圧電アクチュエータの製造方法
【課題】活性部に作用する力の方向を揃え、圧電特性のばらつきを低減する圧電アクチュエータの製造方法を提供する。
【解決手段】共通電極４３を挟んでほぼ同じ厚みの２枚のグリーンシート４８を積層する（積層工程）。そして、２枚のグリーンシート４８及び共通電極４３を一体に所定の焼成温度で焼成する（焼成工程）。その後、２枚の圧電シート５０の反り方向を確認し、２枚の圧電シート５０の積層体の凹となった側の一方の圧電シート５０に活性部Ｒ１を形成することを決定する（活性部位置決定工程）。そして、圧電層４１の活性部Ｒ１を形成することとなる部分の表面に複数の個別電極４２を形成し、個別電極４２と共通電極４３の間に電圧を印加して、これらの電極間の圧電層４１の部分を厚み方向と平行な方向に分極させて、活性部Ｒ１を形成する（活性部形成工程）。
【解決手段】共通電極４３を挟んでほぼ同じ厚みの２枚のグリーンシート４８を積層する（積層工程）。そして、２枚のグリーンシート４８及び共通電極４３を一体に所定の焼成温度で焼成する（焼成工程）。その後、２枚の圧電シート５０の反り方向を確認し、２枚の圧電シート５０の積層体の凹となった側の一方の圧電シート５０に活性部Ｒ１を形成することを決定する（活性部位置決定工程）。そして、圧電層４１の活性部Ｒ１を形成することとなる部分の表面に複数の個別電極４２を形成し、個別電極４２と共通電極４３の間に電圧を印加して、これらの電極間の圧電層４１の部分を厚み方向と平行な方向に分極させて、活性部Ｒ１を形成する（活性部形成工程）。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、２枚の圧電層が積層され、この２枚の圧電層間と一方の圧電層の表面に電極がそれぞれ配置され、２つの電極に挟まれる圧電層に２つの電極に印加された電圧によって電界が付与される活性部を有する圧電アクチュエータが知られている。例えば、特許文献１に記載のインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータにおいては、圧電セラミックスからなる２枚の圧電層が積層されており、一方の圧電層は分極処理された活性部を有する圧電層であり、他方の圧電層は振動板として機能する非活性の圧電層である。これら２枚の圧電層は同じ厚みのものを使用している。そして、２枚の圧電層の間には内部電極が配置され、活性部を有する圧電層の表面には表面電極が配置されている。この圧電アクチュエータは、同じ厚みの２枚のグリーンシートを内部電極を挟んで積層させて一体に焼成した後、一方の圧電層の表面に表面電極を形成することで製造されている。そして、このように製造された圧電アクチュエータは、インクジェットヘッドの流路部材に接合されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−９７２８０号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に記載の圧電アクチュエータにおいて２枚の圧電層は、設計上は同じ厚みとされているが、実際には例えば焼成前のグリーンシートに厚みばらつきがあり、それによって圧電層にも若干の厚みばらつきがある。すると、表面電極を形成する前の状態で、厚みにばらつきのある２枚の圧電層に挟まれた電極は、２枚の圧電層の厚み方向に関する中立面からずれることになる。このように、内部電極が中立面からずれた状態の２枚の圧電層を、内部電極とともに一体に焼成すると、電極と圧電層は材料の違いから線膨張係数が異なることに起因して、２枚の圧電層は、高温で焼成した後に室温まで自然冷却するときの温度変化によって反ってしまう。そして、反った２枚の圧電層を流路部材などの基板に接合すると、２枚の圧電層の反りが矯正されることによって、２枚の圧電層の積層体において凹となった側の圧電層には引っ張り力が作用し、凸となった側の圧電層には圧縮力が作用する。
【０００５】
このように、内部に電極を挟んだ２枚の圧電層の厚みにばらつきがあると、圧電アクチュエータごとに反り方向が異なってしまい、活性部を形成する圧電層に生じている反り方向が異なってしまう。そして、この活性部を形成する圧電層に生じている反り方向が異なったまま、２枚の圧電層を基板に押圧して接合すると、活性部に作用する力の方向が異なってしまい、複数の圧電アクチュエータを作成した際に、複数の圧電アクチュエータの間で圧電特性がばらついてしまう。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、活性部に作用する力の方向を揃え、圧電特性のばらつきを低減す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】
【０００７】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、厚み方向に積層された２枚の圧電層と、前記２枚の圧電層間に配置された第１電極と、前記２枚の圧電層のうち一方の前記圧電層の前記第１電極と反対側の面に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極に印加された電圧によって電界が付与される活性部と、を有し、基板に接合される圧電アクチュエータの製造方法であって、ほぼ同じ厚みの前記２枚の圧電層を、その間に前記第１電極を挟んで積層する積層工程と、積層された前記２枚の圧電層と前記第１電極を一体に焼成する焼成工程と、一体に焼成された前記２枚の圧電層の反り方向を確認し、その反り方向に応じて、前記２枚の圧電層のうちいずれの前記圧電層に前記活性部を形成するかを決定する活性部位置決定工程と、前記活性部位置決定工程において決定した前記圧電層に前記活性部を形成する活性部形成工程と、を備えている。
【０００８】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法によると、活性部位置決定工程において、２枚の圧電層の反り方向に応じて活性部を形成する圧電層を決定し、この圧電層に活性部を形成している。これにより、基板との接合時に２枚の圧電層の反りが矯正されることによって活性部に作用する力の方向が常に同じ方向となる。したがって、活性部に作用する力の方向を揃え、圧電特性のばらつきを低減することができる。
【０００９】
また、前記活性部位置決定工程において、前記２枚の圧電層のうち厚み方向に関して凹となった側の前記圧電層に前記活性部を形成することを決定することが好ましい。これによると、２枚の圧電層のうち厚み方向に関して凹となった圧電層に活性部を形成することで、２枚の圧電層を基板と接合したときに、活性部には引っ張り力が作用することとなり、焼成後の冷却時に圧電層に作用する圧縮力を緩和することで、圧電特性が低下するのを抑制することができる。
【００１０】
さらに、前記活性部形成工程において、前記活性部を形成すると決定した前記圧電層の前記第１電極と反対側の面に前記第２電極を形成し、前記第１電極と前記第２電極に分極電圧を印加して、両電極間の前記圧電層の部分を分極させて、前記活性部を形成することが好ましい。これによると、第２電極を形成する位置を決めることで、活性部の位置を決める場合において、活性部位置決定工程において確認した２枚の圧電層の反り方向に応じて、活性部を形成する圧電層を決定することができる。
【００１１】
また、前記焼成工程の前に、前記２枚の圧電層の前記第１電極と反対側の面に導電層をそれぞれ形成する導電層形成工程をさらに備えており、前記活性部形成工程において、２つの前記導電層のうち前記活性部を形成すると決定した前記圧電層の前記第１電極と反対側の前記導電層を前記第２電極とし、前記第１電極と前記第２電極に分極電圧を印加して、両電極間の前記圧電層の部分を分極させて、前記活性部を形成してもよい。これによると、焼成工程前に導電層を両面に形成しておいて、どちらの導電層を第２電極として分極電圧を印加するかを決めることで、活性部の位置を決める場合において、活性部位置決定工程において確認した２枚の圧電層の反り方向に応じて、活性部を形成する圧電層を決定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
２枚の圧電層の反り方向に応じたいずれかの圧電層に活性部を形成していることにより、基板との接合時に活性部に作用する力の方向が常に同じ方向となる。したがって、活性部に作用する力の方向を揃え、複数の圧電アクチュエータを作成した際に、複数の圧電アクチュエータの間の圧電特性のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係るインクジェットプリンタの概略平面図である。
【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１のインクジェットヘッドの製造工程を概略的に説明する図である。
【図６】第２実施形態に係る図４相当の図である。
【図７】第２実施形態に係る図５相当の図である。
【図８】変形例における圧電アクチュエータの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、記録用紙に対してインクを噴射するインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタに本発明を適用した一例である。
