JP2003347622A - 圧電素子の製造方法及び圧電素子、電歪アクチュエータの製造方法及び電歪アクチュエータ、液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多層構造の圧電素子の製造効率を高めると共
に、所望の圧電特性を付与する。 【解決手段】 圧力室１２とは反対側の振動板表面に形
成された圧電素子は、互いに積層された上層圧電体３４
及び下層圧電体３５からなる圧電体層３１と、この圧電
体層３１に付与される電場を発生する電極層３３，３
６，３７とを備えた多層構造とする。共通上電極３６及
び共通下電極３７をそれぞれ、基電極４２，４４とこれ
らの基電極から各圧電体層３１に延設された複数の枝電
極４３，４５とからなる櫛歯状電極によって構成する。
分極処理時において、上層圧電体３４と下層圧電体３５
を個別に分極すると共に、その分極条件も個々に設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子、この圧
電素子を駆動源とする電歪アクチュエータ及び液体噴射
ヘッド、並びに、これらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子は、電気エネルギーの供給によ
って変形するものであり、例えば、液体噴射ヘッド、マ
イクロポンプ、発音体（スピーカ等）用の駆動源として
広く用いられている。ここで、液体噴射ヘッドは、圧力
室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口か
ら液滴を吐出させるものであり、例えば、プリンタ等の
画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレ
ーの製造に用いられる液晶噴射ヘッド、カラーフィルタ
の製造に用いられる色材噴射ヘッド等がある。また、マ
イクロポンプは、極く微量の液体を扱うことができる超
小型のポンプであり、例えば、極く少量の薬液を送出す
る際に用いられる。

【０００３】このような液体噴射ヘッドやマイクロポン
プに用いられる重要な部品の一つに、振動板の表面に圧
電素子を設けた電歪アクチュエータがある。この電歪ア
クチュエータは圧力室となる空部を有する圧力室形成基
板に取り付けられ、圧力室の一部を振動板で区画する。
そして、液滴を吐出したり、液体を送出したりする際に
は、圧電素子に駆動パルスを供給してこの圧電素子及び
振動板（即ち、圧力室の変形部分）を変形させ、圧力室
の容積を変化させる。

【０００４】これらの液体噴射ヘッドやマイクロポンプ
においては、圧電素子の高周波駆動に対する強い要請が
ある。これは、液滴の高周波吐出を実現したり、送液能
力を高めたりするためである。そして、圧電素子の高周
波駆動を実現するためには、上記変形部分のコンプライ
アンスを従来よりも小さくし、且つ、圧電素子の変形量
を従来よりも大きくする必要がある。これは、変形部分
のコンプライアンスを小さくすると応答性が向上するた
め、従来よりも高い周波数での駆動が可能となること、
及び、圧電素子の変形量を大きくすると圧力室の容積変
化量が大きくなるため、吐出される液滴の量や送出され
る液体の量を増やすことができることによる。

【０００５】そして、変形部分のコンプライアンスと圧
電素子の変形量の相反する特性を充足するものとして、
多層構造の圧電素子が提案されている。例えば、特開平
２−２８９３５２号公報には、圧電体層を上層圧電体と
下層圧電体の２層構造とし、上層圧電体と下層圧電体の
境界に駆動電極（個別電極）を形成すると共に、上層圧
電体の外表面と下層圧電体の外表面とにそれぞれ共通電
極を形成した構造の圧電素子が開示されている。同様
に、特開平１０−３４９２４号公報にも多層構造の圧電
素子が開示されている。

【０００６】上記多層構造の圧電素子では、上層圧電体
と下層圧電体の境界に駆動電極が設けられているので、
各層の圧電体には、駆動電極から各共通電極までの間隔
（即ち、各層圧電体の厚さ）と、駆動電極と各共通電極
の電位差とによって定まる強さの電場が付与される。こ
のため、共通電極と駆動電極とで単層の圧電体を挟んだ
単層構造の圧電素子と比べた場合、圧電素子全体の厚さ
を多少厚くして変形部分のコンプライアンスを小さくし
ても、従来と同じ駆動電圧で大きく変形させることがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記多
層構造の圧電素子は現実に市販されるまでに至っていな
い。このため、実際の製品としては、単層の圧電体を共
通電極と駆動電極とで挟んだ単層構造の圧電素子を用い
ることを余儀なくされている。これには種々の要因が考
えられるが、多層構造の圧電素子について、効率よく製
造することや、各圧電素子に所望の圧電特性を付与する
ことが困難であったことも一因と考えられる。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、製造効率を向上させることにあ
る。また、多層構造の圧電素子について所望の圧電特性
を付与することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために提案されたものであり、請求項１に記載の
ものは、圧電材料と電極材料とを積層して分極前圧電素
子を形成する素子形成工程と、この分極前圧電素子に分
極電圧を供給して分極する分極工程とを経て製造される
圧電素子の製造方法において、前記素子形成工程は、支
持部材の表面に共通下電極を形成する第１工程と、共通
下電極に重ねて下層圧電体を形成する第２工程と、共通
下電極とは反対側の下層圧電体の表面に駆動電極を形成
する第３工程と、駆動電極を覆うように上層圧電体を形
成する第４工程と、駆動電極とは反対側の上層圧電体の
表面に共通上電極を形成する第５工程とを含み、前記分
極工程は、前記共通上電極と駆動電極の間、及び、共通
下電極と駆動電極との間に分極電圧を供給することで、
上層圧電体と下層圧電体とを分極することを特徴とする
圧電素子の製造方法である。ここで、「上、下」とある
のは、圧電素子が設けられる振動板等の支持部材を基準
とした位置関係を示している。換言すれば、支持部材に
接合される作用面（変形により生じる力を出力する面）
を基準とした位置関係を示している。そして、支持部材
から近い側を「下」とし、支持部材から遠い側を「上」
として示している。

【００１０】請求項２に記載のものは、前記分極工程
で、共通上電極と駆動電極の間に供給される分極電圧
と、共通下電極と駆動電極の間に供給される分極電圧と
を異ならせたことを特徴とする請求項１に記載の圧電素
子の製造方法である。

【００１１】請求項３に記載のものは、前記分極工程
で、共通上電極と駆動電極の間と、共通下電極と駆動電
極の間とに個別に分極電圧を供給することで、上層圧電
体と下層圧電体とを個別に分極することを特徴とする請
求項１または請求項２に記載の圧電素子の製造方法であ
る。

【００１２】請求項４に記載のものは、前記分極工程
で、共通上電極と駆動電極の間と、共通下電極と駆動電
極の間とに同時に分極電圧を供給することで、上層圧電
体と下層圧電体とを同時に分極することを特徴とする請
求項１に記載の圧電素子の製造方法である。

【００１３】請求項５に記載のものは、前記分極工程よ
りも後に、前記共通上電極及び共通下電極を導通する導
通工程を行うことを特徴とする請求項１から請求項４の
何れかに記載の圧電素子の製造方法である。

【００１４】請求項６に記載のものは、請求項１から請
求項５の何れかに記載の製造方法で製造されたことを特
徴とする圧電素子である。

【００１５】請求項７に記載のものは、圧電材料と電極
材料とを積層して振動板の表面に分極前圧電素子を形成
する素子形成工程と、この分極前圧電素子に分極電圧を
供給して分極する分極工程とを経て製造される電歪アク
チュエータの製造方法において、前記素子形成工程は、
振動板の表面に共通下電極を形成する第１工程と、共通
下電極に重ねて下層圧電体を形成する第２工程と、共通
下電極とは反対側の下層圧電体の表面に駆動電極を形成
する第３工程と、駆動電極を覆うように上層圧電体を形
成する第４工程と、駆動電極とは反対側の上層圧電体の
表面に共通上電極を形成する第５工程とを含み、前記分
極工程は、前記共通上電極と駆動電極の間、及び、共通
下電極と駆動電極との間に分極電圧を供給することで、
上層圧電体と下層圧電体とを分極することを特徴とする
電歪アクチュエータの製造方法である。

【００１６】請求項８に記載のものは、前記分極工程
で、共通上電極と駆動電極の間に供給される分極電圧
と、共通下電極と駆動電極の間に供給される分極電圧と
を異ならせたことを特徴とする請求項７に記載の電歪ア
クチュエータの製造方法である。

【００１７】請求項９に記載のものは、前記分極工程
で、共通上電極と駆動電極の間と、共通下電極と駆動電
極の間とに個別に分極電圧を供給することで、上層圧電
体と下層圧電体とを個別に分極することを特徴とする請
求項７または請求項８に記載の電歪アクチュエータの製
造方法である。

【００１８】請求項１０に記載のものは、前記分極工程
で、共通上電極と駆動電極の間と、共通下電極と駆動電
極の間とに同時に分極電圧を供給することで、上層圧電
体と下層圧電体とを同時に分極することを特徴とする請
求項７に記載の電歪アクチュエータの製造方法である。

【００１９】請求項１１に記載のものは、前記分極工程
よりも後に、前記共通上電極及び共通下電極を導通する
導通工程を行うことを特徴とする請求項７から請求項１
０の何れかに記載の電歪アクチュエータの製造方法であ
る。

【００２０】請求項１２に記載のものは、請求項７から
請求項１１の何れかに記載の製造方法で製造されたこと
を特徴とする電歪アクチュエータである。

【００２１】請求項１３に記載のものは、圧電材料と電
極材料とを積層して振動板の表面に分極前圧電素子を形
成する素子形成工程と、この分極前圧電素子に分極電圧
を供給して分極する分極工程とを経て製造される液体噴
射ヘッドの製造方法において、前記素子形成工程は、振
動板の表面に共通下電極を形成する第１工程と、共通下
電極に重ねて下層圧電体を形成する第２工程と、共通下
電極とは反対側の下層圧電体の表面に駆動電極を形成す
る第３工程と、駆動電極を覆うように上層圧電体を形成
する第４工程と、駆動電極とは反対側の上層圧電体の表
面に共通上電極を形成する第５工程とを含み、前記分極
工程は、前記共通上電極と駆動電極の間、及び、共通下
電極と駆動電極との間に分極電圧を供給することで、上
層圧電体と下層圧電体とを分極することを特徴とする液
体噴射ヘッドの製造方法である。

【００２２】請求項１４に記載のものは、前記分極工程
で、共通上電極と駆動電極の間に供給される分極電圧
と、共通下電極と駆動電極の間に供給される分極電圧と
を異ならせたことを特徴とする請求項１３に記載の液体
噴射ヘッドの製造方法である。

【００２３】請求項１５に記載のものは、前記分極工程
で、共通上電極と駆動電極の間と、共通下電極と駆動電
極の間とに個別に分極電圧を供給することで、上層圧電
体と下層圧電体とを個別に分極することを特徴とする請
求項１３または請求項１４に記載の液体噴射ヘッドの製
造方法である。

【００２４】請求項１６に記載のものは、前記分極工程
で、共通上電極と駆動電極の間と、共通下電極と駆動電
極の間とに同時に分極電圧を供給することで、上層圧電
体と下層圧電体とを同時に分極することを特徴とする請
求項１３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法である。

【００２５】請求項１７に記載のものは、前記分極工程
よりも後に、前記共通上電極及び共通下電極を導通する
導通工程を行うことを特徴とする請求項１３から請求項
１６の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法であ
る。

【００２６】請求項１８に記載のものは、請求項１３か
ら請求項１７の何れかに記載の製造方法で製造されたこ
とを特徴とする液体噴射ヘッドである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。ここでは、プリンタやプロッタ等
の画像記録装置に搭載される記録ヘッド（液体噴射ヘッ
ドの一種）を例に挙げて説明する。この記録ヘッドは、
例えば、図１１に示すように、複数個のヘッド本体１…
を備え、これらのヘッド本体１…を取付ベース６１に取
り付けて構成されている。

