JP2003231263A - 圧電トランスデューサの製造方法 - Google Patents

圧電トランスデューサの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 全変位部について同一の駆動電圧を用いて
も、変形量が均一となり、印字品質が良好である圧電ト
ランスデューサを提供する。 【解決手段】 液室に１対１で対応するように複数に分
割された内部個別電極層４４０を表面に形成した圧電セ
ラミックス層４００と、内部共通電極層４２０とその電
極取り出し部を表面に形成した圧電セラミックス層４０
０とを交互に所要枚数積層し、圧電トランスデューサを
得る。共通電極層の電極取り出し部および内部個別電極
層４４０が露出している箇所に外部電極５２０、外部電
極５４０を設け、静電容量測定装置６４０を用いて、各
外部電極５２０、５４０との間の静電容量を測定する。
その静電容量の測定値に応じて、各外部電極５２０、５
４０との間に、分極装置６８０により、異なる電界を印
加し、分極処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電トランスデュ
ーサの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】プリントヘッドに圧電式の液滴噴射装置
を利用したものが従来から提案されている。これは、圧
電トランスデューサの寸法変位によって液室の容積を変
化させることにより、その容積減少時に液室内の液体を
ノズルから噴射し、容積増大時に液体供給口から液室内
に液体を導入するようにしたもので、ドロップオンデマ
ンド方式と呼ばれている。そして、近年では、複数の液
室に跨って設けられた単一の圧電トランスデューサの所
定の噴射装置に対応する部位のみを局部的に変形させる
圧電式の液滴噴射装置が提案されている。この種の圧電
式の液滴噴射装置としては、例えば米国特許第5,402,15
9 号明細書がある。この種の液滴噴射装置について、以
下に図を参照して説明する。
【０００３】図１は、液滴噴射装置を搭載するインクジ
ェットプリンタの要部を示す図であり、１０はプラテン
である。このプラテン１０は、軸１２により、フレーム
１３に回転可能に取り付けられており、モータ１４によ
って駆動される。プラテン１０に対向して後述する液滴
噴射装置５００が設けられている。液滴噴射装置５００
は、液体供給装置１６と共にキャリッジ１８上に載置さ
れている。キャリッジ１８はプラテン１０の軸線平行に
配設された２本のガイドロッド２０に摺動可能に支持さ
れると共に、一対のプーリー２２に巻き掛けられたタイ
ミングベルト２４が結合させられている。そして、一方
のプーリ２２がモータ２３によって回転させられ、タイ
ミングベルト２４が送られることによってキャリッジ１
８はプラテン１０に沿って移動させられる。
【０００４】図２は、前記従来の液滴噴射装置５００の
断面図である。この液滴噴射装置５００は、図２の上方
に開口する幅０．３ｍｍ、長さ３．８ｍｍである複数の
液室３２０が形成された矩形容器状の液室部材３４０
と、その液室部材３４０の下面開口側に固着されて、ノ
ズル３７０が穿設されたノズルプレート３６０と、上面
開口側に固着された圧電トランスデューサ３８０とを備
えて構成されている。隣り合う液室３２０間のピッチ、
ひいてはノズル３７０のピッチは０．３３９ｍｍ（ほぼ
７５ｄｐｉ）であり、図２では３個の液室３２０しか示
していないが、全体で７５個の液室３２０を有する構造
となっている。
【０００５】前記圧電トランスデューサ３８０は、圧電
・電歪効果を有する圧電セラミックス層４００と、内部
共通電極層４２０と、前記液室３２０に対して１対１で
対応するように分割された内部個別電極層４４０とを複
数積層し、厚さ０．２５ｍｍとしたものである。そし
て、圧電トランスデューサ３８０は、内部共通電極層４
２０と内部個別電極層４４０とに挟まれた変位部４６０
と、両内部電極層４２０、４４０に挟まれていない非変
位部４８０を有している。前記圧電セラミックス層４０
０は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）系のセラミックス材料にて厚さ０．０４ｍｍに構成
されており、積層方向に分極させられている。同図の圧
電セラミックス層４００の各変位部４６０の幅は前記内
部個別電極層４４０の幅と同じで０．１２５ｍｍであ
る。前記内部電極層４２０、４４０はＡｇ−Ｐｄ系の金
属材料からなり、厚さ０．００２ｍｍである。
【０００６】前記圧電トランスデューサ３８０は、非変
位部４８０において前記液室部材３４０に固着されてい
る。
【０００７】前記圧電トランスデューサ３８０は、以下
の製造方法によって製造される。
【０００８】図３に示すように、先ず、セラミックス製