【００１５】
まず、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るインクジェットプリンタの概略平面図である。図１に示すように、プリンタ１は、所定の走査方向（図１の左右方向）に沿って往復移動可能に構成されたキャリッジ２と、このキャリッジ２に搭載されたインクジェットヘッド３と、記録用紙Ｐを走査方向と直交する搬送方向に搬送する搬送機構４などを備えている。
【００１６】
キャリッジ２は、走査方向（図１の左右方向）に平行に延びる２本のガイド軸１７に沿って往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ２には、無端ベルト１８が連結されており、キャリッジ駆動モータ１９によって無端ベルト１８が走行駆動されたときに、キャリッジ２は、無端ベルト１８の走行に伴って走査方向に移動するようになっている。なお、プリンタ１には、走査方向に間隔を空けて配列された多数の透光部（スリット）を有するリニアエンコーダ１０が設けられている。一方、キャリッジ２には、発光素子と受光素子とを有する透過型のフォトセンサ１１が設けられている。そして、プリンタ１は、キャリッジ２の移動中にフォトセンサ１１が検出したリニアエンコーダ１０の透光部の計数値（検出回数）から、キャリッジ２の走査方向に関する現在位置を認識できるようになっている。
【００１７】
このキャリッジ２には、インクジェットヘッド３が搭載されている。インクジェットヘッド３は、その下面（図１の紙面向こう側の面）に複数のノズル３０（図２参照）を備えている。このインクジェットヘッド３は、搬送機構４により図１の下方（搬送方向）に搬送される記録用紙Ｐに対して、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複数のノズル３０から噴射するように構成されている。
【００１８】
搬送機構４は、インクジェットヘッド３よりも搬送方向上流側に配置された給紙ローラ１２と、インクジェットヘッド３よりも搬送方向下流側に配置された排紙ローラ１３と、を有している。給紙ローラ１２と排紙ローラ１３は、それぞれ、給紙モータ１４と排紙モータ１５により回転駆動される。そして、この搬送機構４は、給紙ローラ１２により、記録用紙Ｐを図１の上方からインクジェットヘッド３へ搬送するとともに、排紙ローラ１３により、インクジェットヘッド３によって画像や文字などが記録された記録用紙Ｐを図１の下方へ排出する。
【００１９】
次に、インクジェットヘッド３について説明する。図２は、インクジェットヘッドの平面図である。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２〜図４に示すように、インクジェットヘッド３は、ノズル３０や圧力室２４を含むインク流路が形成された流路ユニット６と、圧力室２４内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ７と、を有している。
【００２０】
まず、流路ユニット６について説明する。図４に示すように、流路ユニット６はキャビティプレート２０、ベースプレート２１、マニホールドプレート２２、及びノズルプレート２３を有しており、これら４枚のプレート２０〜２３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２０、ベースプレート２１及びマニホールドプレート２２は、それぞれ、ステンレス鋼などの金属材料からなる平面視で略矩形状の板である。そのため、これら３枚のプレート２０〜２２に、後述するマニホールド２７や圧力室２４など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２３は、例えば、ポリイミドなど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２２の下面に接着剤で接合される。
【００２１】
図２〜図４に示すように、４枚のプレート２０〜２３のうち、最も上方に位置するキャビティプレート２０には、平面に沿って配列された複数の圧力室２４がプレート２０を貫通する孔により形成されている。また、複数の圧力室２４は、搬送方向（図２の上下方向）に千鳥状に２列に配列されている。また、図４に示すように、複数の圧力室２４は上下両側から後述の振動板４０及びベースプレート２１によりそれぞれ覆われている。さらに、各圧力室２４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。
【００２２】
図３及び図４に示すように、ベースプレート２１の、平面視で圧力室２４の長手方向両端部と重なる位置には、それぞれ連通孔２５、２６が形成されている。また、マニホールドプレート２２には、平面視で、２列に配列された圧力室２４の連通孔２５側の部分と重なるように、搬送方向に延びる２つのマニホールド２７が形成されている。これら２つのマニホールド２７は、後述する振動板４０に形成されたインク供給口２８（図２参照）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２８を介してマニホールド２７へインクが供給される。さらに、マニホールドプレート２２の、平面視で複数の圧力室２４のマニホールド２７と反対側の端部と重なる位置には、それぞれ、複数の連通孔２６に連なる複数の連通孔２９も形成されている。
【００２３】
さらに、ノズルプレート２３の、平面視で複数の連通孔２９にそれぞれ重なる位置には、複数のノズル３０が形成されている。図２に示すように、複数のノズル３０は、搬送方向に沿って２列に配列された複数の圧力室２４の、マニホールド２７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。
【００２４】
そして、図４に示すように、マニホールド２７は連通孔２５を介して圧力室２４に連通し、さらに、圧力室２４は、連通孔２６，２９を介してノズル３０に連通している。このように、流路ユニット６内には、マニホールド２７から圧力室２４を経てノズル３０に至る個別インク流路３１が複数形成されている。
【００２５】
次に、圧電アクチュエータ７について説明する。図２〜図４に示すように、圧電アクチュエータ７は、複数の圧力室２４を覆うように流路ユニット６（キャビティプレート２０）の上面に配置された振動板４０と、この振動板４０の上面に、複数の圧力室２４と対向するように配置された圧電層４１と、振動板４０と圧電層４１の間に配置された共通電極４３と、圧電層４１の上面に配置された複数の個別電極４２と、を有している。
【００２６】
振動板４０及び圧電層４１は、ともに、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り、矩形状の平面形状を有するほぼ同じ厚みのシート状をしている。そして、振動板４０及び圧電層４１は、互いに積層された状態で、キャビティプレート２０の上面に複数の圧力室２４を覆うように複数の圧力室２４に跨って連続的に配設された状態で、キャビティプレート２０に接合されている。この圧電層４１は、少なくとも圧力室２４と対向する領域において厚み方向に分極されている。
【００２７】
共通電極４３は、振動板４０と圧電層４１の間において、これらのほぼ全域に複数の圧力室２４に跨って連続的に配置されている。共通電極４３は、圧電アクチュエータ７を駆動するヘッドドライバ（図示省略）のグランド配線に接続されて、常にグランド電位に保持される。
【００２８】
複数の個別電極４２は、圧電層４１の上面において、複数の圧力室２４と対向する領域にそれぞれ配置されている。各々の個別電極４２は圧力室２４よりも一回り小さい略楕円形の平面形状を有し、圧力室２４の中央部と対向している。また、複数の個別電極４２の端部からは、複数の接点部４５が個別電極４２の長手方向に沿ってそれぞれ引き出されている。これら複数の接点部４５は、図示しないフレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）を介してヘッドドライバ（図示省略）と電気的に接続されている。これにより、ヘッドドライバから複数の個別電極４２に対して、所定の駆動電位とグランド電位の２種類の電位のうち、何れか一方の電位を選択的に付与することが可能となっている。
【００２９】
これら２つの電極のうち、共通電極４３には、後述する圧電アクチュエータ７の製造工程の焼成工程における高温によって融解しにくい銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）を用いる。また、個別電極４２には、圧電アクチュエータ７の表面に露出し外気と接するため、防錆性の高い金属材料であり、加えて、マイグレーションしにくい金属材料である金（Ａｕ）を用いる。
【００３０】
そして、個別電極４２と共通電極４３に挟まれた圧電層４１の、少なくとも圧力室２４と対向する部分は、厚み方向に分極されて活性部Ｒ１となっている。
【００３１】
