JPH08279631A - 積層型圧電素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強度的に信頼性が高く精度の良い積層型圧電
素子を短時間で製造する製造方法を提供する。 【構成】 圧電セラミック層４０と内部電極層４２，４
４とが交互に積層されて構成されており、複数本の細い
アクチュエータ部４６を持ち、そのアクチュエータ部４
６が積層方向に変位する積層型圧電素子３８の製造方法
において、グリーンシート５０，５１の積層体を焼結し
た後、スリット状の孔部５２を超音波砥粒加工により形
成する。前記積層型圧電素子３８には、前記孔部が５２
が貫通孔として形成され、その両端部分がそれぞれ未穿
孔部分で連結されたアクチュエータ部４６が形成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電材料の薄膜を多数
枚積層し、電圧を印加することにより縦方向の変位を得
る積層型圧電素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電圧を印加すると変位を発生する圧電素
子は、圧電材料と内部電極を交互に積み重ねた積層型に
すると大きな変位量が得られるが、圧電材料膜をできる
だけ薄く形成するためにシート成形法が応用されてお
り、その方法は以下の通りである。

【０００３】ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）を主成分
とする圧電材料を所定の組成に混合し約９００℃の温度
で仮焼した粉末と、バインダーおよび可塑剤等の添加剤
を混合したスラリーをシリコン処理されたＰＥＴフィル
ムとドクターブレードの隙間に流し込み乾燥させて約１
００μｍ程の厚さのグリーンシートを得る。次に、この
グリーンシートを所定の寸法に打ち抜いてＰＥＴフィル
ムから剥した後、その表面に内部電極材料となるパラジ
ウムペーストをスクリーン印刷法により数μｍに薄く塗
布し、乾燥させて内部電極層を形成する。これを数十枚
程度積層し、熱プレスにより圧着一体化した後、約５０
０℃の温度でバインダー成分を除去し、さらに１２００
℃で２時間ほど焼結して積層体を得る。

【０００４】また、近年においては、圧電素子を用いて
インク滴を飛翔させ印字するインクジェットプリンター
が製品化されており、特開平６−７９８７１号公報に開
示されるような素子構造が一般的である。すなわち、図
１０において、上下面に保護層を設けた積層体に、下部
の保護層部分を残して複数本の溝をスライサー等の機械
加工により形成して複数のアクチュエータ部に分割され
ており、このアクチュエータ部が変位することにより薄
膜を介してインク流路を加圧してインクを吐出して印字
する。

【０００５】また、上記の例の他にも、電極が形成され
たグリーンシートに窓状のスリット形状をプレス抜き
し、その後、そのグリーンシートを多数枚積層し、前記
窓状のスリットにより一部が複数のアクチュエータ部に
分割された積層型圧電素子を得る方法も検討されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、以下のような問題点が考えられる。すなわ
ち、スライサーによる溝加工では、素子を非常に幅が細
い複数のアクチュエータ部に分割する際、過度の応力が
素子にかかり易く、形成時にアクチュエータ部を折損す
る虞がある。よって、製造歩留まりに問題が生ずる。そ
れに加えて、スライサーでは、直線的な加工しかでき
ず、形成されるアクチュエータ部の形状も制限される。
また、通常、スライサーは一溝ごとの加工しか出来ず、
素子を多数のアクチュエータ部に分割するにはかなりの
加工時間と手間を要する。

【０００７】一方、予めスリット形状をプレス抜きした
グリーンシートを用いて積層型圧電素子を形成する方法
では、シート毎に位置合わせ及びプレス加工を行なわね
ばならないため生産性に乏しい。また、各シートを位置
合わせして積層した後には、一体化のため積層体は焼結
されるのだが、焼結化されると積層体は収縮する。その
際、各層のグリーンシートの収縮が一定ではない為に、
特に、スリットのピッチが揃わなくなり、アクチュエー
タ部の幅の精度を出すのが困難であるという問題があっ
た。

