(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電駆動用の電極と該電極に電圧を印加することで圧電ひずみが発生する駆動層とが積層された複数の圧電素子を内蔵し、該圧電素子の両側に圧電干渉防止用の間隙を有する圧電基板の製造方法であって、
圧電粉末及びバインダーを含む複数枚の第１のグリーンシートと、圧電粉末及びバインダーを含む、表面に該電極を構成する導電層が形成された複数枚の第２のグリーンシートとを重ねて圧電部材を形成する工程と、
該圧電部材に、該複数の圧電素子の幅と間隔を設定する溝を形成する工程と、
圧電粉末及びバインダーを含む、厚さ方向の両側面にのみ被着層が被着された第３のグリーンシートからなるスペーサを形成する工程と、
該スペーサを、該溝の側壁と該被着層とを対向させて該溝に挿入する工程と、
該第１〜第３のグリーンシートの同時焼成により、該溝の底面に該スペーサを接合させると同時に、該被着層を熱分解して除去する接合工程とを含むことを特徴とする圧電基板の製造方法。
【請求項２】
前記被着層は、圧電粉末を含むグリーンシートを製造するために使用されるバインダーからなることを特徴とする請求項１記載の圧電基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１〜第３のグリンーシートの製造に圧電粉末とバインダーと可塑剤を含む同一スラリーを使用し、
該スラリーに含まれるバインダーを前記組成物として使用することを特徴とする請求項１記載の圧電基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインクジェットプリンタヘッド等に使用する圧電基板、特に内蔵する圧電素子の両側に圧電干渉防止間隙を有する圧電基板の製造方法に関する。
【０００２】
最近のインクジェットプリンタは、高精細印刷を可能にするため、インク流路が独立に可動し、インク流路を高密度化した小形軽量構成のものが求められるようになり、かかる要望に応えるため圧電素子の両側に圧電干渉防止間隙を有する圧電基板が、インクジェットプリンタヘッドに使用されるようになった。
【０００３】
【従来の技術】
図７はインクジェットプリンタの概略を示す斜視図であり、インクジェットプリンタ１は、記録媒体３を送出させるプラテンローラ２、プラテンローラ２に平行する２本のステーシャフト４ａと４ｂ、ステーシャフト４ａと４ｂに案内されてプラテンローラ２の長さ方向に往復動するキャリッジ５、キャリッジ５に搭載されたインクジェットヘッドユニット６を備え、インクジェットヘッドユニット６から記録媒体３に飛翔させるインクを補給するため、インクジェットヘッドユニット６とインク溜まり７とは、可撓性チューブ８によって接続されている。
【０００４】
かかるインクジェットプリンタ１において、インクジェットヘッドユニット６からインクを飛翔させる手段としては、ノズル内に埋め込んだ発熱体に通電し、インク中にバブルを発生させたときの体積変化を利用するバブルジェット方式と、圧電体素子に通電して発生する圧力波を利用するピエゾ方式が注目されている。
【０００５】
ピエゾ方式のインクジェットヘッドとしては、（１）圧電駆動用電極を内蔵する圧電基板の表面にインク流路溝を形成し、その溝をガラスにてなる上蓋で塞いだもの、（２）圧電駆動用電極を内蔵する圧電基板の表面に、インク流路溝を形成したインク流路板を被せたもの（流路板方式）、（３）上下に貫通する溝を形成した流路板の上面と下面に、圧電駆動用電極を内蔵する圧電体を貼着したものが、一般に知られている。
【０００６】
図８は流路板方式のインクジェットヘッドの分解斜視図、図９は図８に示すインクジェットヘッドの断面図、図１０は圧電干渉防止スリットを設けた圧電基板の説明図、図１１は圧電干渉防止用間隙を設けた圧電基板の説明図である。
【０００７】