のグリーンシート１１０の上側表面に、前記液室３２０
に１対１で対応するように複数に分割された内部個別電
極層４４０をスクリーン印刷によって形成する。他方の
グリーンシート１００の上側表面に、内部共通電極層４
２０とその電極取り出し部４３０をスクリーン印刷によ
って形成する。そして、両グリーンシート１００、１１
０を交互に所要枚数積層し、その上部には電極層のない
１枚のグリーンシート１２０を重ねて、全体を加熱プレ
スし、脱脂、焼結等の必要な手段を施すことにより、圧
電トランスデューサを得る。かくして得られた共通電極
層４２０の電極取り出し部４３０および内部個別電極４
４０が露出している箇所に外部共通電極５２０、外部個
別電極５４０をそれぞれ取り付ける（図４参照）。そし
て、この圧電トランスデューサ３８０を１３０℃程度の
シリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図示しな
いオイルバス中に浸し、その外部共通電極５２０と外部
個別電極５４０との間に分極電源５６０を介して２．５
ｋＶ／ｍｍ程度の電界を印加し、分極処理を施す（図６
参照）。この分極処理により、図２に示すように、内部
個別電極層４４０と内部共通電極層４２０との間の圧電
セラミックス層には、当該セラミックス層の層厚さ方向
であって、内部個別電極層４４０から内部共通電極層４
２０に向かう矢印５８０で示す分極電界が発生する。以
上の方法により圧電トランスデューサ３８が得られるの
である。
【０００９】図２及び図４に示すように前記圧電トラン
スデューサ３８０と、前記液室部材３４０と、ノズルプ
レート３５０とを取り付けて前記液滴噴射装置３００が
構成される。この液滴噴射装置３００には図６で示され
ている電気回路が設けられている。この電気回路におい
て、駆動電源６００の負極側と圧電トランスデューサ３
８０の外部共通電極５２０とは接地されており、前記駆
動電源６００の正極側は開閉スイッチ６２０を介して圧
電トランスデューサ３８０の外部個別電極５４０に接続
されている。この各スイッチ６２０が図示しないコント
ローラの制御によって閉じられることにより、駆動電源
６００から所定の変位部４６０に位置する内部共通電極
層４２０と内部個別電極層４４０間に駆動電圧が印加さ
れる。
【００１０】以上のように構成された液滴噴射装置３０
の動作について説明する。所定の印字データに従って、
前記コントローラの制御により、図６において、液滴を
噴射すべき液室３２０ａに対応する例えばスイッチ６２
ａを閉じると、前記変位部４６０ａの内部共通電極層４
２０と内部個別電極層４４０との間に、電圧が印加さ
れ、それらの間に位置する圧電セラミックス層４００に
前記分極方向（図２の矢印５８０）と平行状の駆動電界
が印加され、これにより、圧電・電歪縦効果の寸法歪に
従い、前記変位部４６０ａが図の上下方向に伸張し、前
記液室３２０ａの容積を減少させる。そして、この液室
３２０ａ内の液体がノズル３７０ａから液滴３９０とな
って噴射される。また、スイッチ６２０ａが開いて電圧
の印加が遮断され変位部４６０ａが元の位置まで戻され
ると、その時の液室３２０ａの容積増加に伴って前記液
体供給装置１６から液体が補充される。
【００１１】以上のような構成を持つ圧電トランスデュ
ーサを持つ液滴噴射装置であれば、製造も簡単であり、
コストが安い、高い解像度が得られるという効果があ
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の圧
電トランスデューサを備えた液滴噴射装置にあっては、
前記各変位部毎の内部個別電極層４４０と共通の内部電
極層４２０との間に挟まれた圧電セラミックス層４００
の静電容量は、内部個別電極層４４０の幅及び長さの積
（面積）に比例し、且つ圧電セラミックス層４００の厚
さの逆数に比例する。また、各液室３２０に対応する個
所ごとの分極電界の強さ（大きさ）（単位：ｋＶ／ｍ
ｍ）は、分極用の印加電圧に比例する。
【００１３】他方、実験の結果から、各液室３２０毎の
液滴の噴射速度は、駆動電圧を一定とすれば、前記静電
容量の大きさに比例することが分かっている。即ち、図
７に示すように、静電容量が９５０（ピコファラドｐ
Ｆ）から１９５０（ｐＦ）まで変化する間に液滴の噴射
速度が５ｍ／ｓｅｃ．から１０ｍ／ｓｅｃ．まで変化
（増大）する。従って、１つの圧電トランスデューサに
おける複数の液室に対応する変位部における分極処理す
る前の静電容量が液室毎に異なる場合に、その圧電トラ
ンスデューサ全体について同じ強さの分極処理を施した
後に、前記液室に対応する個所ごとに（統一した）同じ
強さの駆動電圧を印加すると、前記静電容量が大きい液
室における液滴噴射速度が、静電容量が小さい液室に比
べて速くなるのである。
