JPH1134343A - 圧電基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の圧電素子を内蔵した圧電基板におい
て、変形のない圧電干渉防止間隙を、圧電素子の両側に
形成可能にする。 【解決手段】 圧電駆動用の電極１６ａと電極１６ａに
電圧を印加することで圧電ひずみが発生する駆動層１６
ｂとが積層された複数の圧電素子１６を内蔵し、圧電素
子１６の両側に圧電干渉防止用の間隙４２を有する圧電
基板４１の製造方法であって、圧電部材に圧電素子１６
の幅と間隔を設定する溝を形成し、該溝の側壁との対向
面に所定組成物の被着層を被着したスペーサを該溝に挿
入し、該溝の底面に該スペーサを接合し、その接合工程
で該被着層を除去せしめ、間隙４２を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はインクジェットプリ
ンタヘッド等に使用する圧電基板、特に内蔵する圧電素
子の両側に圧電干渉防止間隙を有する圧電基板の製造方
法に関する。

【０００２】最近のインクジェットプリンタは、高精細
印刷を可能にするため、インク流路が独立に可動し、イ
ンク流路を高密度化した小形軽量構成のものが求められ
るようになり、かかる要望に応えるため圧電素子の両側
に圧電干渉防止間隙を有する圧電基板が、インクジェッ
トプリンタヘッドに使用されるようになった。

【０００３】

【従来の技術】図７はインクジェットプリンタの概略を
示す斜視図であり、インクジェットプリンタ１は、記録
媒体３を送出させるプラテンローラ２、プラテンローラ
２に平行する２本のステーシャフト４ａと４ｂ、ステー
シャフト４ａと４ｂに案内されてプラテンローラ２の長
さ方向に往復動するキャリッジ５、キャリッジ５に搭載
されたインクジェットヘッドユニット６を備え、インク
ジェットヘッドユニット６から記録媒体３に飛翔させる
インクを補給するため、インクジェットヘッドユニット
６とインク溜まり７とは、可撓性チューブ８によって接
続されている。

【０００４】かかるインクジェットプリンタ１におい
て、インクジェットヘッドユニット６からインクを飛翔
させる手段としては、ノズル内に埋め込んだ発熱体に通
電し、インク中にバブルを発生させたときの体積変化を
利用するバブルジェット方式と、圧電体素子に通電して
発生する圧力波を利用するピエゾ方式が注目されてい
る。

【０００５】ピエゾ方式のインクジェットヘッドとして
は、（１）圧電駆動用電極を内蔵する圧電基板の表面に
インク流路溝を形成し、その溝をガラスにてなる上蓋で
塞いだもの、（２）圧電駆動用電極を内蔵する圧電基板
の表面に、インク流路溝を形成したインク流路板を被せ
たもの（流路板方式）、（３）上下に貫通する溝を形成
した流路板の上面と下面に、圧電駆動用電極を内蔵する
圧電体を貼着したものが、一般に知られている。

【０００６】図８は流路板方式のインクジェットヘッド
の分解斜視図、図９は図８に示すインクジェットヘッド
の断面図、図１０は圧電干渉防止スリットを設けた圧電
基板の説明図、図１１は圧電干渉防止用間隙を設けた圧
電基板の説明図である。

【０００７】図８および図９（ａ）において、インクジ
ェットヘッドユニット６に組み込まれるインクジェット
ヘッド９は、複数（図は４個）の圧電素子１６を内蔵す
る圧電基板１０と、複数（図は４個）のインク流路溝１
２を形成したインク流路板１１を接着層２１で接合し、
その前面には、複数のインク流路溝１２のそれぞれに連
通するノズル１３が形成されたノズル板１４が接合され
ている。

【０００８】一般にガラスにてなり下面にインク流路溝
１２が形成されたインク流路板１１の上面には、一端を
インク溜まり７に接続した可撓性チューブ８の他端を接
続する接続部１５が、被着されている。

【０００９】圧電素子１６は、図９（ｂ）に拡大して示
す如く複数の圧電駆動用の電極１６ａと、電極１６ａに
電圧を印加することで圧電ひずみが発生する複数の駆動
層１６ｂからなる。

