JP4931307B2 - 圧電セラミックス同士の貼付構造体及びこれを用いたインクジェット記録ヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分極処理が施された厚みの異なる二枚の圧電セラミック板同士を接着層を介して貼り合わせた圧電セラミックス同士の貼付構造体とこれを用いたインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アクチュエータやブザーなどには、電極層と圧電セラミック板とを交互に積層した貼付構造体が用いられている。特に、アクチュエータに関しては、近年、精密加工分野や光学分野において、サブミクロンオーダーでの位置制御が求められており、この位置制御に圧電セラミックスに電界を加えたときに起こる逆圧電効果や電歪効果に基づく変位を利用したものが多く使用され、例えば、近年インクジェット記録ヘッドにも用いられている。
【０００３】
このような貼付構造体を製造するには、例えば予め分極処理が施されたチタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする二枚の圧電セラミック板を用意し、各圧電セラミック板の接着面にラップ式研磨加工や平面研削加工を施して平坦に仕上げた後、一方の圧電セラミック板の接着面に、スキージ法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の方法にて熱硬化性接着剤のペーストを塗布した後、もう一方の圧電セラミック板を貼り合わせて接着剤を硬化させることにより製作するようになっていた。
【０００４】
一方、圧電セラミックス同士の貼付構造体を用いたインクジェット記録ヘッドとしては、図７に示すように、予め分極処理が施されたチタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする厚みの異なる二枚の圧電セラミック板４４，４５を用意し、各圧電セラミック板の接着面にラップ式研磨加工や平面研削加工を施して平坦に仕上げた後、厚みの厚い圧電セラミック板４５の接着面に、スキージ法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の方法にて熱硬化性接着剤のペーストを塗布した後、もう一方の厚みの薄い圧電セラミック板４４を互いの分極方向が矢印の方向を向くように貼り合わせた後、加圧しながら接着剤を加熱硬化させて貼付構造４３を製作し、次いで、この貼付構造体４３の厚みの薄い圧電セラミック板４４側から厚みの厚い圧電セラミック板４５の途中まで一方端が開放された複数の溝をダイヤモンドホイールによって刻設することにより、各溝をインクの流路３３とするとともに、各溝を仕切る壁を隔壁３２とした流路部材３１を製作し、この後、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の薄膜形成手段にて隔壁３２の側面には金属膜からなる駆動用電極３４を、流路部材３１の頂面には金属膜からなる駆動用電極の引出線３９をそれぞれ形成し、しかる後、流路部材３１の頂面に、スキージ法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の方法にて熱硬化性接着剤のペーストを塗布し、インク供給孔３６を備えた天板３５を貼り合わせた後、加熱して接着剤を硬化させるとともに、流路部材３１の端面にもスキージ法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の方法にて熱硬化性接着剤のペーストを塗布し、インク吐出孔３７を備えたノズル板３８を貼り合わせた後、加熱して接着剤を硬化させることにより製作したものがあった。
【０００５】
そして、このインクジェット記録ヘッド４０を用いて記録媒体（不図示）へ印刷するには、まず、インクを不図示のインクタンクからインク供給孔３５を介して各流路３３へ供給するとともに、駆動用電極３４に通電して隔壁３２の各壁部材４１，４２を形成する圧電セラミックスを剪断モード変形させて隔壁３２を屈曲変位させることにより、流路３３内のインクを加圧し、インク吐出孔３７よりインク滴を吐出させ、記録媒体（不図示）へ印刷するようになっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、貼付構造体を形成する二枚の圧電セラミック板の厚みが異なる場合、接着剤の硬化時に発生するペーストの収縮により、厚みが厚い方の圧電セラミック板の外周部が接着層側に反り、その結果、貼付構造体全体に反りが発生するという課題があった。しかも、圧電セラミック板に、その接着面から接着面と反対側の表面に向かう分極処理を施すと、貼付構造体の反りがさらに大きくなるといった不都合もあった。
【０００７】
また、分極処理が施された厚みの薄い圧電セラミック板はうねりを生じ易く、うねりを有する圧電セラミック板を厚みの厚い圧電セラミック板に貼り合わせると、厚みの薄い圧電セラミック板はうねりを持ったまま貼り合わされることになり、接着層の厚みを均一にすることができないといった課題があった。
【０００８】
その為、このような反りやうねりを持った貼付構造体を用いて図７に示すようなインクジェット記録ヘッド４０を製作すると、一つの隔壁３２において、例えばインク吐出孔３７付近と中央付近の隔壁３２を形成する壁部材４１，４２の高さや接着層４６の厚みが異なり、本来の吐出速度でインク滴を吐出させることができなくなり、また、隔壁３２の並設方向においては、端に位置する隔壁３２を形成する壁部材４１，４２の高さや接着層４６の厚みと、中央付近に位置する隔壁３２を形成する壁部材４１，４２の高さや接着層４６の厚みが異なるため、端に位置するインク吐出孔３７より吐出されるインク滴の吐出特性と、中央付近に位置するインク吐出孔３７より吐出されるインク滴の吐出特性にばらつきができ、吐出速度や吐出量を制御できないといった課題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、厚みの異なる二枚の圧電セラミック板を接着層を介して貼り合わせた貼付構造体に関し、少なくとも厚みの薄い圧電セラミック板の接着面と反対側の表面とにおける表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下、各圧電セラミック板の接着面における表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ〜１．０μｍとするとともに、各圧電セラミック板には、接着面と反対側の表面から接着面に向けて分極処理をそれぞれ施すようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記圧電セラミックス同士の貼付構造体を用い、この貼付構造体の厚みの薄い圧電セラミック板側から厚みの厚い圧電セラミック板の途中まで複数の溝を刻設し、この各溝をインクの流路とするとともに、各溝を仕切る壁を隔壁とした流路部材を製作し、流路部材の各隔壁の側面に駆動用電極を形成した後、上記流路部材に各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板を接合してインクジェット記録ヘッドを構成したことを特徴とする。
【００１１】
なお、本発明において、「接着面と反対側の表面から接着面に向けて分極処理を施す」とは、圧電セラミック板の接着面と反対の表面側に正の電圧を、接着面側に負の電圧をそれぞれ印加して分極処理を行うことを言う。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の圧電セラミックス同士の貼付構造体の一例を示す一部を破断した斜視図である。