【００１４】しかしながら、前記従来の圧電式の液滴噴
射装置に用いられる圧電トランスデューサは、セラミッ
クスのグリーンシートの表面に内部電極層４２０、４４
０をスクリーン印刷形成した後、一体にプレスして焼結
して作られるため、圧電セラミックス層４００の厚みが
圧電トランスデューサ毎にバラツキが発生する一方、液
室３２０毎に対応配置される分割形成された内部個別電
極層４４０の面積が液室３２０毎にバラツキを生じやす
い。
【００１５】それにも拘らず、前記従来のものでは、全
ての変位部に対して同一の分極電界を印加していたため
に、変位部間で変形量が不均一となり、液滴噴射速度が
５．３ｍ／ｓ程度から９．７ｍ／ｓ程度までばらつき、
液滴の体積の不均一も重なって印字品質が悪くなるとい
う欠点があった。
【００１６】このような不具合を解消するため、噴射装
置ごと、もしくは液室毎に駆動する電圧を変えるなどの
工夫をすることが考えられるが、これは電源やドライバ
基板などのコストが高くなるという欠点があった。
【００１７】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、全変位部について同一の駆動電
圧を用いても、変形量が均一となり、液滴（インク）の
噴出の速度等の態様が均一化されて、印字品質が良好と
なる圧電トランスデューサの製造方法を提供することを
目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１の発明の圧電トランスデューサの製造方法
は、圧電セラミックス層と、その圧電セラミックス層の
それぞれ異なる部分を挟んで配置された複数対の電極と
を備え、各対の電極に挟まれる圧電セラミックス層を変
位部とする圧電トランスデューサにおいて、前記各変位
部の静電容量を測定し、その静電容量の大きさに基づい
て、前記各変位部を分極条件を変えて分極することを特
徴とするものである。
【００１９】そして、請求項２の発明の圧電トランスデ
ューサの製造方法は、積層された複数の圧電セラミック
ス層と、その積層の厚さ方向に間隔をおいて配置され、
且つ圧電セラミックス層の面に沿って適宜間隔にて複数
設けた電極群とを備え、該１群の電極間に駆動電圧を印
加することにより当該１群の電極の間を前記積層の厚さ
方向の圧電縦変位部とする圧電トランスデューサにおい
て、前記圧電縦変位部を前記積層の厚さ方向に分極する
前に、前記圧電縦変位部の静電容量を計測し、その静電
容量の測定値の違いにより、前記各圧電縦変位部毎の分
極条件を調節することを特徴とするものである。
【００２０】次に、請求項３の発明の圧電トランスデュ
ーサの製造方法は、１層乃至複数層の圧電セラミックス
層と、該圧電セラミックス層の面に沿って適宜間隔にて
複数設けた電極群とを備え、前記圧電セラミックス層の
面に沿う方向に間隔をおいて配置された少なくとも一対
の電極群に駆動電圧を印加することにより、当該一対の
電極群で挟まれる圧電セラミックス層の部分を当該圧電
セラミックス層の面に対して傾斜する方向に偏倚する圧
電剪断変位部とする圧電トランスデューサにおいて、前
記圧電剪断変位部を前記積層の厚さ方向に分極する前
に、当該各圧電剪断変位部の静電容量を計測し、その静
電容量の測定値の違いにより、当該各圧電剪断変位部の
分極条件を調節することを特徴とするものである。
【００２１】さらに、請求項４の発明の圧電トランスデ
ューサの製造方法は、１層乃至複数層の圧電セラミック
ス層と、該圧電セラミックス層の面に沿って適宜間隔に
て複数設けた分極用電極群とを備え、前記圧電セラミッ
クス層の面に沿う方向に間隔をおいて配置された少なく
とも一対の分極用電極群にて挟まれた領域に配置され、
且つ圧電セラミックス層の積層方向にて対向する一対の
駆動用電極に駆動電圧を印加することにより、当該各対
の駆動用電極で挟まれる圧電セラミックス層の部分を当
該圧電セラミックス層の面に対して傾斜する方向に偏倚
する圧電剪断変位部とする圧電トランスデューサにおい
て、前記各圧電剪断変位部を前記圧電セラミックス層の
面に沿う方向に分極する前に、当該各圧電剪断変位部の
静電容量を計測し、その静電容量の測定値の違いによ
り、当該各圧電剪断変位部の分極条件を調節することを
特徴とするものである。
【００２２】さらに、請求項５に記載の発明は、請求項
１〜４に記載の圧電トランスデューサの製造方法におい
て、前記静電容量の測定値が小さいときには、前記分極
用印加電圧の値を大きく、前記静電容量の測定値が大き
いときには、前記分極用印加電圧の値を小さくなるよう
に逆比例的に調節するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態について図を参照して説明する。第１実施形態におけ
る圧電トランスデューサ３８０と液滴噴射装置５００の
