【事件の表示】
　特許第３０４７６６０号「液滴噴射装置」の請求項１に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３０４７６６０号の請求項１に係る特許を取り消す。
【理　由】
１．手続の経緯
　本件特許第３０４７６６０号の請求項１に係る発明は、平成５年２月１６日に特許出願され、平成１２年３月２４日にその特許の設定登録がなされ、その後、請求項１に係る発明の特許についてシャープ株式会社より特許異議の申立てがなされ、取消理由通知がなされ、その指定期間内である平成１３年７月１３日に訂正請求がなされ、その後当審より審尋がなされ、異議申立人より平成１３年１１月１３日に回答書が提出されたものである。
　
２．訂正の適否についての判断
　ア．特許権者が求めている訂正の内容は、次のとおりである。
　訂正事項ａ：特許請求の範囲の請求項１を、
　「【請求項１】液滴噴射のためのエネルギー発生体として電気−機械変換素子である圧電材料を用いた液滴噴射装置であって、液体流路及び圧力チャンバーとして作用する複数の溝と、各溝を分離する圧電材料の壁と、該壁の側面に形成された駆動電極とを有し、該電極に電圧を印加することにより前記壁がせん断モードの変形をする液滴噴射装置に於て、前記駆動電極の厚み（ｔ）と前記圧電材料の壁の幅寸法（ｗ）との比（ｒ＝ｔ／ｗ）が１／１０以下の範囲であり、前記駆動電極の電極材料の相対密度が少なくとも７０％以上であることを特徴とする液滴噴射装置。」から、
　「【請求項１】液滴噴射のためのエネルギー発生体として電気−機械変換素子である圧電材料を用いた液滴噴射装置であって、液体流路及び圧力チャンバーとして作用する複数の溝と、各溝を分離する圧電材料の壁と、該壁の側面に形成された駆動電極とを有し、該電極に電圧を印加することにより前記壁がせん断モードの変形をする液滴噴射装置に於て、
前記壁の側面に形成された前記駆動電極の厚み（ｔ）の分布が平均厚みに対して±５０％以下でありかつその
　訂正事項ｂ：特許明細書の段落【０００５】を、
　「【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公開特許公報で開示された構造の液滴噴射装置では、圧電材料の壁に形成する駆動電極に関する詳細な記述が少なく実際上、液滴噴射装置の設計に対して不明瞭な点が多かった。従って前記方式の安定した液滴噴射特性を有する液滴噴射装置を実用化するに際して多大な問題点を包含していた。本発明の目的は良好な液滴噴射を実現するための圧電材料の壁に形成する駆動電極に対する各種パラメータ、特に駆動電極として形成される電極材料の相対密度
、電
および電極層の厚み分布
　訂正事項ｃ：特許明細書の段落【０００６】を、
　「【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では、液滴噴射のためのエネルギー発生体として電気?機械変換素子である圧電材料を用いた液滴噴射装置であって、液体流路及び圧力チャンバーとして作用する複数の溝と、各溝を分離する圧電材料の壁と、該壁の側面に形成された駆動電極とを有し、該電極に電圧を印加することにより前記壁がせん断モードの変形をする液滴噴射装置に於て、前記駆動電極の厚み（ｔ）
の分布が平均厚みに対して±５０％以下でありかつその厚み（ｔ）
　訂正事項ｄ：特許明細書の段落【０００７】を、
　「【作用】上記の構成を有する本発明による液滴噴射装置の駆動電極の作用について以下に説明する。まず印字パターンに従って外部から入力された信号に基づき圧電材料の壁に形成された駆動電極を通して電圧が印加される。この時一つの壁に着目すると片側が正電極として作用し、もう一つの側は負電極として作用することになる。本発明の液滴噴射装置では駆動電極の厚みと該壁の幅寸法との比が１／１０以下であることで、圧電材料と電極材料のヤング率の違いがあるがそれに影響されることなく圧電材料の壁に効率のよい変形を生じさせることができる。
また、駆動電極の厚み（ｔ）の分布が平均厚みに対して±５０％以下であることで、駆動電極の不連続が発生することによる電気抵抗の増大がほとんどない
　訂正事項ｅ：特許明細書の段落【００３３】を、
　「【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本発明の液滴噴射装置は圧電材料の壁に形成された駆動電極の厚みと該壁の幅寸法との比が１／１０以下であることで、圧電材料と電極材料のヤング率の違いがあるがそれに影響されることなく圧電材料の壁に効率のよい変形を生じさせることができ
、駆動電極の厚みの分布が平均厚みに対して±５０％以下であることで、駆動電極の不連続が発生することによる電気抵抗の増大をほとんどなくすることができ
　
　イ．訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
　訂正事項ａは、本件特許の願書に添付した明細書のうち、特許掲載公報第２頁４欄第２１〜２２行「両側面の一部に電圧を印加するための駆動電極２５が形成された複数の圧電材料の壁２１」（段落【０００８】参照）、第４頁８欄第１〜６行「駆動電極に厚み分布が存在したり、電気的不連続性があると、瞬時電流が流れた時に更に電流集中がおこり、電極材料中の不純物イオンの移動及びマイグレーションが発生する危険性がある。また、時として電極膜の部分的断線が発生する可能性もある。」（段落【００２５】参照）、第４頁８欄第１１〜１７行「１Ａの電流を３０ｍｉｎ通電し、その前後で電極表面の変化を顕微鏡を用いて観察した。膜厚分布±５０％以下のものは通電前後で殆ど変化が観察されなかった・・・また通電前後の電気抵抗の測定でも膜厚分布±５０％以下のものは抵抗値に殆ど変化がなかった」（段落【００２６】参照）、第４頁８欄第２６〜２８行「電極層の平均膜厚に対する膜厚分布は少なくとも±５０％以下であることが望ましい。」（段落【００２７】参照）、第４頁８欄第３４〜３６行「本実施例の液滴噴射装置においては、電極層の平均膜厚に対する膜厚分布が±５０％以下となるよう構成した。」（段落【００２８】参照）の記載に基づいて、壁の側面に形成された駆動電極の厚み（ｔ）の分布が平均厚みに対して±５０％以下であることに、技術的に限定するものである。