【０００８】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、強度的に信頼性が高く、加工精
度の良い積層型圧電素子を短時間で製造する製造方法を
提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の積層型圧電素子の製造方法は、少なくとも一
対の電極を内部に備え、その少なくとも一部が分割され
て複数のアクチュエータ部を構成し、前記電極間へ選択
的に電界を印加させることにより、前記アクチュエータ
部を変位させる積層型圧電素子を作成する方法であっ
て、その方法は、圧電材料からなる圧電層と導電性材料
からなる電極層とを交互に積層圧着させて積層体を形成
する第１の工程と、前記積層体に、超音波砥粒加工によ
り各層の積層方向を深さとする孔部を形成し、前記アク
チュエータ部に分割する第２の工程とを有する。

【００１０】尚、前記第２の工程において形成された前
記孔部により、その一端部は開放され、他端部が互いに
未穿孔部分で連結される複数のアクチュエータ部が形成
されるものでもよい。

【００１１】尚、前記第２の工程において形成された前
記孔部により、その両端部がそれぞれ互いに未穿孔部分
で連結される複数のアクチュエータ部が形成されるもの
でもよい。

【００１２】尚、前記超音波砥粒加工は、砥粒として炭
化珪素、窒化崩素、又はアルミナ、あるいはそれらの混
合物を用いてもよい。

【００１３】尚、前記第１の工程は、圧電材料からなる
平板シート上に、分割される前記アクチュエータ部の全
てに導通する共通電極としての第１の電極層を形成する
工程と、別の平板シート上に、前記アクチュエータ部の
個々に対応した複数の駆動電極としての第２の電極層を
形成する工程と、前記第１の電極が形成されたシートと
前記第２の電極が形成されたシートとを交互に積層圧着
させた積層体を形成する工程とからなるものでもよい。

【００１４】尚、前記各電極層を形成する工程は、導電
性ペーストを用いたスクリーン印刷によるものであって
もよい。

【００１５】尚、前記製造方法は、インクが充填された
個別インク室を備えたインクジェットヘッドに具備さ
れ、且つ前記個別駆動部をアクチュエートさせることに
よって前記個別インク室内に圧力変動を与えてインクを
吐出させるマルチノズルタイプの積層型圧電素子を作成
する方法であってもよい。

【００１６】

【作用】上記の構成を有する本発明の請求項１に係る積
層型圧電素子の製造方法においては、圧電材料からなる
圧電層と導電性材料からなる電極層とを交互に積層圧着
させて積層体を形成した後に、前記積層体に、超音波砥
粒加工により各層の積層方向を深さとする孔部を形成す
る。そして、この孔部により、その一部が複数のアクチ
ュエータ部に分割された積層型圧電素子が形成される。
このように、積層体を形成した後に、超音波砥粒加工に
より孔部を形成するので、滑らかな加工面を有する寸法
精度のよいアクチュエータ部を形成できる。

【００１７】また、超音波砥粒加工は、工具先端の形状
を代えるだけで自由な加工を容易に施すことができる。
よって、あらゆる形状のアクチュエータ部を形成可能と
するとともに、複数の孔部を同時に加工出来る用に複数
の刃先を工具先端に備えさせれば、加工に係る工数を低
減させることも可能となる。

【００１８】更に、超音波砥粒加工は被加工物に大きな
加工歪みを与えないため、製造時にアクチュエータ部を
折損させることはない。

【００１９】請求項２に係る積層型圧電素子の製造方法
においては、孔部により、その一端部は開放され、他端
部が互いに未穿孔部で連結される複数のアクチュエータ
部が形成される。よって、各アクチュエータ部がその一
端部で互いに保持されるので、幅が細くても製造時や駆
動時に折れにくい。且つ、もう一端部は開放されている
ので、駆動時の変位が規制を受けることなく大きく取れ
る。

【００２０】請求項３に係る積層型圧電素子の製造方法
においては、孔部により、その両端部がそれぞれ互いに
未穿孔部分で連結される複数のアクチュエータ部が形成
される。よって、各アクチュエータ部がその両端部で互
いに保持されるので、幅が細くても製造時や駆動時に折
れにくい。

【００２１】請求項４に係る積層型圧電素子の製造方法
においては、扱いの容易な炭化珪素、窒化ホウ素、又は
アルミナ、あるいはそれらの混合物を砥粒として用い
る。

【００２２】請求項５に係る積層型圧電素子の製造方法
においては、圧電材料からなる平板シート上に、分割さ
れる前記アクチュエータ部の全てに導通する共通電極と
しての第１の電極層が形成され、また、別の平板シート
上に、前記アクチュエータ部の個々に対応した複数の駆
動電極としての第２の電極層が形成される。そして、前
記第１の電極が形成されたシートと前記第２の電極が形
成されたシートとを交互に積層圧着させることで容易に
積層体を形成する。

