、インクジェットヘッド１０Ｂを図１０のＸＩ−ＸＩ線で切断して示す断面図である。第３実施形態のインクジェットヘッド１０Ｂに備わる圧電アクチュエータ１Ｂは、振動板２Ｂと下部電極４と圧電層５と上部電極６とで構成され、流路ユニット１１の上面に固着されている。
【００６２】
振動板２Ｂは、第１実施形態の振動板２と同様、矩形状に形成されており、その裏面が流路ユニット１１の上面に固着されている。そして振動板２Ｂの裏面には、共通インク室２０に臨むように複数の凹部８Ｂが形成されている。つまり流路ユニット１１に圧電アクチュエータ１を積層する積層方向と反対方向にみる平面視において、圧力室に対応しない部分に複数の凹部８Ｂが形成されている。これら複数の凹部８Ｂは、Ｙ方向に細長く延びており、互いにＸ方向に短く間隔をあけて配置されている。
【００６３】
このインクジェットヘッド１０Ｂは、第１実施形態のインクジェットヘッド１０と同様の製造方法で製造することができ、この製造方法でインクジェットヘッド１０Ｂを製造することで、第１実施形態のインクジェットヘッド１０の製造方法と同様の作用効果を奏する。
（第４実施形態）
図１２は、第４実施形態のインクジェットヘッド１０Ｃの一部を示す平面図である。図１３は、インクジェットヘッド１０Ｃを図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線で切断して示す断面図である。第４実実施形態のインクジェットヘッド１０Ｃは、流路ユニット１１Ｃと圧電アクチュエータ１Ｃとを有する。流路ユニット１１Ｃは、全体として平板状をなし平面視で矩形状に形成されており、ノズルプレート１２、スペーサプレート１３、マニホールドプレート１５Ｃ、流路プレート１４Ｃ及び圧力室プレート１６Ｃを有する。各プレート１２〜１６Ｃは、先に示した順で積層され、互いにエポキシ系の熱硬化性接着剤にて固着されている。
【００６４】
マニホールドプレート１５Ｃは、例えばステンレス（ＳＵＳ４３０）にて形成され、そこには、複数のノズル流路１８となる孔が設けられているとともに、図示しないインクタンクに接続され、インクを貯留する共通インク室２０Ｃとなる孔が設けられている。共通インク室２０Ｃは、マニホールドプレート１５Ｃを流路プレート１４Ｃとスペーサプレート１３とで挟んで共通インク室２０Ｃとなる孔を塞ぐことで構成される。
【００６５】
そして流路プレート１４Ｃは、同じくステンレス（ＳＵＳ４３０）にて形成されており、それには、前記複数のノズル流路１８となる孔がそれぞれ設けられている。そして圧力室プレート１６Ｃは、同じくステンレス（ＳＵＳ４３０）にて形成され、そこには前記複数のノズル流路１８を介して各ノズル１９に連通した複数の圧力室１７となる孔が設けられている。これら各圧力室１７となる孔は、流路プレート１４Ｃに設けられた複数のマニホールド流路２１Ｃとなる孔により共通インク室２０Ｃに連通している。
【００６６】
このようにして形成することで、インクタンクに接続された共通インク室２０Ｃが各圧力室１７の図１３の紙面下方に配置されるとともに、この共通インク室２０Ｃから、マニホールド流路２１Ｃ、圧力室１７、ノズル流路１８を経てノズル１９へと至るインク流路２２Ｃが形成されている。
【００６７】
この流路ユニット１１Ｃに積層される圧電アクチュエータ１Ｃは、振動板２Ｃと拡散防止層３と下部電極４と圧電層５と上部電極６とで構成されている。振動板２Ｃは、矩形状に形成されており、流路ユニット１１の上面（圧力室プレート１６側の面）に固着されている。振動板２Ｃを流路ユニット１１に固着することで、各圧力室１７をなす孔が塞がれ、複数の圧力室１７が形成される。また振動板２Ｃの裏面には、平面視において、圧力室に対応しない部分にＸ方向に延在する凹部８Ｃが配設されている。
【００６８】
このように振動板２Ｃの裏面に凹部８Ｃを形成すると、前記凹部８Ｃは、圧力室プレート１６に対向するように配置され、前記凹部８Ｃの開口端部が圧力室プレート１６に固着されて拘束される。しかしながら前記凹部８Ｃの内方に向う振動板２Ｃの熱膨張を許容するので、複数の凹部８を配置した場合に関する作用効果を除いて、第１実施形態のインクジェット１０を製造した方法で製造した場合と同様の作用効果を奏する。
【００６９】
