(57)【要約】【課題】多層構造の圧電素子を用いた液体噴射ヘッドにおいて、製造効率を高める。【解決手段】素子形成工程は、セラミックスシート１８の表面に共通下電極を形成する第１工程と、共通下電極に積層させて下層圧電体を形成する第２工程と、下層圧電体に積層させて駆動電極を形成する第３工程と、駆動電極を覆うように下層圧電体に積層させて上層圧電体を形成する第４工程と、上層圧電体の表面に共通上電極を形成する第５工程とからなり、前記第１工程、第３工程、第５工程にて形成される各電極の形成範囲Ｒを、チップ領域１９よりも内側に設定する。【選択図】　　　図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板基材の表面にチップ領域毎に区分けした状態で複数の圧電素子を設けてアクチュエータ母部材を作製する母部材作製工程と、
アクチュエータ母部材を前記チップ領域毎に切断する切断工程とを経て製造される圧電アクチュエータの製造方法において、
前記母部材作製工程にて、振動板基材の表面に圧電素子を設ける素子形成工程を行い、
該素子形成工程は、少なくとも、
振動板基材の表面に共通下電極を形成する第１工程と、
共通下電極に積層させて下層圧電体を形成する第２工程と、
下層圧電体に積層させて駆動電極を形成する第３工程と、
駆動電極を覆うように下層圧電体に積層させて上層圧電体を形成する第４工程と、
上層圧電体の表面に共通上電極を形成する第５工程とを含み、
前記第１工程、第３工程、第５工程にて形成される各電極の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定し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２】
前記素子形成工程の後であって切断工程よりも前に、前記駆動電極へ駆動信号を供給するための供給端子を各圧電素子毎に形成する供給端子形成工程を行い、
該供給端子形成工程で形成する供給端子の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定した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の製造方法。
【請求項３】
振動板表面に圧電素子が圧力室毎に形成された圧電アクチュエータを駆動源として備え、
振動板基板の表面に、チップ領域毎に区分けした状態で複数の圧電素子を設けてアクチュエータ母部材を作製する母部材作製工程と、
アクチュエータ母部材をチップ領域毎に切断して前記圧電アクチュエータを得る切断工程とを経て製造される液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記母部材作製工程にて、振動板基材の表面に圧電素子を設ける素子形成工程を行い、
該素子形成工程は、少なくとも、
振動板基材の表面に共通下電極を形成する第１工程と、
共通下電極に積層させて下層圧電体を形成する第２工程と、
下層圧電体に積層させて駆動電極を形成する第３工程と、
駆動電極を覆うように下層圧電体に積層させて上層圧電体を形成する第４工程と、
上層圧電体の表面に共通上電極を形成する第５工程とを含み、
前記第１工程、第３工程、第５工程にて形成される各電極の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定したことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】
前記素子形成工程の後であって切断工程よりも前に、前記駆動電極へ駆動信号を供給するための供給端子を各圧電素子毎に形成する供給端子形成工程を行い、
該供給端子形成工程で形成する供給端子の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定したことを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】
振動板基材と該振動板基材の表面にチップ領域毎に区分けした状態で設けられた複数の圧電素子とを少なくとも有するアクチュエータ母部材において、
前記圧電素子を、振動板基材から共通下電極、下層圧電体、駆動電極、上層圧電体、及び、共通上電極の順で積層された多層構造とし、
共通下電極、駆動電極、及び、共通上電極を、チップ領域の内側に形成したことを特徴とするアクチュエータ母部材。
【請求項６】
前記各圧電素子毎に設けられて駆動電極へ駆動信号を供給するための供給端子をチップ領域よりも内側に形成したことを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ母部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動信号の供給によって変形する圧電素子を駆動源とする圧電アクチュエータの製造方法、及び、液体噴射ヘッドの製造方法、並びに、圧電アクチュエータの基となるアクチュエータ母部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電アクチュエータは、電気エネルギーの供給によって変形する圧電素子を備えた部材であり、例えば、液体噴射ヘッド、マイクロポンプ、発音体（スピーカ等）等の部品として広く用いられている。ここで、圧電素子は、圧電効果を示す圧電材料である、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、ＰｂＴｉＯ３などの金属酸化物の粉末を圧縮焼成した圧電セラミックス、または高分子化合物を利用した圧電性高分子膜などから成る。また、液体噴射ヘッドは、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させるものであり、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレーの製造に用いられる液晶噴射ヘッド、カラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド等がある。また、マイクロポンプは、極く微量の液体を扱うことができる超小型のポンプであり、例えば、極く少量の薬液を送出する際に用いられる。
【０００３】
この圧電アクチュエータは圧力室となる空部を有する圧力室形成基板に取り付けられ、圧力室の一部を振動板で区画する。そして、液滴を吐出したり、液体を送出したりする際には、圧電素子に駆動パルスを供給してこの圧電素子及び振動板（即ち、圧力室の変形部分）を変形させ、圧力室の容積を変化させる。
【０００４】
これらの液体噴射ヘッドやマイクロポンプにおいては、圧電素子の高周波駆動に対する強い要請がある。これは、液滴の高周波吐出を実現したり、送液能力を高めたりするためである。そして、圧電素子の高周波駆動を実現するためには、上記変形部分のコンプライアンスを従来よりも小さくし、且つ、圧電素子の変形量を従来よりも大きくする必要がある。これは、変形部分のコンプライアンスを小さくすると応答性が向上するため、従来よりも高い周波数での駆動が可能となること、及び、圧電素子の変形量を大きくすると圧力室の容積変化量が大きくなるため、吐出される液滴の量や送出される液体の量を増やすことができることによる。
【０００５】
そして、変形部分のコンプライアンスと圧電素子の変形量の相反する特性を充足するものとして、多層構造の圧電素子が提案されている。例えば、特開平２−２８９３５２号公報には、圧電体層を上層圧電体と下層圧電体の２層構造とし、上層圧電体と下層圧電体の境界に駆動電極（個別電極）を形成すると共に、上層圧電体の外表面と下層圧電体の外表面とにそれぞれ共通電極を形成した構造の圧電素子が開示されている。同様に、特開平１０−３４９２４号公報にも多層構造の圧電素子が開示されている。
【０００６】
上記多層構造の圧電素子では、上層圧電体と下層圧電体の境界に駆動電極が設けられているので、各層の圧電体には、駆動電極から各共通電極までの間隔（即ち、各層圧電体の厚さ）と、駆動電極と各共通電極の電位差とによって定まる強さの電場が付与される。このため、共通電極と駆動電極とで単層の圧電体を挟んだ単層構造の圧電素子と比べた場合、圧電素子全体の厚さを多少厚くして変形部分のコンプライアンスを小さくしても、従来と同じ駆動電圧で大きく変形させることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−２８９３５２号公報
【特許文献２】
特開平１０−３４９２４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記多層構造の圧電素子を用いた製品は、現実に市販されるまでに至っていない。このため、実際の製品としては、単層の圧電体を共通電極と駆動電極とで挟んだ単層構造の圧電素子を用いることを余儀なくされている。これには種々の要因が考えられるが、効率よく製造することが困難であったことも一因と考えられる。
【０００９】
例えば、上記の圧電アクチュエータを量産するにあたり、圧電アクチュエータを個々に作製していたのでは効率が悪い。そして、圧力室、圧電素子、及び、供給端子等をセラミックスシートに複数ユニット分設け、このセラミックスシートを切断するようにした場合、セラミックスシートから圧電アクチュエータを切断する際に電極材料が切断刃に付着してしまう虞がある。そして、電極材料が切断刃に付着してしまうと、切断刃の切れ味が損なわれてしまったり、刃に付着した電極材料を掃除する必要が生じたりして、製造効率の低下を招いてしまう。さらに、切断時に生じた切粉（切かす）によって短絡が生じてしまう可能性もある。
【００１０】
ここで、電極材料が切断刃に付着するのは、例えば、圧電素子に電気信号を供給するための供給端子を極力大きく設けるためである。即ち、上記の圧電素子を作製するにあたり、その品質管理の一貫として静電容量の測定がなされるが、この静電容量の測定には供給端子が用いられる。そして、測定装置のプローブを確実に接触させるためには供給端子を極力大きく設ける必要があり、この供給端子の一部をセラミックスシートにおける切断予定線（圧電アクチュエータの外形線）を越えて外側まで形成する。また、この供給端子は、各圧電素子に駆動信号を供給するためのものであるので、配線部材の接点端子と導通、即ち、電気的に接続した状態にされる。このため、供給端子を切断する構成にすると、この供給端子が圧電アクチュエータの外形線まで設けられ、接点端子との導通を確実にすることができる。しかし、このように接点端子を設けてしまうと、上記したように、製造効率の観点から好ましくない。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造効率を高めることができる圧電アクチュエータの製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。また、それに適した構造のアクチュエータ母部材を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載の発明は、振動板基材の表面にチップ領域毎に区分けした状態で複数の圧電素子を設けてアクチュエータ母部材を作製する母部材作製工程と、
アクチュエータ母部材を前記チップ領域毎に切断する切断工程とを経て製造される圧電アクチュエータの製造方法において、
前記母部材作製工程にて、振動板基材の表面に圧電素子を設ける素子形成工程を行い、
該素子形成工程は、少なくとも、
振動板基材の表面に共通下電極を形成する第１工程と、
共通下電極に積層させて下層圧電体を形成する第２工程と、
下層圧電体に積層させて駆動電極を形成する第３工程と、
駆動電極を覆うように下層圧電体に積層させて上層圧電体を形成する第４工程と、
上層圧電体の表面に共通上電極を形成する第５工程とを含み、
