JP2006054442A - Manufacturing method of piezoelectric actuator and ink jet head, piezoelectric actuator and ink jet head - Google Patents

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    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
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    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
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    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
    • B41J2002/14266—Sheet-like thin film type piezoelectric element

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator and an ink jet head that simplifies manufacturing processes, stabilize operations, and reduce costs, and also to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: A lower electrode 3 which also serves as an antidiffusion layer is provided between a vibration plate 2 and a piezoelectric layer 4. This configuration forms by a single process a layer that alose serves as an electrode and an antidiffusion layer, thereby enabling the simplification of the manufacturing process and the reduction of cost. Furthermore, as compared to the traditional case of a double-layer structure made of electrode and antidiffusion layers, physical properties of these layers reduce influences that cause the bend of the substrate, thereby stabilizing operations as a piezoelectric actuator. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、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およびインクジェットヘッド、並びにそれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a piezoelectric actuator and an ink jet head used for an ink jet head and the like, and methods for manufacturing the same.

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。   An example of a piezoelectric actuator used in an inkjet head or the like is disclosed in Patent Document 1. This piezoelectric actuator includes a substrate (elastic film) provided so as to close an opening of a pressure chamber communicating with a nozzle opening in a flow path forming body, and a lower electrode, a piezoelectric layer, and an upper electrode are sequentially stacked on the substrate. Is. When an electric field is applied between the lower electrode and the upper electrode, the substrate is bent as the piezoelectric layer is deformed, and the ink in the pressure chamber is pressurized and ejected from the nozzle opening.

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）。
特開平１１−３１４３６５号公報 特開２００１−１５２３６０公報 As a method for manufacturing such a piezoelectric actuator, there is a method called an aerosol deposition method (AD method). This is because piezoelectric particles such as lead zirconate titanate (PZT) in which fine particles of a piezoelectric material are dispersed in a gas (aerosol) are jetted toward the substrate surface, and the fine particles collide and deposit on the substrate. (For example, Patent Document 2).
JP-A-11-314365 JP 2001-152360 A

ところで、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。
ここで、圧電アクチュエータ用の基板としては金属製の素材が使用されることが多い。その理由は、(1)インクジェットヘッドの流路形成体は、微細なインク流路を有するものであるため、薄い金属プレートにエッチングにより微細孔を形成し、この金属プレートを複数枚積層することによって各金属プレートの微細孔を連通させてインク流路を形成することが望ましいこと、(2)基板は流路形成体に熱圧着で接合されるが、前記したように流路形成体が金属製であることから、基板もこの流路形成体と熱膨張係数の近い同種の金属で構成すれば、接合時の反りを防止できること、による。 By the way, it is necessary to anneal the piezoelectric film formed by the AD method as described above in order to obtain the piezoelectric characteristics necessary to sufficiently bend the substrate.
Here, a metal material is often used as the substrate for the piezoelectric actuator. The reason is as follows: (1) Since the flow path forming body of the inkjet head has fine ink flow paths, fine holes are formed by etching in a thin metal plate, and a plurality of the metal plates are laminated. It is desirable to connect the fine holes of each metal plate to form an ink flow path, and (2) the substrate is bonded to the flow path forming body by thermocompression bonding. As described above, the flow path forming body is made of metal. Therefore, if the substrate is also made of the same kind of metal having a thermal expansion coefficient close to that of the flow path forming body, it is possible to prevent warping during bonding.

しかし、このような構成では、６００℃を越えるような高温でアニール処理を行うと、基板に含まれる金属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ことが行われていた。   However, in such a configuration, when the annealing process is performed at a high temperature exceeding 600 ° C., the metal element contained in the substrate may diffuse into the piezoelectric film and the piezoelectric characteristics may be deteriorated. Therefore, in order to prevent such a phenomenon, a diffusion prevention layer has been provided between the substrate and the piezoelectric film.

しかし、このような方法は、拡散防止層を設けるという工程を余分に必要とするため、製造工程が煩雑化するとともに、コストが増大するという問題があった。また、基板と圧電層との間に拡散防止層と下部電極という２つの層が存在し、この２つの層の物性がそれぞれ基板の撓みに影響を与えることとなるため、動作を安定させることが難しかった。   However, since such a method requires an extra step of providing a diffusion prevention layer, there are problems that the manufacturing process becomes complicated and the cost increases. In addition, there are two layers, a diffusion prevention layer and a lower electrode, between the substrate and the piezoelectric layer, and the physical properties of these two layers each affect the bending of the substrate, so that the operation can be stabilized. was difficult.

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、製造工程を簡略化でき、コストを低減できるとともに動作の安定化を図ることのできる圧電アクチュエータおよびインクジェットヘッド、並びにそれらの製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and a purpose thereof is to simplify the manufacturing process, reduce the cost, and stabilize the operation. It is to provide a manufacturing method.

本発明者らは、製造工程を簡略化でき、コストを低減できるとともに動作の安定化を図ることのできる圧電アクチュエータ及びその製造方法を開発すべく鋭意研究してきたところ、金属製の基板と圧電層との間に設けられる電極層を、拡散防止機能を有するものとすることで、電極と拡散防止層とを兼ねる層を一の工程で作成でき、かつ、層の物性が基板の撓みに与える影響を低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention have intensively studied to develop a piezoelectric actuator and a manufacturing method thereof that can simplify the manufacturing process, reduce the cost, and stabilize the operation. By making the electrode layer provided between the two layers have a diffusion prevention function, the layer that serves as the electrode and the diffusion prevention layer can be created in one step, and the influence of the physical properties of the layer on the flexure of the substrate The present invention has been completed.