【００２３】請求項６に係る積層型圧電素子の製造方法
においては、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷に
より、容易に細密で且つ自由なパターンの電極層を形成
する。

【００２４】請求項７に係る積層型圧電素子の製造方法
においては、インクが充填された個別インク室を備えた
インクジェットヘッドに具備され、且つ前記個別駆動部
をアクチュエートさせることによって前記個別インク室
内に圧力変動を与えてインクを吐出させる為のマルチノ
ズルタイプの積層型圧電素子を作成する。この積層型圧
電素子を用いることで、耐久性を有し、インクの吐出特
性が高く、且つその特性がインク室毎に揃ったインクジ
ェットヘッドを提供できる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を、図１
〜図９を参照して詳細に説明する。

【００２６】図８に、本発明の一実施例により作成され
た積層型圧電素子を含むインクジェット式印字ヘッドを
搭載するインクジェットプリンタの要部を示す。図中に
おけるプラテン１０は、軸１２によりフレーム１３に回
転可能に取り付けられており、モータ１４によって駆動
される。プラテン１０には紙１１がセットされており、
プラテン１０に対向してインクジェット式印字ヘッド１
５が設けられている。インクジェット式印字ヘッド１５
は、インク供給装置１６と共にキャリッジ１８上に載置
されている。キャリッジ１８はプラテン１０の軸線に平
行に配設された２本のガイドロッド２０に摺動可能に支
持されると共に、一対のプーリ２２に巻き掛けられたタ
イミングベルト２４が結合させらている。そして、一方
のプーリ２２がモータ２３によって回転させられ、タイ
ミングベルト２４が送られることによりキャリッジ１８
はプラテン１０に沿って移動させられる。

【００２７】図１に、前記インクジェット式印字ヘッド
１５に用いられるアレイ３０の断面を示す。このアレイ
３０は、図中紙面に垂直な方向に伸長したインクチャン
ネル３２ａ，３２ｂ，３２ｃが形成されたチャンネル本
体３４と、前記チャンネル本体３４に、薄膜状の振動板
３５を介して固着された積層型圧電素子３８と、同じく
チャンネル本体３４に前記積層型圧電素子３８とは反対
側に固着されたオリフィス３７を有するオリフィスプレ
ート３６と、前記積層型圧電素子３８の前記インクチャ
ンネル３２ａ〜３２ｃと対向する側に固着された弾性率
の高い金属、またはセラミックからなるベースプレート
３３とを備えて構成されている。上記インクチャンネル
３２ａ〜３２ｃによりキャビティが構成される。

【００２８】積層型圧電素子３８は、圧電・電歪効果を
有する圧電セラミック層４０と、全チャンネルに導通す
る内部負電極層４２と、前記インクチャンネル３２ａ〜
３２ｃに対して１対１で対応するように分割された内部
正電極層４４ａ，４４ｂ，４４ｃとを複数枚積層したも
のである。尚、前記内部負電極層４２と前記内部正電極
層４４ａ〜４４ｃは、Ａｇ−Ｐｄ系の金属材料からな
る。

【００２９】図２に、本実施例のインクジェット式印字
ヘッドにおける積層型圧電素子３８の斜視図を示す。積
層型圧電素子３８は、その中央部が複数の細長い孔部５
２にて分割されており、その分割された中央部であり且
つ内部負電極層４２と内部正電極層４４ａ〜４４ｃとに
挟まれたアクチュエータ部４６ａ，４６ｂ，４６ｃと、
前記各アクチュエータ部４６を連結する外縁部であり且
つ両内部電極層４２，４４ａ〜４４ｃに挟まれていない
圧電不活性部４８とを有している。

