(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部共通電極を設けた圧電セラミックス層と内部個別電極を設けた圧電セラミックス層とを、各圧電セラミックス層の一方の面側に内部共通電極、他方の面側に内部個別電極が位置するように交互に複数積層され、且つ、前記各内部個別電極が液滴噴射装置における各液室に対応して圧電セラミックス層の面に沿って適宜間隔にて配置され、
前記各液室に対応して圧電セラミックス層の積層方向に沿って並ぶ複数の内部個別電極からなる電極群のうちの選択された前記液室に対応する内部個別電極群と、前記各内部共通電極との間に駆動電圧を印加することにより、前記内部共通電極と前記液室に対応する内部個別電極群とで挟まれる圧電セラミックス層を前記積層の厚さ方向の圧電縦変位部とし、該各圧電縦変位部が液滴噴射装置における各液室に対応して配置される圧電トランスデューサにおいて、
前記圧電セラミックス層となるセラミックス製の一方のグリーンシートに、前記各液室に対応して分割された内部個別電極を形成し、他方のグリーンシートに、前記全ての液室に跨がる内部共通電極を形成し、前記一方と他方のグリーンシートを交互に積層し、
その積層体の表面には、前記内部共通電極が露出する電極取り出し部に外部共通電極を、また、前記各内部個別電極群の端部が露出する個所の群毎に外部個別電極をそれぞれ取り付け、
前記圧電縦変位部を分極処理する前に、前記外部共通電極及び外部個別電極の間で、前記圧電縦変位部の静電容量を計測し、
前記外部共通電極及び外部個別電極に、分極装置における駆動電源装置を分極電圧調節部を介して接続し、
前記静電容量の測定値が小さいときには分極用印加電圧の値を大きくし、前記測定値が大きいときには分極用印加電圧の値を小さくするように逆比例的に調節するべく、前記各圧電縦変位部毎に分極条件を調節して前記各圧電縦変位部を前記積層の厚さ方向に分極処理することを特徴とする圧電トランスデューサの製造方法。
【請求項２】
１層乃至複数層の圧電セラミックス層と、該圧電セラミックス層の面に沿って適宜間隔にて配置された第１の内部電極層と第２の内部電極層とからなる電極群とを備え、
前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいて配置された少なくとも一対の前記電極群は、液滴噴射装置における各液室に対応して配置され、
前記電極群のうち、選択された前記液室に対応する電極群に駆動電圧を印加することにより、当該一対の電極群で挟まれる圧電セラミックス層の部分を当該圧電セラミックス層の面に対して傾斜する方向に偏倚する圧電剪断変位部とし、
該各圧電剪断変位部を液滴噴射装置における各液室に対応して配置される圧電トランスデューサにおいて、
前記圧電セラミックス層となるセラミックス製のグリーンシートに、前記電極群を形成し、その１層乃至複数層に積層されたグリーンシートの最上面と最下面とに、分極用電極層を形成し、
前記圧電剪断変位部を分極処理する前に、当該各圧電剪断変位部の静電容量を計測し、  前記分極用電極層に、分極装置における駆動電源装置を分極電圧調節部を介して接続し、
前記静電容量の測定値が小さいときには分極用印加電圧の値を大きくし、前記測定値が大きいときには分極用印加電圧の値を小さくするように逆比例的に調節するべく、前記各圧電剪断変位部毎に分極条件を調節して前記各圧電剪断変位部を前記積層の厚さ方向に分極処理し、
その分極処理の後、前記分極用電極層を除去することを特徴とする圧電トランスデューサの製造方法。
【請求項３】
１層乃至複数層の圧電セラミックス層と、該圧電セラミックス層の面に沿って適宜間隔にて配置された第１の内部電極層と第２の内部電極層とからなる分極用電極群とを備え、  前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいて配置された少なくとも一対の前記分極用電極群は、液滴噴射装置における各液室に対応して配置され、
前記分極用電極群のうち、選択された前記液室に対応する分極用電極群にて挟まれた領域に配置され、且つ圧電セラミックス層の積層方向にて対向する一対の駆動用電極に駆動電圧を印加することにより、当該各対の駆動用電極で挟まれる圧電セラミックス層の部分を当該圧電セラミックス層の面に対して傾斜する方向に偏倚する圧電剪断変位部とし、該各圧電剪断変位部を液滴噴射装置における各液室に対応して配置される圧電トランスデューサにおいて、
前記圧電セラミックス層となるセラミックス製のグリーンシートに、前記分極用電極群を形成し、
前記各圧電剪断変位部を分極処理する前に、当該各圧電剪断変位部の静電容量を計測し、
前記分極用電極層に、分極装置における駆動電源装置を分極電圧調節部を介して接続し、