【００１４】
この貼付構造体１は、予め分極処理された厚みの薄い圧電セラミック板２と、予め分極処理が施され、上記圧電セラミック板２よりも厚みの厚い圧電セラミック板３とを熱硬化性接着剤からなる接着層４を介して貼り合わせたもので、少なくとも厚みの薄い圧電セラミック板２の接着面２ａと反対側の表面２ｂとにおける表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下とするとともに、各圧電セラミック板２，３には、接着面２ａ，３ａと反対側の表面２ｂ，３ｂから接着面２ａ，３ａに向けて分極処理をそれぞれ施してある。
【００１５】
そして、この貼付構造体１の接着層４を導電性を有する接着剤により形成するとともに、各圧電セラミック板２，３の接着面２ａ，３ａと反対側の表面２ｂ，３ｂに蒸着法やメッキ法を用いて、白金、金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、アルミニウム等の金属、あるいは白金−金、パラジウム−銀、白金−パラジウム等を主体とする合金からなる電極層を形成し、電極層と接着層との間にそれぞれ電圧を印加すれば、縦振動するアクチュエータとして利用することができ、また、貼付構造体１を厚み方向に切断した薄板の両主面に上記電極層を形成し、両電極層間に電圧を印加すれば歪み振動させることが可能なアクチュエータとして利用することができる。
【００１６】
また、このような貼付構造体１を製造するには、焼結された圧電セラミックスからなる基板を用意し、遊離砥粒として粒径が５〜１０μｍの炭化珪素粒子を用いた両面ラップ盤によるラップ式研磨加工を施すか、あるいは粒径が５〜１０μｍのダイヤモンド砥粒を固着したダイヤモンドホイールを用いた平面研削盤による平面研削加工を施して所定の厚みを持ち、少なくとも接着面２ａと反対側の表面２ｂにおける表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下にした圧電セラミック板２を製作する。
【００１７】
また、焼結された圧電セラミックスからなる基板を別に用意し、遊離砥粒として粒径が５〜１０μｍの炭化珪素粒子を用いた両面ラップ盤によるラップ式研磨加工を施すか、あるいは粒径が５〜１０μｍのダイヤモンド砥粒を固着したダイヤモンドホイールを用いた平面研削盤による平面研削加工を施して圧電セラミック基板よりも厚みの厚い圧電セラミック板３を製作する。
【００１８】
次に、厚みの薄い圧電セラミック板２の接着面２ａ及び接着面２ａと反対側の表面２ｂにそれぞれ銀等の電極層を形成し、シリコンオイル中にて接着面２ａと反対側の表面２ｂに形成した電極層に正の電圧を、接着面２ａに形成した電極層に負の電圧をそれぞれ印加して両電極層間に例えば１．０〜３．０ｋＶ／ｍｍの電界を与えることにより分極処理を施した後、両電極層を除去する。同様に厚みの厚い圧電セラミック板３の接着面３ａ及び接着面３ａと反対側の表面３ｂにもそれぞれ銀等の電極層を形成し、接着面３ａと反対側の表面３ｂに形成した電極層に正の電圧を、接着面３ａに負の電圧を印加して分極処理を施した後、両電極層を除去する。そして、厚みの厚い圧電セラミック板３の接着面３ａに熱硬化性接着剤のペーストを塗布し、次いで厚みの薄い圧電セラミック板２の接着面２ａを基板３の接着面３ａと対向させて重ねた後、加圧しながら接着剤を加熱硬化させることにより得ることができる。
【００１９】
そして、本発明の貼付構造体１によれば、上述したように、厚みの厚い圧電セラミック板３に、接着面３ａと反対側の表面３ｂから接着面３ａに向かう分極処理を施し、同様に厚みの薄い圧電セラミック板２にも、接着面２ａと反対側の表面２ｂから接着面２ａに向かう分極処理を施してあることを特徴とする。
【００２０】
即ち、貼付構造体１を形成する厚みの薄い圧電セラミック板２（分極処理なし）と、厚みの厚い圧電セラミック板３（分極処理なし）の各接着面２ａ，３ａ間に熱硬化性接着剤のペーストを介在させ、加圧しながら加熱硬化させると、接着剤が収縮し、特に圧電セラミック板３の接着面３ａ側には収縮応力が、圧電セラミック板３の接着面３ａと反対側の表面３ｂには引張応力がそれぞれ作用し、図４に示すように貼付構造体１の外周部が厚みの薄い圧電セラミック板２側に反ることになる。
【００２１】
一方、厚みの薄い圧電セラミック板２、及び厚みの厚い圧電セラミック板３には圧電効果を発揮させるため、分極処理を施すのであるが、分極前は平坦な板状体であっても、分極後は図３に示すように、電圧のプラス極側からマイナス極側への分極方向と反対方向に各圧電セラミック板２，３の外周部が反る傾向がある。
【００２２】
そこで、本件発明者は、この両者の現象に着目し、両圧電セラミック板２，３に、接着面２ａ，３ａと反対側の表面２ｂ，３ｂから接着面２ａ，３ａに向かう分極処理を施すことで、分極処理により各圧電セラミック板２，３の外周部を接着面側に反らせようとする力と、接着剤の収縮に伴い貼付構造体１を反らせようとする力を相殺させ、図２に示すように、反りが少ない貼付構造体１が得られることを見出した。
【００２３】
また、各圧電セラミック板２，３への分極処理にあたっては、電界の強度を大きくすることで分極の度合いが大きくなり、その結果、反り具合も大きくなる。その為、分極処理時に加える電界強度を、圧電セラミックスの圧電特性を損なわない範囲で制御することにより、貼付構造体１の反りをさらに低減することが可能となる。
【００２４】
ただし、貼付構造体１における圧電セラミックスの圧電効果を十分に発揮させるためには、各圧電セラミック板２，３に加える分極方向を設定するだけでなく、厚みの薄い圧電セラミック板２の少なくとも接着面２ａと反対側の表面２ｂとにおける表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下とすることが重要である。
【００２５】
即ち、厚みの薄い圧電セラミック板２の接着面２ａと反対側の表面２ｂにおける表面粗さが粗いと、分極処理により発生する引っ張り応力が表面全体にわたって均一に発生せず、局部的に負荷されるため、うねりを伴った反りが発生するからである。
【００２６】
そして、本件発明者の実験によれば、厚みの薄い圧電セラミック板２の接着面２ａと反対側の表面２ｂにおける表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍを超えると、うねりを伴った反りを十分に解消できないことを知見し、圧電セラミック板２の接着面２ａと反対側の表面２ｂにおける表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下とすることにより、圧電セラミック板２の接着面２ａと反対側の表面２ｂ全体に引っ張り応力を一様に発生させ、うねりの度合いを低減することができるため、厚みの厚い圧電セラミック板３に貼り合わせれば、接着層４の厚みを均一にすることができ、反りの少ない貼付構造体１が得られることを見出し、本発明に至った。
【００２７】
好ましくは厚みの薄い圧電セラミック板２の接着面２ａと反対側の表面２ｂにおける表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍ以下とすることが良く、このようにすることで貼付構造体１の反りをより一層低減することができる。
【００２８】
なお、各圧電セラミック板２，３の接着面２ａ，３ａにおける表面粗さについては接着強度を得るため、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１〜１．０μｍとすることが良い。また、厚みの厚い圧電セラミック板３の接着面３ａと反対側の表面３ｂにおける表面粗さについては特に限定するものではないが、貼付構造体１の安定した変位が得られるようにするため、算術平均粗さ（Ｒａ）で５μｍ以下とすれば良い。