【００３０】各アクチュエータ部４６は、前記インクチ
ャンネル３２に対応するように形成されており、その幅
はインクチャンネル３２の幅より小さくしてある。前記
圧電セラミック層４０は、強誘電性を有するチタン酸ジ
ルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミック材料にて構成され
ており、積層方向に分極させられている。尚、図１にお
いて、圧電セラミック層４０の各アクチュエータ部４６
ａ〜４６ｃに示されている矢印は分極方向を示してい
る。

【００３１】また、積層型圧電素子３８はその一側面
に、各層の内部負電極層４２と導通する外部負電極５３
と、各層の内部正電極層４４ａ〜４４ｃとそれぞれ導通
する外部正電極５４ａ〜５４ｃとが形成されている。

【００３２】前記積層型圧電素子３８は、以下の製造方
法によって製造される。

【００３３】ＰＺＴを主成分とする圧電材料を所望の組
成に混合した後、８５０℃で仮焼成した粉末に５重量部
のバインダーと微量の可塑材および消泡剤を添加し、有
機溶媒中に分散させスラリー状にする。このスラリーを
ドクターブレード法により所定の厚さに成形し、グリー
ンシート礎板とする。

【００３４】そして、これより所定寸法に切り取り、そ
の切り取られたシート上に内部電極としてＡｇ−Ｐｄペ
ーストをスクリーン印刷により塗布する。詳しくは、図
３に示すように、まず、このシートの上側表面に、前記
インクチャンネル３２ａ〜３２ｃに１対１で対応するよ
うに複数に分割された内部正電極層４４ａ〜４４ｃと、
その各々の電極端子部４５ａ〜４５ｃとをスクリーン印
刷によって形成してグリーンシート５０を形成する。ま
た、別のシートの上側表面に、全てのインクチャンネル
３２ａ〜３２ｃに亙る内部負電極層４２と、その電極端
子部４３とをスクリーン印刷によって形成して、グリー
ンシート５１を作成する。尚、内部電極層４２，４４ａ
〜４４ｃは、その先端部が対応するインクチャンネル３
２の伸長方向端部を幾分越えない部位で設けられ、各グ
リーンシート５０，５１を積層したときに、内部正電極
層４４と内部負電極層４２とが、後の工程で加工される
孔部５２にて分割されたアクチュエータ部４６のみで積
層方向に対向するようにしてある。また、各電極端子部
４３，４５ａ〜４５ｃは、その全てがグリーンシート５
０，５１の同じ一側縁部に露出するように形成されてい
る。

【００３５】そして、両グリーンシート５０，５１を交
互に合計１０枚積層し、その上部には圧電セラミックス
層４０の上側表面に内部電極層のないグリーンシート
（図示しない）を重ねて、全体を加熱プレスして一体化
する。脱脂後、約１２００℃の焼結を施すことにより、
図４に示すような圧電素子からなる積層体を得る。かく
して得られた積層体の電極端子部４３，４５ａ〜４５ｃ
が露出している箇所に外部負電極５３および外部正電極
５４ａ，５４ｂ，５４ｃを取り付ける。

【００３６】次に、得られた積層体に対して、図２に示
すように、複数のアクチュエータ部４６に分割するよう
に、超音波砥粒加工を施す。超音波砥粒加工を行なう超
音波加工機９０は、振動子部、加圧機構、発振器、砥粒
循環システムなどから構成されている。図１に超音波加
工機９０の概要を示す。振動子部９１は、発振器９６か
らの高周波電力を受けて振動する振動子９２と、振動子
９２に発生した振動振幅を拡大するコーン９３及びホー
ン９４からなり、ホーン９４端には加工内容に見合った
形状を有する加工工具９５が接続されている。超音波砥
粒加工は、振動系に組み込まれたこの加工工具９５によ
り、水に懸濁した遊離砥粒を被加工物９７に打ち込み、
衝撃破砕する加工法である。そして、加工工具９５の輪
郭形状がそのまま被加工物９７に転写加工される。

【００３７】先ず、所定の寸法のスリットが形成できる
ようにピッチ、刃数、刃幅等を調整したホーン９４を用
意し、超音波加工機９０に取り付ける。本実施例では、
複数の細長い孔部５２を形成するように、所定のピッチ
で配列された細長い桁状の刃を４つ備えた加工工具を有
するホーンを用意し、内部電極層４２，４４が形成され
た部分がアクチュエータ部４６ａ〜４６ｃとして残るよ
うに、焼結された積層体を位置決めして固定させる。