【００２８】まず、図１及び図２に基づき、ヘッド本体
１の基本構造について説明する。このヘッド本体１は、
流路ユニット２とアクチュエータユニット３とから概略
構成されている。

【００２９】流路ユニット２は、インク供給口（オリフ
ィス）４及びノズル連通口５の一部となる通孔を開設し
た供給口形成基板６と、共通インク室７となる通孔及び
ノズル連通口５の一部となる通孔を開設したインク室形
成基板８と、ノズル開口９…を副走査方向（記録ヘッド
が移動される主走査方向とは直交する方向）に沿って開
設したノズルプレート１０から構成されている。これら
の供給口形成基板６、インク室形成基板８、及び、ノズ
ルプレート１０は、例えば、ステンレス製の板材をプレ
ス加工することで作製されている。そして、流路ユニッ
ト２は、インク室形成基板８の一方の表面（図中下側）
にノズルプレート１０を、他方の表面（同上側）に供給
口形成基板６をそれぞれ配置し、これらの供給口形成基
板６、インク室形成基板８、及び、ノズルプレート１０
を接合することで作製される。例えば、シート状の接着
剤によって各部材６，８，１０を接着することで作製さ
れる。

【００３０】上記のノズル開口９は、図２に示すよう
に、所定ピッチで複数個列状に開設される。そして、列
設された複数のノズル開口９…によってノズル列１１が
構成される。例えば、９２個のノズル開口９…で１つの
ノズル列１１が構成され、このノズル列１１が横並びに
２列形成される。

【００３１】アクチュエータユニット３は、ヘッドチッ
プとも呼ばれる部材である。このアクチュエータユニッ
ト３は、圧力室１２となる通孔を開設した圧力室形成基
板１３と、圧力室１２の一部を区画する振動板１４と、
供給側連通口１５となる通孔及びノズル連通口５の一部
となる通孔を開設した蓋部材１６と、駆動源としての圧
電素子１７とによって構成される。これら各部材１３，
１４，１６の板厚に関し、圧力室形成基板１３、及び、
蓋部材１６は、好ましくは５０μｍ以上、より好ましく
は１００μｍ以上である。また、振動板１４は、好まし
くは５０μｍ以下、より好ましくは３〜１２μｍ程度で
ある。

【００３２】なお、このアクチュエータユニット３にお
いて、振動板１４と圧電素子１７が本発明の電歪アクチ
ュエータを構成する。また、振動板１４は、圧電素子１
７が設けられる支持部材の一種である。

【００３３】そして、このアクチュエータユニット３
は、圧力室形成基板１３の一方の表面に蓋部材１６を、
他方の表面に振動板１４をそれぞれ配置して各部材を接
合し、その後振動板１４の表面に圧電素子１７を形成す
ることで作製される。これらの中で圧力室形成基板１
３、振動板１４、及び、蓋部材１６は、アルミナや酸化
ジルコニウム等のセラミックスで作製されており、焼成
によって接合される。

【００３４】これらの圧力室形成基板１３，振動板１
４，蓋部材１６の接合は、例えば次の手順で行われる。
まず、セラミックス原料、バインダー及び液媒等によっ
てセラミックスのスラリーを調整する。次に、ドクター
ブレード装置やリバースロールコーター装置等の一般的
な装置を用いて、スラリーをグリーンシート（未焼成の
シート材）に成形する。その後、このグリーンシートに
対して切削や打ち抜き等の加工を施して必要な通孔等を
形成し、圧力室形成基板１３、振動板１４、及び、蓋部
材１６の各シート状前駆体を形成する。そして、各シー
ト状前駆体を積層及び焼成することにより、各シート状
前駆体を一体化して１枚のシート状部材を得る。この場
合、各シート状前駆体は一体焼成されるので、特別な接
着処理が不要である。また、各シート状前駆体の接合面
において高いシール性を得ることもできる。

【００３５】また、１枚のシート状部材には、複数ユニ
ット分の圧力室１２…やノズル連通口５…等が形成され
ている。換言すれば、１枚のシート状部材から複数のア
クチュエータユニット（ヘッドチップ）３…を作製す
る。例えば、１つのアクチュエータユニット３となるチ
ップ領域を１枚のシート状部材内にマトリクス状に複数
設定する。そして、圧電素子１７等の必要な部材を各チ
ップ領域内に形成した後、このシート状部材（セラミッ
クスシート）をチップ領域毎に切断することで、複数の
アクチュエータユニット３…を得る。

【００３６】上記の圧力室１２は、ノズル列１１とは直
交する方向に細長い空部であり、ノズル開口９に対応す
る複数形成されている。即ち、図２に示すように、ノズ
ル列方向に列設されている。そして、各圧力室１２…の
一端は、ノズル連通口５を通じて対応するノズル開口９
に連通する。また、ノズル連通口５とは反対側の圧力室
１２の他端は、供給側連通口１５及びインク供給口４を
通じて共通インク室７に連通している。さらに、この圧
力室１２の一部は、振動板１４によって区画されてい
る。

【００３７】上記の圧電素子１７は、所謂撓み振動モー
ドの圧電素子であり、圧力室１２とは反対側の振動板表
面に圧力室１２毎に形成されている。この圧電素子１７
の幅は圧力室１２の幅と略等しく、長さは圧力室１２の
長さよりも多少長い。そして、圧電素子１７は、圧力室
１２の長手方向を覆うように形成されている。この圧電
素子１７は、例えば、図３に示すように、圧電体層３１
と共通電極３２と駆動電極３３等によって構成される多
層構造であり、駆動電極３３と共通電極３２とによって
圧電体層３１を挟んでいる。なお、この圧電素子１７に
ついては、後で詳しく説明する。

【００３８】上記の駆動電極３３には駆動信号の供給源
（図示せず）が導通、即ち、電気的に接続される。ま
た、共通電極３２は例えば接地電位に調整される。駆動
電極３３に駆動信号が供給されると、駆動電極３３と共
通電極３２との間には電位差に応じた強さの電場が発生
される。この電場は圧電体層３１に付与されるので、圧
電体層３１は付与された電場の強さに応じて変形する。
即ち、駆動電極３３の電位を高くする程、圧電体層３１
は電場と直交する方向に収縮し、圧力室１２の容積を少
なくするように振動板１４を変形させる。一方、駆動電
極３３の電位を低くする程、圧電体層３１は電界と直交
する方向に伸長し、圧力室１２の容積を増やすように振
動板１４を変形させる。

【００３９】そして、このアクチュエータユニット３と
上記の流路ユニット２とは、互いに接合される。例え
ば、供給口形成基板６と蓋部材１６との間にシート状接
着剤を介在させ、この状態でアクチュエータユニット３
を流路ユニット２側に加圧することで接着される。

【００４０】このように構成されたヘッド本体１には、
共通インク室７からインク供給口４、供給側連通口１
５、圧力室１２、及び、ノズル連通口５を通じてノズル
開口９に至る一連のインク流路がノズル開口９毎に形成
されている。使用時においてこのインク流路内はインク
（液体の一種）で満たされている。そして、圧電素子１
７を変形させることで対応する圧力室１２が収縮或いは
膨張し、圧力室１２内のインクに圧力変動が生じる。こ
のインク圧力を制御することで、ノズル開口９からイン
ク滴を吐出させることができる。例えば、定常容積の圧
力室１２を一旦膨張させた後に急激に収縮させると、圧
力室１２の膨張に伴ってインクが充填され、その後の急
激な収縮によって圧力室１２内のインクが加圧されてイ
ンク滴が吐出される。

【００４１】ここで、高速記録のためには、より多くの
インク滴を短時間で吐出させる必要がある。この要求に
応えるためには、圧力室１２を区画している部分の振動
板１４及び圧電素子１７（即ち、圧力室１２における変
形部分）のコンプライアンスと、圧電素子１７の変形量
とを考慮する必要がある。即ち、上記変形部分のコンプ
ライアンスが大きくなる程、変形に対する応答性が悪く
なり、高い周波数での駆動が困難になるからである。ま
た、変形部分のコンプライアンスが小さくなる程に、こ
の変形部分が変形し難くなって圧力室１２の収縮量が少
なくなり、１滴のインク量が減ってしまうからである。

【００４２】このような観点から、既に実用化されてい
る撓み振動モードの圧電素子を用いた記録ヘッドでは、
圧電素子は単層の圧電体を共通電極と駆動電極とで挟ん
だ単層構造のものが用いられており、最大応答周波数は
２５ｋＨｚ程度、最大インク滴量は１３ｐＬ（ピコリッ
トル）程度であった。

【００４３】そして、本実施形態では、多層構造の圧電
素子１７を用いて振動板１４のコンプライアンスを小さ
くし、さらに、この圧電素子１７の構造を改良すること
により、必要量のインク滴を従来よりも高い周波数で吐
出可能にした。以下、この点について説明する。

【００４４】まず、圧電素子１７の構造について詳細に
説明する。図３に示すように、圧電体層３１は、互いに
積層された上層圧電体（外側圧電体）３４及び下層圧電
体（内側圧電体）３５から構成される。また、共通電極
３２は、共通上電極（共通外電極）３６及び共通下電極
（共通内電極）３７から構成される。そして、この共通
電極３２と駆動電極（個別電極）３３とが電極層を構成
する。

【００４５】なお、ここでいう「上（外）」或いは「下
（内）」とは、振動板１４を基準とした位置関係を示し
ている。換言すれば、圧電素子１７における振動板１４
との接合面（圧電素子１７の変形を出力するための作用
面とも表現できる。）を基準とした位置関係を示してい
る。そして、「上（外）」とあるのは振動板１４から遠
い側を示し、「下（内）」とあるのは振動板１４に近い
側を示している。

【００４６】上記の駆動電極３３は上層圧電体３４と下
層圧電体３５の境界に形成され、共通下電極３７は下層
圧電体３５と振動板１４との間に形成される。また、共
通上電極３６は駆動電極３３（下層圧電体３５）とは反
対側の上層圧電体３４の表面に形成される。即ち、この
圧電素子１７は、振動板側から、共通下電極３７、下層
圧電体３５、駆動電極３３、上層圧電体３４、共通上電
極３６の順で積層された多層構造である。そして、圧電
体層３１の厚さは上層圧電体３４と下層圧電体３５の２
層を合計して約１７μｍであり、共通電極３２を含めた
圧電素子１７の全体の厚さは約２０μｍである。なお、
従来の単層構造の圧電素子１７にあっては、素子全体の
厚さが約１５μｍである。従って、圧電素子１７の厚さ
が増したことから、その分だけ振動板１４のコンプライ
アンスが小さくなっている。

【００４７】上記の共通上電極３６と共通下電極３７
は、駆動信号に拘わらず一定の電位に調整される。本実
施形態において、これらの共通上電極３６と共通下電極
３７は、電気的に絶縁された状態で形成され、分極工程
の終了後に導通される。そして、これらの共通電極３
６，３７は、例えば接地電位に調整される。上記の駆動
電極３３は、駆動信号の供給源に導通され、供給された
駆動信号に応じて電位を変化させる。従って、駆動信号
が供給されると、駆動電極３３と共通上電極３６との
間、及び、駆動電極３３と共通下電極３７との間には、
それぞれ向きが反対の電場が生じる。

【００４８】そして、これらの各電極３３，３６，３７
を構成する材料としては、例えば、金属単体、合金、電
気絶縁性セラミックスと金属との混合物等の各種導体が
選択されるが、焼成温度において変質等の不具合が生じ
ないことが要求される。本実施形態では、共通上電極３
６に金を用い、共通下電極３７及び駆動電極３３に白金
を用いている。

【００４９】上記の上層圧電体３４と下層圧電体３５は
共に、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分
とする圧電材料によって作製されている。そして、上層
圧電体３４と下層圧電体３５とは分極方向が反対であ
る。このため、駆動信号供給時の伸縮方向が上層圧電体
３４と下層圧電体３５とで揃い、支障なく変形すること
ができる。即ち、上層圧電体３４及び下層圧電体３５
は、駆動電極３３の電位を高くする程に圧力室１２の容
積を少なくするように振動板１４を変形させ、駆動電極
３３の電位を低くする程に圧力室１２の容積を増やすよ
うに振動板１４を変形させる。