すなわち、本発明は、圧電材料の粒子を含むエアロゾルを金属製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アクチュエータの製造方法であって、前記金属製基板の表面上に、導電性を有するとともに前記金属製基板に含まれる元素の前記圧電層への拡散を防止する拡散防止機能を有する一の電極層を形成する第１の電極層形成工程と、前記一の電極層上に前記エアロゾルを噴き付けて前記粒子を付着させることにより前記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、前記圧電層上に前記一の電極層と対となる他の電極層を構成する第２の電極層形成工程と、を含むものである。
また、本発明の圧電アクチュエータは、金属製基板と、前記金属製基板の表面側に、圧電材料の粒子を含むエアロゾルを噴き付けて前記粒子を付着させることにより設けられた圧電層と、前記金属製基板と前記圧電層との間に設けられ、導電性を有するとともに前記金属製基板に含まれる元素の前記圧電層への拡散を防止する拡散防止機能を有する一の電極層と、前記圧電層上に設けられ、前記一対の電極と対となる他の電極層と、を備えるものである。 That is, the present invention is a method of manufacturing a piezoelectric actuator in which a piezoelectric layer is formed by spraying an aerosol containing particles of a piezoelectric material on the surface side of a metal substrate and attaching the particles, A first electrode layer forming step of forming one electrode layer on the surface having conductivity and a diffusion preventing function for preventing diffusion of an element contained in the metal substrate into the piezoelectric layer; A piezoelectric layer forming step of forming the piezoelectric layer by spraying the aerosol on the electrode layer and attaching the particles; an annealing step of annealing the piezoelectric layer; and the one on the piezoelectric layer. And a second electrode layer forming step for forming another electrode layer paired with the electrode layer.
The piezoelectric actuator of the present invention includes a metal substrate, a piezoelectric layer provided by spraying an aerosol containing particles of piezoelectric material on the surface side of the metal substrate, and attaching the particles, and the metal An electrode layer provided between the substrate and the piezoelectric layer, having conductivity and preventing diffusion of an element contained in the metal substrate into the piezoelectric layer; and the piezoelectric layer And another electrode layer provided on the pair and paired with the pair of electrodes.

本発明の一の電極層は、導電性を有し、かつ金属製基板に含まれる元素の拡散を防止できるものであればよく、例えば、金属製基板に含まれる元素が鉄、アルミニウム、クロム、コバルト、マンガン、モリブデン、またはタングステンである場合には、Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｇ−Ｐｄ合金，Ａｇ−Ｐｔ合金，Ｒｈ，Ｉｎ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｔｈ，Ｗ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇのうち１種または２種以上を含むものを使用することが好ましい。この一の電極層は、例えば上記した元素のいずれかにより形成された金属薄膜であってもよく、あるいは上記した元素の酸化物の薄膜であってもよい。酸化物の薄膜としては、例えばＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３（ＬＳＭＯ）、（Ｌａ１−ｘＳｒｘ）（Ｇａ１−ｙＭｇｙ）Ｏ３−δ（ＬＳＧＭ）、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、ＳｒＲｕＯ３（ＳＲＯ）、Ｌａ２−ｘＳｒｘＣｏＯ４（ＬＳＣＯ）等を好ましく使用することができる。 One electrode layer of the present invention may have any conductivity and can prevent diffusion of elements contained in the metal substrate. For example, the elements contained in the metal substrate include iron, aluminum, chromium, In the case of cobalt, manganese, molybdenum, or tungsten, Au, Pt, Ti, Ag—Pd alloy, Ag—Pt alloy, Rh, In, La, Nd, Nb, Sb, Th, W, Ca, Sr, It is preferable to use one containing one or more of Mg. The one electrode layer may be, for example, a metal thin film formed of any of the elements described above, or may be a thin film of an oxide of the elements described above. The thin film of oxide, for example, La 1-x Sr x MnO 3 (LSMO), (La 1-x Sr x) (Ga 1-y Mg y) O 3-δ (LSGM), indium - tin oxide ( ITO), SrRuO 3 (SRO), La 2−x Sr x CoO 4 (LSCO) and the like can be preferably used.

また、一の電極層の厚さは０．１μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましい。厚さを０．１μｍ以上とすることで、金属製基板から圧電層への元素の拡散を十分に遮断することができ、また、厚さを５μｍ以下とすることで、電極層が基板の撓みに与える影響を、圧電アクチュエータの動作に影響しない程度にとどめることができるためである。   The thickness of one electrode layer is preferably 0.1 μm or more and 5 μm or less. By making the thickness 0.1 μm or more, it is possible to sufficiently block the diffusion of elements from the metal substrate to the piezoelectric layer, and by making the thickness 5 μm or less, the electrode layer is bent by the substrate. This is because it is possible to limit the influence on the operation to the extent that it does not affect the operation of the piezoelectric actuator.

本発明の圧電アクチュエータは、微細なインク流路を実現するために複数枚の金属プレートを加工、積層することによって製造されたインク流路形成体と、このインク流路形成体と熱膨張係数の近い同種の金属で構成された振動板とを備えるインクジェットヘッドに、特に好ましく適用することができる。   The piezoelectric actuator of the present invention includes an ink flow path forming body manufactured by processing and laminating a plurality of metal plates to realize a fine ink flow path, and the thermal expansion coefficient of the ink flow path forming body. The present invention can be particularly preferably applied to an ink jet head including a diaphragm made of a similar metal.

本発明によれば、導電性と、基板に含まれる元素の圧電層への拡散を防止する拡散防止機能を併せ持つ一の電極層を基板と圧電層との間に形成する。形成された層は拡散防止層とを兼ねるものとなる。このような構成によれば、電極と拡散防止層とを兼ねる層を一の工程で作成することができるから、製造工程の簡略化およびコストの削減を図ることができる。また、従来のように電極層と拡散防止層とを二層構造とした場合と比較して、これらの層の物性が基板の撓みに与える影響を低減することができるため、圧電アクチュエータとしての動作を安定させることができる。
また、インクジェットヘッドとして、微細なインク流路が容易に形成できるようにインク流路形成体を金属材料から構成し、このインク流路形成体と接合される振動板をインク流路形成体と同種の金属から構成した場合においても、製造工程の簡略化、コストの削減、及び圧電アクチュエータの動作の安定性を図りつつ、金属製振動板に含まれる元素の圧電層への拡散を防止することができる。 According to the present invention, one electrode layer having both conductivity and an anti-diffusion function for preventing diffusion of elements contained in the substrate into the piezoelectric layer is formed between the substrate and the piezoelectric layer. The formed layer also serves as a diffusion preventing layer. According to such a configuration, since the layer serving as the electrode and the diffusion preventing layer can be formed in one process, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. In addition, compared with the conventional case where the electrode layer and the diffusion prevention layer have a two-layer structure, the influence of the physical properties of these layers on the bending of the substrate can be reduced. Can be stabilized.
In addition, as an ink jet head, an ink flow path forming body is made of a metal material so that a fine ink flow path can be easily formed, and a diaphragm bonded to the ink flow path forming body is the same type as the ink flow path forming body. Even when it is made of metal, it is possible to prevent diffusion of elements contained in the metal diaphragm into the piezoelectric layer while simplifying the manufacturing process, reducing costs, and stabilizing the operation of the piezoelectric actuator. it can.

