JP4831186B2

JP4831186B2 - 液体移送装置の製造方法

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Publication number: JP4831186B2
Application number: JP2009051814A
Authority: JP
Inventors: 恭裕関口
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2029-03-05
Also published as: JP2010201849A

Description

本発明は、圧力室内の液体に圧力を付与することによって液体を移送する液体移送装置の製造方法に関する。

従来から、様々な分野において、液体に圧力を付与する圧電アクチュエータを有する液体移送装置が知られている。例えば、特許文献１には、インクにノズルから噴射させるための圧力を付与する圧電アクチュエータを有するインクジェットヘッドが開示されている。

このインクジェットヘッドは、複数のノズルやこれらノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室などの、インク流路が形成された流路ユニット（キャビティユニット）と、複数の圧力室を覆うように流路ユニットに接合された圧電アクチュエータと、を備えている。また、圧電アクチュエータは、積層された複数の圧電層（圧電シート）と、圧力室と対向する領域において複数の圧電層のそれぞれをその厚み方向に挟むように配置された個別電極及び共通電極を有する。そして、この圧電アクチュエータは、個別電極と共通電極との間に電圧が印加されて、両者に挟まれた圧電層（活性部）に厚み方向の電界が作用したときの、圧電層に生じる変形（圧電歪み）を利用して圧力室の容積を変化させて、圧力室内部のインクに圧力を付与するように構成されている。

また、圧電アクチュエータの構成としては、特許文献１に記載されているもの以外に、特願２００８−０９４１５０に記載されているようなものがある（本願図６参照）。この圧電アクチュエータ３２においては、流路ユニットの上面に配置された振動板４０の上面に、２枚の圧電層４１，４２が積層されて配置されており、振動板４０の上面、下側の圧電層４１の上面、及び、上側の圧電層４２の上面に、第２定電位電極４３、第１定電位電極４４ａ、及び、個別電極４５がそれぞれ形成されている。そして、上側の圧電層４２の、第１定電位電極４４ａと個別電極４５に挟まれ、圧力室１０の中央部分と対向する部分が第１定電位電極４４ａから個別電極４５に向かう方向に分極され、第１活性部Ｒ１となっている。一方、２枚の圧電層４１，４２の圧力室１０と対向する部分のうち、個別電極４５と第２定電位電極４３に挟まれ、平面視で第１活性部Ｒ１よりも外周の部分が、個別電極４５から第２定電位電極４３に向かう方向に分極され、第２活性部Ｒ２となっている。

このような圧電アクチュエータは、第２定電位電極をグランド電位に保持するとともに、第１定電位電極を所定の正の電位（例えば、２０Ｖ程度）に保持した状態で、個別電極の電位をグランド電位と上記正の電位とを選択的に切り替える。そして、電位を切り替えることにより第１活性部及び第２活性部に生じた変形に伴い、振動板及び２枚の圧電層の圧力室と対向する部分を、圧力室側及び圧力室と反対側に凸となるように変形させることができ、このように、圧電層及び振動板を変形させることで、圧力室の容積を大きく変化させて、圧力室内部のインクに圧力を付与している。

特開２００６−１１０８２４号公報

ここで、特願２００８−０９４１５０に記載の圧電アクチュエータにおいては、第１定電位電極の形成位置が平面視で圧力室の中央部分と重なる位置からずれていると、個別電極の形成位置がずれる場合と異なり、第１活性部が平面視で圧力室の中央部分と重なる位置からずれてしまう。すると、第１活性部に生じた変形による圧電材料の圧力室と対向する部分の変位量が小さくなり、流路ユニットに形成された圧力室内の液体に所定の圧力を付与できなくなってしまう。

そこで、本発明の目的は、第１定電位電極を圧力室の中央部分と重なるように配置することで、第１活性部が圧力室の中央部分と重なるため、第１活性部に生じた変形による圧電材料の変位量が小さくなることがなく、圧力室内の液体に所定の圧力を付与することができる液体移送装置の製造方法を提供することである。