構成および、該液滴噴射装置５００を搭載するインクジ
ェットプリンタの構成は従来例として示す図２、図６と
全く同じである。
【００２４】従って、この圧電トランスデューサ３８０
における電極群としての内部電極層４２０及び内部電極
層４４０は、積層された複数の圧電セラミックス層４０
０の積層の厚さ方向に間隔をおいて配置されたものを１
群とし、且つ圧電セラミックス層４００の面に沿って前
記液室３２毎に１群ずつ設けられている。そして、この
１群の電極間である、内部電極層４２０と４４０との間
に駆動電圧を印加することにより当該１群の電極の間を
前記積層の厚さ方向の圧電縦変位部としての変位部４６
０とするものである。
【００２５】本発明に係る圧電トランスデューサ３８０
は、以下の製造方法によって製造される。
【００２６】図３に示すように、先ず、セラミックス製
のグリーンシート１１０の上側表面に、前記液室３２０
に１対１で対応するように複数に分割された内部個別電
極層４４０をスクリーン印刷によって形成する。他方の
グリーンシート１００の上側表面に、内部共通電極層４
２０とその電極取り出し部４３０をスクリーン印刷によ
って形成する。そして、両グリーンシート１００、１１
０を交互に所要枚数積層し、その上部には電極層のない
１枚のグリーンシート１２０を重ねて、全体を加熱プレ
スし、脱脂、焼結等の必要な手段を施すことにより、圧
電トランスデューサ３８０を得る。
【００２７】かくして得られた共通電極層４２０の電極
取り出し部４３０および内部個別電極４４０が露出して
いる箇所に外部共通電極５２０、外部個別電極５４０を
それぞれ取り付ける（図４参照）。
【００２８】そして、各液室３２０に対応する変位部４
６０（圧電縦変位部）の個所のごとの静電容量（グリー
ンシートの焼結後であって分極処理前の静電容量をい
う、以下同じ）を計測する。そのためには、図８（ａ）
に示すように、ＬＣＲ（インダクタンス・静電容量・抵
抗）メータ等の静電容量測定装置６４０を用いて、前記
外部共通電極５２０と各外部個別電極５４０ａ，５４０
ｂ，５４０ｃ，５４０ｄ，５４０ｅとの間の低電圧低周
波数、例えば、１ｋＨｚ、１Ｖでの静電容量を測定す
る。
【００２９】そして、各液室の変位部４６０に対応する
この各外部電極５４０ａ，５４０ｂ，５４０ｃ，５４０
ｄ，５４０ｅ個所毎の静電容量の測定値を、図９に示す
コントローラ６６０におけるＲＡＭ（随時読み書き可能
メモリ）等の記憶部（図示せず）に記憶保持させる。
【００３０】次いで、この圧電トランスデューサ３８０
を１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満
たされた図示しないオイルバス中に浸した状態で以下の
ようにして分極処理する。
【００３１】その場合、前記静電容量の測定値に基づい
て、分極装置６８０を介して各液室の変位部４６０毎に
分極条件を調節する。その一例として、図８（ｂ）に示
すように、分極装置６８０における駆動電圧源７００は
同一とし、分極処理する圧電トランスデューサ３８０の
前記外部共通電極５２０に負極を接続し、各外部個別電
極５４０ａ，５４０ｂ，５４０ｃ，５４０ｄ，５４０ｅ
には、分極電圧調節部７１０ａ〜７１０ｅを介して接続
して、前記各静電容量の測定値に基づいて分極用の印加
電圧を大小調節するのである。
【００３２】その場合の静電容量の値と、印加する分極
用電圧の大小との関係は、図１０に基づいて求められた
マップもしくは関係式を前記コントローラ６４０に予め
記憶させておき、所定の演算により、印加すべき分極用
電圧の値を求めて、分極装置６８０の前記調節部７１０
ａ〜７１０ｅを制御するのである。
【００３３】ここで、図１０は、横軸にクリーンシート
の焼結後の静電容量（単位：ｐＦ）を採り、縦軸には、
駆動電圧を一定にして分極処理後の変位部の変形量が一
定となるような分極電界（単位：ｋＶ／ｍｍ）を採っ
て、両者の関係を実験的に求めた図である。この図から
理解できるように、各変位部の静電容量が小さい時に
は、分極電界を大きくし、静電容量が大きくなるほど分
極電界を小さくするような分極処理を施せば、後に液滴
噴射装置として作動させるときに、駆動電圧を一定にし
て当該分極処理後の変位部の変形量を一定にでき、各液
室３２０毎の液滴の噴射速度が略等しくなって、ひいて
は各圧電トランスデューサ３８０の均一な印字性能を得
ることができる。なお、分極電界の大きさは、分極用の
電圧の大小とその電圧印加時間の長短により決定される
から、そのいずれか一方もしくは双方を調節することに
より、分極条件を変更・調節することができる。
【００３４】前記分極処理により、図２に示すように、
内部個別電極層４４０と内部共通電極層４２０との間の
圧電セラミックス層には、当該セラミックス層の層厚さ
方向であって、内部個別電極層４４０から内部共通電極