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。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

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。   FIG. 1 shows an inkjet head 10 according to this embodiment. The inkjet head 10 includes a flow path unit 11 (corresponding to the ink flow path forming body of the present invention) having a plurality of pressure chambers 16 in which the ink 20 is accommodated, and the pressure chamber 16 is closed on the flow path unit 11. Actuator plate 1 (corresponding to the piezoelectric actuator of the present invention) joined in this manner.

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（以上、本発明の金属製プレートに該当する）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。   The flow path unit 11 has a flat plate shape as a whole, and a nozzle plate 12, a manifold plate 13, a flow path plate 14, and a pressure chamber plate 15 (which correspond to the metal plate of the present invention) are sequentially stacked. In addition, the plates 12, 13, 14, and 15 are joined to each other with an epoxy thermosetting adhesive.

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となる孔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となる孔が設けられている。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となる孔が設けられている。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となる孔が設けられている。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へと至るインク流路Ｆが形成されている。なお、このインク流路Ｆ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Ｆ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１２〜１５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。   The nozzle plate 12 is formed of a polyimide-based synthetic resin material, and a plurality of holes serving as the ink discharge nozzles 19 for ejecting the ink 20 are formed in the inside thereof. The manifold plate 13 is formed of, for example, stainless steel (SUS430), and holes serving as a plurality of nozzle channels 18 connected to the ink discharge nozzles 19 are provided therein. Similarly, the flow path plate 14 is made of stainless steel (SUS430), and has holes therein serving as a plurality of pressure flow paths 17 communicating with the nozzle flow paths 18. The pressure chamber plate 15 is also made of stainless steel (SUS430), and a plurality of holes serving as the pressure chambers 16 communicating with the pressure channel 17 are provided therein. The pressure chamber 16 is connected to an ink tank via a manifold channel and a common ink chamber (not shown) provided in the channel plate 14 and the manifold plate 13. In this way, an ink flow path F is formed from the common ink chamber connected to the ink tank to the ink discharge nozzle 19 through the manifold flow path, the pressure chamber 16, the pressure flow path 17, and the nozzle flow path 18. Yes. Since the ink flow path F is fine and needs to be formed with high accuracy, the holes to be the ink flow paths F are formed by etching with good workability, and the plates 12 to 15 are formed. Is made of metal so as to be eroded by etching.

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（本発明の金属製基板、金属製振動板に該当する）と、この振動板２上に形成された下部電極３（本発明の一の電極層に該当する）と、この下部電極３上に積層された圧電層４と、この圧電層４上に設けられた上部電極５（本発明の他の電極層に該当する）とで構成されている。   The actuator plate 1 laminated on the flow path unit 11 includes a vibration plate 2 (corresponding to a metal substrate and a metal vibration plate of the present invention) constituting a part of the wall surface of the pressure chamber 16, and the vibration plate 2. A lower electrode 3 (corresponding to one electrode layer of the present invention) formed thereon, a piezoelectric layer 4 laminated on the lower electrode 3, and an upper electrode 5 (present book) provided on the piezoelectric layer 4 Corresponding to another electrode layer of the invention).

振動板２は、例えばステンレス（ＳＵＳ４３０）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、流路ユニット１１を構成する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と同種の金属材料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。   The diaphragm 2 is formed in a rectangular shape using, for example, stainless steel (SUS430), and is joined to the upper surface of the flow path unit 11 by thermocompression bonding so as to cover the entire upper surface of the flow path unit 11. The diaphragm 2 is made of the same metal material as the manifold plate 13, the channel plate 14, and the pressure chamber plate 15 constituting the channel unit 11. 11 can be prevented from warping.

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、全面にわたって下部電極３が形成されている。この下部電極３は金属製の振動板２に直接に接触しており、この振動板２を介して駆動回路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３は、例えばＡｕを振動板２上に蒸着することにより形成されており、振動板２に含まれる元素が圧電層４に拡散するのを防止する拡散防止層を兼ねている。   The lower electrode 3 is formed over the entire surface of the diaphragm 2 on the surface opposite to the surface in contact with the flow path unit 11. The lower electrode 3 is in direct contact with the metal diaphragm 2 and is connected to the ground of a drive circuit IC (not shown) via the diaphragm 2 to be used as a ground electrode. The lower electrode 3 is formed, for example, by vapor-depositing Au on the vibration plate 2, and also serves as a diffusion preventing layer that prevents the elements contained in the vibration plate 2 from diffusing into the piezoelectric layer 4.

圧電層４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との間で下部電極３を挟み込むようにしながら、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４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。   The piezoelectric layer 4 is formed of a ferroelectric piezoelectric ceramic material such as lead zirconate titanate (PZT), and the entire surface of the diaphragm 2 is sandwiched between the lower electrode 3 and the diaphragm 2. Are laminated with a uniform thickness. The piezoelectric layer 4 is formed by an aerosol deposition method, and is subjected to polarization processing so as to be polarized in the thickness direction.

この圧電層４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５が備えられている。この上部電極５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。   A plurality of upper electrodes 5 are provided on the surface of the piezoelectric layer 4 opposite to the side in close contact with the diaphragm 2. The upper electrode 5 is provided in a region corresponding to the opening 16A of each pressure chamber 16, and is connected to the drive circuit IC and used as a drive electrode.