次に、インク噴射時における圧電アクチュエータ７の作用について説明する。ある個別電極４２に対して、ヘッドドライバから所定の駆動電位が付与されたときには、この駆動電位が付与された個別電極４２とグランド電位に保持されている共通電極４３の間の活性部Ｒ１に電位差が生じ、この活性部Ｒ１に厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は活性部Ｒ１の分極方向と平行であるから、活性部Ｒ１は厚み方向と直交する面方向に収縮する。ここで、圧電層４１の下側の振動板４０はキャビティプレート２０に固定されているため、この振動板４０の上面に位置する圧電層４１の活性部Ｒ１が面方向に収縮するのに伴って、振動板４０の圧力室２４を覆う部分が圧力室２４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２４内の容積が減少するために圧力室２４内のインク圧力が上昇し、この圧力室２４に連通するノズル３０からインクが噴射される。
【００３２】
次に、上述したインクジェットヘッド３の製造工程について説明する。図５は、インクジェットヘッド３の製造工程を概略的に説明する図であり、（ａ）は積層工程であり、（ｂ）は焼成工程であり、（ｃ）は活性部位置決定工程であり、（ｄ）は活性部形成工程であり、（ｅ）は接合工程であり、（ｆ）はインクジェットヘッド完成時である。本実施形態では、まず、流路ユニット６と圧電アクチュエータ７をそれぞれ別工程で単体にて製造した後、流路ユニット６の上面に圧電アクチュエータ７を接合してインクジェットヘッド３を製造している。そこで、本実施形態においては、流路ユニット６の製造工程について簡単に説明し、圧電アクチュエータ７の製造工程及び流路ユニット６と圧電アクチュエータ７の接合工程について詳細に説明する。
【００３３】
（流路ユニット製造工程）
まず、流路ユニット６を構成する４枚のプレート２０〜２３のうち、金属製のキャビティプレート２０、ベースプレート２１、及び、マニホールドプレート２２の３枚のプレートに、圧力室２４やマニホールド２７などのインク流路を構成する孔を、エッチングにより形成する。また、合成樹脂製のノズルプレート２３に、レーザ加工により複数のノズル３０を形成する。そして、４枚のプレート２０〜２３を互いに積層した状態で接着剤で接合し、流路ユニット６を完成させる。
【００３４】
あるいは、３枚の金属製のプレート２０〜２２を積層した状態で、高温（例えば、９００℃程度）に加熱しながらプレート積層方向に押圧することで、３枚のプレート２０〜２３を金属拡散接合により接合してもよい。この場合には、金属拡散接合によって得られた３枚のプレート２０〜２２の積層体に、合成樹脂製のノズルプレート２３を接着剤で接合する。
【００３５】
（圧電アクチュエータ製造工程）
まず、図５（ａ）に示すように、ＰＺＴを主成分とする圧電材料からなる１枚のグリーンシート４８の表面に銀とパラジウムの合金からなる共通電極４３を印刷により形成し、その上に共通電極４３を挟んでほぼ同じ厚みのグリーンシート４８を積層する（積層工程）。このとき、２枚のグリーンシート４８には製造ばらつきにより厚みに若干のばらつきがある。したがって、２枚のグリーンシート４８に挟まれた共通電極４３は、厚み方向に関する中立面から薄いグリーンシート４８側にずれている。
【００３６】
そして、図５（ｂ）に示すように、この２枚のグリーンシート４８及び共通電極４３を一体に所定の焼成温度で焼成する（焼成工程）。すると、２枚のグリーンシート４８は焼成されて２枚の圧電シート５０となる。このとき、共通電極４３である銀とパラジウムの合金は、圧電シート５０であるＰＺＴを主成分とする圧電材料よりも線膨張係数が大きい。したがって、共通電極４３が中立面からずれることで、焼成された２枚の圧電シート５０は、高温で焼成した後に室温まで自然冷却するときの温度変化によって、２枚の圧電シート５０の積層体において共通電極４３が位置する側が凹となるように反ってしまう。この反り方向は、２枚の圧電シート５０の厚みの大小関係に依存する。２枚の圧電シート５０は設計上は同じ厚みであるが、例えば焼成前のグリーンシート４８に厚みばらつきがあるなどして、無作為に厚みに差が生じている。
【００３７】
そこで、図５（ｃ）に示すように、２枚の圧電シート５０の反り方向を目視またはレーザ変位計などで確認し、２枚の圧電シート５０が積層された積層体の凹となった側の圧電シート５０を圧電層４１とし、他方の圧電シート５０を振動板４０とし、振動板４０と圧電層４１が積層された積層体の凹となった側に位置する圧電層４１に活性部Ｒ１を形成することを決定する（活性部位置決定工程）。そして、図５（ｄ）に示すように、圧電層４１の活性部Ｒ１を形成することとなる部分の表面に金（Ａｕ）からなる複数の個別電極４２をスクリーン印刷により形成する。その後、個別電極４２と共通電極４３の間に電圧を印加して、これらの電極間の圧電層４１の部分を厚み方向と平行な方向に分極させて、活性部Ｒ１を形成（活性部形成工程）し、圧電アクチュエータ７を完成させる。このように、焼成工程の後に個別電極４２を形成しているため、焼成工程における焼成温度により融解してしまうおそれもなく、防錆性やマイグレーション防止に適している融点の低い金（Ａｕ）を用いることができる。
【００３８】
そして、図５（ｅ）に示すように、流路ユニット６のキャビティプレート２０と圧電アクチュエータ７の振動板４０とを接着剤を介在させて対向させ、圧電層４１側から押圧して接合（接合工程）し、図５（ｆ）に示すように、インクジェットヘッド３を完成させる。このとき、活性部Ｒ１は、振動板４０と圧電層４１が積層された積層体の凹となった圧電層４１側に形成されているため、反りが矯正されて接合されると引っ張り力が作用する。焼成後の冷却時に圧電材料よりも線膨張係数が大きい共通電極４３の影響により、圧電層４１には圧縮力が作用する。圧電層４１に圧縮力が作用していると、電界を付与したときの変形が拘束されることとなり、みかけ上の圧電特性が低下する。しかし、反りを矯正する際に、引っ張り力を作用させることで、活性部Ｒ１に作用している圧縮力を低減することができ、これにより、圧電アクチュエータ７の圧電特性が低下するのを抑制することができる。
【００３９】
第１実施形態における圧電アクチュエータ７の製造方法によると、活性部位置決定工程において、２枚の圧電シート５０の反り方向に応じて活性部Ｒ１を形成する圧電層４１を決定している。これにより、流路ユニット６との接合時に振動板４０及び圧電層４１の反りが矯正されることによって活性部Ｒ１に作用する力の方向が常に同じ方向となる。したがって、活性部Ｒ１に作用する力の方向を揃え、圧電特性のばらつきを低減することができる。また、複数の圧電アクチュエータ７間での圧電特性のばらつきを低減することができる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の好適な第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態における圧電アクチュエータ７の構成が異なるだけで、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。なお、第１実施形態と同様なものについては、同符号で示し説明を省略する。
【００４１】
図６に示すように、圧電アクチュエータ１０７は、複数の圧力室２４を覆うように流路ユニット６（キャビティプレート２０）の上面に配置された振動板１４０と、この振動板１４０の上面のほぼ全域にわたって形成され、複数の圧力室２４と対向するように配置された２枚の圧電層１４１、１４４と、振動板１４０と圧電層１４４の間に配置された複数の導電層１４６と、２枚の圧電層１４１、１４４の間に配置された共通電極１４３と、圧電層１４１の上面に配置された複数の個別電極１４２と、を有している。
【００４２】
振動板１４０は、流路ユニット６を構成する４枚のプレート２０〜２３と同様の外形であり、３枚のプレート２０〜２２と同様にステンレス鋼などの金属材料からなる平面視で略矩形状の板である。圧電層１４１、１４４は、ともに、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り、矩形状の平面形状を有するほぼ同じ厚みのシート状をしている。圧電層４１、１４３は、複数の圧力室２４に跨って連続的に配設されている。圧電層１４１は、少なくとも圧力室２４と対向する領域において厚み方向に分極されている。
【００４３】
共通電極１４３及び複数の個別電極１４２は、第１実施形態における共通電極４３及び複数の個別電極４２とそれぞれ同じ形状及び配置となっている。複数の導電層１４６は、複数の個別電極１４２と同じ厚み及び形状をしており、複数の個別電極１４２とそれぞれ対向するように、振動板１４０と圧電層１４４の間に配置されている。これら３つの電極は、後述する圧電アクチュエータ１０７の製造工程の焼成工程における高熱による形状変化の影響を受けにくい銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）を用いる。そして、個別電極１４２と共通電極１４３に挟まれた圧電層１４１の、少なくとも圧力室２４と対向する部分は、厚み方向に分極されて活性部Ｒ１０１となっている。
【００４４】