【００１０】かかるインクジェットヘッド９において、
複数の圧電素子１６を内蔵する圧電基板１０は、全体が
平板状であり、高精細印刷のため圧電素子１６のピッチ
を狭くし、特定の圧電素子１６を駆動させると、その圧
電駆動が隣接のインク流路溝１２をも圧縮させ（干渉が
発生し）、所謂クローストークが発生するようになる。

【００１１】図１０において、インク流路溝１２が形成
されたインク流路板１１の下面に、接着層２１で接合し
た圧電基板１０′は、隣接する圧電素子１６の間に圧電
干渉防止スリット２２が形成され、圧電素子１６とスリ
ット２２の間の部分は、接着層２１でインク流路板１１
の下面に接合されている。

【００１２】このような圧電基板１０′は、前記圧電基
板１０に比べ圧電素子１６の間隔を縮小させることが可
能であり、高精細印刷を可能にする。図１１において、
インク流路板１１の下面に接着層２１で接合した圧電基
板１０″は、圧電素子１６の両側に圧電干渉防止用の間
隙２３が形成され、圧電素子１６の間に形成された一対
の間隙２３に挟まれた間隙間部分２４は、接着層２１で
インク流路板１１の下面に接合されている。

【００１３】このような圧電基板１０″は、前記圧電基
板１０′よりさらに圧電素子１６の間隔を縮小可能であ
り、従って圧電基板１０′より一層の高精細印刷が可能
になる。

【００１４】図１２は圧電干渉防止用間隙を設けた従来
の圧電基板の製造方法の説明図であり、図１２（ａ）に
おいて、電極１６ａを形成する複数の導体層を内蔵する
圧電粉末のグリーンシートの積層部材２６には、複数
（図は５本）の溝２７が形成され、溝２７は積層部材２
６に内蔵する前記複数の導体層をそれぞれ複数に切断す
る。一般に幅が１００μｍ程度の溝２７は、回転するス
ライサーを使用する機械的加工手段で形成している。

【００１５】積層部材２６は、圧電粉末を含むスラリー
からグリーンシートを形成し、複数枚の第１のグリーン
シートと、前記導体層を形成した複数枚の第２のグリー
ンシートを重ね、重ねられた第１および第２のグリーン
シートは、適当に加圧して行う乾燥処理（例えば６０℃
で２０分程度の加熱）で被着されている。

【００１６】図１２（ｂ）において、溝２７の内面（対
向する一対の側壁面と底面）に、間隙２３を形成させる
ための被着層２８を形成する。一般に厚さ１０μｍ程度
の被着層２８は、積層部材２６の焼成で除去される組成
物、例えば積層部材２６のグリーンシートに使用するバ
インダーペーストを使用し、該バインダーペーストを溝
２７に注入し形成させている。

【００１７】図１２（ｃ）において、表面が被着層２８
で覆われた溝２７に充填剤２９を充填させる。一般に充
填剤２９は、積層部材２６と同質のセラミックをペース
ト状にしたものを使用している。

【００１８】次いで、適当な圧力例えば５０ＭＰａ程度
の圧力で加圧しながら、６０℃で２０分程度加熱する乾
燥処理を施したのち、図１２（ｄ）に示す如く、積層部
材２６にグリーンシートの積層部材３０を重ね大気中で
焼成する。

【００１９】すると、１０００℃程度に加熱する前記焼
成処理によって、積層部材２６と３０は一体化されると
共に、被着層２８は熱分解で除去され圧電干渉防止用の
間隙２３が形成され、図中の一点鎖線３１から下の不要
部分を除去すると、図１１に示す圧電基板１０″が完成
する。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したよう、圧
電基板１０″を使用したインクジェットヘッドは、それ
以前のインクジェットヘッドより高精細印刷が可能にな
る。しかし、被着層２８から形成された圧電干渉防止用
の間隙２３および電極１６ａは、圧電基板１０″の焼成
処理で変形されるという問題点があった。

【００２１】図１３は従来の圧電干渉防止用間隙の形成
に伴う問題点の説明図であり、被着層２８から形成され
る従来の圧電干渉防止用の間隙２３は、図示する如く変
形すると共に、その変形は電極１６ａも変形させるよう
になる。

【００２２】即ち、被着層２８は溝２７の全面、即ち左
右の壁面と底面に被着され厚さの均一化が困難であり、
被着層２８の熱酸化で発生するガスの排出路、特に溝２
７の底面に被着された被着層２８から発生したガスの排
出路がない。

