JP2009135257A - アクチュエータの分類方法、活性層の厚み測定方法、記録ヘッドの製造方法、及び、記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユニモルフ型のアクチュエータの正確な動作特性を容易に把握する。
【解決手段】個別電極と共通電極との間に配置された活性層及び活性層との間に共通電極を挟む非活性層を含むアクチュエータユニット全体の厚みであるアクチュエータ厚ｔ_０を測定する（アクチュエータ厚測定工程）。個別電極と共通電極との間の静電容量Ｃを測定する（静電容量測定工程）。活性層の抗電界Ｅ_０を測定する（抗電界測定工程）。活性層の抗電圧Ｖを測定する（抗電圧測定工程）。抗電圧Ｖを抗電界Ｅ_０で除して活性層の厚みである活性層厚ｔ_１を算出する（活性層厚測定工程）。アクチュエータ厚ｔ_０、静電容量Ｃ及び活性層厚ｔ_１に基づいてアクチュエータユニットの変位量δに関する動作特性パラメータを算出する（動作特性パラメータ算出工程）。
【選択図】図７

Description

本発明は、ユニモルフ型のアクチュエータの分類方法、活性層の厚み測定方法、記録ヘッドの製造方法、及び、記録装置に関する。

記録用紙等の被記録媒体にインク滴を吐出するインクジェットプリンタが有するインクジェットヘッドとしては、インク滴を吐出するノズルとノズルに連通する圧力室とが形成された流路ユニットと、複数の圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与する複数のアクチュエータとを有するものがある。アクチュエータは、圧力室の容積を変化させることにより各圧力室のインクに圧力を付加するものであり、複数の圧力室に跨る活性層となる第１圧電層と、各圧力室に対向する複数の個別電極と、複数の個別電極に第１圧電層を介して対向する基準電位が付与された共通電極と、第１圧電層との間に共通電極を挟む非活性層となる第２圧電層とを有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このアクチュエータは、パルス状の駆動信号が各個別電極に付与されることによって、当該個別電極と共通電極との間に挟まれた第１圧電層の部分に対してその厚み方向に電界が作用し、この部分の第１圧電層を面方向に伸張させる。このとき、圧力室の容積が変化して圧力室内のインクに圧力（吐出エネルギー）が付与される。すなわち、このアクチュエータは、ユニモルフ型のアクチュエータである。

ユニモルフ型のアクチュエータにおいては、製造条件（焼成条件、材料のばらつきなど）が異なることによって、動作特性にばらつきが生じる。したがって、上述した複数のアクチュエータを有するインクジェットヘッドにおいては、動作特性によってアクチュエータを選別し、同一の動作特性を有するアクチュエータのみを用いることが好ましい。このような圧電層を有するアクチュエータを選別する方法としては、アクチュエータの静電容量Ｃに基づいて推定された動作特性（変位特性）によって選別する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−１８５８７９号公報（図３） 特開２００５−１６９８０４号公報（図６）

しかしながら、ユニモルフ型のアクチュエータの動作特性は、静電容量Ｃのみで決定されるものではなく、活性層の厚みの影響が大きい。したがって、アクチュエータの静電容量Ｃのみで正確な動作特性を把握することが難しい。一方、活性層の厚みを測定するには、アクチュエータの断面を観察するなど繁雑な作業が必要となる。

そこで、本発明は、ユニモルフ型のアクチュエータの正確な動作特性を容易に把握することができるアクチュエータの分類方法、活性層の厚み測定方法、記録ヘッドの製造方法、及び、記録装置を提供することを目的とする。

本発明のアクチュエータの分類方法は、第１電極、第２電極、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された圧電層である活性層及び前記活性層との間に前記第２電極を挟む非活性層を含むアクチュエータの分類方法であって、前記第１電極及び前記第２電極間に所定の電圧を印加することによって前記活性層を分極させたのちに、前記第１電極及び前記第２電極間に印加する電圧値を変化させることによって前記活性層の分極が０となるときの抗電圧Ｖの絶対値を測定する抗電圧測定工程と、前記抗電圧測定工程において測定された前記抗電圧Ｖに基づいて、前記第１電極及び前記第２電極間に電圧を印加したときの前記アクチュエータの変位量に関する動作特性パラメータを算出する動作特性パラメータ算出工程と、前記動作特性パラメータ算出工程において算出された前記動作特性パラメータによって前記アクチュエータを分類する分類工程とを備えている。

上述したように、ユニモルフ型のアクチュエータの動作特性は、活性層の厚みが影響する。同じ材料且つ同じ製法によって形成されたアクチュエータにおいては、活性層に係る抗電界がほぼ同じ値となる。このとき、活性層に係る抗電圧と活性層の厚みとが比例関係にあるため、アクチュエータの動作特性であるアクチュエータの変位量は、活性層に係る抗電圧が影響する。本発明によると、アクチュエータの変位量に大きな影響を与える抗電圧Ｖを用いて動作特性パラメータを算出するため、アクチュエータの正確な動作特性を容易に把握することができる。