前記静電容量の測定値が小さいときには分極用印加電圧の値を大きくし、前記測定値が大きいときには分極用印加電圧の値を小さくするように逆比例的に調節するべく、前記各圧電剪断変位部毎に分極条件を調節して前記各圧電剪断変位部を前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に分極処理し、
その分極処理の後、前記圧電セラミックス層の上下外面に、前記圧電剪断変位部に対応する箇所を含んで前記一対の駆動用電極を形成することを特徴とする圧電トランスデューサの製造方法。
【請求項４】
前記分極電圧調節部は、前記分極用の電圧に加えて、その電圧の印加時間を調節するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電トランスデューサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電トランスデューサの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
プリントヘッドに圧電式の液滴噴射装置を利用したものが従来から提案されている。これは、圧電トランスデューサの寸法変位によって液室の容積を変化させることにより、その容積減少時に液室内の液体をノズルから噴射し、容積増大時に液体供給口から液室内に液体を導入するようにしたもので、ドロップオンデマンド方式と呼ばれている。そして、近年では、複数の液室に跨って設けられた単一の圧電トランスデューサの所定の噴射装置に対応する部位のみを局部的に変形させる圧電式の液滴噴射装置が提案されている。この種の圧電式の液滴噴射装置としては、例えば米国特許第5,402,159 号明細書がある。この種の液滴噴射装置について、以下に図を参照して説明する。
【０００３】
図１は、液滴噴射装置を搭載するインクジェットプリンタの要部を示す図であり、１０はプラテンである。このプラテン１０は、軸１２により、フレーム１３に回転可能に取り付けられており、モータ１４によって駆動される。プラテン１０に対向して後述する液滴噴射装置５００が設けられている。液滴噴射装置５００は、液体供給装置１６と共にキャリッジ１８上に載置されている。キャリッジ１８はプラテン１０の軸線平行に配設された２本のガイドロッド２０に摺動可能に支持されると共に、一対のプーリー２２に巻き掛けられたタイミングベルト２４が結合させられている。そして、一方のプーリ２２がモータ２３によって回転させられ、タイミングベルト２４が送られることによってキャリッジ１８はプラテン１０に沿って移動させられる。
【０００４】
図２は、前記従来の液滴噴射装置５００の断面図である。この液滴噴射装置５００は、図２の上方に開口する幅０．３ｍｍ、長さ３．８ｍｍである複数の液室３２０が形成された矩形容器状の液室部材３４０と、その液室部材３４０の下面開口側に固着されて、ノズル３７０が穿設されたノズルプレート３６０と、上面開口側に固着された圧電トランスデューサ３８０とを備えて構成されている。隣り合う液室３２０間のピッチ、ひいてはノズル３７０のピッチは０．３３９ｍｍ（ほぼ７５ｄｐｉ）であり、図２では３個の液室３２０しか示していないが、全体で７５個の液室３２０を有する構造となっている。
【０００５】
前記圧電トランスデューサ３８０は、圧電・電歪効果を有する圧電セラミックス層４００と、内部共通電極層４２０と、前記液室３２０に対して１対１で対応するように分割された内部個別電極層４４０とを複数積層し、厚さ０．２５ｍｍとしたものである。そして、圧電トランスデューサ３８０は、内部共通電極層４２０と内部個別電極層４４０とに挟まれた変位部４６０と、両内部電極層４２０、４４０に挟まれていない非変位部４８０を有している。前記圧電セラミックス層４００は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料にて厚さ０．０４ｍｍに構成されており、積層方向に分極させられている。同図の圧電セラミックス層４００の各変位部４６０の幅は前記内部個別電極層４４０の幅と同じで０．１２５ｍｍである。前記内部電極層４２０、４４０はＡｇ−Ｐｄ系の金属材料からなり、厚さ０．００２ｍｍである。
【０００６】
前記圧電トランスデューサ３８０は、非変位部４８０において前記液室部材３４０に固着されている。
【０００７】
前記圧電トランスデューサ３８０は、以下の製造方法によって製造される。
【０００８】
