(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の圧電素子形成部材を一度に良好に櫛歯状に切り分けることができる圧電素子ユニットの製造方法を提供する。【解決手段】一対のローラ１０１，１０２に巻きかけられたワイヤソー１０４に対向して個別電極層及び個別電極層と圧電材料層とを有する圧電素子形成部材１３を複数並列させて配置し、圧電素子形成部材１３を移動させて走行中のワイヤソー１０４に接触させることで各圧電素子形成部材１３に複数のスリットを同時に形成して圧電素子形成部材１３を櫛歯状に切り分けて圧電素子の列を形成する際、圧電素子形成部材１３の移動を一定期間停止した状態で圧電素子形成部材１３をワイヤソー１０４によって切り分ける停止切り工程を所定のタイミングで実施する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
個別電極層及び共通電極層と圧電材料層とを有する圧電素子形成部材を櫛歯状に切り分けた複数の圧電素子を有する圧電素子ユニットの製造方法であって、
一対のローラに巻きかけられたワイヤソーに対向して前記圧電素子形成部材を複数並列させて配置し、当該圧電素子形成部材を移動させて走行中の前記ワイヤソーに接触させることで各圧電素子形成部材に複数のスリットを同時に形成して当該圧電素子形成部材を櫛歯状に切り分けて圧電素子の列を形成する際、
前記圧電素子形成部材の移動を一定期間停止した状態で当該圧電素子形成部材を前記ワイヤソーによって切り分ける停止切り工程を所定のタイミングで実施することを特徴とする圧電素子ユニットの製造方法。
【請求項２】
前記停止切り工程を、各スリットに対応する前記ワイヤソーの何れかが前記スリットの終端部に達した段階で少なくとも実施することを特徴とする請求項１に記載の圧電素子ユニットの製造方法。
【請求項３】
前記停止切り工程を複数回実施することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電素子ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電材料層に電圧を印加することによって変位する圧電素子を具備する圧電素子ユニットの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を用いた装置としては、ノズル開口と連通する圧力発生室の一部を振動板で構成し、この振動板を圧電素子により変形させて圧力発生室の液体、例えば、インクを加圧してノズル開口から液滴を吐出させる液体噴射ヘッド等が挙げられ、その一つとして、軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電素子（圧電振動子）を使用したものがある。このような縦振動モードの圧電素子としては、共通内部電極と個別内部電極とを圧電材料を挟んで積層した圧電素子形成部材（圧電振動板）を固定基板に固定し、圧電素子形成部材をワイヤソー装置によって櫛歯状に切り分けることによって形成したものがある。すなわち、縦振動モードの圧電素子としては、複数の圧電素子が一体的に形成された圧電素子（圧電振動子）ユニットとして構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１２９４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この圧電素子ユニットは、上述したようにワイヤソー装置によって圧電素子形成部材を櫛歯状に切り分けることによって形成される。一般的には、例えば、圧電素子ユニットを複数並設した状態で固定し、複数の圧電素子ユニット（圧電素子形成部材）を同時に加工している。しかしながら、このように複数の圧電素子ユニットを同時に加工すると、ワイヤソーが圧電素子形成部材との接触による負荷によって撓んでしまい、各圧電素子ユニットでスリットの深さにばらつきが生じてしまうという問題がある。
【０００５】
なお、このような問題を解消するために、ワイヤソーのテンションを上げることが考えられるが、ワイヤソーが切れやすくなってしまうため好ましくない。また、加工速度を低下することも考えられるが、ワイヤソーがぶれてしまい圧電素子の幅にばらつきが生じやすくなるため好ましくない。さらに、ワイヤソーが巻きかけられているローラの間隔を短くすることも考えられるが、装置自体を変更する必要があり、さらには一度に製造できる圧電素子ユニットの数も少なくなり、コストが増加してしまうため好ましくない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、複数の圧電素子形成部材を一度に良好に櫛歯状に切り分けることができる圧電素子ユニットの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明は、個別電極層及び共通電極層と圧電材料層とを有する圧電素子形成部材を櫛歯状に切り分けた複数の圧電素子を有する圧電素子ユニットの製造方法であって、一対のローラに巻きかけられたワイヤソーに対向して前記圧電素子形成部材を複数並列させて配置し、当該圧電素子形成部材を移動させて走行中の前記ワイヤソーに接触させることで各圧電素子形成部材に複数のスリットを同時に形成して当該圧電素子形成部材を櫛歯状に切り分けて圧電素子の列を形成する際、前記圧電素子形成部材の移動を一定期間停止した状態で当該圧電素子形成部材を前記ワイヤソーによって切り分ける停止切り工程を所定のタイミングで実施することを特徴とする圧電素子ユニットの製造方法にある。