前記第１工程、第３工程、第５工程にて形成される各電極の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定したことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法である。
【００１３】
なお、「振動板基材」とは、圧電アクチュエータの振動板となるシート状部材、即ち切断加工される前の振動板である。また、「チップ領域」とは、圧電アクチュエータの一単位に対応する領域、つまり、１つの圧電アクチュエータとなる領域を意味する。例えば、アクチュエータ母部材から圧電アクチュエータを切り出す際の切断予定線によって区画（囲繞）される領域が該当する。また、「アクチュエータ母部材」とは、圧電アクチュエータに切断加工される前の部材を意味する。さらに、「上、下」とあるのは、振動板（振動板基材）を基準とした位置関係を示している。即ち、「上」とあるのは振動板から遠い側を示し、「下」とあるのは振動板に近い側を示している。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記素子形成工程の後であって切断工程よりも前に、前記駆動電極へ駆動信号を供給するための供給端子を各圧電素子毎に形成する供給端子形成工程を行い、
該供給端子形成工程で形成する供給端子の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定した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の製造方法である。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、振動板表面に圧電素子が圧力室毎に形成された圧電アクチュエータを駆動源として備え、
振動板基板の表面に、チップ領域毎に区分けした状態で複数の圧電素子を設けてアクチュエータ母部材を作製する母部材作製工程と、
アクチュエータ母部材をチップ領域毎に切断して前記圧電アクチュエータを得る切断工程とを経て製造される液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記母部材作製工程にて、振動板基材の表面に圧電素子を設ける素子形成工程を行い、
該素子形成工程は、少なくとも、
振動板基材の表面に共通下電極を形成する第１工程と、
共通下電極に積層させて下層圧電体を形成する第２工程と、
下層圧電体に積層させて駆動電極を形成する第３工程と、
駆動電極を覆うように下層圧電体に積層させて上層圧電体を形成する第４工程と、
上層圧電体の表面に共通上電極を形成する第５工程とを含み、
前記第１工程、第３工程、第５工程にて形成される各電極の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定したことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記素子形成工程の後であって切断工程よりも前に、前記駆動電極へ駆動信号を供給するための供給端子を各圧電素子毎に形成する供給端子形成工程を行い、
該供給端子形成工程で形成する供給端子の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定したことを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法である。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、振動板基材と該振動板基材の表面にチップ領域毎に区分けした状態で設けられた複数の圧電素子とを少なくとも有するアクチュエータ母部材において、
前記圧電素子を、振動板基材から共通下電極、下層圧電体、駆動電極、上層圧電体、及び、共通上電極の順で積層された多層構造とし、
共通下電極、駆動電極、及び、共通上電極を、チップ領域の内側に形成したことを特徴とするアクチュエータ母部材である。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、前記各圧電素子毎に設けられて駆動電極へ駆動信号を供給するための供給端子をチップ領域よりも内側に形成したことを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ母部材である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、液体噴射ヘッドとして、プリンタやプロッタ等の画像記録装置に搭載される記録ヘッドを例に挙げて説明する。この記録ヘッドは、例えば、図１１に示すように、複数個のヘッド本体１…を備え、これらのヘッド本体１…を取付ベース６１に取り付けて構成されている。
【００２０】
次に、図１及び図２に基づき、ヘッド本体１の基本構造について説明する。このヘッド本体１は、流路ユニット２とアクチュエータユニット３とから概略構成されている。
【００２１】
流路ユニット２は、インク供給口（オリフィス）４及びノズル連通口５の一部となる通孔を開設した供給口形成基板６と、共通インク室（共通液室の一種）７となる通孔及びノズル連通口５の一部となる通孔を開設したインク室形成基板（液室形成基板の一種）８と、ノズル開口９…を副走査方向に沿って開設したノズルプレート１０とから構成されている。これらの供給口形成基板６、インク室形成基板８、及び、ノズルプレート１０は、例えば、ステンレス製の板材をプレス加工することで作製されている。そして、この流路ユニット２は、インク室形成基板８の一方の表面（図中下側）にノズルプレート１０を、他方の表面（同上側）に供給口形成基板６をそれぞれ配置し、これらの供給口形成基板６、インク室形成基板８、及び、ノズルプレート１０を接合することで作製される。例えば、シート状の接着剤によって各部材６，８，１０を接着することで作製される。
【００２２】
上記のノズル開口９は、図２に示すように、所定ピッチで複数個列状に開設される。そして、列設された複数のノズル開口９…によってノズル列１１が構成される。例えば、９２個のノズル開口９…で１つのノズル列１１が構成され、このノズル列１１が横並びに２列形成される。
【００２３】
アクチュエータユニット３は、ヘッドチップとも呼ばれる部材である。このアクチュエータユニット３は、圧力室１２となる通孔を開設した圧力室形成基板１３と、圧力室１２の一部を区画する振動板１４と、供給側連通口１５となる通孔及びノズル連通口５の一部となる通孔を開設した蓋部材１６と、圧力室１２とは反対側の振動板表面に形成された圧電素子１７とによって構成される。そして、これらの各部材１３，１４，１６の板厚に関し、圧力室形成基板１３、及び、蓋部材１６は、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上である。また、振動板１４は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３〜１２μｍ程度である。なお、このアクチュエータユニット３において、振動板１４及び圧電素子１７は、本発明の圧電アクチュエータユニットの一種である。
【００２４】
このアクチュエータユニット３は、圧力室形成基板１３の一方の表面に蓋部材１６を、他方の表面に振動板１４をそれぞれ配置し、圧力室１２とは反対側の振動板表面に複数の圧電素子１７…を設けている。そして、これらの圧力室形成基板１３、振動板１４、及び、蓋部材１６は、アルミナや酸化ジルコニウム等のセラミックスで作製されており、焼成によって一体化される（後述する）。
【００２５】
上記の圧力室１２は、ノズル列１１とは直交する方向に細長い空部であり、ノズル開口９に対応する複数形成されている。即ち、図２に示すように、ノズル列方向に列設されている。そして、各圧力室１２…の一端は、ノズル連通口５を通じて対応するノズル開口９に連通する。また、ノズル連通口５とは反対側の圧力室１２の他端は、供給側連通口１５及びインク供給口４を通じて共通インク室７に連通している。さらに、この圧力室１２の一部は、振動板１４によって区画されている。
【００２６】
上記の圧電素子１７は、所謂撓み振動モードの圧電素子であり、振動板１４の表面に圧力室１２毎に形成されている。図３及び図４に示すように、この圧電素子１７の幅は圧力室１２の幅と略等しく、長さは圧力室１２の長さよりも多少長い。また、この圧電素子１７の素子長手方向の両端部は、圧力室１２よりも外側に延出されている。即ち、圧電素子１７は、圧力室１２の長手方向を覆うように形成されている。
【００２７】
また、この圧電素子１７は、圧電体層３１と共通電極３２と駆動電極３３等によって構成される多層構造であり、駆動電極３３と共通電極３２とによって圧電体層３１を挟んでいる。なお、この圧電素子１７の構造については、後で詳しく説明する。
【００２８】
上記の駆動電極３３には、駆動信号の供給源（図示せず）が導通されている。即ち、この供給源と電気的に接続されている。また、共通電極３２は、例えば接地電位に調整されている。そして、この駆動電極３３に駆動信号が供給されると、駆動電極３３と共通電極３２との間には電位差に応じた強さの電場が発生する。この電場は圧電体層３１に付与されるので、圧電体層３１は駆動信号の供給によって変形する。この場合、駆動電極３３の電位を高くする程、圧電体層３１は電場と直交する方向に収縮し、圧力室１２の容積を少なくするように振動板１４を変形させる。反対に、駆動電極３３の電位を低くする程、圧電体層３１は電界と直交する方向に伸長し、圧力室１２の容積を増やすように振動板１４を変形させる。
【００２９】
そして、このアクチュエータユニット３と上記の流路ユニット２とは、後述する切断工程よりも後になされるユニット接合工程にて互いに接合される。このユニット接合工程では、例えば、供給口形成基板６と蓋部材１６との間にシート状接着剤を介在させ、この状態でアクチュエータユニット３を流路ユニット２側に加圧することで互いに接着される。
【００３０】
このヘッド本体１では、図１に示すように、共通インク室７からインク供給口４、供給側連通口１５、圧力室１２、及び、ノズル連通口５を通じてノズル開口９に至る一連のインク流路がノズル開口９毎に形成されている。使用時においてこのインク流路内はインクで満たされており、ノズル開口９からインク滴が吐出されると共通インク室７からインク流路内にインクが供給される。そして、圧電素子１７を変形させることで対応する圧力室１２が収縮或いは膨張し、圧力室１２内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル開口９からインク滴を吐出させることができる。例えば、定常容積の圧力室１２を一旦膨張させた後に急激に収縮させると、圧力室１２の膨張に伴ってインクが充填され、その後の急激な収縮によって圧力室１２内のインクが加圧されてインク滴が吐出される。
【００３１】
ここで、高速記録のためには、より多くのインク滴を短時間で吐出させる必要がある。この要求に応えるためには、圧力室１２における変形部分（圧電素子１７及び振動板１４によって区画されている部分）のコンプライアンスと、圧電素子１７の変形量とを考慮する必要がある。即ち、変形部分のコンプライアンスが大きくなる程、変形に対する応答性が悪くなり、高い周波数での駆動が困難になるからである。また、変形部分のコンプライアンスが小さくなる程、圧力室１２の収縮量が少なくなり、１滴のインク量が減ってしまうからである。
【００３２】
このような観点から、既に実用化されている撓み振動モードの圧電素子を用いた記録ヘッドでは、圧電素子は単層の圧電体を共通電極と駆動電極とで挟んだ単層構造のものが用いられており、最大応答周波数は２５ｋＨｚ程度、最大インク滴量は１３ｐＬ（ピコリットル）程度であった。
【００３３】
そして、本実施形態では、多層構造の圧電素子１７を用いて振動板１４のコンプライアンスを小さくし、さらに、この圧電素子１７の構造を改良することにより、必要量のインク滴を従来よりも高い周波数で吐出可能にした。以下、この点について説明する。