本発明の活性層の厚み測定方法は、第１電極、第２電極、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された圧電層である活性層及び前記活性層との間に前記第２電極を挟む非活性層を含むアクチュエータにおける前記活性層の厚み測定方法である。前記第１電極及び前記第２電極間に所定の電圧を印加することによって前記活性層を分極させたのちに、前記第１電極及び前記第２電極間に印加する電圧値を変化させることによって前記活性層の分極が０となるときの抗電圧Ｖの絶対値を測定する抗電圧測定工程と、前記抗電圧測定工程において測定された前記抗電圧Ｖを、前記活性層に係る抗電界Ｅ_０で除して、前記活性層の厚みである活性層厚ｔ_１を算出する活性層厚算出工程とを備えている。これによると、抗電圧Ｖと抗電界Ｅ_０から活性層厚ｔ_１を算出するため、活性層の厚みを正確に把握することができる。

本発明のアクチュエータの分類方法においては、前記抗電圧測定工程において測定された前記抗電圧Ｖを、前記活性層に係る抗電界Ｅ_０で除して、前記活性層の厚みである活性層厚ｔ_１を算出する活性層厚算出工程をさらに備えており、前記動作特性パラメータ算出工程においては、前記活性層厚算出工程において算出された前記活性層厚ｔ_１に基づいて、前記動作特性パラメータを算出することが好ましい。これによると、アクチュエータの変位量に大きな影響を与える活性層厚ｔ_１を用いて動作特性パラメータを算出するため、より正確なアクチュエータの動作特性を把握することができる。

このとき、前記動作特性パラメータ算出工程においては、前記活性層厚算出工程において算出された前記活性層厚ｔ_１、及び、前記アクチュエータ全体の厚みであるアクチュエータ厚ｔ_０に基づいて、前記動作特性パラメータを算出してもよい。

または、前記動作特性パラメータ算出工程においては、前記活性層厚算出工程において算出された前記活性層厚ｔ_１、及び、前記第１電極及び前記第２電極間の静電容量Ｃに基づいて、前記動作特性パラメータを算出してもよい。

さらには、前記動作特性パラメータ算出工程においては、前記活性層厚算出工程において算出された前記活性層厚ｔ_１、前記アクチュエータ全体の厚みであるアクチュエータ厚ｔ_０、及び、前記第１電極及び前記第２電極間の静電容量Ｃに基づいて、前記動作特性パラメータを算出してもよい。

これらによると、より一層正確な動作特性パラメータを算出することができる。

また、本発明においては、前記活性層厚算出工程において算出された前記活性層厚ｔ_１に前記第１電極及び前記第２電極間の静電容量Ｃを乗じた値を、前記活性層を挟む前記第１電極及び前記第２電極の少なくともいずれか一方の面積である電極面積Ｓで除することによって、前記活性層の誘電率εを算出する誘電率算出工程をさらに備えており、前記動作特性パラメータ算出工程においては、前記活性層厚ｔ_１、前記アクチュエータ全体の厚みであるアクチュエータ厚ｔ_０、及び、前記誘電率算出工程において算出された前記誘電率εに基づいて、前記動作特性パラメータを算出してもよい。

または、前記活性層厚算出工程において算出された前記活性層厚ｔ_１に前記第１電極及び前記第２電極間の静電容量Ｃを乗じた値を、前記活性層の誘電率εで除することによって、前記活性層を挟む前記第１電極及び前記第２電極の少なくともいずれか一方の面積である電極面積Ｓを算出する電極面積算出工程をさらに備えており、前記動作特性パラメータ算出工程においては、前記活性層厚ｔ_１、前記アクチュエータ全体の厚みであるアクチュエータ厚ｔ_０、及び、前記電極面積算出工程において算出された前記電極面積Ｓに基づいて、前記動作特性パラメータを算出してもよい。

これによると、アクチュエータの変位量に影響を与える誘電率εや電極面積Ｓをさらに用いて動作特性パラメータを算出するため、さらにより一層正確な動作特性パラメータを算出することができる。

また、本発明においては、前記アクチュエータ厚ｔ_０を測定するアクチュエータ厚測定工程をさらに備えていてもよいし、前記静電容量Ｃを測定する静電容量測定工程をさらに備えていてもよい。これらによると、より一層正確な動作特性パラメータを算出することができる。

本発明の記録ヘッドの製造方法は、共通インク室の出口から圧力室を介して液滴を吐出するノズルに至る複数の個別流路を有する流路ユニットを形成する流路ユニット形成工程と、前記圧力室に関連付けられた複数の第１電極、第２電極、前記複数の第１電極と前記第２電極との間に配置された圧電層である活性層及び前記活性層との間に前記第２電極を挟む非活性層を含むアクチュエータを形成するアクチュエータ形成工程と、前記第１電極及び前記第２電極間に所定の電圧を印加することによって前記活性層を分極させたのちに、前記第１電極及び前記第２電極間に印加する電圧値を変化させることによって前記活性層の分極が０となるときの抗電圧Ｖの絶対値を測定する抗電圧測定工程と、前記抗電圧測定工程において測定された前記抗電圧Ｖに基づいて、前記第１電極及び前記第２電極間に電圧を印加したときの前記アクチュエータの変位量に関する動作特性パラメータを算出する動作特性パラメータ算出工程と、前記動作特性パラメータ算出工程において算出された前記動作特性パラメータによって前記アクチュエータを分類する分類工程と、前記分類工程において同一に分類された前記動作特性パラメータを有する複数の前記アクチュエータを前記流路ユニットに組み付ける組み付け工程とを備えている。

本発明によると、抗電圧Ｖを測定することによって、アクチュエータを破損することなく、活性層の厚みを容易に把握することができる。そして、記録ヘッドにおいて、同一に分類された動作特性パラメータを有する複数のアクチュエータが組み付けるため、当該記録ヘッドに係る各ノズルからの液滴吐出特性を均一化することができる。