本発明の液体移送装置の製造方法は、圧力室を含む液体移送流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットに設けられ、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータと、を備えた液体移送装置の製造方法であって、前記圧電アクチュエータは、互いに積層された第１圧電層と第２圧電層に挟まれ、且つ、前記圧力室の中央部分と重なって配置され、第１電位が付与される第１定電位電極と、前記第１圧電層の前記第１定電位電極と反対側の面において、前記圧力室の、少なくとも前記第１定電位電極と重なる部分よりも外側部分と重なって配置され、前記第１電位と異なる第２電位が付与される第２定電位電極と、前記第２圧電層の前記第１定電位電極と反対側の面に配置され、前記第１定電位電極と前記第２圧電層を挟んで対向するとともに、前記第２定電位電極とも前記第１圧電層と前記第２圧電層の両方を挟んで対向し、前記第１電位と前記第２電位とが選択的に付与される個別電極と、前記第２圧電層の、前記第１定電位電極と前記個別電極とに挟まれ、前記圧力室の前記中央部分と重なった部分からなる第１活性部と、前記第１圧電層と前記第２圧電層の、前記第１活性部よりも外側において前記第２定電位電極と前記個別電極とに挟まれ、前記圧力室の前記外側部分と重なった部分からなる第２活性部と、を有しており、前記流路ユニットを作製する流路ユニット作製工程と、前記圧電アクチュエータを作製するアクチュエータ作製工程と、前記アクチュエータ作製工程において作製された前記圧電アクチュエータの前記第１定電位電極を、平面視で、前記流路ユニット作製工程において作製された前記流路ユニットの前記圧力室の中央部分と重なるように位置合わせして、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータを接合する接合工程と、を備えている。

本発明の液体移送装置の製造方法によると、接合工程において、平面視で第１定電位電極を圧力室の中央部分と重なるように配置することで、第１活性部が圧力室の中央部分と重なるため、第１活性部に生じた変形による圧電材料の変位量が小さくなることがなく、圧力室内の液体に所定の圧力を付与することができる。

また、前記アクチュエータ作製工程において、光が透過する圧電材料で前記圧電アクチュエータを形成し、前記接合工程において、前記圧電アクチュエータに向かって光を照射することで、前記第１定電位電極の位置を検出して、前記第１定電位電極を前記流路ユニットの前記圧力室の中央部分と重なるように位置合わせして、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータを接合することが好ましい。これによると、圧電アクチュエータに光を照射することで、第１定電位電極が透けて見えて、第１定電位電極を圧力室の中央部分と重なるように位置合わせすることができる。

さらに、前記アクチュエータ作製工程において、前記圧電アクチュエータの平面視で、前記個別電極、前記第１定電位電極、及び、前記第２定電位電極が形成される領域以外の領域に、前記第１定電位電極の中心から前記流路ユニットと接合されることとなる面に平行な一方向に関して所定距離だけ離隔した第１マークを形成し、前記接合工程において、前記第１定電位電極の位置を算出可能な前記第１マークの位置に基づいて、前記第１定電位電極を前記流路ユニットの前記圧力室の中央部分と重なるように位置合わせして、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータを接合することが好ましい。これによると、第１定電位電極を直接見ることが困難な場合であっても、第１定電位電極の中央と所定距離だけ離隔した第１マークから第１定電位電極の位置を算出することができるため、この第１マークに基づいて位置合わせすることで、第１定電位電極を圧力室の中央部分と容易に位置合わせすることができる。

加えて、前記流路ユニット作製工程において、前記流路ユニットの平面視で、前記圧力室の中心から前記一方向に関して前記所定距離だけ離隔した第２マークを形成し、前記接合工程において、平面視で、前記第１マークと前記第２マークが重なるように位置合わせして、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータを接合することが好ましい。これによると、流路ユニットにも圧力室の中心から所定距離だけ離隔した第２マークを形成するため、第１マークと第２マークを位置合わせすることで、第１定電位電極を圧力室の中央部分と容易に位置合わせすることができる。

また、前記圧電アクチュエータは、前記第１定電位電極が形成された第１圧電シートと、前記第２定電位電極が形成された第２圧電シートと、前記個別電極が形成された第３圧電シートと、を積層して構成されており、前記第１マークは、前記第１圧電シートに形成されていることが好ましい。これによると、第１圧電シート、第２圧電シート及び第３圧電シートが積層されて、第１定電位電極が圧電アクチュエータの内部にある電極であっても、第１定電位電極と圧力室の中央部分を位置合わせすることができる。

接合工程において、第１定電位電極を圧力室の中央部分と重なるように配置することで、第１活性部が圧力室の中央部分と重なるため、第１活性部に生じた変形による圧電材料の変位量が小さくなることがなく、圧力室内の液体に所定の圧力を付与することができる。

本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。インクジェットヘッドの斜視図である。インクジェットヘッドの平面図である。（ａ）が図３の部分拡大図であり、（ｂ）〜（ｄ）が、（ａ）の振動板及び各圧電層の表面の図である。図４（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。図４（ａ）のＶＩ−ＶＩ線断面図である。インクジェットヘッドの製造過程を示す工程図であり、（ａ）は流路ユニット作製工程であり、（ｂ）は圧電アクチュエータ作製工程であり、（ｃ）は接合工程である。