【００５０】この多層構造の圧電素子１７を効率よく変
形させるには、駆動信号の供給に伴う上層圧電体３４の
変形度合いを下層圧電体３５の変形度合いよりも大きく
することが好ましい。即ち、同じ駆動信号が供給された
場合に、上層圧電体３４を下層圧電体３５よりも大きく
変形させるようにすることが好ましい。これは、上層圧
電体３４の方が振動板１４から離隔しているため、その
変形量が増幅されて振動板１４に作用し、振動板１４の
変形量を大きくすることができるからである。そして、
振動板１４を大きく変形できると、収縮時における圧力
室１２の容積をより小さくでき、単に多層構造の圧電素
子１７を用いた場合よりも、圧力室１２の膨張時と収縮
時の容積差を広げることができる。その結果、インク滴
の吐出量を増やすことができる。

【００５１】そして、上層圧電体３４の変形度合いを下
層圧電体３５の変形度合いよりも大きくするには、例え
ば、上層圧電体３４の分極度合いを下層圧電体３５の分
極度合いよりも大きくしたり、上層圧電体３４の厚さｔ
ｐ１を下層圧電体３５の厚さｔｐ２の３／４以下に設定
したりすればよい。

【００５２】また、上記の共通上電極３６には、他の電
極（駆動電極３３，共通下電極３７）よりも薄く、柔軟
性が高い電極材料を用いている。これは、この共通上電
極３６が他の電極よりも大きく変形することに起因す
る。即ち、この共通上電極３６は、上層圧電体３４の表
面に形成されているので、他の電極よりも大きく変形す
る。このため、共通上電極３６については、他の電極よ
りも柔らかい材料を用い、及び／又は、層厚を薄くする
ことで、変形の繰り返しによる破損を防止できる。ま
た、層厚を薄くしても電気抵抗が過度に高くならないよ
うに、導電性が良い電極材料を用いてもよい。

【００５３】具体的に説明すると、電極材料に関して
は、上記したように、共通上電極３６を金で作製し、駆
動電極３３及び共通下電極３７を白金で作製している。
そして、電極の厚さに関し、共通下電極３７及び駆動電
極３３は２〜３μｍであるのに対し、共通上電極３６
（ｔｅ１）はその１／１０程度（例えば、０．３μｍ）
にする。この構成により、共通上電極３６を圧電素子１
７に追従させて変形させることができ、圧電素子１７の
変形量が損なわれてしまう不具合を防止できる。また、
圧電素子１７の変形が繰り返し行われても断線等の故障
が生じ難い。さらに、共通上電極３６を通じて電流を効
率よく流すことができる。

【００５４】そして、上記の駆動電極３３は、図５に示
すように、圧電素子１７の一方の端部で圧電素子１７の
外側に露出し、導通電極３９を通じて供給端子４０に導
通されている。この供給端子４０は、駆動信号を供給す
るための接点端子であり、駆動電極３３毎に複数形成さ
れている。各供給端子４０…には、フレキシブル・フラ
ット・ケーブル（ＦＦＣ）が備える駆動信号供給用の接
点端子（図示せず）が導通される。従って、駆動信号
は、供給端子４０及び導通電極３９を通じて、対応する
駆動電極３３に供給される。なお、導通電極３９は、圧
電素子１７の端面、振動板１４の表面、及び、供給端子
４０が設けられる端子基板４１の表面に一連に形成され
ている。そして、上記したように、共通下電極３７も振
動板１４の表面に形成されているが、導通電極３９と共
通下電極３７との間には電極が形成されない断線領域Ｘ
を設けてあるので、導通電極３９と共通下電極３７とは
電気的に絶縁されている。

【００５５】ところで、上記したように、圧電素子１７
はノズル開口９毎に形成されるので、圧電素子１７の数
は１つのノズル列１１に対して９２個となる。そして、
共通上電極３６と共通下電極３７は互いに導通される
が、両共通電極３６，３７を圧電素子１７毎に導通させ
たのでは作業効率が悪く生産性の向上が図れない。その
一方で、共通電極３２（３６，３７）の形成時に両共通
電極３６，３７を導通させてしまうと、上層圧電体３４
と下層圧電体３５の分極条件が分極電圧に応じて定まっ
てしまう。このため、所望の圧電特性を付与することが
困難である。

【００５６】この点に鑑み、本実施形態では、共通上電
極３６及び共通下電極３７を、基電極と複数の枝電極と
からなる櫛歯状電極によって構成し、上層圧電体３４と
下層圧電体３５とを個別に分極処理した後に基電極同士
を導通させる構成としている。即ち、各共通電極３６，
３７に関し、電極形成時においては互いに電気的に絶縁
した状態とし、圧電体特性の測定処理の後に導通する構
成としている。以下、この点について説明する。

【００５７】図５から図７に示すように、共通上電極３
６は、ノズル列方向に細長い直線帯状の基電極（幹電
極）４２と、この基電極４２の一側から圧電素子１７
（上層圧電体３４）の表面を覆うように一連に形成され
た複数の枝電極４３…とから構成された櫛歯状電極によ
って構成される。

【００５８】上記の基電極４２は、振動板１４の表面に
形成されており、その幅は全ての圧電素子１７に対して
同時に駆動信号が供給されても支障なく電流を流せるよ
うに、枝電極４３の幅よりも十分に広く設定されてい
る。そして、この基電極４２の長手方向端部には、図７
（ａ）に点線で示すように、導通領域４２ａ（導通部の
一種）を設けてある。この導通領域４２ａは、共通上電
極３６と共通下電極３７とを導通させる際に用いられる
（後述する）。また、各枝電極４３…は、図６に示すよ
うに、圧電体層３１の一端（基電極４２に近い側の端
部）の傾斜面を通って上層圧電体３４の表面に形成され
る。

【００５９】各枝電極４３…の先端（基電極４２とは反
対側の端部）は、図５に示すように、上層圧電体３４に
おける他端の手前に位置している。これは、枝電極４３
と駆動電極３３とが空中放電によって短絡してしまう不
具合を防止するためである。即ち、各枝電極４３…の端
部と駆動電極３３とを離隔した状態で形成することで、
両電極４３，３３間の短絡を防止することができる。

【００６０】また、共通下電極３７は、その全体が振動
板表面に形成され、図７（ｂ）に示すように、ノズル列
方向に細長い直線帯状の基電極（幹電極）４４と、この
基電極４４の一側から各圧電素子１７（下層圧電体３
５）毎に形成された複数の枝電極４５…と、基電極４４
の一端から枝電極４５とは反対側に延設された導通帯部
４６（導通部の一種）とから構成された櫛歯状電極によ
って構成される。

【００６１】上記の基電極４４は、全ての圧電素子１７
に対して同時に駆動信号が供給されても支障なく電流を
流せるように、その幅が各枝電極４５…よりも十分に広
く設定されている。そして、上記の枝電極４５は、圧電
体層３１（下層圧電体３５）と振動板１４の間に位置
し、その先端（基電極４４とは反対側の端部）は、図５
に示すように、共通上電極３６と揃えられている。ま
た、上記の導通帯部４６は、この共通下電極３７を共通
上電極３６に導通させる際に用いられる。即ち、この導
通帯部４６は、共通上電極３６の導通領域４２ａに近接
した位置に形成されており、図８（ｆ）に示すように、
導通領域４２ａと導通帯部４６とを跨いだ状態で半田や
ボンディングワイヤ等の導通部材４７が設けられる。従
って、これらの両共通電極３６，３７を導通させるにあ
たっては、導通領域４２ａと導通帯部４６の両方を跨が
せて導通部材４７を形成するだけで足り、作業の簡素化
が図れ、且つ、自動化にも適する。

【００６２】次に、図８を参照して、上記した共通上電
極３６及び共通下電極３７の形成手順と、各層圧電体３
４，３５の分極処理とを説明する。なお、両共通電極３
６，３７の形成と各層圧電体３４，３５の分極は一連の
工程（素子形成工程，切断工程，分極工程）で行われ
る。このため、その一連の工程について説明する。

【００６３】素子形成工程では、分極処理される前の圧
電素子１７（説明の便宜上「分極前圧電素子１７」とも
いう。）を振動板１４の表面に形成する。この素子形成
工程では、まず、図８（ａ）に示すように、支持部材の
一種である振動板１４の表面に共通下電極３７を形成す
る（第１工程）。本実施形態では、この共通下電極３７
の形成を印刷法（厚膜印刷）によって行っている。この
ため、まず振動板１４上の所定位置にマスクを載置し、
白金ペースト（電極材料の一種）をこのマスクを介して
上記した櫛歯状パターンに塗布する。白金ペーストを振
動板１４上に塗布したならば、この白金ペーストを焼成
する。例えば、白金ペーストが塗布されたシート状部材
（焼成によって一体化された圧力室形成基板１３，振動
板１４，蓋部材１６のシート状前駆体）を焼成炉に入れ
て所定温度で所定時間に亘って焼成する。この焼成によ
り、振動板１４の表面には共通下電極３７が形成され
る。なお、本実施形態では、この第１工程で導通電極３
９も振動板１４の表面に形成している。

【００６４】共通下電極３７を形成したならば、次に、
図８（ｂ）に示すように、その一部が共通下電極３７の
一部の上に重なる状態で下層圧電体３５を形成する（第
２工程）。ここでは、振動板１４上の所定位置にマスク
を載置した後、圧電材料（例えば、ジルコン酸チタン酸
鉛）のペーストを振動板１４の表面に所定パターンで塗
布する。具体的には、共通下電極３７の枝電極４５に重
ねて下層圧電体３５となる圧電材料を塗布する。圧電材
料を塗布したならば、このペースト状の圧電材料を焼成
する。

【００６５】その後は、図８（ｃ）〜（ｅ）に示すよう
に、同様な手順で、駆動電極３３、上層圧電体３４、共
通上電極３６を順に形成する（第３工程〜第５工程）。
即ち、第３工程では、下層圧電体３５の表面に白金ペー
スト（電極材料の一種）を塗布し、その後焼成すること
で駆動電極３３を形成する。また、第４工程では、駆動
電極３３を覆うように、下層圧電体３５の上に重ねてペ
ースト状の圧電材料を塗布し、その後焼成することで上
層圧電体３４を形成する。同様に、第５工程では、上層
圧電体３４の表面に金ペースト（電極材料の一種）を塗
布し、その後焼成することで共通上電極３６を形成す
る。

【００６６】共通上電極３６の形成により、分極前圧電
素子１７が振動板１４の表面に作製される。そして、分
極前圧電素子１７を形成したならば、導通端子４０等の
必要な部材を形成し、素子形成工程を終了する。この素
子形成工程が終了したならば、切断工程に移行する。こ
の切断工程では、各チップ領域毎にセラミックスシート
を切断し、複数のアクチュエータユニット３…を得る。

【００６７】各アクチュエータユニット３…に切断した
ならば検査工程に移行し、圧電素子１７を構成する各層
が正常に作製されたことを検査する。本実施形態では、
圧電体層（アクト）の寸法（例えば、厚さや幅）に相関
のある静電容量を、各層圧電体３４，３５毎に測定す
る。即ち、この検査工程では、まだ両共通電極３６，３
７は導通されていないので、各層圧電体３４，３５毎に
静電容量を測定することができる。

【００６８】そして、全ての圧電素子１７…に対する検
査が終わったならば、測定した静電容量に基づいて、そ
のアクチュエータユニット３が、良品、或いは、不良品
であるのかを判断する。さらに、良品と判断されたアク
チュエータユニット３については、測定された静電容量
に基づいて分類する。例えば、アクチュエータユニット
３毎の平均静電容量に基づくランク分けを行ったり、静
電容量のばらつき範囲に基づくランク分けを行う。