本発明の記録装置は、上述した記録ヘッドの製造方法によって製造された記録ヘッドと、前記記録ヘッドに係る前記アクチュエータを制御する制御手段とを備えており、前記制御手段が、当該アクチュエータに関する前記動作特性パラメータの値に基づいて、当該アクチュエータを駆動するときに前記第１電極及び前記第２電極間に印加する駆動電圧を決定する。

本発明によると、異なる動作特性パラメータのアクチュエータを有する記録ヘッド間で、ノズルからの液滴吐出特性がばらつくのを抑制することができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明に係る実施形態である制御装置を含むインクジェットプリンタの全体的な構成を示す概略側面図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１０１は、４つのインクジェットヘッド１を有するカラーインクジェットプリンタである。このインクジェットプリンタ１０１には、図中左方に給紙部１１が、図中右方に排紙部１２がそれぞれ構成されている。

インクジェットプリンタ１０１の内部には、給紙部１１から排紙部１２に向かって用紙Ｐが搬送される用紙搬送経路が形成されている。給紙部１１のすぐ下流側には、用紙を狭持搬送する一対の送りローラ５ａ、５ｂが配置されている。一対の送りローラ５ａ、５ｂは、用紙Ｐを給紙部１１から図中右方に送り出すためのものである。用紙搬送経路の中間部には、搬送機構１３が設けられている。この搬送機構１３は、２つのベルトローラ６、７と、両ローラ６、７の間に架け渡されるように巻回されたエンドレスの搬送ベルト８と、搬送ベルト８によって囲まれた領域内に配置されたプラテン１５とを含む。プラテン１５は、インクジェットヘッド１と対向する位置において搬送ベルト８が下方に撓まないように搬送ベルト８を支持するものである。ベルトローラ７と対向する位置には、ニップローラ４が配置されている。ニップローラ４は、給紙部１１から送りローラ５ａ、５ｂによって送り出された用紙Ｐを搬送ベルト８の外周面８ａに押さえ付けるものである。

搬送モータ１９（図６参照）がベルトローラ６を回転させることによって、搬送ベルト８が走行される。これにより、搬送ベルト８が、ニップローラ４によって外周面８ａに押さえ付けられた用紙Ｐを粘着保持しつつ排紙部１２に向けて搬送する。なお、搬送ベルト８の表面には、弱粘着性のシリコン樹脂層が形成されている。

搬送ベルト８のすぐ下流側には、剥離機構１４が設けられている。剥離機構１４は、搬送ベルト８の外周面８ａに粘着されている用紙Ｐを外周面８ａから剥離して、図中右方の排紙部１２に向けて導くように構成されている。

４つのインクジェットヘッド１は、４色のインク（マゼンタ、イエロー、シアン、ブラック）に対応して、搬送方向に沿って４つ並べて固定されている。つまり、このインクジェットプリンタ１０１は、ライン式プリンタである。４つのインクジェットヘッド１は、その下端にヘッド本体２をそれぞれ有している。ヘッド本体２は、搬送方向に直交した方向に長尺な細長い直方体形状となっている。また、ヘッド本体２の底面が外周面８ａに対向するインク吐出面２ａとなっている。搬送ベルト８によって搬送される用紙Ｐが４つのヘッド本体２のすぐ下方側を順に通過する際に、この用紙Ｐの上面すなわち印刷面に向けてインク吐出面２ａから各色のインクが吐出されることで、用紙Ｐの印刷面に所望のカラー画像を形成できるようになっている。

次に、図２〜図５を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。図２は、ヘッド本体２の平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。なお、図３では説明の都合上、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１１０、アパーチャ１１２及びノズル１０８を実線で描いている。図４は、図３に示すIV−IV線に沿った部分断面図である。図５は、アクチュエータユニット２１の部分断面図である。

ヘッド本体２は、インクを供給するリザーバユニット（不図示）やアクチュエータユニット２１を駆動させる駆動信号を生成するドライバＩＣ５１（図６参照）が組み付けられることによって、インクジェットヘッド１を構成するものである。

図２に示すように、ヘッド本体２は、４つのアクチュエータユニット２１が、流路ユニット９の上面９ａに固定されている。図３に示すように、流路ユニット９は、圧力室１１０等を含むインク流路が内部に形成されている。アクチュエータユニット２１は、各圧力室１１０に対応した複数のアクチュエータを含んでおり、ドライバＩＣ５１に駆動されることによって、圧力室１１０内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与する機能を有する。

流路ユニット９は、直方体形状となっている。流路ユニット９の上面９ａには、リザーバユニットのインク流出流路（不図示）に対応して、計１０個のインク供給口１０５ｂが開口している。流路ユニット９の内部には、図２及び図３に示すように、インク供給口１０５ｂに連通するマニホールド流路１０５及びマニホールド流路１０５から分岐した副マニホールド流路１０５ａが形成されている。流路ユニット９の下面には、多数のノズル１０８がマトリクス状に配置されたインク吐出面２ａが形成されている。圧力室１１０も流路ユニット９におけるアクチュエータユニット２１の固定面においてノズル１０８と同様マトリクス状に多数配列されている。