【００２９】
ところで、貼付構造体１を形成する圧電セラミック板２，３の材質としては、特に限定するものではなく、アクチュエータやブザー等の振動源として一般的に用いられている、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系）、チタン酸鉛（ＰＴ系）、あるいはこれらを主成分とし、圧電定数等を高めるためにＭｇ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｓｒ、Ｂａ等を少なくとも一種以上置換した圧電セラミックスを用いることができる。
【００３０】
また、上記圧電セラミック板２，３の寸法は用途により様々であるが、例えば角板の場合、１０ｍｍ〜２５０ｍｍ×２０ｍｍ〜３００ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ〜３ｍｍの寸法の基板を用いれば良い。
【００３１】
さらに、接着層４を形成する熱硬化性接着剤としては、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤、フェノール系接着剤等の一般的な熱硬化性接着剤を用いることができ、中でも高い接着強度が得られるエポキシ系接着剤が好適である。
【００３２】
次に、応用例として、本発明の貼付構造体１を用いて形成したインクジェット記録ヘッドを図５及び図６（ａ）（ｂ）を基に説明する。
【００３３】
図５は、本発明の圧電セラミックス同士の貼付構造体を用いたインクジェット記録ヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図、図６（ａ）（ｂ）は図５に示すインクジェット記録ヘッドの駆動原理を説明するための部分断面図である。
【００３４】
このインクジェット記録ヘッド１０は、図１に示す貼付構造体１に、厚みの薄い圧電セラミック板２側から厚みの厚い圧電セラミック板３の途中まで一方端が開放された複数の溝をダイヤモンドホイールによって刻設することにより、各溝をインクの流路１３とするとともに、各溝を仕切る壁を隔壁１２とした流路部材１１を製作し、この後、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の薄膜形成手段にて隔壁１２の側面を含む流路１３の表面に駆動用電極１４を、流路部材１１の頂面に駆動用電極１４の引出線１９を形成する。
【００３５】
駆動用電極１４及びその引出線１９を形成する材質としては、白金、金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、アルミニウム等の金属、あるいは白金−金、パラジウム−銀、白金−パラジウム等を主体とする合金を用いれば良い。
【００３６】
次に、流路部材１１の頂面に、スキージ法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の方法にて熱硬化性接着剤のペーストを塗布し、インク供給孔１６を備えた天板１５を貼り合わせ、加熱して接着剤を硬化させるとともに、流路部材１１の開放端面にもスキージ法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の方法にて熱硬化性接着剤のペーストを塗布し、インク吐出孔１７を備えたノズル板１８を貼り合わせ、加熱して接着剤を硬化させることにより製作したものである。
【００３７】
なお、図示していないが、駆動用電極１４はインクにより腐食を受け易いため、流路１３内には駆動用電極１４を覆うようにポリパラキシリレン等の樹脂膜や窒化珪素膜からなる保護膜により被覆しておくことが好ましい。
【００３８】
また、このヘッド１０を用いて記録媒体（不図示）へ印刷するには、まず、インクを不図示のインクタンクからインク供給孔１５を介して各流路１３へ導入するとともに、図６（ａ）に示すように、流路１３ｂ内に形成した駆動用電極１４ｂに負の電圧を、流路１３ａ，１３ｃ内にそれぞれ形成された駆動用電極１４ａ，１４ｃに各々正の電圧を印加すると、流路１３ｂを仕切る隔壁１２ａ，１２ｂを形成する各壁部材２１，２２の圧電セラミックスが剪断モード変形を起こし、隔壁１２ａ，１２ｂが流路１３ｂ側に略「く」字状に屈曲変位するため、流路１３ｂ内のインクを加圧し、インク吐出孔１７よりインク滴を吐出させることができ、また、図６（ｂ）に示すように、駆動用電極１４ｂと駆動用電極１４ａ，１４ｃに印加する電圧の極性を反転させると、隔壁１２ａ，１２ｂは各流路１３ａ，１３ｃ側にそれぞれ屈曲変位するため、流路１３ｂ内が減圧され、インク供給孔１５よりインクを供給することができ、これらの動作を繰り返すことでインク滴を適宜吐出することができるようになっている。
【００３９】
そして、本発明のインクジェット記録ヘッド１０によれば、流路部材１１の製作にあたり、反りやうねりがなく、かつ接着層の厚みばらつきが極めて少ない貼付構造体１より形成してあることから、各隔壁１２を形成する壁部材２１，２２の高さ及び接着層４の厚みをその長手方向にわたって均一にすることができるため、インク吐出孔１７より吐出されるインク滴の吐出特性（吐出速度、吐出量）を向上させることができるとともに、各インク吐出孔１７より吐出されるインク滴の吐出特性（吐出速度、吐出量）のばらつきを極めて低減することができる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、図１に示す貼付構造体１や図５に示すインクジェット記録ヘッド１０に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、改良や変更したものでも良いことは言う迄もない。
【００４１】
【実施例】
（実施例１）
ここで、厚みの異なる二枚の圧電セラミック板同士を熱硬化性接着剤からなる接着層を介して貼り合わせた貼付構造体において、圧電セラミック板の分極方向と、厚みの薄い圧電セラミック板の接着面と反対側の表面における表面粗さをそれぞれ異ならせた時の反りの大きさやうねりの有無ついて調べる実験を行った。
【００４２】
具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電セラミックスからなり、その板厚が１．５ｍｍの圧電セラミック板を二枚用意し、これらの基板の上下面に銀の電極層をそれぞれ被着し、電極層間に通電して基板厚み方向に２．０ｋＶ／ｍｍの電界を負荷して分極処理を施した後、上下の電極膜を取り除き、さらに粒径５μｍの炭化珪素砥粒を用いてラップ加工を行うことにより、外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍで、接着面と反対側の表面における表面粗さを表１のように異ならせた板厚が０．２ｍｍの圧電セラミック板と板厚が０．７ｍｍの圧電セラミック板をそれぞれ製作した。
【００４３】
次に、板厚が０．７ｍｍの圧電セラミック板の接着面にエポキシ系接着剤（商品名；ＥＰＯＴＥＫ３５３−ＮＤ）を転写法にて塗布した後、板厚が０．２ｍｍの圧電セラミック板の接着面を貼り合わせ、真空チャンバー内にて、８ＫＰａの減圧下で、加圧しながら１００〜１５０℃の温度で熱処理することによって、エポキシ系接着剤を硬化させることにより、試料となる貼付構造体を製作し、得られた貼付構造体の反りの大きさとうねりの有無を測定した。
【００４４】
なお、圧電セラミック板の反りの大きさとうねりの有無、及び貼付構造体の反りの大きさは、表面粗さ測定機を使用して、圧電セラミック板及び貼付構造体の表面上の対角線上にて測定長さ５０ｍｍでの表面粗さ曲線の形状から測定し、反りの大きさは、表面曲線の最上部（測定開始点または終了点）と最下部（測定中央部または基板の中央部付近）の高さの差とした。また、うねりについては表面曲線の形状を見て有るか無いかで判断した。