以下、本発明の好適な実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。図１に示すように、プリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３、搬送ローラ４などを備えている。

キャリッジ２は、走査方向（図１の左右方向）に往復移動する。インクジェットヘッド３は、キャリッジ２の下面に取り付けられており、その下面に形成されたノズル１５（図３参照）からインクを吐出する。搬送ローラ４は、記録用紙Ｐを紙送り方向（図１の手前方向）に搬送する。そして、プリンタ１においては、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド３のノズル１５から、記録用紙Ｐにインクが吐出されることにより、記録用紙Ｐに印刷が行われる。また、印刷が完了した記録用紙Ｐは、搬送ローラ４によって紙送り方向に排出される。

次に、インクジェットヘッド３について詳細に説明する。図２は、図１のインクジェットヘッドの分解斜視図である。図３は、図２のインクジェットヘッドの平面図である。図４（ａ）は、図３の部分拡大図である。図４（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、図４（ａ）における、後述する振動板４０、下部圧電層４１及び上部圧電層４２の上面を示した図である。図５は、図４（ａ）のＶ−Ｖ線断面図である。図６は、図４（ａ）のＶＩ−ＶＩ線断面図である。

なお、図面を分かりやすくするため、図３、図４においては、後述する流路ユニット３１の圧力室１０及びノズル１５除くインク流路の図示を省略し、図３においては、圧電アクチュエータ３２の下部電極４３及び中間電極４４の図示を省略している。また、図４（ａ）においては、ともに点線で図示すべき下部電極４３及び中間電極４４を、それぞれ二点鎖線及び一点鎖線で図示している。さらに、図４（ｂ）〜（ｄ）においては、それぞれ、後述する下部電極４３、中間電極４４及び上部電極４５にハッチングを付している。また、図６においては、流路ユニット３１の圧力室１０よりも下の部分の図示を省略している。

図２〜図６に示すように、インクジェットヘッド３は、流路ユニット３１と圧電アクチュエータ３２と、を有している。流路ユニット３１は、複数のプレート２１〜２７が互いに積層されることによって、インク供給口９からインクが供給されるマニホールド流路１１、及び、マニホールド流路１１の出口からアパーチャ流路１２を経て圧力室１０に至り、さらに、圧力室１０からディセンダ流路１４を経てノズル１５に至る複数の個別インク流路を有するインク流路（液体移送流路）が形成されている。そして、後述するように、圧電アクチュエータ３２により、圧力室１０内のインクに圧力が付与されると、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。

複数の圧力室１０は、走査方向（図３の左右方向）を長手方向とする略楕円形の平面形状を有しており、紙送り方向（図３の上下方向）に沿って配列されて１つの圧力室列８を構成しており、このような圧力室列８が、走査方向に２列に配列されることによって１つの圧力室群７を構成している。さらに、このような圧力室群７が走査方向に沿って５つ配列されている。ここで、１つの圧力室群７に含まれる２列の圧力室列８を構成する圧力室１０同士は、紙送り方向に関して互いにずれて配置されている。また、複数のノズル１５も、複数の圧力室１０と同様に配置されている。

そして、これら５つの圧力室群７のうち、図３の右側の２つを構成する圧力室１０に対応するノズル１５からはブラックのインクが吐出され、図３の左側の３つを構成する圧力室１０に対応するノズル１５からは、図３の右側に配列されているものから順に、イエロー、シアン、マゼンタのインクが吐出される。なお、インク流路の他の部分の構成については、従来のものと同様であるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。

また、流路ユニット３１には、複数の圧力室１０のうち、ある圧力室１０の中心から圧力室１０が開口した面に平行な一方向に関して所定距離だけ離隔し、平面視で後述する上部電極マーク６１及び中間電極マーク６２と重なり、プレート２１〜２７の積層方向に貫通した孔６０（第２マーク）が形成されている。この孔６０は、平面視で後述する電極４３〜４５とは重ならない位置に形成されている。

圧電アクチュエータ３２は、振動板４０（第２圧電シート）及び下部圧電層４１（第１圧電シート）、上部圧電層４２（第３圧電シート）、下部電極４３（第２定電位電極）、中間電極４４（第１定電位電極）、上部電極４５（個別電極）、中間電極マーク６２（第１マーク）及び上部電極マーク６１を有している。振動板４０は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなり、複数の圧力室１０を覆うように、流路ユニット３１の上面に配置されている。また、振動板４０の厚みは２０μｍ程度となっている。なお、この振動板４０は必ずしも圧電材料からなる必要はない。