【００６９】アクチュエータユニット３を分類したなら
ば、作製された圧電素子１７を分極処理する分極工程
（分極処理）を行う。この分極工程では、共通電極３２
と駆動電極３３とを用いて分極電圧を供給し、上層圧電
体３４及び下層圧電体３５を分極する。即ち、直流強電
界を加え、内部の電気双極子を一定方向に揃える。例え
ば、図９に示すように、選択スイッチＳ１を適宜切り替
えることで、共通上電極３６及び共通下電極３７の一方
を選択的に接地すると共に他方を電気的に浮遊状態（非
接続状態）とし、駆動電極３３を電源に接続することで
分極を行う。この場合において、本実施形態では分極用
の接点を駆動電極３３や各共通電極３６，３７で構成で
きるので、分極専用の端子を設ける必要がない。このた
め、作業性の向上が図れ、アクチュエータユニット３を
効率良く作製できる。ひいては、記録ヘッドを効率良く
作製できる。

【００７０】この場合、分極処理は、使用予定の駆動電
圧よりも十分に高い電圧で行われる。本実施形態では、
駆動電圧が３０Ｖ前後であるため、分極電圧は７０Ｖ前
後に設定される。さらに、この分極電圧、及び、分極電
圧を供給する供給時間（分極処理時間）は、上層圧電体
３４と下層圧電体３５とで個別に設定される。例えば、
圧電定数を高く設定したい場合には、標準電圧よりも高
い分極電圧に設定し、標準処理時間よりも長い分極処理
時間に設定する。反対に、圧電定数を低く設定したい場
合には、標準電圧よりも低い分極電圧に設定し、標準処
理時間よりも短い分極処理時間に設定する。このよう
に、各層圧電体３４，３５に対して異なる分極条件を設
定することで、各圧電素子１７に所望の圧電特性を付与
することができる。

【００７１】例えば、駆動信号に対する上層圧電体３４
の変形度合いを下層圧電体３５よりも大きくしたい場合
には、上層圧電体３４の分極率を下層圧電体３５の分極
率よりも高くすればよい。従って、上層圧電体３４の分
極時において、分極電圧を下層圧電体３５に対する分極
電圧よりも高く設定したり、分極処理時間を下層圧電体
３５に対する処理時間よりも長く設定したりすればよ
い。

【００７２】各層圧電体３４，３５を分極したならば、
導通工程に移行する。この導通工程では、図８（ｆ）に
示すように、分極処理後のアクチュエータユニット３に
対して半田付け等の導通処理を行い、共通上電極３６と
共通下電極３７とを導通させる。例えば、導通領域４２
ａと導通帯部４６とを跨いだ状態で半田やボンディング
ワイヤ等の導通部材４７を設ける。そして、この導通工
程の終了により、アクチュエータユニット３を製造する
一連の工程が終了する。

【００７３】以上説明したように、本実施形態では、分
極処理において駆動電極３３を通じて分極電圧を供給し
ているので作業性が良い。また、共通上電極３６と共通
下電極３７とが分極処理時において電気的に絶縁されて
いるので、上層圧電体３４と下層圧電体３５とを個別に
分極できる。このため、各層圧電体３４，３５を異なる
分極条件で分極することができる。例えば、分極電圧を
異ならせたり、分極時間を異ならせたりすることができ
る。さらに、測定処理においても共通上電極３６と共通
下電極３７とが電気的に絶縁されているので、１つの圧
電素子１７における圧電体特性を上層圧電体３４側と下
層圧電体３５側とに分けて測定できる。これにより、圧
電体特性の揃った圧電アクチュエータ３を選別すること
ができ、製造上の不具合を高い精度で発見することがで
きる。

【００７４】なお、以上は、共通上電極３６と共通下電
極３７の両方を櫛歯状電極によって構成した例を説明し
たが、少なくとも一方の共通電極３６，３７を圧電素子
１７毎に個別に形成し、フレキシブル・フラット・ケー
ブル等の配線部材によって共通上電極３６と共通下電極
３７とを導通させてもよい。

【００７５】図１０（ａ）〜（ｃ）に示した例は、共通
上電極３６´を圧電素子１７毎に個別に形成し、共通下
電極３７´を櫛歯状に形成したものである。そして、共
通上電極３６´と共通下電極３７´とを導通するにあた
り、配線部材５１を用いている点に特徴がある。即ち、
配線部材５１の接続部には、図１０（ｃ）にその一部を
示すように導電層５２を面状に形成し、この導電層５２
を共通下電極３７´（基電極）と各共通上電極３６´…
との間に架け渡した状態で接合する。このように構成し
ても、分極処理で１つの圧電素子１７を上層圧電体３４
と下層圧電体３５とに分けて分極できる。また、測定処
理において、圧電体特性を上層圧電体３４と下層圧電体
３５とに分けて測定できる。従って、圧電素子１７に所
望の圧電特性を付与することができるし、圧電体特性の
揃った圧電アクチュエータ３を選別できる。

【００７６】ところで、本発明は、上記実施形態に限定
されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて
種々の変形が可能である。

【００７７】まず、分極処理に関し、上記実施形態で
は、上層圧電体３４と下層圧電体３５とを個別に分極す
る場合を例示したが、上層圧電体３４と下層圧電体３５
とを同時に分極してもよい。この場合、選択スイッチＳ
１を設けずに共通上電極３６と共通下電極３７とを接地
電位に調整し、駆動電極３３を通じて分極電圧を供給す
る。このような方法を採ると、上層圧電体３４と下層圧
電体３５とを同時に分極できるので、作業の簡素化が図
れ、製造効率を向上させることができる。

【００７８】また、以上は、液体噴射ヘッドの一種であ
る記録ヘッド、並びに、この記録ヘッドに用いられる圧
電素子及び電歪アクチュエータに本発明を適用した例を
説明したが、これに限定されるものではない。本発明
は、例えば、液晶噴射ヘッドや色材噴射ヘッド等といっ
た他の液体噴射ヘッド、及び、この液体噴射ヘッド用の
圧電素子及び電歪アクチュエータにも適用できる。ま
た、マイクロポンプや発音体用の圧電素子及び電歪アク
チュエータにも適用できる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果を奏する。即ち、上層圧電体及び下層圧電体を
分極するにあたり、共通上電極及び共通下電極と駆動電
極との間に分極電圧を供給するので、分極専用の端子を
設ける必要がなく、構成の簡素化が図れる。これによ
り、作業性が向上し製造効率を高めることができる。

【００８０】また、共通上電極と駆動電極の間に供給さ
れる分極電圧と、共通下電極と駆動電極の間に供給され
る分極電圧とを異ならせた場合には、圧電素子に種々の
圧電特性を付与することができる。これにより、所望の
圧電特性を付与できる。

【００８１】また、共通上電極と駆動電極の間と、共通
下電極と駆動電極の間とに同時に分極電圧を供給するこ
とで、上層圧電体と下層圧電体とを同時に分極するよう
にした場合には、作業性が向上し製造効率を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヘッド本体の基本構造を説明する断面図であ
る。

【図２】ヘッド本体をノズルプレート側から見た図であ
る。

【図３】アクチュエータユニットの構造を説明する図で
あり、圧力室長手方向で切断した断面図である。

【図４】アクチュエータユニットの構造を説明する図で
あり、圧力室幅方向で切断した断面図である。

【図５】駆動電極の端部構造を説明する断面図である。

【図６】共通電極の端部構造を説明する断面図である。

【図７】共通電極の構造を説明する図であり、（ａ）は
共通上電極の平面図、（ｂ）は共通下電極の平面図であ
る。

【図８】（ａ）〜（ｆ）は、圧電素子の作成過程を説明
する模式図である。

【図９】圧電素子に対する分極処理を説明する模式図で
ある。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、共通上電極を圧電素子毎
に形成し、配線部材によって共通上電極と共通下電極と
を導通させた例を説明する図である。

【図１１】複数のヘッド本体を備えた記録ヘッドを説明
する図である。

【符号の説明】

１ ヘッド本体 ２ 流路ユニット ３ アクチュエータユニット ４ インク供給口 ５ ノズル連通口 ６ 供給口形成基板 ７ 共通インク室 ８ インク室形成基板 ９ ノズル開口 １０ ノズルプレート １１ ノズル列 １２ 圧力室 １３ 圧力室形成基板 １４ 振動板 １５ 供給側連通口 １６ 蓋部材 １７ 圧電素子 ３１ 圧電体層 ３２ 共通電極 ３３ 駆動電極 ３４ 上層圧電体 ３５ 下層圧電体 ３６ 共通上電極 ３７ 共通下電極 ３８ 圧力室隔壁 ３９ 導通電極 ４０ 供給端子 ４１ 端子基板 ４２ 共通上電極の基電極 ４３ 共通上電極の枝電極 ４４ 共通下電極の基電極 ４５ 共通下電極の枝電極 ４６ 共通下電極の導通帯部 ４７ 導通部材 ５１ 配線部材 ５２ 導電層 ６１ 取付ベース

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１５年６月１０日（２００３．６．１
０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】 明細書

【発明の名称】 圧電素子の製造方法及び圧電素子、電
歪アクチュエータの製造方法及び電歪アクチュエータ、
液体噴射ヘッドの製造方法及び液体噴射ヘッド

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子、この圧
電素子を駆動源とする電歪アクチュエータ及び液体噴射
ヘッド、並びに、これらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子は、電気エネルギーの供給によ
って変形するものであり、例えば、液体噴射ヘッド、マ
イクロポンプ、発音体（スピーカ等）用の駆動源として
広く用いられている。ここで、液体噴射ヘッドは、圧力
室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口か
ら液滴を吐出させるものであり、例えば、プリンタ等の
画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレ
ーの製造に用いられる液晶噴射ヘッド、カラーフィルタ
の製造に用いられる色材噴射ヘッド等がある。また、マ
イクロポンプは、極く微量の液体を扱うことができる超
小型のポンプであり、例えば、極く少量の薬液を送出す
る際に用いられる。

【０００３】このような液体噴射ヘッドやマイクロポン
プに用いられる重要な部品の一つに、振動板の表面に圧
電素子を設けた電歪アクチュエータがある。この電歪ア
クチュエータは圧力室となる空部を有する圧力室形成基
板に取り付けられ、圧力室の一部を振動板で区画する。
そして、液滴を吐出したり、液体を送出したりする際に
は、圧電素子に駆動パルスを供給してこの圧電素子及び
振動板（即ち、圧力室の変形部分）を変形させ、圧力室
の容積を変化させる。

【０００４】これらの液体噴射ヘッドやマイクロポンプ
においては、圧電素子の高周波駆動に対する強い要請が
ある。これは、液滴の高周波吐出を実現したり、送液能
力を高めたりするためである。そして、圧電素子の高周
波駆動を実現するためには、上記変形部分のコンプライ
アンスを従来よりも小さくし、且つ、圧電素子の変形量
を従来よりも大きくする必要がある。これは、変形部分
のコンプライアンスを小さくすると応答性が向上するた
め、従来よりも高い周波数での駆動が可能となること、
及び、圧電素子の変形量を大きくすると圧力室の容積変
化量が大きくなるため、吐出される液滴の量や送出され
る液体の量を増やすことができることによる。

【０００５】そして、変形部分のコンプライアンスと圧
電素子の変形量の相反する特性を充足するものとして、
多層構造の圧電素子が提案されている。例えば、特開平
２−２８９３５２号公報には、圧電体層を上層圧電体と
下層圧電体の２層構造とし、上層圧電体と下層圧電体の
境界に駆動電極（個別電極）を形成すると共に、上層圧
電体の外表面と下層圧電体の外表面とにそれぞれ共通電
極を形成した構造の圧電素子が開示されている。同様
に、特開平１０−３４９２４号公報にも多層構造の圧電
素子が開示されている。