【００４５】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００４６】
【表１】
【００４７】
この結果、表１より判るように、試料Ｎｏ．１〜７のように、厚みの厚い圧電セラミック板に、その接着面と反対側の表面（正の電圧）から接着面（負の電圧）に向けて分極処理を施せば、試料Ｎｏ．８〜１０のように、圧電セラミック板に、接着面（正の電圧）から接着面と反対側の表面（負の電圧）に向けて分極処理を施したものと比較して貼付構造体の反りを大幅に低減できることが判る。
【００４８】
ただし、試料Ｎｏ．５〜７のように、厚みの薄い圧電セラミック板の接着面と反対側の表面における表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍを超えると、圧電セラミック板にうねりを伴った反りが発生し、その結果、この圧電セラミック板を貼り合わせた貼付構造体もまた反りが大きくなっていた。
【００４９】
これに対し、試料Ｎｏ．１〜４に示すように、各圧電セラミック板に、その接着面と反対の表面（正の電圧）から接着面（負の電圧）に向けて分極処理を施すとともに、厚みの薄い圧電セラミック板の接着面と反対側の表面における表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下とすれば、貼付構造体の反りやうねりを極めて小さくすることができ、優れていた。
【００５０】
この結果、各圧電セラミック板に、その接着面と反対の表面（正の電圧）から接着面（負の電圧）に向けて分極処理を施すとともに、厚みの薄い圧電セラミック板の接着面と反対側の表面における表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下とすれば、うねりや反りの少ない貼付構造体を得ることができることが判る。
【００５１】
（実施例２）
次に、表１の試料Ｎｏ．２、５、及び８の貼付構造体を用いて、インクジェット記録ヘッドを製作し、それぞれのヘッドにおいて、２０個のインク吐出孔から吐出されるインク滴の速度を測定し、インク滴の速度平均値及び速度ばらつきを測定した。
【００５２】
具体的には、各貼付構造体を形成する厚みの薄い圧電セラミック板の表面側から、粒径が５μｍのダイヤモンド砥粒を固着したダイヤモンドホイールを用い、加工速度５ｍｍ／ｓｅｃの条件にて、一方単が開放された溝を３０００本刻設することにより、各溝をインクの流路とするとともに、各溝を仕切る壁を隔壁とした流路部材を作製した。なお、各流路の深さは３００μｍ、各流路の幅は７５μｍ、ピッチは１４１μｍとなるようにした。
【００５３】
しかる後、各流路部材の必要箇所にマスキングを施した後、スパッタリング法にて流路の内壁面全体にアルミニウム膜からなる駆動用電極を形成するとともに、流路の終端から流路部材の後端まで各駆動用電極とそれぞれ連通するアルミニウム膜からなる引出線を形成した。
【００５４】
その後、各隔壁の頂面に、インクを導入するためのインク供給孔を備えたアルミナセラミックスからなる天板を、流路部材の開放端側に、インクを吐出するためのインク吐出孔を備えたポリイミド樹脂からなるノズル板をそれぞれ熱硬化性のエポキシ接着剤にて接着することにより試料としてのインクジェット記録ヘッドを作製した。
【００５５】
そして、得られた各インクジェット記録ヘッドの駆動用電極に３０Ｖの電圧を印加して隔壁を８ｋＨｚの周波数で変位させ、２０個のインク吐出孔から吐出されるインク滴の速度を測定し、インク滴の速度平均値及び及び速度ばらつきを算出した。なお、インク滴の速度ばらつきは上記インク吐出孔から吐出されたインク滴の速度の標準偏差により算出した。
【００５６】
それぞれの結果は表２に示す通りである。
【００５７】
【表２】
【００５８】
この結果、表２より判るように、本発明の貼付構造体を用いて形成したインクジェット記録ヘッドは、貼付構造体のうねりや反りが少ないために、各隔壁を形成する壁部材の高さ及び接着層の厚みのばらつきが小さく、均一にすることができるため、各インク吐出孔から吐出されるインク滴の速度平均値が７．０ｍ／ｓ以上と大きく、しかもインク滴の速度ばらつきが０．１ｍ／ｓ以内に抑えられ、インク滴の吐出特性が非常に優れていた。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、厚みの異なる二枚の圧電セラミック板を接着層を介して貼り合わせた貼付構造体であって、上記各圧電セラミック板の少なくとも接着面と反対側の表面とにおける表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下、各圧電セラミック板の接着面における表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ〜１．０μｍとするとともに、各圧電セラミック板には、接着面と反対側の表面から接着面に向けて分極処理をそれぞれ施すことにより、反りやうねりの少なく接着強度を有する貼付構造体を提供することができる。
【００６０】
また、上記貼付構造体の厚みの薄い圧電セラミック板側から厚みの厚い圧電セラミック板の途中まで複数の溝を刻設し、この各溝をインクの流路とするとともに、各溝を仕切る壁を隔壁とした流路部材を製作し、この流路部材の各隔壁の側面に駆動用電極を形成するとともに、上記流路部材に各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板を接合してインクジェット記録ヘッドを構成したことから、インク滴の吐出特性を向上させることができるとともに、各インク吐出孔より吐出されるインク滴の速度ばらつきを極めて小さくすることができる、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電セラミックスからなる貼付構造体の一例を示す一部を破断した斜視図である。
【図２】本発明の圧電セラミックスからなる貼付構造体を示す断面図である。
【図３】分極処理した圧電セラミック板の反り状態を示す断面図である。
【図４】分極処理していない厚みの厚い圧電セラミック板と厚みの薄い圧電セラミック板とを接着剤で貼り合わせた時の状態を示す断面図である。
【図５】本発明の圧電セラミックスからなる貼付構造体を用いたインクジェット記録ヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は図５に示すインクジェット記録ヘッドの駆動原理を説明するための部分断面図である。
【図７】従来のインクジェット記録ヘッドを示す一部を破断した斜視図である。
【符号の説明】
１，４３：貼付構造体 ２，４３：厚みの薄い圧電セラミック板 ２ａ：接着面
２ｂ：接着面と反対側の表面 ３，４５：厚みの厚い圧電セラミック板
３ａ：接着面 ３ｂ：接着面と反対側の表面 ４：接着層
１０，４０：インクジェット記録ヘッド １１，３１：流路部材
１２，３２：隔壁 １３，３３：加圧室 １４，３４：駆動用電極
１５，３５：インク供給孔 １６，３６：天板 １７，３７：インク吐出孔
１８，３８：ノズル板 １９，３９：引出線
２１，２２，４１，４２：壁部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、分極処理が施された厚みの異なる二枚の圧電セラミック板同士を接着層を介して貼り合わせた圧電セラミックス同士の貼付構造体とこれを用いたインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アクチュエータやブザーなどには、電極層と圧電セラミック板とを交互に積層した貼付構造体が用いられている。特に、アクチュエータに関しては、近年、精密加工分野や光学分野において、サブミクロンオーダーでの位置制御が求められており、この位置制御に圧電セラミックスに電界を加えたときに起こる逆圧電効果や電歪効果に基づく変位を利用したものが多く使用され、例えば、近年インクジェット記録ヘッドにも用いられている。