【００３４】
まず、圧電素子１７の構造について詳細に説明する。図３及び図４に示すように、圧電体層３１は、互いに積層された上層圧電体（外側圧電体）３４及び下層圧電体（内側圧電体）３５から構成される。また、共通電極３２は、共通上電極（共通外電極）３６及び共通下電極（共通内電極）３７から構成される。そして、この共通電極３２と駆動電極（個別電極）３３とが電極層を構成する。
【００３５】
なお、ここでいう「上（外）」或いは「下（内）」とは、振動板１４を基準とした位置関係を示している。即ち、「上（外）」とあるのは振動板１４から遠い側を示し、「下（内）」とあるのは振動板１４に近い側を示している。
【００３６】
上記の駆動電極３３は、上層圧電体３４と下層圧電体３５の境界にその全幅が上層圧電体３４によって覆われた状態で形成されている。そして、共通下電極３７は下層圧電体３５の下部、即ち、下層圧電体３５と振動板１４との間に、その全幅が下層圧電体３５によって覆われた状態で形成される。さらに、共通上電極３６は下層圧電体３５とは反対側の上層圧電体３４の表面に形成される。従って、この圧電素子１７は、振動板側から、共通下電極３７、下層圧電体３５、駆動電極３３、上層圧電体３４、共通上電極３６の順で積層された多層構造である。そして、圧電体層３１の厚さは上層圧電体３４と下層圧電体３５の２層を合計して約１７μｍであり、共通電極３２を含めた圧電素子１７の全体の厚さは約２０μｍである。なお、従来の単層構造の圧電素子１７にあっては、素子全体の厚さが約１５μｍである。従って、圧電素子１７の厚さが増したことから、その分だけ変形部分のコンプライアンスが小さくなっている。
【００３７】
上記の共通上電極３６と共通下電極３７は、駆動信号に拘わらず一定の電位に調整され、共通電極として機能する。本実施形態において、これらの共通上電極３６と共通下電極３７は互いに導通され、接地電位に調整される。上記の駆動電極３３は、駆動信号の供給源に導通され、供給された駆動信号に応じて電位を変化させる。従って、駆動信号の供給によって、駆動電極３３と共通上電極３６との間、及び、駆動電極３３と共通下電極３７との間には、それぞれ向きが反対の電場が生じる。
【００３８】
そして、これらの各電極３３，３６，３７を構成する材料としては、例えば、金属単体、合金、電気絶縁性セラミックスと金属との混合物等の各種導体が選択されるが、焼成温度において変質等の不具合が生じないことが要求される。本実施形態では、共通上電極３６に金を用い、駆動電極３３及び共通下電極３７に白金を用いている。
【００３９】
上記の上層圧電体３４と下層圧電体３５は共に、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料によって作製されている。そして、上層圧電体３４と下層圧電体３５とは分極方向が反対である。このため、駆動信号印加時の伸縮方向が上層圧電体３４と下層圧電体３５とで揃い、支障なく変形することができる。即ち、上層圧電体３４及び下層圧電体３５は、駆動電極３３の電位を高くする程に圧力室１２の容積を少なくするように振動板１４を変形させ、駆動電極３３の電位を低くする程に圧力室１２の容積を増やすように振動板１４を変形させる。
【００４０】
この多層構造の圧電素子１７を効率よく変形させるべく、本実施形態では、上層圧電体３４の厚さｔｐ１を下層圧電体３５の厚さｔｐ２の３／４以下に設定しており、駆動信号の供給に伴う上層圧電体３４の変形度合いを下層圧電体３５の変形度合いよりも大きくしている。即ち、同じ駆動信号が供給された場合に、上層圧電体３４を下層圧電体３５よりも大きく変形させるようにしている。このように、上層圧電体３４が下層圧電体３５よりも相対的に大きく撓むと、上層圧電体３４の方が振動板１４から離隔しているため、その変形量が増幅されて振動板１４に作用し、振動板１４の変形量を大きくすることができる。
【００４１】
そして、振動板１４を大きく変形できることから、収縮時における圧力室１２の容積をより小さくできる。従って、単に多層構造の圧電素子１７を用いた場合よりも、圧力室１２の膨張時と収縮時の容積差を広げることができ、インク滴の吐出量を増やすことができる。
【００４２】
また、上記の共通上電極３６には、他の電極（駆動電極３３，共通下電極３７）よりも薄く、柔軟性が高い電極材料を用いている。これは、この共通上電極３６が他の電極よりも大きく変形することに起因する。即ち、この共通上電極３６は、上層圧電体３４の表面に形成されているので、他の電極よりも大きく変形する。このため、共通上電極３６については、他の電極よりも柔らかい材料を用い、及び／又は、層厚を薄くすることで、変形の繰り返しによる破損を防止できる。また、層厚を薄くしても電気抵抗が過度に高くならないように、金のように導電性が良い電極材料を用いることが好ましい。
【００４３】
具体的に説明すると、電極材料に関しては、上記したように、共通上電極３６を金で作製し、駆動電極３３及び共通下電極３７を白金で作製している。そして、電極の厚さに関し、共通下電極３７及び駆動電極３３は２〜３μｍであるのに対し、共通上電極３６（ｔｅ１）はその１／１０程度（例えば、０．３μｍ）にする。この構成により、共通上電極３６を圧電素子１７に追従させて変形させることができ、圧電素子１７の変形量が損なわれてしまう不具合を防止できる。また、圧電素子１７の変形が繰り返し行われても断線等の故障が生じ難い。さらに、共通上電極３６を通じて電流を効率よく流すことができる。
【００４４】
上記の駆動電極３３は、例えば図５に示すように素子長手方向の一側に延出されており、圧電素子１７の端面で導通電極３９と導通する。そして、駆動電極３３は、この導通電極３９を通じて供給端子４０に導通される。この供給端子４０は、駆動信号を供給するための接点端子であり、駆動電極３３毎に複数形成されている。本実施形態では、この供給端子４０を銀ペーストを焼成することによって作製している。
【００４５】
各供給端子４０…には、フレキシブル・フラット・ケーブル（ＦＦＣ）が備える駆動信号供給用の接点端子（図示せず）が導通される。従って、駆動信号は、供給端子４０及び導通電極３９を通じて、対応する駆動電極３３に供給される。
【００４６】
なお、導通電極３９は、圧電素子１７の端面、振動板１４の表面、及び、供給端子４０が設けられる端子基板４１の表面に一連に形成されている。そして、上記したように、共通下電極３７も振動板１４の表面に形成されているが、導通電極３９と共通下電極３７との間には電極が形成されない断線領域Ｘを設けてあるので、導通電極３９と共通下電極３７とは電気的に絶縁されている。
【００４７】
ところで、上記したように、圧電素子１７はノズル開口９毎に形成されるので、圧電素子１７の数は１つのノズル列１１に対して９２個となる。そして、共通上電極３６と共通下電極３７は互いに導通されるが、即ち、電気的に接続されるが、両共通電極３６，３７を圧電素子１７毎に導通させたのでは作業効率が悪く、生産性の向上が図れない。
【００４８】
このような事情に鑑み、本実施形態では、共通上電極３６及び共通下電極３７を、基電極と複数の枝電極とからなる櫛歯状電極によって構成し、所定の検査・分極処理の後に基電極同士を導通させる構成としている。以下、この点について説明する。
【００４９】
共通上電極３６は、図７（ａ）に示すように、ノズル列方向に延設された帯状の基電極（幹電極）４２と、この基電極４２の一側から圧電素子１７（上層圧電体３４）の表面を覆うように一連に形成された複数の枝電極４３…とから構成された櫛歯状電極によって構成される。
【００５０】
上記の基電極４２は振動板１４の表面に形成されている。この基電極４２の幅は、全ての圧電素子１７…に対して同時に駆動信号が供給されても支障なく電流を流せるように、枝電極４３の幅よりも十分に広く設定されている。そして、この基電極４２の長手方向端部には、図７（ａ）に点線で示すように、導通領域４２ａを設けてある。この導通領域４２ａは、後述するように、共通上電極３６と共通下電極３７とを導通させる際に用いられる。また、各枝電極４３…は、図６に示すように、圧電体層３１の一端（基電極４２に近い側の端部）の傾斜面を通って上層圧電体３４の表面に形成される。
【００５１】
また、図５に示すように、各枝電極４３…の先端（基電極４２とは反対側の端部）は、上層圧電体３４の端面（供給端子４０に近い側の端面）よりも手前に位置している。これは、枝電極４３と駆動電極３３との短絡を防止するためである。即ち、各枝電極４３…の先端と駆動電極３３とを素子長手方向に離隔して配置することで、枝電極４３と駆動電極３３とが空中放電によって短絡してしまう不具合を防止することができる。
【００５２】
上記の共通下電極３７は、その全体が振動板１４の表面に形成され、図７（ｂ）に示すように、ノズル列方向に延設された帯状の基電極（幹電極）４４と、この基電極４４の一側から各圧電素子１７（下層圧電体３５）毎に形成された複数の枝電極４５…と、基電極４４の一端から枝電極４５とは反対側に延設された導通帯部４６とから構成された櫛歯状電極によって構成される。
【００５３】
基電極４４は、その幅が各枝電極４５…よりも十分に広く設定されている。これは、共通上電極の基電極４２と同様に、全ての圧電素子１７…に対して同時に駆動信号が供給されても支障なく電流を流せるようにするためである。そして、上記の枝電極４５は、圧電体層３１（下層圧電体３５）と振動板１４の間に位置し、図５に示すように、その先端（基電極４４とは反対側の端部）の素子長手方向の位置は、共通上電極３６の先端に揃えられている。
【００５４】
また、導通帯部４６は、共通下電極３７と共通上電極３６とを互いに導通させる際に用いられる。このため、導通帯部４６は上記の導通領域４２ａに近接した位置に形成されている。そして、図８（ｆ）に示すように、導通領域４２ａと導通帯部４６とを跨いだ状態で半田等の導通部材４７が設けられる。従って、これらの両共通電極３６，３７を導通させるにあたっては、導通領域４２ａと導通帯部４６とを跨ぐように導通部材４７を形成するだけで済み、作業の簡素化が図れ、且つ、自動化にも適する。
【００５５】
次に、上記した記録ヘッドの製造方法について、アクチュエータユニット３の製造方法を中心に説明する。このアクチュエータユニット３は、アクチュエータ母部材を作製する母部材作製工程と、アクチュエータ母部材をチップ領域１９（図１０参照）毎に切断する切断工程とを順に経て製造される。即ち、本実施形態では、アクチュエータユニット３を個々に製造するのではなく、母部材を作製した後にこの母部材から複数のアクチュエータユニット３…を切り出すようにし、製造効率の向上を図っている。
【００５６】
ここで、「アクチュエータ母部材」とは、圧電アクチュエータ（例えば、振動板１４及び圧電素子１７…）に切断加工する前の部材を意味し、振動板１４となるシート状セラミックス（以下、振動板基材ともいう。）と、この振動板基材の表面に設けられる圧電素子１７…と、供給端子４０…等を備える。そして、本実施形態では、母部材作製工程にて、このアクチュエータ母部材を含んで構成されたセラミックスシート１８を作製する。即ち、この母部材作製工程は、セラミックスのシート基体を作製するシート作製工程と、シート基体の表面に複数の圧電素子１７…をチップ領域１９毎に設ける素子形成工程と、複数の供給端子４０…を各圧電素子１７…毎に形成してセラミックスシート１８を作製する供給端子形成工程とを含み、これらの各工程を順に行う。
【００５７】