【０００６】上記多層構造の圧電素子では、上層圧電体
と下層圧電体の境界に駆動電極が設けられているので、
各層の圧電体には、駆動電極から各共通電極までの間隔
（即ち、各層圧電体の厚さ）と、駆動電極と各共通電極
の電位差とによって定まる強さの電場が付与される。こ
のため、共通電極と駆動電極とで単層の圧電体を挟んだ
単層構造の圧電素子と比べた場合、圧電素子全体の厚さ
を多少厚くして変形部分のコンプライアンスを小さくし
ても、従来と同じ駆動電圧で大きく変形させることがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記多
層構造の圧電素子は現実に市販されるまでに至っていな
い。このため、実際の製品としては、単層の圧電体を共
通電極と駆動電極とで挟んだ単層構造の圧電素子を用い
ることを余儀なくされている。これには種々の要因が考
えられるが、多層構造の圧電素子について、効率よく製
造することや、各圧電素子に所望の圧電特性を付与する
ことが困難であったことも一因と考えられる。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、製造効率を向上させることにあ
る。また、多層構造の圧電素子について所望の圧電特性
を付与することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために提案されたものであり、請求項１に記載の
ものは、圧電材料と電極材料とを積層して分極前圧電素
子を形成する素子形成工程と、この分極前圧電素子に分
極電圧を供給して分極する分極工程とを経て製造される
圧電素子の製造方法において、前記素子形成工程は、支
持部材の表面に第１の電極を形成する第１工程と、第１
の電極に重ねて第１の圧電体を形成する第２工程と、第
１の電極とは反対側の第１の圧電体の表面に第２の電極
を形成する第３工程と、第２の電極を覆うように第２の
圧電体を形成する第４工程と、第２の電極とは反対側の
第２の圧電体の表面に第３の電極を形成する第５工程と
を含み、前記分極工程は、前記第３の電極と第２の電極
の間、及び、第１の電極と第２の電極との間に分極電圧
を供給することで、第２の圧電体と第１の圧電体とを分
極することを特徴とする圧電素子の製造方法である。

【００１０】請求項２に記載のものは、前記分極工程
で、第３の電極と第２の電極の間に供給される分極電圧
と、第１の電極と第２の電極の間に供給される分極電圧
とを異ならせたことを特徴とする請求項１に記載の圧電
素子の製造方法である。

【００１１】請求項３に記載のものは、前記分極工程
で、第３の電極と第２の電極の間と、第１の電極と第２
の電極の間とに個別に分極電圧を供給することで、第２
の圧電体と第１の圧電体とを個別に分極することを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の圧電素子の製造
方法である。

【００１２】請求項４に記載のものは、前記分極工程
で、第３の電極と第２の電極の間と、第１の電極と第２
の電極の間とに同時に分極電圧を供給することで、第２
の圧電体と第１の圧電体とを同時に分極することを特徴
とする請求項１に記載の圧電素子の製造方法である。

【００１３】請求項５に記載のものは、前記分極工程よ
りも後に、前記第３の電極及び第１の電極を導通する導
通工程を行うことを特徴とする請求項１から請求項４の
何れかに記載の圧電素子の製造方法である。

【００１４】請求項６に記載のものは、請求項１から請
求項５の何れかに記載の製造方法で製造されたことを特
徴とする圧電素子である。

【００１５】請求項７に記載のものは、圧電材料と電極
材料とを積層して振動板の表面に分極前圧電素子を形成
する素子形成工程と、この分極前圧電素子に分極電圧を
供給して分極する分極工程とを経て製造される電歪アク
チュエータの製造方法において、前記素子形成工程は、
振動板の表面に第１の電極を形成する第１工程と、第１
の電極に重ねて第１の圧電体を形成する第２工程と、第
１の電極とは反対側の第１の圧電体の表面に第２の電極
を形成する第３工程と、第２の電極を覆うように第２の
圧電体を形成する第４工程と、第２の電極とは反対側の
第２の圧電体の表面に第３の電極を形成する第５工程と
を含み、前記分極工程は、前記第３の電極と第２の電極
の間、及び、第１の電極と第２の電極との間に分極電圧
を供給することで、第２の圧電体と第１の圧電体とを分
極することを特徴とする電歪アクチュエータの製造方法
である。

【００１６】請求項８に記載のものは、前記分極工程
で、第３の電極と第２の電極の間に供給される分極電圧
と、第１の電極と第２の電極の間に供給される分極電圧
とを異ならせたことを特徴とする請求項７に記載の電歪
アクチュエータの製造方法である。

【００１７】請求項９に記載のものは、前記分極工程
で、第３の電極と第２の電極の間と、第１の電極と第２
の電極の間とに個別に分極電圧を供給することで、第２
の圧電体と第１の圧電体とを個別に分極することを特徴
とする請求項７または請求項８に記載の電歪アクチュエ
ータの製造方法である。

【００１８】請求項１０に記載のものは、前記分極工程
で、第３の電極と第２の電極の間と、第１の電極と第２
の電極の間とに同時に分極電圧を供給することで、第２
の圧電体と第１の圧電体とを同時に分極することを特徴
とする請求項７に記載の電歪アクチュエータの製造方法
である。

【００１９】請求項１１に記載のものは、前記分極工程
よりも後に、前記第３の電極及び第１の電極を導通する
導通工程を行うことを特徴とする請求項７から請求項１
０の何れかに記載の電歪アクチュエータの製造方法であ
る。

【００２０】請求項１２に記載のものは、請求項７から
請求項１１の何れかに記載の製造方法で製造されたこと
を特徴とする電歪アクチュエータである。

【００２１】請求項１３に記載のものは、圧電材料と電
極材料とを積層して振動板の表面に分極前圧電素子を形
成する素子形成工程と、この分極前圧電素子に分極電圧
を供給して分極する分極工程とを経て製造される液体噴
射ヘッドの製造方法において、前記素子形成工程は、振
動板の表面に第１の電極を形成する第１工程と、第１の
電極に重ねて第１の圧電体を形成する第２工程と、第１
の電極とは反対側の第１の圧電体の表面に第２の電極を
形成する第３工程と、第２の電極を覆うように第２の圧
電体を形成する第４工程と、第２の電極とは反対側の第
２の圧電体の表面に第３の電極を形成する第５工程とを
含み、前記分極工程は、前記第３の電極と第２の電極の
間、及び、第１の電極と第２の電極との間に分極電圧を
供給することで、第２の圧電体と第１の圧電体とを分極
することを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法であ
る。

【００２２】請求項１４に記載のものは、前記分極工程
で、第３の電極と第２の電極の間に供給される分極電圧
と、第１の電極と第２の電極の間に供給される分極電圧
とを異ならせたことを特徴とする請求項１３に記載の液
体噴射ヘッドの製造方法である。

【００２３】請求項１５に記載のものは、前記分極工程
で、第３の電極と第２の電極の間と、第１の電極と第２
の電極の間とに個別に分極電圧を供給することで、第２
の圧電体と第１の圧電体とを個別に分極することを特徴
とする請求項１３または請求項１４に記載の液体噴射ヘ
ッドの製造方法である。

【００２４】請求項１６に記載のものは、前記分極工程
で、第３の電極と第２の電極の間と、第１の電極と第２
の電極の間とに同時に分極電圧を供給することで、第２
の圧電体と第１の圧電体とを同時に分極することを特徴
とする請求項１３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法で
ある。

【００２５】請求項１７に記載のものは、前記分極工程
よりも後に、前記第３の電極及び第１の電極を導通する
導通工程を行うことを特徴とする請求項１３から請求項
１６の何れかに記載の液体噴射ヘッドの製造方法であ
る。

【００２６】請求項１８に記載のものは、請求項１３か
ら請求項１７の何れかに記載の製造方法で製造されたこ
とを特徴とする液体噴射ヘッドである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。ここでは、プリンタやプロッタ等
の画像記録装置に搭載される記録ヘッド（液体噴射ヘッ
ドの一種）を例に挙げて説明する。この記録ヘッドは、
例えば、図１１に示すように、複数個のヘッド本体１…
を備え、これらのヘッド本体１…を取付ベース６１に取
り付けて構成されている。

【００２８】まず、図１及び図２に基づき、ヘッド本体
１の基本構造について説明する。このヘッド本体１は、
流路ユニット２とアクチュエータユニット３とから概略
構成されている。

【００２９】流路ユニット２は、インク供給口（オリフ
ィス）４及びノズル連通口５の一部となる通孔を開設し
た供給口形成基板６と、共通インク室７となる通孔及び
ノズル連通口５の一部となる通孔を開設したインク室形
成基板８と、ノズル開口９…を副走査方向（記録ヘッド
が移動される主走査方向とは直交する方向）に沿って開
設したノズルプレート１０から構成されている。これら
の供給口形成基板６、インク室形成基板８、及び、ノズ
ルプレート１０は、例えば、ステンレス製の板材をプレ
ス加工することで作製されている。そして、流路ユニッ
ト２は、インク室形成基板８の一方の表面（図中下側）
にノズルプレート１０を、他方の表面（同上側）に供給
口形成基板６をそれぞれ配置し、これらの供給口形成基
板６、インク室形成基板８、及び、ノズルプレート１０
を接合することで作製される。例えば、シート状の接着
剤によって各部材６，８，１０を接着することで作製さ
れる。

【００３０】上記のノズル開口９は、図２に示すよう
に、所定ピッチで複数個列状に開設される。そして、列
設された複数のノズル開口９…によってノズル列１１が
構成される。例えば、９２個のノズル開口９…で１つの
ノズル列１１が構成され、このノズル列１１が横並びに
２列形成される。

【００３１】アクチュエータユニット３は、ヘッドチッ
プとも呼ばれる部材である。このアクチュエータユニッ
ト３は、圧力室１２となる通孔を開設した圧力室形成基
板１３と、圧力室１２の一部を区画する振動板１４と、
供給側連通口１５となる通孔及びノズル連通口５の一部
となる通孔を開設した蓋部材１６と、駆動源としての圧
電素子１７とによって構成される。これら各部材１３，
１４，１６の板厚に関し、圧力室形成基板１３、及び、
蓋部材１６は、好ましくは５０μｍ以上、より好ましく
は１００μｍ以上である。また、振動板１４は、好まし
くは５０μｍ以下、より好ましくは３〜１２μｍ程度で
ある。

【００３２】なお、このアクチュエータユニット３にお
いて、振動板１４と圧電素子１７が本発明の電歪アクチ
ュエータを構成する。また、振動板１４は、圧電素子１
７が設けられる支持部材の一種である。

【００３３】そして、このアクチュエータユニット３
は、圧力室形成基板１３の一方の表面に蓋部材１６を、
他方の表面に振動板１４をそれぞれ配置して各部材を接
合し、その後振動板１４の表面に圧電素子１７を形成す
ることで作製される。これらの中で圧力室形成基板１
３、振動板１４、及び、蓋部材１６は、アルミナや酸化
ジルコニウム等のセラミックスで作製されており、焼成
によって接合される。

【００３４】これらの圧力室形成基板１３，振動板１
４，蓋部材１６の接合は、例えば次の手順で行われる。
まず、セラミックス原料、バインダー及び液媒等によっ
てセラミックスのスラリーを調整する。次に、ドクター
ブレード装置やリバースロールコーター装置等の一般的
な装置を用いて、スラリーをグリーンシート（未焼成の
シート材）に成形する。その後、このグリーンシートに
対して切削や打ち抜き等の加工を施して必要な通孔等を
形成し、圧力室形成基板１３、振動板１４、及び、蓋部
材１６の各シート状前駆体を形成する。そして、各シー
ト状前駆体を積層及び焼成することにより、各シート状
前駆体を一体化して１枚のシート状部材を得る。この場
合、各シート状前駆体は一体焼成されるので、特別な接
着処理が不要である。また、各シート状前駆体の接合面
において高いシール性を得ることもできる。