層４２０に向かう矢印５８０で示す分極電界が発生する
のであり、且つ以上の方法により変位部４６０毎に分極
の状態の異なる圧電トランスデューサ３８０が得られる
のである。
【００３５】このようにして得られた圧電トランスデュ
ーサ３８０を有する液滴噴射装置３００では、従来と同
様の図６で示されている駆動用の電気回路を介して駆動
させることができる。つまり、この電気回路において、
単一の電圧値である駆動電源６００の負極側と圧電トラ
ンスデューサ３８０の外部共通電極５２０とは接地され
ており、前記駆動電源６００の正極側は開閉スイッチ６
２０を介して圧電トランスデューサ３８０の外部個別電
極５４０に接続する。この各スイッチ６２０が図示しな
いコントローラによって閉じられることにより、駆動電
源６００から所定の変位部４６０に位置する内部共通電
極層４２０と内部個別電極層４４０間に所定の同一の電
圧値の駆動電圧が印加される。
【００３６】従って、所定の印字データに従って、前記
コントローラが例えばスイッチ６２０ａを閉じると、前
記変位部４６０ａの内部共通電極層４２０と内部個別電
極層４４０ａとの間に電圧が印加され、それらの間に位
置する圧電セラミックス層４００に電界が印加され、圧
電・電歪縦効果の寸法歪に従い、圧電縦変位部としての
変位部４６０ａが図の上下方向に伸張し、前記所定の液
室３２０ａの容積を減少させる。これにより液室３２０
ａ内の液体（インク）がノズル３７０ａから液滴３９０
となって噴射される。
【００３７】ここで、従来例の液滴噴射速度のバラツキ
と、本発明の実施例の液滴噴射速度のバラツキを比較し
てみた。従来例では、最小液滴速度が５．３ｍ／ｓで最
大液滴速度が９．７ｍ／ｓであり、その差は４．４ｍ／
ｓもあった。これに対し、本発明の実施例では最小液滴
速度が７．６ｍ／ｓで最大液滴速度が８．３ｍ／ｓとな
り、その差はわずか０．７ｍ／ｓとなり従来例の約１／
１０にバラツキを抑えることができた。
【００３８】これにより、液滴噴射速度は、いずれの液
室３２０においても略等しくする（バラツキを少なくす
る）ことができ、また、異なる圧電トランスデューサ３
８０であっても各液室に対応する液滴噴射速度を均一に
したものを製作できる結果、液滴噴射装置３００をイン
クジェットプリンタとして使用した場合に印字品質を均
一にできるのである。また、駆動するための電圧を液室
毎に変える必要もないため、電源やドライバ基板が低コ
ストになるのである。
【００３９】図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、第２実施
形態を示し、この圧電トランスデューサ１８０では、図
１１（ａ）に示すように、１層乃至複数層の圧電セラミ
ックス層４００の各面に沿って適宜間隔にて第１の電極
群としての内部電極層１３０と、第２の電極群としての
内部電極層１４０とが液室３２０の並び方向に交互に配
置される。また、実施形態では、各群内の電極は、複数
層の圧電セラミックス層４００の層厚さ方向に適宜間隔
で対向して配置されている。そして、前記内部電極層１
４０、１４０に対応する部分は各液室３２０の両端部の
隔壁となる液室部材３４０の上面に配置され、他方の内
部電極層１３０に対応する部分は各液室３２０の中央部
に配置されている。
【００４０】前記内部電極層１３０と１４０、１４０で
挟まれた部分に相当する圧電セラミックス層４００の各
部位はそれぞれ積層方向に分極（矢印１７０で示す）さ
れた変位部１６０をなす。そして、所定の印字データに
基づいて、１つの液室３２０から液滴を噴射させる場合
には、その液室３２０の両端の一対（２つの群）の内部
電極層１４０、１４０を接地（グランド）し、中央部の
１群の内部電極層１３０に正電位、例えば（＋１５Ｖ）
の駆動電圧を印加すると、図１１（ａ）において破線矢
印１７０で示すように、圧電セラミックス層４００の面
と平行状（分極方向１５０と直交する方向）の駆動電界
が印加され、中央部の内部電極層１３０を挟む両変位部
１６０がそれぞれ左右対称な圧電厚み滑り効果の歪みに
従って、図１１（ａ）において二点鎖線で示すように、
前記中央部の内部電極層１３０の個所が液室３２０から
離れるように傾斜状に偏倚し、液室３２０の体積（容
積）を増大させる。従って、前記変位部１６０を、圧電
剪断変位部と称する。前記変位時の容積（体積）の増大
に伴って図示しいない液体（インク）供給装置から液体
（インク）が補充される。次いで、前記両内部電極層１
３０、１４０への駆動電圧の印加が遮断されると、前記
変位部１６０は元の位置まで戻り、その液室３２０の容
積（体積）の減少に基づき、液滴が外に噴射されるので
ある。
【００４１】このような圧電トランスデューサ１８０を
形成するには、第１実施形態と同様に、セラミックス製