本実施形態では、等間隔に流路ユニット９の長手方向に並ぶ圧力室１１０の列が、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各圧力室列に含まれる圧力室１１０の数は、後述のアクチュエータユニット２１の外形形状（台形形状）に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。ノズル１０８も、これと同様の配置がされている。

図４に示すように、流路ユニット９は、ステンレス鋼など金属材料からなる９枚のプレート１２２〜１３０から構成されている。これらプレート１２２〜１３０は、主走査方向に長尺な矩形状の平面を有する。

これらプレート１２２〜１３０を互いに位置合わせしつつ積層することによって、プレート１２２〜１３０に形成された貫通孔が連結され、流路ユニット９内に、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａ、そして副マニホールド流路１０５ａの出口から圧力室１１０を経てノズル１０８に至る多数の個別インク流路１３２が形成される。

次に、流路ユニット９におけるインクの流れについて説明する。リザーバユニットからインク供給口１０５ｂを介して流路ユニット９内に供給されたインクは、マニホールド流路１０５から副マニホールド流路１０５ａに分岐される。副マニホールド流路１０５ａ内のインクは、各個別インク流路１３２に流れ込み、絞りとして機能するアパーチャ１１２及び圧力室１１０を介してノズル１０８に至る。

アクチュエータユニット２１について説明する。図２に示すように、アクチュエータユニット２１は、それぞれ台形の平面形状を有している。また、アクチュエータユニット２１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料から形成され、図５に示すように、３枚の圧電シート（圧電層）１４１〜１４３から構成されている。圧電シート１４１上の圧力室１１０に対向する位置には、個別電極１３５が形成されている。個別電極１３５は、圧力室１１０に対向して配置された電極部と、圧力室１１０に対向する領域の外にまで引き出された延出部とを有し、この延出部上にランド１３６が形成されている。最上層の圧電シート１４１とその下側の圧電シート１４２との間にはシート全面に形成された共通電極１３４が介在している。

共通電極１３４は、すべての圧力室１１０に対応する領域において等しくグランド電位が付与されている。一方、個別電極１３５は、ドライバＩＣ５１と電気的に接続されており、このドライバＩＣ５１からの駆動信号が選択的に入力されるようになっている。つまり、アクチュエータユニット２１において、個別電極１３５と圧力室１１０とで挟まれた部分が、個別のアクチュエータとして働き、圧力室１１０の数に対応した複数のアクチュエータが作り込まれている。

ここで、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。圧電シート１４１はその厚み方向に分極されており、個別電極１３５に対応した部分が、圧電効果によって撓む活性部として働く。そして、個別電極１３５を共通電極１３４と異なる電位にすると、この活性部には分極方向に電界が印加される。活性部は、電界と分極の方向が同じとき、厚み方向に伸張し面方向に収縮する。なお、このときの変位量は、厚み方向より面方向の方が大きい。このように、アクチュエータユニット２１は、圧力室１１０から離れた上側１枚の圧電シート１４１を、活性部を含む活性層とし、且つ、圧力室１１０に近い下側２枚の圧電シート１４２、１４３を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプのアクチュエータである。圧電シート１４１〜１４３は圧力室１１０を区画するキャビティプレート１２２の上面に固定されている。ここで、圧電シート１４１における電界印加部分とその下方の圧電シート１４２、１４３との間で平面方向への歪みに差が生じると、圧電シート１４１〜１４３全体が圧力室１１０の内側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。これにより、圧力室１１０内のインクに圧力（吐出エネルギー）が付与され、圧力室１１０内に圧力波が発生する。そして、発生した圧力波が圧力室１１０からノズル１０８まで伝播することによってノズル１０８からインク滴が吐出される。

なお、本実施形態においては、予め個別電極１３５に所定の電位を付与しておき、吐出要求があるごとに一旦個別電極１３５にグランド電位を付与し、その後所定のタイミングにて再び所定の電位を個別電極１３５に付与するような駆動信号をドライバＩＣ５１から出力させる。この場合、個別電極１３５がグランド電位になるタイミングで、圧力室１１０内のインクの圧力が降下して副マニホールド流路１０５ａから個別インク流路１３２へとインクが吸い込まれる。その後、再び個別電極１３５を所定の電位にしたタイミングで、圧力室１１０内のインクの圧力が上昇し、ノズル１０８からインク滴が吐出される。つまり、個別電極１３５に矩形波のパルスを付与する。このパルス幅は、圧力室１１０内において圧力波が副マニホールド流路１０５ａの出口からノズル１０８の先端まで伝播する時間長さであるＡＬ（Acoustic Length）であり、圧力室１１０内のインクが負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさるため、強い圧力でインク滴をノズル１０８から吐出させることができる。

次に、制御装置１６について図６を参照しつつ詳細に説明する。図６は、制御装置１６の機能ブロック図である。なお、図６においては、４つのインクジェットヘッド１のうち１つのみを模式的に示している。図６に示すように、制御装置１６は、動作パラメータ記憶部６５と、印刷データ記憶部６３と、ヘッド制御部６４と、搬送モータ制御部６６とを有している。

動作パラメータ記憶部６５は、アクチュエータユニット２１において、個別電極１３５及び共通電極１３４間に電圧を印加したときのアクチュエータユニット２１の変位量δを示す動作特性パラメータを記憶するものである。動作特性パラメータは、アクチュエータユニット２１の製造時において算出される。インクジェットヘッド１には４つのアクチュエータユニット２１が含まれているが、後述するように、これら４つのアクチュエータユニット２１は、ほぼ同じ動作特性パラメータを有しているため、動作パラメータ記憶部６５には１つの動作特性パラメータが記憶されている。なお、動作特性パラメータの具体的な内容及び算出方法については後述する。