図３に示すように、先ず、セラミックス製のグリーンシート１１０の上側表面に、前記液室３２０に１対１で対応するように複数に分割された内部個別電極層４４０をスクリーン印刷によって形成する。他方のグリーンシート１００の上側表面に、内部共通電極層４２０とその電極取り出し部４３０をスクリーン印刷によって形成する。そして、両グリーンシート１００、１１０を交互に所要枚数積層し、その上部には電極層のない１枚のグリーンシート１２０を重ねて、全体を加熱プレスし、脱脂、焼結等の必要な手段を施すことにより、圧電トランスデューサを得る。かくして得られた共通電極層４２０の電極取り出し部４３０および内部個別電極４４０が露出している箇所に外部共通電極５２０、外部個別電極５４０をそれぞれ取り付ける（図４参照）。そして、この圧電トランスデューサ３８０を１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図示しないオイルバス中に浸し、その外部共通電極５２０と外部個別電極５４０との間に分極電源５６０を介して２．５ｋＶ／ｍｍ程度の電界を印加し、分極処理を施す（図６参照）。この分極処理により、図２に示すように、内部個別電極層４４０と内部共通電極層４２０との間の圧電セラミックス層には、当該セラミックス層の層厚さ方向であって、内部個別電極層４４０から内部共通電極層４２０に向かう矢印５８０で示す分極電界が発生する。以上の方法により圧電トランスデューサ３８が得られるのである。
【０００９】
図２及び図４に示すように前記圧電トランスデューサ３８０と、前記液室部材３４０と、ノズルプレート３５０とを取り付けて前記液滴噴射装置３００が構成される。この液滴噴射装置３００には図６で示されている電気回路が設けられている。この電気回路において、駆動電源６００の負極側と圧電トランスデューサ３８０の外部共通電極５２０とは接地されており、前記駆動電源６００の正極側は開閉スイッチ６２０を介して圧電トランスデューサ３８０の外部個別電極５４０に接続されている。この各スイッチ６２０が図示しないコントローラの制御によって閉じられることにより、駆動電源６００から所定の変位部４６０に位置する内部共通電極層４２０と内部個別電極層４４０間に駆動電圧が印加される。
【００１０】
以上のように構成された液滴噴射装置３０の動作について説明する。所定の印字データに従って、前記コントローラの制御により、図６において、液滴を噴射すべき液室３２０ａに対応する例えばスイッチ６２ａを閉じると、前記変位部４６０ａの内部共通電極層４２０と内部個別電極層４４０との間に、電圧が印加され、それらの間に位置する圧電セラミックス層４００に前記分極方向（図２の矢印５８０）と平行状の駆動電界が印加され、これにより、圧電・電歪縦効果の寸法歪に従い、前記変位部４６０ａが図の上下方向に伸張し、前記液室３２０ａの容積を減少させる。そして、この液室３２０ａ内の液体がノズル３７０ａから液滴３９０となって噴射される。また、スイッチ６２０ａが開いて電圧の印加が遮断され変位部４６０ａが元の位置まで戻されると、その時の液室３２０ａの容積増加に伴って前記液体供給装置１６から液体が補充される。
【００１１】
以上のような構成を持つ圧電トランスデューサを持つ液滴噴射装置であれば、製造も簡単であり、コストが安い、高い解像度が得られるという効果がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種の圧電トランスデューサを備えた液滴噴射装置にあっては、前記各変位部毎の内部個別電極層４４０と共通の内部電極層４２０との間に挟まれた圧電セラミックス層４００の静電容量は、内部個別電極層４４０の幅及び長さの積（面積）に比例し、且つ圧電セラミックス層４００の厚さの逆数に比例する。また、各液室３２０に対応する個所ごとの分極電界の強さ（大きさ）（単位：ｋＶ／ｍｍ）は、分極用の印加電圧に比例する。
【００１３】
他方、実験の結果から、各液室３２０毎の液滴の噴射速度は、駆動電圧を一定とすれば、前記静電容量の大きさに比例することが分かっている。即ち、図７に示すように、静電容量が９５０（ピコファラドｐＦ）から１９５０（ｐＦ）まで変化する間に液滴の噴射速度が５ｍ／ｓｅｃ．から１０ｍ／ｓｅｃ．まで変化（増大）する。従って、１つの圧電トランスデューサにおける複数の液室に対応する変位部における分極処理する前の静電容量が液室毎に異なる場合に、その圧電トランスデューサ全体について同じ強さの分極処理を施した後に、前記液室に対応する個所ごとに（統一した）同じ強さの駆動電圧を印加すると、前記静電容量が大きい液室における液滴噴射速度が、静電容量が小さい液室に比べて速くなるのである。
【００１４】
しかしながら、前記従来の圧電式の液滴噴射装置に用いられる圧電トランスデューサは、セラミックスのグリーンシートの表面に内部電極層４２０、４４０をスクリーン印刷形成した後、一体にプレスして焼結して作られるため、圧電セラミックス層４００の厚みが圧電トランスデューサ毎にバラツキが発生する一方、液室３２０毎に対応配置される分割形成された内部個別電極層４４０の面積が液室３２０毎にバラツキを生じやすい。
【００１５】
それにも拘らず、前記従来のものでは、全ての変位部に対して同一の分極電界を印加していたために、変位部間で変形量が不均一となり、液滴噴射速度が５．３ｍ／ｓ程度から９．７ｍ／ｓ程度までばらつき、液滴の体積の不均一も重なって印字品質が悪くなるという欠点があった。
【００１６】
このような不具合を解消するため、噴射装置ごと、もしくは液室毎に駆動する電圧を変えるなどの工夫をすることが考えられるが、これは電源やドライバ基板などのコストが高くなるという欠点があった。