かかる本発明では、各圧電素子ユニットに形成されるスリットの深さのばらつきを容易且つ確実に抑えることができる。また、比較的短い加工時間でスリットを良好に形成することができ、製造効率が向上する。
【０００８】
ここで、前記停止切り工程を、各スリットに対応する前記ワイヤソーの何れかが前記スリットの終端部に達した段階で少なくとも実施することが好ましい。これにより、各圧電素子ユニットに形成されるスリットの深さのばらつきをさらに確実に抑えることができる。
【０００９】
また、前記停止切り工程を複数回実施することが好ましい。これにより、スリットの深さ方向のばらつきを抑えることができると共に、スリットの加工精度を向上することができる。例えば、圧電素子ユニットに形成される各スリットを、略一定幅で直線的に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の製造方法によって製造された圧電素子ユニットの一例を示す斜視図であり、図２は、図１の平面図及び断面図である。
【００１１】
図１及び図２に示すように、圧電素子ユニット１０は、複数の圧電素子１１がその幅方向に並設された列１２を有する圧電素子形成部材１３と、圧電素子形成部材１３の基端部と接合されて先端部を自由端として固定する固定基板１４とを有し、例えば、インクジェット式記録ヘッド等の液体噴射ヘッドに搭載される。
【００１２】
圧電素子形成部材１３は、例えば、圧電材料層１５と、圧電素子１１の２つの極を構成する内部電極１６，１７とを有する。すなわち、圧電素子形成部材１３は、圧電材料層１５と、隣接する圧電素子１１と電気的に独立する個別電極を構成する内部電極１６と、隣接する圧電素子１１と電気的に共通する共通電極を構成する内部電極１７とを交互に挟んで積層することにより形成されている。勿論、圧電素子形成部材１３は、この構成に限定されるものではなく、個別電極層及び共通電極層と圧電材料層とを有するものであればよい。この圧電素子形成部材１３は、詳しくは後述するが、ワイヤソー装置によって複数のスリット１８を形成することで櫛歯状に切り分けられ、圧電素子１１の列１２が設けられている。また、圧電素子１１の列１２の両側には、圧電素子１１と同様に圧電素子形成部材１３を櫛歯状に切り分けることによって形成され、各圧電素子１１よりも広い幅を有する位置決め部１９が設けられている。なお、この位置決め部１９は、圧電素子ユニット１０をインクジェット式記録ヘッド等に組み込む際に、圧電素子ユニット１０を高精度に位置決めするために設けられている。
【００１３】
ここで、各圧電素子１１の個別電極となる内部電極１６は、基本的には圧電素子形成部材１３の略全面に亘って設けられているが、固定基板１４の端面近傍に対向する領域で先端側と基端部側とが分離して設けられている。一方、共通電極となる内部電極１７も、基本的に圧電素子形成部材１３の略全面に亘って設けられているが圧電素子１１の先端部近傍で内部電極１６と同様に分離されている。すなわち、圧電素子１１の固定基板１４に接合される領域は、振動に寄与しない不活性領域となっており、圧電素子１１を構成する両極の内部電極１６，１７間に電圧を印加すると、固定基板１４に接合されていない先端部側のみが振動する。
【００１４】
また、圧電素子形成部材１３の外表面には、内部電極１６，１７と接続される外部電極層２０が形成されている。また、圧電素子形成部材１３の少なくとも圧電素子１１の列１２に対応する領域の基端部側には、外部電極層２０が存在しない電極非形成部２１が存在する。そして、この電極非形成部２１に対向する領域に達する長さで複数のスリット１８が形成され、外部電極層２０はこのスリット１８及び電極非形成部２１によって、圧電素子１１毎に分離され、隣接する圧電素子１１と電気的に独立する個別外部電極２２と、隣接する圧電素子１１と電気的に共通する共通外部電極２３とを構成する。
【００１５】
以下、このような圧電素子ユニットの形成方法について説明する。なお、図３は、圧電素子ユニットの製造工程を示す断面図であり、図４は、ワイヤソー装置の一例を示す概略図であり、図５は、圧電素子形成部材の切り分け加工工程を示す概略図である。
【００１６】
