JP2013055085A

JP2013055085A - 液体噴射ヘッドの製造方法、液体噴射ヘッド、圧電素子の製造方法および圧電素子

Info

Publication number: JP2013055085A
Application number: JP2011190102A
Authority: JP
Inventors: Isamu Togashi; 勇富樫; Takashi Koda; 隆史幸田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2013-03-21

Abstract

【課題】圧電素子の変位効率の向上を図るとともに、製造コストの低減も図り得る液体噴射ヘッドの製造方法を提供する。
【解決手段】圧電材料で形成された同一厚さの複数枚のウエハーに、個別内部電極１６または共通内部電極１７のいずれか一方を形成して第１および第２のウエハーを形成する工程と、前記第１のウエハーと第２のウエハーとを交互に積層するとともに加圧して一体化し、その後焼成する工程と、積層された圧電材料を焼成により一体化した圧電材料層１５を有するウエハーを、ダイシングテープに貼着して所定の大きさに切り分ける工程と、切り分けられた圧電材料層１５の表面に個別内部電極１６に接続される個別外部電極２２と共通内部電極１７に接続される共通外部電極２３とを形成する工程とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は液体噴射ヘッドの製造方法、液体噴射ヘッド、圧電素子の製造方法および圧電素子に関する。

液体噴射装置に搭載されノズル開口を介して液体を吐出する液体噴射ヘッドの代表例として、例えば圧電素子の変位による圧力を利用してノズル開口からインク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドが知られている。この種のインクジェット式記録ヘッドは、一般に、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板の一方面側に圧電素子を配設し、この圧電素子を変形させることで圧力発生室内のインクを加圧してノズル開口からインク滴を吐出させるように構成してある。

かかるインクジェット式記録ヘッドを搭載したインクジェット式記録装置の中には、圧電材料層に挟まれて相対向している第１（例えば正極側）の内部電極と第２（例えば陰極側）の内部電極との間に印加される駆動電圧により前記内部電極の長手方向に伸縮させる、いわゆる縦振動型の圧電素子を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。

従来技術に係るこの種の縦振動型の圧電素子は次のような工程で製造していた。
１）圧電材料で形成された複数枚のウエハーに、第１の内部電極または第２の内部電極のいずれか一方を形成して第１のウエハーまたは第２のウエハーからなる２種類のウエハーを形成する。ここで、最外層の２枚のウエハーは内層のウエハーよりも厚いものとする。後の工程におけるラッピング処理を考慮したものである。

２）前記圧電材料で第１の内部電極および第２の内部電極を挟むように第１のウエハーと第２のウエハーとを交互に積層するとともに加圧して一体化し、その後焼成する。ここで、前記積層は、後の工程で形成する第１の外部電極の極性と第１の内部電極の極性とが同じになるようにする。第１の外部電極と第１の内部電極とが同極になるようにすることで両者が異極となった場合に生起される虞がある両電極間でのマイグレーションの発生を防止するためである。

３）第１の内部電極および第２の内部電極を挟んだ状態で圧電材料が焼成により一体化された圧電材料層を有するウエハーに対してラッピング処理を施す。このラッピング処理とは、焼成した圧電体層のウエハーの両面ポリッシングを行うことにより当該ウエハーの両面を平坦化する処理である。かかるラッピング処理は、焼成工程における圧電体層の焼き縮みに起因して反った圧電体層のウエハーの表面を平坦化するための処理である。ちなみに、圧電体層のウエハーに反りが発生している場合、当該ウエハーをエアー吸着して次の切り出し工程に搬送する際に不都合を生起する。圧電体層のウエハーに反りが発生している場合、ウエハーのエアー吸着が不可能になる場合が発生する。

なお、当該従来技術においては、最外層の２枚のウエハーと内層のウエハーとの厚さが異なるので、焼成工程における焼き縮みを生起し易く、ラッピング処理を必要とする程度の反りはほとんどの場合発生する。

