JP5012843B2 - 液体吐出ヘッドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法に関する。

印刷用紙等の記録媒体にインク滴を吐出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に連通した圧力室を含む多数の個別インク流路が形成された流路ユニットと、流路ユニットの表面に固定されており、各圧力室の容積を変化させることにより圧力室にインク滴の吐出エネルギーを付加するアクチュエータユニットとを有するものがある。このアクチュエータユニットは、多数の圧力室に跨り厚み方向に分極された圧電シートと、圧電シートの表面において各圧力室と対向するように配置された多数の個別電極と、圧電シートを介して多数の個別電極と対向するように配置された共通電極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ユニットは、個別電極と共通電極との間に電圧が印加されたとき、圧電シートの当該個別電極と共通電極とに挟持される活性部が変形することによって、圧力室の容積を変化させて圧力室内のインクに吐出エネルギーを付与する。

インクジェットヘッドの製造工程において、アクチュエータユニットを流路ユニットに押圧しながら固定するときに、圧電シートにクラックが発生することがある。圧電シートにクラックが発生すると、活性部の変形特性が変化したり、クラックに沿って個別電極が破断することによって、個別電極と共通電極との間の静電容量が低下したりするため、インク吐出特性が低下する。このため、インクジェットヘッドの組み立てが完了した後に、圧電シートにクラックが発生しているか否を目視で検査することが行われている。

特開２００８−１４３１２６号公報（図１）

圧電シートに発生したクラックが微細な場合は、クラックが密着しているため、当該クラックによって個別電極が破断することがなく、目視で当該クラックを発見することが難しい。

本発明の目的は、圧電層に発生したクラックを確実に検知することができる液体吐出ヘッドの製造方法を提供することにある。

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、圧力室を経てノズルに至る個別液体流路が形成された流路ユニットと、厚み方向に分極された圧電層、前記圧力室と対向するように前記圧電層の表面に配置され且つ外部から駆動電圧が供給されるランド部を含み所定の形状及び面積を有した個別電極、前記圧電層の前記表面に係る前記個別電極の周囲の少なくとも一部に前記個別電極から離隔するように配置された検査電極、及び、前記個別電極及び前記検査電極との間で前記圧電層を挟持する共通電極を含み、前記流路ユニットの表面に固定されたアクチュエータとを有する液体吐出ヘッドを形成するヘッド形成工程と、前記検査電極と前記共通電極との間に第１電圧が印加された状態で、前記個別電極と前記共通電極との間の静電容量を測定する静電容量測定工程と、前記所定の形状及び面積を有した状態の前記個別電極と前記共通電極との間の静電容量を取得する取得工程と、前記静電容量測定工程において測定された前記静電容量の値が、前記取得工程において取得された前記静電容量の値未満の所定値以下であるときに、前記圧電層にクラックが発生していることを検知する検知工程とを備えている。前記静電容量測定工程において、前記第１電圧の印加により前記検査電極と前記共通電極との間に生じる電界方向、及び、前記圧電層に係る前記検査電極と前記共通電極との間の部分の分極方向が、前記第１電圧の印加により前記圧電層の前記部分を面方向に関して収縮させる方向である。

本発明によると、圧電層を挟持する検査電極と共通電極との間に第１電圧が印加されることによって、圧電層に係る検査電極と共通電極とに挟持された部分である検査活性部が平面方向に収縮しようとする。これにより、圧電層に係る個別電極と共通電極とに挟持された部分である駆動活性部に平面方向に関する引っ張り応力が発生する。駆動活性部にクラックが発生していると、その引っ張り応力によってクラックが拡大されると共にクラックに沿って個別電極が複数の部分に破断する。このため、個別電極と共通電極との間の静電容量が確実に低下し、圧電層に発生したクラックが微細なものであっても、当該クラックを確実に検知することができる。

本発明においては、前記圧電層が厚み方向に分極されており、前記静電容量測定工程において、前記第１電圧の印加により前記検査電極と前記共通電極との間に生じる電界の向きが、前記圧電層の分極方向に沿うと共に実質的に同じ向きであることが好ましい。これによると、検査電極を用いることによって、圧電層に係る検査電極と共通電極との間の部分を、分極することができると共に面方向に収縮させることができる。

