(57)【要約】【課題】圧電層の厚さのばらつきを電極の幅により補正することが可能な液体移送装置の圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法等を提供すること。【解決手段】圧電層３１の厚さを測定し、測定された圧電層３１の厚さの、予め設定された圧電層３１の基準厚さに対するずれ量に基づいて、個別電極３２の幅を決定し、決定された幅の個別電極３２を、圧電層３１の圧力室１４と反対側に形成することにより、圧電層３１の厚さのばらつきを個別電極３２の幅で容易に補正することができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットの一表面に設けられ、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる液体移送装置の圧電アクチュエータであって、
前記複数の圧力室を覆う振動板と、
前記振動板の前記圧力室と反対側に配置された圧電層と、
前記圧電層の前記複数の圧力室側において、前記複数の圧力室と対向する領域に設けられた第１の電極と、
前記圧電層の前記複数の圧力室と反対側において、前記複数の圧力室及び前記圧力室と対向する領域に設けられた第２の電極とを備え、
第１の電極と対向する部分における第２の電極の所定方向の長さは、第１の電極と第２の電極との間に挟まれた部分における前記圧力層の厚さに応じて異なることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
第１の電極と対向する部分における第２の電極の所定方向の長さは、第１の電極と第２の電極との間に挟まれた部分における前記圧電層の厚さの、所定の基準厚さに対するずれ量に応じて調整されることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
第１の電極は、前記圧電層の前記圧力室側の面に、前記複数の圧力室に亙って連続的に形成された共通電極であり、第２の電極は、前記圧電層を変形させるための駆動電圧が印加される個別電極であることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記振動板は金属材料からなり、この振動板が前記共通電極を兼ねていることを特徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記個別電極は、一方向に長い形状を有する前記圧力室の中央部と対向する領域に配置され、且つ、前記圧力室の長手方向に長い形状を有し、
前記個別電極の、前記平面に平行で、且つ、前記長手方向と直交する短手方向の長さが、前記圧電層の厚さのずれ量に応じて決定された長さであることを特徴とする請求項３又は４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記個別電極は、前記平面に平行で且つ前記圧力室の中心を通る中心線に関して、前記平面に直交する方向から見て両側に位置する、前記圧力室の２つの縁部と夫々重なる領域に少なくとも配置され、
前記個別電極の、前記平面に平行で、且つ、前記中心線と直交する方向の長さが、前記圧電層の厚さのずれ量に応じて決定された長さであることを特徴とする請求項３又は４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記複数の圧力室に関して、前記共通電極と対向する前記個別電極の面積が全て等しいことを特徴とする請求項３〜６の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
前記個別電極は、前記圧力室と対向しない領域まで延出した延出部を有し、この延出部の面積は、個別電極の前記所定方向の長さに応じて決定されていることを特徴とする請求項７に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
第１の電極は、前記圧電層を変形させるための駆動電圧が印加される個別電極であり、第２の電極は、前記圧電層の前記圧力室と反対側に形成された共通電極であることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
第２の電極は、前記複数の圧力室に亙って連続的に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
前記圧電層の前記振動板と反対側の、前記個別電極と対向する領域に、前記共通電極が部分的に形成されていない第１の電極非形成領域が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
前記圧電層の前記圧力室側には、前記個別電極に接続されてこの個別電極に前記駆動電圧を供給する配線部が配置され、
前記圧電層の前記圧力室と反対側の、前記配線部と対向する領域に、前記共通電極が部分的に形成されていない第２の電極非形成領域が設けられていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１３】
前記複数の圧力室に関して、前記個別電極及び前記配線部と対向する前記共通電極の部分の面積が全て等しいことを特徴とする請求項１２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１４】
前記共通電極は、各々の前記複数の圧力室と対向する領域に少なくとも一つの開口部を有することを特徴とする請求項９に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１５】
平面視で、前記少なくとも一つの開口部と前記各個別電極とが重なる領域の面積は、前記各個別電極と前記共通電極との間に挟まれた前記圧電層の厚さに応じて異なることを特徴とする請求項１４に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１６】
平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットの一表面に設けられ、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる液体移送装置の圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記複数の圧力室を覆い、且つ、前記複数の圧力室と反対側の面であって前記複数の圧力室と対向する領域に設けられた第１の電極を有する振動板の、第１の電極側の面に圧電層を形成する圧電層形成工程と、
平面視で前記複数の圧電層及び第１の電極と重なる領域における前記圧電層の厚さを測定する厚さ測定工程と、
測定された圧電層の厚さに応じて第２の電極の所定方向の長さを調整しつつ、前記圧電層の第１の電極と反対側の面に第２の電極を形成する工程とを備えたことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１７】
第２の電極を形成する工程が、前記厚さ測定工程で測定された前記圧電層の厚さの、予め設定された所定の基準厚さからのずれ量に応じて、前記圧電層を挟んで少なくとも部分的に第１の電極と対向する第２の電極の、第１の電極と対向する部分の所定方向の長さを決定する電極長さ決定工程と、
前記圧電層の前記圧力室と反対側に、第１の電極と対向する部分の前記所定方向の長さが、前記電極長さ決定工程で決定された長さとなるように、第２の電極を形成する電極形成工程とを備えることを特徴とする請求項１６に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１８】
前記圧電層形成工程において、前記圧電層を、エアロゾルデポジション法、スパッタ法、化学蒸着法、ゾルゲル法、又は、水熱合成法により形成することを特徴とする請求項１７に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項１９】
前記厚さ測定工程において、前記圧電層の、前記複数の圧力室のうちの一部の圧力室と夫々対向する部分の厚さを測定し、
前記一部の圧力室以外の他の圧力室と対向する部分の圧電層の厚さを、測定された前記一部の圧力室と夫々対向する部分の圧電層の厚さから補間して算出することを特徴とする請求項１７又は１８に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項２０】
前記電極形成工程において、前記圧電層の前記圧力室と反対側に、導電層を全面的に形成してから、この導電層を部分的に除去することにより、第２の電極の前記所定方向の長さが、前記電極長さ決定工程で決定された長さとなるように、この第２の電極を形成することを特徴とする請求項１７〜１９の何れかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項２１】
第１の電極は、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に前記複数の圧力室に亙って連続的に形成された共通電極であり、第２の電極は、前記圧電層を変形させるための駆動電圧が印加される個別電極であることを特徴とする請求項１７〜２０の何れかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項２２】