　したがって、この訂正は、特許請求の範囲の減縮に相当するものである。
　また、訂正事項ｂ〜訂正事項ｅは、訂正事項ａに伴い、発明の詳細な説明の記載を、請求項１の記載との整合を図るべく訂正するものであり、明瞭でない記載の釈明に相当する。
　そして、上記訂正は、いずれも新規事項の追加に該当せず、実質的に特許請求の範囲を拡張又は変更するものではない。
　ウ．むすび
　以上のとおりであるから、上記訂正は、特許法等の一部を改正する法律（平成６年法律第１１６号）附則第６条第１項の規定によりなお従前の例によるとされる、平成６年改正前特許法第１２６条第１項ないし第３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
３．特許異議の申立てについての判断
　ア．本件の請求項１に係る発明
　上記２．で示したように上記訂正が認められるから、本件の請求項１に係る発明は、上記訂正請求に係る訂正明細書の特許請求の範囲の請求項１に記載された次のとおりのものである。
　「【請求項１】液滴噴射のためのエネルギー発生体として電気−機械変換素子である圧電材料を用いた液滴噴射装置であって、液体流路及び圧力チャンバーとして作用する複数の溝と、各溝を分離する圧電材料の壁と、該壁の側面に形成された駆動電極とを有し、該電極に電圧を印加することにより前記壁がせん断モードの変形をする液滴噴射装置に於て、前記壁の側面に形成された前記駆動電極の厚み（ｔ）の分布が平均厚みに対して±５０％以下でありかつその厚み（ｔ）と前記圧電材料の壁の幅寸法（ｗ）との比（ｒ＝ｔ／ｗ）が１／１０以下の範囲であり、前記駆動電極の電極材料の相対密度が少なくとも７０％以上であることを特徴とする液滴噴射装置。」（以下、「本件発明」という。）
　
　イ．引用例等
　当審が通知した取消理由に引用した、引用例：特開平４−３６３２５０号公報には、下記の事項が記載されている。
　［引用例］
　ａ．「本発明は、オンデマンド型のインクジェットプリンタヘッド及びその製造方法に関する。」（第２頁第１欄４０〜４１行）。
　ｂ．「インクジェトプリンタヘッドには特開平２−１５０３５５号公報に開示された発明がある。以下図１０に基づいて説明する。３０は底部シートである。この底部シート３０は矢印方向の極性をもち、多数の平行な溝３１とこれらの溝３１の両側に位置する側壁３２と底面３３とを有する。そして、側壁３２の頂部３４に頂部シート３５を接着層３６で接合することにより各溝３１の頂部開口面が閉塞されている。また、各溝３１の両内面となる側壁３２の内面には、その全高さのうち頂部シート３５側の略半分の範囲で金属化電極３７が蒸着によって形成されている。・・・また、各溝３１を頂部シート３５で閉塞することにより圧力室が形成され、これらの圧力室の一端にインク供給部に接続される供給口を設け、圧力室の他端にインクを吐出させる吐出口を設けることにより、インクジェットプリンタヘッドが完成される。・・・このようなインクジェットプリンタヘッドにおいて、隣接する二つの側壁３２の電極３７にそれぞれ逆の電位の電圧を印加すると、この部分の側壁３２は、底部シート３０の矢印方向の極性に対して直交する方向の電位を受けて図１０に点線で示すように剪断歪みを起こす。これにより、剪断歪みを起こした側壁３２の間の圧力室（溝３１）の容積が急激に小さくなり、その圧力室の圧力が高められてインクが吐出口から飛翔される。」（第２頁第１欄４３行〜第２欄２９行）。
　ｃ．「底部シート３０の材料となるピエゾ電極材料は一般に結晶粒が集まった焼成部材であるため、溝３１を形成するために生じた研削面は結晶粒がそのまま現われた凹凸のある表面である。一方、電極３７を形成するための真空蒸着装置による金属の蒸着は、蒸着金属原子発射源に対向しない部分には蒸着されない。したがって、溝３１の研削面の表面組織の凸部にのみ金属が蒸着され、凹部には蒸着されず、この凹部の部分にピンホールが発生する。このために、底部シート３０に均一な電界をかけることができない。・・・溝３１の研削面はインクとの接触により腐食するため保護膜を形成する必要があるが、その保護膜の形成が困難なことである。底部シート３０は上述したように結晶粒が集まった焼成部材により形成され、溝３１を形成した時に生じた凹凸のある研削面はインクに接触すると腐食する。しかし、溝３１の内面の一部しか電極３７で覆うことができず、また、電極３７も上述した理由によりピンホールの発生を防止することができないため保護膜としての機能を期待することができない。」（第３頁第３欄２１〜４０行）。
　ｄ．「図３（ｂ）に示すように、圧電部材２の表面から基板１の内部に達する多数の溝３を所定の間隔を開けて平行に研削加工するが、・・・溝３の両側に位置する支柱４も形成されるが、これらの支柱４は、圧電部材２による上部支柱４ａと剛性の小さい下部支柱４ｂとよりなる。ここでは、溝３の幅は８０μｍ、溝３の配列ピッチは１６９μｍ、溝３の深さは１６０μｍに定められている。」（第４頁第６欄１４〜２８行）。