本発明においては、前記検査電極が、前記圧電層の前記表面に係る前記個別電極及び前記個別電極の外縁から連続した一定幅を有する環状領域を除いた全域に形成されていることが好ましい。これによると、検査電極と共通電極との間に第１電圧を印加することによって、駆動活性部に全ての平面方向に関する引っ張り応力を発生させることができる。これにより、クラックの延在方向に関わらず当該クラックを確実に拡大することができる。

このとき、前記検査電極の厚みが、前記圧電層の表面から前記ランド部の先端までの距離以上であることがより好ましい。これによると、アクチュエータを流路ユニットの表面に固定するとき、検査電極の表面を押圧することによって、アクチュエータに加えられる圧力が均一化される。これにより、アクチュエータを流路ユニットの表面に固定するとき、アクチュエータが破損するのを抑制することができる。

本発明においては、前記ヘッド形成工程が、前記個別電極と前記共通電極との間に前記第１電圧よりも高い第２電圧を印加する駆動活性部分極工程を含んでいることが好ましい。これによると、圧電層に係る個別電極と共通電極とに挟持される部分である駆動活性部を厚み方向に確実に分極することができる。

また、本発明においては、前記ヘッド形成工程が、前記検査電極と前記共通電極との間に前記第１電圧よりも高い第３電圧を印加する検査活性部分極工程を含んでいることがより好ましい。これによると、圧電層に係る検査電極と共通電極とに挟持される部分である検査活性部を厚み方向に確実に分極することができる。

本発明によると、厚み方向に分極された圧電層を挟持する検査電極と共通電極との間に第１電圧が印加されることによって、圧電層に係る検査電極と共通電極とに挟持された部分である検査活性部が電界方向（分極方向）に伸び、電界方向と直交する平面方向に収縮しようとする。これにより、圧電層に係る個別電極と共通電極とに挟持された部分である駆動活性部に平面方向に関する引っ張り応力が発生する。駆動活性部にクラックが発生していると、その引っ張り応力によってクラックが拡大されると共にクラックに沿って個別電極が破断する。このため、個別電極と共通電極との間の静電容量が確実に低下し、圧電層に発生したクラックが微細なものであっても、当該クラックを確実に検知することができる。

本発明の一実施形態に関するインクジェットプリンタの断面図である。 図１に示すインクジェットヘッドの幅方向に沿った断面図である。 図２に示すIII-III線に関する断面図である。 図３に示す一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。 図４に示すV-V線の断面図である。 図４に示すアクチュエータユニットの部分拡大平面図である。 （ａ）図６に示すVIIA-VIIA線に係る断面図である。（ｂ）図６に示すVIIB-VIIB線に係る断面図である。 図１に示すインクジェットヘッドの製造方法を示す工程ブロック図である。 図８に示す分極工程におけるアクチュエータユニットの部分断面図である。 図８に示す静電容量測定工程におけるアクチュエータユニットの部分断面図である。 図１０に示す静電容量測定器の内部構成を示すブロック図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

インクジェットプリンタ１０１は、図１に示すように、直方体形状の筐体１ａを有している。また、筐体１ａの上部には、排紙部３１が設けられている。さらに、筐体１ａ内は、上から順に３つの空間Ａ、Ｂ、Ｃに区分されている。空間Ａには、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックのインクをそれぞれ吐出する４つのインクジェットヘッド１、及び、搬送ユニット２０が配置されている。空間Ｂ、Ｃはそれぞれ、筐体１ａに対して着脱可能な給紙ユニット１ｂ及びインクタンクユニット１ｃが配置される空間である。なお、本実施形態において、副走査方向とは搬送ユニット２０で用紙Ｐを搬送するときの搬送方向と平行な方向であり、主走査方向とは副走査方向に直交する方向であって水平面に沿った方向である。

インクジェットプリンタ１０１の内部には、給紙ユニット１ｂから排紙部３１に向けて、用紙Ｐが搬送される用紙搬送経路が形成されている（図１中太矢印）。給紙ユニット１ｂは、複数枚の用紙Ｐを収納することが可能な給紙トレイ２３と、給紙トレイ２３に取り付けられた給紙ローラ２５とを有している。給紙ローラ２５は、給紙トレイ２３に積層して収納された複数の用紙Ｐのうち、最も上方にある用紙Ｐを送り出す。給紙ローラ２５によって送り出された用紙Ｐは、ガイド２７ａ、２７ｂによりガイドされ且つ送りローラ対２６によって挟持されつつ搬送ユニット２０へと送られる。