シート作製工程では、まず、セラミックス原料、バインダー及び液媒等によってセラミックスのスラリーを調整する。次に、ドクターブレード装置やリバースロールコーター装置等の一般的な装置を用いて、スラリーをグリーンシート（未焼成のシート材）に成形する。その後、このグリーンシートに対して切削や打ち抜き等の加工を施して必要な通孔等を形成し、圧力室形成基板１３、振動板１４、及び、蓋部材１６の各シート状前駆体を形成する。そして、各シート状前駆体を積層及び焼成することにより、各シート状前駆体は一体化されて１枚のシート基体となる。即ち、このシート基体は、圧力室形成板１３となるシート状部材（形成板基材）と、上記の振動板基材と、蓋部材１６となるシート状部材（蓋基材）とから構成される。この場合において、各シート状前駆体は一体焼成されるので、特別な接着処理が不要である。また、形成板基材、振動板基材、蓋基材同士の接合面において高いシール性を得ることもできる。
【００５８】
そして、図１０に示すように、１枚のシート基体には、矩形状のチップ領域１９がマトリクス状に複数設定される。ここで、「チップ領域」とは、１つのアクチュエータユニット３、即ち、圧電アクチュエータとなる領域を意味し、例えば、アクチュエータ母部材からアクチュエータユニット３を切り出す際の切断予定線Ｙ１，Ｙ２によって区画（囲繞）される領域が該当する。従って、上記の圧力室１２…やノズル連通口５…等は、各チップ領域１９…毎に区分けされた状態で、チップ領域１９の範囲内に設けられる。
【００５９】
本実施形態では、シート基体を作製した後に、まず端子基板４１を形成する。この端子基板４１は、圧力室１２側とは反対の振動板基体表面に形成され、例えば、セラミックスによって作製される。即ち、セラミックスのペーストを所定パターンに塗布した後に焼成することで端子基板４１が形成される。そして、端子基板４１を形成したならば、素子形成工程に移行する。
【００６０】
この素子形成工程では、振動板基材の表面に各圧電素子１７…を設ける。以下、図８を参照して、素子形成工程について説明する。この素子形成工程では、まず、図８（ａ）に示すように、振動板基材１４´の表面に共通下電極３７を形成する（第１工程）。本実施形態では、この共通下電極３７の形成を印刷によって行っている。従って、まず振動板基材１４´の所定位置にマスクを載置し、このマスクを介して白金ペーストを塗布する。振動板基材１４´の表面に白金ペーストを塗布したならば、この白金ペーストを焼成する。即ち、白金ペーストが塗布された振動板基材１４´を焼成炉に入れて所定温度で所定時間に亘って焼成する。この焼成により、振動板基材１４´の表面には共通下電極３７が形成される。
【００６１】
なお、この第１工程では、上記した導通電極３９の一部分も同時に形成される。図５に示すように、導通電極３９における振動板表面の部分（振動板部）３９ａと、端子基板表面の部分（端子基板部）３９ｂとが形成される。従って、この第１工程で使用されるマスクには、共通下電極３７用のパターンと、導通電極３９における振動板部３９ａ及び端子基板部３９ｂ用のパターンとが設けられている。
【００６２】
共通下電極３７を形成したならば、次に、図８（ｂ）に示すように、下層圧電体３５を形成する（第２工程）。即ち、振動板基材１４´の所定位置にマスクを載置した後、圧電材料（例えば、ジルコン酸チタン酸鉛）のペーストを共通下電極３７に重ねて塗布する。そして、塗布したペースト状の圧電材料を焼成する。
【００６３】
その後は、図８（ｃ）〜（ｅ）に示すように、同様な手順で駆動電極３３、上層圧電体３４、共通上電極３６を順に形成する（第３工程〜第５工程）。即ち、第３工程では下層圧電体３５に積層させて駆動電極３３を形成し、第４工程では駆動電極３３の全幅を覆うように下層圧電体３５に積層させて上層圧電体３４を形成し、第５工程では上層圧電体３４の表面に共通上電極３６を形成する。
【００６４】
なお、上記の第３工程では、上記した導通電極３９の一部分も併せて形成される。即ち、駆動電極３３と同じ電極材料を下層圧電体３５における一端側の側面（端面）にも一連に塗布する。これにより、導通電極３９における素子端面の部分（素子部）３９ｃが形成される。この素子部３９ｃは、その一部が上記の振動板部３９ａに接触し、この振動板部３９ａと導通される。
【００６５】
そして、この素子形成工程において、これらの各層、即ち、共通下電極３７、下層圧電体３５、駆動電極３３、上層圧電体３４、及び、共通上電極３６は、図１０に符号Ｒで示すように、その形成範囲がチップ領域１９よりも内側に設定される。
【００６６】
共通上電極３６を形成したならば、供給端子形成工程に移行して供給端子４０…を形成する。この供給端子形成工程では、圧電素子１７の導通電極側端部に近接させて供給端子４０を形成する。この供給端子４０の形成もペーストの塗布及び焼成によって行う。例えば、最初に、供給端子４０にあわせて形成したマスクパターンを導通電極３９が形成された後の端子基板４１上に載置する。マスクパターンを載置したならば、このマスクパターンを介して銀ペーストを端子基板４１上に塗布する。銀ペーストを塗布したならば、これらの銀ペーストを焼成して複数の供給端子４０…を得る。そして、各供給端子４０…も、圧電素子１７を構成する各層と同様に、チップ領域１９内に形成される。即ち、図１０に示す形成範囲Ｒ内に形成される。
【００６７】
ここで、パターンの印刷精度、及び、焼成収縮の制御精度を向上させたため（例えば、±１０μｍ）、チップ領域１９の縁から１０μｍ程度離れていれば、各供給端子４０…を形成することができる。そして、チップ領域１９の縁に近接して精度良く各供給端子４０…が形成できるようになったため、各供給端子４０…の一部についてチップ領域１９を越えて形成した後にチップ領域１９の縁に沿って切断したものと同じ形状のものができるようになった。
【００６８】
各供給端子４０…を形成したならば切断工程に移行する。この切断工程では、各チップ領域１９…の縁を通る切断線Ｙ１，Ｙ２（図１１参照）に沿ってセラミックスシート１８を切断し、アクチュエータユニット３…を得る。この場合において、上記したように、各電極層３３，３６，３７及び各層圧電体３４，３５や、導通電極３９及び供給端子４０が形成される形成領域Ｒは、チップ領域１９よりも内側に設定されている。このため、切断刃に電極材料が付着せずに良好な切れ味を長期間に亘って維持できる。また、各アクチュエータユニット３…を寸法精度良く切り出すこともできる。さらに、切粉が非導電性であるため、この切粉が万一振動板１４上の電極層等に付着してしまっても、短絡等の問題が起きにくい。また、金属層の切断によってバリができてしまう不具合を防止でき、以降においてヘッドの組み立て性がよい。
【００６９】
各アクチュエータユニット３…に切断したならば検査工程に移行し、圧電素子１７を構成する各層が正常に作製されたことを検査する。本実施形態では、圧電体層（アクト）の寸法（例えば、厚さや幅）に相関のある静電容量を、各層圧電体３４，３５毎に測定する。即ち、この検査工程では、まだ両共通電極３６，３７は導通されていないので、各層圧電体３４，３５毎に静電容量を測定することができる。
【００７０】
そして、全ての圧電素子１７…に対する検査が終わったならば、測定した静電容量に基づいて、そのアクチュエータユニット３が、良品、或いは、不良品であるのかを判断する。さらに、良品と判断されたアクチュエータユニット３については、測定された静電容量に基づいて分類する。例えば、アクチュエータユニット３毎の平均静電容量に基づくランク分けを行ったり、静電容量のばらつき範囲に基づくランク分けを行う。
【００７１】
アクチュエータユニット３を分類したならば、圧電素子１７を分極する分極工程を行う。この分極工程では、図９に示すように、共通上電極３６及び共通下電極３７を共に接地し、駆動電極３３を電源に接続し、圧電素子１７を分極する。
【００７２】
この場合において、分極処理は、使用予定の駆動電圧よりも十分に高い電圧で行われる。本実施形態では、駆動電圧が３０Ｖ前後であり、分極電圧は７０Ｖ前後に設定される。そして、この分極電圧を所定時間に亘って印加したならば、分極工程を終了する。
【００７３】
分極工程が終了したならば、導通工程に移行する。この導通工程では、図８（ｆ）に示すように、分極処理後のアクチュエータユニット３に対して半田付け等の導通処理を行い、共通上電極３６と共通下電極３７とを導通させる。例えば、導通領域４２ａと導通帯部４６とを跨いだ状態で半田やボンディングワイヤ等の導通部材４７を設ける。そして、この導通部材４７の形成により、アクチュエータユニット３の製造が終了する。
【００７４】
ところで、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
【００７５】
まず、上記実施形態における端子基板４２を導電性材料によって構成してもよい。例えば、この端子基板４２を供給端子４１と同じ導電性材料である銀ペーストによって作製してもよい。この場合、導通電極３９の端子基板部３９ｂも振動板基材１４´の表面に形成し、この端子基板部３９ｂの上に銀ペーストで端子基板４２を形成する。さらに、この端子基板４２に重ねて供給端子４１を銀ペーストで形成する。このように構成すると、供給端子４１と端子基板４２の両方が導電性材料で形成されるので、電気抵抗を低減することができる。
【００７６】
また、以上は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッドを例に挙げて説明したが、本発明は、液晶噴射ヘッドや色材噴射ヘッド等といった他の液体噴射ヘッドにも適用できる。また、マイクロポンプや発音体等に用いられる圧電アクチュエータにも適用できる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の効果を奏する。
【００７８】
即ち、第１工程、第３工程、第５工程にて形成される各電極の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定したので、セラミックスシートを切断する切断工程において、切断刃に電極材料が付着せずに良好な切れ味を長期間に亘って維持できる。これにより、量産時における製造効率を高めることができる。また、圧電アクチュエータを寸法精度良く切り出すこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヘッド本体の基本構造を説明する断面図である。
【図２】ヘッド本体をノズルプレート側から見た図である。
【図３】アクチュエータユニットの構造を説明する図であり、圧力室長手方向で切断した断面図である。
【図４】アクチュエータユニットの構造を説明する図であり、圧力室幅方向で切断した断面図である。
【図５】駆動電極の端部構造を説明する断面図である。
【図６】共通電極の端部構造を説明する断面図である。
【図７】共通電極の構造を説明する図であり、（ａ）は共通上電極の平面図、（ｂ）は共通下電極の平面図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は、圧電素子の作成過程を説明する模式図である。
【図９】圧電素子に対する分極処理を説明する模式図である。
【図１０】セラミックシートとチップ領域の位置関係を説明する模式図である。
【図１１】複数のヘッド本体を備えた記録ヘッドを説明する図である。
【符号の説明】
１　ヘッド本体
２　流路ユニット
３　アクチュエータユニット
４　インク供給口
５　ノズル連通口
６　供給口形成基板
７　共通インク室
８　インク室形成基板
９　ノズル開口
１０　ノズルプレート
１１　ノズル列
１２　圧力室
１３　圧力室形成基板
１４　振動板
１４´　振動板基材
１５　供給側連通口
１６　蓋部材
１７　圧電素子
１８　セラミックスシート
１９　チップ領域
３１　圧電体層
３２　共通電極
３３　駆動電極
３４　上層圧電体
３５　下層圧電体
３６　共通上電極
３７　共通下電極
３８　圧力室隔壁
３９　導通電極
４０　供給端子
４１　端子基板
４２　共通上電極の基電極
４３　共通上電極の枝電極
４４　共通下電極の基電極
４５　共通下電極の枝電極
４６　共通下電極の導通帯部
４７　導通部材
６１　取付ベース
【図１】
2004096071.tif 000003