４）ラッピング処理が施された後、エアー吸着により搬送されてきた圧電体層のウエハーをダイサーで所定の大きさに切り分ける。

５）切り分けられた圧電材料層の表面に第１の内部電極に接続される第１の外部電極と第２の内部電極に接続される第２の外部電極とを形成する。

かかる各工程を経て製造された圧電素子では、第１の内部電極と第２の内部電極間に挟まれた領域（以下、内層という。）が変位における活性領域となる。逆に、第１の外部電極とこれに隣接して相対向する第１の内部電極との間、および圧電体層において第１の外部電極が形成された面と反対側の面とこの面に隣接して相対向する第２の内部電極との間の領域（以下、最外層という。）は不活性領域となる。不活性領域は、当該圧電素子の変位効率を低下させる要因となるので、可及的に薄くすることが肝要である。

特開２０１０−１４３１３０号公報

ところが、従来技術においては前記工程１）において、後のラッピング工程におけるポリッシング代を考慮して最外層のウエハーは、内層のウエハーよりも厚いものを使用しているので、ラッピング処理を施した場合でも内層の最外層の厚さが厚くなってしまうことが多く、圧電素子の変位効率の低下を招来している。ここで、ラッピング処理は、ダイサーによる切り出し工程に、エアー吸着によりウエハーを搬送するべく、圧電体層の焼成時の焼き縮みによる反りを矯正するために必要な工程である。

一方、ラッピング処理により最外層の厚さがばらつくので、外部電極に隣接してこの外部電極と異極の内部電極を相対向させた場合には両電極間でのマイグレーションの発生が懸念される。そこで、前記工程２）における第１および第２のウエハーの積層に際しては、後の工程で形成する第１の外部電極の極性と同じ極性の第１の内部電極が相対向されるように積層している。したがって、この場合の外部電極と内部電極との間の最外層は常に不活性領域となる。

このように、従来技術においては、一般に、内層に対し最外層の厚さが厚いので、圧電素子の変位効率が低下するばかりでなく、ラッピング処理を必要とするので、製造コストも高価なものとなってしまうという解決すべき課題が存在していた。

本発明は、上記従来技術に鑑み、圧電素子の変位効率の向上を図るとともに、製造コストの低減も図り得る液体噴射ヘッドの製造方法、液体噴射ヘッド、圧電素子の製造方法および圧電素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の態様は、液体が充填された圧力発生室と、圧電材料層に挟まれて相対向している第１の内部電極と第２の内部電極との間に印加される駆動電圧により前記内部電極の長手方向に伸縮されて前記圧力発生室内に圧力変化を生起させる圧電素子と、該圧電素子の駆動により発生された前記圧力変化により前記圧力発生室内の液体を吐出させるノズル開口とを有する液体噴射ヘッドの製造方法であって、前記圧電素子を形成する工程が、圧電材料で形成された同一厚さの複数枚のウエハーに、第１の内部電極または第２の内部電極のいずれか一方を形成して第１のウエハーおよび第２のウエハーからなる２種類のウエハーを形成する工程と、前記圧電材料で前記第１の内部電極および前記第２の内部電極を挟むように前記第１のウエハーと前記第２のウエハーとを交互に積層するとともに加圧して一体化し、その後焼成する工程と、前記第１の内部電極および前記第２の内部電極を挟んだ状態で前記圧電材料が前記焼成により一体化された圧電材料層を有するウエハーを、ダイシングテープに貼着して所定の大きさに切り分ける工程と、切り分けられた前記圧電材料層の表面に前記第１の内部電極に接続される第１の外部電極と前記第２の内部電極に接続される第２の外部電極とを形成する工程とを含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法にある。

本態様によれば、ウエハーは同一厚さのものを一種類用意すれば良いので、製造コスト低減を図ることができる。ちなみに、従来では厚さが異なる最外層用のウエハーと内層用のウエハーとの２種類を用意する必要があった。

また、最外層と内層の厚さが均一であるため焼成による焼き縮みも少なく、焼成後のウエハーにラッピング処理が必要となるような反りを発生しないので、焼成後直接ダイシングテープに貼着して次の切り分け工程に移行することができる。このようにラッピング工程を省略することができるので、この点でも製造コストの低減を図ることができる。