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。まず、ステンレスにより形成されたノズルプレート１２、マニホールドプレート１３、流路プレート１４、圧力室プレート１５にそれぞれインク吐出ノズル１９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することで、流路ユニット１１を形成する（インク流路形成体形成工程）。   Next, a method for manufacturing the inkjet head 10 will be described. First, holes that become the ink discharge nozzle 19, the nozzle flow path 18, the pressure flow path 17, and the pressure chamber 16 are formed by etching in the nozzle plate 12, the manifold plate 13, the flow path plate 14, and the pressure chamber plate 15 made of stainless steel. To do. Next, the flow path unit 11 is formed by joining them in a stacked state (ink flow path forming body forming step).

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を閉鎖する（振動板接合工程）。   Next, as shown in FIG. 2A, the diaphragm 2 made of stainless steel is overlapped with the upper surface of the pressure chamber plate 15 in the flow path unit 11 and joined by thermocompression bonding. The chamber 16 is closed (diaphragm joining process).

次に、図２Ｂに示すように、振動板２上に拡散防止層を兼ねる下部電極３を形成する（第１の電極層形成工程）。下部電極３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。   Next, as shown in FIG. 2B, the lower electrode 3 also serving as a diffusion preventing layer is formed on the diaphragm 2 (first electrode layer forming step). The lower electrode 3 can be formed, for example, by forming an Au thin film by vapor deposition.

次に、図２Ｃに示すように、圧電層４をエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）によって形成する（圧電層形成工程）。図３には、圧電層４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。   Next, as shown in FIG. 2C, the piezoelectric layer 4 is formed by an aerosol deposition method (AD method) (piezoelectric layer forming step). FIG. 3 shows a schematic diagram of a film forming apparatus 30 for forming the piezoelectric layer 4. The film forming apparatus 30 includes an aerosol generator 31 that forms an aerosol Z by dispersing material particles M in a carrier gas, and a film forming chamber 35 that causes the aerosol Z to be ejected from an ejection nozzle 37 and adhered to a substrate. ing.

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。   The aerosol generator 31 includes an aerosol chamber 32 that can accommodate the material particles M therein, and a vibration device 33 that is attached to the aerosol chamber 32 and vibrates the aerosol chamber 32. A gas cylinder B for introducing a carrier gas is connected to the aerosol chamber 32 via an introduction pipe 34. The distal end of the introduction tube 34 is located near the bottom surface in the aerosol chamber 32 and is buried in the material particles M. As the carrier gas, for example, an inert gas such as helium, argon, or nitrogen, air, oxygen, or the like can be used.

成膜チャンバ３５には、圧電層４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。   The film forming chamber 35 includes a stage 36 for attaching a substrate on which the piezoelectric layer 4 is formed, and an injection nozzle 37 provided below the stage 36. The injection nozzle 37 is connected to the aerosol chamber 32 via an aerosol supply pipe 38, and the aerosol Z in the aerosol chamber 32 is supplied to the injection nozzle 37 through the aerosol supply pipe 38. In addition, a vacuum pump P is connected to the film forming chamber 35 via a powder recovery device 39 so that the inside thereof can be depressurized.

この成膜装置３０を用いて圧電層４を形成する際には、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）を使用することができる。   When forming the piezoelectric layer 4 using the film forming apparatus 30, first, the diaphragm 2 is set on the stage 36. Next, the material particles M are introduced into the aerosol chamber 32. As the material particles M, for example, lead zirconate titanate (PZT) can be used.

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４を形成する。   And carrier gas is introduce | transduced from the gas cylinder B, and the material particle M is made to soar by the gas pressure. At the same time, the aerosol chamber 32 is vibrated by the vibration device 33, whereby the material particles M and the carrier gas are mixed to generate the aerosol Z. Then, by depressurizing the inside of the film forming chamber 35 with the vacuum pump P, the aerosol Z in the aerosol chamber 32 is accelerated from the injection nozzle 37 while being accelerated at a high speed by the differential pressure between the aerosol chamber 32 and the film forming chamber 35. Erupt. The material particles M contained in the ejected aerosol Z collide with the vibration plate 2 and deposit to form the piezoelectric layer 4.

続いて、必要な圧電特性を得るために、形成した圧電層４のアニール処理を行う。このとき、圧電層４と振動板２との間には、拡散防止層を兼ねる下部電極３が全面にわたって設けられているから、振動板２に含まれるＦｅ等の金属元素の圧電層４への拡散が防止される。   Subsequently, in order to obtain necessary piezoelectric characteristics, the formed piezoelectric layer 4 is annealed. At this time, since the lower electrode 3 also serving as a diffusion preventing layer is provided between the piezoelectric layer 4 and the vibration plate 2, a metal element such as Fe contained in the vibration plate 2 is applied to the piezoelectric layer 4. Diffusion is prevented.

次に、図２Ｅに示すように、各圧電層４の上面に上部電極５、および各上部電極５に接続した複数のリード部を形成する。上部電極５及びリード部を形成するには、例えば、圧電層４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４の上面に直接スクリーン印刷により形成しても良い。   Next, as shown in FIG. 2E, the upper electrode 5 and a plurality of lead portions connected to each upper electrode 5 are formed on the upper surface of each piezoelectric layer 4. In order to form the upper electrode 5 and the lead portion, for example, a conductor film may be formed over the entire area of the piezoelectric layer 4 and then formed into a predetermined pattern using a photolithography etching method. Alternatively, the piezoelectric layer may be formed. The upper surface of 4 may be formed directly by screen printing.

この後、上部電極５−下部電極３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４を厚み方向に分極する（分極処理）。以上によりアクチュエータプレート１が完成する。   Thereafter, an electric field stronger than that in the normal ink ejection operation is applied between the upper electrode 5 and the lower electrode 3 to polarize the piezoelectric layer 4 between both electrodes in the thickness direction (polarization treatment). Thus, the actuator plate 1 is completed.