前記電極形成工程で形成する第２の電極は、一方向に長い形状を有する前記圧力室の中央部と対向する領域に配置され、且つ、前記圧力室の長手方向に長い形状を有するものであり、前記電極長さ決定工程で決定する第２の電極の前記所定方向の長さは、この第２の電極の、第１の電極と対向する部分の前記長手方向と直交する方向である短手方向の長さであり、
前記電極長さ決定工程の前に、第２の電極の短手方向の長さの設計目標値を決定する目標値決定工程を有し、
この目標値決定工程は、
前記圧電層の厚さＴｐ、第２の電極の、第１の電極と対向する部分の前記短手方向の長さをＷｅ、前記圧力室の前記短手方向の長さをＷｃ、前記振動板の前記圧力室の中心と対向する部分の変位量をＤｄとしたときの、Ｔｐと、ＷｅとＷｃの比であるＷｅ／Ｗｃと、Ｄｄとの関係を求める第１工程と、
前記所定の基準厚さとなる前記圧電層の厚さの設計目標値Ｔｐ０と、前記変位量Ｄｄの設計目標値Ｄｄ０と、Ｗｅ／Ｗｃの設計目標値Ｗｅ０／Ｗｃ０とを、第１工程で求められた、Ｔｐと、Ｗｅ／Ｗｃと、Ｄｄとの間の関係に基づいて決定する第２工程とを備え、
第２工程において、Ｗｅ０／Ｗｃ０≦０．５２、または、Ｗｅ０／Ｗｃ０≧０．６０の範囲で、Ｗｅ０／Ｗｃ０の値を決定することを特徴とする請求項１７〜２１の何れかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項２３】
第２工程において、Ｗｅ０／Ｗｃ０≦０．５２の範囲で、Ｗｅ０／Ｗｃ０の値を決定することを特徴とする請求項２２に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項２４】
第２の電極を形成する工程において、第２の電極における平面視で第１の電極と重なる部分の面積は、第１の電極と平面視で第１の電極と重なる部分の第２の電極との間の静電容量の大きさに応じて調整されることを特徴とする請求項１６に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項２５】
平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットと、この流路ユニットの一表面に設けられ、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを有する液体移送装置であって、
前記圧電アクチュエータは、
前記複数の圧力室を覆う振動板と、
前記振動板の前記複数の圧力室と反対側に配置された圧電層と、
前記圧電層の前記複数の圧力室側の前記複数の圧力室と対向する領域に設けられた第１の電極と、
前記圧電層の前記複数の圧力室と反対側の前記複数の圧力室及び第１の電極と対向する領域に設けられた第２の電極とを備え、
第１の電極と対向する部分における第２の電極の所定方向の長さが、第１の電極と第２の電極との間に挟まれた部分における前記圧電層の長さに応じて異なることを特徴とする液体移送装置。
【請求項２６】
第１の電極と対向する部分における第２の電極の所定方向の長さは、第１の電極と第２の電極との間の前記圧電層の、所定の基準厚さからの厚さのずれ量に応じて調整されることを特徴とする請求項２５に記載の液体移送装置。
【請求項２７】
平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットと、この流路ユニットの一表面に設けられ、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを有する液体移送装置の製造方法であって、
前記複数の圧力室を覆い、且つ、前記複数の圧力室と反対側の面であって前記複数の圧力室と対向する領域に設けられた第１の電極を有する振動板の、第１の電極側の面に圧電層を形成する圧電層形成工程と、
平面視で前記複数の圧力室及び第１の電極と重なる領域における前記圧電層の厚さを測定する厚さ測定工程と、
測定された圧電層の厚さに応じて第２の電極の所定方向の長さを調整して、前記圧電層の第１の電極と反対側の面に第２の電極を形成する工程とを備えたことを特徴とする液体移送装置の製造方法。
【請求項２８】
第２の電極を形成する工程が、前記厚さ測定工程で測定された前記圧電層の厚さの、予め設定された所定の基準厚さからのずれ量に応じて、前記圧電層を挟んで少なくとも部分的に第１の電極と対向する第２の電極の、第１の電極と対向する部分の所定方向の長さを決定する電極長さ決定工程と、
前記圧電層の前記振動板と反対側の面に、第１の電極と対向する部分の前記所定方向の長さが、前記電極長さ決定工程で決定された長さとなるように、第２の電極を形成する電極形成工程とを備えたことを特徴とする請求項２７に記載の液体移送装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体移送装置の圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、液体移送装置及び液体移送装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ノズルからインクを吐出するインクジェットヘッド等の液体移送装置は、液体に圧力を付与して液体を移送するアクチュエータを備えている。このアクチュエータとしては種々の構成のものを採用できるが、その中でも、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性の圧電材料からなる圧電層を有し、電界が作用したときのこの圧電層の変形を利用して対象を駆動する圧電アクチュエータが広く用いられている。例えば、インクジェットヘッドに用いられるユニモルフ式の圧電アクチュエータは、一般的に、インクが収容される圧力室を覆う振動板と、この振動板の圧力室と反対側に配置された圧電層と、圧電層の両面に夫々配置された２つの電極とを備えている。
【０００３】
この圧電アクチュエータにおいて、一方の電極に駆動電圧が印加されると、２つの電極に挟まれた圧電層に対してその厚み方向に電界が作用し、この圧電層は厚み方向に伸びて面と平行な方向に縮む。このとき、この圧電層の変形に伴って振動板も変形することにより、圧力室の容積が変化し、圧力室内のインクに圧力が付与される。
【０００４】
ここで、圧電層を形成する方法としては、例えば、非常に小さな圧電材料の粒子をキャリアガスと混合させた状態で基板に吹き付けて高速で衝突させ、基板に堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法、例えば、特許文献１参照）や、アルゴン等をイオン化してターゲットに衝突させることにより、ターゲットの粒子を基板に堆積させるスパッタ法（例えば、特許文献２参照）等がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１４２７５０号公報
【特許文献２】特開平１０−２８６９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、前述したＡＤ法やスパッタ法等を用いて、振動板に圧電材料の粒子を堆積させて圧電層を形成したときに、圧電層の厚さが目標値（設計値）からずれてばらつく場合がある。１つの圧電アクチュエータの中で圧電層の厚さがばらついたときには、振動板の変形量が圧力室ごとで異なってしまうことから、インクの液滴体積や液滴速度等のインクの噴射特性がばらつくため、印字品質が低下する。また、複数のインクジェットヘッドの間で圧電層のばらつきが生じたときには、圧電層の厚さがある所定の範囲からずれて所望の印字品質を実現できないこともあり、その場合には、歩留まりが低下してしまう。
【０００７】
本発明の目的は、圧電層の厚さのばらつきを容易に補正することが可能な液体移送装置の圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法等を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
本発明の第１の形態に従えば、平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットの一表面に設けられ、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる液体移送装置の圧電アクチュエータであって、前記複数の圧力室を覆う振動板と、前記振動板の前記圧力室と反対側に配置された圧電層と、前記圧電層の前記複数の圧力室側において、前記複数の圧力室と対向する領域に設けられた第１の電極と、前記圧電層の前記複数の圧力室と反対側において、前記複数の圧力室及び前記圧力室と対向する領域に設けられた第２の電極とを備え、第１の電極と対向する部分における第２の電極の所定方向の長さは、第１の電極と第２の電極との間に挟まれた部分における前記圧力層の厚さに応じて異なる圧電アクチュエータが提供される。
【０００９】