ここで、前記第１のウエハーと前記第２のウエハーとを積層する前記工程が、後の工程で形成する第１の外部電極の極性と前記第２の内部電極の極性とが異なるものとなるように前記積層を行うのが望ましい。

この場合、後の工程で圧電材料層の外周面の一方に形成される第１の外部電極には、この第１の外部電極と異なる極性の第２の内部電極が隣接して相対向されるので、第１の外部電極とこれに隣接する第２の内部電極との間も活性領域となり、不活性領域は圧電材料層の第１の外部電極が形成された面とは反対側の面と、この面に隣接されて相対向された第１の内部電極との間の領域のみとなり、不活性領域を可及的に薄くすることができるからである。なお、この場合には最外層と内層との厚さを均一にし、最外層の厚さの均一性が保証されているので、第１の外部電極に対して異極となる第２の内部電極を対向させてもマイグレーションを生起する虞はない。

本発明の他の態様は、液体が充填された圧力発生室と、該圧力発生室内に圧力変化を生起させる圧電素子と、該圧電素子の駆動により発生された前記圧力変化により前記圧力発生室内の液体を吐出させるノズル開口とを有する液体噴射ヘッドであって、前記圧電素子は、圧電材料層に挟まれた第１の内部電極および第２の内部電極が相互に平行な面を介して相対向するように前記圧電体層の内部に交互に積層されるとともに、前記内部電極と平行な前記圧電材料層の外周面と該外周面に隣接する前記内部電極との間隔と、前記第１の内部電極および第２の内部電極のそれぞれの間隔とが同一になるように構成されていることを特徴とする液体噴射ヘッドにある。

本態様によれば、圧電素子の圧電材料層が最外層と内層との厚さが同一であるので、従来よりも不活性領域を薄くすることができ、その分圧電素子の変位効率を向上させることができる。

ここで、前記圧電材料層の前記外周面の一方に形成される外部電極と、該外部電極に隣接して相対向させた前記内部電極とが異なる極性であることが望ましい。

この場合、圧電材料層の外周面の一方に形成される第１の外部電極には、この第１の外部電極と異なる極性の第２の内部電極が隣接して相対向させてあるので、第１の外部電極とこれに隣接する第２の内部電極との間も活性領域となり、不活性領域は圧電材料層の第１の外部電極が形成された面とは反対側の面と、この面に隣接されて相対向された第１の内部電極との間の領域のみとなり、不活性領域を可及的に薄くすることができるからである。なお、この場合には最外層と内層との厚さを均一にし、最外層の厚さの均一性が保証されているので、第１の外部電極に対して異極となる第２の内部電極を対向させてもマイグレーションを生起する虞はない。

本発明の他の態様は、圧電材料で形成された同一厚さの複数枚のウエハーに、第１の内部電極または第２の内部電極のいずれか一方を形成して第１のウエハーおよび第２のウエハーからなる２種類のウエハーを形成する工程と、前記圧電材料で前記第１の内部電極および前記第２の内部電極を挟むように前記第１のウエハーと前記第２のウエハーとを交互に積層するとともに加圧して一体化し、その後焼成する工程と、前記第１の内部電極および前記第２の内部電極を挟んだ状態で前記圧電材料が前記焼成により一体化された圧電材料層を有するウエハーを、ダイシングテープに貼着して所定の大きさに切り分ける工程と、切り分けられた前記圧電材料層の表面に前記第１の内部電極に接続される第１の外部電極と前記第２の内部電極に接続される第２の外部電極とを形成する工程とを含むことを特徴とする圧電素子の製造方法にある。

この場合、後の工程で圧電材料層の外周面の一方に形成される第１の外部電極には、この第１の外部電極と異なる極性の第２の内部電極が隣接して相対向されるので、第１の外部電極とこれに隣接する第２の内部電極との間も活性領域となり、不活性領域は圧電材料層の第１の外部電極が形成された面とは反対側の面と、この面に隣接されて相対向された第１の内部電極との間の領域のみとなり、不活性領域を可及的に薄くすることができる。なお、この場合には最外層と内層との厚さを均一にし、最外層の厚さの均一性が保証されているので、第１の外部電極に対して異極となる第２の内部電極を対向させてもマイグレーションを生起する虞はない。