【００１７】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、全変位部について同一の駆動電圧を用いても、変形量が均一となり、液滴（インク）の噴出の速度等の態様が均一化されて、印字品質が良好となる圧電トランスデューサの製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
この目的を達成するために、請求項１の発明の圧電トランスデューサの製造方法は、内部共通電極を設けた圧電セラミックス層と内部個別電極を設けた圧電セラミックス層とを、各圧電セラミックス層の一方の面側に内部共通電極、他方の面側に内部個別電極が位置するように交互に複数積層され、且つ、前記各内部個別電極が液滴噴射装置における各液室に対応して圧電セラミックス層の面に沿って適宜間隔にて配置され、前記各液室に対応して圧電セラミックス層の積層方向に沿って並ぶ複数の内部個別電極からなる電極群のうちの選択された前記液室に対応する内部個別電極群と、前記各内部共通電極との間に駆動電圧を印加することにより、前記内部共通電極と前記液室に対応する内部個別電極群とで挟まれる圧電セラミックス層を前記積層の厚さ方向の圧電縦変位部とし、該各圧電縦変位部が液滴噴射装置における各液室に対応して配置される圧電トランスデューサにおいて、前記圧電セラミックス層となるセラミックス製の一方のグリーンシートに、前記各液室に対応して分割された内部個別電極を形成し、他方のグリーンシートに、前記全ての液室に跨がる内部共通電極を形成し、前記一方と他方のグリーンシートを交互に積層し、その積層体の表面には、前記内部共通電極が露出する電極取り出し部に外部共通電極を、また、前記各内部個別電極群の端部が露出する個所の群毎に外部個別電極をそれぞれ取り付け、前記圧電縦変位部を分極処理する前に、前記外部共通電極及び外部個別電極の間で、前記圧電縦変位部の静電容量を計測し、前記外部共通電極及び外部個別電極に、分極装置における駆動電源装置を分極電圧調節部を介して接続し、前記静電容量の測定値が小さいときには分極用印加電圧の値を大きくし、前記測定値が大きいときには分極用印加電圧の値を小さくするように逆比例的に調節するべく、前記各圧電縦変位部毎に分極条件を調節して前記各圧電縦変位部を前記積層の厚さ方向に分極処理することを特徴とするものである。
【００２０】
次に、請求項２の発明の圧電トランスデューサの製造方法は、１層乃至複数層の圧電セラミックス層と、該圧電セラミックス層の面に沿って適宜間隔にて配置された第１の内部電極層と第２の内部電極層とからなる電極群とを備え、前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいて配置された少なくとも一対の前記電極群は、液滴噴射装置における各液室に対応して配置され、前記電極群のうち、選択された前記液室に対応する電極群に駆動電圧を印加することにより、当該一対の電極群で挟まれる圧電セラミックス層の部分を当該圧電セラミックス層の面に対して傾斜する方向に偏倚する圧電剪断変位部とし、該各圧電剪断変位部を液滴噴射装置における各液室に対応して配置される圧電トランスデューサにおいて、前記圧電セラミックス層となるセラミックス製のグリーンシートに、前記電極群を形成し、その１層乃至複数層に積層されたグリーンシートの最上面と最下面とに、分極用電極層を形成し、前記圧電剪断変位部を分極処理する前に、当該各圧電剪断変位部の静電容量を計測し、  前記分極用電極層に、分極装置における駆動電源装置を分極電圧調節部を介して接続し、前記静電容量の測定値が小さいときには分極用印加電圧の値を大きくし、前記測定値が大きいときには分極用印加電圧の値を小さくするように逆比例的に調節するべく、前記各圧電剪断変位部毎に分極条件を調節して前記各圧電剪断変位部を前記積層の厚さ方向に分極処理し、その分極処理の後、前記分極用電極層を除去することを特徴とするものである。
【００２１】
さらに、請求項３の発明の圧電トランスデューサの製造方法は、１層乃至複数層の圧電セラミックス層と、該圧電セラミックス層の面に沿って適宜間隔にて配置された第１の内部電極層と第２の内部電極層とからなる分極用電極群とを備え、  