下部圧電層４１及び上部圧電層４２は、振動板４０と同様の圧電材料からなり、互いに積層されて振動板４０の上面に配置されている。また、下部圧電層４１及び上部圧電層４２の厚みは、それぞれ２０μｍ程度となっている。

下部電極４３は、振動板４０の上面に形成され、振動板４０と下部圧電層４１との間に配置されており、各圧力室群７に対応して、各圧力室群７を構成する２列の圧力室列８に沿って紙送り方向に延びており、これら２列の圧力室列８を構成する複数の圧力室１０と対向している。また、図示しないが、上記紙送り方向に延びた部分同士は互いに接続されている。また、下部電極４３は、圧電アクチュエータ３２の上方に配置されたフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）５０を介してドライバＩＣ５１に接続されており、ドライバＩＣ５１により常にグランド電位（第２電位）に保持されている。

中間電極４４は、下部圧電層４１の上面に形成され、下部圧電層４１と上部圧電層４２との間に配置されており、圧力室群７毎に、それぞれ、複数の対向部４４ａ及び接続部４４ｂ、４４ｃを有している。複数の対向部４４ａは、紙送り方向に関する長さが圧力室１０よりも短い略矩形の平面形状を有しており、複数の圧力室１０の中央部分と対向するように配置されている。

接続部４４ｂは、紙送り方向に延びて、各圧力室群７を構成する２列の圧力室列８のうち、図４の右側に配置された圧力室列８を構成する複数の圧力室１０に対応する複数の対向部４４ａの図４右側の端同士を接続している。接続部４４ｃは、紙送り方向に延びて、各圧力室群７を構成する２列の圧力室列８のうち、図４の左側に配置された圧力室列８を構成する複数の圧力室１０に対応する複数の対向部４４ａの図４左側の端同士を接続している。また、中間電極４４は、ＦＰＣ５０を介してドライバＩＣ５１に接続されており、ドライバＩＣ５１により、常に、グランド電位とは異なる所定の電位（例えば、２０Ｖ程度：第１電位）に保持されている。

複数の上部電極４５は、上部圧電層４２の上面（下部圧電層４１と反対側の面）に形成され、複数の圧力室１０に対応して、複数の圧力室１０のほぼ全域と対向するように配置されており、紙送り方向に関する長さが中間電極４４の対向部４４ａよりも長い、略矩形の平面形状を有している。また、上部電極４５は、走査方向に関するノズル１５と反対側の端における一部分が、走査方向に圧力室１０と対向しない部分まで延びており、この部分がＦＰＣ５０に接続される接続端子４５ａとなっている。また、上部電極４５は、ＦＰＣ５０を介してドライバＩＣ５１に接続されており、グランド電位と上記所定の電位（例えば、２０Ｖ）とをその電位が選択的に切り替えられる。

そして、このように下部電極４３、中間電極４４及び上部電極４５が配置されることにより、上部圧電層４２における圧力室１０の中央部分と対向する部分において、上部電極４５と中間電極４４とが対向することとなる。そして、中間電極４４から上部電極４５に向かって上向きに分極されていることで、この領域は第１活性部Ｒ１となっている。

さらに、上部圧電層４２及び下部圧電層４１における圧力室１０と対向する部分のうち、中間電極４４と対向する部分よりも外周の部分（中間電極４４と対向しない部分）において上部電極４５と下部電極４３とが対向することとなる。そして、上部電極４５から下部電極４３に向かって下向きに分極されていることで、この領域は、第２活性部Ｒ２となっている。

なお、下部圧電層４１のうち、中間電極４４と下部電極４３とに挟まれた部分は、中間電極４４から下部電極４３に向かって下向きに分極されている。

上部電極マーク６１は、上部電極４５と同様の材料からなり、上部圧電層４２の上面に形成されており、どの電極とも電気的に接続されていない×印をした位置合わせ用のマークである。この上部電極マーク６１は、流路ユニット３１に形成された孔６０と所定距離だけ離隔した圧力室に対応する上部電極４５の中心から所定距離だけ離隔し、平面視で流路ユニット３１の孔６０及び中間電極マーク６２と重なるように形成されている。