【図２】
2004096071.tif 000004
【図３】
2004096071.tif 000005
【図４】
2004096071.tif 000006
【図５】
2004096071.tif 000007
【図６】
2004096071.tif 000008
【図７】
2004096071.tif 000009
【図８】
2004096071.tif 000010
【図９】
2004096071.tif 000011
【図１０】
2004096071.tif 000012
【図１１】
2004096071.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月10日(2003.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】振動板基材の表面にチップ領域毎に区分けした状態で複数の圧電素子を設けてアクチュエータ母部材を作製する母部材作製工程と、
アクチュエータ母部材を前記チップ領域毎に切断する切断工程とを経て製造される圧電アクチュエータの製造方法において、
前記母部材作製工程にて、振動板基材の表面に圧電素子を設ける素子形成工程を行い、
該素子形成工程は、少なくとも、
振動板基材の表面に第１の電極を形成する第１工程と、
第１の電極に積層させて第１の圧電体を形成する第２工程と、
第１の圧電体に積層させて第２の電極を形成する第３工程と、
第２の電極を覆うように第１の圧電体に積層させて第２の圧電体を形成する第４工程と、
第２の圧電体の表面に第３の電極を形成する第５工程とを含み、
前記第１工程、第３工程、第５工程にて形成される各電極の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定し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２】前記素子形成工程の後であって切断工程よりも前に、前記第１から第３の電極の少なくとも１つへ信号を供給するための供給端子を各圧電素子毎に形成する供給端子形成工程を行い、
該供給端子形成工程で形成する供給端子の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定した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の製造方法。
【請求項３】振動板表面に圧電素子が圧力室毎に形成された圧電アクチュエータを駆動源として備え、
振動板基板の表面に、チップ領域毎に区分けした状態で複数の圧電素子を設けてアクチュエータ母部材を作製する母部材作製工程と、
アクチュエータ母部材をチップ領域毎に切断して前記圧電アクチュエータを得る切断工程とを経て製造される液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記母部材作製工程にて、振動板基材の表面に圧電素子を設ける素子形成工程を行い、
該素子形成工程は、少なくとも、
振動板基材の表面に第１の電極を形成する第１工程と、
第１の電極に積層させて第１の圧電体を形成する第２工程と、
第１の圧電体に積層させて第２の電極を形成する第３工程と、
第２の電極を覆うように第１の圧電体に積層させて第２の圧電体を形成する第４工程と、
第２の圧電体の表面に第３の電極を形成する第５工程とを含み、
前記第１工程、第３工程、第５工程にて形成される各電極の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定したことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項４】前記素子形成工程の後であって切断工程よりも前に、前記第１から第３の電極の少なくとも１つへ信号を供給するための供給端子を各圧電素子毎に形成する供給端子形成工程を行い、
該供給端子形成工程で形成する供給端子の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定したことを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法。
【請求項５】振動板基材と該振動板基材の表面にチップ領域毎に区分けした状態で設けられた複数の圧電素子とを少なくとも有するアクチュエータ母部材において、
前記圧電素子を、振動板基材から第１の電極、第１の圧電体、第２の電極、第２の圧電体、及び、第３の電極の順で積層された多層構造とし、
第１の電極、第２の電極、及び、第３の電極を、チップ領域の内側に形成したことを特徴とするアクチュエータ母部材。
【請求項６】前記各圧電素子毎に設けられて第１から第３の電極の少なくとも１つへ信号を供給するための供給端子をチップ領域よりも内側に形成したことを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ母部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動信号の供給によって変形する圧電素子を駆動源とする圧電アクチュエータの製造方法、及び、液体噴射ヘッドの製造方法、並びに、圧電アクチュエータの基となるアクチュエータ母部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電アクチュエータは、電気エネルギーの供給によって変形する圧電素子を備えた部材であり、例えば、液体噴射ヘッド、マイクロポンプ、発音体（スピーカ等）等の部品として広く用いられている。ここで、圧電素子は、圧電効果を示す圧電材料である、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、ＰｂＴｉＯ３などの金属酸化物の粉末を圧縮焼成した圧電セラミックス、または高分子化合物を利用した圧電性高分子膜などから成る。また、液体噴射ヘッドは、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させるものであり、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレーの製造に用いられる液晶噴射ヘッド、カラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド等がある。また、マイクロポンプは、極く微量の液体を扱うことができる超小型のポンプであり、例えば、極く少量の薬液を送出する際に用いられる。
【０００３】
この圧電アクチュエータは圧力室となる空部を有する圧力室形成基板に取り付けられ、圧力室の一部を振動板で区画する。そして、液滴を吐出したり、液体を送出したりする際には、圧電素子に駆動パルスを供給してこの圧電素子及び振動板（即ち、圧力室の変形部分）を変形させ、圧力室の容積を変化させる。
【０００４】
これらの液体噴射ヘッドやマイクロポンプにおいては、圧電素子の高周波駆動に対する強い要請がある。これは、液滴の高周波吐出を実現したり、送液能力を高めたりするためである。そして、圧電素子の高周波駆動を実現するためには、上記変形部分のコンプライアンスを従来よりも小さくし、且つ、圧電素子の変形量を従来よりも大きくする必要がある。これは、変形部分のコンプライアンスを小さくすると応答性が向上するため、従来よりも高い周波数での駆動が可能となること、及び、圧電素子の変形量を大きくすると圧力室の容積変化量が大きくなるため、吐出される液滴の量や送出される液体の量を増やすことができることによる。
【０００５】
そして、変形部分のコンプライアンスと圧電素子の変形量の相反する特性を充足するものとして、多層構造の圧電素子が提案されている。例えば、特開平２−２８９３５２号公報（特許文献１）には、圧電体層を上層圧電体と下層圧電体の２層構造とし、上層圧電体と下層圧電体の境界に駆動電極（個別電極）を形成すると共に、上層圧電体の外表面と下層圧電体の外表面とにそれぞれ共通電極を形成した構造の圧電素子が開示されている。同様に、特開平１０−３４９２４号公報（特許文献２）にも多層構造の圧電素子が開示されている。
【０００６】
上記多層構造の圧電素子では、上層圧電体と下層圧電体の境界に駆動電極が設けられているので、各層の圧電体には、駆動電極から各共通電極までの間隔（即ち、各層圧電体の厚さ）と、駆動電極と各共通電極の電位差とによって定まる強さの電場が付与される。このため、共通電極と駆動電極とで単層の圧電体を挟んだ単層構造の圧電素子と比べた場合、圧電素子全体の厚さを多少厚くして変形部分のコンプライアンスを小さくしても、従来と同じ駆動電圧で大きく変形させることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−２８９３５２号公報
【特許文献２】
特開平１０−３４９２４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記多層構造の圧電素子を用いた製品は、現実に市販されるまでに至っていない。このため、実際の製品としては、単層の圧電体を共通電極と駆動電極とで挟んだ単層構造の圧電素子を用いることを余儀なくされている。これには種々の要因が考えられるが、効率よく製造することが困難であったことも一因と考えられる。
【０００９】
例えば、上記の圧電アクチュエータを量産するにあたり、圧電アクチュエータを個々に作製していたのでは効率が悪い。そして、圧力室、圧電素子、及び、供給端子等をセラミックスシートに複数ユニット分設け、このセラミックスシートを切断するようにした場合、セラミックスシートから圧電アクチュエータを切断する際に電極材料が切断刃に付着してしまう虞がある。そして、電極材料が切断刃に付着してしまうと、切断刃の切れ味が損なわれてしまったり、刃に付着した電極材料を掃除する必要が生じたりして、製造効率の低下を招いてしまう。さらに、切断時に生じた切粉（切かす）によって短絡が生じてしまう可能性もある。
【００１０】
ここで、電極材料が切断刃に付着するのは、例えば、圧電素子に電気信号を供給するための供給端子を極力大きく設けるためである。即ち、上記の圧電素子を作製するにあたり、その品質管理の一貫として静電容量の測定がなされるが、この静電容量の測定には供給端子が用いられる。そして、測定装置のプローブを確実に接触させるためには供給端子を極力大きく設ける必要があり、この供給端子の一部をセラミックスシートにおける切断予定線（圧電アクチュエータの外形線）を越えて外側まで形成する。また、この供給端子は、各圧電素子に駆動信号を供給するためのものであるので、配線部材の接点端子と導通、即ち、電気的に接続した状態にされる。このため、供給端子を切断する構成にすると、この供給端子が圧電アクチュエータの外形線まで設けられ、接点端子との導通を確実にすることができる。しかし、このように接点端子を設けてしまうと、上記したように、製造効率の観点から好ましくない。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造効率を高めることができる圧電アクチュエータの製造方法及び液体噴射ヘッドの製造方法を提供することにある。また、それに適した構造のアクチュエータ母部材を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載の発明は、振動板基材の表面にチップ領域毎に区分けした状態で複数の圧電素子を設けてアクチュエータ母部材を作製する母部材作製工程と、
アクチュエータ母部材を前記チップ領域毎に切断する切断工程とを経て製造される圧電アクチュエータの製造方法において、
前記母部材作製工程にて、振動板基材の表面に圧電素子を設ける素子形成工程を行い、
該素子形成工程は、少なくとも、
振動板基材の表面に第１の電極を形成する第１工程と、
第１の電極に積層させて第１の圧電体を形成する第２工程と、
第１の圧電体に積層させて第２の電極を形成する第３工程と、