【００３８】次に、ホーン９４を積層体に数百ｇの荷重
を掛けながら押し当て、１０μｍ程度の粒径の炭化硅素
（ＳｉＣ）の砥粒と水を混合したものを加工面に供給し
ながら、約２０ｋＨｚの周波数で振動子部９０を駆動す
る。すると、図２に示すようなスリット状の細長い孔部
５２が形成され、前記孔部５２により分割された桁がそ
れぞれ一本ずつ独立して変位できる圧電素子になる。

【００３９】超音波砥粒加工は、工具の回転や工具・被
加工物間の大きな相対運動を必要としない加工方であ
り、次のような特徴を有している。（１）加工部は砥粒
により研磨されるので、滑らかな加工面を有する寸法精
度のよいアクチュエータ部を形成できる。（２）超音波
砥粒加工は、工具先端の形状を代えるだけで自由な加工
を容易に施すことができる。よって、あらゆる形状のア
クチュエータ部を形成可能とする。尚、本実施例のよう
に複数の孔部５２を同時に加工出来るように複数の刃先
を工具先端に備えさせれば、加工に係る工数を低減させ
ることも可能となる。（３）超音波砥粒加工は被加工物
に大きな加工歪みを与えないため、製造時にアクチュエ
ータ部４６を折損させることはない。よって、工具形状
さえ許せば、超音波砥粒加工は、高密度、高精度の加工
を行なうことができる。

【００４０】尚、超音波砥粒加工は、上述した実施例に
限定されるものではなく、被加工物の材質や加工形状、
求められる加工精度および加工速度に応じて、種々の加
工環境の変更を加えて実施されるべきものである。例え
ば、加工用の砥粒は炭化硅素以外にも窒化崩素やアルミ
ナ、あるいはそれらの混合物を用いても、同様に加工す
ることができる。一般に、超音波砥粒加工に用いられる
砥粒の粒径は５０μｍであるが、本実施例のようにイン
クジェットヘッドに用いられる高密度圧電アクチュエー
タを加工するような場合には、１０μｍ程度の砥粒を用
いて高精度に加工するのが好ましい。但し、その分粒径
の大きいものと比較して加工速度は低下する。また、振
動周波数は十数ｋＨｚから２０ｋＨｚ程度の範囲でよく
用いられる。また、被加工物の加工面に与える加工圧は
１０〜１００ｇ／ｍｍ² が圧電材料の加工には適してい
る。

【００４１】次に、この複数のアクチュエータ部４６に
分割された積層体に電界を印加して周知の分極処理を施
す。分極処理としては、例えば、前記積層体を１３０℃
程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図
示しないオイルバス中に浸し、その外部負電極５３と外
部正電極５４ａ〜５４ｃとの間に２．５ｋＶ／ｍｍ程度
の電界を印加し、分極処理を施す。

【００４２】尚、上記分極処理は、積層体の圧電セラミ
ック層４０が充分に薄い場合（例えば、５０μｍ程度）
には、インクジェット式印字ヘッド１５の完成後に、外
部負電極５３と外部正電極５４ａ〜５４ｃとの間に３０
Ｖ程度の電圧を印加することで、上記オイルバス等の特
殊環境化でなくとも容易に分極させることが可能であ
る。

【００４３】以上の方法により、図２に示すような積層
式圧電素子３８が得られるのである。

【００４４】また、チャンネル本体３４，オリフィスプ
レート３６は、樹脂材料を用いた射出成形法により成形
され、上記のようにして得られた積層式圧電素子３８
と、複数のインクチャンネル３２を有するチャンネル本
体３４と、薄膜状の振動板３５と、複数のオリフィス３
７を有するオリフィスプレート３６と、ベースプレート
３３とを図６に示すように組み付けることにより、前記
アレイ３０が構成される。

【００４５】アレイ３０には、それぞれ図７に示されて
いる電気回路が設けられている。この電気回路におい
て、駆動電源６０の負極側と積層式圧電素子３８の外部
負電極５３とは接地されており、前記駆動電源６０の正
極側は開閉スイッチ６２ａ，６２ｂ，６２ｃを介して前
記積層式圧電素子３８の外部正電極５４ａ〜５４ｃに接
続されている。この各スイッチ６２ａ〜６２ｃが図示し
ないコントローラによって閉じられることにより、駆動
電源６０から所定のアクチュエータ部４６ａ〜４６ｃに
位置する内部負電極層４２と内部正電極層４４間に駆動
電圧が印加される。