図８および図９（ａ）において、インクジェットヘッドユニット６に組み込まれるインクジェットヘッド９は、複数（図は４個）の圧電素子１６を内蔵する圧電基板１０と、複数（図は４個）のインク流路溝１２を形成したインク流路板１１を接着層２１で接合し、その前面には、複数のインク流路溝１２のそれぞれに連通するノズル１３が形成されたノズル板１４が接合されている。
【０００８】
一般にガラスにてなり下面にインク流路溝１２が形成されたインク流路板１１の上面には、一端をインク溜まり７に接続した可撓性チューブ８の他端を接続する接続部１５が、被着されている。
【０００９】
圧電素子１６は、図９（ｂ）に拡大して示す如く複数の圧電駆動用の電極１６ａと、電極１６ａに電圧を印加することで圧電ひずみが発生する複数の駆動層１６ｂからなる。
【００１０】
かかるインクジェットヘッド９において、複数の圧電素子１６を内蔵する圧電基板１０は、全体が平板状であり、高精細印刷のため圧電素子１６のピッチを狭くし、特定の圧電素子１６を駆動させると、その圧電駆動が隣接のインク流路溝１２をも圧縮させ（干渉が発生し）、所謂クローストークが発生するようになる。
【００１１】
図１０において、インク流路溝１２が形成されたインク流路板１１の下面に、接着層２１で接合した圧電基板１０′は、隣接する圧電素子１６の間に圧電干渉防止スリット２２が形成され、圧電素子１６とスリット２２の間の部分は、接着層２１でインク流路板１１の下面に接合されている。
【００１２】
このような圧電基板１０′は、前記圧電基板１０に比べ圧電素子１６の間隔を縮小させることが可能であり、高精細印刷を可能にする。
図１１において、インク流路板１１の下面に接着層２１で接合した圧電基板１０″は、圧電素子１６の両側に圧電干渉防止用の間隙２３が形成され、圧電素子１６の間に形成された一対の間隙２３に挟まれた間隙間部分２４は、接着層２１でインク流路板１１の下面に接合されている。
【００１３】
このような圧電基板１０″は、前記圧電基板１０′よりさらに圧電素子１６の間隔を縮小可能であり、従って圧電基板１０′より一層の高精細印刷が可能になる。
【００１４】
図１２は圧電干渉防止用間隙を設けた従来の圧電基板の製造方法の説明図であり、図１２（ａ）において、電極１６ａを形成する複数の導体層を内蔵する圧電粉末のグリーンシートの積層部材２６には、複数（図は５本）の溝２７が形成され、溝２７は積層部材２６に内蔵する前記複数の導体層をそれぞれ複数に切断する。一般に幅が１００μｍ程度の溝２７は、回転するスライサーを使用する機械的加工手段で形成している。
【００１５】
積層部材２６は、圧電粉末を含むスラリーからグリーンシートを形成し、複数枚の第１のグリーンシートと、前記導体層を形成した複数枚の第２のグリーンシートを重ね、重ねられた第１および第２のグリーンシートは、適当に加圧して行う乾燥処理（例えば６０℃で２０分程度の加熱）で被着されている。
【００１６】
図１２（ｂ）において、溝２７の内面（対向する一対の側壁面と底面）に、間隙２３を形成させるための被着層２８を形成する。一般に厚さ１０μｍ程度の被着層２８は、積層部材２６の焼成で除去される組成物、例えば積層部材２６のグリーンシートに使用するバインダーペーストを使用し、該バインダーペーストを溝２７に注入し形成させている。
【００１７】
図１２（ｃ）において、表面が被着層２８で覆われた溝２７に充填剤２９を充填させる。一般に充填剤２９は、積層部材２６と同質のセラミックをペースト状にしたものを使用している。
【００１８】
次いで、適当な圧力例えば５０ＭＰａ程度の圧力で加圧しながら、６０℃で２０分程度加熱する乾燥処理を施したのち、図１２（ｄ）に示す如く、積層部材２６にグリーンシートの積層部材３０を重ね大気中で焼成する。
【００１９】
すると、１０００℃程度に加熱する前記焼成処理によって、積層部材２６と３０は一体化されると共に、被着層２８は熱分解で除去され圧電干渉防止用の間隙２３が形成され、図中の一点鎖線３１から下の不要部分を除去すると、図１１に示す圧電基板１０″が完成する。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したよう、圧電基板１０″を使用したインクジェットヘッドは、それ以前のインクジェットヘッドより高精細印刷が可能になる。しかし、被着層２８から形成された圧電干渉防止用の間隙２３および電極１６ａは、圧電基板１０″の焼成処理で変形されるという問題点があった。