中間電極マーク６２は、中間電極４４と同様の材料からなり、下部圧電層４１の上面に形成されており、どの電極とも電気的に接続されていない＋印をした位置合わせ用のマークである。この中間電極マーク６２は、流路ユニット３１に形成された孔６０と所定距離だけ離隔した圧力室に対応する中間電極４４の中心から所定距離だけ離隔して形成されている。上部電極マーク６１及び中間電極マーク６２は、平面視で電極４３〜４５と重ならない位置に形成されている。

流路ユニット３１の孔６０、圧電アクチュエータ３２の中間電極マーク６２が平面視で重なることで、中間電極４４の対向部４４ａが圧力室１０の中央部分と重なる。つまり、第１活性部Ｒ１が、平面視で圧力室１０の中央部分と重なるように配置される。

ここで、圧電アクチュエータ３２の動作について説明する。まず、圧電アクチュエータ３２がインクを吐出させる動作を行う前の待機状態においては、前述したように、下部電極４３及び中間電極４４が、それぞれ、常にグランド電位及び上記所定の電位（例えば、２０Ｖ）に保持されているとともに、上部電極４５の電位が予めグランド電位に保持されている。この状態では、上部電極４５が中間電極４４よりも低電位になっているとともに、下部電極４３と同電位となっている。

これにより、上部電極４５と中間電極４４との間の電位差が生じ、第１活性部Ｒ１にはその分極方向と同じ上向きの電界が発生し、第１活性部Ｒ１がこの電界と直交する水平方向に収縮する。これにより、いわゆるユニモルフ変形が生じ、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０に向かって凸となるように変形する。この状態では、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０が変形していない場合と比較して、圧力室１０の容積が小さくなっている。

そして、インクを吐出させるべく圧電アクチュエータ３２を駆動させる際には、上部電極４５の電位を、一旦、上記所定の電位に切り替えた後、グランド電位に戻す。上部電極４５の電位を上記所定の電位に切り替えると、上部電極４５が中間電極４４と同電位となるとともに、下部電極４３よりも高電位となる。これにより、第１活性部Ｒ１の上記収縮が元に戻る。そして、これと同時に、上部電極４５と下部電極４３との間に電位差が生じ、第２活性部Ｒ２にはその分極方向と同じ下向きの電界が発生し、第２活性部Ｒ２が水平方向に収縮する。これにより、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０が全体として、圧力室１０と反対側に凸となるように変形し、圧力室１０の容積が増加する。

この後、上部電極４５の電位をグランド電位に戻すと、前述したのと同様、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０に向かって凸となるように変形し、圧力室１０の容積が小さくなる。これにより、圧力室１０内のインクの圧力が上昇し（圧力室１０内のインクに圧力が付与され）、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。

また、上述したようにして圧電アクチュエータ３２を駆動させる場合、上部電極４５の電位をグランド電位から所定の電位に切り替えたときには、第１活性部Ｒ１が収縮した状態から収縮前の状態に伸長すると同時に、第２活性部Ｒ２が収縮するため、第１活性部Ｒ１の伸長が第２活性部Ｒ２の収縮に一部吸収される。一方、上部電極４５の電位を所定の電位からグランド電位に戻したときには、第１活性部Ｒ１が収縮するとともに、第２活性部Ｒ２が収縮前の状態まで伸長するため、第１活性部Ｒ１の収縮が第２活性部Ｒ２の伸長によって一部吸収される。

以上のことから、下部圧電層４１及び上部圧電層４２の圧力室１０と対向する部分の変形が、他の圧力室１０と対向する部分に伝達して当該他の圧力室１０に連通するノズル１５からのインクの吐出特性が変動してしまう、いわゆるクロストークが抑制される。

なお、上述した待機状態及び圧電アクチュエータ３２が駆動されている間においては、下部圧電層４１の中間電極４４と下部電極４３との間の部分には常に電位差が生じており、下部圧電層４１のこの部分には、その分極方向と同じ方向の電界が発生している。これにより、下部圧電層４１のこの部分は電界方向に垂直な方向に常に収縮した状態となっている。

ここで、圧電アクチュエータ３２の中間電極４４の対向部４４ａが、流路ユニット３１の圧力室１０の中央部分からずれて配置されていると、上部電極４５がずれて配置される場合と異なり、第１活性部Ｒ１が、圧力室１０の中央部分からずれてしまう。すると、第１活性部Ｒ１に生じた変形による上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０の圧力室１０と対向する部分の変位量が小さくなり、これに伴い圧力室１０の容積の変化量が小さくなり、圧力室１０内のインクに所定の圧力を付与できなくなってしまう。そこで、圧力室１０内のインクに所定の圧力を付与することができるように、圧電アクチュエータ３２の中間電極４４の対向部４４ａは、流路ユニット３１の圧力室１０の中央部分と重なるように配置しなければならない。