【０００３】
このような貼付構造体を製造するには、例えば予め分極処理が施されたチタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする二枚の圧電セラミック板を用意し、各圧電セラミック板の接着面にラップ式研磨加工や平面研削加工を施して平坦に仕上げた後、一方の圧電セラミック板の接着面に、スキージ法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の方法にて熱硬化性接着剤のペーストを塗布した後、もう一方の圧電セラミック板を貼り合わせて接着剤を硬化させることにより製作するようになっていた。
【０００４】
一方、圧電セラミックス同士の貼付構造体を用いたインクジェット記録ヘッドとしては、図７に示すように、予め分極処理が施されたチタン酸ジルコン酸鉛等を主成分とする厚みの異なる二枚の圧電セラミック板４４，４５を用意し、各圧電セラミック板の接着面にラップ式研磨加工や平面研削加工を施して平坦に仕上げた後、厚みの厚い圧電セラミック板４５の接着面に、スキージ法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の方法にて熱硬化性接着剤のペーストを塗布した後、もう一方の厚みの薄い圧電セラミック板４４を互いの分極方向が矢印の方向を向くように貼り合わせた後、加圧しながら接着剤を加熱硬化させて貼付構造４３を製作し、次いで、この貼付構造体４３の厚みの薄い圧電セラミック板４４側から厚みの厚い圧電セラミック板４５の途中まで一方端が開放された複数の溝をダイヤモンドホイールによって刻設することにより、各溝をインクの流路３３とするとともに、各溝を仕切る壁を隔壁３２とした流路部材３１を製作し、この後、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の薄膜形成手段にて隔壁３２の側面には金属膜からなる駆動用電極３４を、流路部材３１の頂面には金属膜からなる駆動用電極の引出線３９をそれぞれ形成し、しかる後、流路部材３１の頂面に、スキージ法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の方法にて熱硬化性接着剤のペーストを塗布し、インク供給孔３６を備えた天板３５を貼り合わせた後、加熱して接着剤を硬化させるとともに、流路部材３１の端面にもスキージ法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の方法にて熱硬化性接着剤のペーストを塗布し、インク吐出孔３７を備えたノズル板３８を貼り合わせた後、加熱して接着剤を硬化させることにより製作したものがあった。
【０００５】
そして、このインクジェット記録ヘッド４０を用いて記録媒体（不図示）へ印刷するには、まず、インクを不図示のインクタンクからインク供給孔３５を介して各流路３３へ供給するとともに、駆動用電極３４に通電して隔壁３２の各壁部材４１，４２を形成する圧電セラミックスを剪断モード変形させて隔壁３２を屈曲変位させることにより、流路３３内のインクを加圧し、インク吐出孔３７よりインク滴を吐出させ、記録媒体（不図示）へ印刷するようになっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、貼付構造体を形成する二枚の圧電セラミック板の厚みが異なる場合、接着剤の硬化時に発生するペーストの収縮により、厚みが厚い方の圧電セラミック板の外周部が接着層側に反り、その結果、貼付構造体全体に反りが発生するという課題があった。しかも、圧電セラミック板に、その接着面から接着面と反対側の表面に向かう分極処理を施すと、貼付構造体の反りがさらに大きくなるといった不都合もあった。
【０００７】
また、分極処理が施された厚みの薄い圧電セラミック板はうねりを生じ易く、うねりを有する圧電セラミック板を厚みの厚い圧電セラミック板に貼り合わせると、厚みの薄い圧電セラミック板はうねりを持ったまま貼り合わされることになり、接着層の厚みを均一にすることができないといった課題があった。
【０００８】
その為、このような反りやうねりを持った貼付構造体を用いて図７に示すようなインクジェット記録ヘッド４０を製作すると、一つの隔壁３２において、例えばインク吐出孔３７付近と中央付近の隔壁３２を形成する壁部材４１，４２の高さや接着層４６の厚みが異なり、本来の吐出速度でインク滴を吐出させることができなくなり、また、隔壁３２の並設方向においては、端に位置する隔壁３２を形成する壁部材４１，４２の高さや接着層４６の厚みと、中央付近に位置する隔壁３２を形成する壁部材４１，４２の高さや接着層４６の厚みが異なるため、端に位置するインク吐出孔３７より吐出されるインク滴の吐出特性と、中央付近に位置するインク吐出孔３７より吐出されるインク滴の吐出特性にばらつきができ、吐出速度や吐出量を制御できないといった課題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、厚みの異なる二枚の圧電セラミック板を接着層を介して貼り合わせた貼付構造体に関し、少なくとも厚みの薄い圧電セラミック板の接着面と反対側の表面とにおける表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下、各圧電セラミック板の接着面における表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ〜１．０μｍとするとともに、各圧電セラミック板には、接着面と反対側の表面から接着面に向けて分極処理をそれぞれ施すようにしたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記圧電セラミックス同士の貼付構造体を用い、この貼付構造体の厚みの薄い圧電セラミック板側から厚みの厚い圧電セラミック板の途中まで複数の溝を刻設し、この各溝をインクの流路とするとともに、各溝を仕切る壁を隔壁とした流路部材を製作し、流路部材の各隔壁の側面に駆動用電極を形成した後、上記流路部材に各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板を接合してインクジェット記録ヘッドを構成したことを特徴とする。
【００１１】
なお、本発明において、「接着面と反対側の表面から接着面に向けて分極処理を施す」とは、圧電セラミック板の接着面と反対の表面側に正の電圧を、接着面側に負の電圧をそれぞれ印加して分極処理を行うことを言う。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の圧電セラミックス同士の貼付構造体の一例を示す一部を破断した斜視図である。
【００１４】
この貼付構造体１は、予め分極処理された厚みの薄い圧電セラミック板２と、予め分極処理が施され、上記圧電セラミック板２よりも厚みの厚い圧電セラミック板３とを熱硬化性接着剤からなる接着層４を介して貼り合わせたもので、少なくとも厚みの薄い圧電セラミック板２の接着面２ａと反対側の表面２ｂとにおける表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下とするとともに、各圧電セラミック板２，３には、接着面２ａ，３ａと反対側の表面２ｂ，３ｂから接着面２ａ，３ａに向けて分極処理をそれぞれ施してある。
【００１５】