【００４６】以上のように構成されたインクジェット式
印字ヘッド１５の動作について説明する。尚、説明の便
宜上チャンネル数を３つにしてあるが、本発明は本実施
例に限定されるものではない。

【００４７】所定の印字データに従って、前記コントロ
ーラが例えばスイッチ６２ａを閉じると、前記アクチュ
エータ部４６ａの内部負電極層４２と内部正電極層４４
ａとの間に電圧が印加され、それらの間に位置する圧電
セラミックス層４０にバイアス電界が印加され、圧電・
電歪縦効果の寸法歪に従い前記アクチュエータ部４６ａ
が図１の上下方向に伸張し、前記インクチャンネル３２
ａの容積を減少させる。そして、インクチャンネル３２
ａ内のインクがオリフィス３７ａから液滴３９となって
噴射される。また、スイッチ６２ａが開いて電圧の印加
が遮断されアクチュエータ部４６ａが元の位置まで戻さ
れると、その時のインクチャンネル３２ａの容積増加に
伴って図示しない別の弁を経て前記インク供給装置１６
からインクが補充される。尚、例えば他のスイッチ６２
ｂが閉じられた場合には、アクチュエータ部４６ｂが変
位させられてインクチャンネル３２ｂからインクが噴射
される。

【００４８】すなわち、本実施例のアレイ３０はインク
ジェット式印字ヘッド１５の３つの噴射装置７０ａ，７
０ｂ，７０ｃを構成しているのであり、１つの積層式圧
電素子３８はその３つの噴射装置７０ａ〜７０ｃに跨っ
て設けられた圧電アクチュエータとして機能するのであ
る。

【００４９】ここで、積層式圧電素子３８へ電圧を印加
した時のアレイ方向３１における変形の様子を示す。ア
クチュエータ部４６に電圧２５Ｖを印加したとき、内部
負電極層４２と内部正電極層４４とが交差した前記アク
チュエータ部４６の部分は２００ｎｍ以上の大きな変位
をし、前記アクチュエータ部４６からはずれた部分（圧
電不活性部４８）ではほとんど変位しない。また、前記
アクチュエータ部４６の端部では、内部負電極層４２と
内部正電極層４４とが交差したアクチュエータ部４６の
変位に引きずられて幾分変位する。この結果から、積層
式圧電素子３８のインクチャンネル３２内への変形を効
率よくさせるには、前記インクチャンネル３２の伸長方
向における長さがアクチュエータ部４６の長さよりも大
きいことが必要であることが分かる。本実施例において
は伸長方向においてインクチャンネル３２の長さを、積
層式圧電素子３８のアクチュエータ部４６の長さよりも
大きくしたので、液滴３９を噴射するためにはわずか３
０Ｖという低駆動電圧で効率のよい噴射を行うことがで
きる。

【００５０】このように、本実施例の圧電式インクジェ
ットプリンタ１５においては、１つの積層式圧電素子３
８が複数のの噴射装置７０ａ〜７０ｃの圧電アクチュエ
ータとして機能するため、アレイ３０、更にはそのアレ
イ３０を多数組み付けることによってインクジェット式
印字ヘッド１５の構造が簡略化され、製造工数も少なく
なって製造コストが低減されるのである。そして、圧電
アクチュエータが積層式圧電素子３８であることに加え
て、伸長方向においてインクチャンネル３２の長さをア
クチュエータ部４６よりも大きくしたため、効率のよい
変形が得られるので、駆動電圧が大幅に低減できた。

【００５１】また、前記積層式圧電素子３８は、スクリ
ーン印刷により内部電極層４２，４４を形成しているの
で、アクチュエータ部４６ａ〜４６ｃと孔部５２の幅を
極めて小さくした場合にも対応する電極を形成すること
が容易で、例えば複数の噴射装置７０ａ〜７０ｃを備え
たアレイ３０を小型化することにより印字の解像度を向
上することができる。これにより、高解像度で広い範囲
に印字を行なうことができるプリンタヘッドが実現され
るのである。