次に、インクジェットヘッド３の製造方法について説明する。図７は、インクジェットヘッドの製造過程を示す工程図であり、（ａ）は流路ユニット作製工程であり、（ｂ）は圧電アクチュエータ作製工程であり、（ｃ）は接合工程である。インクジェットヘッド３は、流路ユニット３１を作製する工程と、圧電アクチュエータ３２を作製する工程と、これら２つの工程で別々に作製された流路ユニット３１と圧電アクチュエータ３２を接合する工程と、を行うことで製造される。

まず、流路ユニット３１を構成する７枚のプレート２１〜２７に圧力室１０やマニホールド流路１１、ノズル１５などのインク流路を構成する厚み方向に貫通した孔を形成する。また、７枚のプレート２１〜２７に、流路ユニット３１を構成したときに厚み方向に貫通した孔６０となる貫通孔をそれぞれ形成する。これらの孔は、エッチングやレーザ加工などで形成する。そして、図７（ａ）に示すように、７枚のプレート２１〜２７を積層して加熱押圧しながら、各プレート間をそれぞれ接着剤で接合して、流路ユニット３１を作製する（流路ユニット作製工程）。なお、７枚のプレート２１〜２７は、金属材料からなる場合などには、金属拡散接合などによって接合してもよい。また、孔６０は、７枚のプレート２１〜２７を積層した後に、形成してもよい。

また、流路ユニット作製工程とは別に、圧電セラミックスからなり、あらかじめ焼成による収縮量を見込んで形成された、同じ外形の３枚のグリーンシートの一表面に、スクリーン印刷により上部電極４５、中間電極４４及び下部電極４３をそれぞれ形成する。このとき、上部電極４５が形成されるグリーンシートの、後述する接合工程時において流路ユニット３１に形成された孔６０と重なる位置には、上述した上部電極４５と所定距離だけ離隔した、×印の上部電極マーク６１を上部電極４５とともにスクリーン印刷により形成する。また、中間電極４４が形成されるグリーンシートの、後述する接合工程時において流路ユニット３１に形成された孔６０と重なる位置には、上述した中間電極４４と所定距離だけ離隔した、＋印の中間電極マーク６２を中間電極４４とともにスクリーン印刷により形成する。

そして、図７（ｂ）に示すように、下から下部電極４３の形成されたグリーンシート、中間電極４４の形成されたグリーンシート、上部電極４５の形成されたグリーンシートの順に外形を合わせて積層する。このグリーンシートを積層した状態では、上部電極マーク６１と中間電極マーク６２は平面視で重なるように配置される。その後、この積層体を所定の温度で焼成することで、下から順に振動板４０、下部圧電層４１、上部圧電層４２となった、圧電アクチュエータ３２を作製する（圧電アクチュエータ作製工程）。ここで、焼成時の複数のグリーンシートの収縮量に違いや、積層時の複数のグリーンシートの位置ずれや、電極の印刷ずれなどに起因して、作製された圧電アクチュエータ３２においては、上部電極マーク６１と中間電極マーク６２が平面視で重ならない場合もある。

そして、図７（ｃ）に示すように、流路ユニット作製工程において作製された流路ユニット３１の孔６０に下方から光を照射しながら、流路ユニット作製工程において作製された流路ユニット３１の孔６０と、圧電アクチュエータ作製工程において作成された圧電アクチュエータ３２の下部圧電層４１に形成された中間電極マーク６２が平面視で重なるように、流路ユニット３１と圧電アクチュエータ３２を位置合わせして接合する（接合工程）。このとき、圧電アクチュエータ３２は薄いセラミックスを積層して形成されているため、光を照射したときに透けて中間電極マーク６２を見ることができる。

すると、平面視で流路ユニット３１の圧力室１０の中央部分と圧電アクチュエータ３２の中間電極４４の対向部４４ａが重なることで、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０の圧力室１０と対向する部分が変位して圧力室１０内のインクに所定の圧力を付与することができるインクジェットヘッド３を製造することができる。

このとき、流路ユニット３１の孔６０はプレートの積層方向に貫通しているため、下方から光を照射して見やすくして、流路ユニット３１と圧電アクチュエータ３２の位置合わせを容易に行うことができる。