本発明の他の態様は、圧電材料層に挟まれた第１の内部電極および第２の内部電極が相互に平行な面を介して相対向するように前記圧電体層の内部に交互に積層されるとともに、前記内部電極と平行な前記圧電材料層の外周面と該外周面に隣接する前記内部電極との間隔と、前記第１の内部電極および第２の内部電極のそれぞれの間隔とが同一になるように構成されていることを特徴とする圧電素子にある。

本発明の実施の形態に係る記録ヘッドの断面図である。図１における圧電素子ユニットの斜視図である。図１における圧電素子ユニットの平面図および断面図である。図３（ｂ）の一部を抽出・拡大した拡大図である。図３（ｂ）の一部に相当する他の例を抽出・拡大した拡大図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の短手方向の断面図であり、図１（ｂ）は、液体噴射ヘッドの一例であるインクジェット式記録ヘッドの圧力発生室の長手方向断面図である。両図に示すように、流路形成基板５０はシリコン単結晶基板からなり、その一方面側の表層部分には、複数の隔壁５１によって画成された圧力発生室５２がその幅方向（短手方向）に並設されている。また、各圧力発生室５２の長手方向一端部側には、各圧力発生室５２に液体の一種であるインクを供給するためのマニホールド５３が液体供給路の一種であるインク供給路５４を介して連通されている。また、流路形成基板５０の圧力発生室５２の開口面側は振動板５５で封止され、他方面側にはノズル開口５６が穿設されたノズルプレート５７が接着剤や熱溶着フィルムを介して接着されている。

振動板５５上には、図示しない複数のインクカートリッジに接続されるインク供給路を有するヘッドケース５８が固定されており、且つこのヘッドケース５８には、圧電素子ユニット１０が高精度に位置決めされて固定されている。すなわち、ヘッドケース５８は、貫通した収容部５８ａが設けられており、この収容部５８ａの一方の内面に圧電素子ユニット１０が、各圧電素子１１の先端が振動板５５上の各圧力発生室５２に対応する領域に設けられた各アイランド部５９に当接させて固定されている。

ここで、圧電素子ユニット１０について、図２および図３を追加してさらに詳細に説明する。図２は圧電素子ユニットを抽出して示す斜視図、図３は、図２の平面図およびそのＡ−Ａ線断面図である。

図２および図３に示すように、当該圧電素子ユニット１０は、複数の圧電素子１１がその幅方向に並設された列１２を有する圧電素子形成部材１３と、圧電素子形成部材１３の先端部（一端部）側が自由端となるようにその基端部（他端部）側が接合される固定基板１４とを有する。ここで、圧電素子形成部材１３は、圧電材料層１５と、圧電素子１１の２つの極を構成する内部電極、すなわち隣接する圧電素子１１と電気的に独立する個別電極を構成する第１の内部電極である複数の個別内部電極１６と、隣接する圧電素子１１と電気的に共通する共通電極を構成する第２の内部電極である複数の共通内部電極１７とを交互に挟んで積層することにより形成されている。

また、圧電素子形成部材１３には、例えばワイヤソー等によって複数のスリット１８が形成され、その先端部側が櫛歯状に切り分けられて圧電素子１１の列１２が形成されている。なお、圧電素子１１の列１２の両外側には、各圧電素子１１よりも広い幅を有する位置決め部１９が設けられている。この位置決め部１９は、圧電素子ユニット１０をインクジェット式記録ヘッドに組み込む際に、圧電素子ユニット１０を高精度に位置決めするためのものである。