本発明の圧電アクチュエータにおいて、第１の電極と対向する部分における第２の電極の所定方向の長さは、第１の電極と第２の電極との間に挟まれた部分における前記圧電層の厚さの、所定の基準厚さに対するずれ量に応じて調整されてもよい。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、本発明の圧電アクチュエータにおいては、第１の電極と第２の電極との一方の電極に駆動電圧が印加されて、これら２つの電極間の圧電層に電界が作用すると、圧電層及び振動板が変形して圧力室の容積が変化し、圧力室内の液体に圧力が付与される。ここで、圧電層の厚さが圧力室ごとにばらついていると、振動板の変形量が圧力室ごとで異なってしまい、液体を移送する際の特性がばらついてしまう。しかし、本発明の圧電アクチュエータにおいては、圧電層の厚さにばらつきがある場合でも、圧電層に電界を生じさせる、第２の電極の第１の電極と対向する部分の所定方向の長さが圧電層の厚さ、より具体的には、厚さの所定の基準厚さに対するずれ量に応じた適切な値に決定されている。従って、第２の電極の所定方向の長さにより圧電層の厚さのばらつきが補正されて、振動板の変形量の、圧力室ごとのばらつきが極力小さい圧電アクチュエータが実現される。このため、本発明の圧電アクチュエータでは、第２の電極の所定方向の長さは第１の電極との間で挟まれた圧電層の厚みによって異なることになる。
【００１１】
本発明の圧電アクチュエータにおいて、第１の電極は、前記圧電層の前記圧力室側の面に、前記複数の圧力室に亙って連続的に形成された共通電極であり、第２の電極は、前記圧電層を変形させるための駆動電圧が印加される個別電極であってもよい。この場合には、駆動電圧が印加される個別電極の、所定方向における長さが調整されることにより、圧電層の厚さのばらつきが補正される。
【００１２】
本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記振動板は金属材料からなり、この振動板が前記共通電極を兼ねていてもよい。このように、振動板が共通電極を兼ねている場合には、共通電極を別に形成する必要がない。
【００１３】
本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記個別電極は、一方向に長い形状を有する前記圧力室の中央部と対向する領域に配置され、且つ、前記圧力室の長手方向に長い形状を有し、前記個別電極の、前記平面に平行で、且つ、前記長手方向と直交する短手方向の長さが、前記圧電層の厚さのずれ量に応じて決定された長さであってもよい。圧力室が所定の一方向に長い形状を有する場合には、圧力室の短手方向に関する個別電極の長さが圧電層の変形に大きく影響を及ぼす。そのため、個別電極の前記短手方向の長さが、圧電層の厚さのずれ量に応じて決定されることになる。
【００１４】
本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記個別電極は、前記平面に平行で且つ前記圧力室の中心を通る中心線に関して、前記平面に直交する方向から見て両側に位置する、前記圧力室の２つの縁部と夫々重なる領域に少なくとも配置され、前記個別電極の、前記平面に平行で、且つ、前記中心線と直交する方向の長さが、前記圧電層の厚さのずれ量に応じて決定された長さであってもよい。このように、個別電極が、圧力室の中心線に関して両側に位置する２つの縁部と重なる領域に夫々形成されている場合には、中心線と直交する方向の個別電極の長さが、圧電層の厚さのずれ量に応じて決定されることになる。
【００１５】
本発明の圧電アクチュエータは、前記複数の圧力室に関して、前記共通電極と対向する前記個別電極の面積が全て等しくしてもよい。圧電層の厚さのばらつきを補正するために、圧力室ごとに個別電極の所定方向の長さが異なる値に設定されると、複数の個別電極の面積が互いに異なってしまうことになる。この場合、個別電極と共通電極との間の静電容量が圧力室ごとに異なることになり、個別電極に駆動電圧が印加されたときに、圧力室内の液体に実際に圧力が付与されるタイミングがばらついてしまう。しかし、本発明の圧電アクチュエータでは、複数の個別電極の面積が等しくなっているため、静電容量のばらつきが小さくなり、複数の圧力室に関して、圧力付与のタイミングのばらつきを極力抑えることができる。
【００１６】
本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記個別電極は、前記圧力室と対向しない領域まで延出した延出部を有し、この延出部の面積は、個別電極の前記所定方向の長さに応じて決定されていてもよい。従って、延出部の面積を、個別電極の前記所定方向の長さに応じた適切な値に設定することにより、複数の個別電極の面積を等しくすることが可能になる。
【００１７】
本発明の圧電アクチュエータ、第１の電極は、前記圧電層を変形させるための駆動電圧が印加される個別電極であり、第２の電極は、前記圧電層の前記圧力室と反対側に形成された共通電極であってもよい。この場合には、共通電極の、個別電極と対向する部分の前記所定方向における長さが調整されて圧電層の厚さのばらつきが補正される。
【００１８】
本発明の圧電アクチュエータにおいて、第２の電極は、複数の圧力室に亙って連続的に形成されていてもよい。従って、複数の圧力室に夫々対向する共通電極を、少数の配線を介して共通の所定電位（例えば、グランド電位）に保持することができ、アクチュエータの構成を簡素化できる。
【００１９】
本発明の圧電アクチュエータは、前記圧電層の前記振動板と反対側の、前記個別電極と対向する領域に、前記共通電極が部分的に形成されていない第１の電極非形成領域が設けられていてもよい。従って、共通電極が形成されていない第１の電極非形成領域を適切に設定することにより、共通電極の、個別電極と対向する部分の所定方向の長さを、圧電層の厚さのずれ量に応じた適切な長さにすることができる。
【００２０】
本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記圧電層の前記圧力室側には、前記個別電極に接続されてこの個別電極に前記駆動電圧を供給する配線部が配置され、前記圧電層の前記圧力室と反対側の、前記配線部と対向する領域に、前記共通電極が部分的に形成されていない第２の電極非形成領域が設けられていてもよい。従って、配線部と対向し、且つ、共通電極が形成されていない、第２の電極非形成領域の面積を調整して、圧力室ごとの静電容量のばらつきが小さくなるように、共通電極の、個別電極及び配線部と対向する部分の面積を適切に設定することができる。さらに、本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記複数の圧力室に関して、前記個別電極及び前記配線部と対向する前記共通電極の部分の面積が全て等しくしてもよい。この場合には、複数の圧力室に関して静電容量のばらつきがさらに小さくなり、圧力室内の液体に対する圧力付与のタイミングのばらつきを極力抑えることができる。
【００２１】
本発明の圧電アクチュエータにおいて、前記共通電極は、各々の前記複数の圧力室と対向する領域に少なくとも一つの開口部を有していてもよい。また、本発明の圧電アクチュエータにおいて、平面視で、前記少なくとも一つの開口部と前記各個別電極とが重なる領域の面積は、前記各個別電極と前記共通電極との間に挟まれた前記圧電層の厚さに応じて異なっていてもよい。このように、共通電極に開口部を設け、その開口部の面積を調整することによって、平面視で各個別電極と共通電極とが重なる部分の幅を調整することができる。
【００２２】
本発明の第２の態様に従えば、平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットの一表面に設けられ、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる液体移送装置の圧電アクチュエータの製造方法であって、前記複数の圧力室を覆い、且つ、前記複数の圧力室と反対側の面であって前記複数の圧力室と対向する領域に設けられた第１の電極を有する振動板の、第１の電極側の面に圧電層を形成する圧電層形成工程と、平面視で前記複数の圧電層及び第１の電極と重なる領域における前記圧電層の厚さを測定する厚さ測定工程と、測定された圧電層の厚さに応じて第２の電極の所定方向の長さを調整しつつ、前記圧電層の第１の電極と反対側の面に第２の電極を形成する工程とを備える圧電アクチュエータの製造方法が提供される。
【００２３】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法において、第２の電極を形成する工程が、前記厚さ測定工程で測定された前記圧電層の厚さ、より具体的には、予め設定された所定の基準厚さからのずれ量に応じて、前記圧電層を挟んで少なくとも部分的に第１の電極と対向する第２の電極の、第１の電極と対向する部分の所定方向の長さを決定する電極長さ決定工程と、前記圧電層の前記圧力室と反対側に、第１の電極と対向する部分の前記所定方向の長さが、前記電極長さ決定工程で決定された長さとなるように、第２の電極を形成する電極形成工程とを備えてもよい。