前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に間隔をおいて配置された少なくとも一対の前記分極用電極群は、液滴噴射装置における各液室に対応して配置され、前記分極用電極群のうち、選択された前記液室に対応する分極用電極群にて挟まれた領域に配置され、且つ圧電セラミックス層の積層方向にて対向する一対の駆動用電極に駆動電圧を印加することにより、当該各対の駆動用電極で挟まれる圧電セラミックス層の部分を当該圧電セラミックス層の面に対して傾斜する方向に偏倚する圧電剪断変位部とし、該各圧電剪断変位部を液滴噴射装置における各液室に対応して配置される圧電トランスデューサにおいて、前記圧電セラミックス層となるセラミックス製のグリーンシートに、前記分極用電極群を形成し、前記各圧電剪断変位部を分極処理する前に、当該各圧電剪断変位部の静電容量を計測し、前記分極用電極層に、分極装置における駆動電源装置を分極電圧調節部を介して接続し、前記静電容量の測定値が小さいときには分極用印加電圧の値を大きくし、前記測定値が大きいときには分極用印加電圧の値を小さくするように逆比例的に調節するべく、前記各圧電剪断変位部毎に分極条件を調節して前記各圧電剪断変位部を前記圧電セラミックス層の面に沿う方向に分極処理し、その分極処理の後、前記圧電セラミックス層の上下外面に、前記圧電剪断変位部に対応する箇所を含んで前記一対の駆動用電極を形成することを特徴とするものである。
【００２２】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の圧電トランスデューサの製造方法において、前記分極電圧調節部は、分極用の電圧に加えて、その電圧の印加時間を調節するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態について図を参照して説明する。第１実施形態における圧電トランスデューサ３８０と液滴噴射装置５００の構成および、該液滴噴射装置５００を搭載するインクジェットプリンタの構成は従来例として示す図２、図６と全く同じである。
【００２４】
従って、この圧電トランスデューサ３８０における電極群としての内部電極層４２０及び内部電極層４４０は、積層された複数の圧電セラミックス層４００の積層の厚さ方向に間隔をおいて配置されたものを１群とし、且つ圧電セラミックス層４００の面に沿って前記液室３２毎に１群ずつ設けられている。そして、この１群の電極間である、内部電極層４２０と４４０との間に駆動電圧を印加することにより当該１群の電極の間を前記積層の厚さ方向の圧電縦変位部としての変位部４６０とするものである。
【００２５】
本発明に係る圧電トランスデューサ３８０は、以下の製造方法によって製造される。
【００２６】
図３に示すように、先ず、セラミックス製のグリーンシート１１０の上側表面に、前記液室３２０に１対１で対応するように複数に分割された内部個別電極層４４０をスクリーン印刷によって形成する。他方のグリーンシート１００の上側表面に、内部共通電極層４２０とその電極取り出し部４３０をスクリーン印刷によって形成する。そして、両グリーンシート１００、１１０を交互に所要枚数積層し、その上部には電極層のない１枚のグリーンシート１２０を重ねて、全体を加熱プレスし、脱脂、焼結等の必要な手段を施すことにより、圧電トランスデューサ３８０を得る。
【００２７】
かくして得られた共通電極層４２０の電極取り出し部４３０および内部個別電極４４０が露出している箇所に外部共通電極５２０、外部個別電極５４０をそれぞれ取り付ける（図４参照）。
【００２８】
そして、各液室３２０に対応する変位部４６０（圧電縦変位部）の個所のごとの静電容量（グリーンシートの焼結後であって分極処理前の静電容量をいう、以下同じ）を計測する。そのためには、図８（ａ）に示すように、ＬＣＲ（インダクタンス・静電容量・抵抗）メータ等の静電容量測定装置６４０を用いて、前記外部共通電極５２０と各外部個別電極５４０ａ，５４０ｂ，５４０ｃ，５４０ｄ，５４０ｅとの間の低電圧低周波数、例えば、１ｋＨｚ、１Ｖでの静電容量を測定する。
【００２９】
そして、各液室の変位部４６０に対応するこの各外部電極５４０ａ，５４０ｂ，５４０ｃ，５４０ｄ，５４０ｅ個所毎の静電容量の測定値を、図９に示すコントローラ６６０におけるＲＡＭ（随時読み書き可能メモリ）等の記憶部（図示せず）に記憶保持させる。
【００３０】
次いで、この圧電トランスデューサ３８０を１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図示しないオイルバス中に浸した状態で以下のようにして分極処理する。
【００３１】
その場合、前記静電容量の測定値に基づいて、分極装置６８０を介して各液室の変位部４６０毎に分極条件を調節する。その一例として、図８（ｂ）に示すように、分極装置６８０における駆動電圧源７００は同一とし、分極処理する圧電トランスデューサ３８０の前記外部共通電極５２０に負極を接続し、各外部個別電極５４０ａ，５４０ｂ，５４０ｃ，５４０ｄ，５４０ｅには、分極電圧調節部７１０ａ〜７１０ｅを介して接続して、前記各静電容量の測定値に基づいて分極用の印加電圧を大小調節するのである。
【００３２】
その場合の静電容量の値と、印加する分極用電圧の大小との関係は、図１０に基づいて求められたマップもしくは関係式を前記コントローラ６４０に予め記憶させておき、所定の演算により、印加すべき分極用電圧の値を求めて、分極装置６８０の前記調節部７１０ａ〜７１０ｅを制御するのである。
【００３３】