ここで、各圧電素子１１の個別内部電極１６は、基本的には圧電素子形成部材１３のほぼ全面に亘って設けられているが、固定基板１４の端面近傍に対向する領域で先端部側と基端部側とに分離してある。一方、共通内部電極１７も基本的に圧電素子形成部材１３の略全面に亘って設けられているが、個別内部電極１６と同様に、圧電素子１１の先端部近傍で分離してある。すなわち、圧電素子１１の固定基板１４に接合される領域は、振動に寄与しない不活性領域となっており、圧電素子１１を構成する個別内部電極１６および共通内部電極１７間に駆動電圧を印加すると、固定基板１４に接合されていない先端部側の領域のみが個別内部電極１６および共通内部電極１７の面と平行に伸縮されて振動される。

圧電素子形成部材１３の外表面には、個別内部電極１６および共通内部電極１７と接続される外部電極２０が形成されている。また、圧電素子形成部材１３の少なくとも圧電素子１１の列１２に対応する領域の基端部側には、外部電極２０が存在しない電極非形成部２１が存在する。

複数のスリット１８は、電極非形成部２１に対向する領域に達する長さで形成され、外部電極２０が、このスリット１８および電極非形成部２１によって分離され、隣接する圧電素子１１と電気的に独立している第１の外部電極である個別外部電極２２と、隣接する圧電素子１１と電気的に共通している第２の外部電極である共通外部電極２３とが構成されている。

具体的には、外部電極２０は、各圧電素子１１に対向する部分と位置決め部１９に対向する部分とに分離され、各圧電素子１１に対向する領域の外部電極２０が、圧電素子形成部材１３の先端部で圧電素子１１の個別電極を構成する個別内部電極１６と電気的に接続される個別外部電極２２を構成している。一方、圧電素子１１の列１２の両側に設けられた位置決め部１９上の外部電極２０が、圧電素子形成部材１３の基端部側の端面で各圧電素子１１の共通電極を構成する共通内部電極１７と接続される共通外部電極２３を構成している。

すなわち、圧電素子ユニット１０では、圧電素子形成部材１３の固定基板１４に接合された部分の反対側の面に、個別外部電極２２が並設されるとともに、個別外部電極２２の並設方向両側で位置決め部１９に対向する領域に共通外部電極２３が設けられている。これにより、圧電素子ユニット１０と後述する配線基板とを比較的容易に接続することができ、且つ圧電素子ユニット１０の小型化を図ることができる。

このような圧電素子ユニット１０は、図１に示すように、固定基板１４が、圧電素子形成部材１３が固定された面とは反対側の面がヘッドケース５８の収容部５８ａに固定される。そして圧電素子ユニット１０には、各圧電素子１１を駆動するための信号を供給するフィルム状の配線基板３０が接続されている。

配線基板３０は、圧電素子１１の個別外部電極２２と共通外部電極２３とに接続される接続配線３３を有している。各圧電素子１１を駆動する駆動信号を供給する駆動ＩＣ３１は、配線基板３０上に実装されている。配線基板３０としては、例えばＴＡＢテープなどのテープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）などを好適に適用し得る。すなわち、配線基板３０は、ポリイミド等のベースフィルム３２の表面に銅箔等で所定パターンの導電層を形成し、導電層をメッキすることで接続配線３３を形成した後、接続配線３３の圧電素子１１および後述する端子部と接続される領域および駆動ＩＣ３１の端子が接続される領域以外をレジスト等の絶縁膜３４で覆ったものとして構成することができる。ここで、駆動ＩＣ３１は、配線基板３０に実装された後、接続配線３３を覆う絶縁膜３４で覆われている。

かかる配線基板３０は、駆動ＩＣ３１が固定基板１４に相対向する面側となり、且つ駆動ＩＣ３１が配線基板３０の幅方向の中央領域となるように配置されている。そして、接続配線３３の一端部と、圧電素子１１の固定基板１４が固定された端部側の個別外部電極２２および共通外部電極２３とは、例えば接続配線３３の表面、個別外部電極２２および共通外部電極２３の表面にスズ（Ｓｎ）−ビスマス（Ｂｉ）合金等の金属を形成後、両者を当接させた状態で加熱することで形成された金属層３５を介して電気的に接続されている。