まず、図３（ａ）に示すように、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電材料層１５と内部電極１６，１７とを交互にサンドイッチ状に挟んで積層して圧電素子形成部材１３を形成する。なお、圧電材料層１５の材料は、勿論、チタン酸ジルコン酸鉛に限定されるものではない。次に、図３（ｂ）に示すように、このように積層形成した圧電素子形成部材１３の表面に外部電極層２０を形成する。例えば、所定パターンのマスク部材を介して外部電極用材料を蒸着することにより、圧電素子形成部材１３の表面の所定領域に外部電極層２０を形成する。
【００１７】
次に、図３（ｃ）に示すように、圧電素子形成部材１３の基端部側の底面に固定基板１４を接合して圧電素子ユニット１０を形成する。なお、この固定基板１４は、特性の問題から比重が重く且つ硬い材料、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）又はタングステン合金等の金属を用いることが好ましい。
【００１８】
なおこの段階では、圧電素子形成部材１３には圧電素子が形成されておらず、最終的に圧電素子形成部材１３を櫛歯状に切り分けることによって、圧電素子１１の列１２を有する圧電素子ユニット１０となる。すなわち、圧電素子形成部材１３を固定基板１４に接合した後、この圧電素子形成部材１３にワイヤソー装置を用いて複数のスリット１８を形成することで圧電素子ユニット１０が形成される。
【００１９】
そして、本発明では、このように圧電素子形成部材１３に複数のスリット１８を形成する加工、すなわち、圧電素子形成部材１３を櫛歯状に切り分ける加工を、複数の圧電素子ユニット１０（圧電素子形成部材１３）を並列させた状態で実施している。
【００２０】
ここで、圧電素子形成部材１３の加工に用いられるワイヤソー装置１００は、例えば、図４に示すように、第１〜第３のローラ１０１〜１０３とこれら第１〜第３のローラ１０１〜１０３に巻きかけられたワイヤソー１０４とを有する。この第１のローラ１０１と第２のローラ１０２との間に巻きかけられたワイヤソー１０４の下側には、加工対象である複数の圧電素子形成部材１３が固定されるテーブル１０５が設けられている。具体的には、このテーブル１０５上の加工パレット２００に複数の圧電素子形成部材１３が固定されるようになっている。そして、これら複数の圧電素子形成部材１３が配されたテーブル１０５はワイヤソー１０４に対して略直交する方向（図中上下方向）に移動可能に設けられている。またワイヤソー１０４は、圧電素子形成部材１３に形成される各スリット１８に対応する部分では、第１のローラ１０１と第２のローラ１０２とに一定間隔で巻きかけられており、圧電素子形成部材１３の両端部に対応する部分等のスリット１８を形成しない部分では、第１〜第３のローラ１０１〜１０３に巻きかけられている。なお、例示したワイヤソー装置１００は、１本のワイヤソー１０４が、第１〜第３のローラ１０１〜１０３に螺旋状に巻きかけられたものであるが、勿論、ワイヤソー装置は、複数のワイヤソーが第１及び第２のローラに、各スリットに対応して巻きかけられたものであってもよい。
【００２１】
そして、図５に示すように、加工パレット２００によってテーブル１０５上に固定された複数の圧電素子形成部材１３に、一対のローラ、すなわち、第１のローラ１０１と第２のローラ１０２とに巻きかけられたワイヤソー１０４を接触走行させることによって、各圧電素子形成部材１３にスリット１８を形成してこの圧電素子形成部材１３を櫛歯状に切り分ける切り分け加工工程を実施する。これにより、各圧電素子形成部材１３に圧電素子１１の列１２が形成される。具体的には、第１〜第３のローラ１０１〜１０３を回転させてワイヤソー１０４を走行させながら、テーブル１０５をワイヤソー１０４に向かって（図５中上方）に移動させる。そして、スラリーを供給しながらワイヤソー１０４を圧電素子形成部材１３に接触させることで圧電素子形成部材１３の切断が開始される。その後、ワイヤソー１０４を圧電素子形成部材１３に接触させた状態でテーブル１０５をさらに上方に移動させる。これにより、圧電素子形成部材１３に複数のスリット１８が形成されて圧電素子形成部材１３が櫛歯状に切り分けられる。本実施形態では、圧電素子形成部材１３と共に固定基板１４の一部にスリット１８が形成されている。
【００２２】
このように圧電素子形成部材１３にスリット１８を形成する際、本発明では、所定のタイミングでテーブル１０５の移動を一定期間停止するようにした。つまり圧電素子形成部材１３の移動を一定期間停止した状態で、圧電素子形成部材１３をワイヤソー１０４によって切り分ける停止切り工程を実施するようにしている。
【００２３】
このような停止切り工程を実施することで、この停止切り工程実施中に、ワイヤソー１０４の撓み量が減少する。例えば、図６（ａ）に示すように、停止切り工程開始時には、ワイヤソー１０４の撓み量は比較的大きいが、図６（ｂ）に示すように、停止切り工程終了時にはワイヤソー１０４の撓み量は大幅に減少してほぼ直線状となる。したがって、圧電素子形成部材１３にスリット１８を良好に形成することができる。すなわち、各圧電素子形成部材１３に形成されるスリット１８の切り込み深さを均一化することができる。