【００２１】
図１３は従来の圧電干渉防止用間隙の形成に伴う問題点の説明図であり、被着層２８から形成される従来の圧電干渉防止用の間隙２３は、図示する如く変形すると共に、その変形は電極１６ａも変形させるようになる。
【００２２】
即ち、被着層２８は溝２７の全面、即ち左右の壁面と底面に被着され厚さの均一化が困難であり、被着層２８の熱酸化で発生するガスの排出路、特に溝２７の底面に被着された被着層２８から発生したガスの排出路がない。
【００２３】
そのため、図１３に示す如く間隙２３，間隙間部分２４，圧電素子１６を内蔵する部分２５に変形と欠損が生じ、間隙間部分２４および圧電素子内蔵部分２５の機械的強度が低減し割れ易くなると共に、圧電基板１０″が反ってしまうという問題点があった。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、圧電駆動用の電極と該電極に電圧を印加することで圧電ひずみが発生する駆動層とが積層された複数の圧電素子を内蔵し、該圧電素子の両側に圧電干渉防止用の間隙を有する圧電基板の製造方法において、従来の圧電基板１０″における前記問題点を解決することである。
【００２５】
上記目的を達成する本発明の第１の圧電基板の製造方法は、圧電粉末及びバインダーを含む複数枚の第１のグリーンシートと、圧電粉末及びバインダーを含む、表面に該電極を構成する導電層が形成された複数枚の第２のグリーンシートとを重ねて圧電部材を形成する工程と、該圧電部材に、該複数の圧電素子の幅と間隔を設定する溝を形成する工程と、圧電粉末及びバインダーを含む、厚さ方向の両側面にのみ被着層が被着された第３のグリーンシートからなるスペーサを形成する工程と、該スペーサを、該溝の側壁と該被着層とを対向させて該溝に挿入する工程と、該第１〜第３のグリーンシートの同時焼成により、該溝の底面に該スペーサを接合させると同時に、該被着層を熱分解して除去する接合工程とを含むことを特徴として構成する。
【００２６】
上記目的を達成する本発明の第２の圧電基板の製造方法は、前記本発明の第１の圧電基板の製造方法において、前記被着層は、圧電粉末を含むグリーンシートを製造するために使用されるバインダーからなることを特徴として構成する。
【００２７】
上記目的を達成する本発明の第３の圧電基板の製造方法は、前記本発明の第１の圧電基板の製造方法において、前記第１〜第３のグリンーシートの製造に圧電粉末とバインダーと可塑剤を含む同一スラリーを使用し、
該スラリーに含まれるバインダーを前記組成物として使用することを特徴として構成する。
【００２８】
前記本発明の第１〜第３の圧電基板の製造方法において、圧電干渉防止用の空隙を形成するためスペーサに形成した被着層は、圧電部材に形成した溝の壁面との対向面に被着され、その溝の底面（圧電部材）にスペーサを接合させる工程で除去される物質である。
【００２９】
従って、圧電部材とスペーサとの接合は、前記被着層の除去に影響されることなく可能となり、圧電干渉防止用の空隙および駆動電極も正確（変形なし）に形成されるよになる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例による圧電基板の説明図、図２は図１の圧電基板を使用したインクジェットプリンタヘッドの説明図、図３は図１の圧電基板に使用するグリーンシートの説明図、図４は図１の圧電基板の製造方法の説明図（その１）、図５は図１の圧電基板の製造方法の説明図（その２）である。
【００３１】
図１において圧電基板４１は、図の上下方向に配設された複数の圧電駆動用電極１６ａと、その電極１６ａの間に配設され電極１６ａに電圧を印加することで圧電ひずみが発生する駆動層１６ｂからなる、複数（図は４個）の圧電素子１６を内蔵する。