続いて、以上のように構成されたインクジェットヘッド１０の作用及び効果について説明する。   Next, operations and effects of the inkjet head 10 configured as described above will be described.

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５の電位が下部電極３よりも高い電位とされ、圧電層４の分極方向（厚み方向）に電界が印加される。すると、圧電層４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４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５が下部電極３と同じ電位に戻されると、圧電層４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。   When performing printing, when a predetermined drive signal is issued from the drive circuit IC, the potential of the upper electrode 5 is set higher than that of the lower electrode 3, and an electric field is applied in the polarization direction (thickness direction) of the piezoelectric layer 4. Is done. Then, the piezoelectric layer 4 expands in the thickness direction and contracts in the surface direction. Thereby, the area | region corresponding to opening of the pressure chamber 16 in the piezoelectric layer 4 and the diaphragm 2 (namely, actuator plate 1) deform | transforms locally so that it may become convex to the pressure chamber 16 side (unimorph deformation). For this reason, the volume of the pressure chamber 16 decreases, the pressure of the ink 20 increases, and the ink 20 is ejected from the ink discharge nozzle 19. Thereafter, when the upper electrode 5 is returned to the same potential as that of the lower electrode 3, the piezoelectric layer 4 and the diaphragm 2 are restored to the original shape, and the volume of the pressure chamber 16 is restored to the original volume. Suction from the manifold flow path communicating with.

このとき、従来のように振動板２と圧電層４との間に拡散防止層と下部電極という２つの層が存在していると、この２つの層の物性がそれぞれ振動板２の撓みに影響を与えることとなるため、動作を安定させることが難しい。しかし、本実施形態のインクジェットヘッド１０では、振動板２と圧電層４との間に拡散防止層を兼ねる下部電極３というただ１つの層が存在しているのみである。したがって、下部電極３（拡散防止層）の物性が振動板２の撓みに与える影響を最小限度に抑えることができ、アクチュエータプレート１の動作を安定させることができる。   At this time, if there are two layers, i.e., a diffusion prevention layer and a lower electrode, between the diaphragm 2 and the piezoelectric layer 4 as in the prior art, the physical properties of these two layers affect the deflection of the diaphragm 2, respectively. Therefore, it is difficult to stabilize the operation. However, in the ink jet head 10 of this embodiment, there is only one layer, the lower electrode 3 that also serves as a diffusion prevention layer, between the diaphragm 2 and the piezoelectric layer 4. Therefore, the influence of the physical properties of the lower electrode 3 (diffusion prevention layer) on the bending of the diaphragm 2 can be minimized, and the operation of the actuator plate 1 can be stabilized.

以上のように本実施形態によれば、拡散防止層を兼ねる下部電極３を振動板２と圧電層４との間に設ける。このような構成によれば、電極と拡散防止層とを兼ねる層を一の工程で作成することができるから、製造工程の簡略化およびコストの削減を図ることができる。また、従来のように電極層と拡散防止層とを二層構造とした場合と比較して、これらの層の物性が基板の撓みに与える影響を低減することができるため、圧電アクチュエータとしての動作を安定させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the lower electrode 3 serving also as a diffusion preventing layer is provided between the diaphragm 2 and the piezoelectric layer 4. According to such a configuration, since the layer serving as the electrode and the diffusion preventing layer can be formed in one process, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. In addition, compared with the conventional case where the electrode layer and the diffusion prevention layer have a two-layer structure, the influence of the physical properties of these layers on the bending of the substrate can be reduced. Can be stabilized.

以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

＜実施例１＞１．圧電膜の形成１）成膜
基板としてはステンレス（ＳＵＳ４３０）板を、材料粒子としては平均粒子径０．３〜１μｍのＰＺＴを用いた。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。
基板表面に、Ｐｔからなる下部電極をスパッタにより形成させた。下部電極の厚さは表面粗さ計による段差測定で概ね１．５μｍであった。この下部電極を設けた基板上に、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４．０リットル／ｍｉｎ、ノズル−基板間距離１０〜２０ｍｍとして、エアロゾルの吹き付けを行い、圧電膜を形成した。圧電膜の厚さは表面粗さ計による段差測定で概ね８μｍであった。 <Example 1> Formation of Piezoelectric Film 1) Film Formation A stainless steel (SUS430) plate was used as the substrate, and PZT having an average particle diameter of 0.3 to 1 μm was used as the material particles. As the film forming apparatus, the same one as in the above embodiment was used.
A lower electrode made of Pt was formed on the substrate surface by sputtering. The thickness of the lower electrode was approximately 1.5 μm as measured by a step using a surface roughness meter. On the substrate provided with the lower electrode, the nozzle opening 0.4 mm × 10 mm, the pressure in the film forming chamber 200 Pa, the pressure in the aerosol chamber 30000 Pa, the carrier gas type He, the gas flow rate is 4.0 liter / min, and the nozzle-substrate distance. The aerosol was sprayed to 10 to 20 mm to form a piezoelectric film. The thickness of the piezoelectric film was approximately 8 μm as measured by a step using a surface roughness meter.

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）内に圧電膜を形成した基板を入れ、３００℃／ｈにて８５０℃まで昇温した。８５０℃で３０分間保持した後、炉内を自然冷却により室温まで冷却し、基板を取り出した。 2) Annealing treatment Subsequently, the formed piezoelectric film was annealed. The substrate on which the piezoelectric film was formed was placed in a muffle furnace (FP100 manufactured by Yamato Kogyo Co., Ltd.), and the temperature was increased to 850 ° C. at 300 ° C./h. After holding at 850 ° C. for 30 minutes, the inside of the furnace was cooled to room temperature by natural cooling, and the substrate was taken out.