【００２４】
従って、圧電層の厚さが、複数の圧力室に関してばらついている場合でも、電極長さ決定工程において、圧電層の厚さ、特には圧電層の厚さの所定の基準厚さからのずれ量に応じて第２の電極の所定方向の長さを決定することにより圧電層の厚さのばらつきを補正して、振動板の変形量のばらつきを小さくすることができる。尚、本発明によれば、１つの圧電アクチュエータにおける複数の圧力室間の圧電層のばらつきに限らず、複数の圧電アクチュエータの間での圧電層のばらつきも補正することが可能である。
【００２５】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記圧電層形成工程において、前記圧電層を、エアロゾルデポジション法、スパッタ法、化学蒸着法、ゾルゲル法、又は、水熱合成法により形成してもよい。これらの方法を用いることにより、非常に薄い圧電層を比較的容易に形成することができる。
【００２６】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記厚さ測定工程において、前記圧電層の、前記複数の圧力室のうちの一部の圧力室と夫々対向する部分の厚さを測定し、前記一部の圧力室以外の他の圧力室と対向する部分の圧電層の厚さを、測定された前記一部の圧力室と夫々対向する部分の圧電層の厚さから補間して算出してもよい。従って、厚さ測定工程において、全ての圧力室に関して圧電層の厚さを測定する必要がなく、製造工程を簡素化できる。
【００２７】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記電極形成工程において、前記圧電層の前記圧力室と反対側に、導電層を全面的に形成してから、この導電層を部分的に除去することにより、第２の電極の前記所定方向の長さが、前記電極長さ決定工程で決定された長さとなるように、この第２の電極を形成してもよい。この場合には、第２の電極を、その長さが電極長さ決定工程で決定された長さになるように、比較的容易且つ正確に形成することができる。
【００２８】
尚、本発明の圧電アクチュエータの製造方法において、第１の電極が、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に前記複数の圧力室に亙って連続的に形成された共通電極であり、第２の電極が、前記圧電層を変形させるための駆動電圧が印加される個別電極であってもよい。
【００２９】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法において、前記電極形成工程で形成する第２の電極は、一方向に長い形状を有する前記圧力室の中央部と対向する領域に配置され、且つ、前記圧力室の長手方向に長い形状を有するものであり、前記電極長さ決定工程で決定する第２の電極の前記所定方向の長さは、この第２の電極の、前記第１の電極と対向する部分の前記長手方向と直交する方向である短手方向の長さであり、前記電極長さ決定工程の前に、第２の電極の短手方向の長さの設計目標値を決定する目標値決定工程を有し、この目標値決定工程は、前記圧電層の厚さＴｐ、第２の電極の、第１の電極と対向する部分の前記短手方向の長さをＷｅ、前記圧力室の前記短手方向の長さをＷｃ、前記振動板の前記圧力室の中心と対向する部分の変位量をＤｄとしたときの、Ｔｐと、ＷｅとＷｃの比であるＷｅ／Ｗｃと、Ｄｄとの関係を求める第１工程と、前記所定の基準厚さとなる前記圧電層の厚さの設計目標値Ｔｐ０と、前記変位量Ｄｄの設計目標値Ｄｄ０と、Ｗｅ／Ｗｃの設計目標値Ｗｅ０／Ｗｃ０とを、第１工程で求められた、Ｔｐと、Ｗｅ／Ｗｃと、Ｄｄとの間の関係に基づいて決定する第２工程とを備え、第２工程において、Ｗｅ０／Ｗｃ０≦０．５２、または、Ｗｅ０／Ｗｃ０≧０．６０の範囲で、Ｗｅ０／Ｗｃ０の値を決定してもよい。
【００３０】
電極形成工程で形成される第２の電極が圧力室の長手方向に長い形状を有する場合には、第２の電極の、第１の電極と対向する部分の圧力室の短手方向の長さが圧電層の変形に大きく影響を及ぼす。そこで、電極長さ決定工程において、この第２の電極の短手方向の長さを適切な値に決定する。ここで、この第２の電極の短手方向の長さを決定する前に、目標値決定工程において、第２の電極の短手方向の長さの設計目標値を決定してから、電極長さ決定工程において、圧電層の厚さのずれ量に応じて第２の電極の短手方向の長さを設計目標値から調整する。
【００３１】
目標値決定工程においては、まず、第１工程において、圧電層の厚さＴｐ、第２の電極の短手方向の長さをＷｅ、圧力室の前記短手方向の長さをＷｃ、振動板の前記圧力室の中心と対向する部分の変位量をＤｄとしたときの、Ｔｐと、ＷｅとＷｃの比であるＷｅ／Ｗｃと、Ｄｄとの関係を求める。そして、第２工程において、圧電層の厚さの設計目標値Ｔｐ０と、変位量Ｄｄの設計目標値Ｄｄ０と、Ｗｅ／Ｗｃの設計目標値Ｗｅ０／Ｗｃ０とを求めることになる。ここで、第１工程において求められたＴｐと、Ｗｅ／Ｗｃと、Ｄｄとの関係においては、振動板の厚さや駆動電圧等の他の条件に関係なく、Ｗｅ／Ｗｃ＝０．５６付近で、Ｄｄの値が極小値をとることがわかっている。そして、この極小値付近ではＷｅ／Ｗｃに対する、Ｄｄの変化は小さくなり、圧電層の厚さＴｐのずれを補正するためには、Ｗｅ／Ｗｃの設計目標値からの調整量をかなり大きくする必要がある。そして、このＷｅ／Ｗｃの調整量が大きいということは、複数の第２の電極の間でＷｅがかなり大きくばらついてしまうことになる。そこで、Ｗｅ／Ｗｃの設計目標値Ｗｅ０／Ｗｃ０は、Ｄｄの変化がある程度大きくなる、Ｗｅ０／Ｗｃ０≦０．５２の範囲か、あるいは、Ｗｅ０／Ｗｃ０≧０．６０の範囲であることが好ましい。
【００３２】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、第２工程において、Ｗｅ０／Ｗｃ０≦０．５２の範囲で、Ｗｅ０／Ｗｃ０の値決定しても良い。Ｗｅ０／Ｗｃ０≦０．５２の範囲では、Ｗｅ０／Ｗｃ０≧０．６０の範囲よりも静電容量が小さくなり、圧電アクチュエータの駆動効率が高くなるためである。
【００３３】
本発明の圧電アクチュエータの製造方法において、第２の電極を形成する工程において、第２の電極における平面視で第１の電極と重なる部分の面積は、第１の電極と平面視で第１の電極と重なる部分の第２の電極との間の静電容量の大きさに応じて調整されてもよい。これによって、各圧力室に対応する各電極間の静電容量のばらつきをさらに抑えることができ、より良好な性能を持つ圧電アクチュエータを製造することができる。
【００３４】
本発明の第３の態様に従えば、平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットと、この流路ユニットの一表面に設けられ、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを有する液体移送装置であって、前記圧電アクチュエータは、
前記複数の圧力室を覆う振動板と、前記振動板の前記複数の圧力室と反対側に配置された圧電層と、前記圧電層の前記複数の圧力室側の前記複数の圧力室と対向する領域に設けられた第１の電極と、前記圧電層の前記複数の圧力室と反対側の前記複数の圧力室及び第１の電極と対向する領域に設けられた第２の電極とを備え、第１の電極と対向する部分における第２の電極の所定方向の長さが、第１の電極と第２の電極との間に挟まれた部分における前記圧電層の長さに応じて異なる液体移送装置が提供される。
【００３５】
本発明の液体移送装置において、第１の電極と対向する部分における第２の電極の所定方向の長さは、第１の電極と第２の電極との間の前記圧電層の、所定の基準厚さからの厚さのずれ量に応じて調整されてもよい。
【００３６】
本発明の液体移送装置においては、圧電層の厚さにばらつきがある場合でも、圧電層に電界を生じさせる、第２の電極の第１の電極と対向する部分の所定方向の長さが圧電層の厚さ、より具体的には圧電層の厚さの所定の基準厚さからのずれ量に応じて調整されて、圧電層の厚さのばらつきが補正されるため、振動板の変形量の、圧力室ごとのばらつきが小さい液体移送装置が実現される。このため、本発明の液体移送装置では、第２の電極の所定方向の長さは第１の電極との間に挟まれた電極層の厚さによって異なることとなる。
【００３７】
本発明の第４の形態に従えば、平面に沿って配置された複数の圧力室を有する流路ユニットと、この流路ユニットの一表面に設けられ、前記複数の圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを有する液体移送装置の製造方法であって、前記複数の圧力室を覆い、且つ、前記複数の圧力室と反対側の面であって前記複数の圧力室と対向する領域に設けられた第１の電極を有する振動板の、第１の電極側の面に圧電層を形成する圧電層形成工程と、平面視で前記複数の圧力室及び第１の電極と重なる領域における前記圧電層の厚さを測定する厚さ測定工程と、測定された圧電層の厚さに応じて第２の電極の所定方向の長さを調整して、前記圧電層の第１の電極と反対側の面に第２の電極を形成する工程とを備えた液体移送装置の製造方法が提供される。
【００３８】