【００３２】
各圧電素子１６の両側には、圧電素子１６の全長に渡って圧電干渉防止用の空隙４２が形成され、圧電素子１６を挟むことなく隣接する一対の間隙４２の間には、流路板支持部４３が形成され、流路板支持部４３の上面を含む圧電基板４１の上面は平坦面である。
【００３３】
図２において、圧電基板４１を使用したインクジェットヘッド４５は、圧電基板４１の上面に、圧電素子１６に対応する流路溝１２が形成された流路板１１′を、接着層２１で接合し構成され、所定の圧電素子１６に所定の電圧を印可すると、その圧電素子に対応する流路溝１２が圧縮され、圧縮された流路溝１２内に充填されたインクが図示しないノズルから飛翔するようになる。
【００３４】
図３において、４６は少なくとも圧電粉末を含む第１のグリーンシート、４７は少なくとも圧電粉末を含み上面に導体層４８が形成された第２のグリーンシート、４９は少なくとも圧電粉末を含み厚さ方向の両側面に被着層５０が形成されたスペーサ（第３のグリーンシート）であり、グリーンシート４６と４７と４９は所定寸法に切断されている。
【００３５】
グリーンシート４７の上面には、圧電駆動用電極１６ａを形成するための導体層４８が、例えばＡｇ−Ｐペーストの印刷で形成され、帯状のグリーンシート（スペーサ）４９の厚さ方向の両側面には、グリーンシート４９の焼成処理でグリーンシート４９に悪影響を与えることなく除去される組成物の被着層５０が形成されている。
【００３６】
少なくとも圧電粉末を含むグリーンシート４６は、例えば粒径が約１．０μｍのＰＭＮ系圧電粉末、例えばＰｂ (Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3)1-x Ｔｉx   Ｏ3 を１００部と、バインダー例えばＰＶＢ（ポリビニルプチラール）を５部と、可塑剤例えばＤＢＰ（ジブビニルブチラール）を５部と、分散媒としてエタノール５部を混合してスラリーとして使用し、そのスラリーからドクターブレード法によって例えば厚さ５０μｍに作成し、それらを所定寸法に切断する。
【００３７】
少なくとも圧電粉末を含むグリーンシート４７は、前記スラリーから形成し厚さ５０μｍのグリーンシートに導体層４８、例えばＡｇ−Ｐペーストを印刷法で被着させそのＡｇ−Ｐペーストを乾燥して導体層４８を形成する。
【００３８】
少なくとも圧電粉末を含み例えば厚さが約１００μｍのグリーンシート４９は、前記スラリーから形成し厚さ５０μｍで適当幅に切断した２枚のグリーンシートを重ね、例えば１０ＭＰａ程度に加圧しながら６０℃で５分程度加熱する乾燥処理で、重ねた２枚のグリーンシートに含むエタノールを完全に除去すると共に軽く接合させたのち、厚さ方向の両側面にはその幅の１／２程度の被着層５０を全長に渡り、通常の手段例えば印刷法で形成する。
【００３９】
図４（ａ）において圧電部材５１は、それぞれ複数枚のグリーンシート４６と４７を積層して乾燥処理、例えばグリーンシート４６を４枚重ね、その上にグリーンシート４７を４枚重ね、さらにその上にグリーンシート４６を２枚重ねたのち、乾燥処理例えば１０ＭＰａ程度に加圧しながら６０℃で５分程度加熱してなる。この乾燥処理では、グリーンシート４６と４７に含むエタノールを完全に除去すると共に、それぞれ複数枚のグリーンシート４６と４７は軽く接合されるようになる。
【００４０】
次いで、図４（ｂ）では圧電部材５１に、圧電素子１６（図１参照）の幅と間隔を設定する溝５２を形成する。回転するスライサー５３で切削形成する複数本（図は５本）の溝５２は、例えば幅１００μｍ，深さ８００μｍ，ピッチ２００μｍであり、導体層４８から複数（図は４個）の電極１６ａを分離形成させると共に、電極１６ａおよび駆動層１６ｂの幅と間隔を決定する。
【００４１】
次いで、図４（ｃ）では複数の溝５２のそれぞれにグリーンシート４９を挿入したのち、上面を機械的加工手段（研削）で平坦にする。