のグリーンシート（圧電セラミックス層４００に相当）
の表面に、変位部１６０に対応した位置に内部電極層１
３０、１４０をスクリーン印刷形成して積層し、さら
に、図１１（ｂ）に示すように、その上下面には、分極
用電極層２３０、２４０を形成したグリーンシート２１
０を重ね、全体を加熱プレスし、脱脂、焼結等の処理を
施す。このようにして得られた圧電トランスデューサ１
８０における各液室３２０毎に対応する前記一対の内部
電極層１３０、１４０毎に、前記静電容量測定装置６４
０を接続し、該一対の内部電極層１３０、１４０で囲ま
れた部位（前記圧電剪断変位部１６０に相当）毎の静電
容量（グリーンシートの焼結後であって分極処理前の静
電容量）を、前記第１実施形態と同様にして計測し（図
１１（ｂ）参照）前記各変位部１６０毎の静電容量の計
測（測定）値を前記コントローラ６６０のＲＡＭ（随時
読み書き可能メモリ）等に記憶保持させる。
【００４２】次いで、この圧電トランスデューサ１８０
を１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満
たされた図示しないオイルバス中に浸した状態で、図１
１（ｃ）に示すようにして前記分極用電極２３０に、分
極装置６８０の電圧等の調節部６８０ａを介して正極を
印加し、他方の分極用電極２４０は接地し、前記各静電
容量の測定値に基づいて各変位部１６０毎にその分極用
の印加電圧等の分極条件を調節するのである。その場合
の静電容量の値と、印加する分極用電圧の大小との関係
は、前述したごとく、図１０に基づいて求められたマッ
プもしくは関係式を前記コントローラ６４０に予め記憶
させておき、所定の演算により、印加すべき分極用電圧
の値を求めて、分極装置６８０の調節部を制御するので
ある。第２実施形態における分極方向（１５０）は、図
１１（ａ）及び図１１（ｃ）に示すように、圧電セラミ
ックス層４００の積層方向（厚み方向）であって、且つ
分極用電極の正極からグランド（ＧＮＤ）方向に向かう
ものである。
【００４３】分極処理後、分極用電極２３０、２４０と
ともに上下のシート２１０は研削加工により除去され
る。
【００４４】図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示す第３実
施形態の圧電トランスデューサ２８０では、前記第２実
施形態と同様に、前記一対の内部電極層１４０、１４０
に対応する部分は各液室３２０の両端部の隔壁となる液
室部材３４０の上面に配置され、他方の内部電極層１３
０に対応する部分は各液室３２０の中央部に配置されて
いる。この場合、内部電極層１３０、１４０は分極用電
極として使用される。その内部電極層１３０と１４０と
の間の圧電セラミックス層４００の各部位はその電極が
対向する方向に分極（矢印２９０で示す）された変位部
２５０をなす。
【００４５】この圧電トランスデューサ２８０の上下外
面には駆動用の外部電極２６０、２７０を形成してお
く。その場合、グランド外部電極２７０は圧電トランス
デューサ２８０の下面全体に形成し、液室３２０と対面
するように配置され、個別外部電極２６０は、各液室３
２０の変位部２５０に対応する個所毎に分割して形成し
ておく。
【００４６】そして、所定の印字データに基づいて、１
つの液室３２０から液滴を噴射させる場合には、グラン
ド外部電極２７０を接地させ、その液室３２０に対応す
る正極外部電極２６０には、正電位、例えば（＋１５
Ｖ）の駆動電圧を印加すると、図１２（ａ）において破
線矢印２９１で示すように、圧電セラミックス層４００
の厚さ方向（積層方向）（分極方向２９０と直交する方
向）の駆動電界が印加され、中央部の内部電極層１３０
を挟む両変位部２５０が左右対称な圧電厚み滑り効果の
歪みに従って、図１２（ａ）において二点鎖線で示すよ
うに、中央部の内部電極層１３０の個所が液室３２０か
ら離れるように傾斜状に偏倚し、液室３２０の体積（容
積）を増大させる。従って、前記変位部２５０を、圧電
剪断変位部と称する。前記変位時の容積（体積）の増大
に伴って図示しいない液体（インク）供給装置から液体
（インク）が補充される。次いで、前記両外部電極２６
０、２７０への駆動電圧の印加が遮断されると、前記変
位部２５０は元の位置まで戻り、その液室３２０の容積
（体積）の減少に基づき、液滴が外に噴射されるのであ
る。
【００４７】この第３実施形態においても、得られた圧
電トランスデューサ２８０における各液室３２０毎に対
応する前記一対の内部電極層１３０、１４０毎に、前記
静電容量測定装置６４０を接続し、該一対の内部電極層
１３０、１４０で囲まれた部位（前記圧電剪断変位部２
５０に相当）毎の静電容量（グリーンシートの焼結後で
あって分極処理前の静電容量）を、前記第１実施形態と
同様にして計測し（図１２（ｂ）参照）前記各変位部２