次に、上述した圧電アクチュエータ１０７を有するインクジェットヘッドの製造工程について説明する。図７は、インクジェットヘッド３の製造工程を概略的に説明する図であり、（ａ）は積層工程及び導電層形成工程であり、（ｂ）は焼成工程であり、（ｃ）は活性部位置決定工程であり、（ｄ）は接合工程であり、（ｅ）はインクジェットヘッド完成時である。本実施形態では、まず、流路ユニット６を単体にて製造した後、流路ユニット６の上面に圧電アクチュエータ７を接合してインクジェットヘッド３を製造している。流路ユニット６の製造工程については、第１実施形態と同様であるため、省略し、圧電アクチュエータ７の製造工程及び流路ユニット６と圧電アクチュエータ７の接合工程について詳細に説明する。第１実施形態では、個別電極４２を形成する位置を決めることで、活性部Ｒ１の位置を決めていたが、本実施形態では、焼成工程前に導電層１４６を両面に形成しておいて、どちらの導電層１４６を個別電極１４２として分極電圧を印加するかを決めることで、活性部Ｒ１０１の位置を決めている。
【００４５】
（圧電アクチュエータ製造工程）
まず、図７（ａ）に示すように、ＰＺＴを主成分とする圧電材料からなる１枚のグリーンシート１４８の両面に銀とパラジウムの合金からなる共通電極１４３及び複数の導電層１４６を印刷により形成し、もう１枚のほぼ同じ厚みのグリーンシート１４８の表面に複数の導電層１４６を印刷により形成する。そして、共通電極１４３を間に挟み、複数の導電層１４６が外側を向くように、２枚のグリーンシート１４８を積層する（積層工程及び導電層形成工程）。このとき、第１実施形態と同様に、２枚のグリーンシート１４８には製造ばらつきにより厚みに若干のばらつきがある。したがって、２枚のグリーンシート１４８に挟まれた共通電極１４３は、厚み方向に関する中立面から薄いグリーンシート１４８側にずれている。
【００４６】
そして、図７（ｂ）に示すように、この２枚のグリーンシート１４８、共通電極１４３及び複数の導電層１４６の積層体を一体に所定の焼成温度で焼成する（焼成工程）。すると、２枚のグリーンシート１４８は焼成されて２枚の圧電シート１５０となる。このとき、焼成された２枚の圧電シート１５０は、高温で焼成した後に室温まで自然冷却するときの温度変化によって、中立面を基準とした両側のうち共通電極１４３が位置する側が凹となるように反ってしまう。
【００４７】
そこで、図７（ｃ）に示すように、２枚の圧電シート１５０の反り方向を目視またはレーザ変位計などで確認し、２枚の圧電シート１５０が積層された積層体の凹となった側の一方の圧電シート１５０を圧電層１４１、他方の圧電シート１５０を圧電層１４４とし、圧電層１４１に活性部Ｒ１を形成することを決定する（活性部位置決定工程）。そして、圧電層１４１に形成された導電層１４６を個別電極１４２とし、個別電極１４２と共通電極１４３の間に電圧を印加して、これらの電極間の圧電層１４１の部分を厚み方向と平行な方向に分極させて、活性部Ｒ１０１を形成する（活性部形成工程）。
【００４８】
そして、図７（ｄ）に示すように、圧電層１４４と振動板１４０との間に接着剤を介在させて対向させ、圧電層１４１側から押圧して接着接合（接合工程）し、圧電アクチュエータ１０７を完成させる。このとき、活性部Ｒ１０１は、圧電層１４１、１４４が積層された積層体の凹となった圧電層１４１側に形成されているため、反りが矯正されて接合されると引っ張り力が作用する。これにより、焼成後の冷却によって圧電層に作用している圧縮力を緩和し、圧電アクチュエータ１０７の圧電特性が低下するのを抑制することができる。
【００４９】
また、圧電層１４４を振動板１４０に向かって押圧させて接着接合する際に、圧電層１４４が振動板１４０に接触する前に活性部Ｒ１０１と厚み方向に関して重なる位置にある導電層１４６が振動板１４０に接触する。そのため、圧電層１４４と振動板１４０が接着される領域に比べて、導電層１４６と振動板１４０が接着される領域は、押圧力が大きく、余剰な接着剤を厚み方向に関して活性部Ｒ１０１と重なる領域から押し出し、活性部Ｒ１０１と重なる領域の接着剤が厚くなるのを抑制することができる。
【００５０】
その後、流路ユニット６のキャビティプレート２０と圧電アクチュエータ７の振動板１４０とを対向させて接合し、インクジェットヘッド３を完成させる。
【００５１】
第２実施形態における圧電アクチュエータ１０７の製造方法によると、活性部位置決定工程において、２枚の圧電シート１５０の反り方向に応じて活性部Ｒ１０１を形成する圧電層１４１を決定している。これにより、振動板１４０との接合時に圧電層１４１の反りが矯正されることによって活性部Ｒ１０１に作用する力の方向が同じ方向となる。したがって、活性部Ｒ１０１に作用する力の方向を揃え、複数の圧電アクチュエータ１０７間での圧電特性のばらつきを低減することができる。
【００５２】
また、２枚の圧電シート１５０の反り方向に応じて、両面の複数の導電層１４６のうち、条件を満たす圧電シート１５０に形成された導電層１４６を個別電極１４２にすることができる。
【００５３】
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。
【００５４】
上述した実施形態においては、焼成工程において電極を挟んで積層された２枚のグリーンシートを焼成して２枚の圧電層を形成していたが、当該２枚の圧電層を含み、その両側に同じ枚数のほぼ同じ厚みのグリーンシートをそれぞれ積層させて焼成して４枚以上の偶数枚の圧電層を形成してもよい。例えば、図８（ａ）に示すように、同じ厚みの４枚の圧電層２０１〜２０４が積層されており、２枚の圧電層２０１、２０２間、及び、２枚の圧電層２０３、２０４間に同じ形状の電極２１１、２１３が配置され、２枚の圧電層２０２、２０３間に共通電極２１２が配置され、電極２１１、２１２に挟まれた圧電層２０２の部分が活性部Ｒ２０１となった圧電アクチュエータ２００であってもよい。また、図８（ｂ）に示すように、同じ厚みの４枚の圧電層３０１〜３０４が積層されており、２枚の圧電層３０１、３０２間、及び、２枚の圧電層３０３、３０４間に共通電極３１２、３１４がそれぞれ配置され、２枚の圧電層３０２、３０３間に個別電極３１３、圧電層３０１の表面に個別電極３１３と同じ形状の個別電極３１１が配置され、電極３１１〜３１４に挟まれた圧電層３０１〜３０３の部分が活性部Ｒ３０１となった圧電アクチュエータ３００であってもよい。
【００５５】
また、上述した実施形態においては、２枚の圧電層の積層体の凹となった側に活性部を形成していたが、凸となった側に形成してもよく、反り方向に応じて活性部を形成する圧電層を決定すればよい。
【００５６】
さらに、上述した実施形態においては、圧電層の共通電極と厚み方向に関して重なる位置に個別電極が配置されており、個別電極と共通電極に挟まれた圧電層の部分に活性部が形成されていたが、個別電極は厚み方向に関して共通電極と重ならない位置に配置されてもよい。このとき、活性部は個別電極と共通電極を結ぶ部分に形成されることになる。
【００５７】
以上、説明した実施形態及びその変更形態では、本発明を、記録用紙にインクを噴射して画像などを記録するインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータの製造方法に適用したが、本発明の適用対象は、このようなインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータに限られず、様々な用途に使用される圧電アクチュエータの製造方法に適用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１ インクジェットプリンタ
３ インクジェットヘッド
６ 流路ユニット
７ 圧電アクチュエータ
４０、１４０ 振動板
４１、１４１、１４４ 圧電層
４２、１４２ 個別電極
４３、１４３ 共通電極
Ｒ１、Ｒ１０１ 活性部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、２枚の圧電層が積層され、この２枚の圧電層間と一方の圧電層の表面に電極がそれぞれ配置され、２つの電極に挟まれる圧電層に２つの電極に印加された電圧によって電界が付与される活性部を有する圧電アクチュエータが知られている。例えば、特許文献１に記載のインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータにおいては、圧電セラミックスからなる２枚の圧電層が積層されており、一方の圧電層は分極処理された活性部を有する圧電層であり、他方の圧電層は振動板として機能する非活性の圧電層である。これら２枚の圧電層は同じ厚みのものを使用している。そして、２枚の圧電層の間には内部電極が配置され、活性部を有する圧電層の表面には表面電極が配置されている。この圧電アクチュエータは、同じ厚みの２枚のグリーンシートを内部電極を挟んで積層させて一体に焼成した後、一方の圧電層の表面に表面電極を形成することで製造されている。そして、このように製造された圧電アクチュエータは、インクジェットヘッドの流路部材に接合されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−９７２８０号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、特許文献１に記載の圧電アクチュエータにおいて２枚の圧電層は、設計上は同じ厚みとされているが、実際には例えば焼成前のグリーンシートに厚みばらつきがあり、それによって圧電層にも若干の厚みばらつきがある。すると、表面電極を形成する前の状態で、厚みにばらつきのある２枚の圧電層に挟まれた電極は、２枚の圧電層の厚み方向に関する中立面からずれることになる。このように、内部電極が中立面からずれた状態の２枚の圧電層を、内部電極とともに一体に焼成すると、電極と圧電層は材料の違いから線膨張係数が異なることに起因して、２枚の圧電層は、高温で焼成した後に室温まで自然冷却するときの温度変化によって反ってしまう。そして、反った２枚の圧電層を流路部材などの基板に接合すると、２枚の圧電層の反りが矯正されることによって、２枚の圧電層の積層体において凹となった側の圧電層には引っ張り力が作用し、凸となった側の圧電層には圧縮力が作用する。