印刷データ記憶部６３は、図示しないホストコンピュータから転送された印刷データを記憶するものである。印刷データには、用紙Ｐに形成すべき画像に関する画像データが含まれる。ヘッド制御部６４は、搬送機構１３によって搬送された用紙Ｐに印刷データ記憶部６３に記憶された印刷データに基づいて画像が形成されるように、ドライバＩＣ５１に制御信号を出力することによってインクジェットヘッド１を制御するものである。

搬送モータ制御部６６は、所定の速度パターン（加速パターン、定速パターン及び減速パターンを含む）で搬送ベルト８が駆動されるように搬送モータ１９の駆動速度を制御するものである。

ヘッド制御部６４は、印刷データ記憶部６３に記憶された印刷データに含まれる画像データに関する画像が搬送された用紙Ｐに印刷されるように、インクジェットヘッド１のノズル１０８からのインク滴の吐出を制御するものである。このとき、ヘッド制御部６４は、動作パラメータ記憶部６５に記憶されている動作特性パラメータに基づいて、ノズル１０８から吐出されるインク滴の体積が所定量になるように、ドライバＩＣ５１を制御する。具体的には、動作特性パラメータが示すアクチュエータユニット２１の変位量が大きくなるに伴って、駆動信号のパルス幅が小さくなるような波形パターンを生成（決定）する。これにより、異なる動作パラメータを有するアクチュエータユニット２１を含むインクジェットヘッド１間で、ノズル１０８からのインク吐出特性がばらつくのを抑制することができる。

次に、図７を参照しつつ、本発明に係るインクジェットヘッド１の製造方法について説明する。図７は、インクジェットヘッド１の製造方法を示す工程ブロック図である。図７に示すように、インクジェットヘッド１の製造方法は、流路ユニット形成工程と、アクチュエータ形成工程と、アクチュエータ厚測定工程と、静電容量測定工程と、抗電圧抗電界測定工程と、活性層厚算出工程と、誘電率算出工程と、動作パラメータ算出工程と、分類工程と、組み付け工程とを有している。

まず、流路ユニット形成工程においては、上述したように、プレート１２２〜１３０を互いに位置合わせしつつ積層及び接着することによって、流路ユニット９を形成する。次に、アクチュエータ形成工程においては、圧電シート１４１となるグリーンシートの表面に、共通電極１３４となる導体パターンを印刷し、さらに、圧電シート１４１となるグリーンシートとの間で共通電極１３４となる導体パターンを挟持するように圧電シート１４２、１４３となるグリーンシートを順に積層して積層体を形成する。そして、この積層体を焼成した後に、圧電シート１４１の表面に、複数の個別電極１３５を含む導体パターンを印刷して再び焼成し、アクチュエータユニット２１を形成する。

アクチュエータ厚測定工程においては、アクチュエータ形成工程において形成されたアクチュエータユニット２１全体の厚みであるアクチュエータ厚ｔ_０を測定する。本実施形態では、静電容量測定工程において、当該アクチュエータユニット２１に係る全ての個別電極１３５と共通電極１３４との間の総静電容量を測定し、測定した総静電容量を個別電極１３５の数で除することによって、個別電極１３５の静電容量Ｃの平均値を算出する。なお、サンプリングに当たって、アクチュエータユニット２１毎に、所定箇所及び所定数の個別電極１３５に係る個別の静電容量を測定し、その平均値を静電容量Ｃとしてもよい。

さらに、抗電圧抗電界測定工程においては、アクチュエータユニット２１の活性層である圧電シート１４１の抗電界Ｅ_０を予め求めておく。抗電界とは、圧電シート１４１のような強誘電体において分極反転を起こすときの電界であり、強誘電体の材質に係る電気特性を示すパラメータの１つである。なお、抗電圧抗電界測定工程においては、圧電シート１４１の抗電界Ｅ_０を測定するにあたって、圧電シート１４１そのものを用いてもよいが、本実施形態では、アクチュエータ形成工程において同一の材料及び焼成条件の同一ロットで形成されたアクチュエータユニット２１から選ばれた測定サンプルの抗電界Ｅ_０を測定する。同一の材料及び焼成条件で形成されたアクチュエータユニット２１間では、抗電界Ｅ_０がほぼ同じになる。

ここで、図８及び図９を参照しつつ、測定サンプルの抗電界Ｅ_０を測定する方法について説明する。図８は、抗電圧抗電界測定工程において測定サンプルに印加する電圧の波形パターンを示したものである。図９は、図８に示す波形パターンの電圧が印加された測定サンプルから得られる分極−電圧ヒステリシス特性を示すグラフである。まず、測定サンプルに係る分極−電圧ヒステリシス特性の測定を行う。具体的には、測定サンプルの個別電極１３５と共通電極１３４との間に、図８に示すような三角波が連続する波形パターンを有する電圧を印加する。なお、波形パターンのピーク電圧であるＶ０、−Ｖ０は、測定サンプルを完全に分極させる電圧である。この波形パターンの電圧が測定サンプルに印加されると、図９に示すように、測定サンプルが分極していない状態から電圧の印加が開始され、印加電圧が上昇するに伴って測定サンプルの分極が大きくなる。さらに印加電圧が上昇してＶ１になったとき、測定サンプルが完全に分極する。