【００５２】また、孔部５２により分割された複数のア
クチュエータ部４６はその両端部にてそれぞれ互いに圧
電負活性部４８で連結されて保持されているので、幅が
細くとも、製造時や駆動時に折れたり破損したりしな
い。よって、歩留まりや製品の信頼性が向上するととも
に、アクチュエータ部の高集積化が可能であり、更に、
それを適用したインクジェット式印字ヘッドの印字品質
を向上させる。

【００５３】また、本実施例の積層式圧電素子３８の内
部負電極層４２と内部正電極層４４は電極端子部４３，
４５を除いて外部に露出していないので、銀のマイグレ
ーション等による、絶縁性劣化がなくなり、優れた耐久
性、耐湿性を得られる利点がある。また、内部電極層４
２，４４ａ〜４４ｃと導通する外部負電極５３及び外部
正電極５４ａ〜５４ｃは、積層式圧電素子３８の同じ側
面に形成されているので、電極の取り出しが容易であ
り、駆動制御を行なう電気回路との接続を一側面からの
みで行えるためスペースを取らない。

【００５４】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において数々の変
形を加えることもできる。

【００５５】例えば、前記実施例では、積層式圧電素子
３８に形成された複数のアクチュエータ部４６は、その
両端部にてそれぞれ互いに圧電負活性部４８で連結され
ているが、図９に示すように、その一端部は開放され、
他端部が互いに圧電負活性部４８で連結されていてもよ
い。この積層型圧電素子は、各アクチュエータ部４８が
その一端部で互いに連結・保持されるので、幅が細くて
も製造時や駆動時に折れる虞が無い。また、もう一端部
は開放されているので、駆動時のアクチュエータ部４６
の変位が規制を受けることなく大きく取れる利点があ
る。

【００５６】また、前記実施例では、積層型圧電素子３
８を各アクチュエータ部４６に分割する孔部５２を、積
層型圧電素子３８を貫通する孔としているが、隣接する
アクチュエータ部４６へのいわゆるクロストークが問題
にならなければ、貫通しない凹部であってもよい。ま
た、孔部５２の形状も細長いものだけでなく、様々な形
状であってもよい。

【００５７】前記実施例では、各内部電極層４２，４４
を形成する際、各アクチュエータ部４６に対応するよう
に各々に分割・絶縁されたパターンにて形成している
が、必ずしもそうする必要はない。例えば、内部電極層
４２，４４は、スクリーン印刷時には全アクチュエータ
部４６に亙って連通する単純な形状にて形成しておき、
超音波砥粒加工にて孔部５２が形成されるときに、アク
チュエータ部４６と共に内部正電極層４４ａ〜４４ｃも
各々に分割させ、互いに絶縁し、且つ各々が前記アクチ
ュエータ部４６に対応し、独立した電極端子部４５ａ〜
４５ｃを有するように形成するものでもよい。

【００５８】また、前記実施例では３つの噴射装置７０
ａ〜７０ｃに跨って設けられた圧電アクチュエータとし
て１つの積層式圧電素子３８が用いられているが、例え
ば、更に多数に分割した内部正電極層４４を採用するこ
とにより、更に多数の噴射装置に跨った圧電アクチュエ
ータを設けることもできる。

【００５９】また、前記実施例では内部正電極層４４が
各インクチャンネル３２ａ〜３２ｃに１対１で対応する
ように分割されていたが、逆に、内部正電極層４４を共
通電極とし、内部負電極層４２を各インクチャンネル３
２ａ〜３２ｃに１対１で対応するように分割した駆動電
極としても良いし、また、内部正電極層４４と内部負電
極層４２の両方を各インクチャンネル３２ａ〜３２ｃに
１対１で対応するように分割しても良い。即ち、正また
は負の少なくともどちらか一方の内部電極層が各インク
チャンネル３２ａ〜３２ｃに１対１で対応するように分
割されていれば良い。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の積層型圧電素子の製造方法は、強度的に信頼性の
高い積層型圧電素子を高精度でしかも安価に提供するこ
とが出きる。特に、超音波砥粒加工にて素子を複数のア
クチュエータ部に分割するので、加工時に素子に大きな
加工歪みを与えないため、製造時にアクチュエータ部を
折損させる虞がなく歩留まりがよい。加えて、超音波砥
粒加工は、自由な形状の加工や細密な加工を行なうこと
が出来ると共に、被加工物に滑らかな加工面を形成す
る。よって、高精度で且つ高密度に配列されたアクチュ
エータ部を形成することが可能となる。よって、この積
層型圧電素子をインクジェットヘッドに採用すれば、印
字品質及び信頼性の高い小型のヘッドを提供することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例のインクジェット
式印字ヘッドの一部破断断面図である。