　ｅ．「基板１と圧電部材２とをメッキ液に浸漬して無電解メッキを行う。この時、電極や配線パターンを不要とする面はレジスト膜７によってメッキ液から保護することができる。・・・メッキ浴はメッキする金属により異なるが、本実施例においては、ニッケル−リン系の低温メッキ浴を使用してメッキの平均膜厚を２ないし３μｍとした。また、無電解メッキは電気メッキと異なり化学メッキであるので、メッキ浴のｐＨと温度と浴成分濃度とを管理するだけでで析出挙動を決定することができる。メッキ浴に浸漬された基板１と圧電部材２とは、レジスト膜７により被覆されていない表面に存在するＰｄが触媒となり、この部分にメッキ金属が析出し始める。Ｐｄ（触媒）がメッキ金属で被覆されると析出されたメッキ金属が自己触媒となって反応が継続される。これにより、メッキ金属の膜厚が所望の厚さになった時点で無電解メッキ処理工程を終了することにより、図５（ａ）に示すように、レジスト膜７が存在しない溝３の内面全面に電極８が形成され、同時に圧電部材２のレジスト膜７が存在しない表面に電極８と接続する配線パターン９が形成される。基板１及び圧電部材２は、それらの表面の細部の組織までメッキ液が浸透してピンホールが発生しないため、基板１と圧電部材２との接合面となる耐水性の弱い接着剤を含めて溝３の内面をインクから保護することができる。これにより、保護膜の形成を省略することができる。また、電極８と配線パターン９との膜厚も均一である。」（第５頁第７欄１４〜４３行）。
　ｆ．「図１に示すように、各溝３の開口面を天板１０により閉塞することによって圧力室１４が形成される。・・・図１において、中央の圧力室１４のインクを吐出させる場合について述べる。圧力室１４のそれぞれにはインク供給管１３からインクが供給される。ここで、中央の圧力室１４の電極８と左側に隣接する圧力室１４の電極８との間に配線パターン９を介して電圧Ａを印加し、中央の圧力室１４の電極８と右側に隣接する圧力室１４の電極８との間に電圧Ｂを印加する。Ａ，Ｂの電圧の極性は逆で、上部支柱４ａには矢印により示す分極方向と直交する方向に電界がかけられる。これにより、中央の圧力室１４の左側の支柱４は左方に歪み右側の支柱４は右側に歪み、中央の圧力室１４の容積が増大し、その両側の圧力室１４の容積は減少する。」（第５頁第８欄５〜２０行）。
　ｇ．「これらのグラフの中、基板１の弾性定数（剛性率の逆数）Ｓｐの値を圧電部材２の厚み滑りにおける弾性定数Ｓ４４の値と等しい３７．４×１０−１２ｍ２／Ｎに変化させた場合の特性が従来の構造（支柱全体が圧電部材で形成された構造）に対応されることになる。」（第６頁第９欄１９〜１４行）。
　ｈ．「また、無電解メッキ方法を採用することにより、圧電部材に溝を形成することにより生じた研削面に凹凸があってもピンホールのない均一な電極を形成して圧電部材に均一な電界をかけることができる。さらに、圧力室の基板側の一面と両内側面との全面にピンホールのない電極を形成することができるため、圧力室の内面がインクにより腐食されることを防止する」（第７頁第１１欄３８〜４５行）。
　
　ウ．対比・判断
　（１）まず、上記記載ｄには、圧電部材２に設けられた溝３の幅は８０μｍ、溝３の配列ピッチは１６９μｍであることが記載されていることから、支柱４の幅は８９（１６９−８０）μｍとなり、上記記載ｅの「メッキの平均膜厚を２ないし３μｍとした」の記載から、電極８の厚みは２ないし３μｍとなるから、電極の厚みと支柱の幅との比は（２〜３）／８９、即ち２／８９〜３／８９となる。
　また、上記記載ａ〜ｈからみて、引用例の圧電部材２は、インク吐出のためのエネルギー発生体としての電気−機械変換素子として機能することは明らかであり、溝３の内面に形成された電極８とは、支柱４の側面に形成された電極８といえる。
　そうすると、上記記載ａ〜ｈを含む明細書及び図面によると、引用例には、下記の発明が記載されている。
　「インク吐出のためのエネルギー発生体として電気−機械変換素子である圧電部材２を用いたインクジェットプリンタであって、圧力室１４を形成する天板１０と溝３と、各溝３の両側に位置する支柱４と、該支柱４の側面に形成された電極８とを有し、該電極８に電圧を印加することにより前記支柱４がせん断モードの変形をするインクジェットプリンタに於て、前記支柱４の側面に形成された前記電極８の膜厚が均一でありかつ電極８の厚みと支柱４の幅との比は２／８９〜３／８９の範囲であり、前記電極８を無電解メッキ方法により、ピンホールのない電極としたことを特徴とするインクジェットプリンタ。」（以下、「引用例発明」という。）
　
　そこで、本件発明と引用例発明とを対比する。
　引用例発明の「インク吐出」、「インクジェットプリンタ」、「圧電部材２」、「圧力室１４を形成する天板１０と溝３」、「支柱４」、「電極８」は、それぞれ、本件発明の「液滴噴射」、「液滴噴射装置」、「エネルギー発生体として電気−機械変換素子である圧電材料」、「液体流路及び圧力チャンバーとして作用する複数の溝」、「圧電材料の壁」、「駆動電極」に相当する。
　引用例発明の「電極８の膜厚が均一であり」と、本件発明の「駆動電極の厚み（ｔ）の分布が平均厚みに対して±５０％以下であり」とは、「駆動電極の厚み分布のバラツキを抑え」という点で共通する。
　さらに、引用例発明の「前記電極８を無電解メッキ方法により、ピンホールのない電極とした」と、本件発明の「前記駆動電極の電極材料の相対密度が少なくとも７０％以上であること」とは、「前記駆動電極材料の緻密特性を高めた」という点で共通する。
　してみると、本件発明と引用例発明とは、
　「液滴噴射のためのエネルギー発生体として電気−機械変換素子である圧電材料を用いた液滴噴射装置であって、液体流路及び圧力チャンバーとして作用する複数の溝と、各溝を分離する圧電材料の壁と、該壁の側面に形成された駆動電極とを有し、該電極に電圧を印加することにより前記壁がせん断モードの変形をする液滴噴射装置に於て、駆動電極の厚み分布のバラツキを抑えかつその厚み（ｔ）と前記圧電材料の壁の幅寸法（ｗ）との比（ｒ＝ｔ／ｗ）が２／８９〜３／８９の範囲であり、前記駆動電極材料の緻密特性を高めたことを特徴とする液滴噴射装置。」である点で一致し、次の点で相違する。
　相違点１：駆動電極の厚み分布のバラツキを抑える点に関して、本件発明では、駆動電極の厚み（ｔ）の分布が平均厚みに対して±５０％以下であるとしているのに対して、引用例発明では、電極の厚み分布がどの程度か数値として明記されていない点。
　相違点２：駆動電極材料の緻密特性を高める点に関して、本件発明では、駆動電極の電極材料の相対密度が少なくとも７０％以上であるとしているのに対して、引用例発明では、電極を無電解メッキ方法により、ピンホールのない電極とするとしているが、相対密度について明記されていない点。