搬送ユニット２０は、２つのベルトローラ６、７と、両ローラ６、７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、テンションローラ１０とを有している。テンションローラ１０は、搬送ベルト８の下側ループにおいて、その内周面に接触しつつ下方に付勢されることで搬送ベルト８にテンションを付加している。ベルトローラ７は、駆動ローラであって、搬送モータＭから２つのギアを介して駆動力が与えられることで、図１中時計回りに回転する。ベルトローラ６は、従動ローラであって、ベルトローラ７の回転により搬送ベルト８が走行するのに伴って、図１中時計回りに回転する。

搬送ベルト８の外周面８ａにはシリコーン処理が施されており、粘着性を有している。用紙搬送経路上において搬送ベルト８を挟んでベルトローラ６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、給紙ユニット１ｂから送り出された用紙Ｐを搬送ベルト８の外周面８ａに押さえ付ける。外周面８ａに押さえ付けられた用紙Ｐは、その粘着力によって外周面８ａ上に保持されつつ、図１右方へと搬送される。

また、用紙搬送経路上において搬送ベルト８を挟んでベルトローラ７と対向する位置には、剥離プレート５が設けられている。剥離プレート５は、用紙Ｐを外周面８ａから剥離する。剥離された用紙Ｐは、ガイド２９ａ，２９ｂによりガイドされ且つ二組の送りローラ対２８によって挟持されつつ搬送され、筐体１ａ上部の開口３０から排紙部３１へと排出される。

４つのインクジェットヘッド１は、フレーム３を介して筐体１ａに支持されている。また、４つのインクジェットヘッド１は、それぞれ主走査方向に沿って延在し、副走査方向には互いに平行に配置されている。フレーム３を介して筐体１ａに支持されている。すなわち、インクジェットプリンタ１０１は、主走査方向に延びる吐出領域が形成されたライン式のカラーインクジェットプリンタである。各インクジェットヘッド１の下面は、インク滴が吐出される吐出面２ａである。

搬送ベルト８のループ内には、４つのインクジェットヘッド１と対向して、プラテン１９が配置されている。プラテン１９の上面は、搬送ベルト８の上側ループの内周面と接触しており、搬送ベルト８の内周側からこれを支持している。これにより、搬送ベルト８の上側ループの外周面８ａとインクジェットヘッド１の下面、即ち吐出面２ａとが対向しつつ平行になり、且つ、画像形成に適した所定間隔の隙間が形成されている。当該隙間は、用紙搬送経路の一部を構成する。搬送ベルト８によって搬送されてきた用紙Ｐが４つのヘッド１のすぐ下方を通過する際に、各ヘッド１から用紙Ｐの上面に向けて各色のインクが順に吐出され、用紙Ｐ上に所望のカラー画像が形成される。

インクジェットヘッド１はそれぞれ、空間Ｃのインクタンクユニット１ｃに装着されたインクタンク４９と接続されている。すなわち、４つのインクタンク４９には、それぞれ対応するインクジェットヘッド１の吐出するインクが貯留されている。そして、各インクタンク４９からチューブ（図示せず）等を介してインクジェットヘッド１にインクが供給される。

次に、図２、図３を参照しつつインクジェットヘッド１について詳細に説明する。なお、図３においては、下筐体８２が省略されている。

図２に示すように、インクジェットヘッド１は、リザーバユニット７１と、流路ユニット９及びアクチュエータユニット２１を含むヘッド本体２と、一端がアクチュエータユニット２１に接続されていると共にドライバＩＣ５２が実装されたＣＯＦ（Chip On Film：平型柔軟基板）５０と、ＣＯＦ５０の他端が接続された制御基板５４とを有している。さらに、インクジェットヘッド１は、リザーバユニット７１及び流路ユニット９を包囲する箱体を形成する上筐体８１及び下筐体８２と、上筐体８１の上方において制御基板５４を包囲するヘッドカバー５５とを有している。