【図２】本発明を具体化した一実施例の積層式圧電素子
の斜視図である。

【図３】積層式圧電素子の構成を示す説明図である。

【図４】積層焼結体の斜視図である。

【図５】超音波加工機を用いた超音波砥粒加工の状況を
示す説明図である。

【図６】アレイの組立工程を示す斜視図である。

【図７】アレイに電気回路が設けられた状態を示す説明
図である。

【図８】インクジェット式印字ヘッドを搭載するインク
ジェットプリンタの要部を示す斜視図である。

【図９】本発明を具体化した他の実施例の積層式圧電素
子の斜視図である。

【図１０】従来のインクジェット式印字ヘッドの一部破
断平面図である。

【符号の説明】

３８ 積層式圧電素子 ４０ 圧電セラミック層 ４２ 内部負電極層 ４３ 電極端子部 ４４ 内部正電極層 ４５ 電極端子部 ４６ アクチュエータ部 ４８ 圧電不活性部 ５０ グリーンシート ５１ グリーンシート ５２ 細長い孔部 ９０ 超音波加工機

フロントページの続き (72)発明者 池崎 由幸 名古屋市瑞穂区苗代町15番１号ブラザー工 業株式会社内 (72)発明者 大川 康夫 名古屋市瑞穂区苗代町15番１号ブラザー工 業株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一対の電極を内部に備え、そ
   の少なくとも一部が分割されて複数のアクチュエータ部
   を構成し、前記電極間へ選択的に電界を印加させること
   により、前記アクチュエータ部を変位させる積層型圧電
   素子を作成する積層型圧電素子の製造方法において、 圧電材料からなる圧電層と導電性材料からなる電極層と
   を交互に積層圧着させて積層体を形成する第１の工程
   と、 前記積層体に、超音波砥粒加工により各層の積層方向を
   深さとする孔部を形成し、前記アクチュエータ部に分割
   する第２の工程とを有することを特徴とする積層型圧電
   素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第２の工程において形成された前記
   孔部により、その一端部は開放され、他端部が互いに未
   穿孔部分で連結される複数のアクチュエータ部が形成さ
   れることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子
   の製造方法。
3. 【請求項３】 前記第２の工程において形成された前記
   孔部により、その両端部がそれぞれ互いに未穿孔部分で
   連結される複数のアクチュエータ部が形成されることを
   特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子の製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記超音波砥粒加工は、砥粒として炭化
   珪素、窒化崩素、又はアルミナ、あるいはそれらの混合
   物を用いることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧
   電素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前記第１の工程は、圧電材料からなる平
   板シート上に、分割される前記アクチュエータ部の全て
   に導通する共通電極としての第１の電極層を形成する工
   程と、別の平板シート上に、前記アクチュエータ部の個
   々に対応した複数の駆動電極としての第２の電極層を形
   成する工程と、前記第１の電極が形成されたシートと前
   記第２の電極が形成されたシートとを交互に積層圧着さ
   せた積層体を形成する工程とからなることを特徴とする
   請求項１に記載の積層式圧電素子の製造方法。
6. 【請求項６】 前記各電極層を形成する工程は、導電性
   ペーストを用いたスクリーン印刷によるものであること
   を特徴とする請求項５に記載の積層式圧電素子の製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記製造方法は、インクが充填された個
   別インク室を備えたインクジェットヘッドに具備され、
   且つ前記個別駆動部をアクチュエートさせることによっ
   て前記個別インク室内に圧力変動を与えてインクを吐出
   させるマルチノズルタイプの積層型圧電素子を作成する
   方法であることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧
   電素子の製造方法。