　
　上記相違点について検討する。
　まず、相違点１について。
　引用例の上記記載ｅの「メッキ金属の膜厚が所望の厚さになった時点で無電解メッキ処理工程を終了することにより、・・・レジスト膜７が存在しない溝３の内面全面に電極８が形成され、同時に圧電部材２のレジスト膜７が存在しない表面に電極８と接続する配線パターン９が形成される。基板１及び圧電部材２は、それらの表面の細部の組織までメッキ液が浸透してピンホールが発生しないため、基板１と圧電部材２との接合面となる耐水性の弱い接着剤を含めて溝３の内面をインクから保護することができる。これにより、保護膜の形成を省略することができる。また、電極８と配線パターン９との膜厚も均一である。」、及び上記記載ｈの「ピンホールのない均一な電極」からみて、同時工程でメッキ処理されている電極８と配線パターン９の膜厚が均一であることから、電極８と配線パターン９の各々の膜厚が均一であることは自明である。
　そして、電極８の厚みを均一にするに際して、電極の厚みの分布を平均厚みに対して±５０％以下とすることは、当業者が適宜なし得る単なる設計事項にすぎない。
　次に、相違点２について。
　引用例の上記記載ｅ及びｈからみて、無電解メッキ方法により、ピンホールのない電極とすることは、その目的の一つとして、圧力室の内面がインクにより腐食されることを防止するためであり、電極材料の空隙、空孔等の欠陥をできるだけ除去し完全緻密化を図ることと解される。
　一方、本件発明においても、本件明細書の「圧電セラミックス材料は通常、多結晶の焼結材料であって、１〜５μｍ程度の平均粒径を有する結晶粒３１で構成され、且つ数％の同程度サイズの空孔をもっている。つまり前記駆動電極が形成される表面は２μｍ程度の凹凸を有する事になる。このような凹凸を有する表面に形成された電極２５は、図６に示すように電極としての電気的不連続性を少なからずもつこととなる。」（特許掲載公報第３頁５欄１９〜２６行）、及び「ここで問題となるのは、相対密度低下に基づく駆動電極膜の耐食性劣化の問題である。本実施例の様な液滴噴射装置では、駆動電極２５は溝２２に充填された液体（主としてインク）に曝されることになる。従っていわゆる電解腐食現象が発生する。この場合、相対密度が低下すると電極層に開空孔（連結空孔）が増大し、液体に接触する表面積が増大し耐食性が劣化することが考えられる。」（特許掲載公報第３頁６欄３６〜４３行）の記載を参酌すると、電極材料の相対密度を少なくとも７０％以上とすることで、電極材料の空隙、空孔等の欠陥をできるだけ除去し完全緻密化を図ろうとしているものであると解される。
　そうすると、電極材料の緻密特性を高めるに際して、その程度を、電極材料の相対密度を少なくとも７０％以上とすることは、当業者が適宜なし得る単なる設計事項にすぎない。
　
　そして、これらの相違点１及び相違点２の構成を組み合わせてみても、本願発明が格別の効果を奏するものということはできない。
　したがって、本件発明は、引用例に記載された発明に基づいて当業者が容易に発明をすることができたものと認められるから、特許法第２９条第２項の規定により特許を受けることができない。
　
　エ．むすび
　以上のとおりであるから、本件発明の特許は拒絶の査定をしなければならない特許出願に対してなされたものと認める。
　したがって、特許法等の一部を改正する法律（平成６年法律第１１６号）附則第１４条の規定に基づく、特許法等の一部を改正する法律の施行に伴う経過措置を定める政令（平成７年政令第２０５号）第４条第１項及び第２項の規定により、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１４年９月１３日（２００２．９．１３）
【訂正の要旨】
訂正の要旨
　特許権者が求める特許明細書の訂正は、次の訂正からなる。
　訂正事項ａ：特許請求の範囲の請求項１を、特許請求の範囲の減縮を目的として、
　「【請求項１】液滴噴射のためのエネルギー発生体として電気−機械変換素子である圧電材料を用いた液滴噴射装置であって、液体流路及び圧力チャンバーとして作用する複数の溝と、各溝を分離する圧電材料の壁と、該壁の側面に形成された駆動電極とを有し、該電極に電圧を印加することにより前記壁がせん断モードの変形をする液滴噴射装置に於て、前記駆動電極の厚み（ｔ）と前記圧電材料の壁の幅寸法（ｗ）との比（ｒ＝ｔ／ｗ）が１／１０以下の範囲であり、前記駆動電極の電極材料の相対密度が少なくとも７０％以上であることを特徴とする液滴噴射装置。」から、
　「【請求項１】液滴噴射のためのエネルギー発生体として電気−機械変換素子である圧電材料を用いた液滴噴射装置であって、液体流路及び圧力チャンバーとして作用する複数の溝と、各溝を分離する圧電材料の壁と、該壁の側面に形成された駆動電極とを有し、該電極に電圧を印加することにより前記壁がせん断モードの変形をする液滴噴射装置に於て、
前記壁の側面に形成された前記駆動電極の厚み（ｔ）の分布が平均厚みに対して±５０％以下でありかつその
　訂正事項ｂ：特許明細書の段落【０００５】を、明瞭でない記載の釈明を目的として、
　「【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公開特許公報で開示された構造の液滴噴射装置では、圧電材料の壁に形成する駆動電極に関する詳細な記述が少なく実際上、液滴噴射装置の設計に対して不明瞭な点が多かった。従って前記方式の安定した液滴噴射特性を有する液滴噴射装置を実用化するに際して多大な問題点を包含していた。本発明の目的は良好な液滴噴射を実現するための圧電材料の壁に形成する駆動電極に対する各種パラメータ、特に駆動電極として形成される電極材料の相対密度
、電
および電極層の厚み分布
　訂正事項ｃ：特許明細書の段落【０００６】を、明瞭でない記載の釈明を目的として、