そして、この貼付構造体１の接着層４を導電性を有する接着剤により形成するとともに、各圧電セラミック板２，３の接着面２ａ，３ａと反対側の表面２ｂ，３ｂに蒸着法やメッキ法を用いて、白金、金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、アルミニウム等の金属、あるいは白金−金、パラジウム−銀、白金−パラジウム等を主体とする合金からなる電極層を形成し、電極層と接着層との間にそれぞれ電圧を印加すれば、縦振動するアクチュエータとして利用することができ、また、貼付構造体１を厚み方向に切断した薄板の両主面に上記電極層を形成し、両電極層間に電圧を印加すれば歪み振動させることが可能なアクチュエータとして利用することができる。
【００１６】
また、このような貼付構造体１を製造するには、焼結された圧電セラミックスからなる基板を用意し、遊離砥粒として粒径が５〜１０μｍの炭化珪素粒子を用いた両面ラップ盤によるラップ式研磨加工を施すか、あるいは粒径が５〜１０μｍのダイヤモンド砥粒を固着したダイヤモンドホイールを用いた平面研削盤による平面研削加工を施して所定の厚みを持ち、少なくとも接着面２ａと反対側の表面２ｂにおける表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下にした圧電セラミック板２を製作する。
【００１７】
また、焼結された圧電セラミックスからなる基板を別に用意し、遊離砥粒として粒径が５〜１０μｍの炭化珪素粒子を用いた両面ラップ盤によるラップ式研磨加工を施すか、あるいは粒径が５〜１０μｍのダイヤモンド砥粒を固着したダイヤモンドホイールを用いた平面研削盤による平面研削加工を施して圧電セラミック基板よりも厚みの厚い圧電セラミック板３を製作する。
【００１８】
次に、厚みの薄い圧電セラミック板２の接着面２ａ及び接着面２ａと反対側の表面２ｂにそれぞれ銀等の電極層を形成し、シリコンオイル中にて接着面２ａと反対側の表面２ｂに形成した電極層に正の電圧を、接着面２ａに形成した電極層に負の電圧をそれぞれ印加して両電極層間に例えば１．０〜３．０ｋＶ／ｍｍの電界を与えることにより分極処理を施した後、両電極層を除去する。同様に厚みの厚い圧電セラミック板３の接着面３ａ及び接着面３ａと反対側の表面３ｂにもそれぞれ銀等の電極層を形成し、接着面３ａと反対側の表面３ｂに形成した電極層に正の電圧を、接着面３ａに負の電圧を印加して分極処理を施した後、両電極層を除去する。そして、厚みの厚い圧電セラミック板３の接着面３ａに熱硬化性接着剤のペーストを塗布し、次いで厚みの薄い圧電セラミック板２の接着面２ａを基板３の接着面３ａと対向させて重ねた後、加圧しながら接着剤を加熱硬化させることにより得ることができる。
【００１９】
そして、本発明の貼付構造体１によれば、上述したように、厚みの厚い圧電セラミック板３に、接着面３ａと反対側の表面３ｂから接着面３ａに向かう分極処理を施し、同様に厚みの薄い圧電セラミック板２にも、接着面２ａと反対側の表面２ｂから接着面２ａに向かう分極処理を施してあることを特徴とする。
【００２０】
即ち、貼付構造体１を形成する厚みの薄い圧電セラミック板２（分極処理なし）と、厚みの厚い圧電セラミック板３（分極処理なし）の各接着面２ａ，３ａ間に熱硬化性接着剤のペーストを介在させ、加圧しながら加熱硬化させると、接着剤が収縮し、特に圧電セラミック板３の接着面３ａ側には収縮応力が、圧電セラミック板３の接着面３ａと反対側の表面３ｂには引張応力がそれぞれ作用し、図４に示すように貼付構造体１の外周部が厚みの薄い圧電セラミック板２側に反ることになる。
【００２１】
一方、厚みの薄い圧電セラミック板２、及び厚みの厚い圧電セラミック板３には圧電効果を発揮させるため、分極処理を施すのであるが、分極前は平坦な板状体であっても、分極後は図３に示すように、電圧のプラス極側からマイナス極側への分極方向と反対方向に各圧電セラミック板２，３の外周部が反る傾向がある。
【００２２】
そこで、本件発明者は、この両者の現象に着目し、両圧電セラミック板２，３に、接着面２ａ，３ａと反対側の表面２ｂ，３ｂから接着面２ａ，３ａに向かう分極処理を施すことで、分極処理により各圧電セラミック板２，３の外周部を接着面側に反らせようとする力と、接着剤の収縮に伴い貼付構造体１を反らせようとする力を相殺させ、図２に示すように、反りが少ない貼付構造体１が得られることを見出した。
【００２３】
また、各圧電セラミック板２，３への分極処理にあたっては、電界の強度を大きくすることで分極の度合いが大きくなり、その結果、反り具合も大きくなる。その為、分極処理時に加える電界強度を、圧電セラミックスの圧電特性を損なわない範囲で制御することにより、貼付構造体１の反りをさらに低減することが可能となる。
【００２４】
ただし、貼付構造体１における圧電セラミックスの圧電効果を十分に発揮させるためには、各圧電セラミック板２，３に加える分極方向を設定するだけでなく、厚みの薄い圧電セラミック板２の少なくとも接着面２ａと反対側の表面２ｂとにおける表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下とすることが重要である。
【００２５】
即ち、厚みの薄い圧電セラミック板２の接着面２ａと反対側の表面２ｂにおける表面粗さが粗いと、分極処理により発生する引っ張り応力が表面全体にわたって均一に発生せず、局部的に負荷されるため、うねりを伴った反りが発生するからである。
【００２６】
そして、本件発明者の実験によれば、厚みの薄い圧電セラミック板２の接着面２ａと反対側の表面２ｂにおける表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍを超えると、うねりを伴った反りを十分に解消できないことを知見し、圧電セラミック板２の接着面２ａと反対側の表面２ｂにおける表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下とすることにより、圧電セラミック板２の接着面２ａと反対側の表面２ｂ全体に引っ張り応力を一様に発生させ、うねりの度合いを低減することができるため、厚みの厚い圧電セラミック板３に貼り合わせれば、接着層４の厚みを均一にすることができ、反りの少ない貼付構造体１が得られることを見出し、本発明に至った。
【００２７】
好ましくは厚みの薄い圧電セラミック板２の接着面２ａと反対側の表面２ｂにおける表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．５μｍ以下とすることが良く、このようにすることで貼付構造体１の反りをより一層低減することができる。
【００２８】
なお、各圧電セラミック板２，３の接着面２ａ，３ａにおける表面粗さについては接着強度を得るため、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１〜１．０μｍとすることが良い。また、厚みの厚い圧電セラミック板３の接着面３ａと反対側の表面３ｂにおける表面粗さについては特に限定するものではないが、貼付構造体１の安定した変位が得られるようにするため、算術平均粗さ（Ｒａ）で５μｍ以下とすれば良い。
【００２９】
ところで、貼付構造体１を形成する圧電セラミック板２，３の材質としては、特に限定するものではなく、アクチュエータやブザー等の振動源として一般的に用いられている、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系）、チタン酸鉛（ＰＴ系）、あるいはこれらを主成分とし、圧電定数等を高めるためにＭｇ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｓｒ、Ｂａ等を少なくとも一種以上置換した圧電セラミックスを用いることができる。