リザーバユニット７１は、ヘッド本体２の上面に固定されていると共にヘッド本体２にインクを供給する流路形成部材である。また、リザーバユニット７１は、プレート９１〜９４の４枚のプレートが互いに位置合わせされて積層された積層体であり、その内部に、図示しないインク流入流路、インクリザーバ７２、及び、１０個のインク流出流路７３が互いに連通するように形成されている。なお、図２においては、１つのインク流出流路７３のみが表れている。インク流入流路は、インクタンク４９からのインクが初めに流入する流路である。インクリザーバ７２は、インク流入流路から流入したインクを一時的に貯溜するインク溜である。インク流出流路７３は、インクリザーバ７２からのインクが流出する流路であって、流路ユニット９の上面に形成されたインク供給口１０５ｂに連通している。インクタンク４９からのインクは、インク流入流路を介してインクリザーバ７２に流入し、インク流出流路７３を通過して、インク供給口１０５ｂから流路ユニット９に供給される。

また、プレート９４の下面には、凹部９４ａが形成されている。凹部９４ａは、流路ユニット９の上面との間で空隙９０を形成している。空隙９０には、流路ユニット９上の４つのアクチュエータユニット２１が、流路ユニット９の長手方向に沿って等間隔で配列されている。また、積層体の側面には、リザーバユニット７１の長手方向に沿って、空隙９０の４つの開口９０ａが千鳥状に等間隔で形成されている。

また、プレート９４の下面は、凸部（凹部９４ａ以外の部分）が流路ユニット９と接着されている。凸部内には、インク流出流路７３が形成されている。

ＣＯＦ５０は、その一方端部近傍がアクチュエータユニット２１の上面に接続されている。さらに、ＣＯＦ５０は、アクチュエータユニット２１の上面から水平方向に延在して開口９０ａを通過した後、上方に向かって略直角に湾曲して折り曲げられ、上筐体８１及び下筐体８２の内壁面に形成された切欠き５３を通過してリザーバユニット７１の上方に引き出されている。また、ＣＯＦ５０は、リザーバユニット７１の上方において、図２中左方に延在した後に、上筐体８１に形成されたスリット８１ａから上筐体８１の上方に引き出されている。そして、上筐体８１の上方において、ＣＯＦ５０の他方端部がコネクタ５４ａを介して制御基板５４に接続されている。ＣＯＦ５０の途中部には、ドライバＩＣ５２が実装されている。ドライバＩＣ５２は、リザーバユニット７１の上面に貼り付けられており、リザーバユニット７１と熱的に結合されている。これにより、ドライバＩＣ５２から発生した熱が、リザーバユニット７１に伝達してドライバＩＣ５２を冷却する一方で、リザーバユニット７１内のインクを温めることによってインクの粘度が高くなるのを抑制している。

制御基板５４は、上筐体８１の上方に配置されており、ＣＯＦ５０のドライバＩＣ５２を介してアクチュエータユニット２１の駆動を制御する。ドライバＩＣ５２は、アクチュエータユニット２１を駆動する駆動信号を生成するものである。

さらに、図３及び図４を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。なお、図４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及び吐出口１０８を実線で描いている。

ヘッド本体２は、図３に示すように、流路ユニット９の上面９ａに４つのアクチュエータユニット２１が固定された積層体である。図３〜図５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、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、リザーバユニット７１のプレート９４とほぼ同じ平面形状を有する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７１のインク流出流路７３（図２参照）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、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、さらに副マニホールド流路１０５ａから分岐した多数の個別インク流路１３２が形成されている。流路ユニット９の下面には、図４に示すように、吐出面２ａが形成されており、多数の吐出口１０８がマトリクス状に配置されている。流路ユニット９の上面９ａ（アクチュエータユニット２１の固定面）にも、圧力室１１０がマトリクス状に多数配列されている。

本実施形態では、流路ユニット９の長手方向に等間隔に並ぶ圧力室１１０の列が、幅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（下底側）から短辺側（上底側）に向かって次第に少なくなるように配置されている。吐出口１０８も、これに対応した配置がされている。