　「【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では、液滴噴射のためのエネルギー発生体として電気‐機械変換素子である圧電材料を用いた液滴噴射装置であって、液体流路及び圧力チャンバーとして作用する複数の溝と、各溝を分離する圧電材料の壁と、該壁の側面に形成された駆動電極とを有し、該電極に電圧を印加することにより前記壁がせん断モードの変形をする液滴噴射装置に於て、前記駆動電極の厚み（ｔ）
の分布が平均厚みに対して±５０％以下でありかつその厚み（ｔ）
　訂正事項ｄ：特許明細書の段落【０００７】を、明瞭でない記載の釈明を目的として、
　「【作用】上記の構成を有する本発明による液滴噴射装置の駆動電極の作用について以下に説明する。まず印字パターンに従って外部から入力された信号に基づき圧電材料の壁に形成された駆動電極を通して電圧が印加される。この時一つの壁に着目すると片側が正電極として作用し、もう一つの側は負電極として作用することになる。本発明の液滴噴射装置では駆動電極の厚みと該壁の幅寸法との比が１／１０以下であることで、圧電材料と電極材料のヤング率の違いがあるがそれに影響されることなく圧電材料の壁に効率のよい変形を生じさせることができる。
また、駆動電極の厚み（ｔ）の分布が平均厚みに対して±５０％以下であることで、駆動電極の不連続が発生することによる電気抵抗の増大がほとんどない
　訂正事項ｅ：特許明細書の段落【００３３】を、明瞭でない記載の釈明を目的として、
　「【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本発明の液滴噴射装置は圧電材料の壁に形成された駆動電極の厚みと該壁の幅寸法との比が１／１０以下であることで、圧電材料と電極材料のヤング率の違いがあるがそれに影響されることなく圧電材料の壁に効率のよい変形を生じさせることができ
、駆動電極の厚みの分布が平均厚みに対して±５０％以下であることで、駆動電極の不連続が発生することによる電気抵抗の増大をほとんどなくすることができ
（５４）【発明の名称】
液滴噴射装置
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　液滴噴射のためのエネルギー発生体として電気−機械変換素子である圧電材料を用いた液滴噴射装置であって、液体流路及び圧力チャンバーとして作用する複数の溝と、各溝を分離する圧電材料の壁と、該壁の側面に形成された駆動電極とを有し、該電極に電圧を印加することにより前記壁がせん断モードの変形をする液滴噴射装置に於て、
　
前記壁の側面に形成された前記駆動電極の厚み（ｔ）の分布が平均厚みに対して±５０％以下でありかつその
　前記駆動電極の電極材料の相対密度が少なくとも７０％以上であることを特徴とする液滴噴射装置。
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【産業上の利用分野】
　本発明は、液滴噴射装置の構成に関するものであり、更に詳細には液滴噴射のためのエネルギー変換素子として用いられる圧電素子に形成される駆動電極に関するものである。
　【０００２】
　【従来の技術】
　従来、エネルギー変換素子を用いた各種の液滴噴射装置がインクジェットプリンタ等の用途に開発され実用化されている。該液滴噴射装置に用いられるエネルギー変換素子としては、発熱体等の電気−熱変換素子や圧電材料等の電気−機械変換素子が利用されている。一般に圧電材料を利用した液滴噴射装置は発熱体を利用したものに比較して使用する液体に対する熱による制約条件が少なく利用できる液体の選択範囲が広くなると言う利点がある。しかし半導体製造プロセスが応用できる電気−熱変換素子の集積度に比較して電気−機械変換素子である圧電材料を利用したものは集積度が低く、液滴噴射装置の小型化と言う側面で種々の問題を包含している。現在実用化されている圧電体をエネルギー変換素子として利用した液滴噴射装置では、主に圧電体の圧電・電歪効果の内、横効果が利用された、いわゆるユニモルフ圧電素子やバイモルフ圧電素子を用いた液滴噴射装置が主流である。
　【０００３】
　エネルギー変換素子である圧電材料の高集積化を目的とした液滴噴射装置の発明として、特開昭６３−２４７０５１号公報、特開昭６３−２５２７５０号公報及び特開平２−１５０３５５号公報に記載されたものがある。
　【０００４】
　上記公開特許公報に記載されたものは厚み方向に分極処理された圧電材料に液体流路及び圧力チャンバーとして作用する複数の溝（チャンネル）を高集積度で形成し、各溝（チャンネル）を分離する圧電材料の壁の側面に駆動電極を形成することで圧電・電歪効果の内、せん断モードの変形を生じさせ、溝（チャンネル）内に圧力変化を発生し所望の液滴を前面に設けられたノズルプレートの各ノズルより噴射させる方式の液滴噴射装置であり、その小型化を実現したものである。
　【０００５】
　【発明が解決しようとする課題】
　しかしながら、上記公開特許公報で開示された構造の液滴噴射装置では、圧電材料の壁に形成する駆動電極に関する詳細な記述が少なく実際上、液滴噴射装置の設計に対して不明瞭な点が多かった。従って前記方式の安定した液滴噴射特性を有する液滴噴射装置を実用化するに際して多大な問題点を包含していた。本発明の目的は良好な液滴噴射を実現するための圧電材料の壁に形成する駆動電極に対する各種パラメータ、特に駆動電極として形成される電極材料の相対密度
、電
および電極層の厚み分布
　【０００６】
　【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では、液滴噴射のためのエネルギー発生体として電気−機械変換素子である圧電材料を用いた液滴噴射装置であって、液体流路及び圧力チャンバーとして作用する複数の溝と、各溝を分離する圧電材料の壁と、該壁の側面に形成された駆動電極とを有し、該電極に電圧を印加することにより前記壁がせん断モードの変形をする液滴噴射装置に於て、
前記壁の側面に形成された前記駆動電極の厚み（ｔ）の分布が平均厚みに対して±５０％以下でありかつその