第２の電極を覆うように第１の圧電体に積層させて第２の圧電体を形成する第４工程と、
第２の圧電体の表面に第３の電極を形成する第５工程とを含み、
前記第１工程、第３工程、第５工程にて形成される各電極の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定したことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法である。
【００１３】
なお、「振動板基材」とは、圧電アクチュエータの振動板となるシート状部材、即ち切断加工される前の振動板である。また、「チップ領域」とは、圧電アクチュエータの一単位に対応する領域、つまり、１つの圧電アクチュエータとなる領域を意味する。例えば、アクチュエータ母部材から圧電アクチュエータを切り出す際の切断予定線によって区画（囲繞）される領域が該当する。また、「アクチュエータ母部材」とは、圧電アクチュエータに切断加工される前の部材を意味する。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記素子形成工程の後であって切断工程よりも前に、前記第１から第３の電極の少なくとも１つへ信号を供給するための供給端子を各圧電素子毎に形成する供給端子形成工程を行い、
該供給端子形成工程で形成する供給端子の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定した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の製造方法である。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、振動板表面に圧電素子が圧力室毎に形成された圧電アクチュエータを駆動源として備え、
振動板基板の表面に、チップ領域毎に区分けした状態で複数の圧電素子を設けてアクチュエータ母部材を作製する母部材作製工程と、
アクチュエータ母部材をチップ領域毎に切断して前記圧電アクチュエータを得る切断工程とを経て製造される液体噴射ヘッドの製造方法において、
前記母部材作製工程にて、振動板基材の表面に圧電素子を設ける素子形成工程を行い、
該素子形成工程は、少なくとも、
振動板基材の表面に第１の電極を形成する第１工程と、
第１の電極に積層させて第１の圧電体を形成する第２工程と、
第１の圧電体に積層させて第２の電極を形成する第３工程と、
第２の電極を覆うように第１の圧電体に積層させて第２の圧電体を形成する第４工程と、
第２の圧電体の表面に第３の電極を形成する第５工程とを含み、
前記第１工程、第３工程、第５工程にて形成される各電極の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定したことを特徴とする液体噴射ヘッドの製造方法である。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、前記素子形成工程の後であって切断工程よりも前に、前記第１から第３の電極の少なくとも１つへ信号を供給するための供給端子を各圧電素子毎に形成する供給端子形成工程を行い、
該供給端子形成工程で形成する供給端子の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定したことを特徴とする請求項３に記載の液体噴射ヘッドの製造方法である。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、振動板基材と該振動板基材の表面にチップ領域毎に区分けした状態で設けられた複数の圧電素子とを少なくとも有するアクチュエータ母部材において、
前記圧電素子を、振動板基材から第１の電極、第１の圧電体、第２の電極、第２の圧電体、及び、第３の電極の順で積層された多層構造とし、
第１の電極、第２の電極、及び、第３の電極を、チップ領域の内側に形成したことを特徴とするアクチュエータ母部材である。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、前記各圧電素子毎に設けられて第１から第３の電極の少なくとも１つへ信号を供給するための供給端子をチップ領域よりも内側に形成したことを特徴とする請求項５に記載のアクチュエータ母部材である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、液体噴射ヘッドとして、プリンタやプロッタ等の画像記録装置に搭載される記録ヘッドを例に挙げて説明する。この記録ヘッドは、例えば、図１１に示すように、複数個のヘッド本体１…を備え、これらのヘッド本体１…を取付ベース６１に取り付けて構成されている。
【００２０】
次に、図１及び図２に基づき、ヘッド本体１の基本構造について説明する。このヘッド本体１は、流路ユニット２とアクチュエータユニット３とから概略構成されている。
【００２１】
流路ユニット２は、インク供給口（オリフィス）４及びノズル連通口５の一部となる通孔を開設した供給口形成基板６と、共通インク室（共通液室の一種）７となる通孔及びノズル連通口５の一部となる通孔を開設したインク室形成基板（液室形成基板の一種）８と、ノズル開口９…を副走査方向に沿って開設したノズルプレート１０とから構成されている。これらの供給口形成基板６、インク室形成基板８、及び、ノズルプレート１０は、例えば、ステンレス製の板材をプレス加工することで作製されている。そして、この流路ユニット２は、インク室形成基板８の一方の表面（図中下側）にノズルプレート１０を、他方の表面（同上側）に供給口形成基板６をそれぞれ配置し、これらの供給口形成基板６、インク室形成基板８、及び、ノズルプレート１０を接合することで作製される。例えば、シート状の接着剤によって各部材６，８，１０を接着することで作製される。
【００２２】
上記のノズル開口９は、図２に示すように、所定ピッチで複数個列状に開設される。そして、列設された複数のノズル開口９…によってノズル列１１が構成される。例えば、９２個のノズル開口９…で１つのノズル列１１が構成され、このノズル列１１が横並びに２列形成される。
【００２３】
アクチュエータユニット３は、ヘッドチップとも呼ばれる部材である。このアクチュエータユニット３は、圧力室１２となる通孔を開設した圧力室形成基板１３と、圧力室１２の一部を区画する振動板１４と、供給側連通口１５となる通孔及びノズル連通口５の一部となる通孔を開設した蓋部材１６と、圧力室１２とは反対側の振動板表面に形成された圧電素子１７とによって構成される。そして、これらの各部材１３，１４，１６の板厚に関し、圧力室形成基板１３、及び、蓋部材１６は、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上である。また、振動板１４は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３〜１２μｍ程度である。なお、このアクチュエータユニット３において、振動板１４及び圧電素子１７は、本発明の圧電アクチュエータユニットの一種である。
【００２４】
このアクチュエータユニット３は、圧力室形成基板１３の一方の表面に蓋部材１６を、他方の表面に振動板１４をそれぞれ配置し、圧力室１２とは反対側の振動板表面に複数の圧電素子１７…を設けている。そして、これらの圧力室形成基板１３、振動板１４、及び、蓋部材１６は、アルミナや酸化ジルコニウム等のセラミックスで作製されており、焼成によって一体化される（後述する）。
【００２５】
上記の圧力室１２は、ノズル列１１とは直交する方向に細長い空部であり、ノズル開口９に対応する複数形成されている。即ち、図２に示すように、ノズル列方向に列設されている。そして、各圧力室１２…の一端は、ノズル連通口５を通じて対応するノズル開口９に連通する。また、ノズル連通口５とは反対側の圧力室１２の他端は、供給側連通口１５及びインク供給口４を通じて共通インク室７に連通している。さらに、この圧力室１２の一部は、振動板１４によって区画されている。
【００２６】
上記の圧電素子１７は、所謂撓み振動モードの圧電素子であり、振動板１４の表面に圧力室１２毎に形成されている。図３及び図４に示すように、この圧電素子１７の幅は圧力室１２の幅と略等しく、長さは圧力室１２の長さよりも多少長い。また、この圧電素子１７の素子長手方向の両端部は、圧力室１２よりも外側に延出されている。即ち、圧電素子１７は、圧力室１２の長手方向を覆うように形成されている。
【００２７】
また、この圧電素子１７は、圧電体層３１と共通電極３２と駆動電極３３等によって構成される多層構造であり、駆動電極３３と共通電極３２とによって圧電体層３１を挟んでいる。なお、この圧電素子１７の構造については、後で詳しく説明する。
【００２８】
上記の駆動電極３３には、駆動信号の供給源（図示せず）が導通されている。即ち、この供給源と電気的に接続されている。また、共通電極３２は、例えば接地電位に調整されている。そして、この駆動電極３３に駆動信号が供給されると、駆動電極３３と共通電極３２との間には電位差に応じた強さの電場が発生する。この電場は圧電体層３１に付与されるので、圧電体層３１は駆動信号の供給によって変形する。この場合、駆動電極３３の電位を高くする程、圧電体層３１は電場と直交する方向に収縮し、圧力室１２の容積を少なくするように振動板１４を変形させる。反対に、駆動電極３３の電位を低くする程、圧電体層３１は電界と直交する方向に伸長し、圧力室１２の容積を増やすように振動板１４を変形させる。
【００２９】
そして、このアクチュエータユニット３と上記の流路ユニット２とは、後述する切断工程よりも後になされるユニット接合工程にて互いに接合される。このユニット接合工程では、例えば、供給口形成基板６と蓋部材１６との間にシート状接着剤を介在させ、この状態でアクチュエータユニット３を流路ユニット２側に加圧することで互いに接着される。
【００３０】
このヘッド本体１では、図１に示すように、共通インク室７からインク供給口４、供給側連通口１５、圧力室１２、及び、ノズル連通口５を通じてノズル開口９に至る一連のインク流路がノズル開口９毎に形成されている。使用時においてこのインク流路内はインクで満たされており、ノズル開口９からインク滴が吐出されると共通インク室７からインク流路内にインクが供給される。そして、圧電素子１７を変形させることで対応する圧力室１２が収縮或いは膨張し、圧力室１２内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル開口９からインク滴を吐出させることができる。例えば、定常容積の圧力室１２を一旦膨張させた後に急激に収縮させると、圧力室１２の膨張に伴ってインクが充填され、その後の急激な収縮によって圧力室１２内のインクが加圧されてインク滴が吐出される。
【００３１】
ここで、高速記録のためには、より多くのインク滴を短時間で吐出させる必要がある。この要求に応えるためには、圧力室１２における変形部分（圧電素子１７及び振動板１４によって区画されている部分）のコンプライアンスと、圧電素子１７の変形量とを考慮する必要がある。即ち、変形部分のコンプライアンスが大きくなる程、変形に対する応答性が悪くなり、高い周波数での駆動が困難になるからである。また、変形部分のコンプライアンスが小さくなる程、圧力室１２の収縮量が少なくなり、１滴のインク量が減ってしまうからである。
【００３２】
このような観点から、既に実用化されている撓み振動モードの圧電素子を用いた記録ヘッドでは、圧電素子は単層の圧電体を共通電極と駆動電極とで挟んだ単層構造のものが用いられており、最大応答周波数は２５ｋＨｚ程度、最大インク滴量は１３ｐＬ（ピコリットル）程度であった。
【００３３】
そして、本実施形態では、多層構造の圧電素子１７を用いて振動板１４のコンプライアンスを小さくし、さらに、この圧電素子１７の構造を改良することにより、必要量のインク滴を従来よりも高い周波数で吐出可能にした。以下、この点について説明する。