流路ユニット９は、ステンレス鋼からなる金属製のプレート１２２〜１３０を互いに位置合わせしつつ積層することによって、流路ユニット９内に、マニホールド流路１０５から圧力室１１０を経て吐出口１０８に至る流路が形成される。

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。図３〜図５に示すように、リザーバユニット７１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に分配される。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、圧力室１１０を介して吐出口１０８に至る。

次に、アクチュエータユニット２１について説明する。図３に示すように、４つの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おり、インク供給口１０５ｂを避けるよう千鳥状に配置されている。さらに、各アクチュエータユニット２１の平行対向辺は流路ユニット９の長手方向に沿っており、隣接するアクチュエータユニット２１の斜辺同士は流路ユニット９の幅方向（副走査方向）に関して互いにオーバーラップしている。

図６、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、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なる３枚の圧電シート１４１〜１４３から構成されている。最上層の圧電シート１４１はその厚み方向に分極されている。また、圧電シート１４１の上面には、複数の個別電極１３５及び検査電極１３７が形成されている。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。複数の個別電極１３５及び検査電極１３７と共通電極１３４とが圧電シート１４１を挟持している。

個別電極１３５は、圧力室１１０と対向しており、圧力室１１０と相似な略菱形の平面形状を有する。平面視で、個別電極１３５の大部分は、圧力室１１０の領域内にある。略菱形の個別電極１３５における鋭角部の一方は圧力室１１０の外に延出され、その先端には個別電極１３５と電気的に接続された個別ランド１３６が設けられている。個別電極１３５を共通電極１３４と異なる電位にして圧電シート１４１に分極方向の電界が印加されると、圧電シート１４１における電界印加部分が圧電効果により歪む駆動活性部として働く。これに対応して、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く。つまり、アクチュエータユニット２１は、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た圧電素子である。

検査電極１３７は、流路ユニット９の圧力室１１０を画定する隔壁と対向しており、圧電シート１４１の上面において個別電極１３５及び個別電極１３５の外縁から連続した一定幅の環状領域を除いた全域に形成されている。検査電極１３７は、個別電極１３５からこの環状領域の幅だけ離隔している。検査電極１３７の厚みは、圧電シート１４１の上面９ａから個別ランド１３６の先端までの距離より大きくなっている。つまり、検査電極１３７の表面が、個別ランド１３６よりも高くなっている。

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、ＣＯＦ５０を介してドライバＩＣ５２の各出力端子と電気的に接続されており、ドライバＩＣ５２からの駆動信号が選択的に供給されるようになっている。

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。例えば、分極方向と電界の印加方向とが同じであれば、駆動活性部は分極方向に直交する方向（平面方向）に縮む。ここで、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を駆動活性部が含まれる層とし、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を画定するプレート１２２の上面に固定されているため、電界印加部分（駆動活性部）が平面方向に縮んで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、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をグランド電位にした後、所定のタイミングで再び個別電極１３５に所定の電位を付与するような駆動信号をドライバＩＣ５２から出力させる。この場合、個別電極１３５がグランド電位となるタイミングで圧電シート１４１〜１４３が元の状態に戻り、圧力室１１０の容積は初期状態（予め電圧が印加された状態）と比較して増加し、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に所定の電位が付与されたタイミングで圧電シート１４１〜１４３において活性領域と対向する部分が圧力室１１０側に凸となるように変形し、圧力室１１０の容積低下によりインクの圧力が上昇し、ノズル１０８からインクが吐出される。

次に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８に示すように、インクジェットヘッド１の製造方法は、ヘッド組み立て工程と、分極工程と、静電容量測定工程と、適正値取得工程と、クラック検知工程とを有している。

ヘッド組み立て工程においては、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流路ユニット９を形成する。個別電極１３５、検査電極１３７及び共通電極１３４を配置しつつ圧電シート１４１〜１４３となるグリーンシートを積層した積層体を加熱することによってアクチュエータユニット２１を形成する。そして、流路ユニット９の上面９ａに、４つのアクチュエータユニットを固定する。このとき、加圧部材を、検査電極１３７の上面に当接させて、アクチュエータユニット２１を流路ユニット９の上面９ａに押圧する。上述したように、検査電極１３７の高さが、個別ランド１３６よりも高くなっているため、加圧部材が個別ランド１３６に接触することがない。このとき、押圧力は、その作用点が検査電極１３７上にあり、且つ、その向かう方向前方には、流路ユニット９の隔壁が対向する。これにより、アクチュエータユニット２１を均一に押圧することができ、流路ユニット９に対する均一な接着固定が可能となる。