【００２３】そのため、図１３に示す如く間隙２３，間
隙間部分２４，圧電素子１６を内蔵する部分２５に変形
と欠損が生じ、間隙間部分２４および圧電素子内蔵部分
２５の機械的強度が低減し割れ易くなると共に、圧電基
板１０″が反ってしまうという問題点があった。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、圧電駆
動用の電極と該電極に電圧を印加することで圧電ひずみ
が発生する駆動層とが積層された複数の圧電素子を内蔵
し、該圧電素子の両側に圧電干渉防止用の間隙を有する
圧電基板の製造方法において、従来の圧電基板１０″に
おける前記問題点を解決することである。

【００２５】上記目的を達成する本発明の第１の圧電基
板の製造方法は、圧電素子の電極を形成する複数の導体
層を内蔵する圧電部材に、該複数の圧電素子の幅と間隔
を設定する溝を形成する工程と、該溝の側壁との対向面
に所定の組成物にてなる被着層が被着されたスペーサを
該溝に挿入する工程と、該溝の底面に該スペーサを接合
させる接合工程を含み、該接合工程で除去される物質を
該被着層の組成物として使用することである。

【００２６】上記目的を達成する本発明の第２の圧電基
板の製造方法は、前記本発明の第１の圧電基板の製造方
法において、前記圧電部材は少なくとも圧電粉末よりな
る複数枚の第１のグリーンシートと、少なくとも圧電粉
末よりなり前記導体層を形成した複数枚の第２のグリー
ンシートとを重ねて形成し、前記スペーサには少なくと
も圧電粉末よりなる第３のグリーンシートを使用し、前
記接合工程が該第１〜第３のグリーンシートの同時焼成
であることである。

【００２７】上記目的を達成する本発明の第３の圧電基
板の製造方法は、前記本発明の第１の圧電基板の製造方
法において、前記第１〜第３のグリーンシートの製造に
圧電粉末とバインダーと可塑剤を含む同一スラリーを使
用し、該スラリーに含むバインダーを前記組成物として
使用することである。

【００２８】前記本発明の第１〜第３の圧電基板の製造
方法において、圧電干渉防止用の空隙を形成するためス
ペーサに形成した被着層は、圧電部材に形成した溝の壁
面との対向面に被着され、その溝の底面（圧電部材）に
スペーサを接合させる工程で除去される物質である。

【００２９】従って、圧電部材とスペーサとの接合は、
前記被着層の除去に影響されることなく可能となり、圧
電干渉防止用の空隙および駆動電極も正確（変形なし）
に形成されるよになる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例による圧電
基板の説明図、図２は図１の圧電基板を使用したインク
ジェットプリンタヘッドの説明図、図３は図１の圧電基
板に使用するグリーンシートの説明図、図４は図１の圧
電基板の製造方法の説明図（その１）、図５は図１の圧
電基板の製造方法の説明図（その２）である。

【００３１】図１において圧電基板４１は、図の上下方
向に配設された複数の圧電駆動用電極１６ａと、その電
極１６ａの間に配設され電極１６ａに電圧を印加するこ
とで圧電ひずみが発生する駆動層１６ｂからなる、複数
（図は４個）の圧電素子１６を内蔵する。

【００３２】各圧電素子１６の両側には、圧電素子１６
の全長に渡って圧電干渉防止用の空隙４２が形成され、
圧電素子１６を挟むことなく隣接する一対の間隙４２の
間には、流路板支持部４３が形成され、流路板支持部４
３の上面を含む圧電基板４１の上面は平坦面である。

【００３３】図２において、圧電基板４１を使用したイ
ンクジェットヘッド４５は、圧電基板４１の上面に、圧
電素子１６に対応する流路溝１２が形成された流路板１
１′を、接着層２１で接合し構成され、所定の圧電素子
１６に所定の電圧を印可すると、その圧電素子に対応す
る流路溝１２が圧縮され、圧縮された流路溝１２内に充
填されたインクが図示しないノズルから飛翔するように
なる。