５０毎の静電容量の計測（測定）値を前記コントローラ
６６０のＲＡＭ（随時読み書き可能メモリ）等に記憶保
持させる。
【００４８】次いで、この圧電トランスデューサ２８０
を１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満
たされた図示しないオイルバス中に浸した状態で、図１
２（ｃ）に示すようにして、中央部の内部電極層１３０
に、分極装置６８０の電圧等の調節部６８０ａを介して
正極を印加し、内部電極層１３０を挟む一対の内部電極
層１４０、１４０は接地し、前記各静電容量の測定値に
基づいて各変位部２５０毎にその分極用の印加電圧等の
分極条件を調節するのである。
【００４９】なお、中央部の内部電極層１３０を挟む両
変位部２５０の静電容量が異なる場合には、両端の平均
値に基づいて分極条件を設定する。静電容量の値と、印
加する分極用電圧の大小との関係は、前述したごとく、
図１０に基づいて求められたマップもしくは関係式を前
記コントローラ６４０に予め記憶させておき、所定の演
算により、印加すべき分極用電圧の値を求めて、分極装
置６８０の調節部を制御するのである。第３実施形態に
おける分極方向（２９０）は、図１２（ａ）及び図１２
（ｃ）に示すように、圧電セラミックス層４００の表面
と平行状面であって、且つ分極用電極の正極からグラン
ド（ＧＮＤ）方向に向かうものである。この実施形態で
は、上記の分極処理後に、外部電極２６０、２７０を形
成することが望ましい。
【００５０】前記のように、圧電トランスデューサにお
ける各変位部（各液室）毎の分極前の静電容量の測定値
の大小に応じて、後に駆動電圧を一定にしたとき、分極
処理後の変位部の変形量が一定となるような大きさの分
極電界を前記各変位部に与えるように分極処理する。換
言すると、分極処理前の各変位部の静電容量が小さい時
には、分極電界を大きくし、静電容量が大きくなるほど
分極電界を小さくするような分極処理を施せば、後に液
滴噴射装置として作動させるときに、駆動電圧を一定に
して当該分極処理後の変位部の変形量を一定にでき、各
液室３２０毎の液滴の噴射速度を略等しくできるのであ
る。
【００５１】なお、本発明に係る圧電トランスデューサ
は、前記第１〜第３実施形態のもの（変位部が圧電縦変
位部と圧電剪断変位部）の組み合わせたものにも適用で
きることはいうまでもない。さらに、圧電セラミックス
層が１層だけのものにも適用できるのである。
【００５２】また、第２実施形態では、分極用電極２３
０、２４０間の静電容量を測定し、第３実施形態では外
部電極２６０、２７０間の静電容量を測定するようにし
ても良い。また、第２実施形態では、電極１３０を挟ん
だ２つの変位部１６０と１６０、２５０と２５０の静電
容量を一括して測定するようにしても良い。
【００５３】
【発明の効果】上述したように、請求項１〜３に記載の
発明の圧電トランスデューサによれば、圧電セラミック
ス層の厚さや電極の面積等が製作上にバラツキが生じ
て、各変位部ごとの静電容量の値にバラツキがあって
も、圧電トランスデューサにおける各変位部（各液室）
毎の分極前の静電容量の測定値の大小に応じて、後に駆
動電圧を一定にしたとき、分極処理後の変位部の変形量
が一定となるような大きさの分極電界を前記各変位部に
与えるように分極処理するから、同一の駆動電界を印加
した時に全ての変位部はほぼ一定の変形をする。また、
圧電トランスデューサの内部電極の面積と圧電セラミッ
クス層の厚さのバラツキが原因となる変位部における変
位の程度を、後からの分極処理により補正することがで
きるので該圧電トランスデューサ製造の歩留まりも向上
し、製造コストを低減できる。さらに、変位部ごとに異
なる駆動電界を印加する必要もないため、電源やドライ
バ基板などのコストが低減できという効果がある。
【００５４】従って、この圧電トランスデューサを液滴
（インク）噴射装置に用いると、同一の駆動電界を印加
した時に、全ての液室からほぼ均一の液滴噴射速度や液
滴体積が得られ良好な印字品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来例及び本発明の液滴噴射装置を搭載する
インクジェットプリンタの要部を示す斜視図である。
【図２】 従来例及び本発明の第１実施形態の液滴噴射
装置を示す断面図である。
【図３】 従来例及び第１実施形態の圧電トランスデュ
ーサの製造工程を示す図であり、グリーンシートの斜視
図である。
【図４】 従来例及び第１実施形態の圧電トランスデュ
ーサの製造工程を示す図であり、組立工程を示す斜視図
である。
【図５】 従来例の圧電トランスデューサの製造工程を
示す図であり、分極工程を示す斜視図である。
【図６】 従来例及び第１実施形態の液滴噴射装置の動
作を説明する図であり圧電トランスデューサが局所変形