【００３４】
まず、圧電素子１７の構造について詳細に説明する。図３及び図４に示すように、圧電体層３１は、互いに積層された上層圧電体（外側圧電体，本発明の第２の圧電体）３４及び下層圧電体（内側圧電体，本発明の第１の圧電体）３５から構成される。また、共通電極３２は、共通上電極（共通外電極，本発明の第３の電極）３６及び共通下電極（共通内電極，本発明の第１の電極）３７から構成される。そして、この共通電極３２と駆動電極（個別電極，本発明の第２の電極）３３とが電極層を構成する。
【００３５】
なお、ここでいう「上（外）」或いは「下（内）」とは、振動板１４を基準とした位置関係を示している。即ち、「上（外）」とあるのは振動板１４から遠い側を示し、「下（内）」とあるのは振動板１４に近い側を示している。
【００３６】
上記の駆動電極３３は、上層圧電体３４と下層圧電体３５の境界にその全幅が上層圧電体３４によって覆われた状態で形成されている。そして、共通下電極３７は下層圧電体３５の下部、即ち、下層圧電体３５と振動板１４との間に、その全幅が下層圧電体３５によって覆われた状態で形成される。さらに、共通上電極３６は下層圧電体３５とは反対側の上層圧電体３４の表面に形成される。従って、この圧電素子１７は、振動板側から、共通下電極３７、下層圧電体３５、駆動電極３３、上層圧電体３４、共通上電極３６の順で積層された多層構造である。そして、圧電体層３１の厚さは上層圧電体３４と下層圧電体３５の２層を合計して約１７μｍであり、共通電極３２を含めた圧電素子１７の全体の厚さは約２０μｍである。なお、従来の単層構造の圧電素子１７にあっては、素子全体の厚さが約１５μｍである。従って、圧電素子１７の厚さが増したことから、その分だけ変形部分のコンプライアンスが小さくなっている。
【００３７】
上記の共通上電極３６と共通下電極３７は、駆動信号に拘わらず一定の電位に調整され、共通電極として機能する。本実施形態において、これらの共通上電極３６と共通下電極３７は互いに導通され、接地電位に調整される。上記の駆動電極３３は、駆動信号の供給源に導通され、供給された駆動信号に応じて電位を変化させる。従って、駆動信号の供給によって、駆動電極３３と共通上電極３６との間、及び、駆動電極３３と共通下電極３７との間には、それぞれ向きが反対の電場が生じる。
【００３８】
そして、これらの各電極３３，３６，３７を構成する材料としては、例えば、金属単体、合金、電気絶縁性セラミックスと金属との混合物等の各種導体が選択されるが、焼成温度において変質等の不具合が生じないことが要求される。本実施形態では、共通上電極３６に金を用い、駆動電極３３及び共通下電極３７に白金を用いている。
【００３９】
上記の上層圧電体３４と下層圧電体３５は共に、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料によって作製されている。そして、上層圧電体３４と下層圧電体３５とは分極方向が反対である。このため、駆動信号印加時の伸縮方向が上層圧電体３４と下層圧電体３５とで揃い、支障なく変形することができる。即ち、上層圧電体３４及び下層圧電体３５は、駆動電極３３の電位を高くする程に圧力室１２の容積を少なくするように振動板１４を変形させ、駆動電極３３の電位を低くする程に圧力室１２の容積を増やすように振動板１４を変形させる。
【００４０】
この多層構造の圧電素子１７を効率よく変形させるべく、本実施形態では、上層圧電体３４の厚さｔｐ１を下層圧電体３５の厚さｔｐ２の３／４以下に設定しており、駆動信号の供給に伴う上層圧電体３４の変形度合いを下層圧電体３５の変形度合いよりも大きくしている。即ち、同じ駆動信号が供給された場合に、上層圧電体３４を下層圧電体３５よりも大きく変形させるようにしている。このように、上層圧電体３４が下層圧電体３５よりも相対的に大きく撓むと、上層圧電体３４の方が振動板１４から離隔しているため、その変形量が増幅されて振動板１４に作用し、振動板１４の変形量を大きくすることができる。
【００４１】
そして、振動板１４を大きく変形できることから、収縮時における圧力室１２の容積をより小さくできる。従って、単に多層構造の圧電素子１７を用いた場合よりも、圧力室１２の膨張時と収縮時の容積差を広げることができ、インク滴の吐出量を増やすことができる。
【００４２】
また、上記の共通上電極３６には、他の電極（駆動電極３３，共通下電極３７）よりも薄く、柔軟性が高い電極材料を用いている。これは、この共通上電極３６が他の電極よりも大きく変形することに起因する。即ち、この共通上電極３６は、上層圧電体３４の表面に形成されているので、他の電極よりも大きく変形する。このため、共通上電極３６については、他の電極よりも柔らかい材料を用い、及び／又は、層厚を薄くすることで、変形の繰り返しによる破損を防止できる。また、層厚を薄くしても電気抵抗が過度に高くならないように、金のように導電性が良い電極材料を用いることが好ましい。
【００４３】
具体的に説明すると、電極材料に関しては、上記したように、共通上電極３６を金で作製し、駆動電極３３及び共通下電極３７を白金で作製している。そして、電極の厚さに関し、共通下電極３７及び駆動電極３３は２〜３μｍであるのに対し、共通上電極３６（ｔｅ１）はその１／１０程度（例えば、０．３μｍ）にする。この構成により、共通上電極３６を圧電素子１７に追従させて変形させることができ、圧電素子１７の変形量が損なわれてしまう不具合を防止できる。また、圧電素子１７の変形が繰り返し行われても断線等の故障が生じ難い。さらに、共通上電極３６を通じて電流を効率よく流すことができる。
【００４４】
上記の駆動電極３３は、例えば図５に示すように素子長手方向の一側に延出されており、圧電素子１７の端面で導通電極３９と導通する。そして、駆動電極３３は、この導通電極３９を通じて供給端子４０に導通される。この供給端子４０は、駆動信号を供給するための接点端子であり、駆動電極３３毎に複数形成されている。本実施形態では、この供給端子４０を銀ペーストを焼成することによって作製している。
【００４５】
各供給端子４０…には、フレキシブル・フラット・ケーブル（ＦＦＣ）が備える駆動信号供給用の接点端子（図示せず）が導通される。従って、駆動信号は、供給端子４０及び導通電極３９を通じて、対応する駆動電極３３に供給される。
【００４６】
なお、導通電極３９は、圧電素子１７の端面、振動板１４の表面、及び、供給端子４０が設けられる端子基板４１の表面に一連に形成されている。そして、上記したように、共通下電極３７も振動板１４の表面に形成されているが、導通電極３９と共通下電極３７との間には電極が形成されない断線領域Ｘを設けてあるので、導通電極３９と共通下電極３７とは電気的に絶縁されている。
【００４７】
ところで、上記したように、圧電素子１７はノズル開口９毎に形成されるので、圧電素子１７の数は１つのノズル列１１に対して９２個となる。そして、共通上電極３６と共通下電極３７は互いに導通されるが、即ち、電気的に接続されるが、両共通電極３６，３７を圧電素子１７毎に導通させたのでは作業効率が悪く、生産性の向上が図れない。
【００４８】
このような事情に鑑み、本実施形態では、共通上電極３６及び共通下電極３７を、基電極と複数の枝電極とからなる櫛歯状電極によって構成し、所定の検査・分極処理の後に基電極同士を導通させる構成としている。以下、この点について説明する。
【００４９】
共通上電極３６は、図７（ａ）に示すように、ノズル列方向に延設された帯状の基電極（幹電極）４２と、この基電極４２の一側から圧電素子１７（上層圧電体３４）の表面を覆うように一連に形成された複数の枝電極４３…とから構成された櫛歯状電極によって構成される。
【００５０】
上記の基電極４２は振動板１４の表面に形成されている。この基電極４２の幅は、全ての圧電素子１７…に対して同時に駆動信号が供給されても支障なく電流を流せるように、枝電極４３の幅よりも十分に広く設定されている。そして、この基電極４２の長手方向端部には、図７（ａ）に点線で示すように、導通領域４２ａを設けてある。この導通領域４２ａは、後述するように、共通上電極３６と共通下電極３７とを導通させる際に用いられる。また、各枝電極４３…は、図６に示すように、圧電体層３１の一端（基電極４２に近い側の端部）の傾斜面を通って上層圧電体３４の表面に形成される。
【００５１】
また、図５に示すように、各枝電極４３…の先端（基電極４２とは反対側の端部）は、上層圧電体３４の端面（供給端子４０に近い側の端面）よりも手前に位置している。これは、枝電極４３と駆動電極３３との短絡を防止するためである。即ち、各枝電極４３…の先端と駆動電極３３とを素子長手方向に離隔して配置することで、枝電極４３と駆動電極３３とが空中放電によって短絡してしまう不具合を防止することができる。
【００５２】
上記の共通下電極３７は、その全体が振動板１４の表面に形成され、図７（ｂ）に示すように、ノズル列方向に延設された帯状の基電極（幹電極）４４と、この基電極４４の一側から各圧電素子１７（下層圧電体３５）毎に形成された複数の枝電極４５…と、基電極４４の一端から枝電極４５とは反対側に延設された導通帯部４６とから構成された櫛歯状電極によって構成される。
【００５３】
基電極４４は、その幅が各枝電極４５…よりも十分に広く設定されている。これは、共通上電極の基電極４２と同様に、全ての圧電素子１７…に対して同時に駆動信号が供給されても支障なく電流を流せるようにするためである。そして、上記の枝電極４５は、圧電体層３１（下層圧電体３５）と振動板１４の間に位置し、図５に示すように、その先端（基電極４４とは反対側の端部）の素子長手方向の位置は、共通上電極３６の先端に揃えられている。
【００５４】
また、導通帯部４６は、共通下電極３７と共通上電極３６とを互いに導通させる際に用いられる。このため、導通帯部４６は上記の導通領域４２ａに近接した位置に形成されている。そして、図８（ｆ）に示すように、導通領域４２ａと導通帯部４６とを跨いだ状態で半田等の導通部材４７が設けられる。従って、これらの両共通電極３６，３７を導通させるにあたっては、導通領域４２ａと導通帯部４６とを跨ぐように導通部材４７を形成するだけで済み、作業の簡素化が図れ、且つ、自動化にも適する。
【００５５】
次に、上記した記録ヘッドの製造方法について、アクチュエータユニット３の製造方法を中心に説明する。このアクチュエータユニット３は、アクチュエータ母部材を作製する母部材作製工程と、アクチュエータ母部材をチップ領域１９（図１０参照）毎に切断する切断工程とを順に経て製造される。即ち、本実施形態では、アクチュエータユニット３を個々に製造するのではなく、母部材を作製した後にこの母部材から複数のアクチュエータユニット３…を切り出すようにし、製造効率の向上を図っている。
【００５６】
ここで、「アクチュエータ母部材」とは、圧電アクチュエータ（例えば、振動板１４及び圧電素子１７…）に切断加工する前の部材を意味し、振動板１４となるシート状セラミックス（以下、振動板基材ともいう。）と、この振動板基材の表面に設けられる圧電素子１７…と、供給端子４０…等を備える。そして、本実施形態では、母部材作製工程にて、このアクチュエータ母部材を含んで構成されたセラミックスシート１８を作製する。即ち、この母部材作製工程は、セラミックスのシート基体を作製するシート作製工程と、シート基体の表面に複数の圧電素子１７…をチップ領域１９毎に設ける素子形成工程と、複数の供給端子４０…を各圧電素子１７…毎に形成してセラミックスシート１８を作製する供給端子形成工程とを含み、これらの各工程を順に行う。
【００５７】