【００３５】また、１枚のシート状部材には、複数ユニ
ット分の圧力室１２…やノズル連通口５…等が形成され
ている。換言すれば、１枚のシート状部材から複数のア
クチュエータユニット（ヘッドチップ）３…を作製す
る。例えば、１つのアクチュエータユニット３となるチ
ップ領域を１枚のシート状部材内にマトリクス状に複数
設定する。そして、圧電素子１７等の必要な部材を各チ
ップ領域内に形成した後、このシート状部材（セラミッ
クスシート）をチップ領域毎に切断することで、複数の
アクチュエータユニット３…を得る。

【００３６】上記の圧力室１２は、ノズル列１１とは直
交する方向に細長い空部であり、ノズル開口９に対応す
る複数形成されている。即ち、図２に示すように、ノズ
ル列方向に列設されている。そして、各圧力室１２…の
一端は、ノズル連通口５を通じて対応するノズル開口９
に連通する。また、ノズル連通口５とは反対側の圧力室
１２の他端は、供給側連通口１５及びインク供給口４を
通じて共通インク室７に連通している。さらに、この圧
力室１２の一部は、振動板１４によって区画されてい
る。

【００３７】上記の圧電素子１７は、所謂撓み振動モー
ドの圧電素子であり、圧力室１２とは反対側の振動板表
面に圧力室１２毎に形成されている。この圧電素子１７
の幅は圧力室１２の幅と略等しく、長さは圧力室１２の
長さよりも多少長い。そして、圧電素子１７は、圧力室
１２の長手方向を覆うように形成されている。この圧電
素子１７は、例えば、図３に示すように、圧電体層３１
と共通電極３２と駆動電極３３等によって構成される多
層構造であり、駆動電極３３と共通電極３２とによって
圧電体層３１を挟んでいる。なお、この圧電素子１７に
ついては、後で詳しく説明する。

【００３８】上記の駆動電極３３には駆動信号の供給源
（図示せず）が導通、即ち、電気的に接続される。ま
た、共通電極３２は例えば接地電位に調整される。駆動
電極３３に駆動信号が供給されると、駆動電極３３と共
通電極３２との間には電位差に応じた強さの電場が発生
される。この電場は圧電体層３１に付与されるので、圧
電体層３１は付与された電場の強さに応じて変形する。
即ち、駆動電極３３の電位を高くする程、圧電体層３１
は電場と直交する方向に収縮し、圧力室１２の容積を少
なくするように振動板１４を変形させる。一方、駆動電
極３３の電位を低くする程、圧電体層３１は電界と直交
する方向に伸長し、圧力室１２の容積を増やすように振
動板１４を変形させる。

【００３９】そして、このアクチュエータユニット３と
上記の流路ユニット２とは、互いに接合される。例え
ば、供給口形成基板６と蓋部材１６との間にシート状接
着剤を介在させ、この状態でアクチュエータユニット３
を流路ユニット２側に加圧することで接着される。

【００４０】このように構成されたヘッド本体１には、
共通インク室７からインク供給口４、供給側連通口１
５、圧力室１２、及び、ノズル連通口５を通じてノズル
開口９に至る一連のインク流路がノズル開口９毎に形成
されている。使用時においてこのインク流路内はインク
（液体の一種）で満たされている。そして、圧電素子１
７を変形させることで対応する圧力室１２が収縮或いは
膨張し、圧力室１２内のインクに圧力変動が生じる。こ
のインク圧力を制御することで、ノズル開口９からイン
ク滴を吐出させることができる。例えば、定常容積の圧
力室１２を一旦膨張させた後に急激に収縮させると、圧
力室１２の膨張に伴ってインクが充填され、その後の急
激な収縮によって圧力室１２内のインクが加圧されてイ
ンク滴が吐出される。

【００４１】ここで、高速記録のためには、より多くの
インク滴を短時間で吐出させる必要がある。この要求に
応えるためには、圧力室１２を区画している部分の振動
板１４及び圧電素子１７（即ち、圧力室１２における変
形部分）のコンプライアンスと、圧電素子１７の変形量
とを考慮する必要がある。即ち、上記変形部分のコンプ
ライアンスが大きくなる程、変形に対する応答性が悪く
なり、高い周波数での駆動が困難になるからである。ま
た、変形部分のコンプライアンスが小さくなる程に、こ
の変形部分が変形し難くなって圧力室１２の収縮量が少
なくなり、１滴のインク量が減ってしまうからである。

【００４２】このような観点から、既に実用化されてい
る撓み振動モードの圧電素子を用いた記録ヘッドでは、
圧電素子は単層の圧電体を共通電極と駆動電極とで挟ん
だ単層構造のものが用いられており、最大応答周波数は
２５ｋＨｚ程度、最大インク滴量は１３ｐＬ（ピコリッ
トル）程度であった。

【００４３】そして、本実施形態では、多層構造の圧電
素子１７を用いて振動板１４のコンプライアンスを小さ
くし、さらに、この圧電素子１７の構造を改良すること
により、必要量のインク滴を従来よりも高い周波数で吐
出可能にした。以下、この点について説明する。

【００４４】まず、圧電素子１７の構造について詳細に
説明する。図３に示すように、圧電体層３１は、互いに
積層された上層圧電体（外側圧電体，第２の圧電体）３
４及び下層圧電体（内側圧電体，第１の圧電体）３５か
ら構成される。また、共通電極３２は、共通上電極（共
通外電極，第３の電極）３６及び共通下電極（共通内電
極，第１の電極）３７から構成される。そして、この共
通電極３２と駆動電極（個別電極，第２の電極）３３と
が電極層を構成する。

【００４５】なお、ここでいう「上（外）」或いは「下
（内）」とは、振動板１４を基準とした位置関係を示し
ている。換言すれば、圧電素子１７における振動板１４
との接合面（圧電素子１７の変形を出力するための作用
面とも表現できる。）を基準とした位置関係を示してい
る。そして、「上（外）」とあるのは振動板１４から遠
い側を示し、「下（内）」とあるのは振動板１４に近い
側を示している。

【００４６】上記の駆動電極３３は上層圧電体３４と下
層圧電体３５の境界に形成され、共通下電極３７は下層
圧電体３５と振動板１４との間に形成される。また、共
通上電極３６は駆動電極３３（下層圧電体３５）とは反
対側の上層圧電体３４の表面に形成される。即ち、この
圧電素子１７は、振動板側から、共通下電極３７、下層
圧電体３５、駆動電極３３、上層圧電体３４、共通上電
極３６の順で積層された多層構造である。そして、圧電
体層３１の厚さは上層圧電体３４と下層圧電体３５の２
層を合計して約１７μｍであり、共通電極３２を含めた
圧電素子１７の全体の厚さは約２０μｍである。なお、
従来の単層構造の圧電素子１７にあっては、素子全体の
厚さが約１５μｍである。従って、圧電素子１７の厚さ
が増したことから、その分だけ振動板１４のコンプライ
アンスが小さくなっている。

【００４７】上記の共通上電極３６と共通下電極３７
は、駆動信号に拘わらず一定の電位に調整される。本実
施形態において、これらの共通上電極３６と共通下電極
３７は、電気的に絶縁された状態で形成され、分極工程
の終了後に導通される。そして、これらの共通電極３
６，３７は、例えば接地電位に調整される。上記の駆動
電極３３は、駆動信号の供給源に導通され、供給された
駆動信号に応じて電位を変化させる。従って、駆動信号
が供給されると、駆動電極３３と共通上電極３６との
間、及び、駆動電極３３と共通下電極３７との間には、
それぞれ向きが反対の電場が生じる。

【００４８】そして、これらの各電極３３，３６，３７
を構成する材料としては、例えば、金属単体、合金、電
気絶縁性セラミックスと金属との混合物等の各種導体が
選択されるが、焼成温度において変質等の不具合が生じ
ないことが要求される。本実施形態では、共通上電極３
６に金を用い、共通下電極３７及び駆動電極３３に白金
を用いている。

【００４９】上記の上層圧電体３４と下層圧電体３５は
共に、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分
とする圧電材料によって作製されている。そして、上層
圧電体３４と下層圧電体３５とは分極方向が反対であ
る。このため、駆動信号供給時の伸縮方向が上層圧電体
３４と下層圧電体３５とで揃い、支障なく変形すること
ができる。即ち、上層圧電体３４及び下層圧電体３５
は、駆動電極３３の電位を高くする程に圧力室１２の容
積を少なくするように振動板１４を変形させ、駆動電極
３３の電位を低くする程に圧力室１２の容積を増やすよ
うに振動板１４を変形させる。

【００５０】この多層構造の圧電素子１７を効率よく変
形させるには、駆動信号の供給に伴う上層圧電体３４の
変形度合いを下層圧電体３５の変形度合いよりも大きく
することが好ましい。即ち、同じ駆動信号が供給された
場合に、上層圧電体３４を下層圧電体３５よりも大きく
変形させるようにすることが好ましい。これは、上層圧
電体３４の方が振動板１４から離隔しているため、その
変形量が増幅されて振動板１４に作用し、振動板１４の
変形量を大きくすることができるからである。そして、
振動板１４を大きく変形できると、収縮時における圧力
室１２の容積をより小さくでき、単に多層構造の圧電素
子１７を用いた場合よりも、圧力室１２の膨張時と収縮
時の容積差を広げることができる。その結果、インク滴
の吐出量を増やすことができる。

【００５１】そして、上層圧電体３４の変形度合いを下
層圧電体３５の変形度合いよりも大きくするには、例え
ば、上層圧電体３４の分極度合いを下層圧電体３５の分
極度合いよりも大きくしたり、上層圧電体３４の厚さｔ
ｐ１を下層圧電体３５の厚さｔｐ２の３／４以下に設定
したりすればよい。

【００５２】また、上記の共通上電極３６には、他の電
極（駆動電極３３，共通下電極３７）よりも薄く、柔軟
性が高い電極材料を用いている。これは、この共通上電
極３６が他の電極よりも大きく変形することに起因す
る。即ち、この共通上電極３６は、上層圧電体３４の表
面に形成されているので、他の電極よりも大きく変形す
る。このため、共通上電極３６については、他の電極よ
りも柔らかい材料を用い、及び／又は、層厚を薄くする
ことで、変形の繰り返しによる破損を防止できる。ま
た、層厚を薄くしても電気抵抗が過度に高くならないよ
うに、導電性が良い電極材料を用いてもよい。

【００５３】具体的に説明すると、電極材料に関して
は、上記したように、共通上電極３６を金で作製し、駆
動電極３３及び共通下電極３７を白金で作製している。
そして、電極の厚さに関し、共通下電極３７及び駆動電
極３３は２〜３μｍであるのに対し、共通上電極３６
（ｔｅ１）はその１／１０程度（例えば、０．３μｍ）
にする。この構成により、共通上電極３６を圧電素子１
７に追従させて変形させることができ、圧電素子１７の
変形量が損なわれてしまう不具合を防止できる。また、
圧電素子１７の変形が繰り返し行われても断線等の故障
が生じ難い。さらに、共通上電極３６を通じて電流を効
率よく流すことができる。

【００５４】そして、上記の駆動電極３３は、図５に示
すように、圧電素子１７の一方の端部で圧電素子１７の
外側に露出し、導通電極３９を通じて供給端子４０に導
通されている。この供給端子４０は、駆動信号を供給す
るための接点端子であり、駆動電極３３毎に複数形成さ
れている。各供給端子４０…には、フレキシブル・フラ
ット・ケーブル（ＦＦＣ）が備える駆動信号供給用の接
点端子（図示せず）が導通される。従って、駆動信号
は、供給端子４０及び導通電極３９を通じて、対応する
駆動電極３３に供給される。なお、導通電極３９は、圧
電素子１７の端面、振動板１４の表面、及び、供給端子
４０が設けられる端子基板４１の表面に一連に形成され
ている。そして、上記したように、共通下電極３７も振
動板１４の表面に形成されているが、導通電極３９と共
通下電極３７との間には電極が形成されない断線領域Ｘ
を設けてあるので、導通電極３９と共通下電極３７とは
電気的に絶縁されている。