そして、測定サンプルが完全に分極した後に印加電圧が降下する。印加電圧が降下するに伴って測定サンプルの分極が小さくなるが、印加電圧が０となっても、測定サンプルに残留分極が発生しているため、測定サンプルの分極が０にならない。印加電圧がさらに降下して−Ｖ１になったとき、測定サンプルの分極が０となる。そして、印加電圧がさらに降下すると分極の反転が始まり、−Ｖ０になったとき、測定サンプルが再び完全に分極する。その後、印加電圧が上昇するに伴って測定サンプルの分極が小さくなるが、印加電圧が０となっても、測定サンプルに残留分極が発生しているため、測定サンプルの分極が０にならない。印加電圧がさらに降下してＶ１になったとき、測定サンプルの分極が再び０となる。このように、分極が０となるときの印加電圧Ｖ１、−Ｖ１の絶対値を測定サンプルの抗電圧Ｖとする。そして、測定サンプルの活性層の厚みｔ_１を測定し、測定した厚みｔ_１で抗電圧Ｖを除して抗電界Ｅ_０を算出する。なお、活性層の厚みｔ_１は、測定サンプルを厚み方向に沿って切断し、その断面を電子顕微鏡で観測することによって測定することが可能である。

さらに、抗電圧抗電界測定工程においては、被分類対象物としてのアクチュエータユニット２１の活性層、すなわち、圧電シート１４１に係る抗電圧Ｖを測定する。上述の測定サンプルと同様に、まず、圧電シート１４１に係る分極−電圧ヒステリシス特性の測定を行う。つまり、個別電極１３５と共通電極１３４との間に、図８に示す三角波の電圧を印加することによって、図９に示すような、圧電シート１４１に係る分極−電圧ヒステリシス特性を測定する。そして、測定した分極−電圧ヒステリシス特性から得られた、分極が０となるときの印加電圧Ｖ１、あるいは−Ｖ１の絶対値を圧電シート１４１の抗電圧Ｖとする。

図７に戻って、活性層厚算出工程においては、圧電シート１４１すなわち活性層の厚みである活性層厚ｔ_１を算出する。活性層厚ｔ_１は、
ｔ_１＝Ｖ／Ｅ_０
によって算出される。

誘電率算出工程においては、静電容量測定工程において測定された静電容量Ｃと活性層厚算出工程において算出された活性層厚ｔ_１と個別電極１３５の表面積である電極面積Ｓから圧電シート１４１、すなわち、活性層の誘電率εを算出する。なお、電極面積Ｓは、個別電極１３５の設計値を用いるものとする。静電容量Ｃは、
Ｃ＝ε・Ｓ／ｔ_１ （ε＝ε_０・ε' ε：圧電シート１４１の誘電率、ε_０：真空の誘電率、ε'：比誘電率）
で表される。したがって、誘電率εは、
ε＝Ｃ・ｔ_１／Ｓ
によって算出される。

その後、動作パラメータ算出工程においては、アクチュエータ厚測定工程において測定されたアクチュエータ厚ｔ_０、静電容量測定工程において測定された静電容量Ｃ、及び、活性層厚算出工程において算出された活性層厚ｔ_１、及び、誘電率算出工程において算出された誘電率εに基づいて、動作特性パラメータを算出する。上述したように、動作特性パラメータは、アクチュエータユニット２１において、個別電極１３５及び共通電極１３４間に電圧を印加したときのアクチュエータユニット２１の変位量δを示すものである。この変位量δは、実測や解析によって求められた値を使って導かれる、
δ＝ｆ（ｔ_１，ｔ_０，ε）
で表される。この式に基づいて変位量δが動作特性パラメータとして算出される。

そして、分類工程においては、動作特性パラメータ算出工程において算出された動作特性パラメータによって各アクチュエータユニット２１を分類する。その後、組み付け工程においては、分類工程において同一に分類された動作特性パラメータを有する４つアクチュエータユニットを、流路ユニット形成工程において形成された流路ユニットに組み付ける。さらに、必要な電装系部品（アクチュエータユニット２１に接続される、ドライバＩＣ５１（図６参照）が実装されたＣＯＦ（Chip On Film）、制御基板など）や、インク供給系部品、保護カバーなどを組み付けてインクジェットヘッド１の製造が完了する。

以上、説明した本実施形態によると、圧電シート１４１に係る抗電圧Ｖ（実測値）及び抗電界Ｅ_０（予め求められた値）に基づいて圧電シート１４１すなわち活性層の厚みである活性層厚ｔ_１を算出し、静電容量Ｃ（実測値）、活性層厚ｔ_１及び電極面積Ｓ（予め決められた値）から誘電率εを算出する。そして、活性層厚ｔ_１、アクチュエータ厚ｔ_０及び誘電率εを用いて動作特性パラメータを算出する。このように、アクチュエータユニット２１の変位量に大きな影響を与える活性層厚ｔ_１、アクチュエータ厚ｔ_０及び誘電率εを用いて動作特性パラメータを算出しているため、当該アクチュエータユニット２１に係る正確な動作特性パラメータを容易に把握することができる。このとき、活性層の抗電圧Ｖを用いて活性層厚ｔ_１を算出するため、アクチュエータユニット２１を破損することがない。さらに、インクジェットヘッド１において、同一に分類された動作特性パラメータを有する複数のアクチュエータユニット２１が組み付けられるため、当該インクジェットヘッド１に係る各ノズルからのインク吐出特性を均一化することができる。