分極工程においては、図９に示すように、複数の個別電極１３５及び検査電極１３７と共通電極１３４との間に電圧Ｖ１を印加する（本実施形態では、４０Ｖ、２分間）ことによって、圧電シート１４１の厚み方向に電界を発生させ、圧電シート１４１を厚み方向に分極する。分極の向きは、個別電極１３５及び検査電極１３７から共通電極１３４に向かっている。つまり、圧電シート１４１に係る、個別電極１３５と共通電極１３４とに挟持された部分である駆動活性部と、検査電極１３７と共通電極１３４とに挟持された部分である検査活性部とが同時に分極される（駆動活性部分極工程、検査活性部分極工程）。なお、駆動活性部と検査活性部とを互い異なるタイミングで分極してもよい。このとき、駆動活性部を分極するときに個別電極１３５と共通電極１３４との間に印加する電圧と、検査活性部を分極するときに検査電極１３７と共通電極１３４との間に印加する電圧とが異なっていてもよい。

静電容量測定工程においては、図１０に示すように、検査電極１３７と共通電極１３４との間に電圧Ｖ２（本実施形態においては２０Ｖ）を印加する。このとき、検査電極１３７から共通電極１３４に向かう電界が印加される。そのため、検査電極１３７と共通電極１３４とに挟持された部分である検査活性部が、電界方向（分極方向と同じ方向）である厚み方向に伸び、電界方向と直交する平面方向に収縮しようとする（図中矢印参照）。これにより、圧電シート１４１の駆動活性部に平面方向に関する引っ張り応力が発生する。このとき、駆動活性部に個別電極１３５を横切るようなクラックＸが発生していると、この引っ張り応力によってクラックＸが拡大されると共に個別電極１３５がクラックＸを境にして分割される。

さらに、静電容量測定工程においては、検査電極１３７と共通電極１３４との間に電圧Ｖ２を印加した状態で、各個別電極１３５と共通電極１３４との間の静電容量を静電容量測定器６０で測定する。図１１に示すように、静電容量測定器６０は、個別電極１３５と共通電極１３４との間に１６Ｖ、２０ｋＨｚ（＝ｆ：駆動周波数）のパルス電圧を印加する発振器６１と、消費電流（過渡電流）を計測する電流計６２と、個別電極１３５と共通電極１３４との間の電圧を計測する電圧計６３とを有している。静電容量測定器６０は、次式に基づいて、電流計６２が計測した電流Ｉ及び電圧計６３が計測した電圧Ｖからベクトル演算により個別電極１３５と共通電極１３４との間の交流の抵抗値であるインピーダンスＺを算出する。そして、算出したインピーダンスＺの複素成分から静電容量Ｃを算出する。

なお、本実施形態においては、アクチュエータユニット２１に係る全ての個別電極１３５である６６４個の個別電極１３５と共通電極１３４との間にパルス電圧を印加したときに計測される消費電流の値から、全ての個別電極１３５から測定対象となる個別電極１３５を除く６６３個の個別電極１３５と共通電極１３４との間にパルス電圧を印加したときに計測される消費電流の値を引いた値を電流Ｉとして計測する。これにより、電流Ｉに静電容量測定器６０によって消費される電流が含まれなくなり、より正確な電流Ｉを計測することができる。なお、測定対象となる個別電極１３５と共通電極１３４との間にパルス電圧を印加したときに計測される消費電流を電流Ｉとしてもよい。この場合、消費電流から静電容量測定器によって消費される電流を差し引くことが好ましい。

上述したように、圧電シート１４１の駆動活性部にクラックＸが発生している場合、クラックＸの拡大に伴って個別電極１３５の実効面積が変化する。具体的には、個別電極１３５が、個別ランド１３６と電気的に接続されている残部分と、個別ランド１３６と電気的に接続されていない分離部分とに分断される。残部分の表面積は、破断していない正常な個別電極１３５よりも表面積が小さいので、個別電極１３５が正常な所定の形状及び表面積を有する場合と比較して、残部分に対応した静電容量Ｃが確実に低下する。