【０００５】
このように、内部に電極を挟んだ２枚の圧電層の厚みにばらつきがあると、圧電アクチュエータごとに反り方向が異なってしまい、活性部を形成する圧電層に生じている反り方向が異なってしまう。そして、この活性部を形成する圧電層に生じている反り方向が異なったまま、２枚の圧電層を基板に押圧して接合すると、活性部に作用する力の方向が異なってしまい、複数の圧電アクチュエータを作成した際に、複数の圧電アクチュエータの間で圧電特性がばらついてしまう。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、活性部に作用する力の方向を揃え、圧電特性のばらつきを低減す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】
【０００７】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、厚み方向に積層された２枚の圧電層と、前記２枚の圧電層間に配置された第１電極と、前記２枚の圧電層のうち一方の前記圧電層の前記第１電極と反対側の面に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極に印加された電圧によって電界が付与される活性部と、を有し、基板に接合される圧電アクチュエータの製造方法であって、ほぼ同じ厚みの前記２枚の圧電層を、その間に前記第１電極を挟んで積層する積層工程と、積層された前記２枚の圧電層と前記第１電極を一体に焼成する焼成工程と、一体に焼成された前記２枚の圧電層の反り方向を確認し、その反り方向に応じて、前記２枚の圧電層のうちいずれの前記圧電層に前記活性部を形成するかを決定する活性部位置決定工程と、前記活性部位置決定工程において決定した前記圧電層に前記活性部を形成する活性部形成工程と、を備えている。
【０００８】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法によると、活性部位置決定工程において、２枚の圧電層の反り方向に応じて活性部を形成する圧電層を決定し、この圧電層に活性部を形成している。これにより、基板との接合時に２枚の圧電層の反りが矯正されることによって活性部に作用する力の方向が常に同じ方向となる。したがって、活性部に作用する力の方向を揃え、圧電特性のばらつきを低減することができる。
【０００９】
また、前記活性部位置決定工程において、前記２枚の圧電層のうち厚み方向に関して凹となった側の前記圧電層に前記活性部を形成することを決定することが好ましい。これによると、２枚の圧電層のうち厚み方向に関して凹となった圧電層に活性部を形成することで、２枚の圧電層を基板と接合したときに、活性部には引っ張り力が作用することとなり、焼成後の冷却時に圧電層に作用する圧縮力を緩和することで、圧電特性が低下するのを抑制することができる。
【００１０】
さらに、前記活性部形成工程において、前記活性部を形成すると決定した前記圧電層の前記第１電極と反対側の面に前記第２電極を形成し、前記第１電極と前記第２電極に分極電圧を印加して、両電極間の前記圧電層の部分を分極させて、前記活性部を形成することが好ましい。これによると、第２電極を形成する位置を決めることで、活性部の位置を決める場合において、活性部位置決定工程において確認した２枚の圧電層の反り方向に応じて、活性部を形成する圧電層を決定することができる。
【００１１】
また、前記焼成工程の前に、前記２枚の圧電層の前記第１電極と反対側の面に導電層をそれぞれ形成する導電層形成工程をさらに備えており、前記活性部形成工程において、２つの前記導電層のうち前記活性部を形成すると決定した前記圧電層の前記第１電極と反対側の前記導電層を前記第２電極とし、前記第１電極と前記第２電極に分極電圧を印加して、両電極間の前記圧電層の部分を分極させて、前記活性部を形成してもよい。これによると、焼成工程前に導電層を両面に形成しておいて、どちらの導電層を第２電極として分極電圧を印加するかを決めることで、活性部の位置を決める場合において、活性部位置決定工程において確認した２枚の圧電層の反り方向に応じて、活性部を形成する圧電層を決定することができる。
【発明の効果】
【００１２】
２枚の圧電層の反り方向に応じたいずれかの圧電層に活性部を形成していることにより、基板との接合時に活性部に作用する力の方向が常に同じ方向となる。したがって、活性部に作用する力の方向を揃え、複数の圧電アクチュエータを作成した際に、複数の圧電アクチュエータの間の圧電特性のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係るインクジェットプリンタの概略平面図である。
【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１のインクジェットヘッドの製造工程を概略的に説明する図である。
【図６】第２実施形態に係る図４相当の図である。
【図７】第２実施形態に係る図５相当の図である。
【図８】変形例における圧電アクチュエータの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、記録用紙に対してインクを噴射するインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタに本発明を適用した一例である。
【００１５】
まず、本実施形態のインクジェットプリンタ１の概略構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るインクジェットプリンタの概略平面図である。図１に示すように、プリンタ１は、所定の走査方向（図１の左右方向）に沿って往復移動可能に構成されたキャリッジ２と、このキャリッジ２に搭載されたインクジェットヘッド３と、記録用紙Ｐを走査方向と直交する搬送方向に搬送する搬送機構４などを備えている。
【００１６】
キャリッジ２は、走査方向（図１の左右方向）に平行に延びる２本のガイド軸１７に沿って往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ２には、無端ベルト１８が連結されており、キャリッジ駆動モータ１９によって無端ベルト１８が走行駆動されたときに、キャリッジ２は、無端ベルト１８の走行に伴って走査方向に移動するようになっている。なお、プリンタ１には、走査方向に間隔を空けて配列された多数の透光部（スリット）を有するリニアエンコーダ１０が設けられている。一方、キャリッジ２には、発光素子と受光素子とを有する透過型のフォトセンサ１１が設けられている。そして、プリンタ１は、キャリッジ２の移動中にフォトセンサ１１が検出したリニアエンコーダ１０の透光部の計数値（検出回数）から、キャリッジ２の走査方向に関する現在位置を認識できるようになっている。
【００１７】
このキャリッジ２には、インクジェットヘッド３が搭載されている。インクジェットヘッド３は、その下面（図１の紙面向こう側の面）に複数のノズル３０（図２参照）を備えている。このインクジェットヘッド３は、搬送機構４により図１の下方（搬送方向）に搬送される記録用紙Ｐに対して、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複数のノズル３０から噴射するように構成されている。
【００１８】
搬送機構４は、インクジェットヘッド３よりも搬送方向上流側に配置された給紙ローラ１２と、インクジェットヘッド３よりも搬送方向下流側に配置された排紙ローラ１３と、を有している。給紙ローラ１２と排紙ローラ１３は、それぞれ、給紙モータ１４と排紙モータ１５により回転駆動される。そして、この搬送機構４は、給紙ローラ１２により、記録用紙Ｐを図１の上方からインクジェットヘッド３へ搬送するとともに、排紙ローラ１３により、インクジェットヘッド３によって画像や文字などが記録された記録用紙Ｐを図１の下方へ排出する。
【００１９】
次に、インクジェットヘッド３について説明する。図２は、インクジェットヘッドの平面図である。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２〜図４に示すように、インクジェットヘッド３は、ノズル３０や圧力室２４を含むインク流路が形成された流路ユニット６と、圧力室２４内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ７と、を有している。
【００２０】