さらに、静電容量Ｃ及びアクチュエータ厚ｔ_０の実測値を用いているため、より正確な動作特性パラメータを算出することができる。

また、ヘッド制御部６４が、動作パラメータ記憶部６５に記憶されているアクチュエータユニット２１に関する動作特性パラメータに基づいて、ノズル１０８から吐出されるインク滴の体積が所定量になるように、ドライバＩＣ５１を制御するため、異なる動作パラメータを有するアクチュエータユニット２１を含むインクジェットヘッド１間で、ノズル１０８からのインク吐出特性がばらつくのを抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。

例えば、上述した実施形態においては、静電容量測定工程において測定された静電容量Ｃと、実測された抗電圧Ｖから算出された活性層厚ｔ_１と、設計値の電極面積Ｓとから誘電率εを算出する構成であるが、予め決定された静電容量Ｃを用いて誘電率εを算出する構成であってもよいし、実測値の電極面積Ｓを用いて誘電率εを算出する構成であってもよい。

さらに、上述した実施形態においては、算出された活性層厚ｔ_１、アクチュエータ厚測定工程において測定されたアクチュエータ厚ｔ_０及び算出された誘電率εを用いてアクチュエータユニット２１の変位量δを算出する構成であるが、実測された静電容量Ｃ、算出された活性層厚ｔ_１及び予め決定された誘電率εを用いて電極面積Ｓを算出し、活性層厚ｔ_１、アクチュエータ厚ｔ_０及び算出した電極面積Ｓを用いて変位量δを算出する構成であってもよい。すなわち、
Ｃ＝ε・Ｓ／ｔ_１
から導かれる、
Ｓ＝Ｃ・ｔ_１／ε
によって電極面積Ｓを算出し、変位量δを、実測や解析によって求められた値を使って導かれる、
δ＝ｆ'（ｔ_１，ｔ_０，Ｓ）
に基づいて算出する構成であってもよい。

このとき、予め決定された誘電率ε及び電極面積Ｓを用いて、変位量δを算出する構成であってもよい。つまり、
ｔ_１＝ε・Ｓ／Ｃ
とし、変位量δを、実測や解析によって求められた値を使って導かれる、
δ＝ｆ''（ｔ_１，ｔ_０）
に基づいて算出する構成であってもよい。なお、予め決定されたアクチュエータ厚ｔ_０を用いてもよい。もちろん、実測で得られる抗電圧Ｖを使って導かれる
δ＝ｆ'''（Ｖ）
に基づいて動作特性パラメータを算出する構成であってもよい。

加えて、上述した実施形態においては、複数の個別電極１３５と共通電極１３４とに圧電シート１４１が挟持されることによって、複数のアクチュエータを含むアクチュエータユニット２１が形成される構成であるが、圧電シートが１つの個別電極と共通電極とに挟持されることによって各アクチュエータが形成される構成であってもよい。

また、上述した実施形態においては、インク滴を吐出するインクジェットヘッド１に本発明を適用した例について説明したが、本発明は、ユニモルフ型のあらゆるアクチュエータを有する記録ヘッドに対して広く適用可能である。

本発明の第１実施形態に係るインクジェットプリンタの外観側面図である。 図２に示すヘッド本体の平面図である。 図２に示す一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図３に示すIV−IV線断面図である。 図２に示すアクチュエータユニットの断面図である。 図１に示す制御装置の機能ブロック図である。 図１に示すインクジェットヘッドの製造方法示す工程ブロック図である。 図７に示す抗電圧抗電界測定工程においてアクチュエータユニットに出力する駆動波形を示す図である。 図７に示す抗電圧抗電界測定工程において測定される抗電圧を説明するための図である。

符号の説明

１ インクジェットヘッド
２ ヘッド本体
９ 流路ユニット
１６ 制御装置
２１ アクチュエータユニット
６３ 印刷データ記憶部
６４ ヘッド制御部
６５ 動作パラメータ記憶部
６６ 搬送モータ制御部
１０１ インクジェットプリンタ
１０８ ノズル
１１０ 圧力室
１３４ 共通電極
１３５ 個別電極
１４１〜１４３ 圧電シート
１４２ 圧電シート

Claims (12)