適正値取得工程においては、破断していない正常な形状及び表面積を有する個別電極１３５と共通電極１３４との間の理想的な静電容量Ｃ０の値を取得する。この静電容量Ｃ０の値は、共通電極１３４の表面積及び圧電シート１４１の誘電率から計算上求められたものであってもよいし、サンプルのアクチュエータユニット２１から実測によって得られたものであってもよい。なお、この適正値取得工程は、個別電極１３５の数に係わらず少なくとも１回行われればよい。

クラック検知工程においては、静電容量測定工程において測定された静電容量Ｃの値が、適正値取得工程において取得された静電容量Ｃ０の値未満の所定値（例えば、静電容量Ｃ０の９０％の値）以下であるときに、圧電シート１４１にクラックＸが発生していることを検知する。全てのアクチュエータユニット２１においてクラックＸが検知されなかったインクジェットヘッド１のみがインクジェットプリンタ１０１に組み付けられる。

本実施形態によると、静電容量測定工程において、検査電極１３７と共通電極１３４との間に電圧Ｖ２を印加することによって、圧電シート１４１に係る検査電極１３７と共通電極１３４とに挟持された部分である検査活性部を、電界方向と直交する平面方向に収縮させるため、圧電シート１４１に係る個別電極１３５と共通電極１３４とに挟持された部分である駆動活性部に平面方向に関する引っ張り応力を発生する。これにより、当該駆動活性部にクラックＸが発生している場合には、この引っ張り応力によってクラックＸが拡大されると共にクラックＸに沿って個別電極１３５が分割される。クラックＸの拡大がなければ正常な測定結果を示す個別電極１３５であっても、個別電極１３５と共通電極１３４との間の静電容量Ｃが確実に低下する。つまり、駆動活性部に発生したクラックＸが微細なものであっても、当該クラックＸを確実に検知することができる。

また、検査電極１３７が、圧電シート１４１の上面に係る個別電極１３５及び個別電極１３５の外縁から連続した一定幅を有する環状領域を除いた全域に形成されているため、検査電極１３７と共通電極１３４との間に電圧Ｖ２を印加することによって、圧電シート１４１に係る駆動活性部に全ての平面方向に関する引っ張り応力を発生させることができる。これにより、クラックＸの延在方向に関わらず当該クラックＸを確実に拡大すると共に検知することができる。

さらに、検査電極１３７の厚みが、圧電シート１４１の上面から個別ランド１３６の先端までの距離以上となっているため。アクチュエータユニット２１を流路ユニット９の表面に固定するとき、検査電極１３７の表面を押圧することによって、アクチュエータユニット２１に加えられる圧力が均一化される。これにより、アクチュエータユニット２１が破損するのを抑制することができる。

加えて、分極工程において、個別電極１３５及び検査電極１３７と共通電極１３４との間に電圧Ｖ２を印加するため、圧電シート１４１に係る駆動活性部及び検査活性部を確実に分極することができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の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、上述の実施形態では、検査電極１３７が、圧電シート１４１の上面に係る個別電極１３５及び個別電極１３５の外縁から連続した一定幅を有する環状領域を除いた全域に形成される構成であるが、検査電極が、個別電極１３５の周囲であれば、圧電シート１４１の上面に係る当該全域の一部のみに形成されていてもよい。

また、上述の実施形態においては、検査電極１３７の厚みが、圧電シート１４１の上面から個別ランド１３６の先端までの距離より大きくなっているが、検査電極が圧電シート１４１の上面から個別ランド１３６の先端までの距離以下であってもよい。