まず、流路ユニット６について説明する。図４に示すように、流路ユニット６はキャビティプレート２０、ベースプレート２１、マニホールドプレート２２、及びノズルプレート２３を有しており、これら４枚のプレート２０〜２３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２０、ベースプレート２１及びマニホールドプレート２２は、それぞれ、ステンレス鋼などの金属材料からなる平面視で略矩形状の板である。そのため、これら３枚のプレート２０〜２２に、後述するマニホールド２７や圧力室２４など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２３は、例えば、ポリイミドなど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２２の下面に接着剤で接合される。
【００２１】
図２〜図４に示すように、４枚のプレート２０〜２３のうち、最も上方に位置するキャビティプレート２０には、平面に沿って配列された複数の圧力室２４がプレート２０を貫通する孔により形成されている。また、複数の圧力室２４は、搬送方向（図２の上下方向）に千鳥状に２列に配列されている。また、図４に示すように、複数の圧力室２４は上下両側から後述の振動板４０及びベースプレート２１によりそれぞれ覆われている。さらに、各圧力室２４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。
【００２２】
図３及び図４に示すように、ベースプレート２１の、平面視で圧力室２４の長手方向両端部と重なる位置には、それぞれ連通孔２５、２６が形成されている。また、マニホールドプレート２２には、平面視で、２列に配列された圧力室２４の連通孔２５側の部分と重なるように、搬送方向に延びる２つのマニホールド２７が形成されている。これら２つのマニホールド２７は、後述する振動板４０に形成されたインク供給口２８（図２参照）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２８を介してマニホールド２７へインクが供給される。さらに、マニホールドプレート２２の、平面視で複数の圧力室２４のマニホールド２７と反対側の端部と重なる位置には、それぞれ、複数の連通孔２６に連なる複数の連通孔２９も形成されている。
【００２３】
さらに、ノズルプレート２３の、平面視で複数の連通孔２９にそれぞれ重なる位置には、複数のノズル３０が形成されている。図２に示すように、複数のノズル３０は、搬送方向に沿って２列に配列された複数の圧力室２４の、マニホールド２７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。
【００２４】
そして、図４に示すように、マニホールド２７は連通孔２５を介して圧力室２４に連通し、さらに、圧力室２４は、連通孔２６，２９を介してノズル３０に連通している。このように、流路ユニット６内には、マニホールド２７から圧力室２４を経てノズル３０に至る個別インク流路３１が複数形成されている。
【００２５】
次に、圧電アクチュエータ７について説明する。図２〜図４に示すように、圧電アクチュエータ７は、複数の圧力室２４を覆うように流路ユニット６（キャビティプレート２０）の上面に配置された振動板４０と、この振動板４０の上面に、複数の圧力室２４と対向するように配置された圧電層４１と、振動板４０と圧電層４１の間に配置された共通電極４３と、圧電層４１の上面に配置された複数の個別電極４２と、を有している。
【００２６】
振動板４０及び圧電層４１は、ともに、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り、矩形状の平面形状を有するほぼ同じ厚みのシート状をしている。そして、振動板４０及び圧電層４１は、互いに積層された状態で、キャビティプレート２０の上面に複数の圧力室２４を覆うように複数の圧力室２４に跨って連続的に配設された状態で、キャビティプレート２０に接合されている。この圧電層４１は、少なくとも圧力室２４と対向する領域において厚み方向に分極されている。
【００２７】
共通電極４３は、振動板４０と圧電層４１の間において、これらのほぼ全域に複数の圧力室２４に跨って連続的に配置されている。共通電極４３は、圧電アクチュエータ７を駆動するヘッドドライバ（図示省略）のグランド配線に接続されて、常にグランド電位に保持される。
【００２８】
複数の個別電極４２は、圧電層４１の上面において、複数の圧力室２４と対向する領域にそれぞれ配置されている。各々の個別電極４２は圧力室２４よりも一回り小さい略楕円形の平面形状を有し、圧力室２４の中央部と対向している。また、複数の個別電極４２の端部からは、複数の接点部４５が個別電極４２の長手方向に沿ってそれぞれ引き出されている。これら複数の接点部４５は、図示しないフレキシブルプリント配線板（Flexible Printed Circuit：ＦＰＣ）を介してヘッドドライバ（図示省略）と電気的に接続されている。これにより、ヘッドドライバから複数の個別電極４２に対して、所定の駆動電位とグランド電位の２種類の電位のうち、何れか一方の電位を選択的に付与することが可能となっている。
【００２９】
これら２つの電極のうち、共通電極４３には、後述する圧電アクチュエータ７の製造工程の焼成工程における高温によって融解しにくい銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）を用いる。また、個別電極４２には、圧電アクチュエータ７の表面に露出し外気と接するため、防錆性の高い金属材料であり、加えて、マイグレーションしにくい金属材料である金（Ａｕ）を用いる。
【００３０】
そして、個別電極４２と共通電極４３に挟まれた圧電層４１の、少なくとも圧力室２４と対向する部分は、厚み方向に分極されて活性部Ｒ１となっている。
【００３１】
次に、インク噴射時における圧電アクチュエータ７の作用について説明する。ある個別電極４２に対して、ヘッドドライバから所定の駆動電位が付与されたときには、この駆動電位が付与された個別電極４２とグランド電位に保持されている共通電極４３の間の活性部Ｒ１に電位差が生じ、この活性部Ｒ１に厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は活性部Ｒ１の分極方向と平行であるから、活性部Ｒ１は厚み方向と直交する面方向に収縮する。ここで、圧電層４１の下側の振動板４０はキャビティプレート２０に固定されているため、この振動板４０の上面に位置する圧電層４１の活性部Ｒ１が面方向に収縮するのに伴って、振動板４０の圧力室２４を覆う部分が圧力室２４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２４内の容積が減少するために圧力室２４内のインク圧力が上昇し、この圧力室２４に連通するノズル３０からインクが噴射される。
【００３２】
次に、上述したインクジェットヘッド３の製造工程について説明する。図５は、インクジェットヘッド３の製造工程を概略的に説明する図であり、（ａ）は積層工程であり、（ｂ）は焼成工程であり、（ｃ）は活性部位置決定工程であり、（ｄ）は活性部形成工程であり、（ｅ）は接合工程であり、（ｆ）はインクジェットヘッド完成時である。本実施形態では、まず、流路ユニット６と圧電アクチュエータ７をそれぞれ別工程で単体にて製造した後、流路ユニット６の上面に圧電アクチュエータ７を接合してインクジェットヘッド３を製造している。そこで、本実施形態においては、流路ユニット６の製造工程について簡単に説明し、圧電アクチュエータ７の製造工程及び流路ユニット６と圧電アクチュエータ７の接合工程について詳細に説明する。
【００３３】
（流路ユニット製造工程）
まず、流路ユニット６を構成する４枚のプレート２０〜２３のうち、金属製のキャビティプレート２０、ベースプレート２１、及び、マニホールドプレート２２の３枚のプレートに、圧力室２４やマニホールド２７などのインク流路を構成する孔を、エッチングにより形成する。また、合成樹脂製のノズルプレート２３に、レーザ加工により複数のノズル３０を形成する。そして、４枚のプレート２０〜２３を互いに積層した状態で接着剤で接合し、流路ユニット６を完成させる。
【００３４】
あるいは、３枚の金属製のプレート２０〜２２を積層した状態で、高温（例えば、９００℃程度）に加熱しながらプレート積層方向に押圧することで、３枚のプレート２０〜２３を金属拡散接合により接合してもよい。この場合には、金属拡散接合によって得られた３枚のプレート２０〜２２の積層体に、合成樹脂製のノズルプレート２３を接着剤で接合する。
【００３５】
（圧電アクチュエータ製造工程）
まず、図５（ａ）に示すように、ＰＺＴを主成分とする圧電材料からなる１枚のグリーンシート４８の表面に銀とパラジウムの合金からなる共通電極４３を印刷により形成し、その上に共通電極４３を挟んでほぼ同じ厚みのグリーンシート４８を積層する（積層工程）。このとき、２枚のグリーンシート４８には製造ばらつきにより厚みに若干のばらつきがある。したがって、２枚のグリーンシート４８に挟まれた共通電極４３は、厚み方向に関する中立面から薄いグリーンシート４８側にずれている。
【００３６】