本発明の液体移送装置の製造方法によれば、第２の電極を形成する工程が、前記厚さ測定工程で測定された前記圧電層の厚さ、より具体的には、予め設定された所定の基準厚さからのずれ量に応じて、前記圧電層を挟んで少なくとも部分的に第１の電極と対向する第２の電極の、第１の電極と対向する部分の所定方向の長さを決定する電極長さ決定工程と、前記圧電層の前記振動板と反対側の面に、第１の電極と対向する部分の前記所定方向の長さが、前記電極長さ決定工程で決定された長さとなるように、第２の電極を形成する電極形成工程とを備えてもよい。
【００３９】
本発明の液体移送装置の製造方法においては、圧電層の厚さが、複数の圧力室に関してばらついている場合でも、電極長さ決定工程において、圧電層の厚さ、より具体的には圧電層の所定の基準厚さからのずれ量に応じて第２の電極の所定方向の長さを決定することにより圧電層の厚さのばらつきを補正して、振動板の変形量のばらつきを小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
本発明の第１実施形態について説明する。この第１実施形態は、液体移送装置として、ノズルから記録用紙にインクを吐出するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。
【００４１】
まず、インクジェットヘッド１を備えたインクジェットプリンタ１００について簡単に説明する。図１に示すように、インクジェットプリンタ１００は、図１の左右方向に移動可能なキャリッジ１０１と、このキャリッジ１０１に設けられて記録用紙Ｐに対してインクを噴射するシリアル式のインクジェットヘッド１と、記録用紙Ｐを図１の前方へ搬送する搬送ローラ１０２等を備えている。インクジェットヘッド１は、キャリッジ１０１と一体的に左右方向（走査方向）へ移動して、その下面のインク吐出面に形成されたノズル２０（図２〜図５参照）の出射口から記録用紙Ｐに対してインクを噴射する。そして、インクジェットヘッド１により記録された記録用紙Ｐは、搬送ローラ１０２により前方（紙送り方向）へ排出される。
【００４２】
次に、インクジェットヘッド１について図２〜図５を参照して詳細に説明する。
【００４３】
図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド１は、圧力室１４を含む個別インク流路２１（図４参照）がその内部に形成された流路ユニット２と、この流路ユニット２の上面に積層された圧電アクチュエータ３とを備えている。
【００４４】
まず、流路ユニット２について説明する。図４、図５に示すように、流路ユニット２はキャビティプレート１０、ベースプレート１１、マニホールドプレート１２、及びノズルプレート１３を備えており、これら４枚のプレート１０〜１３が積層状態で接着されている。このうち、キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２はステンレス鋼製の板であり、これら３枚のプレート１０〜１２に、後述するマニホールド１７や圧力室１４等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができるようになっている。また、ノズルプレート１３は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート１２の下面に接着される。あるいは、このノズルプレート１３も、３枚のプレート１０〜１２と同様にステンレス鋼等の金属材料で形成されていてもよい。
【００４５】
図２〜図５に示すように、キャビティプレート１０には、平面に沿って配列された複数の圧力室１４が形成されている。これら複数の圧力室１４は、後述の振動板３０側（図４の上方）へ開口している。また、複数の圧力室１４は、紙送り方向（図２の上下方向）に２列に配列されている。各圧力室１４は、平面視で走査方向（図２の左右方向）に長い、略楕円形状に形成されている。また、キャビティプレート１０には、図示外のインクタンクに連なるインク供給口１８が形成されている。
【００４６】
図３、図４に示すように、ベースプレート１１の平面視で圧力室１４の長手方向両端部に重なる位置には、夫々連通孔１５，１６が形成されている。また、マニホールドプレート１２には、紙送り方向（図２の上下方向）に延び、平面視で圧力室１４の図２における左右何れか一方の端部と重なるマニホールド１７が形成されている。このマニホールド１７には、インクタンク（図示省略）からインク供給口１８を介してインクが供給される。また、平面視で圧力室１４のマニホールド１７と反対側の端部と重なる位置には、連通孔１９も形成されている。さらに、ノズルプレート１３には、平面視で複数の連通孔１９に夫々重なる位置に、複数のノズル２０が夫々形成されている。ノズル２０は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂の基板にエキシマレーザー加工を施すことにより形成される。
【００４７】
そして、図４に示すように、マニホールド１７は連通孔１５を介して圧力室１４に連通し、さらに、圧力室１４は、連通孔１６，１９を介してノズル２０に連通している。このように、流路ユニット２内には、マニホールド１７から圧力室１４を経てノズル２０に至る個別インク流路２１が形成されている。
【００４８】
次に、圧電アクチュエータ３について説明する。図２〜図５に示すように、圧電アクチュエータ３は、流路ユニット２の上面に配置された導電性を有する振動板３０と、この振動板３０の上面（圧力室１４と反対側の面）に形成された圧電層３１と、この圧電層３１の上面に複数の圧力室１４に夫々対応して形成された複数の個別電極３２とを備えている。
【００４９】
振動板３０は、平面視で略矩形状の金属材料からなる板であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。この振動板３０は、複数の圧力室１４を覆うようにキャビティプレート１０の上面に積層されて接合されている。また、この振動板３０は、複数の個別電極３２に対向して個別電極３２と振動板３０との間の圧電層３１に電界を作用させる共通電極を兼ねており、振動板３０は接地されてグランド電位に保持されている。
【００５０】
この振動板３０の上面には、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電層３１が形成されている。この圧電層３１は、複数の圧力室１４に跨って振動板３０の上面に全面的に形成されている。この圧電層３１は、非常に小さな圧電材料の粒子をキャリアガスと混合させた状態で基板に吹き付けて高速で衝突させ、基板に堆積させるエアロゾルデポジション法（ＡＤ法）を用いて非常に薄い層に形成することができる。あるいは、スパッタ法、化学蒸着法（ＣＶＤ法）、ゾルゲル法、又は、水熱合成法等を用いて圧電層３１を形成することもできる。
【００５１】
圧電層３１の上面には、圧力室１４よりも一回り小さく、圧力室１４と同様に走査方向（図２の左右方向）に長い楕円形の平面形状を有する複数の個別電極３２が形成されている。これら複数の個別電極３２は、平面視で、対応する圧力室１４の中央部と対向する領域に夫々配置されている。また、個別電極３２は金、銅、銀、パラジウム、白金、あるいは、チタンなどの導電性材料からなる。さらに、圧電層３１の上面には、複数の個別電極３２のマニホールド１７側の端部から夫々走査方向に延びる複数の端子部３５も形成されている。図４に示すように、これら複数の端子部３５は、フレキシブルプリント配線板等の可撓性を有する配線部材（図示省略）を介してドライバＩＣ３７と電気的に接続されており、ドライバＩＣ３７から端子部３５を介して複数の個別電極３２に対して選択的に駆動電圧が供給される。
【００５２】
尚、複数の個別電極３２と複数の端子部３５は、以下のようにして形成される。即ち、図２、図３に示すように、圧電層３１の上面に金属材料からなる導電層４０を全面的に形成してから、この導電層４０を炭酸ガスレーザー等を用いたレーザー加工により部分的に除去することにより、複数の圧力室１４に夫々対応する閉ループ状の複数の溝４０ａを形成する。すると、これら複数の溝４０ａの内側に、前述の複数の個別電極３２及び複数の端子部３５が夫々形成される。そして、これら複数の個別電極３２及び複数の端子部３５は、溝４０ａにより、その外側の導電層４０の部分から完全に分離されている。
【００５３】
次に、圧電アクチュエータ３の作用について説明する。
【００５４】
複数の個別電極３２に対してドライバＩＣ３７から選択的に駆動電圧が印加されると、駆動電圧が供給された圧電層３１上側の個別電極３２とグランド電位に保持されている圧電層３１下側の共通電極としての振動板３０の電位が異なる状態となり、個別電極３２と振動板３０の間に挟まれた圧電層３１の部分に上下方向の電界が生じる。すると、駆動電圧が印加された個別電極３２の直下の圧電層３１の部分が分極方向である上下方向と直交する水平方向に収縮する。このとき、この圧電層３１の収縮に伴って振動板３０が圧力室１４側に凸となるように変形するため、圧力室１４内の容積が減少して圧力室１４内のインクに圧力が付与され、圧力室１４に連通するノズル２０からインクの液滴が吐出される。