し、液滴が噴射した状態を示す図である。
【図７】 従来例の液滴噴射装置の静電容量と液滴噴射
速度の関係を示す図である。
【図８】 本発明の圧電トランスデューサの製造工程を
示す図であり、（ａ）は分極処理前に静電容量を計測す
る工程を示す斜視図、（ｂ）は分極工程を示す斜視図で
ある。
【図９】 本発明に係る静電容量測定装置、コントロー
ラ及び分極装置の機能ブロック図である。
【図１０】 本発明の圧電トランスデューサに係る静電
容量と分極電界との関係を示す図である。
【図１１】 第２実施形態を示し、（ａ）は液滴噴射装
置を示す断面図、（ｂ）は分極処理前に静電容量を計測
する工程を示す断面図、（ｃ）は分極工程を示す断面図
である。
【図１２】 第３実施形態を示し、（ａ）は液滴噴射装
置を示す断面図、（ｂ）は分極処理前に静電容量を計測
する工程を示す断面図、（ｃ）は分極工程を示す断面図
である。
【符号の説明】
３００ 液滴噴射装置 ３２０ 液室 ３８０ 圧電トランスデューサ ４００ 圧電セラミックス層 ４２０ 内部共通電極層 ４４０ 内部個別電極層 ４６０ 変位部 ５２０、５４０ 外部電極 ６４０ 静電容量測定装置 ６６０ コントローラ ６８０ 分極装置 ７１０ａ〜７１０ｅ 分極調節部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 圧電セラミックス層と、その圧電セラミ
    ックス層のそれぞれ異なる部分を挟んで配置された複数
    対の電極とを備え、各対の電極に挟まれる圧電セラミッ
    クス層を変位部とする圧電トランスデューサにおいて、 前記各変位部の静電容量を測定し、その静電容量の大き
    さに基づいて、前記各変位部を分極条件を変えて分極す
    ることを特徴とする圧電トランスデューサの製造方法。
  2. 【請求項２】 積層された複数の圧電セラミックス層
    と、その積層の厚さ方向に間隔をおいて配置され、且つ
    圧電セラミックス層の面に沿って適宜間隔にて複数設け
    た電極群とを備え、該１群の電極間に駆動電圧を印加す
    ることにより当該１群の電極の間を前記積層の厚さ方向
    の圧電縦変位部とする圧電トランスデューサにおいて、 前記圧電縦変位部を前記積層の厚さ方向に分極する前
    に、前記圧電縦変位部の静電容量を計測し、その静電容
    量の測定値の違いにより、前記各圧電縦変位部毎の分極
    条件を調節することを特徴とする圧電トランスデューサ
    の製造方法。
  3. 【請求項３】 １層乃至複数層の圧電セラミックス層
    と、該圧電セラミックス層の面に沿って適宜間隔にて複
    数設けた電極群とを備え、前記圧電セラミックス層の面
    に沿う方向に間隔をおいて配置された少なくとも一対の
    電極群に駆動電圧を印加することにより、当該一対の電
    極群で挟まれる圧電セラミックス層の部分を当該圧電セ
    ラミックス層の面に対して傾斜する方向に偏倚する圧電
    剪断変位部とする圧電トランスデューサにおいて、 前記圧電剪断変位部を前記積層の厚さ方向に分極する前
    に、当該各圧電剪断変位部の静電容量を計測し、その静
    電容量の測定値の違いにより、当該各圧電剪断変位部の
    分極条件を調節することを特徴とする圧電トランスデュ
    ーサの製造方法。
  4. 【請求項４】 １層乃至複数層の圧電セラミックス層
    と、該圧電セラミックス層の面に沿って適宜間隔にて複
    数設けた分極用電極群とを備え、前記圧電セラミックス
    層の面に沿う方向に間隔をおいて配置された少なくとも
    一対の分極用電極群にて挟まれた領域に配置され、且つ
    圧電セラミックス層の積層方向にて対向する一対の駆動
    用電極に駆動電圧を印加することにより、当該各対の駆
    動用電極で挟まれる圧電セラミックス層の部分を当該圧
    電セラミックス層の面に対して傾斜する方向に偏倚する
    圧電剪断変位部とする圧電トランスデューサにおいて、 前記各圧電剪断変位部を前記圧電セラミックス層の面に
    沿う方向に分極する前に、当該各圧電剪断変位部の静電
    容量を計測し、その静電容量の測定値の違いにより、当
    該各圧電剪断変位部の分極条件を調節することを特徴と
    する圧電トランスデューサの製造方法。
  5. 【請求項５】 前記静電容量の測定値が小さいときに
    は、前記分極用印加電圧の値を大きく、前記静電容量の
    測定値が大きいときには、前記分極用印加電圧の値を小
    さくなるように逆比例的に調節することを特徴とする請
    求項１〜４に記載の圧電トランスデューサの製造方法。
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