ここで、図１０は、横軸にグリーンシートの焼結後の静電容量（単位：ｐＦ）を採り、縦軸には、駆動電圧を一定にして分極処理後の変位部の変形量が一定となるような分極電界（単位：ｋＶ／ｍｍ）を採って、両者の関係を実験的に求めた図である。この図から理解できるように、各変位部の静電容量が小さい時には、分極電界を大きくし、静電容量が大きくなるほど分極電界を小さくするような分極処理を施せば、後に液滴噴射装置として作動させるときに、駆動電圧を一定にして当該分極処理後の変位部の変形量を一定にでき、各液室３２０毎の液滴の噴射速度が略等しくなって、ひいては各圧電トランスデューサ３８０の均一な印字性能を得ることができる。なお、分極電界の大きさは、分極用の電圧の大小とその電圧印加時間の長短により決定されるから、そのいずれか一方もしくは双方を調節することにより、分極条件を変更・調節することができる。
【００３４】
前記分極処理により、図２に示すように、内部個別電極層４４０と内部共通電極層４２０との間の圧電セラミックス層には、当該セラミックス層の層厚さ方向であって、内部個別電極層４４０から内部共通電極層４２０に向かう矢印５８０で示す分極電界が発生するのであり、且つ以上の方法により変位部４６０毎に分極の状態の異なる圧電トランスデューサ３８０が得られるのである。
【００３５】
このようにして得られた圧電トランスデューサ３８０を有する液滴噴射装置３００では、従来と同様の図６で示されている駆動用の電気回路を介して駆動させることができる。つまり、この電気回路において、単一の電圧値である駆動電源６００の負極側と圧電トランスデューサ３８０の外部共通電極５２０とは接地されており、前記駆動電源６００の正極側は開閉スイッチ６２０を介して圧電トランスデューサ３８０の外部個別電極５４０に接続する。この各スイッチ６２０が図示しないコントローラによって閉じられることにより、駆動電源６００から所定の変位部４６０に位置する内部共通電極層４２０と内部個別電極層４４０間に所定の同一の電圧値の駆動電圧が印加される。
【００３６】
従って、所定の印字データに従って、前記コントローラが例えばスイッチ６２０ａを閉じると、前記変位部４６０ａの内部共通電極層４２０と内部個別電極層４４０ａとの間に電圧が印加され、それらの間に位置する圧電セラミックス層４００に電界が印加され、圧電・電歪縦効果の寸法歪に従い、圧電縦変位部としての変位部４６０ａが図の上下方向に伸張し、前記所定の液室３２０ａの容積を減少させる。これにより液室３２０ａ内の液体（インク）がノズル３７０ａから液滴３９０となって噴射される。
【００３７】
ここで、従来例の液滴噴射速度のバラツキと、本発明の実施例の液滴噴射速度のバラツキを比較してみた。従来例では、最小液滴速度が５．３ｍ／ｓで最大液滴速度が９．７ｍ／ｓであり、その差は４．４ｍ／ｓもあった。これに対し、本発明の実施例では最小液滴速度が７．６ｍ／ｓで最大液滴速度が８．３ｍ／ｓとなり、その差はわずか０．７ｍ／ｓとなり従来例の約１／１０にバラツキを抑えることができた。
【００３８】
これにより、液滴噴射速度は、いずれの液室３２０においても略等しくする（バラツキを少なくする）ことができ、また、異なる圧電トランスデューサ３８０であっても各液室に対応する液滴噴射速度を均一にしたものを製作できる結果、液滴噴射装置３００をインクジェットプリンタとして使用した場合に印字品質を均一にできるのである。また、駆動するための電圧を液室毎に変える必要もないため、電源やドライバ基板が低コストになるのである。
【００３９】
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、第２実施形態を示し、この圧電トランスデューサ１８０では、図１１（ａ）に示すように、１層乃至複数層の圧電セラミックス層４００の各面に沿って適宜間隔にて第１の電極群としての内部電極層１３０と、第２の電極群としての内部電極層１４０とが液室３２０の並び方向に交互に配置される。また、実施形態では、各群内の電極は、複数層の圧電セラミックス層４００の層厚さ方向に適宜間隔で対向して配置されている。そして、前記内部電極層１４０、１４０に対応する部分は各液室３２０の両端部の隔壁となる液室部材３４０の上面に配置され、他方の内部電極層１３０に対応する部分は各液室３２０の中央部に配置されている。
【００４０】
前記内部電極層１３０と１４０、１４０で挟まれた部分に相当する圧電セラミックス層４００の各部位はそれぞれ積層方向に分極（矢印１７０で示す）された変位部１６０をなす。そして、所定の印字データに基づいて、１つの液室３２０から液滴を噴射させる場合には、その液室３２０の両端の一対（２つの群）の内部電極層１４０、１４０を接地（グランド）し、中央部の１群の内部電極層１３０に正電位、例えば（＋１５Ｖ）の駆動電圧を印加すると、図１１（ａ）において破線矢印１７０で示すように、圧電セラミックス層４００の面と平行状（分極方向１５０と直交する方向）の駆動電界が印加され、中央部の内部電極層１３０を挟む両変位部１６０がそれぞれ左右対称な圧電厚み滑り効果の歪みに従って、図１１（ａ）において二点鎖線で示すように、前記中央部の内部電極層１３０の個所が液室３２０から離れるように傾斜状に偏倚し、液室３２０の体積（容積）を増大させる。従って、前記変位部１６０を、圧電剪断変位部と称する。前記変位時の容積（体積）の増大に伴って図示しいない液体（インク）供給装置から液体（インク）が補充される。次いで、前記両内部電極層１３０、１４０への駆動電圧の印加が遮断されると、前記変位部１６０は元の位置まで戻り、その液室３２０の容積（体積）の減少に基づき、液滴が外に噴射されるのである。