【００３４】図３において、４６は少なくとも圧電粉末
を含む第１のグリーンシート、４７は少なくとも圧電粉
末を含み上面に導体層４８が形成された第２のグリーン
シート、４９は少なくとも圧電粉末を含み厚さ方向の両
側面に被着層５０が形成されたスペーサ（第３のグリー
ンシート）であり、グリーンシート４６と４７と４９は
所定寸法に切断されている。

【００３５】グリーンシート４７の上面には、圧電駆動
用電極１６ａを形成するための導体層４８が、例えばＡ
ｇ−Ｐペーストの印刷で形成され、帯状のグリーンシー
ト（スペーサ）４９の厚さ方向の両側面には、グリーン
シート４９の焼成処理でグリーンシート４９に悪影響を
与えることなく除去される組成物の被着層５０が形成さ
れている。

【００３６】少なくとも圧電粉末を含むグリーンシート
４６は、例えば粒径が約１．０μｍのＰＭＮ系圧電粉
末、例えばＰｂ (Ｍｇ_1/3 Ｎｂ_2/3)_1-x Ｔｉ_x Ｏ₃ を
１００部と、バインダー例えばＰＶＢ（ポリビニルプチ
ラール）を５部と、可塑剤例えばＤＢＰ（ジブビニルブ
チラール）を５部と、分散媒としてエタノール５部を混
合してスラリーとして使用し、そのスラリーからドクタ
ーブレード法によって例えば厚さ５０μｍに作成し、そ
れらを所定寸法に切断する。

【００３７】少なくとも圧電粉末を含むグリーンシート
４７は、前記スラリーから形成し厚さ５０μｍのグリー
ンシートに導体層４８、例えばＡｇ−Ｐペーストを印刷
法で被着させそのＡｇ−Ｐペーストを乾燥して導体層４
８を形成する。

【００３８】少なくとも圧電粉末を含み例えば厚さが約
１００μｍのグリーンシート４９は、前記スラリーから
形成し厚さ５０μｍで適当幅に切断した２枚のグリーン
シートを重ね、例えば１０ＭＰａ程度に加圧しながら６
０℃で５分程度加熱する乾燥処理で、重ねた２枚のグリ
ーンシートに含むエタノールを完全に除去すると共に軽
く接合させたのち、厚さ方向の両側面にはその幅の１／
２程度の被着層５０を全長に渡り、通常の手段例えば印
刷法で形成する。

【００３９】図４（ａ）において圧電部材５１は、それ
ぞれ複数枚のグリーンシート４６と４７を積層して乾燥
処理、例えばグリーンシート４６を４枚重ね、その上に
グリーンシート４７を４枚重ね、さらにその上にグリー
ンシート４６を２枚重ねたのち、乾燥処理例えば１０Ｍ
Ｐａ程度に加圧しながら６０℃で５分程度加熱してな
る。この乾燥処理では、グリーンシート４６と４７に含
むエタノールを完全に除去すると共に、それぞれ複数枚
のグリーンシート４６と４７は軽く接合されるようにな
る。

【００４０】次いで、図４（ｂ）では圧電部材５１に、
圧電素子１６（図１参照）の幅と間隔を設定する溝５２
を形成する。回転するスライサー５３で切削形成する複
数本（図は５本）の溝５２は、例えば幅１００μｍ，深
さ８００μｍ，ピッチ２００μｍであり、導体層４８か
ら複数（図は４個）の電極１６ａを分離形成させると共
に、電極１６ａおよび駆動層１６ｂの幅と間隔を決定す
る。

【００４１】次いで、図４（ｃ）では複数の溝５２のそ
れぞれにグリーンシート４９を挿入したのち、上面を機
械的加工手段（研削）で平坦にする。なお、スライサー
５３で形成した溝５２の縁にチッピング（微細な切り欠
け）の生じる恐れがある。かかるチッピングの防止とし
ては、溝５２を形成する圧電部材５１の表面に予めマイ
ラーシートを貼着し、溝５２形成で分割されたマイラー
シートを剥がす。

【００４２】次いで、図５（ａ）の工程では溝５２にグ
リーンシート４９を挿入した圧電部材５１の上面に、グ
リーンシートの圧電部材５５を重ねる。圧電部材５５
は、例えばグリーンシート４６を１０枚重ね、乾燥処理
例えば１０ＭＰａ程度に加圧しながら６０℃で５分程度
加熱し、グリーンシート４６に含まれるエタノールを完
全に除去すると共に、複数枚のグリーンシート４６を軽
く接合させたものである。