　【０００７】
　【作用】
　上記の構成を有する本発明による液滴噴射装置の駆動電極の作用について以下に説明する。まず印字パターンに従って外部から入力された信号に基づき圧電材料の壁に形成された駆動電極を通して電圧が印加される。この時一つの壁に着目すると片側が正電極として作用し、もう一つの側は負電極として作用することになる。本発明の液滴噴射装置では駆動電極の厚みと該壁の幅寸法との比が１／１０以下であることで、圧電材料と電極材料のヤング率の違いがあるがそれに影響されることなく圧電材料の壁に効率のよい変形を生じさせることができる。
また、駆動電極の厚み（ｔ）の分布が平均厚みに対して±５０％以下であることで、駆動電極の不連続が発生することによる電気抵抗の増大がほとんどない
　【０００８】
　【実施例】
　以下、本発明を具体化した実施例を図面を参照して説明する。図１に本実施例の液滴噴射装置の概略構成図を示す。前記液滴噴射装置はインクの流路及びインク液滴噴射のための圧力チャンバーとして作用する複数の溝２２と、両側面の一部に電圧を印加するための駆動電極２５が形成された複数の圧電材料の壁２１で構成されるアクチュエータ２及び該アクチュエータ２に接着されたインク導入孔１６、インクマニホールド１８を有するカバープレート１０及び前記アクチュエータ２に接着されたインク滴噴射のための複数のノズル１２が形成されたノズルプレート１４から構成される。ここで、駆動電極２５はＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等の各種金属、及びＡｕ、Ｐｔ等の貴金属または各種金属の合金からなり、電極層構成としては、単独層または複数の層の積層物で構成される。
　【０００９】
　次に電圧印加時の挙動を説明するために駆動電圧を印加しない時の圧電材料の壁２１と溝２２の状態の概略図を図２に、駆動電圧を印加した時の圧電材料の壁２１と溝２２の状態の概略図を図３に示す。図２で示すように電圧を印加していない時は圧電材料の壁２１ａ〜ｅは変形することはなく溝２２ａ〜ｄは全て同じ容積を有している。次に駆動電極２５ｂ，ｃを正極、２５ａ，ｄを負極として電圧を印加した場合図３で示したように壁２１ｂ，ｃが変形し溝２２ｂの容積が増加すると共に溝２２ａ，ｃの容積が減少する。図３で示した状態から印加された電圧を取り去ることで壁２１ｂ，ｃは図２で示した状態に戻り、その時溝２２ｂを満たす液体に圧力を作用させ液滴を噴射する。この時安定した液滴噴射を実現するためには壁２１の変形に要する時間が重要となり数μｓｅｃ以下の短時間の内に変形することが必要とされる。
　【００１０】
　さて、駆動電極の厚みの適正範囲を把握するために以下のような実験を行った。図４に圧電材料の壁２１及び駆動電極２５の斜視図を示す。図４において、圧電材料の壁２１の幅寸法をｗ、高さをｈ、長さをＬ、駆動電極２５の厚みをｔ、壁高さ方向の電極深さをｄで表すこととする。
　【００１１】
　まず、駆動電極厚みの許容できる最小値の把握実験の為にｗ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．５ｍｍ、Ｌ＝８ｍｍの圧電セラミックス材料の壁を準備した。該圧電セラミックス材料の壁の側面に厚さｔ＝０．０２、０．０４、０．０８、０．１６、０．３２、０．６４μｍのニッケル電極をスパッタ法、真空蒸着法等の乾式法にて形成し各々の電極の比抵抗値を測定した。その結果を図５に示す。図５から明らかなように駆動電極の厚みｔが０．０４μｍ以下になると多大な比抵抗の増加が見られる。ニッケル電極の膜質そのものが低下したとは考えにくいので、この結果は圧電セラミックスの表面に形成された電極膜がその電気的連続性を失うことが起因していると考えられる。
　【００１２】
　その概念図を図６に示す。一般に本実施例の液滴噴射装置のアクチュエータ材料としてはＰＺＴ系圧電セラミックス材料が利用される。圧電セラミックス材料は通常、多結晶の焼結材料であって、１〜５μｍ程度の平均粒径を有する結晶粒３１で構成され、且つ数％の同程度サイズの空孔をもっている。つまり前記駆動電極が形成される表面は２μｍ程度の凹凸を有する事になる。このような凹凸を有する表面に形成された電極２５は、図６に示すように電極としての電気的不連続性を少なからずもつこととなる。形成される電極２５の厚みが薄くなるとその不連続性が増加し、実験結果では０．０４μｍ程度以下の厚みになると結果として見かけの比抵抗が増大するものと考えられる。従って駆動電極厚みの許容できる最小値は０．０４μｍ程度であると考えられる。尚、駆動電極の材料をアルミニュウムとした場合の実験を行ったが、上記ニッケルの場合と同様の結果が得られた。
　【００１３】
　他方、駆動時の圧電材料の壁の変形に要する時間の事を考えると圧電材料は回路構成上、電気的にはコンデンサーと考えられる。壁の変形時間に関する電気的な時定数τは圧電材料の静電容量をＣ、駆動電極の抵抗をＲとするとτ＝Ｃ・Ｒで表される。駆動電極の厚みが薄くなると実験結果から明らかなように見かけ上の比抵抗が増大するだけでなく、電極断面積ｔ×ｄが減少し抵抗値Ｒ自体が増大してしまい、液滴噴射に必要な許容時定数に対するマージンが減少し駆動回路設計に対し大きな負荷を与えることになり好ましくない。
　【００１４】
　従って、本実施例の液滴噴射装置においては、駆動電極の厚みを０．０４μｍ以上となるよう構成した。これにより、安定した液滴噴射が実現可能な液滴噴射装置を得ることが出来た。
　【００１５】
　次に、駆動電極厚みの許容できる最大値の把握実験の為にｗ＝０．０５ｍｍ、ｈ＝０．２５ｍｍ、Ｌ＝８ｍｍの圧電セラミックス材料の壁を準備した。該圧電セラミックス材料の壁の側面に厚さｔ＝０．５、１、２、５、１０μｍのニッケル電極をスパッタ法、真空蒸着法等の乾式法にて形成し電極厚みと圧電材料の壁幅寸法の比ｔ／ｗがそれぞれ１／１００、１／５０、１／２５、１／１０、１／５になるようなサンプルを作製した。このサンプルに前記カバープレートを接着した後、５０Ｖのパルス電圧を印加し、壁の変形状態をレーザ変位計を用いて測定した。その測定結果を隣接する溝容積の容積変化で整理し、電極厚み０．５μｍ（ｔ／ｗ＝１／１００）の場合の容積変化を１００％としたときの各電極厚みの場合のデータをプロットした結果を図７に示す。