【００４１】
このような圧電トランスデューサ１８０を形成するには、第１実施形態と同様に、セラミックス製のグリーンシート（圧電セラミックス層４００に相当）の表面に、変位部１６０に対応した位置に内部電極層１３０、１４０をスクリーン印刷形成して積層し、さらに、図１１（ｂ）に示すように、その上下面には、分極用電極層２３０、２４０を形成したグリーンシート２１０を重ね、全体を加熱プレスし、脱脂、焼結等の処理を施す。このようにして得られた圧電トランスデューサ１８０における各液室３２０毎に対応する前記一対の内部電極層１３０、１４０毎に、前記静電容量測定装置６４０を接続し、該一対の内部電極層１３０、１４０で囲まれた部位（前記圧電剪断変位部１６０に相当）毎の静電容量（グリーンシートの焼結後であって分極処理前の静電容量）を、前記第１実施形態と同様にして計測し（図１１（ｂ）参照）前記各変位部１６０毎の静電容量の計測（測定）値を前記コントローラ６６０のＲＡＭ（随時読み書き可能メモリ）等に記憶保持させる。
【００４２】
次いで、この圧電トランスデューサ１８０を１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図示しないオイルバス中に浸した状態で、図１１（ｃ）に示すようにして前記分極用電極２３０に、分極装置６８０の電圧等の調節部６８０ａを介して正極を印加し、他方の分極用電極２４０は接地し、前記各静電容量の測定値に基づいて各変位部１６０毎にその分極用の印加電圧等の分極条件を調節するのである。その場合の静電容量の値と、印加する分極用電圧の大小との関係は、前述したごとく、図１０に基づいて求められたマップもしくは関係式を前記コントローラ６４０に予め記憶させておき、所定の演算により、印加すべき分極用電圧の値を求めて、分極装置６８０の調節部を制御するのである。第２実施形態における分極方向（１５０）は、図１１（ａ）及び図１１（ｃ）に示すように、圧電セラミックス層４００の積層方向（厚み方向）であって、且つ分極用電極の正極からグランド（ＧＮＤ）方向に向かうものである。
【００４３】
分極処理後、分極用電極２３０、２４０とともに上下のシート２１０は研削加工により除去される。
【００４４】
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示す第３実施形態の圧電トランスデューサ２８０では、前記第２実施形態と同様に、前記一対の内部電極層１４０、１４０に対応する部分は各液室３２０の両端部の隔壁となる液室部材３４０の上面に配置され、他方の内部電極層１３０に対応する部分は各液室３２０の中央部に配置されている。この場合、内部電極層１３０、１４０は分極用電極として使用される。その内部電極層１３０と１４０との間の圧電セラミックス層４００の各部位はその電極が対向する方向に分極（矢印２９０で示す）された変位部２５０をなす。
【００４５】
この圧電トランスデューサ２８０の上下外面には駆動用の外部電極２６０、２７０を形成しておく。その場合、グランド外部電極２７０は圧電トランスデューサ２８０の下面全体に形成し、液室３２０と対面するように配置され、個別外部電極２６０は、各液室３２０の変位部２５０に対応する個所毎に分割して形成しておく。
【００４６】
そして、所定の印字データに基づいて、１つの液室３２０から液滴を噴射させる場合には、グランド外部電極２７０を接地させ、その液室３２０に対応する正極外部電極２６０には、正電位、例えば（＋１５Ｖ）の駆動電圧を印加すると、図１２（ａ）において破線矢印２９１で示すように、圧電セラミックス層４００の厚さ方向（積層方向）（分極方向２９０と直交する方向）の駆動電界が印加され、中央部の内部電極層１３０を挟む両変位部２５０が左右対称な圧電厚み滑り効果の歪みに従って、図１２（ａ）において二点鎖線で示すように、中央部の内部電極層１３０の個所が液室３２０から離れるように傾斜状に偏倚し、液室３２０の体積（容積）を増大させる。従って、前記変位部２５０を、圧電剪断変位部と称する。前記変位時の容積（体積）の増大に伴って図示しいない液体（インク）供給装置から液体（インク）が補充される。次いで、前記両外部電極２６０、２７０への駆動電圧の印加が遮断されると、前記変位部２５０は元の位置まで戻り、その液室３２０の容積（体積）の減少に基づき、液滴が外に噴射されるのである。
【００４７】