そして、図５（ｂ）に示すように、この２枚のグリーンシート４８及び共通電極４３を一体に所定の焼成温度で焼成する（焼成工程）。すると、２枚のグリーンシート４８は焼成されて２枚の圧電シート５０となる。このとき、共通電極４３である銀とパラジウムの合金は、圧電シート５０であるＰＺＴを主成分とする圧電材料よりも線膨張係数が大きい。したがって、共通電極４３が中立面からずれることで、焼成された２枚の圧電シート５０は、高温で焼成した後に室温まで自然冷却するときの温度変化によって、２枚の圧電シート５０の積層体において共通電極４３が位置する側が凹となるように反ってしまう。この反り方向は、２枚の圧電シート５０の厚みの大小関係に依存する。２枚の圧電シート５０は設計上は同じ厚みであるが、例えば焼成前のグリーンシート４８に厚みばらつきがあるなどして、無作為に厚みに差が生じている。
【００３７】
そこで、図５（ｃ）に示すように、２枚の圧電シート５０の反り方向を目視またはレーザ変位計などで確認し、２枚の圧電シート５０が積層された積層体の凹となった側の圧電シート５０を圧電層４１とし、他方の圧電シート５０を振動板４０とし、振動板４０と圧電層４１が積層された積層体の凹となった側に位置する圧電層４１に活性部Ｒ１を形成することを決定する（活性部位置決定工程）。そして、図５（ｄ）に示すように、圧電層４１の活性部Ｒ１を形成することとなる部分の表面に金（Ａｕ）からなる複数の個別電極４２をスクリーン印刷により形成する。その後、個別電極４２と共通電極４３の間に電圧を印加して、これらの電極間の圧電層４１の部分を厚み方向と平行な方向に分極させて、活性部Ｒ１を形成（活性部形成工程）し、圧電アクチュエータ７を完成させる。このように、焼成工程の後に個別電極４２を形成しているため、焼成工程における焼成温度により融解してしまうおそれもなく、防錆性やマイグレーション防止に適している融点の低い金（Ａｕ）を用いることができる。
【００３８】
そして、図５（ｅ）に示すように、流路ユニット６のキャビティプレート２０と圧電アクチュエータ７の振動板４０とを接着剤を介在させて対向させ、圧電層４１側から押圧して接合（接合工程）し、図５（ｆ）に示すように、インクジェットヘッド３を完成させる。このとき、活性部Ｒ１は、振動板４０と圧電層４１が積層された積層体の凹となった圧電層４１側に形成されているため、反りが矯正されて接合されると引っ張り力が作用する。焼成後の冷却時に圧電材料よりも線膨張係数が大きい共通電極４３の影響により、圧電層４１には圧縮力が作用する。圧電層４１に圧縮力が作用していると、電界を付与したときの変形が拘束されることとなり、みかけ上の圧電特性が低下する。しかし、反りを矯正する際に、引っ張り力を作用させることで、活性部Ｒ１に作用している圧縮力を低減することができ、これにより、圧電アクチュエータ７の圧電特性が低下するのを抑制することができる。
【００３９】
第１実施形態における圧電アクチュエータ７の製造方法によると、活性部位置決定工程において、２枚の圧電シート５０の反り方向に応じて活性部Ｒ１を形成する圧電層４１を決定している。これにより、流路ユニット６との接合時に振動板４０及び圧電層４１の反りが矯正されることによって活性部Ｒ１に作用する力の方向が常に同じ方向となる。したがって、活性部Ｒ１に作用する力の方向を揃え、圧電特性のばらつきを低減することができる。また、複数の圧電アクチュエータ７間での圧電特性のばらつきを低減することができる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の好適な第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態における圧電アクチュエータ７の構成が異なるだけで、それ以外の構成は第１実施形態と同様である。なお、第１実施形態と同様なものについては、同符号で示し説明を省略する。
【００４１】
図６に示すように、圧電アクチュエータ１０７は、複数の圧力室２４を覆うように流路ユニット６（キャビティプレート２０）の上面に配置された振動板１４０と、この振動板１４０の上面のほぼ全域にわたって形成され、複数の圧力室２４と対向するように配置された２枚の圧電層１４１、１４４と、振動板１４０と圧電層１４４の間に配置された複数の導電層１４６と、２枚の圧電層１４１、１４４の間に配置された共通電極１４３と、圧電層１４１の上面に配置された複数の個別電極１４２と、を有している。
【００４２】
振動板１４０は、流路ユニット６を構成する４枚のプレート２０〜２３と同様の外形であり、３枚のプレート２０〜２２と同様にステンレス鋼などの金属材料からなる平面視で略矩形状の板である。圧電層１４１、１４４は、ともに、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り、矩形状の平面形状を有するほぼ同じ厚みのシート状をしている。圧電層４１、１４３は、複数の圧力室２４に跨って連続的に配設されている。圧電層１４１は、少なくとも圧力室２４と対向する領域において厚み方向に分極されている。
【００４３】
共通電極１４３及び複数の個別電極１４２は、第１実施形態における共通電極４３及び複数の個別電極４２とそれぞれ同じ形状及び配置となっている。複数の導電層１４６は、複数の個別電極１４２と同じ厚み及び形状をしており、複数の個別電極１４２とそれぞれ対向するように、振動板１４０と圧電層１４４の間に配置されている。これら３つの電極は、後述する圧電アクチュエータ１０７の製造工程の焼成工程における高熱による形状変化の影響を受けにくい銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）を用いる。そして、個別電極１４２と共通電極１４３に挟まれた圧電層１４１の、少なくとも圧力室２４と対向する部分は、厚み方向に分極されて活性部Ｒ１０１となっている。
【００４４】
次に、上述した圧電アクチュエータ１０７を有するインクジェットヘッドの製造工程について説明する。図７は、インクジェットヘッド３の製造工程を概略的に説明する図であり、（ａ）は積層工程及び導電層形成工程であり、（ｂ）は焼成工程であり、（ｃ）は活性部位置決定工程であり、（ｄ）は接合工程であり、（ｅ）はインクジェットヘッド完成時である。本実施形態では、まず、流路ユニット６を単体にて製造した後、流路ユニット６の上面に圧電アクチュエータ７を接合してインクジェットヘッド３を製造している。流路ユニット６の製造工程については、第１実施形態と同様であるため、省略し、圧電アクチュエータ７の製造工程及び流路ユニット６と圧電アクチュエータ７の接合工程について詳細に説明する。第１実施形態では、個別電極４２を形成する位置を決めることで、活性部Ｒ１の位置を決めていたが、本実施形態では、焼成工程前に導電層１４６を両面に形成しておいて、どちらの導電層１４６を個別電極１４２として分極電圧を印加するかを決めることで、活性部Ｒ１０１の位置を決めている。
【００４５】
（圧電アクチュエータ製造工程）
まず、図７（ａ）に示すように、ＰＺＴを主成分とする圧電材料からなる１枚のグリーンシート１４８の両面に銀とパラジウムの合金からなる共通電極１４３及び複数の導電層１４６を印刷により形成し、もう１枚のほぼ同じ厚みのグリーンシート１４８の表面に複数の導電層１４６を印刷により形成する。そして、共通電極１４３を間に挟み、複数の導電層１４６が外側を向くように、２枚のグリーンシート１４８を積層する（積層工程及び導電層形成工程）。このとき、第１実施形態と同様に、２枚のグリーンシート１４８には製造ばらつきにより厚みに若干のばらつきがある。したがって、２枚のグリーンシート１４８に挟まれた共通電極１４３は、厚み方向に関する中立面から薄いグリーンシート１４８側にずれている。
【００４６】
そして、図７（ｂ）に示すように、この２枚のグリーンシート１４８、共通電極１４３及び複数の導電層１４６の積層体を一体に所定の焼成温度で焼成する（焼成工程）。すると、２枚のグリーンシート１４８は焼成されて２枚の圧電シート１５０となる。このとき、焼成された２枚の圧電シート１５０は、高温で焼成した後に室温まで自然冷却するときの温度変化によって、中立面を基準とした両側のうち共通電極１４３が位置する側が凹となるように反ってしまう。
【００４７】
そこで、図７（ｃ）に示すように、２枚の圧電シート１５０の反り方向を目視またはレーザ変位計などで確認し、２枚の圧電シート１５０が積層された積層体の凹となった側の一方の圧電シート１５０を圧電層１４１、他方の圧電シート１５０を圧電層１４４とし、圧電層１４１に活性部Ｒ１を形成することを決定する（活性部位置決定工程）。そして、圧電層１４１に形成された導電層１４６を個別電極１４２とし、個別電極１４２と共通電極１４３の間に電圧を印加して、これらの電極間の圧電層１４１の部分を厚み方向と平行な方向に分極させて、活性部Ｒ１０１を形成する（活性部形成工程）。
【００４８】
そして、図７（ｄ）に示すように、圧電層１４４と振動板１４０との間に接着剤を介在させて対向させ、圧電層１４１側から押圧して接着接合（接合工程）し、圧電アクチュエータ１０７を完成させる。このとき、活性部Ｒ１０１は、圧電層１４１、１４４が積層された積層体の凹となった圧電層１４１側に形成されているため、反りが矯正されて接合されると引っ張り力が作用する。これにより、焼成後の冷却によって圧電層に作用している圧縮力を緩和し、圧電アクチュエータ１０７の圧電特性が低下するのを抑制することができる。