【００５５】
ところで、前述したように、ＡＤ法やスパッタ法等を用いて振動板３０に圧電材料を堆積させて、圧電層３１を形成したときには、圧電層３１の厚さが所定の目標値（設計値）からある程度（例えば、目標値の１割程度）ずれてばらつくことがある。ここで、１つの圧電アクチュエータ３の複数の圧力室１４に関して圧電層３１の厚さがばらついた場合には、振動板３０の変形量が圧力室１４ごとで異なってしまうことになるが、この振動板３０の変形量は、インクの液滴体積や液滴速度等のインクの噴射特性に影響を及ぼすため、結果的に、このような噴射特性が圧力室１４ごとにばらつくことになり、印字品質が低下してしまう。また、複数のインクジェットヘッド１の間で圧電層３１のばらつきが生じたときには、圧電層３１の厚さがある所定の範囲からずれて所望の印字品質を実現できないこともあり、その場合には、歩留まりが低下してしまう。
【００５６】
そこで、この第１実施形態の圧電アクチュエータ３においては、個別電極３２の幅Ｗｅ（圧力室１４の長手方向と直交する短手方向の長さ：図５参照）が、インクジェットヘッド１の製造段階において実際に測定された圧電層３１の厚さの、予め設定された基準厚さからのずれ量に基づいて決定されている。即ち、個別電極３２の幅Ｗｅを調整することにより、圧電層３１の厚さのばらつきを補正できるようになっている。以下、圧電層３１の厚さの、基準厚さからのずれ量に基づいて、個別電極３２の幅Ｗｅを決定する手法について説明する。
【００５７】
まず、圧電層３１の厚さＴｐ、及び、個別電極３２の幅Ｗｅと、圧電アクチュエータ３駆動時における、振動板３０の圧力室１４の中心部と対向する位置の変位量Ｄｄ（以下、最大変位量Ｄｄという）との関係を、有限要素法（Finite Element Method：ＦＥＭ）による構造解析や実験などにより求める。例えば、図５に示す、圧力室１４の幅Ｗｃを２５０μｍ、圧力室１４が形成されていない部分である側壁部１０ａの幅Ｂを８９μｍ、振動板３０の厚さＴｖを２０μｍ、駆動電圧を２０Ｖとして、ＦＥＭによる構造解析を行ったときの、圧電層３１の厚さＴｐ（μｍ）、及び、ＷｅとＷｃの比であるＷｅ／Ｗｃに対する、最大変位量Ｄｄ（ｎｍ）の変化を、図６に示す。
【００５８】
ここで、この図６のグラフ中の数字は、Ｄｄの値を示しており、横軸のＷｅ／Ｗｃの値と、縦軸のＴｐの値を変化させると、Ｄｄの値が、Ｗｅ／ＷｃとＴｐの交点の位置に記載されている数値になることを示している。また、図６における曲線ａ、曲線ｂ、及び、曲線ｃは、夫々、Ｄｄが所定値（Ｄｄ＝３０，４０，５０）となる点を繋いだ線を示している。そして、例えば、図７に示すように、Ｗｅ／Ｗｃの設計目標値Ｗｅ０／Ｗｃ０が０．４９、圧電層３１の厚さの基準厚さ（設計目標値）Ｔｐ０が１０μｍ、最大変位量の設計目標値Ｄｄ０が４０ｎｍ（曲線ｂ上）であるときに、実際に測定された圧電層３１の厚さＴｐｉが９μｍであったとする。このとき、Ｗｅ／Ｗｃの値は、最大変位量Ｄｄが設計目標値の４０ｎｍとなるように、曲線ｂとＴｐ＝９μｍの交点の値（Ｗｅ／Ｗｃ＝０．４２）に設定され、Ｗｃ＝２５０μｍであるから、Ｗｅ＝１０５μｍとなる。即ち、個別電極３２の幅Ｗｅが、振動板３０の最大変位量Ｄｄが設計目標値（４０ｎｍ）となるように、圧電層３１の厚さの測定値Ｔｐｉの、基準厚さＴｐ０からのずれ量に応じて決定されており、圧電層３１の厚さＴｐのばらつきが個別電極３２の幅Ｗｅにより補正されている。
【００５９】
尚、図６に示すように、Ｄｄの値は、Ｗｅ／Ｗｃが０．５６となるときに極小値をとり、この付近ではＷｅ／Ｗｃに対する、Ｄｄ＝一定となる曲線（例えば、曲線ａ，ｂ，ｃ）の傾きは小さく、Ｔｐのずれ量ΔＴｐ（＝Ｔｐｉ−Ｔｐ０）を補正するためには、Ｗｅ／Ｗｃの設計値からの調整量をかなり大きくする必要がある。そして、このＷｅ／Ｗｃの調整量が大きいということは、複数の個別電極３２の間でその幅Ｗｅがかなり大きくばらついてしまうことになる。この場合、個別電極３２と振動板３０との間の静電容量が圧力室１４ごとにばらつくことになり、個別電極３２に同じ駆動波形の駆動信号が供給されて、ある所定のタイミングで駆動電圧が印加されても、実際に圧力室１４内のインクに圧力を付与するタイミングが圧力室１４ごとでばらついてしまい、印字品質が低下する。そこで、Ｗｅ／Ｗｃの設計目標値Ｗｅ０／Ｗｃ０は、Ｄｄ＝一定となる曲線の傾きが比較的大きくなる、０．５２以下の範囲（図６の領域Ａ）か、あるいは、０．６０以上の範囲（図６の領域Ｂ）で設定される。さらに、領域Ａでは、領域Ｂよりも静電容量が小さくなり、圧電アクチュエータ３の駆動効率が高くなるため、Ｗｅ／Ｗｃの設計目標値Ｗｅ０／Ｗｃ０を領域Ａ内の値に設定することが好ましい。
【００６０】
次に、インクジェットヘッド１の製造方法について図８を参照して説明する。
【００６１】
まず、圧電層３１の厚さＴｐの設計目標値（基準厚さ）Ｔｐ０、個別電極３２の幅Ｗｅの設計目標値Ｗｅ０、振動板３０の最大変位量Ｄｄの設計目標値Ｄｄ０を夫々決定する（目標値決定工程）。
【００６２】
この目標値決定工程では、まず、圧電層３１の厚さＴｐと、個別電極３２の幅Ｗｅと圧力室の幅Ｗｃの比Ｗｅ／Ｗｃと、振動板の最大変位量Ｄｄとの関係（図６）を、実験やＦＥＭによる構造解析等により求める（第１工程）。次に、圧電層の厚さの設計目標値（基準厚さ）Ｔｐ０と、最大変位量Ｄｄの設計目標値Ｄｄ０と、Ｗｅ／Ｗｃの設計目標値Ｗｅ０／Ｗｃ０とを、図６の関係に基づいて、それぞれ適切な値に決定する（第２工程）。ここで、前述したように、圧電層３１の厚さＴｐを個別電極３２の幅Ｗｅで補正する際のＷｅの調整量をできるだけ小さくするという理由から、Ｗｅ０／Ｗｃ０の値を、極小値（Ｗｅ／Ｗｃ＝０．５６）から離れた、Ｗｅ０／Ｗｃ０≦０．５２の範囲（図６の領域Ａ）、または、Ｗｅ０／Ｗｃ０≧０．６０の範囲（図６の領域Ｂ）で決定する。尚、静電容量を小さくするという観点から、領域Ａの範囲でＷｅ０／Ｗｃ０を決定することが好ましい。
【００６３】
次に、金属材料からなるキャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２に、エッチング等により、圧力室１４やマニホールド１７等となる穴を形成する。また、振動板３０を、金属シートから所定のサイズに切り出して形成する。そして、図８（ａ）に示すように、キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２と、振動板３０の、４枚の金属プレートを一括して接合する。
【００６４】
次に、図８（ｂ）に示すように、振動板３０の圧力室１４と反対側の面に、ＡＤ法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、又は、水熱合成法等を用いて、圧電材料の粒子を堆積させることにより圧電層３１を形成する（圧電層形成工程）。ここで、前述したように、この圧電層形成工程で形成された圧電層３１の厚さが所定の目標値からずれて、１つのインクジェットヘッド１の複数の圧力室１４に関してばらついたり、あるいは、複数のインクジェットヘッド１の間でばらついたりすることがある。そこで、圧電層３１の厚さのばらつきを個別電極３２の幅Ｗｅで補正して、圧電層３１の厚さに起因して生じるインクの噴射特性のばらつきを抑制する。この圧電層３１の厚さを個別電極３２の幅で補正する一連の工程について、図８（ｃ）〜図８（ｆ）と図９のフローチャートを参照してより詳しく説明する。
【００６５】
まず、図８（ｃ）に示すように、レーザー変位計４１などを用いて、圧力室１４と対向する領域の圧電層３１の厚さＴｐを測定する（厚さ測定工程）。ここで、一部の圧力室１４（例えば、図８（ｃ）の左右方向に配列された５つの圧力室１４の、両端に夫々配置された２つの圧力室１４）に対向する部分の圧電層３１の厚さのみをレーザー変位計４１で測定し（図９のＳ１０）、他の圧力室１４と対向する部分の圧電層３１の厚さを、測定された一部の圧力室１４と夫々対向する部分の圧電層３１の厚さから補間して算出する（Ｓ１１）。この場合には、全ての圧力室１４に関して、圧電層３１の厚さを測定する必要がないため、この厚さ測定工程を簡素化できる。尚、図８（ｃ）は、右端の圧力室１４と対向する領域の圧電層３１の厚さＴｐ１が、左端の圧力室１４と対向する領域の圧電層３１の厚さＴｐ２よりも大きい（厚い）場合を示している。
【００６６】
次に、厚さ測定工程で測定された（又は補間により算出された）圧電層３１の厚さＴｐｉと、予め求められた、圧電層３１の厚さＴｐ、及び、個別電極３２の幅Ｗｅと圧力室１４の幅Ｗｃの比であるＷｅ／Ｗｃと、圧電アクチュエータ３駆動時における、振動板３０の最大変位量Ｄｄとの関係（図６参照）から、図７のようにして、振動板３０の最大変位量Ｄｄが所定の目標値となるようなＷｅ／Ｗｃの値を決定し（Ｓ１２）、個別電極３２の幅Ｗｅを算出する（Ｓ１３：電極長さ決定工程）。例えば、右端の圧力室１４と対向する領域の圧電層３１の厚さＴｐ１と、左端の圧力室１４と対向する領域の圧電層３１の厚さＴｐ２とが異なることから、図８（ｅ）に示す、右端の圧力室１４に対応する個別電極３２の幅Ｗｅ１と、左端の圧力室１４に対応する個別電極３２の幅Ｗｅ２は、互いに異なる値に決定される。