　【００１６】
　図７から明らかなように電極厚みと圧電材料の壁幅寸法の比ｔ／ｗが１／５のサンプルでは変形効率が低下してしまう。これは圧電材料とヤング率の異なった電極材料を駆動電極層として形成した場合電極の厚みが薄い場合は圧電材料の壁の変形に余り影響しないが、厚みが厚くなると変形に影響を及ぼす様になるためである。また電極層が厚くなると当然、膜内及び膜と圧電材料の界面の残留応力が増大し、膜強度及び密着強度が弱くなるという問題も生じる。従って駆動電極厚みの許容できる最大値は電極厚みと圧電材料の壁幅寸法の比ｒ＝ｔ／ｗで１／１０以下であることが望ましい。
　【００１７】
　尚、駆動電極の材料をアルミニュウムとした場合の実験を行ったが、上記ニッケルの場合と同様の傾向を示すことが確認されている。
　【００１８】
　従って、本実施例の液滴噴射装置においては、駆動電極の厚みと圧電材料の壁幅寸法との比が１：１０以上となるよう構成した。これにより、安定した液滴噴射が実現可能な液滴噴射装置を得ることが出来た。
　【００１９】
　次に、駆動電極として形成される金属膜の相対密度に対する実験を行った。理論的に相対密度が低下すると、空孔が増加し見かけの比抵抗が上昇することは明かである。しかし、抵抗値に関しては、駆動電極の厚みを厚くすることで許容抵抗値を満足させることが可能であるので、大きな問題とはならない。ここで問題となるのは、相対密度低下に基づく駆動電極膜の耐食性劣化の問題である。本実施例の様な液滴噴射装置では、駆動電極２５は溝２２に充填された液体（主としてインク）に曝されることになる。従っていわゆる電解腐食現象が発生する。この場合、相対密度が低下すると電極層に開空孔（連結空孔）が増大し、液体に接触する表面積が増大し耐食性が劣化することが考えられる。また実際の液滴噴射装置では耐食性の改善として保護膜を駆動電極の表面に形成することが考えられるが、相対密度の低い電極層の上に保護膜を形成しても十分なカバーレッジが実現できないという問題が予想される。
　【００２０】
　図８に、相対密度をパラメータとした約１μｍの厚みのニッケル電極を形成したサンプルの食塩水に対する耐食性、及び同様のサンプルの電極上に二酸化珪素を約１μｍ厚みで保護膜として形成したサンプルの食塩水に対する耐食性を、相対密度９０％のサンプルの耐食性を１００％とし、各相対密度での耐食性を示した。耐食性の評価項目として電極層のみのサンプルではコロージョンレートを測定し、保護膜を形成したサンプルでは単位面積当りのディフェクトの発生個数を計測した。図８から明らかなように保護膜の有無に係わらず相対密度６５％の電極膜では耐食性が急激に劣化することが実験結果から判った。従って、駆動電極膜を形成する金属材料の必要最低限の相対密度は７０％であることが判った。
　【００２１】
　従って、本実施例の液滴噴射装置においては、駆動電極膜を形成する金属材料の相対密度が７０％以上となるよう構成した。これにより、安定した液滴噴射が実現可能な液滴噴射装置を得ることが出来た。
　【００２２】
　次に駆動電極を形成する金属材料の純度に関する実験を行った。純度が低下すると電極膜中に不純物としてのイオンが増加する。本実施例の液滴噴射装置では圧電材料の壁を短時間の内に変形させることが必要条件であり、この場合駆動電極には大きな瞬時電流が流れる事となる。駆動電極に厚み分布が存在したり、電気的不連続性があると、瞬時電流が流れた時に更に電流集中がおこり不純物イオンの移動及びマイグレーションが発生する危険性がある。また時として電極膜の部分的断線が発生する可能性もある。
　【００２３】
　実験としては圧電セラミックス材料の表面に厚み０．０４μｍのアルミニュウムを電極として形成した。この時アルミニュウムの純度として９９．９９９、９９．９９、９９．９、９９、９５％のサンプルを作製し実験を行った。実験条件は１Ａの電流を３０ｍｉｎ通電し、その前後で電極表面の変化を顕微鏡を用いて観察した。純度９９％以上のサンプルは通電前後で殆ど変化が観察されなかったが、純度９５％のものでは電極膜の不連続点の増大が観察された。通電前後の電気抵抗の測定でも９９％以上の純度のものは抵抗値に殆ど変化がなかったが９５％の純度のものでは通電前後で約１５％の抵抗値の上昇が計測された。この実験結果から明らかなように本実施例の液滴噴射装置に利用される駆動電極の金属材料の純度は少なくとも９９％以上であることが好ましいと考えられる。尚ニッケル等他の金属でも９９％以下の純度の場合、程度の差は見られるものの、上記と同様の変化が観察された。
　【００２４】
　従って、本実施例の液滴噴射装置においては、駆動電極に純度９９％以上の金属材料を用いて構成した。これにより、安定した液滴噴射が実現可能な液滴噴射装置を得ることが出来た。
　【００２５】
　　次に、形成される駆動電極層の厚みの分布の平均膜厚に対して許容値範囲に関する実験を行った。本実施例の液滴噴射装置では、圧電材料の壁を短時間の内に変形させることが必要条件であり、この場合駆動電極には大きな瞬時電流が流れる事となる。駆動電極に厚み分布が存在したり、電気的不連続性があると、瞬時電流が流れた時に更に電流集中がおこり、電極材料中の不純物イオンの移動及びマイグレーションが発生する危険性がある。また、時として電極膜の部分的断線が発生する可能性もある。
　【００２６】