【００４９】
また、圧電層１４４を振動板１４０に向かって押圧させて接着接合する際に、圧電層１４４が振動板１４０に接触する前に活性部Ｒ１０１と厚み方向に関して重なる位置にある導電層１４６が振動板１４０に接触する。そのため、圧電層１４４と振動板１４０が接着される領域に比べて、導電層１４６と振動板１４０が接着される領域は、押圧力が大きく、余剰な接着剤を厚み方向に関して活性部Ｒ１０１と重なる領域から押し出し、活性部Ｒ１０１と重なる領域の接着剤が厚くなるのを抑制することができる。
【００５０】
その後、流路ユニット６のキャビティプレート２０と圧電アクチュエータ７の振動板１４０とを対向させて接合し、インクジェットヘッド３を完成させる。
【００５１】
第２実施形態における圧電アクチュエータ１０７の製造方法によると、活性部位置決定工程において、２枚の圧電シート１５０の反り方向に応じて活性部Ｒ１０１を形成する圧電層１４１を決定している。これにより、振動板１４０との接合時に圧電層１４１の反りが矯正されることによって活性部Ｒ１０１に作用する力の方向が同じ方向となる。したがって、活性部Ｒ１０１に作用する力の方向を揃え、複数の圧電アクチュエータ１０７間での圧電特性のばらつきを低減することができる。
【００５２】
また、２枚の圧電シート１５０の反り方向に応じて、両面の複数の導電層１４６のうち、条件を満たす圧電シート１５０に形成された導電層１４６を個別電極１４２にすることができる。
【００５３】
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。
【００５４】
上述した実施形態においては、焼成工程において電極を挟んで積層された２枚のグリーンシートを焼成して２枚の圧電層を形成していたが、当該２枚の圧電層を含み、その両側に同じ枚数のほぼ同じ厚みのグリーンシートをそれぞれ積層させて焼成して４枚以上の偶数枚の圧電層を形成してもよい。例えば、図８（ａ）に示すように、同じ厚みの４枚の圧電層２０１〜２０４が積層されており、２枚の圧電層２０１、２０２間、及び、２枚の圧電層２０３、２０４間に同じ形状の電極２１１、２１３が配置され、２枚の圧電層２０２、２０３間に共通電極２１２が配置され、電極２１１、２１２に挟まれた圧電層２０２の部分が活性部Ｒ２０１となった圧電アクチュエータ２００であってもよい。また、図８（ｂ）に示すように、同じ厚みの４枚の圧電層３０１〜３０４が積層されており、２枚の圧電層３０１、３０２間、及び、２枚の圧電層３０３、３０４間に共通電極３１２、３１４がそれぞれ配置され、２枚の圧電層３０２、３０３間に個別電極３１３、圧電層３０１の表面に個別電極３１３と同じ形状の個別電極３１１が配置され、電極３１１〜３１４に挟まれた圧電層３０１〜３０３の部分が活性部Ｒ３０１となった圧電アクチュエータ３００であってもよい。
【００５５】
また、上述した実施形態においては、２枚の圧電層の積層体の凹となった側に活性部を形成していたが、凸となった側に形成してもよく、反り方向に応じて活性部を形成する圧電層を決定すればよい。
【００５６】
さらに、上述した実施形態においては、圧電層の共通電極と厚み方向に関して重なる位置に個別電極が配置されており、個別電極と共通電極に挟まれた圧電層の部分に活性部が形成されていたが、個別電極は厚み方向に関して共通電極と重ならない位置に配置されてもよい。このとき、活性部は個別電極と共通電極を結ぶ部分に形成されることになる。
【００５７】
以上、説明した実施形態及びその変更形態では、本発明を、記録用紙にインクを噴射して画像などを記録するインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータの製造方法に適用したが、本発明の適用対象は、このようなインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータに限られず、様々な用途に使用される圧電アクチュエータの製造方法に適用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１ インクジェットプリンタ
３ インクジェットヘッド
６ 流路ユニット
７ 圧電アクチュエータ
４０、１４０ 振動板
４１、１４１、１４４ 圧電層
４２、１４２ 個別電極
４３、１４３ 共通電極
Ｒ１、Ｒ１０１ 活性部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に積層された２枚の圧電層と、前記２枚の圧電層間に配置された第１電極と、前記２枚の圧電層のうち一方の前記圧電層の前記第１電極と反対側の面に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極に印加された電圧によって電界が付与される活性部と、を有し、基板に接合される圧電アクチュエータの製造方法であって、
ほぼ同じ厚みの前記２枚の圧電層を、その間に前記第１電極を挟んで積層する積層工程と、
積層された前記２枚の圧電層と前記第１電極を一体に焼成する焼成工程と、
一体に焼成された前記２枚の圧電層の反り方向を確認し、その反り方向に応じて、前記２枚の圧電層のうちいずれの前記圧電層に前記活性部を形成するかを決定する活性部位置決定工程と、
前記活性部位置決定工程において決定した前記圧電層に前記活性部を形成する活性部形成工程と、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】
前記活性部位置決定工程において、前記２枚の圧電層のうち厚み方向に関して凹となった側の前記圧電層に前記活性部を形成することを決定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】
前記活性部形成工程において、前記活性部を形成すると決定した前記圧電層の前記第１電極と反対側の面に前記第２電極を形成し、前記第１電極と前記第２電極に分極電圧を印加して、両電極間の前記圧電層の部分を分極させて、前記活性部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
前記焼成工程の前に、前記２枚の圧電層の前記第１電極と反対側の面に導電層をそれぞれ形成する導電層形成工程をさらに備えており、
前記活性部形成工程において、２つの前記導電層のうち前記活性部を形成すると決定した前記圧電層の前記第１電極と反対側の前記導電層を前記第２電極とし、前記第１電極と前記第２電極に分極電圧を印加して、両電極間の前記圧電層の部分を分極させて、前記活性部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１】
厚み方向に積層された２枚の圧電層と、前記２枚の圧電層間に配置された第１電極と、前記２枚の圧電層のうち一方の前記圧電層の前記第１電極と反対側の面に配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極に印加された電圧によって電界が付与される活性部と、を有し、基板に接合される圧電アクチュエータの製造方法であって、
ほぼ同じ厚みの前記２枚の圧電層を、その間に前記第１電極を挟んで積層する積層工程と、
積層された前記２枚の圧電層と前記第１電極を一体に焼成する焼成工程と、
一体に焼成された前記２枚の圧電層の反り方向を確認し、その反り方向に応じて、前記２枚の圧電層のうちいずれの前記圧電層に前記活性部を形成するかを決定する活性部位置決定工程と、
前記活性部位置決定工程において決定した前記圧電層に前記活性部を形成する活性部形成工程と、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】
前記活性部位置決定工程において、前記２枚の圧電層のうち厚み方向に関して凹となった側の前記圧電層に前記活性部を形成することを決定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】
前記活性部形成工程において、前記活性部を形成すると決定した前記圧電層の前記第１電極と反対側の面に前記第２電極を形成し、前記第１電極と前記第２電極に分極電圧を印加して、両電極間の前記圧電層の部分を分極させて、前記活性部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項４】
前記焼成工程の前に、前記２枚の圧電層の前記第１電極と反対側の面に導電層をそれぞれ形成する導電層形成工程をさらに備えており、
前記活性部形成工程において、２つの前記導電層のうち前記活性部を形成すると決定した前記圧電層の前記第１電極と反対側の前記導電層を前記第２電極とし、前記第１電極と前記第２電極に分極電圧を印加して、両電極間の前記圧電層の部分を分極させて、前記活性部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１３４９３３（Ｐ２０１１−１３４９３３Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９３９８１（Ｐ２００９−２９３９８１）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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