また、配線基板３０の接続配線３３の圧電素子１１と接続された一端部とは反対側の他端部は、ヘッドケース５８の振動板５５とは反対側の面に設けられた入力配線基板６０の入力配線６１の端子部６１ａに屈曲されて接続されている。

ここで、ヘッドケース５８に設けられた入力配線基板６０は、外部から駆動ＩＣ３１および圧電素子１１に駆動電圧および印刷信号等を供給するためのものである。そして、このような入力配線基板６０は、ヘッドケース５８の振動板５５とは反対側の面に設けられているため、収容部５８ａに固定された圧電素子１１に接続された配線基板３０は、入力配線基板６０の入力配線６１の端子部６１ａと接続される部分が約９０度に屈曲されて、接続配線３３の端部が端子部６１ａと接続されている。そして、接続配線３３と端子部６１ａとは、例えば、入力配線６１の端子部６１ａの表面にスズ−リン銅合金等の金属を形成後、両者を当接させた状態で加熱することで形成された金属層３６を介して電気的に接続されている。また、配線基板３０は、固定基板１４に紫外線硬化型接着剤（ＵＶ接着剤）４０，４１，４２を介して接着されている。

図４は図３（ｂ）の一部を抽出・拡大した拡大図である。同図に示すように、本形態に係る圧電素子１１は、圧電材料層１５に挟まれた個別内部電極１６および共通内部電極１７が相互に平行な面を介して相対向するように圧電材料層１５の内部に交互に積層されるとともに、個別内部電極１６と平行な圧電材料層１５の両外周面と各外周面に隣接する個別内部電極１６または共通内部電極１７との間隔と、個別内部電極１６および共通内部電極１７のそれぞれの間隔とが同一になるように構成されている。また、圧電材料層１５の前記外周面の一方に形成される個別外部電極２２には、この個別外部電極２２と異なる極性の共通内部電極１７が隣接して相対向するように構成されている。

かかる圧電素子１１の圧電材料層１５は最外層と内層との厚さが同一である。すなわち内層に比べ最外層が厚くはなっていないので、従来よりも不活性領域を薄くすることができ、その分圧電素子１１の変位効率を向上させることができる。特に本形態においては、圧電材料層１５の外周面の一方に形成される個別外部電極２２には、この個別外部電極２２と異なる極性の共通内部電極１７が隣接して相対向させてあるので、個別外部電極２２とこれに隣接する共通内部電極１７との間も活性領域となり、不活性領域は圧電材料層１５の個別外部電極２２が形成された面とは反対側の面と、この面に隣接されて相対向された個別内部電極１６との間の領域のみとなる。この結果、不活性領域を可及的に薄く形成して圧電素子１１としての変位効率を向上させることができる。

なお、本形態においては最外層と内層との厚さを均一にし、最外層の厚さの均一性が保証されているので、個別外部電極２２に対して異極となる共通内部電極１７を対向させてもマイグレーションを生起する虞はない。

ここで、本形態における圧電素子１１の製造方法を説明しておく。なお、本形態における圧電素子１１は上述の如く圧電素子形成部材１３においてスリット１８により分離され、独立して圧力発生室５２内のインクに圧力を発生させる部分をいうが、その製造方法は圧電素子形成部材１３の製造方法と等価である。

１）圧電材料で形成された同一厚さの複数枚のウエハーに、個別内部電極１６または共通内部電極１７のいずれか一方を形成して第１のウエハーおよび第２のウエハーからなる２種類のウエハーを形成する。ここで、個別内部電極１６および共通内部電極１７は、ウエハーに対して電極パターンを印刷することにより好適に形成することができる。

２）前記圧電材料で個別内部電極１６および共通内部電極１７を挟むように第１のウエハーと第２のウエハーとを交互に積層するとともに加圧して一体化し、その後焼成する。ここで、前記積層は、後の工程で形成する個別外部電極２２の極性と異なる共通内部電極１７が個別外部電極２２に隣接して相対向されるように行う。