【００４３】次いで、図５（ｂ）の焼成工程では、重ね
られた圧電部材５１と５５を、大気中で重ね方向に例え
ば５０ＭＰａ程度に加圧しながら、１０００℃で２０分
程度焼成する。

【００４４】すると、グリーンシート４６に被着した被
着層５０は熱分解して消滅すると共に、圧電部材５１と
５５およびグリーンシート（スペーサ）４９は完全に一
体化され、前面と図示されない後面に電極１６ａの端面
と、被着層５０の熱分解で形成された空隙５７の端面が
露呈する圧電焼成基板５６が完成する。

【００４５】そこで、図５（ｂ）に示す圧電焼成基板５
６をその厚さ方向に引っ繰り返した上面を研磨し、その
研磨面から所定深さに最上層の電極１６ａが位置するよ
うにすると、図５（ｃ）に示す如き圧電基板４１、即ち
両脇に均一幅で歪みのない空隙４２を有する複数の圧電
素子１６を内蔵した圧電基板４１が完成する。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の圧電基板の
製造方法は、圧電干渉防止用の空隙および圧電素子が正
確に形成され、インクジエットプリンタの高精細化およ
び階調制御の変換率を高めると共に、量産性を高め性能
を安定化させた効果を得た。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例による圧電基板の説明図

【図２】 図１の圧電基板を使用したインクジェットプ
リンタヘッドの説明図

【図３】 図１の圧電基板に使用するグリーンシートの
説明図

【図４】 図１の圧電基板の製造方法の説明図（その
１）

【図５】 図１の圧電基板の製造方法の説明図（その
２）

【図６】 本発明の実施例における圧電干渉防止用間隙
の拡大図

【図７】 インクジェットプリンタの概略を示す斜視図

【図８】 流路板方式のインクジェットヘッドの分解斜
視図

【図９】 図８に示すインクジェットヘッドの断面図

【図１０】 圧電干渉防止スリットを設けた圧電基板の
説明図

【図１１】 圧電干渉防止用間隙を設けた圧電基板の説
明図

【図１２】 圧電干渉防止用間隙を設けた従来の圧電基
板の製造方法の説明図

【図１３】 従来の圧電干渉防止用間隙の形成に伴う問
題点の説明図

【符号の説明】

１６ 圧電素子 １６ａ 圧電素子の電極 １６ｂ 圧電素子の駆動層 ４１ 圧電基板 ４２ 圧電干渉防止用の間隙 ４３ 流路板支持部 ４６ 第１のグリーンシート ４７ 第２のグリーンシート ４８ 導体層 ４９ 第３のグリーンシート（スペーサ） ５０ スペーサの被着層 ５１ 圧電部材 ５２ 溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電駆動用の電極と該電極に電圧を印加
   することで圧電ひずみが発生する駆動層とが積層された
   複数の圧電素子を内蔵し、該圧電素子の両側に圧電干渉
   防止用の間隙を有する圧電基板の製造方法であって、 該電極を形成する複数の導体層を内蔵する圧電部材に、
   該複数の圧電素子の幅と間隔を設定する溝を形成する工
   程と、 該溝の側壁との対向面に所定の組成物にてなる被着層が
   被着されたスペーサを該溝に挿入する工程と、 該溝の底面に該スペーサを接合させる接合工程を含み、 該被着層の組成物が該接合工程で除去される物質である
   ことを特徴とする圧電基板の製造方法。
2. 【請求項２】 前記圧電部材は少なくとも圧電粉末より
   なる複数枚の第１のグリーンシートと、少なくとも圧電
   粉末よりなり前記導体層を形成した複数枚の第２のグリ
   ーンシートとを重ねて形成し、 前記スペーサには少なくとも圧電粉末よりなる第３のグ
   リーンシートを使用し、 前記接合工程が該第１〜第３のグリーンシートの同時焼
   成であることを特徴とする請求項１記載の圧電基板の製
   造方法。
3. 【請求項３】 前記第１〜第３のグリーンシートの製造
   に圧電粉末とバインダーと可塑剤を含むスラリーを使用
   し、該スラリーに含むバインダーを前記組成物として使
   用することを特徴とする請求項２記載の圧電基板の製造
   方法。