本実施形態におけるインクジェットヘッド３の製造方法によると、中間電極４４が圧電アクチュエータ３２の内部にある電極で、この中間電極４４は上部電極４５に隠れて見えないため、直接中間電極４４を圧力室１０の中央部分と重なるように位置合わせするのは困難であるが、中間電極４４の中心と所定距離だけ離隔した中間電極マーク６２と、圧力室１０の中心と所定距離だけ離隔した孔６０を位置合わせすることで、容易に中間電極４４を圧力室の中央部分と重なるように位置合わせすることができる。

なお、上述したように、上部電極４５と中間電極４４の相対位置がずれた圧電アクチュエータ３２が形成される場合に、このような圧電アクチュエータ３２の中間電極４４を圧力室１０の中央部分に配置すると、圧電アクチュエータ３２の上部電極４５の中央部分が、平面視で圧力室１０からずれているため、第２活性部Ｒ２が、第１活性部Ｒ１を挟んで紙送り方向両側に均等に配置されなくなり、圧力室１０内のインクに所定の圧力を付与できなくなってしまう。

そこで、上部電極４５の中央部分に中間電極４４が配置されなくても、圧力室１０内のインクに所定の圧力を付与できるように、圧電アクチュエータ作製工程において作製された圧電アクチュエータ３２の上部電極マーク６１と中間電極マーク６２の位置ずれの度合いに応じて、圧電アクチュエータ３２を複数ランクにランク分けする。そして、位置ずれの大きなランクの圧電アクチュエータ３２になるにしたがって、ドライバＩＣ５１から上部電極４５に印加する電圧を大きくする。すると、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０の圧力室１０と対向する部分の変位量を大きくできるため、上部電極４５の中央部分が圧力室１０の中央部分からずれて配置されても、圧力室１０内のインクに所定の圧力を付与することができる圧電アクチュエータ３２を作製することができる。

次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

本実施形態においては、圧電アクチュエータ３２に上部電極マーク６１及び中間電極マーク６２が形成され、流路ユニット３１に孔６０が形成されていたが、圧電アクチュエータ３２には上部電極マーク６１は形成されていなくてもよく、少なくとも中間電極マーク６２さえ形成されていればよい。このとき、例えば、中間電極マーク６２と流路ユニット３１の外縁などとの相対位置を検出して位置合わせすることで、中間電極４４が圧力室１０の中央部分と重なるようにしてもよい。

また、本実施形態においては、圧電アクチュエータ３２に形成された中間電極マーク６２と流路ユニット３１に形成された孔６０との位置合わせを行っていたが、中間電極マーク６２や孔６０が形成されずに、圧電アクチュエータ３２の上面（上部電極４５が形成された面）に向かって光を照射して、上部電極４５から透けた中間電極４４を圧力室１０の中央部分と重なるように直接位置合わせしてもよい。これによると、電極は薄いため、光を照射することで、中間電極４４が透けて見えて直接位置合わせすることができ、位置合わせ精度が高くなる。

さらに、上部電極マーク６１や中間電極マーク６２は、圧電層に電極とともにスクリーン印刷で形成された導電性材料による印に限らず、圧電層の表面に形成された切り込みによる印でもよいし、圧電層の表面に塗布された有色インクによる印であってもよい。

加えて、流路ユニット３１に形成されたマークは、孔６０ではなく、プレート２１の表面に形成された切り込みによる印でもよいし、プレート２１の表面に塗布された有色インクによる印でもよい。

また、上部電極マーク６１や中間電極マーク６２および孔６０は、それぞれ一箇所に形成されていたが、複数の箇所に形成されていてもよい。これによれば、複数形成された中間電極マーク６２と孔６０のそれぞれの重心位置を算出して、圧電アクチュエータ３２と流路ユニット３１の位置あわせをすることができ、圧電アクチュエータ３２や流路ユニット３１の製造工程における、複数の中間電極４４や圧力室１０の製造誤差を最小にすることができる。上部電極マーク６１についても同様に製造工程における、複数の上部電極４５の製造誤差を考慮して、圧電アクチュエータ３２のランクを決定することができる。

また、中間電極マーク６２と中間電極４４の位置関係さえ把握できていれば、圧電アクチュエータ３２の中間電極マーク６２と流路ユニット３１の孔６０の位置合わせを行わずに、中間電極マーク６２と圧力室１０の中央の位置合わせをして、中間電極４４が圧力室１０の中央部分と重なるようにしてもよい。つまり、中間電極４４を直接見ることが困難であっても、中間電極マーク６２から中間電極４４の位置を算出することができるため、中間電極マーク６２に基づいて位置合わせすることで、中間電極４４を圧力室１０の中央部分と容易に位置合わせすることができる。