【００３０】
また、上記圧電セラミック板２，３の寸法は用途により様々であるが、例えば角板の場合、１０ｍｍ〜２５０ｍｍ×２０ｍｍ〜３００ｍｍ×厚さ０．１ｍｍ〜３ｍｍの寸法の基板を用いれば良い。
【００３１】
さらに、接着層４を形成する熱硬化性接着剤としては、エポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤、フェノール系接着剤等の一般的な熱硬化性接着剤を用いることができ、中でも高い接着強度が得られるエポキシ系接着剤が好適である。
【００３２】
次に、応用例として、本発明の貼付構造体１を用いて形成したインクジェット記録ヘッドを図５及び図６（ａ）（ｂ）を基に説明する。
【００３３】
図５は、本発明の圧電セラミックス同士の貼付構造体を用いたインクジェット記録ヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図、図６（ａ）（ｂ）は図５に示すインクジェット記録ヘッドの駆動原理を説明するための部分断面図である。
【００３４】
このインクジェット記録ヘッド１０は、図１に示す貼付構造体１に、厚みの薄い圧電セラミック板２側から厚みの厚い圧電セラミック板３の途中まで一方端が開放された複数の溝をダイヤモンドホイールによって刻設することにより、各溝をインクの流路１３とするとともに、各溝を仕切る壁を隔壁１２とした流路部材１１を製作し、この後、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の薄膜形成手段にて隔壁１２の側面を含む流路１３の表面に駆動用電極１４を、流路部材１１の頂面に駆動用電極１４の引出線１９を形成する。
【００３５】
駆動用電極１４及びその引出線１９を形成する材質としては、白金、金、パラジウム、ロジウム、ニッケル、アルミニウム等の金属、あるいは白金−金、パラジウム−銀、白金−パラジウム等を主体とする合金を用いれば良い。
【００３６】
次に、流路部材１１の頂面に、スキージ法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の方法にて熱硬化性接着剤のペーストを塗布し、インク供給孔１６を備えた天板１５を貼り合わせ、加熱して接着剤を硬化させるとともに、流路部材１１の開放端面にもスキージ法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の方法にて熱硬化性接着剤のペーストを塗布し、インク吐出孔１７を備えたノズル板１８を貼り合わせ、加熱して接着剤を硬化させることにより製作したものである。
【００３７】
なお、図示していないが、駆動用電極１４はインクにより腐食を受け易いため、流路１３内には駆動用電極１４を覆うようにポリパラキシリレン等の樹脂膜や窒化珪素膜からなる保護膜により被覆しておくことが好ましい。
【００３８】
また、このヘッド１０を用いて記録媒体（不図示）へ印刷するには、まず、インクを不図示のインクタンクからインク供給孔１５を介して各流路１３へ導入するとともに、図６（ａ）に示すように、流路１３ｂ内に形成した駆動用電極１４ｂに負の電圧を、流路１３ａ，１３ｃ内にそれぞれ形成された駆動用電極１４ａ，１４ｃに各々正の電圧を印加すると、流路１３ｂを仕切る隔壁１２ａ，１２ｂを形成する各壁部材２１，２２の圧電セラミックスが剪断モード変形を起こし、隔壁１２ａ，１２ｂが流路１３ｂ側に略「く」字状に屈曲変位するため、流路１３ｂ内のインクを加圧し、インク吐出孔１７よりインク滴を吐出させることができ、また、図６（ｂ）に示すように、駆動用電極１４ｂと駆動用電極１４ａ，１４ｃに印加する電圧の極性を反転させると、隔壁１２ａ，１２ｂは各流路１３ａ，１３ｃ側にそれぞれ屈曲変位するため、流路１３ｂ内が減圧され、インク供給孔１５よりインクを供給することができ、これらの動作を繰り返すことでインク滴を適宜吐出することができるようになっている。
【００３９】
そして、本発明のインクジェット記録ヘッド１０によれば、流路部材１１の製作にあたり、反りやうねりがなく、かつ接着層の厚みばらつきが極めて少ない貼付構造体１より形成してあることから、各隔壁１２を形成する壁部材２１，２２の高さ及び接着層４の厚みをその長手方向にわたって均一にすることができるため、インク吐出孔１７より吐出されるインク滴の吐出特性（吐出速度、吐出量）を向上させることができるとともに、各インク吐出孔１７より吐出されるインク滴の吐出特性（吐出速度、吐出量）のばらつきを極めて低減することができる。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、図１に示す貼付構造体１や図５に示すインクジェット記録ヘッド１０に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば、改良や変更したものでも良いことは言う迄もない。
【００４１】
【実施例】
（実施例１）
ここで、厚みの異なる二枚の圧電セラミック板同士を熱硬化性接着剤からなる接着層を介して貼り合わせた貼付構造体において、圧電セラミック板の分極方向と、厚みの薄い圧電セラミック板の接着面と反対側の表面における表面粗さをそれぞれ異ならせた時の反りの大きさやうねりの有無ついて調べる実験を行った。
【００４２】
具体的には、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電セラミックスからなり、その板厚が１．５ｍｍの圧電セラミック板を二枚用意し、これらの基板の上下面に銀の電極層をそれぞれ被着し、電極層間に通電して基板厚み方向に２．０ｋＶ／ｍｍの電界を負荷して分極処理を施した後、上下の電極膜を取り除き、さらに粒径５μｍの炭化珪素砥粒を用いてラップ加工を行うことにより、外形寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍで、接着面と反対側の表面における表面粗さを表１のように異ならせた板厚が０．２ｍｍの圧電セラミック板と板厚が０．７ｍｍの圧電セラミック板をそれぞれ製作した。
【００４３】
次に、板厚が０．７ｍｍの圧電セラミック板の接着面にエポキシ系接着剤（商品名；ＥＰＯＴＥＫ３５３−ＮＤ）を転写法にて塗布した後、板厚が０．２ｍｍの圧電セラミック板の接着面を貼り合わせ、真空チャンバー内にて、８ＫＰａの減圧下で、加圧しながら１００〜１５０℃の温度で熱処理することによって、エポキシ系接着剤を硬化させることにより、試料となる貼付構造体を製作し、得られた貼付構造体の反りの大きさとうねりの有無を測定した。
【００４４】
なお、圧電セラミック板の反りの大きさとうねりの有無、及び貼付構造体の反りの大きさは、表面粗さ測定機を使用して、圧電セラミック板及び貼付構造体の表面上の対角線上にて測定長さ５０ｍｍでの表面粗さ曲線の形状から測定し、反りの大きさは、表面曲線の最上部（測定開始点または終了点）と最下部（測定中央部または基板の中央部付近）の高さの差とした。また、うねりについては表面曲線の形状を見て有るか無いかで判断した。
【００４５】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００４６】
【表１】
この結果、表１より判るように、試料Ｎｏ．１〜７のように、厚みの厚い圧電セラミック板に、その接着面と反対側の表面（正の電圧）から接着面（負の電圧）に向けて分極処理を施せば、試料Ｎｏ．８〜１０のように、圧電セラミック板に、接着面（正の電圧）から接着面と反対側の表面（負の電圧）に向けて分極処理を施したものと比較して貼付構造体の反りを大幅に低減できることが判る。
【００４８】