また、上述の実施形態では、個別電極１３５と共通電極１３４との間の分極の向きが、検査電極１３７と共通電極１３４との間の分極の向きと同じ構成とされていたが、電極間に電圧を印加したときに、クラックＸが拡大するのであれば、分極の向きに制限はない。例えば、検査電極１３７と共通電極１３４との間の分極の向きを個別電極１３５に向かう平面方向としてもよい。このとき、検査電極１３７から共通電極１３４に向かう電界を印加すれば、検査電極１３７と共通電極１３４との間の剪断変形によって、クラックＸが拡大する。また、検査電極１３７と共通電極１３４との間の分極の向きを個別電極１３５から離れる平面方向としてもよい。このとき、共通電極１３４から検査電極１３７に向かう電界を印加すれば、検査電極１３７と共通電極１３４との間の剪断変形によって、クラックＸが拡大する。さらに、共通電極１３４を、個別電極１３５用と検査電極１３７用とに分離してもよく、これによって、個別電極１３５と共通電極１３４との間及び検査電極１３７と共通電極１３４との間における分極の向きと電界の向きとの組み合わせに関する自由度が広がる。

また、上述の実施形態では、適正値取得工程で、個別電極１３５に関する理想的な静電容量Ｃ０の値が取得されている。しかし、測定対象のアクチュエータユニット２１に係わる全ての個別電極１３５から求めた静電容量を、取得すべき適正な静電容量としてもよい。これによって、計算モデルやサンプルのアクチュエータユニット２１に対する測定対象（アクチュエータユニット２１）の特性上の違いの影響が無くなる。

本発明は、ユニモルフ型以外の圧電シートを用いるアクチュエータ、例えば、バイモルフ型のアクチュエータを有する液体吐出ヘッドの製造方法、及び、インク以外の液体を吐出する液体吐出ヘッドの製造方法にも適用可能である。

１ インクジェットヘッド
２ ヘッド本体
９ 流路ユニット
６０ 静電容量測定器
６１ 発振器
６２ 電流計
６３ 電圧計
２１ アクチュエータユニット
１０１ インクジェットプリンタ
１１０ 圧力室
１２２ プレート
１３２ 個別インク流路
１３４ 共通電極
１３５ 個別電極
１３６ 個別ランド
１３７ 検査電極
１４１〜１４３ 圧電シート

Claims (6)

1. 圧力室を経てノズルに至る個別液体流路が形成された流路ユニットと、圧電層、前記圧力室と対向するように前記圧電層の表面に配置され且つ外部から駆動電圧が供給されるランド部を含み所定の形状及び面積を有した個別電極、前記圧電層の前記表面に係る前記個別電極の周囲の少なくとも一部に前記個別電極から離隔するように配置された検査電極、及び、前記個別電極及び前記検査電極との間で前記圧電層を挟持する共通電極を含み、前記流路ユニットの表面に固定されたアクチュエータとを有する液体吐出ヘッドを形成するヘッド形成工程と、
   前記検査電極と前記共通電極との間に第１電圧が印加された状態で、前記個別電極と前記共通電極との間の静電容量を測定する静電容量測定工程と、
   前記所定の形状及び面積を有した状態の前記個別電極と前記共通電極との間の静電容量を取得する取得工程と、
   前記静電容量測定工程において測定された前記静電容量の値が、前記取得工程において取得された前記静電容量の値未満の所定値以下であるときに、前記圧電層にクラックが発生していることを検知する検知工程とを備えており、
   前記静電容量測定工程において、前記第１電圧の印加により前記検査電極と前記共通電極との間に生じる電界方向、及び、前記圧電層に係る前記検査電極と前記共通電極との間の部分の分極方向が、前記第１電圧の印加により前記圧電層の前記部分を面方向に関して収縮させる方向であることを特徴とする液体吐出ヘッドの製造方法。
2. 前記圧電層が厚み方向に分極されており、
   前記静電容量測定工程において、前記第１電圧の印加により前記検査電極と前記共通電極との間に生じる電界の向きが、前記圧電層の分極方向に沿うと共に実質的に同じ向きであることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
3. 前記検査電極が、前記圧電層の前記表面に係る前記個別電極及び前記個別電極の外縁から連続した一定幅を有する環状領域を除いた全域に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
4. 前記検査電極の厚みが、前記圧電層の表面から前記ランド部の先端までの距離以上であることを特徴とする請求項３に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
5. 前記ヘッド形成工程が、前記個別電極と前記共通電極との間に前記第１電圧よりも高い第２電圧を印加する駆動活性部分極工程を含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
6. 前記ヘッド形成工程が、前記検査電極と前記共通電極との間に前記第１電圧よりも高い第３電圧を印加する検査活性部分極工程を含んでいることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。
   

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