３）個別内部電極１６および共通内部電極１７を挟んだ状態で前記圧電材料が焼成により一体化された圧電材料層１５を有するウエハーを、ダイシングテープに貼着して所定の大きさに切り分ける。

４）切り分けられた圧電材料層１５の表面に個別内部電極１６に接続される個別外部電極２２と、共通内部電極１７に接続される共通外部電極２３とを形成する。ここで、個別外部電極２２および共通外部電極２３はスパッター法を適用することにより好適に形成することができる。

５）大判のウエハーから切り分けられて個別外部電極２２および共通外部電極２３が形成されたチップにワイヤソーでスリット１８を入れて複数個の圧電素子１１が形成された圧電素子形成部材１３を製造する。

かかる製造方法においては、前記工程１）におけるウエハーは同一厚さのものを一種類用意すれば良い。この点で製造コスト低減を図ることができる。ちなみに、従来では厚さが異なる最外層用のウエハーと内層用のウエハーとの２種類を用意する必要があった。

また、最外層と内層の厚さが均一であるため焼成による焼き縮みも少なく、焼成後のウエハーにラッピング処理が必要となるような反りを発生しないので、前記工程３）の如く
直接ダイシングテープに貼着して次の切り分け工程に移行することができる。このようにラッピング工程を省略することができるので、この点でも製造コストの低減を図ることができる。

本形態に係るインクジェット式記録ヘッドでは、個別内部電極１６および共通内部電極１７に対する駆動電圧の印加に伴い圧電材料層１５が個別内部電極１６および共通内部電極１７の長手方向に変位し、この変位により、振動板５５を介して圧力発生室５２に圧力変動を生起させ、この圧力変動により圧力発生室５２内に充填されているインクをノズル開口５６から吐出させる。さらに詳言すると、インクカートリッジに連通されるインク供給路５４を介してマニホールド５３にインクが供給され、インク供給路５４を介して各圧力発生室５２に分配される。このとき圧電素子１１に電圧を印加することにより圧電素子１１を収縮させると、振動板５５が圧電素子１１と共に引き上げられて圧力発生室５２の容積が広げられ、圧力発生室５２内にインクが引き込まれる。そして、ノズル開口５６に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ３１からの記録信号に従い、圧電素子１１に印加していた電圧を解除すると、圧電素子１１が伸張されて元の状態に戻る。これにより、振動板５５も変位して元の状態に戻るため圧力発生室５２が収縮され、内部圧力が高まりノズル開口５６からインク滴が吐出される。

なお、上記実施の形態においては、圧電材料層１５の外周面の一方に形成される個別外部電極２２には、この個別外部電極２２と異なる極性の共通内部電極１７を隣接させて相対向させたが、これに限るものではない。最外層と内層の厚さが均一になっていれば良いので、図３（ｂ）の一部に相当する他の例を抽出・拡大した拡大図である図５に示すように、個別外部電極２２に、この個別外部電極２２と同極の個別内部電極１６を隣接させて相対向させても構わない。ただ、この場合には個別外部電極２２と個別内部電極１６との間が不活性領域となるので、その分上記実施の形態に較べて変位効率が低下する。

また、本発明に係る圧電素子はその変位により液体を吐出させる液体噴射ヘッドを対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドにも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えばプリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用できる。

また、本発明の圧電素子はセンサー等に適用しても有用なものとなる。変位効率が良好であるため、センシング効率も良好なものとなっているからである。

１０圧電素子ユニット、１１圧電素子、１３圧電素子形成部材、１４固定基板、１５圧電材料層、１６個別内部電極、１７共通内部電極、２１
電極非形成部、２２個別外部電極、２３共通外部電極、３０配線基板、
５０流路形成基板、５２圧力発生室、５３マニホールド、５４インク供給路、５５振動板、５６ノズル開口