【００６７】
そして、図８（ｄ）に示すように、圧電層３１の上面に導電層４０を全面的に形成してから（Ｓ１４）、図８（ｅ）に示すように、この導電層４０を炭酸ガスレーザー等で部分的に除去することにより、閉ループ状の複数の溝４０ａ（図２、図３参照）を、その内側に形成される個別電極３２の幅Ｗｅが前述のようにして決定された値となるように形成して（Ｓ１５）、図８（ｆ）に示すように、互いに分離された複数の個別電極３２及び複数の端子部３５を形成する（電極形成工程）。このように、全面的に形成された導電層４０をレーザー加工により部分的に除去することにより個別電極３２を形成すれば、決定された幅Ｗｅの個別電極３２を比較的容易且つ正確に形成することができる。
【００６８】
最後に、図８（ｆ）に示すように、マニホールドプレート１２の下面にノズルプレート１３を接合して、インクジェットヘッド１の製造を完了する。
【００６９】
以上説明したインクジェットヘッド１及びその製造方法によれば、次のような効果が得られる。
【００７０】
圧電層３１の厚さにばらつきがある場合でも、個別電極３２の幅Ｗｅが、振動板３０の変形量が所定の目標値となるように、圧電層３１のずれ量に応じて調整されて、圧電層３１の厚さのばらつきが容易に補正され、振動板３０の変形量のばらつきが小さくなる。従って、１つのインクジェットヘッド１の複数の圧力室１４（ノズル２０）の間でインクの噴射特性がばらつくのを抑制して、印字品質の低下を防止できる。また、複数のインクジェットヘッド１の間で振動板３０の変形量がばらつくのを防止して、歩留まりが低下するのを防止できる。
【００７１】
次に、前記第１実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記第１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。
【００７２】
［第１変更形態］第１実施形態では、圧電層３１の上面に全面的に形成された導電層４０に溝４０ａを形成することにより個別電極３２及び端子部３５を形成しているが、図１０に示すように、個別電極３２及び端子部３５の外側の導電層４０を全て除去するようにしてもよい。
【００７３】
［第２変更形態］圧電層３１の厚さのばらつきを補正するために、複数の個別電極３２の幅が互いに異なる値に決定されると、複数の圧力室１４に関して夫々対応する個別電極３２の面積が互いに異なってしまう。この場合、個別電極３２と振動板３０との間の静電容量が圧力室１４ごとに異なることになる。そして、この静電容量が大きい圧力室１４においては、静電容量が小さい圧力室１４と比較して、個別電極３２に駆動電圧が印加されたときに、実際に圧力室１４内のインクに圧力を付与するタイミングが遅くなるため、このタイミングが圧力室１４ごとにばらついてしまう。そこで、この静電容量のばらつきを抑えるために、複数の個別電極３２の面積が等しいことが好ましい。例えば、図１１に示すように、個別電極３２Ｂが、圧力室１４と対向しない領域まで延出した延出部５０を有し、複数の個別電極３２Ｂの面積が等しくなるように、延出部５０の面積が個別電極３２Ｂの幅Ｗｅに応じて決定されていればよい。即ち、図１１において、幅Ｗｅの小さい、上側の個別電極３２Ｂの延出部５０（５０ａ）よりも、幅Ｗｅの大きい、下側の個別電極３２Ｂの延出部５０（５０ｂ）の面積が大きくなる。尚、延出部５０は圧力室１４と対向しない領域に配置されており、この延出部５０の面積は、振動板３０の変形量には影響を及ぼさないため、延出部５０の面積が複数の圧力室１４の間でばらついても、インクの噴射特性がばらつくことはない。
【００７４】
さらに、各個別電極３２と振動板３０との間の静電容量が各個別電極ごとに同じになるように、各個別電極３２の面積を調整することもできる。各個別電極３２と振動板３０との間の圧電層の厚さは、実測若しくは補間によって既知であるので、この圧電層３１の僅かな厚さの違いをさらに考慮することによって、個別電極３２と振動板３０との間の静電容量が各個別電極３２毎に同一となるような各個別電極３２の面積を求めることができる。このようにして各個別電極３２の面積を導出して、それに応じて演出部５０の面積を調整することにより、各個別電極３２と振動板３０との間の静電容量のばらつきをさらに抑えて、良好な噴射特性を得ることができる。
【００７５】
［第３変更形態］前記第１実施形態では、個別電極３２が圧力室１４の中央部に重なる領域に形成されているが、図１２に示すように、個別電極３２Ｃが、圧力室１４の中央部以外の領域である、縁部と重なる領域に形成されていてもよい。また、この場合、図１２のように個別電極３２Ｃが、圧力室１４の縁に沿って環状に形成されている必要は必ずしもなく、圧力室１４の縁部のうちの、少なくとも、圧力室の中心Ｃ１を通る中心線Ｌに関して両側に位置し、圧力室１４の長手方向（図１２の左右方向）にほぼ平行に延びる上下２つの領域５０に個別電極３２Ｃが形成されていればよい。
【００７６】
［第４変更形態］圧力室及び個別電極の形状は、前記第１実施形態のような一方向に長い形状に限られるものではなく、圧力室及び個別電極が、円形、菱形、矩形等の他の形状に形成されたものであってもよい。例えば、図１３に示すように、圧力室１４Ｄが円形で、個別電極３２Ｄも圧力室１４Ｄと同心円の円形である場合には、個別電極３２Ｄの径方向（圧力室１４Ｄの面積中心Ｃ２を通る直線の方向）の長さＷｅが、振動板３０の最大変位量が大きくなるような最適な値に決定される。
【００７７】
［第５変更形態］前記第１実施形態では、金属材料からなる振動板３０が、複数の個別電極３２と対向してその間の圧電層３１に電界を作用させる共通電極を兼ねているが、振動板とは別に、振動板の上面（圧力室と反対側の面）に共通電極が形成されていてもよい。ここで、振動板が金属材料からなる場合には、図１４に示すように、共通電極３４が形成される振動板３０の上面に、絶縁材料層５２が形成されるなどして、振動板３０の上面が絶縁性を有する必要がある。この絶縁材料層５２は、例えば、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料で、ＡＤ法、スパッタ法、ＣＶＤ法、あるいは、ゾルゲル法等により形成することができる。
【００７８】
［第６変更形態］また、振動板がシリコン材料からなる場合には、振動板の上面に酸化処理を施して絶縁性を有するようにしてもよいし、あるいは、振動板が金属材料からなる場合と同様に、振動板の上面に絶縁材料層５２を形成してもよい。また、振動板が、セラミックス材料、あるいは、合成樹脂材料等の絶縁材料からなる場合には、図１５に示すように、振動板３０Ｆの上面に直接共通電極３４が形成されることになる。
【００７９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。尚、前記第１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。
【００８０】
図１６、図１７に示すように、この第２実施形態のインクジェットヘッドの圧電アクチュエータ６３では、前述の第１実施形態の圧電アクチュエータ３（図２〜図５参照）と異なり、複数の個別電極７２が圧電層３１の下側（圧力室１４側）に配置され、共通電極７４が圧電層３１の上側（圧力室１４と反対側）に配置されている。
【００８１】
図１７に示すように、金属製の振動板３０の上面には絶縁材料層７０が形成されている。この絶縁材料層７０は、例えば、アルミナ、ジルコニア等の絶縁性のセラミックス材料からなり、ＡＤ法、スパッタ法、ＣＶＤ法、あるいは、ゾルゲル法等により形成することができる。絶縁材料層７０の上面には、圧力室１４よりも一回り小さい形状を有する複数の個別電極７２と、これら複数の個別電極７２から延びる配線部７５とが形成されている。そして、絶縁材料層７０により、複数の個別電極７２及び配線部７５が互いに絶縁されている。また、複数の配線部７５はドライバＩＣに接続されており、ドライバＩＣから複数の配線部７５を介して複数の個別電極７２に対して選択的に駆動電圧が印加される。
【００８２】
また、絶縁材料層７０の上面には、前記第１実施形態と同様に、ＰＺＴ等からなる圧電層３１が全面的に形成されている。そして、この圧電層３１の上面には、共通電極７４が複数の圧力室１４に亙って連続的に形成されている。尚、この共通電極７４は、接地されてグランド電位に保持されるが、共通電極７４が複数の圧力室１４に亙って連続的に形成されているため、少数（例えば、１本）の配線を介して共通電極７４をグランド電位に保持することができ、圧電アクチュエータ６３の構成を簡素化できる。
【００８３】
ここで、図１６に示すように、共通電極７４の、平面視で圧力室１４と重なる領域には、圧力室１４の長手方向（図１６の左右方向）に延びる、矩形状の２つの穴７４ａが、個別電極７２の縁と重なる領域に形成されている。そして、この第２実施形態では、穴７４ａ内の領域で、且つ、個別電極７２と対向する領域（図１６の領域Ｄ：第１の電極非形成領域）が調整されて、２つの穴７４ａの間で個別電極７２と対向する共通電極７４の部分７４ｂの幅Ｗｅが、圧電層３１の厚さのずれ量に応じた所定の幅になっており、圧電層３１の厚さのばらつきが、電極幅Ｗｅにより補正されている。尚、この補正を行うための、圧電層３１の厚さＴｐ、及び、電極幅Ｗｅと、振動板３０の最大変位量Ｄｄの関係は、前記第１実施形態の関係（図６参照）とほぼ同様のものとなる。