シート作製工程では、まず、セラミックス原料、バインダー及び液媒等によってセラミックスのスラリーを調整する。次に、ドクターブレード装置やリバースロールコーター装置等の一般的な装置を用いて、スラリーをグリーンシート（未焼成のシート材）に成形する。その後、このグリーンシートに対して切削や打ち抜き等の加工を施して必要な通孔等を形成し、圧力室形成基板１３、振動板１４、及び、蓋部材１６の各シート状前駆体を形成する。そして、各シート状前駆体を積層及び焼成することにより、各シート状前駆体は一体化されて１枚のシート基体となる。即ち、このシート基体は、圧力室形成板１３となるシート状部材（形成板基材）と、上記の振動板基材と、蓋部材１６となるシート状部材（蓋基材）とから構成される。この場合において、各シート状前駆体は一体焼成されるので、特別な接着処理が不要である。また、形成板基材、振動板基材、蓋基材同士の接合面において高いシール性を得ることもできる。
【００５８】
そして、図１０に示すように、１枚のシート基体には、矩形状のチップ領域１９がマトリクス状に複数設定される。ここで、「チップ領域」とは、１つのアクチュエータユニット３、即ち、圧電アクチュエータとなる領域を意味し、例えば、アクチュエータ母部材からアクチュエータユニット３を切り出す際の切断予定線Ｙ１，Ｙ２によって区画（囲繞）される領域が該当する。従って、上記の圧力室１２…やノズル連通口５…等は、各チップ領域１９…毎に区分けされた状態で、チップ領域１９の範囲内に設けられる。
【００５９】
本実施形態では、シート基体を作製した後に、まず端子基板４１を形成する。この端子基板４１は、圧力室１２側とは反対の振動板基体表面に形成され、例えば、セラミックスによって作製される。即ち、セラミックスのペーストを所定パターンに塗布した後に焼成することで端子基板４１が形成される。そして、端子基板４１を形成したならば、素子形成工程に移行する。
【００６０】
この素子形成工程では、振動板基材の表面に各圧電素子１７…を設ける。以下、図８を参照して、素子形成工程について説明する。この素子形成工程では、まず、図８（ａ）に示すように、振動板基材１４´の表面に共通下電極３７を形成する（第１工程）。本実施形態では、この共通下電極３７の形成を印刷によって行っている。従って、まず振動板基材１４´の所定位置にマスクを載置し、このマスクを介して白金ペーストを塗布する。振動板基材１４´の表面に白金ペーストを塗布したならば、この白金ペーストを焼成する。即ち、白金ペーストが塗布された振動板基材１４´を焼成炉に入れて所定温度で所定時間に亘って焼成する。この焼成により、振動板基材１４´の表面には共通下電極３７が形成される。
【００６１】
なお、この第１工程では、上記した導通電極３９の一部分も同時に形成される。図５に示すように、導通電極３９における振動板表面の部分（振動板部）３９ａと、端子基板表面の部分（端子基板部）３９ｂとが形成される。従って、この第１工程で使用されるマスクには、共通下電極３７用のパターンと、導通電極３９における振動板部３９ａ及び端子基板部３９ｂ用のパターンとが設けられている。
【００６２】
共通下電極３７を形成したならば、次に、図８（ｂ）に示すように、下層圧電体３５を形成する（第２工程）。即ち、振動板基材１４´の所定位置にマスクを載置した後、圧電材料（例えば、ジルコン酸チタン酸鉛）のペーストを共通下電極３７に重ねて塗布する。そして、塗布したペースト状の圧電材料を焼成する。
【００６３】
その後は、図８（ｃ）〜（ｅ）に示すように、同様な手順で駆動電極３３、上層圧電体３４、共通上電極３６を順に形成する（第３工程〜第５工程）。即ち、第３工程では下層圧電体３５に積層させて駆動電極３３を形成し、第４工程では駆動電極３３の全幅を覆うように下層圧電体３５に積層させて上層圧電体３４を形成し、第５工程では上層圧電体３４の表面に共通上電極３６を形成する。
【００６４】
なお、上記の第３工程では、上記した導通電極３９の一部分も併せて形成される。即ち、駆動電極３３と同じ電極材料を下層圧電体３５における一端側の側面（端面）にも一連に塗布する。これにより、導通電極３９における素子端面の部分（素子部）３９ｃが形成される。この素子部３９ｃは、その一部が上記の振動板部３９ａに接触し、この振動板部３９ａと導通される。
【００６５】
そして、この素子形成工程において、これらの各層、即ち、共通下電極３７、下層圧電体３５、駆動電極３３、上層圧電体３４、及び、共通上電極３６は、図１０に符号Ｒで示すように、その形成範囲がチップ領域１９よりも内側に設定される。
【００６６】
共通上電極３６を形成したならば、供給端子形成工程に移行して供給端子４０…を形成する。この供給端子形成工程では、圧電素子１７の導通電極側端部に近接させて供給端子４０を形成する。この供給端子４０の形成もペーストの塗布及び焼成によって行う。例えば、最初に、供給端子４０にあわせて形成したマスクパターンを導通電極３９が形成された後の端子基板４１上に載置する。マスクパターンを載置したならば、このマスクパターンを介して銀ペーストを端子基板４１上に塗布する。銀ペーストを塗布したならば、これらの銀ペーストを焼成して複数の供給端子４０…を得る。そして、各供給端子４０…も、圧電素子１７を構成する各層と同様に、チップ領域１９内に形成される。即ち、図１０に示す形成範囲Ｒ内に形成される。
【００６７】
ここで、パターンの印刷精度、及び、焼成収縮の制御精度を向上させたため（例えば、±１０μｍ）、チップ領域１９の縁から１０μｍ程度離れていれば、各供給端子４０…を形成することができる。そして、チップ領域１９の縁に近接して精度良く各供給端子４０…が形成できるようになったため、各供給端子４０…の一部についてチップ領域１９を越えて形成した後にチップ領域１９の縁に沿って切断したものと同じ形状のものができるようになった。
【００６８】
各供給端子４０…を形成したならば切断工程に移行する。この切断工程では、各チップ領域１９…の縁を通る切断線Ｙ１，Ｙ２（図１１参照）に沿ってセラミックスシート１８を切断し、アクチュエータユニット３…を得る。この場合において、上記したように、各電極層３３，３６，３７及び各層圧電体３４，３５や、導通電極３９及び供給端子４０が形成される形成領域Ｒは、チップ領域１９よりも内側に設定されている。このため、切断刃に電極材料が付着せずに良好な切れ味を長期間に亘って維持できる。また、各アクチュエータユニット３…を寸法精度良く切り出すこともできる。さらに、切粉が非導電性であるため、この切粉が万一振動板１４上の電極層等に付着してしまっても、短絡等の問題が起きにくい。また、金属層の切断によってバリができてしまう不具合を防止でき、以降においてヘッドの組み立て性がよい。
【００６９】
各アクチュエータユニット３…に切断したならば検査工程に移行し、圧電素子１７を構成する各層が正常に作製されたことを検査する。本実施形態では、圧電体層（アクト）の寸法（例えば、厚さや幅）に相関のある静電容量を、各層圧電体３４，３５毎に測定する。即ち、この検査工程では、まだ両共通電極３６，３７は導通されていないので、各層圧電体３４，３５毎に静電容量を測定することができる。
【００７０】
そして、全ての圧電素子１７…に対する検査が終わったならば、測定した静電容量に基づいて、そのアクチュエータユニット３が、良品、或いは、不良品であるのかを判断する。さらに、良品と判断されたアクチュエータユニット３については、測定された静電容量に基づいて分類する。例えば、アクチュエータユニット３毎の平均静電容量に基づくランク分けを行ったり、静電容量のばらつき範囲に基づくランク分けを行う。
【００７１】
アクチュエータユニット３を分類したならば、圧電素子１７を分極する分極工程を行う。この分極工程では、図９に示すように、共通上電極３６及び共通下電極３７を共に接地し、駆動電極３３を電源に接続し、圧電素子１７を分極する。
【００７２】
この場合において、分極処理は、使用予定の駆動電圧よりも十分に高い電圧で行われる。本実施形態では、駆動電圧が３０Ｖ前後であり、分極電圧は７０Ｖ前後に設定される。そして、この分極電圧を所定時間に亘って印加したならば、分極工程を終了する。
【００７３】
分極工程が終了したならば、導通工程に移行する。この導通工程では、図８（ｆ）に示すように、分極処理後のアクチュエータユニット３に対して半田付け等の導通処理を行い、共通上電極３６と共通下電極３７とを導通させる。例えば、導通領域４２ａと導通帯部４６とを跨いだ状態で半田やボンディングワイヤ等の導通部材４７を設ける。そして、この導通部材４７の形成により、アクチュエータユニット３の製造が終了する。
【００７４】
ところで、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
【００７５】
まず、上記実施形態における端子基板４２を導電性材料によって構成してもよい。例えば、この端子基板４２を供給端子４１と同じ導電性材料である銀ペーストによって作製してもよい。この場合、導通電極３９の端子基板部３９ｂも振動板基材１４´の表面に形成し、この端子基板部３９ｂの上に銀ペーストで端子基板４２を形成する。さらに、この端子基板４２に重ねて供給端子４１を銀ペーストで形成する。このように構成すると、供給端子４１と端子基板４２の両方が導電性材料で形成されるので、電気抵抗を低減することができる。
【００７６】
また、以上は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッドを例に挙げて説明したが、本発明は、液晶噴射ヘッドや色材噴射ヘッド等といった他の液体噴射ヘッドにも適用できる。また、マイクロポンプや発音体等に用いられる圧電アクチュエータにも適用できる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の効果を奏する。
【００７８】
即ち、第１工程、第３工程、第５工程にて形成される各電極の形成範囲を、チップ領域よりも内側に設定したので、セラミックスシートを切断する切断工程において、切断刃に電極材料が付着せずに良好な切れ味を長期間に亘って維持できる。これにより、量産時における製造効率を高めることができる。また、圧電アクチュエータを寸法精度良く切り出すこともできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヘッド本体の基本構造を説明する断面図である。
【図２】ヘッド本体をノズルプレート側から見た図である。
【図３】アクチュエータユニットの構造を説明する図であり、圧力室長手方向で切断した断面図である。
【図４】アクチュエータユニットの構造を説明する図であり、圧力室幅方向で切断した断面図である。
【図５】駆動電極の端部構造を説明する断面図である。
【図６】共通電極の端部構造を説明する断面図である。
【図７】共通電極の構造を説明する図であり、（ａ）は共通上電極の平面図、（ｂ）は共通下電極の平面図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は、圧電素子の作成過程を説明する模式図である。
【図９】圧電素子に対する分極処理を説明する模式図である。
【図１０】セラミックシートとチップ領域の位置関係を説明する模式図である。
【図１１】複数のヘッド本体を備えた記録ヘッドを説明する図である。
【符号の説明】
１　ヘッド本体
２　流路ユニット
３　アクチュエータユニット
４　インク供給口
５　ノズル連通口
６　供給口形成基板
７　共通インク室
８　インク室形成基板
９　ノズル開口
１０　ノズルプレート
１１　ノズル列
１２　圧力室
１３　圧力室形成基板
１４　振動板
１４´　振動板基材
１５　供給側連通口
１６　蓋部材
１７　圧電素子
１８　セラミックスシート
１９　チップ領域
３１　圧電体層
３２　共通電極
３３　駆動電極
３４　上層圧電体
３５　下層圧電体
３６　共通上電極
３７　共通下電極
３８　圧力室隔壁
３９　導通電極
４０　供給端子
４１　端子基板
４２　共通上電極の基電極
４３　共通上電極の枝電極
４４　共通下電極の基電極
４５　共通下電極の枝電極
４６　共通下電極の導通帯部
４７　導通部材
６１　取付ベース