Claims

液体が充填された圧力発生室と、圧電材料層に挟まれて相対向している第１の内部電極と第２の内部電極との間に印加される駆動電圧により前記内部電極の長手方向に伸縮されて前記圧力発生室内に圧力変化を生起させる圧電素子と、該圧電素子の駆動により発生された前記圧力変化により前記圧力発生室内の液体を吐出させるノズル開口とを有する液体噴射ヘッドの製造方法であって、
前記圧電素子を形成する工程が、
圧電材料で形成された同一厚さの複数枚のウエハーに、第１の内部電極または第２の内部電極のいずれか一方を形成して第１のウエハーおよび第２のウエハーからなる２種類のウエハーを形成する工程と、
前記圧電材料で前記第１の内部電極および前記第２の内部電極を挟むように前記第１のウエハーと前記第２のウエハーとを交互に積層するとともに加圧して一体化し、その後焼成する工程と、
前記第１の内部電極および前記第２の内部電極を挟んだ状態で前記圧電材料が前記焼成により一体化された圧電材料層を有するウエハーを、ダイシングテープに貼着して所定の大きさに切り分ける工程と、
切り分けられた前記圧電材料層の表面に前記第１の内部電極に接続される第１の外部電極と前記第２の内部電極に接続される第２の外部電極とを形成する工程とを含むことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
請求項１に記載する液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記第１のウエハーと前記第２のウエハーとを積層する前記工程が、後の工程で形成する第１の外部電極の極性と前記第２の内部電極の極性とが異なるものとなるように前記積層を行うものであることを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
液体が充填された圧力発生室と、該圧力発生室内に圧力変化を生起させる圧電素子と、該圧電素子の駆動により発生された前記圧力変化により前記圧力発生室内の液体を吐出させるノズル開口とを有する液体噴射ヘッドであって、
前記圧電素子は、
圧電材料層に挟まれた第１の内部電極および第２の内部電極が相互に平行な面を介して相対向するように前記圧電体層の内部に交互に積層されるとともに、
前記内部電極と平行な前記圧電材料層の外周面と該外周面に隣接する前記内部電極との間隔と、前記第１の内部電極および第２の内部電極のそれぞれの間隔とが同一になるように構成されていることを特徴とする液体噴射ヘッド。
請求項３に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電材料層の前記外周面の一方に形成される外部電極と、該外部電極に隣接して相対向させた前記内部電極とが異なる極性であることを特徴とする液体噴射ヘッド。
圧電材料で形成された同一厚さの複数枚のウエハーに、第１の内部電極または第２の内部電極のいずれか一方を形成して第１のウエハーおよび第２のウエハーからなる２種類のウエハーを形成する工程と、
前記圧電材料で前記第１の内部電極および前記第２の内部電極を挟むように前記第１のウエハーと前記第２のウエハーとを交互に積層するとともに加圧して一体化し、その後焼成する工程と、
前記第１の内部電極および前記第２の内部電極を挟んだ状態で前記圧電材料が前記焼成により一体化された圧電材料層を有するウエハーを、ダイシングテープに貼着して所定の大きさに切り分ける工程と、
切り分けられた前記圧電材料層の表面に前記第１の内部電極に接続される第１の外部電極と前記第２の内部電極に接続される第２の外部電極とを形成する工程とを含むことを特徴とする圧電素子の製造方法。
請求項５に記載する圧電素子の製造方法において、
前記第１のウエハーと前記第２のウエハーとを積層する前記工程が、後の工程で形成する第１の外部電極の極性と前記第２の内部電極の極性とが異なるものとなるように前記積層を行うものであることを特徴とする圧電素子の製造方法。
圧電材料層に挟まれた第１の内部電極および第２の内部電極が相互に平行な面を介して相対向するように前記圧電体層の内部に交互に積層されるとともに、前記内部電極と平行な前記圧電材料層の外周面と該外周面に隣接する前記内部電極との間隔と、前記第１の内部電極および第２の内部電極のそれぞれの間隔とが同一になるように構成されていることを特徴とする圧電素子。
請求項７に記載する液体噴射ヘッドにおいて、
前記圧電材料層の前記外周面の一方に形成される外部電極と、該外部電極に隣接して相対向させた前記内部電極とが異なる極性であることを特徴とする圧電素子。