　実験としては圧電セラミックス材料の表面に平均厚み０．２μｍのアルミニュウムを電極として形成し、膜厚分布として±２５％、±５０％、±７０％のサンプルを作製した。これらのサンプルを用いて行った実験では１Ａの電流を３０ｍｉｎ通電し、その前後で電極表面の変化を顕微鏡を用いて観察した。膜厚分布±５０％以下のものは通電前後で殆ど変化が観察されなかったが、膜厚分布±７０％のサンプルでは電極膜の不連続点の増大が観察された。また通電前後の電気抵抗の測定でも膜厚分布±５０％以下のものは抵抗値に殆ど変化がなかったが、膜厚分布±７０％のものでは通電前後で約１０％の抵抗値の上昇が計測された。
　【００２７】
　この結果を説明する要因としては元来、電極形成に際して厚み分布が±７０％生じるということは電極形成の手法・条件に難点があり、膜厚の厚い部分と薄い部分とでは膜質そのものに差異が生じるのだと考えられる。従って平均膜厚に対して±５０％以上の膜厚分布が生じるような電極形成手法・条件を用いて電極形成を行うことは、本実施例の液滴噴射装置の駆動電極の形成法としては利用できないと考えられる。つまり電極層の平均膜厚に対する膜厚分布は少なくとも±５０％以下であることが望ましい。但し電極を形成する方法によっては形成された電極のエッジ部の膜厚が連続的に薄くなっていく場合が生じるが、薄くなった部分は圧電材料の壁の変形に対しては電極として有効には作用しないと考えられるので、上記限定範囲に含まれる必要はないと思われる。
　【００２８】
　従って、本実施例の液滴噴射装置においては、電極層の平均膜厚に対する膜厚分布が±５０％以下となるよう構成した。これにより、安定した液滴噴射が実現可能な液滴噴射装置を得ることが出来た。
　【００２９】
　次に形成される電極の圧電材料の壁の高さ方向の電極深さの設定値に対する許容幅の範囲を把握する実験を行った。図９〜１２に圧電材料の壁２１の側面に形成された駆動電極２５の電極深さの状態を示す。図９に示したように圧電材料の壁２１の高さｈに対して電極深さｄの設定値がｄ＝０．５・ｈの場合を考えると、電極深さのばらつきは図１０〜１２で示したように３つの場合が考えられる。図１０は設定より電極深さｄが浅くなった場合（ｄ＜０．５・ｈ）、図１１は設定値より電極深さｄが深くなった場合（ｄ＞０．５・ｈ）、図１２は左右の電極深さが異なった場合を各々表す。
　【００３０】
　実験サンプルとしてはｗ＝０．１ｍｍ、ｈ＝０．５ｍｍ、Ｌ＝８ｍｍの圧電セラミックス材料の壁を準備した。該圧電セラミックス材料の壁の側面に厚さｔ＝０．６４μｍのアルミニュウム電極をスパッタ法、真空蒸着法等の乾式法にて形成することで電極深さｄ＝２５０μｍのサンプルを基準にｄ＝１５０、１７５、２００、２２５、２７５、３００、３２５、３５０μｍのサンプル（図１０、１１対応）およびｄ＝（２２５，２７５）、（２００，３００）、（１７５，３２５）、（１５０、３５０）のサンプル（図１２対応）を作製した。図１３に上記サンプルに駆動電圧を印加しそのときの最大変位及び溝容積の容積変化を測定しｄ＝２５０のサンプルのデータを１００とした時の各電極深さのサンプルのデータを％で表した。最大変位及び溝容積の容積変化は、図１４に示すようにカバープレート１０を接着した上記サンプルを斜め切断し、５０Ｖの駆動電圧を印加し、壁を変形させその変位量をレーザ変位計を用いて、壁高さ方向に１０μｍ毎にステップ的に走査させながら測定した。得られたデータの変位量の最大値を最大変位とし、容積変化は得られた変位分布の積分値とした。
　【００３１】
　図１３から明らかなように最大変位に対する電極深さの影響は容積変化に対する影響に較べて小さい傾向がある。実験結果から電極深さｄが設定値に対して±３０％であれば最大変位及び容積変化は変化率は約５％程度の範囲で収まる。本実施例の液滴噴射装置内の液滴噴射安定性、及び液滴噴射装置間の液滴噴射安定性を考えると安定した圧力の発生が必要であり、その実現には圧電材料の壁の最大変位及び容積変化は５％以内の範囲で実現されることが望ましく、そのためには電極深さの精度は設定値に対して±３０％の範囲であることが必要であると考えられる。
　【００３２】
　従って、本実施例の液滴噴射装置においては、電極深さの精度が設定値に対して±３０％の範囲となるよう構成した。これにより、安定した液滴噴射が実現可能な液滴噴射装置を得ることが出来た。
　【００３３】
　【発明の効果】
　以上説明したことから明かなように、本発明の液滴噴射装置は圧電材料の壁に形成された駆動電極の厚みと該壁の幅寸法との比が１／１０以下であることで、圧電材料と電極材料のヤング率の違いがあるがそれに影響されることなく圧電材料の壁に効率のよい変形を生じさせることができ、駆動電極の厚みの
分布が平均厚みに対して±５０％以下であることで、駆動電極の不連続が発生することによる電気抵抗の増大をほとんどなくすることができ
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　本発明の一実施例の液滴噴射装置の概略構成図である。
　【図２】
　本実施例の液滴噴射装置の壁、溝の状態を表す断面図である。
　【図３】
　本実施例の液滴噴射装置の電圧印加時の壁、溝の状態を表す断面図である。
　【図４】
　本実施例の液滴噴射装置の圧電材料の壁、駆動電極の斜視図である。
　【図５】
　駆動電極厚みと比抵抗の関係図である。
　【図６】
　本実施例の液滴噴射装置の圧電材料の壁に形成された電極の概念図である。
　【図７】
　駆動電極厚みと変形効率の関係図である。
　【図８】
　駆動電極相対密度と耐食性の関係図である。
　【図９】
　本実施例の液滴噴射装置の圧電材料の壁の両側面に形成された駆動電極を示す図である。
　【図１０】
　本実施例の液滴噴射装置の圧電材料の壁の両側面に形成された駆動電極を示す図である。
　【図１１】
　本実施例の液滴噴射装置の圧電材料の壁の両側面に形成された駆動電極を示す図である。
　【図１２】
　本実施例の液滴噴射装置の圧電材料の壁の両側面に形成された駆動電極を示す図である。
　【図１３】
　駆動電極深さと最大変位量及び容積変化の関係図である。
　【図１４】
　圧電材料の壁の変位量測定方法の概略図である。
　【符号の説明】
　２　　圧電素子（アクチュエータ）
　２１　圧電材料の壁
　２２　溝
　２５　駆動電極