【００２４】
図７は、スリット加工の最終段階で、約１８０秒間停止切り工程を実施したときの固定基板の切り込み深さを示すグラフである。また、図８は、停止切り工程を実施しなかった場合の固定基板の切り込み深さを示すグラフである。なお、これら図７及び図８の横軸は、加工パレット２００に並設された各圧電素子ユニットの並び番号であり、縦軸は固定基板の切り込み深さｄ（図２参照）である。
【００２５】
停止切り工程を実施した場合、図７に示すように、固定基板１４の切り込み深さｄのばらつきは、最大でも０．０４ｍｍ以下であり極めて小さかった。これに対し、停止切りを実施しなかった場合、図８に示すように、固定基板１４の切り込み深さｄのばらつきは、最大で０．１３ｍｍ程度と比較的大きかった。この結果からも明らかなように、本発明によれば、圧電素子形成部材１３のスリット１８の切り込み深さがほぼ均一化される。インク滴などの液滴の吐出特性に大きな影響を与える固有振動周期のばらつきは各圧電素子１１の大きさのばらつきが発生原因となるが、これにより、各圧電素子ユニット１０を構成する各圧電素子１１の固有振動周期が均一化される。したがって、このような圧電素子ユニット１０を、例えば、インクジェット式記録ヘッド等の各種液体噴射ヘッドに採用することで、各液体噴射ヘッドの吐出特性を均一化することができる。
【００２６】
なお、停止切り工程を実施するタイミングは、特に限定されないが、圧電素子形成部材１３に形成される各スリット１８に対応するワイヤソー１０４の何れかがスリット１８の終端部に達した段階、つまりスリット加工の最終段階で少なくとも実施することが好ましい。
【００２７】
また、停止切り工程の回数も特に限定されないが、所定間隔で複数回実施することが好ましい。これにより、各スリット１８の深さを均一化することができると共に、スリット１８を湾曲させることなく直線状に形成することができる。
【００２８】
ここで、停止切り工程を実施しない場合には、例えば、図９に示すように、加工中にスリット１８が湾曲したり、或いはスリット１８の幅がその深さ方向で不均一になったりする虞がある。このような現象は、位置決め部１９近傍で特に発生し易い。しかしながら、所定のタイミングで停止切り工程を実施することで、このようなスリット１８の湾曲や、スリット１８の幅の深さ方向のばらつきを防止することができる。
【００２９】
なお、テーブル１０５の移動速度をかなり遅くすることで、圧電素子形成部材１３にスリット１８を良好に形成することはできるが、加工時間が極めて長くなり製造効率が低下してしまう。これに対し、本発明の方法では、このようにテーブル１０５の移動速度を遅くするよりも短時間で、同等の加工精度で各スリット１８を形成することができる。
【００３０】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、圧電素子形成部材１３を櫛歯状に切り分ける際、本実施形態では、圧電素子形成部材１３が固定されたテーブル１０５を移動させるようにしたが、勿論、テーブル１０５を固定してワイヤソー１０４側を移動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】圧電素子ユニットの一例を示す斜視図である。
【図２】圧電素子ユニットの一例を示す平面図及び断面図である。
【図３】圧電素子ユニットの製造工程を示す断面図である。
【図４】ワイヤソー装置の一例を示す概略図である。
【図５】切り分け加工工程を説明する概略図である。
【図６】停止切り工程を説明する概略図である。
【図７】停止切り工程実施による固定基板の切り込み深さを示すグラフである。
【図８】停止切り工程不実施による固定基板の切り込み深さを示すグラフである。
【図９】従来技術に係る製造方法によるスリット形状を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  圧電素子ユニット、  １１  圧電素子、  １３  圧電素子形成部材、  １４  固定基板、  １８  スリット、  １００  ワイヤソー装置、  １０１  第１のローラ、  １０２  第２のローラ、  １０３  第３のローラ、  １０４  ワイヤソー、  １０５  テーブル、  ２００  加工パレット
【図１】
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【図２】
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【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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