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、基板であるステンレス（ＳＵＳ４３０）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３１８ｋＶ／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。 2. Perform masking with an adhesive resin tape to test the piezoelectric film, the effective area 3.6 mm 2 or more upper electrode is formed by using an Au deposition machine, and the stainless steel (SUS430) plate is a substrate as a lower electrode a piezoelectric An actuator was constructed. Next, polarization treatment was performed with an applied electric field of 318 kV / cm.
With respect to this piezoelectric actuator, the capacitance was measured while applying a voltage with a ferroelectric measuring instrument (TFANALYZER2000; manufactured by AiXACT), and residual polarization (Pr) and coercive electric field (Ec) were measured.

＜比較例１＞
下部電極を形成しなかった他は実施例１と同様にして圧電膜を形成し、試験を行った。なお、印加電界を４００ｋＶ／ｃｍとした。 <Comparative Example 1>
A piezoelectric film was formed and tested in the same manner as in Example 1 except that the lower electrode was not formed. The applied electric field was 400 kV / cm.

＜比較例２＞
基板としてはアルミナ板を用いた。この基板上に、Ｐｔペースト（田中貴金属工業製）を用いて、厚さ８μｍのペースト層を形成し、１３００℃で焼き付けることにより下部電極を形成した。
下部電極を形成した基板上に、実施例１と同様の方法で下部電極および圧電膜を形成し、試験を行った。なお、印加電界を３２９ｋＶ／ｃｍとした。 <Comparative example 2>
An alumina plate was used as the substrate. A Pt paste (manufactured by Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) was used to form a paste layer having a thickness of 8 μm on this substrate and baked at 1300 ° C. to form a lower electrode.
The lower electrode and the piezoelectric film were formed on the substrate on which the lower electrode was formed by the same method as in Example 1 and tested. The applied electric field was 329 kV / cm.

＜比較例３＞
基板としてはアルミナ板を用いた。この基板上に、Ａｕペースト（田中貴金属工業製；ＴＲ１５３３）を用いて厚さ８μｍのペースト層を形成し、８５０℃で焼き付けることにより下部電極を形成した。
下部電極を形成した基板上に、実施例１と同様の方法で圧電膜を形成し、試験を行った。なお、印加電界を２８６ｋＶ／ｃｍとした。 <Comparative Example 3>
An alumina plate was used as the substrate. On this board | substrate, the paste layer of thickness 8 micrometers was formed using Au paste (Tanaka Kikinzoku Kogyo; TR1533), and the lower electrode was formed by baking at 850 degreeC.
A piezoelectric film was formed on the substrate on which the lower electrode was formed by the same method as in Example 1 and tested. The applied electric field was 286 kV / cm.

［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。 [Results and discussion]
The experimental results for the examples and comparative examples are shown in Table 1.

Figure 2006054442
Figure 2006054442

ステンレス（ＳＵＳ４３０）製の基板上にＰｔによる下部電極を設けた場合（実施例１）には、圧電層に拡散する元素を含まないアルミナ製の基板を用いた場合（比較例２、３）とほぼ同等の圧電特性を示していた。これに対して、下部電極を設けなかった場合（比較例１）には、ステンレス基板に含まれる元素の拡散によって抗電界が上昇し、Ｐｒ／Ｅｃ値が大幅に低下していた。このことから、下部電極を設けることによってステンレス基板に含まれるＦｅ元素、Ｃｒ元素の圧電膜への拡散の影響を防止できているといえる。   When a lower electrode made of Pt is provided on a stainless steel (SUS430) substrate (Example 1), an alumina substrate not containing an element diffusing into the piezoelectric layer is used (Comparative Examples 2 and 3). The piezoelectric characteristics were almost the same. On the other hand, when the lower electrode was not provided (Comparative Example 1), the coercive electric field increased due to diffusion of elements contained in the stainless steel substrate, and the Pr / Ec value was significantly decreased. From this, it can be said that the provision of the lower electrode can prevent the influence of diffusion of the Fe element and Cr element contained in the stainless steel substrate into the piezoelectric film.

次に、他の実施形態について、図４を参照しつつ説明する。先の実施形態と共通する部分についてはその説明を省略する。図４に示されるように、他の実施形態において、下部電極を共通化する代わりに、複数の下部電極３ａ，３ｂ，・・を設けている。複数の下部電極３ａ，３ｂ，・・は、それぞれ圧力室１６ａ，１６ｂ、・・に対応する位置に設けられている。そして、下部電極３ａ，３ｂ，・・は、それぞれ独立に駆動回路ＩＣに接続されており、駆動回路ＩＣによって、下部電極３ａ，３ｂ，・・毎に駆動電圧を印加するか否かが独立に制御される。
また、他の実施形態においては、圧電層も複数の圧電層４ａ，４ｂ，・・に分割されている。複数の圧電層４ａ，４ｂ，・・は、それぞれ圧力室１６ａ，１６ｂ、・・に対応する位置に設けられている。そして、圧電層４ａ，４ｂ，・・のそれぞれは、下部電極３ａ，３ｂ，・・のそれぞれの表面に積層されており、金属板２に直交する方向から見たときに、圧電層４ａ，４ｂ，・・のそれぞれは、下部電極３ａ，３ｂ，・・のそれぞれの内側に完全に包含されるように位置している。より具体的には、下部電極３ａ，３ｂ，・・は、金属板２に直交する方向から見たときに、圧電層４ａ，４ｂ，・・に対してこれらよりも小さい相似形状を有しており、圧電層４ａ，４ｂ，・・のそれぞれの外周縁は、下部電極３ａ，３ｂ，・・のそれぞれの外周縁より、圧電層４ａ，４ｂ，・・の厚みと等しいかこれよりも長い距離だけ離れている。このように構成することで、金属板２の圧電層４ａ，４ｂ，・・の外周縁よりも外側の領域から、圧電層４ａ，４ｂ，・・に向かう拡散を抑制することができる。
また、外部電極は、先の実施形態と同様に、複数の外部電極５ａ，５ｂ、・・に分割されており、金属板２に直交する方向から見たときに、圧電層４ａ，４ｂ，・・のそれぞれと完全に重複する領域に形成されている。そして、これらの外部電極５ａ，５ｂ、・・は、駆動回路ＩＣによって等しく一定の共通電位が付与される。なお、これらの外部電極５ａ，５ｂ、・・を一体化して１枚の外部電極として形成してもよい。
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。 Next, another embodiment will be described with reference to FIG. A description of portions common to the previous embodiment is omitted. As shown in FIG. 4, in another embodiment, a plurality of lower electrodes 3a, 3b,... Are provided instead of sharing the lower electrode. The plurality of lower electrodes 3a, 3b,... Are provided at positions corresponding to the pressure chambers 16a, 16b,. The lower electrodes 3a, 3b,... Are independently connected to the drive circuit IC, and whether the drive voltage is applied to the lower electrodes 3a, 3b,. Be controlled.
In another embodiment, the piezoelectric layer is also divided into a plurality of piezoelectric layers 4a, 4b,. The plurality of piezoelectric layers 4a, 4b,... Are provided at positions corresponding to the pressure chambers 16a, 16b,. The piezoelectric layers 4a, 4b,... Are laminated on the respective surfaces of the lower electrodes 3a, 3b,..., And when viewed from the direction orthogonal to the metal plate 2, the piezoelectric layers 4a, 4b ,... Are positioned so as to be completely contained inside the lower electrodes 3a, 3b,. More specifically, the lower electrodes 3a, 3b,... Have a similar shape smaller than those of the piezoelectric layers 4a, 4b,. The outer peripheral edges of the piezoelectric layers 4a, 4b,... Are equal to or longer than the thicknesses of the piezoelectric layers 4a, 4b,. Just away. With this configuration, diffusion toward the piezoelectric layers 4a, 4b,... From a region outside the outer peripheral edge of the piezoelectric layers 4a, 4b,.
In addition, the external electrode is divided into a plurality of external electrodes 5a, 5b,... As in the previous embodiment, and when viewed from a direction orthogonal to the metal plate 2, the piezoelectric layers 4a, 4b,.・ It is formed in the area completely overlapping with each of the above. These external electrodes 5a, 5b,... Are equally supplied with a constant common potential by the drive circuit IC. These external electrodes 5a, 5b,... May be integrated to form a single external electrode.
The technical scope of the present invention is not limited by the above-described embodiments, and, for example, those described below are also included in the technical scope of the present invention. In addition, the technical scope of the present invention extends to an equivalent range.