ただし、試料Ｎｏ．５〜７のように、厚みの薄い圧電セラミック板の接着面と反対側の表面における表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍを超えると、圧電セラミック板にうねりを伴った反りが発生し、その結果、この圧電セラミック板を貼り合わせた貼付構造体もまた反りが大きくなっていた。
【００４９】
これに対し、試料Ｎｏ．１〜４に示すように、各圧電セラミック板に、その接着面と反対の表面（正の電圧）から接着面（負の電圧）に向けて分極処理を施すとともに、厚みの薄い圧電セラミック板の接着面と反対側の表面における表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下とすれば、貼付構造体の反りやうねりを極めて小さくすることができ、優れていた。
【００５０】
この結果、各圧電セラミック板に、その接着面と反対の表面（正の電圧）から接着面（負の電圧）に向けて分極処理を施すとともに、厚みの薄い圧電セラミック板の接着面と反対側の表面における表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下とすれば、うねりや反りの少ない貼付構造体を得ることができることが判る。
【００５１】
（実施例２）
次に、表１の試料Ｎｏ．２、５、及び８の貼付構造体を用いて、インクジェット記録ヘッドを製作し、それぞれのヘッドにおいて、２０個のインク吐出孔から吐出されるインク滴の速度を測定し、インク滴の速度平均値及び速度ばらつきを測定した。
【００５２】
具体的には、各貼付構造体を形成する厚みの薄い圧電セラミック板の表面側から、粒径が５μｍのダイヤモンド砥粒を固着したダイヤモンドホイールを用い、加工速度５ｍｍ／ｓｅｃの条件にて、一方単が開放された溝を３０００本刻設することにより、各溝をインクの流路とするとともに、各溝を仕切る壁を隔壁とした流路部材を作製した。なお、各流路の深さは３００μｍ、各流路の幅は７５μｍ、ピッチは１４１μｍとなるようにした。
【００５３】
しかる後、各流路部材の必要箇所にマスキングを施した後、スパッタリング法にて流路の内壁面全体にアルミニウム膜からなる駆動用電極を形成するとともに、流路の終端から流路部材の後端まで各駆動用電極とそれぞれ連通するアルミニウム膜からなる引出線を形成した。
【００５４】
その後、各隔壁の頂面に、インクを導入するためのインク供給孔を備えたアルミナセラミックスからなる天板を、流路部材の開放端側に、インクを吐出するためのインク吐出孔を備えたポリイミド樹脂からなるノズル板をそれぞれ熱硬化性のエポキシ接着剤にて接着することにより試料としてのインクジェット記録ヘッドを作製した。
【００５５】
そして、得られた各インクジェット記録ヘッドの駆動用電極に３０Ｖの電圧を印加して隔壁を８ｋＨｚの周波数で変位させ、２０個のインク吐出孔から吐出されるインク滴の速度を測定し、インク滴の速度平均値及び及び速度ばらつきを算出した。なお、インク滴の速度ばらつきは上記インク吐出孔から吐出されたインク滴の速度の標準偏差により算出した。
【００５６】
それぞれの結果は表２に示す通りである。
【００５７】
【表２】
この結果、表２より判るように、本発明の貼付構造体を用いて形成したインクジェット記録ヘッドは、貼付構造体のうねりや反りが少ないために、各隔壁を形成する壁部材の高さ及び接着層の厚みのばらつきが小さく、均一にすることができるため、各インク吐出孔から吐出されるインク滴の速度平均値が７．０ｍ／ｓ以上と大きく、しかもインク滴の速度ばらつきが０．１ｍ／ｓ以内に抑えられ、インク滴の吐出特性が非常に優れていた。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、厚みの異なる二枚の圧電セラミック板を接着層を介して貼り合わせた貼付構造体であって、上記各圧電セラミック板の少なくとも接着面と反対側の表面とにおける表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下、各圧電セラミック板の接着面における表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ〜１．０μｍとするとともに、各圧電セラミック板には、接着面と反対側の表面から接着面に向けて分極処理をそれぞれ施すことにより、反りやうねりの少なく接着強度を有する貼付構造体を提供することができる。
【００６０】
また、上記貼付構造体の厚みの薄い圧電セラミック板側から厚みの厚い圧電セラミック板の途中まで複数の溝を刻設し、この各溝をインクの流路とするとともに、各溝を仕切る壁を隔壁とした流路部材を製作し、この流路部材の各隔壁の側面に駆動用電極を形成するとともに、上記流路部材に各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板を接合してインクジェット記録ヘッドを構成したことから、インク滴の吐出特性を向上させることができるとともに、各インク吐出孔より吐出されるインク滴の速度ばらつきを極めて小さくすることができる、信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電セラミックスからなる貼付構造体の一例を示す一部を破断した斜視図である。
【図２】本発明の圧電セラミックスからなる貼付構造体を示す断面図である。
【図３】分極処理した圧電セラミック板の反り状態を示す断面図である。
【図４】分極処理していない厚みの厚い圧電セラミック板と厚みの薄い圧電セラミック板とを接着剤で貼り合わせた時の状態を示す断面図である。
【図５】本発明の圧電セラミックスからなる貼付構造体を用いたインクジェット記録ヘッドの一例を示す一部を破断した斜視図である。
【図６】（ａ）（ｂ）は図５に示すインクジェット記録ヘッドの駆動原理を説明するための部分断面図である。
【図７】従来のインクジェット記録ヘッドを示す一部を破断した斜視図である。
【符号の説明】
１，４３：貼付構造体 ２，４３：厚みの薄い圧電セラミック板 ２ａ：接着面
２ｂ：接着面と反対側の表面 ３，４５：厚みの厚い圧電セラミック板
３ａ：接着面 ３ｂ：接着面と反対側の表面 ４：接着層
１０，４０：インクジェット記録ヘッド １１，３１：流路部材
１２，３２：隔壁 １３，３３：加圧室 １４，３４：駆動用電極
１５，３５：インク供給孔 １６，３６：天板 １７，３７：インク吐出孔
１８，３８：ノズル板 １９，３９：引出線
２１，２２，４１，４２：壁部材
Claims (2)
- 厚みの異なる二枚の圧電セラミック板を接着層を介して貼り合わせた貼付構造体であって、少なくとも厚みの薄い圧電セラミック板の接着面と反対側の表面における表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で１．０μｍ以下、各圧電セラミック板の接着面における表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．１μｍ〜１．０μｍとするとともに、各圧電セラミック板には、接着面と反対側の表面から接着面に向けて分極処理をそれぞれ施してあることを特徴とする圧電セラミックス同士の貼付構造体。
- 請求項１に記載の圧電セラミックス同士の貼付構造体の厚みの薄い圧電セラミック板側から厚みの厚い圧電セラミック板の途中まで複数の溝を刻設し、この各溝をインクの流路とするとともに、各溝を仕切る壁を隔壁とした流路部材と、上記各隔壁の側面に設けられた駆動用電極と、上記流路部材に接合され、各流路と連通するインク吐出孔を備えたノズル板とから構成したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
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