1. 第１電極、第２電極、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された圧電層である活性層及び前記活性層との間に前記第２電極を挟む非活性層を含むアクチュエータの分類方法であって、
   前記第１電極及び前記第２電極間に所定の電圧を印加することによって前記活性層を分極させたのちに、前記第１電極及び前記第２電極間に印加する電圧値を変化させることによって前記活性層の分極が０となるときの抗電圧Ｖの絶対値を測定する抗電圧測定工程と、
   前記抗電圧測定工程において測定された前記抗電圧Ｖに基づいて、前記第１電極及び前記第２電極間に電圧を印加したときの前記アクチュエータの変位量に関する動作特性パラメータを算出する動作特性パラメータ算出工程と、
   前記動作特性パラメータ算出工程において算出された前記動作特性パラメータによって前記アクチュエータを分類する分類工程とを備えていることを特徴とするアクチュエータの分類方法。
2. 前記抗電圧測定工程において測定された前記抗電圧Ｖを、前記活性層に係る抗電界Ｅ_０で除して、前記活性層の厚みである活性層厚ｔ_１を算出する活性層厚算出工程をさらに備えており、
   前記動作特性パラメータ算出工程においては、前記活性層厚算出工程において算出された前記活性層厚ｔ_１に基づいて、前記動作特性パラメータを算出することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータの分類方法。
3. 前記動作特性パラメータ算出工程においては、前記活性層厚算出工程において算出された前記活性層厚ｔ_１、及び、前記アクチュエータ全体の厚みであるアクチュエータ厚ｔ_０に基づいて、前記動作特性パラメータを算出することを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータの分類方法。
4. 前記動作特性パラメータ算出工程においては、前記活性層厚算出工程において算出された前記活性層厚ｔ_１、及び、前記第１電極及び前記第２電極間の静電容量Ｃに基づいて、前記動作特性パラメータを算出することを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータの分類方法。
5. 前記動作特性パラメータ算出工程においては、前記活性層厚算出工程において算出された前記活性層厚ｔ_１、前記アクチュエータ全体の厚みであるアクチュエータ厚ｔ_０、及び、前記第１電極及び前記第２電極間の静電容量Ｃに基づいて、前記動作特性パラメータを算出することを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータの分類方法。
6. 前記活性層厚算出工程において算出された前記活性層厚ｔ_１に前記第１電極及び前記第２電極間の静電容量Ｃを乗じた値を、前記活性層を挟む前記第１電極及び前記第２電極の少なくともいずれか一方の面積である電極面積Ｓで除することによって、前記活性層の誘電率εを算出する誘電率算出工程をさらに備えており、
   前記動作特性パラメータ算出工程においては、前記活性層厚ｔ_１、前記アクチュエータ全体の厚みであるアクチュエータ厚ｔ_０、及び、前記誘電率算出工程において算出された前記誘電率εに基づいて、前記動作特性パラメータを算出することを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータの分類方法。
7. 前記活性層厚算出工程において算出された前記活性層厚ｔ_１に前記第１電極及び前記第２電極間の静電容量Ｃを乗じた値を、前記活性層の誘電率εで除することによって、前記活性層を挟む前記第１電極及び前記第２電極の少なくともいずれか一方の面積である電極面積Ｓを算出する電極面積算出工程をさらに備えており、
   前記動作特性パラメータ算出工程においては、前記活性層厚ｔ_１、前記アクチュエータ全体の厚みであるアクチュエータ厚ｔ_０、及び、前記電極面積算出工程において算出された前記電極面積Ｓに基づいて、前記動作特性パラメータを算出することを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータの分類方法。
8. 前記アクチュエータ厚ｔ_０を測定するアクチュエータ厚測定工程をさらに備えていることを特徴とする請求項３及び請求項５〜７に記載のアクチュエータの分類方法。
9. 前記静電容量Ｃを測定する静電容量測定工程をさらに備えていることを特徴とする請求項４〜７に記載のアクチュエータの分類方法。
10. 第１電極、第２電極、前記第１電極と前記第２電極との間に配置された圧電層である活性層及び前記活性層との間に前記第２電極を挟む非活性層を含むアクチュエータにおける前記活性層の厚み測定方法であって、
    前記第１電極及び前記第２電極間に所定の電圧を印加することによって前記活性層を分極させたのちに、前記第１電極及び前記第２電極間に印加する電圧値を変化させることによって前記活性層の分極が０となるときの抗電圧Ｖの絶対値を測定する抗電圧測定工程と、
    前記抗電圧測定工程において測定された前記抗電圧Ｖを、前記活性層に係る抗電界Ｅ_０で除して、前記活性層の厚みである活性層厚ｔ_１を算出する活性層厚算出工程とを備えていることを特徴とする活性層の厚み測定方法。
11. 共通インク室の出口から圧力室を介して液滴を吐出するノズルに至る複数の個別流路を有する流路ユニットを形成する流路ユニット形成工程と、
    前記圧力室に関連付けられた複数の第１電極、第２電極、前記複数の第１電極と前記第２電極との間に配置された圧電層である活性層及び前記活性層との間に前記第２電極を挟む非活性層を含むアクチュエータを形成するアクチュエータ形成工程と、
    前記第１電極及び前記第２電極間に所定の電圧を印加することによって前記活性層を分極させたのちに、前記第１電極及び前記第２電極間に印加する電圧値を変化させることによって前記活性層の分極が０となるときの抗電圧Ｖの絶対値を測定する抗電圧測定工程と、
    前記抗電圧測定工程において測定された前記抗電圧Ｖに基づいて、前記第１電極及び前記第２電極間に電圧を印加したときの前記アクチュエータの変位量に関する動作特性パラメータを算出する動作特性パラメータ算出工程と、
    前記動作特性パラメータ算出工程において算出された前記動作特性パラメータによって前記アクチュエータを分類する分類工程と、
    前記分類工程において同一に分類された前記動作特性パラメータを有する複数の前記アクチュエータを前記流路ユニットに組み付ける組み付け工程とを備えていることを特徴とする記録ヘッドの製造方法。
12. 請求項１１に記載の記録ヘッドの製造方法によって製造された記録ヘッドと、
    前記記録ヘッドに係る前記アクチュエータを制御する制御手段とを備えており、
    前記制御手段が、当該アクチュエータに関する前記動作特性パラメータの値に基づいて、当該アクチュエータを駆動するときに前記第１電極及び前記第２電極間に印加する駆動電圧を決定することを特徴とする記録装置。

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