（１）上記実施形態では、下部電極３を蒸着法により形成しているが、下部電極の形成方法は上記実施形態の限りではなく、例えばスパッタリング、メッキ、塗装、または導電性ペーストを印刷後焼き付ける方法等、電極層を形成するための一般的な方法を使用して形成することができる。
（２）上記実施形態では、流路ユニット１１を構成する各プレート１３、１４、１５および振動板２は、ステンレス（ＳＵＳ４３０）にて形成されていたが、インク流路形成体および振動板の材質は上記実施形態の限りではなく、例えばＳＵＳ３０４、４２Ａ合金等によって形成することもできる。 (1) In the above embodiment, the lower electrode 3 is formed by vapor deposition. However, the method of forming the lower electrode is not limited to the above embodiment, and for example, sputtering, plating, painting, or baking after printing a conductive paste. It can be formed using a general method for forming an electrode layer, such as a method.
(2) In the above embodiment, the plates 13, 14, 15 and the vibration plate 2 constituting the flow path unit 11 are made of stainless steel (SUS430), but the material of the ink flow path forming body and the vibration plate is used. Is not limited to the above embodiment, and may be formed of, for example, SUS304, 42A alloy or the like.

本実施形態のインクジェットヘッドの側断面図Side sectional view of the inkjet head of the present embodiment アクチュエータプレート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）振動板上に下部電極を形成した様子を示す図（Ｃ）圧電層を形成した様子を示す図 （Ｄ）上部電極を形成した様子を示す図Side sectional view showing manufacturing process of actuator plate (A) Diagram showing a state where a diaphragm is joined to a pressure chamber plate (B) Diagram showing a state where a lower electrode is formed on the diaphragm (C) A piezoelectric layer is formed (D) The figure which shows a mode that the upper electrode was formed 成膜装置の概略図Schematic diagram of deposition system 他の実施形態のインクジェットヘッドの側断面図Side sectional view of an inkjet head according to another embodiment

符号の説明Explanation of symbols

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（金属製基板、金属製振動板）
３…下部電極（一の電極層）
４…圧電層
５…上部電極（他の電極層）
１０…インクジェットヘッド
１１…流路ユニット（インク流路形成体）
１２・・・ノズルプレート１２（金属製プレート）
１３・・・マニホールドプレート１３（金属製プレート）
１４・・・流路プレート１４（金属製プレート）
１５・・・圧力室プレート１５（金属製プレート）
１９…インク吐出ノズル
Ｆ・・・インク流路
Ｍ…材料粒子（圧電材料の粒子）
Ｚ…エアロゾル
1 ... Actuator plate (piezoelectric actuator)
2 ... Diaphragm (metal substrate, metal diaphragm)
3. Lower electrode (one electrode layer)
4 ... piezoelectric layer 5 ... upper electrode (other electrode layers)
10 ... Inkjet head 11 ... Channel unit (ink channel forming body)
12 ... Nozzle plate 12 (metal plate)
13 ... Manifold plate 13 (metal plate)
14 ... Channel plate 14 (metal plate)
15 ... Pressure chamber plate 15 (metal plate)
19 ... Ink discharge nozzle F ... Ink flow path M ... Material particles (piezoelectric material particles)
Z ... Aerosol

Claims (6)