【００５５】ところで、上記したように、圧電素子１７
はノズル開口９毎に形成されるので、圧電素子１７の数
は１つのノズル列１１に対して９２個となる。そして、
共通上電極３６と共通下電極３７は互いに導通される
が、両共通電極３６，３７を圧電素子１７毎に導通させ
たのでは作業効率が悪く生産性の向上が図れない。その
一方で、共通電極３２（３６，３７）の形成時に両共通
電極３６，３７を導通させてしまうと、上層圧電体３４
と下層圧電体３５の分極条件が分極電圧に応じて定まっ
てしまう。このため、所望の圧電特性を付与することが
困難である。

【００５６】この点に鑑み、本実施形態では、共通上電
極３６及び共通下電極３７を、基電極と複数の枝電極と
からなる櫛歯状電極によって構成し、上層圧電体３４と
下層圧電体３５とを個別に分極処理した後に基電極同士
を導通させる構成としている。即ち、各共通電極３６，
３７に関し、電極形成時においては互いに電気的に絶縁
した状態とし、圧電体特性の測定処理の後に導通する構
成としている。以下、この点について説明する。

【００５７】図５から図７に示すように、共通上電極３
６は、ノズル列方向に細長い直線帯状の基電極（幹電
極）４２と、この基電極４２の一側から圧電素子１７
（上層圧電体３４）の表面を覆うように一連に形成され
た複数の枝電極４３…とから構成された櫛歯状電極によ
って構成される。

【００５８】上記の基電極４２は、振動板１４の表面に
形成されており、その幅は全ての圧電素子１７に対して
同時に駆動信号が供給されても支障なく電流を流せるよ
うに、枝電極４３の幅よりも十分に広く設定されてい
る。そして、この基電極４２の長手方向端部には、図７
（ａ）に点線で示すように、導通領域４２ａ（導通部の
一種）を設けてある。この導通領域４２ａは、共通上電
極３６と共通下電極３７とを導通させる際に用いられる
（後述する）。また、各枝電極４３…は、図６に示すよ
うに、圧電体層３１の一端（基電極４２に近い側の端
部）の傾斜面を通って上層圧電体３４の表面に形成され
る。

【００５９】各枝電極４３…の先端（基電極４２とは反
対側の端部）は、図５に示すように、上層圧電体３４に
おける他端の手前に位置している。これは、枝電極４３
と駆動電極３３とが空中放電によって短絡してしまう不
具合を防止するためである。即ち、各枝電極４３…の端
部と駆動電極３３とを離隔した状態で形成することで、
両電極４３，３３間の短絡を防止することができる。

【００６０】また、共通下電極３７は、その全体が振動
板表面に形成され、図７（ｂ）に示すように、ノズル列
方向に細長い直線帯状の基電極（幹電極）４４と、この
基電極４４の一側から各圧電素子１７（下層圧電体３
５）毎に形成された複数の枝電極４５…と、基電極４４
の一端から枝電極４５とは反対側に延設された導通帯部
４６（導通部の一種）とから構成された櫛歯状電極によ
って構成される。

【００６１】上記の基電極４４は、全ての圧電素子１７
に対して同時に駆動信号が供給されても支障なく電流を
流せるように、その幅が各枝電極４５…よりも十分に広
く設定されている。そして、上記の枝電極４５は、圧電
体層３１（下層圧電体３５）と振動板１４の間に位置
し、その先端（基電極４４とは反対側の端部）は、図５
に示すように、共通上電極３６と揃えられている。ま
た、上記の導通帯部４６は、この共通下電極３７を共通
上電極３６に導通させる際に用いられる。即ち、この導
通帯部４６は、共通上電極３６の導通領域４２ａに近接
した位置に形成されており、図８（ｆ）に示すように、
導通領域４２ａと導通帯部４６とを跨いだ状態で半田や
ボンディングワイヤ等の導通部材４７が設けられる。従
って、これらの両共通電極３６，３７を導通させるにあ
たっては、導通領域４２ａと導通帯部４６の両方を跨が
せて導通部材４７を形成するだけで足り、作業の簡素化
が図れ、且つ、自動化にも適する。

【００６２】次に、図８を参照して、上記した共通上電
極３６及び共通下電極３７の形成手順と、各層圧電体３
４，３５の分極処理とを説明する。なお、両共通電極３
６，３７の形成と各層圧電体３４，３５の分極は一連の
工程（素子形成工程，切断工程，分極工程）で行われ
る。このため、その一連の工程について説明する。

【００６３】素子形成工程では、分極処理される前の圧
電素子１７（説明の便宜上「分極前圧電素子１７」とも
いう。）を振動板１４の表面に形成する。この素子形成
工程では、まず、図８（ａ）に示すように、支持部材の
一種である振動板１４の表面に共通下電極３７を形成す
る（第１工程）。本実施形態では、この共通下電極３７
の形成を印刷法（厚膜印刷）によって行っている。この
ため、まず振動板１４上の所定位置にマスクを載置し、
白金ペースト（電極材料の一種）をこのマスクを介して
上記した櫛歯状パターンに塗布する。白金ペーストを振
動板１４上に塗布したならば、この白金ペーストを焼成
する。例えば、白金ペーストが塗布されたシート状部材
（焼成によって一体化された圧力室形成基板１３，振動
板１４，蓋部材１６のシート状前駆体）を焼成炉に入れ
て所定温度で所定時間に亘って焼成する。この焼成によ
り、振動板１４の表面には共通下電極３７が形成され
る。なお、本実施形態では、この第１工程で導通電極３
９も振動板１４の表面に形成している。

【００６４】共通下電極３７を形成したならば、次に、
図８（ｂ）に示すように、その一部が共通下電極３７の
一部の上に重なる状態で下層圧電体３５を形成する（第
２工程）。ここでは、振動板１４上の所定位置にマスク
を載置した後、圧電材料（例えば、ジルコン酸チタン酸
鉛）のペーストを振動板１４の表面に所定パターンで塗
布する。具体的には、共通下電極３７の枝電極４５に重
ねて下層圧電体３５となる圧電材料を塗布する。圧電材
料を塗布したならば、このペースト状の圧電材料を焼成
する。

【００６５】その後は、図８（ｃ）〜（ｅ）に示すよう
に、同様な手順で、駆動電極３３、上層圧電体３４、共
通上電極３６を順に形成する（第３工程〜第５工程）。
即ち、第３工程では、下層圧電体３５の表面に白金ペー
スト（電極材料の一種）を塗布し、その後焼成すること
で駆動電極３３を形成する。また、第４工程では、駆動
電極３３を覆うように、下層圧電体３５の上に重ねてペ
ースト状の圧電材料を塗布し、その後焼成することで上
層圧電体３４を形成する。同様に、第５工程では、上層
圧電体３４の表面に金ペースト（電極材料の一種）を塗
布し、その後焼成することで共通上電極３６を形成す
る。

【００６６】共通上電極３６の形成により、分極前圧電
素子１７が振動板１４の表面に作製される。そして、分
極前圧電素子１７を形成したならば、導通端子４０等の
必要な部材を形成し、素子形成工程を終了する。この素
子形成工程が終了したならば、切断工程に移行する。こ
の切断工程では、各チップ領域毎にセラミックスシート
を切断し、複数のアクチュエータユニット３…を得る。

【００６７】各アクチュエータユニット３…に切断した
ならば検査工程に移行し、圧電素子１７を構成する各層
が正常に作製されたことを検査する。本実施形態では、
圧電体層（アクト）の寸法（例えば、厚さや幅）に相関
のある静電容量を、各層圧電体３４，３５毎に測定す
る。即ち、この検査工程では、まだ両共通電極３６，３
７は導通されていないので、各層圧電体３４，３５毎に
静電容量を測定することができる。

【００６８】そして、全ての圧電素子１７…に対する検
査が終わったならば、測定した静電容量に基づいて、そ
のアクチュエータユニット３が、良品、或いは、不良品
であるのかを判断する。さらに、良品と判断されたアク
チュエータユニット３については、測定された静電容量
に基づいて分類する。例えば、アクチュエータユニット
３毎の平均静電容量に基づくランク分けを行ったり、静
電容量のばらつき範囲に基づくランク分けを行う。

【００６９】アクチュエータユニット３を分類したなら
ば、作製された圧電素子１７を分極処理する分極工程
（分極処理）を行う。この分極工程では、共通電極３２
と駆動電極３３とを用いて分極電圧を供給し、上層圧電
体３４及び下層圧電体３５を分極する。即ち、直流強電
界を加え、内部の電気双極子を一定方向に揃える。例え
ば、図９に示すように、選択スイッチＳ１を適宜切り替
えることで、共通上電極３６及び共通下電極３７の一方
を選択的に接地すると共に他方を電気的に浮遊状態（非
接続状態）とし、駆動電極３３を電源に接続することで
分極を行う。この場合において、本実施形態では分極用
の接点を駆動電極３３や各共通電極３６，３７で構成で
きるので、分極専用の端子を設ける必要がない。このた
め、作業性の向上が図れ、アクチュエータユニット３を
効率良く作製できる。ひいては、記録ヘッドを効率良く
作製できる。

【００７０】この場合、分極処理は、使用予定の駆動電
圧よりも十分に高い電圧で行われる。本実施形態では、
駆動電圧が３０Ｖ前後であるため、分極電圧は７０Ｖ前
後に設定される。さらに、この分極電圧、及び、分極電
圧を供給する供給時間（分極処理時間）は、上層圧電体
３４と下層圧電体３５とで個別に設定される。例えば、
圧電定数を高く設定したい場合には、標準電圧よりも高
い分極電圧に設定し、標準処理時間よりも長い分極処理
時間に設定する。反対に、圧電定数を低く設定したい場
合には、標準電圧よりも低い分極電圧に設定し、標準処
理時間よりも短い分極処理時間に設定する。このよう
に、各層圧電体３４，３５に対して異なる分極条件を設
定することで、各圧電素子１７に所望の圧電特性を付与
することができる。

【００７１】例えば、駆動信号に対する上層圧電体３４
の変形度合いを下層圧電体３５よりも大きくしたい場合
には、上層圧電体３４の分極率を下層圧電体３５の分極
率よりも高くすればよい。従って、上層圧電体３４の分
極時において、分極電圧を下層圧電体３５に対する分極
電圧よりも高く設定したり、分極処理時間を下層圧電体
３５に対する処理時間よりも長く設定したりすればよ
い。

【００７２】各層圧電体３４，３５を分極したならば、
導通工程に移行する。この導通工程では、図８（ｆ）に
示すように、分極処理後のアクチュエータユニット３に
対して半田付け等の導通処理を行い、共通上電極３６と
共通下電極３７とを導通させる。例えば、導通領域４２
ａと導通帯部４６とを跨いだ状態で半田やボンディング
ワイヤ等の導通部材４７を設ける。そして、この導通工
程の終了により、アクチュエータユニット３を製造する
一連の工程が終了する。

【００７３】以上説明したように、本実施形態では、分
極処理において駆動電極３３を通じて分極電圧を供給し
ているので作業性が良い。また、共通上電極３６と共通
下電極３７とが分極処理時において電気的に絶縁されて
いるので、上層圧電体３４と下層圧電体３５とを個別に
分極できる。このため、各層圧電体３４，３５を異なる
分極条件で分極することができる。例えば、分極電圧を
異ならせたり、分極時間を異ならせたりすることができ
る。さらに、測定処理においても共通上電極３６と共通
下電極３７とが電気的に絶縁されているので、１つの圧
電素子１７における圧電体特性を上層圧電体３４側と下
層圧電体３５側とに分けて測定できる。これにより、圧
電体特性の揃った圧電アクチュエータ３を選別すること
ができ、製造上の不具合を高い精度で発見することがで
きる。