さらに、本実施形態においては、流路ユニット３１側から順に常にグランド電位が付与される下部電極４３、常に所定の電位が付与される中間電極４４及びグランド電位と所定の電位が選択的に付与される上部電極４５が配置されていたが、下部電極４３と上部電極４５の位置は逆であってもよい。また、下部電極４３は、紙送り方向に延びて連続的に形成されていたが、中間電極４４に対応する領域に下部電極４３はなくてもよい。

また、以上では、圧力室内のインクを噴射するインクジェットヘッドの製造方法に本発明を適用したが、これに限られない。例えば、ノズルからインク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドなど、圧力室内の液体に圧力を付与することによって圧力室を含む液体移送流路内の液体を移送する液体移送装置の製造方法に本発明を適用することができる。

１プリンタ
３インクジェットヘッド
３１流路ユニット
３２圧電アクチュエータ
４３下部電極
４４中間電極
４５上部電極
Ｒ１第１活性部
Ｒ２第２活性部

Claims

圧力室を含む液体移送流路が形成された流路ユニットと、
前記流路ユニットに設けられ、前記圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータと、を備えた液体移送装置の製造方法であって、
前記圧電アクチュエータは、
互いに積層された第１圧電層と第２圧電層に挟まれ、且つ、前記圧力室の中央部分と重なって配置され、第１電位が付与される第１定電位電極と、
前記第１圧電層の前記第１定電位電極と反対側の面において、前記圧力室の、少なくとも前記第１定電位電極と重なる部分よりも外側部分と重なって配置され、前記第１電位と異なる第２電位が付与される第２定電位電極と、
前記第２圧電層の前記第１定電位電極と反対側の面に配置され、前記第１定電位電極と前記第２圧電層を挟んで対向するとともに、前記第２定電位電極とも前記第１圧電層と前記第２圧電層の両方を挟んで対向し、前記第１電位と前記第２電位とが選択的に付与される個別電極と、
前記第２圧電層の、前記第１定電位電極と前記個別電極とに挟まれ、前記圧力室の前記中央部分と重なった部分からなる第１活性部と、
前記第１圧電層と前記第２圧電層の、前記第１活性部よりも外側において前記第２定電位電極と前記個別電極とに挟まれ、前記圧力室の前記外側部分と重なった部分からなる第２活性部と、を有しており、
前記流路ユニットを作製する流路ユニット作製工程と、
前記圧電アクチュエータを作製するアクチュエータ作製工程と、
前記アクチュエータ作製工程において作製された前記圧電アクチュエータの前記第１定電位電極を、平面視で、前記流路ユニット作製工程において作製された前記流路ユニットの前記圧力室の中央部分と重なるように位置合わせして、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータを接合する接合工程と、を備えていることを特徴とする液体移送装置の製造方法。
前記アクチュエータ作製工程において、光が透過する圧電材料で前記圧電アクチュエータを形成し、
前記接合工程において、前記圧電アクチュエータに向かって光を照射することで、前記第１定電位電極の位置を検出して、前記第１定電位電極を前記流路ユニットの前記圧力室の中央部分と重なるように位置合わせして、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータを接合することを特徴とする請求項１に記載の液体移送装置の製造方法。
前記アクチュエータ作製工程において、前記圧電アクチュエータの平面視で、前記個別電極、前記第１定電位電極、及び、前記第２定電位電極が形成される領域以外の領域に、前記第１定電位電極の中心から前記流路ユニットと接合されることとなる面に平行な一方向に関して所定距離だけ離隔した第１マークを形成し、
前記接合工程において、前記第１定電位電極の位置を算出可能な前記第１マークの位置に基づいて、前記第１定電位電極を前記流路ユニットの前記圧力室の中央部分と重なるように位置合わせして、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータを接合することを特徴とする請求項１または２に記載の液体移送装置の製造方法。
前記流路ユニット作製工程において、前記流路ユニットの平面視で、前記圧力室の中心から前記一方向に関して前記所定距離だけ離隔した第２マークを形成し、
前記接合工程において、平面視で、前記第１マークと前記第２マークが重なるように位置合わせして、前記流路ユニットと前記圧電アクチュエータを接合することを特徴とする請求項３に記載の液体移送装置の製造方法。
前記圧電アクチュエータは、前記第１定電位電極が形成された第１圧電シートと、前記第２定電位電極が形成された第２圧電シートと、前記個別電極が形成された第３圧電シートと、を積層して構成されており、
前記第１マークは、前記第１圧電シートに形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の液体移送装置の製造方法。