【００８４】
この第２実施形態のインクジェットヘッドの製造方法について説明する。まず、図１８（ａ）に示すように、キャビティプレート１０、ベースプレート１１及びマニホールドプレート１２と、振動板３０の、４枚の金属プレートを一括して接合する。そして、振動板３０の上面に、ＡＤ法やスパッタ法等を用いて絶縁材料層７０を形成した後、この絶縁材料層７０の上面に、スクリーン印刷や蒸着法等を用いて、複数の個別電極７２及び複数の配線部７５を形成する。そして、図１８（ｂ）に示すように、絶縁材料層７０の上面（振動板３０の圧力室１４と反対側）に、ＡＤ法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、又は、水熱合成法等を用いて、圧電材料の粒子を堆積させることにより圧電層３１を形成する（圧電層形成工程）。
【００８５】
次に、図１８（ｃ）に示すように、レーザー変位計８１などを用いて、圧力室１４及び個別電極７２と対向する領域の圧電層３１の厚さＴｐを測定する（厚さ測定工程）。そして、測定された（又は、測定値から補間された）圧電層３１の厚さＴｐｉと、予め求められた、圧電層３１の厚さＴｐ、及び、共通電極７４の個別電極７２と対向する部分７４ｂの幅Ｗｅと、圧電アクチュエータ駆動時における、振動板３０の最大変位量Ｄｄとの関係（第１実施形態の図６参照）から、振動板３０の最大変位量Ｄｄが所定の目標値となるようなＷｅ／Ｗｃの値を決定し、電極幅Ｗｅを算出する（電極長さ決定工程）。
【００８６】
次に、図１８（ｄ）に示すように、圧電層３１の上面に共通電極７４を全面的に形成してから（Ｓ１４）、図１８（ｅ）に示すように、共通電極７４を炭酸ガスレーザー等で部分的に除去することにより、各圧力室１４に対応する２つの穴７４ａを、その内側の共通電極７４の部分７４ｂの電極幅Ｗｅが前述のようにして決定された値となるように形成する（電極形成工程）。
【００８７】
最後に、図１８（ｆ）に示すように、マニホールドプレート１２の下面にノズルプレート１３を接合して、インクジェットヘッドの製造を完了する。
【００８８】
この第２実施形態のインクジェットヘッド及びその製造方法によれば、圧電層３１の厚さにばらつきがある場合でも、共通電極７４の個別電極７２と対向する部分の幅Ｗｅが、振動板３０の変形量が所定の目標値となるように、圧電層３１のずれ量に応じて調整されて、圧電層３１の厚さのばらつきが補正されるため、前記第１実施形態と同様、圧電層３１の厚さのばらつきに起因する、振動板３０の変形量のばらつきが小さくなる。
【００８９】
次に、この第２実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。
【００９０】
［第７変更形態］圧電層３１の厚さのばらつきを補正するために、共通電極７４の、個別電極７２と対向する対向部分７４ｂの幅Ｗｅがそれぞれ異なる値に設定された場合には、複数の圧力室１４に関して、共通電極７４の個別電極７２と対向する対向部分７４ｂの面積が異なってしまい、圧力室１４ごとに静電容量のばらつきが生じる。そこで、この静電容量のばらつきを抑えるために、配線部７５と対向する領域に、共通電極７４が部分的に形成されていない穴７４ｃが設けられ、この穴７４ｃの内側の領域（第２の電極非形成領域）の面積が調整されて、複数の圧力室１４に関して、個別電極７２及び配線部７５と対向する共通電極７４の部分の面積が全て等しくなっていてもよい。例えば、図１９においては、上側の個別電極７２と対向する共通電極７４の部分７４ｂの幅が、下側の個別電極７２と対向する共通電極７４の部分７４ｂの幅よりも大きくなっているため、上側の個別電極７２及び配線部７５と対向する共通電極７４の部分の面積を小さくするために、配線部７５と対向する領域に穴７４ｃが形成されている。
【００９１】
さらに、実測若しくは補間によって求められた共通電極７４と各個別電極７２との間の圧電層３１の厚さを考慮することによって、各個別電極７２−共通電極７４間の静電容量が各個別電極７２ごとに同一となるように、対向部分７４ｂの面積を穴７４ｃの面積によって調整することができる。これによって、各個別電極７２−共通電極７４間の静電容量のばらつきをさらに抑えることができる。
【００９２】
前記第２実施形態では、共通電極７４が複数の圧力室１４に亙って連続的に形成されているが、複数の個別電極７２に夫々対応して複数の共通電極が形成され、これら複数の共通電極が夫々接地されてグランド電位に保持されていてもよい。
【００９３】
振動板の材質は、金属材料（導電性材料）に限られるものではなく、上面に酸化処理が施されたシリコン製の振動板や、ポリイミド等の合成樹脂材料からなる振動板等、種々の材質からなるものを採用できる。尚、振動板が絶縁材料からなる場合には、振動板が金属材料からなる場合には必要な、複数の個別電極７２を互いに絶縁する為の絶縁材料層７０は不要であり、複数の個別電極７２及び複数の配線部７５は、絶縁性の振動板の上面に直接形成されることになる。
【００９４】
前記第１実施形態と同様に、圧力室や個別電極の形状は一方向に長い形状に限られるものではない。また、個別電極が圧力室の中央部と重なる領域に配置される形態に限られることもなく、個別電極が圧力室の縁部と重なる位置に配置されていてもよい（第１実施形態の第３変更形態：図１２参照）。
【００９５】
以上説明した第１実施形態及び第２実施形態と、それらの変更形態は、インクに圧力を付与するインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータに本発明を適用した例であるが、インク以外の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータにも本発明を適用することができる。また、それらの実施形態及び変更形態では、圧電層の厚さの基準量からのずれ量に基づいて個別電極の長さを調整していたが、ずれ量を求めることなく、図６及び図７のグラフに基づいて、測定された圧電層の厚みの測定値若しくは測定値に基づく補間値から、個別電極の長さを調整してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットヘッドの概略斜視図である。
【図２】インクジェットヘッドの平面図である。
【図３】図２の一部拡大図である。
【図４】図３のIV-IV線断面図である。
【図５】図３のV-V線断面図である。
【図６】圧電層の厚さＴｐ、個別電極の幅Ｗｅと圧力室の幅Ｗｃの比Ｗｅ／Ｗｃ、及び、振動板の変形量を表す最大変位量Ｄｄとの関係を示す図である。
【図７】圧電層の厚さの測定値ＴｐｉからＷｅ／Ｗｃの値を決定する場合の手法を説明する図である。
【図８】インクジェットヘッドの製造工程を示す図であり、（ａ）は金属プレートの接合工程、（ｂ）は圧電層形成工程、（ｃ）は厚さ測定工程、（ｄ）は導電層形成工程、（ｅ）は個別電極形成工程、（ｆ）はノズルプレートの接合工程を夫々示す。
【図９】圧電層の厚さから個別電極の幅を決定する工程のフローチャートである。
【図１０】第１実施形態の変更形態１の図３相当の拡大平面図である。
【図１１】変更形態２の図３相当の拡大平面図である。
【図１２】変更形態３の図３相当の拡大平面図である。
【図１３】変更形態４の図３相当の拡大平面図である。
【図１４】変更形態５の図４相当の断面図である。
【図１５】変更形態６の図４相当の断面図である。
【図１６】第２実施形態のインクジェットヘッドの一部拡大平面図である。
【図１７】図１６のXVII-XVII線断面図である。
【図１８】第２実施形態のインクジェットヘッドの製造工程を示す図であり、（ａ）は金属プレートの接合から個別電極を形成するまでの工程、（ｂ）は圧電層形成工程、（ｃ）は厚さ測定工程、（ｄ）は共通電極形成工程、（ｅ）は穴形成工程、（ｆ）はノズルプレートの接合工程を夫々示す。
【図１９】第２実施形態の変更形態の図１６相当の拡大平面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  インクジェットヘッド
２  流路ユニット
３  圧電アクチュエータ
１４，１４Ｄ  圧力室
２０  ノズル
２１  個別インク流路
３０，３０Ｆ  振動板
３１  圧電層
３２，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ  個別電極
３４  共通電極
４０  導電層
４０ａ  溝
５０  延出部
６３  圧電アクチュエータ
７２  個別電極
７４  共通電極
７４ａ  穴
７４ｃ  穴
７５  配線部
【図１】
2006156987.tif 000003
【図２】
2006156987.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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