【００７４】なお、以上は、共通上電極３６と共通下電
極３７の両方を櫛歯状電極によって構成した例を説明し
たが、少なくとも一方の共通電極３６，３７を圧電素子
１７毎に個別に形成し、フレキシブル・フラット・ケー
ブル等の配線部材によって共通上電極３６と共通下電極
３７とを導通させてもよい。

【００７５】図１０（ａ）〜（ｃ）に示した例は、共通
上電極３６´を圧電素子１７毎に個別に形成し、共通下
電極３７´を櫛歯状に形成したものである。そして、共
通上電極３６´と共通下電極３７´とを導通するにあた
り、配線部材５１を用いている点に特徴がある。即ち、
配線部材５１の接続部には、図１０（ｃ）にその一部を
示すように導電層５２を面状に形成し、この導電層５２
を共通下電極３７´（基電極）と各共通上電極３６´…
との間に架け渡した状態で接合する。このように構成し
ても、分極処理で１つの圧電素子１７を上層圧電体３４
と下層圧電体３５とに分けて分極できる。また、測定処
理において、圧電体特性を上層圧電体３４と下層圧電体
３５とに分けて測定できる。従って、圧電素子１７に所
望の圧電特性を付与することができるし、圧電体特性の
揃った圧電アクチュエータ３を選別できる。

【００７６】ところで、本発明は、上記実施形態に限定
されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて
種々の変形が可能である。

【００７７】まず、分極処理に関し、上記実施形態で
は、上層圧電体３４と下層圧電体３５とを個別に分極す
る場合を例示したが、上層圧電体３４と下層圧電体３５
とを同時に分極してもよい。この場合、選択スイッチＳ
１を設けずに共通上電極３６と共通下電極３７とを接地
電位に調整し、駆動電極３３を通じて分極電圧を供給す
る。このような方法を採ると、上層圧電体３４と下層圧
電体３５とを同時に分極できるので、作業の簡素化が図
れ、製造効率を向上させることができる。

【００７８】また、以上は、液体噴射ヘッドの一種であ
る記録ヘッド、並びに、この記録ヘッドに用いられる圧
電素子及び電歪アクチュエータに本発明を適用した例を
説明したが、これに限定されるものではない。本発明
は、例えば、液晶噴射ヘッドや色材噴射ヘッド等といっ
た他の液体噴射ヘッド、及び、この液体噴射ヘッド用の
圧電素子及び電歪アクチュエータにも適用できる。ま
た、マイクロポンプや発音体用の圧電素子及び電歪アク
チュエータにも適用できる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果を奏する。即ち、第２の圧電体及び第１の圧電
体を分極するにあたり、第３の電極及び第１の電極と第
２の電極との間に分極電圧を供給するので、分極専用の
端子を設ける必要がなく、構成の簡素化が図れる。これ
により、作業性が向上し製造効率を高めることができ
る。

【００８０】また、第３の電極と第２の電極の間に供給
される分極電圧と、第１の電極と第２の電極の間に供給
される分極電圧とを異ならせた場合には、圧電素子に種
々の圧電特性を付与することができる。これにより、所
望の圧電特性を付与できる。

【００８１】また、第３の電極と第２の電極の間と、第
１の電極と第２の電極の間とに同時に分極電圧を供給す
ることで、第２の圧電体と第１の圧電体とを同時に分極
するようにした場合には、作業性が向上し製造効率を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヘッド本体の基本構造を説明する断面図であ
る。

【図２】ヘッド本体をノズルプレート側から見た図であ
る。

【図３】アクチュエータユニットの構造を説明する図で
あり、圧力室長手方向で切断した断面図である。

【図４】アクチュエータユニットの構造を説明する図で
あり、圧力室幅方向で切断した断面図である。

【図５】駆動電極の端部構造を説明する断面図である。

【図６】共通電極の端部構造を説明する断面図である。

【図７】共通電極の構造を説明する図であり、（ａ）は
共通上電極の平面図、（ｂ）は共通下電極の平面図であ
る。

【図８】（ａ）〜（ｆ）は、圧電素子の作成過程を説明
する模式図である。

【図９】圧電素子に対する分極処理を説明する模式図で
ある。

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、共通上電極を圧電素子毎
に形成し、配線部材によって共通上電極と共通下電極と
を導通させた例を説明する図である。

【図１１】複数のヘッド本体を備えた記録ヘッドを説明
する図である。

【符号の説明】 １ ヘッド本体 ２ 流路ユニット ３ アクチュエータユニット ４ インク供給口 ５ ノズル連通口 ６ 供給口形成基板 ７ 共通インク室 ８ インク室形成基板 ９ ノズル開口 １０ ノズルプレート １１ ノズル列 １２ 圧力室 １３ 圧力室形成基板 １４ 振動板 １５ 供給側連通口 １６ 蓋部材 １７ 圧電素子 ３１ 圧電体層 ３２ 共通電極 ３３ 駆動電極 ３４ 上層圧電体 ３５ 下層圧電体 ３６ 共通上電極 ３７ 共通下電極 ３８ 圧力室隔壁 ３９ 導通電極 ４０ 供給端子 ４１ 端子基板 ４２ 共通上電極の基電極 ４３ 共通上電極の枝電極 ４４ 共通下電極の基電極 ４５ 共通下電極の枝電極 ４６ 共通下電極の導通帯部 ４７ 導通部材 ５１ 配線部材 ５２ 導電層 ６１ 取付ベース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ８１Ｃ 3/00 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｕ Ｈ０１Ｌ 41/09 41/18 １０１Ｄ 41/187 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ａ // Ｂ０５Ｂ 1/14 １０３Ｈ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料と電極材料とを積層して分極前
   圧電素子を形成する素子形成工程と、この分極前圧電素
   子に分極電圧を供給して分極する分極工程とを経て製造
   される圧電素子の製造方法において、 前記素子形成工程は、支持部材の表面に共通下電極を形
   成する第１工程と、共通下電極に重ねて下層圧電体を形
   成する第２工程と、共通下電極とは反対側の下層圧電体
   の表面に駆動電極を形成する第３工程と、駆動電極を覆
   うように上層圧電体を形成する第４工程と、駆動電極と
   は反対側の上層圧電体の表面に共通上電極を形成する第
   ５工程とを含み、 前記分極工程は、前記共通上電極と駆動電極の間、及
   び、共通下電極と駆動電極との間に分極電圧を供給する
   ことで、上層圧電体と下層圧電体とを分極することを特
   徴とする圧電素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記分極工程で、共通上電極と駆動電極
   の間に供給される分極電圧と、共通下電極と駆動電極の
   間に供給される分極電圧とを異ならせたことを特徴とす
   る請求項１に記載の圧電素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記分極工程で、共通上電極と駆動電極
   の間と、共通下電極と駆動電極の間とに個別に分極電圧
   を供給することで、上層圧電体と下層圧電体とを個別に
   分極することを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載の圧電素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記分極工程で、共通上電極と駆動電極
   の間と、共通下電極と駆動電極の間とに同時に分極電圧
   を供給することで、上層圧電体と下層圧電体とを同時に
   分極することを特徴とする請求項１に記載の圧電素子の
   製造方法。
5. 【請求項５】 前記分極工程よりも後に、前記共通上電
   極及び共通下電極を導通する導通工程を行うことを特徴
   とする請求項１から請求項４の何れかに記載の圧電素子
   の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５の何れかに記載の
   製造方法で製造されたことを特徴とする圧電素子。
7. 【請求項７】 圧電材料と電極材料とを積層して振動板
   の表面に分極前圧電素子を形成する素子形成工程と、こ
   の分極前圧電素子に分極電圧を供給して分極する分極工
   程とを経て製造される電歪アクチュエータの製造方法に
   おいて、 前記素子形成工程は、振動板の表面に共通下電極を形成
   する第１工程と、共通下電極に重ねて下層圧電体を形成
   する第２工程と、共通下電極とは反対側の下層圧電体の
   表面に駆動電極を形成する第３工程と、駆動電極を覆う
   ように上層圧電体を形成する第４工程と、駆動電極とは
   反対側の上層圧電体の表面に共通上電極を形成する第５
   工程とを含み、 前記分極工程は、前記共通上電極と駆動電極の間、及
   び、共通下電極と駆動電極との間に分極電圧を供給する
   ことで、上層圧電体と下層圧電体とを分極することを特
   徴とする電歪アクチュエータの製造方法。
8. 【請求項８】 前記分極工程で、共通上電極と駆動電極
   の間に供給される分極電圧と、共通下電極と駆動電極の
   間に供給される分極電圧とを異ならせたことを特徴とす
   る請求項７に記載の電歪アクチュエータの製造方法。
9. 【請求項９】 前記分極工程で、共通上電極と駆動電極
   の間と、共通下電極と駆動電極の間とに個別に分極電圧
   を供給することで、上層圧電体と下層圧電体とを個別に
   分極することを特徴とする請求項７または請求項８に記
   載の電歪アクチュエータの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記分極工程で、共通上電極と駆動電
    極の間と、共通下電極と駆動電極の間とに同時に分極電
    圧を供給することで、上層圧電体と下層圧電体とを同時
    に分極することを特徴とする請求項７に記載の電歪アク
    チュエータの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記分極工程よりも後に、前記共通上
    電極及び共通下電極を導通する導通工程を行うことを特
    徴とする請求項７から請求項１０の何れかに記載の電歪
    アクチュエータの製造方法。
12. 【請求項１２】 請求項７から請求項１１の何れかに記
    載の製造方法で製造されたことを特徴とする電歪アクチ
    ュエータ。
13. 【請求項１３】 圧電材料と電極材料とを積層して振動
    板の表面に分極前圧電素子を形成する素子形成工程と、
    この分極前圧電素子に分極電圧を供給して分極する分極
    工程とを経て製造される液体噴射ヘッドの製造方法にお
    いて、 前記素子形成工程は、振動板の表面に共通下電極を形成
    する第１工程と、共通下電極に重ねて下層圧電体を形成
    する第２工程と、共通下電極とは反対側の下層圧電体の
    表面に駆動電極を形成する第３工程と、駆動電極を覆う
    ように上層圧電体を形成する第４工程と、駆動電極とは
    反対側の上層圧電体の表面に共通上電極を形成する第５
    工程とを含み、 前記分極工程は、前記共通上電極と駆動電極の間、及
    び、共通下電極と駆動電極との間に分極電圧を供給する
    ことで、上層圧電体と下層圧電体とを分極することを特
    徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
14. 【請求項１４】 前記分極工程で、共通上電極と駆動電
    極の間に供給される分極電圧と、共通下電極と駆動電極
    の間に供給される分極電圧とを異ならせたことを特徴と
    する請求項１３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
15. 【請求項１５】 前記分極工程で、共通上電極と駆動電
    極の間と、共通下電極と駆動電極の間とに個別に分極電
    圧を供給することで、上層圧電体と下層圧電体とを個別
    に分極することを特徴とする請求項１３または請求項１
    ４に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
16. 【請求項１６】 前記分極工程で、共通上電極と駆動電
    極の間と、共通下電極と駆動電極の間とに同時に分極電
    圧を供給することで、上層圧電体と下層圧電体とを同時
    に分極することを特徴とする請求項１３に記載の液体噴
    射ヘッドの製造方法。
17. 【請求項１７】 前記分極工程よりも後に、前記共通上
    電極及び共通下電極を導通する導通工程を行うことを特
    徴とする請求項１３から請求項１６の何れかに記載の液
    体噴射ヘッドの製造方法。
18. 【請求項１８】 請求項１３から請求項１７の何れかに
    記載の製造方法で製造されたことを特徴とする液体噴射
    ヘッド。