圧電材料の粒子を含むエアロゾルを金属製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アクチュエータの製造方法であって、
前記金属製基板の表面上に、導電性を有するとともに前記金属製基板に含まれる元素の前記圧電層への拡散を防止する拡散防止機能を有する一の電極層を形成する第１の電極層形成工程と、
前記一の電極層上に前記エアロゾルを噴き付けて前記粒子を付着させることにより前記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、
前記圧電層上に前記一の電極層と対となる他の電極層を構成する第２の電極層形成工程と、
を含む圧電アクチュエータの製造方法。 A method for manufacturing a piezoelectric actuator, wherein a piezoelectric layer is formed by spraying an aerosol containing particles of a piezoelectric material on the surface side of a metal substrate to attach the particles.
Forming a first electrode layer on the surface of the metal substrate to form one electrode layer having conductivity and a diffusion preventing function for preventing an element contained in the metal substrate from diffusing into the piezoelectric layer Process,
A piezoelectric layer forming step of forming the piezoelectric layer by spraying the aerosol on the one electrode layer and attaching the particles;
An annealing process for annealing the piezoelectric layer;
A second electrode layer forming step of forming another electrode layer paired with the one electrode layer on the piezoelectric layer;
A method for manufacturing a piezoelectric actuator including: 前記元素が鉄、アルミニウム、クロム、コバルト、マンガン、モリブデン、またはタングステンであり、前記一の電極層がＡｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ａｇ−Ｐｄ合金，Ａｇ−Ｐｔ合金，Ｒｈ，Ｉｎ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｎｂ，Ｓｂ，Ｔｈ，Ｗ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇのうちいずれかを含んで形成され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。   The element is iron, aluminum, chromium, cobalt, manganese, molybdenum, or tungsten, and the one electrode layer is Au, Pt, Ti, Ag—Pd alloy, Ag—Pt alloy, Rh, In, La, Nd, 2. The method of manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric actuator is formed to include any one of Nb, Sb, Th, W, Ca, Sr, and Mg. 前記一の電極層の厚さを０．１μｍ以上５μｍ以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧電アクチュエータの製造方法。   3. The method of manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a thickness of the one electrode layer is 0.1 μm or more and 5 μm or less. 4. 圧電材料の粒子を含むエアロゾルを金属製振動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した圧電アクチュエータを備えたインクジェットヘッドの製造方法であって、
前記金属製振動板と同種の金属からなる複数の金属製プレートのそれぞれにインク流路となる孔を形成するとともに、これら複数の金属製プレートを積層して接合することによりインク流路形成体を形成するインク流路形成体形成工程と、
前記インク流路形成体の上面に前記金属製振動板を接合する振動板接合工程と、
前記金属製振動板の表面上に、導電性を有するとともに前記金属製振動板に含まれる元素の前記圧電層への拡散を防止する拡散防止機能を有する一の電極層を形成する第１の電極層形成工程と、
前記一の電極層上に前記エアロゾルを噴き付けて前記粒子を付着させることにより前記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、
前記圧電層上に前記一の電極層と対となる他の電極層を構成する第２の電極層形成工程と、
を含むインクジェットヘッドの製造方法。 A method of manufacturing an inkjet head including a piezoelectric actuator in which a piezoelectric layer is formed by spraying aerosol containing particles of a piezoelectric material on the surface side of a metal diaphragm and attaching the particles.
A hole serving as an ink flow path is formed in each of a plurality of metal plates made of the same type of metal as the metal diaphragm, and an ink flow path forming body is formed by laminating and bonding the plurality of metal plates. An ink flow path forming body forming step to be formed;
A diaphragm joining step of joining the metal diaphragm to the upper surface of the ink flow path forming body;
A first electrode is formed on the surface of the metal diaphragm, the first electrode layer having conductivity and an anti-diffusion function for preventing diffusion of elements contained in the metal diaphragm into the piezoelectric layer. A layer forming step;
A piezoelectric layer forming step of forming the piezoelectric layer by spraying the aerosol on the one electrode layer and attaching the particles;
An annealing process for annealing the piezoelectric layer;
A second electrode layer forming step of forming another electrode layer paired with the one electrode layer on the piezoelectric layer;
A method for manufacturing an ink-jet head comprising: 金属製基板と、
前記金属製基板の表面側に、圧電材料の粒子を含むエアロゾルを噴き付けて前記粒子を付着させることにより設けられた圧電層と、
前記金属製基板と前記圧電層との間に設けられ、導電性を有するとともに前記金属製基板に含まれる元素の前記圧電層への拡散を防止する拡散防止機能を有する一の電極層と、
前記圧電層上に設けられ、前記一対の電極と対となる他の電極層と、
を備える圧電アクチュエータ。 A metal substrate;
Piezoelectric layer provided by spraying aerosol containing particles of piezoelectric material on the surface side of the metal substrate and attaching the particles;
One electrode layer provided between the metal substrate and the piezoelectric layer, having conductivity and a diffusion preventing function for preventing diffusion of an element contained in the metal substrate into the piezoelectric layer;
Another electrode layer provided on the piezoelectric layer and paired with the pair of electrodes;
A piezoelectric actuator comprising: 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圧力室が複数設けられた金属製のインク流路形成体と、
その裏面側が前記開口を閉じるように前記インク流路形成体の一面側に接合されるものであって前記インク流路形成体と同種の金属からなる金属製振動板と、
前記金属製振動板の表面側に圧電材料の粒子を含むエアロゾルを噴き付けて前記粒子を付着させることにより設けられた圧電層と、
前記金属製振動板と前記圧電層との間に設けられ、導電性を有するとともに前記金属製振動板に含まれる元素の前記圧電層への拡散を防止する拡散防止機能を有する一の電極層と、
前記圧電層上に設けられ、前記一の電極層と対となる他の電極層と、
を備えることを特徴とするインクジェットヘッド。
A metal ink flow path forming body provided with a plurality of pressure chambers communicating with the ink discharge nozzle and opening on one surface side;
A metal diaphragm made of the same kind of metal as the ink flow path forming body, the back surface side of which is joined to one surface side of the ink flow path forming body so as to close the opening;
A piezoelectric layer provided by spraying an aerosol containing particles of piezoelectric material on the surface side of the metal diaphragm and attaching the particles;
One electrode layer provided between the metal diaphragm and the piezoelectric layer, having conductivity and a diffusion preventing function for preventing diffusion of an element contained in the metal diaphragm into the piezoelectric layer; ,
Another electrode layer provided on the piezoelectric layer and paired with the one electrode layer;
An ink jet head comprising:
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