なお、スライサー５３で形成した溝５２の縁にチッピング（微細な切り欠け）の生じる恐れがある。かかるチッピングの防止としては、溝５２を形成する圧電部材５１の表面に予めマイラーシートを貼着し、溝５２形成で分割されたマイラーシートを剥がす。
【００４２】
次いで、図５（ａ）の工程では溝５２にグリーンシート４９を挿入した圧電部材５１の上面に、グリーンシートの圧電部材５５を重ねる。圧電部材５５は、例えばグリーンシート４６を１０枚重ね、乾燥処理例えば１０ＭＰａ程度に加圧しながら６０℃で５分程度加熱し、グリーンシート４６に含まれるエタノールを完全に除去すると共に、複数枚のグリーンシート４６を軽く接合させたものである。
【００４３】
次いで、図５（ｂ）の焼成工程では、重ねられた圧電部材５１と５５を、大気中で重ね方向に例えば５０ＭＰａ程度に加圧しながら、１０００℃で２０分程度焼成する。
【００４４】
すると、グリーンシート４６に被着した被着層５０は熱分解して消滅すると共に、圧電部材５１と５５およびグリーンシート（スペーサ）４９は完全に一体化され、前面と図示されない後面に電極１６ａの端面と、被着層５０の熱分解で形成された空隙５７の端面が露呈する圧電焼成基板５６が完成する。
【００４５】
そこで、図５（ｂ）に示す圧電焼成基板５６をその厚さ方向に引っ繰り返した上面を研磨し、その研磨面から所定深さに最上層の電極１６ａが位置するようにすると、図５（ｃ）に示す如き圧電基板４１、即ち両脇に均一幅で歪みのない空隙４２を有する複数の圧電素子１６を内蔵した圧電基板４１が完成する。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の圧電基板の製造方法は、圧電干渉防止用の空隙および圧電素子が正確に形成され、インクジエットプリンタの高精細化および階調制御の変換率を高めると共に、量産性を高め性能を安定化させた効果を得た。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例による圧電基板の説明図
【図２】  図１の圧電基板を使用したインクジェットプリンタヘッドの説明図
【図３】  図１の圧電基板に使用するグリーンシートの説明図
【図４】  図１の圧電基板の製造方法の説明図（その１）
【図５】  図１の圧電基板の製造方法の説明図（その２）
【図６】  本発明の実施例における圧電干渉防止用間隙の拡大図
【図７】  インクジェットプリンタの概略を示す斜視図
【図８】  流路板方式のインクジェットヘッドの分解斜視図
【図９】  図８に示すインクジェットヘッドの断面図
【図１０】  圧電干渉防止スリットを設けた圧電基板の説明図
【図１１】  圧電干渉防止用間隙を設けた圧電基板の説明図
【図１２】  圧電干渉防止用間隙を設けた従来の圧電基板の製造方法の説明図
【図１３】  従来の圧電干渉防止用間隙の形成に伴う問題点の説明図
【符号の説明】
１６  圧電素子
１６ａ  圧電素子の電極
１６ｂ  圧電素子の駆動層
４１  圧電基板
４２  圧電干渉防止用の間隙
４３  流路板支持部
４６  第１のグリーンシート
４７  第２のグリーンシート
４８  導体層
４９  第３のグリーンシート（スペーサ）
５０  スペーサの被着層
５１  圧電部材
５２  溝
【図１】
0003867352.tif 000002
【図２】
0003867352.tif 000003
【図３】
0003867352.tif 000004
【図４】
0003867352.tif 000005
【図５】
0003867352.tif 000006
【図６】
0003867352.tif 000007
【図７】
0003867352.tif 000008
【図８】
0003867352.tif 000009
【図９】
0003867352.tif 000010
【図１０】
0003867352.tif 000011
【図１１】
0003867352.tif 000012
【図１２】
0003867352.tif 000013
【図１３】
0003867352.tif 000014