図１４は、インクジェットヘッド１０の異なる製造方法の手順を示すフローチャートである。第１乃至第４実施形態では、流路ユニット１１に振動板２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃを固着してから振動板２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃの表面にエアロゾルを噴き付けて、圧電層５を形成しているけれども、図１４に示すように、振動板２に複数の凹部８を形成し（ステップＳ２１）、次に流路ユニット１１に固着する前、つまり流路ユニット形成工程の前に、振動板２の表面側に拡散防止層３、下部電極４及び圧電層５を形成して焼成し（ステップＳ２２〜Ｓ２５）てもよい。その後、前記振動板２の裏面側に流路ユニット１１を固着し（ステップＳ２６）、上部電極６を形成する（ステップＳ２７）。このように構成することで、焼成時に複数の凹部８の近傍が何ら拘束されていないので、より振動板２の熱膨張が促される。これによって圧電層５に生じる熱応力をより効率的に緩和することができる。
【００７０】
なお、前述した各実施形態は、本発明をインクを吐出するインクジェットヘッドに適用したものであるが、インク以外の液体、例えば着色液などを吐出するもの、また記録媒体として記録用紙だけでなく、布、樹脂シートなどを用いる液体吐出装置に適用してもよく、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る液体吐出ヘッドは、圧電層に作用する熱応力を緩和しつつ、製品毎の圧電アクチュエータの特性のバラツキを抑えることができる優れた効果を有し、液体吐出ヘッド等の液滴を吐出する装置に適用すると有益である。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】第１実施形態のインクジェットヘッドの一部を示す平面図である。
【図２】インクジェットヘッドを図１のＩＩ−ＩＩ線で切断して示す断面図である。
【図３】インクジェットヘッドの製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】インクジェットヘッドの製造方法の手順を示した図である。
【図５】圧電層（拡散防止層）を形成するための成膜装置を示す概略図である。
【図６】第２実施形態のインクジェットヘッドの一部を示す平面図である。
【図７】インクジェットヘッドを図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断して示す断面図である。
【図８】インクジェットヘッドの製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図９】インクジェットヘッドの製造方法の手順を示した図である。
【図１０】第３実施形態のインクジェットヘッドの一部を示す平面図である。
【図１１】インクジェットヘッドを図１０のＸＩ−ＸＩ線で切断して示す断面図である。
【図１２】第４実施形態のインクジェットヘッドの一部を示す平面図である。
【図１３】インクジェットヘッドを図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線で切断して示す断面図である。
【図１４】インクジェットヘッドの異なる製造方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  圧電アクチュエータ
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  振動板
３  拡散防止層
５  圧電層
８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ  凹部
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ  インクジェットヘッド
１１，１１Ｃ  流路ユニット
１７  圧力室
１９  ノズル
２０，２０Ｃ  共通インク室
【図１】
2009107299.tif 000003
【図２】
2009107299.tif 000004
【図３】
2009107299.tif 000005
【図４】
2009107299.tif 000006
【図５】
2009107299.tif 000007
【図６】
2009107299.tif 000008
【図７】
2009107299.tif 000009
【図８】
2009107299.tif 000010
【図９】
2009107299.tif 000011
【図１０】
2009107299.tif 000012
【図１１】
2009107299.tif 000013
【図１２】
2009107299.tif 000014
【図１３】
2009107299.tif 000015
【図１４】
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