この第３実施形態においても、得られた圧電トランスデューサ２８０における各液室３２０毎に対応する前記一対の内部電極層１３０、１４０毎に、前記静電容量測定装置６４０を接続し、該一対の内部電極層１３０、１４０で囲まれた部位（前記圧電剪断変位部２５０に相当）毎の静電容量（グリーンシートの焼結後であって分極処理前の静電容量）を、前記第１実施形態と同様にして計測し（図１２（ｂ）参照）前記各変位部２５０毎の静電容量の計測（測定）値を前記コントローラ６６０のＲＡＭ（随時読み書き可能メモリ）等に記憶保持させる。
【００４８】
次いで、この圧電トランスデューサ２８０を１３０℃程度のシリコンオイルなどの絶縁オイルが満たされた図示しないオイルバス中に浸した状態で、図１２（ｃ）に示すようにして、中央部の内部電極層１３０に、分極装置６８０の電圧等の調節部６８０ａを介して正極を印加し、内部電極層１３０を挟む一対の内部電極層１４０、１４０は接地し、前記各静電容量の測定値に基づいて各変位部２５０毎にその分極用の印加電圧等の分極条件を調節するのである。
【００４９】
なお、中央部の内部電極層１３０を挟む両変位部２５０の静電容量が異なる場合には、両端の平均値に基づいて分極条件を設定する。静電容量の値と、印加する分極用電圧の大小との関係は、前述したごとく、図１０に基づいて求められたマップもしくは関係式を前記コントローラ６４０に予め記憶させておき、所定の演算により、印加すべき分極用電圧の値を求めて、分極装置６８０の調節部を制御するのである。第３実施形態における分極方向（２９０）は、図１２（ａ）及び図１２（ｃ）に示すように、圧電セラミックス層４００の表面と平行状面であって、且つ分極用電極の正極からグランド（ＧＮＤ）方向に向かうものである。この実施形態では、上記の分極処理後に、外部電極２６０、２７０を形成することが望ましい。
【００５０】
前記のように、圧電トランスデューサにおける各変位部（各液室）毎の分極前の静電容量の測定値の大小に応じて、後に駆動電圧を一定にしたとき、分極処理後の変位部の変形量が一定となるような大きさの分極電界を前記各変位部に与えるように分極処理する。換言すると、分極処理前の各変位部の静電容量が小さい時には、分極電界を大きくし、静電容量が大きくなるほど分極電界を小さくするような分極処理を施せば、後に液滴噴射装置として作動させるときに、駆動電圧を一定にして当該分極処理後の変位部の変形量を一定にでき、各液室３２０毎の液滴の噴射速度を略等しくできるのである。
【００５１】
なお、本発明に係る圧電トランスデューサは、前記第１〜第３実施形態のもの（変位部が圧電縦変位部と圧電剪断変位部）の組み合わせたものにも適用できることはいうまでもない。さらに、圧電セラミックス層が１層だけのものにも適用できるのである。
【００５２】
また、第２実施形態では、分極用電極２３０、２４０間の静電容量を測定し、第３実施形態では外部電極２６０、２７０間の静電容量を測定するようにしても良い。また、第２実施形態では、電極１３０を挟んだ２つの変位部１６０と１６０、２５０と２５０の静電容量を一括して測定するようにしても良い。
【００５３】
【発明の効果】
上述したように、請求項１〜３に記載の発明の圧電トランスデューサによれば、圧電セラミックス層の厚さや電極の面積等が製作上にバラツキが生じて、各変位部ごとの静電容量の値にバラツキがあっても、圧電トランスデューサにおける各変位部（各液室）毎の分極前の静電容量の測定値の大小に応じて、後に駆動電圧を一定にしたとき、分極処理後の変位部の変形量が一定となるような大きさの分極電界を前記各変位部に与えるように分極処理するから、同一の駆動電界を印加した時に全ての変位部はほぼ一定の変形をする。また、圧電トランスデューサの内部電極の面積と圧電セラミックス層の厚さのバラツキが原因となる変位部における変位の程度を、後からの分極処理により補正することができるので該圧電トランスデューサ製造の歩留まりも向上し、製造コストを低減できる。さらに、変位部ごとに異なる駆動電界を印加する必要もないため、電源やドライバ基板などのコストが低減できという効果がある。
【００５４】
従って、この圧電トランスデューサを液滴（インク）噴射装置に用いると、同一の駆動電界を印加した時に、全ての液室からほぼ均一の液滴噴射速度や液滴体積が得られ良好な印字品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来例及び本発明の液滴噴射装置を搭載するインクジェットプリンタの要部を示す斜視図である。
【図２】  従来例及び本発明の第１実施形態の液滴噴射装置を示す断面図である。
【図３】  従来例及び第１実施形態の圧電トランスデューサの製造工程を示す図であり、グリーンシートの斜視図である。
【図４】  従来例及び第１実施形態の圧電トランスデューサの製造工程を示す図であり、組立工程を示す斜視図である。
【図５】  従来例の圧電トランスデューサの製造工程を示す図であり、分極工程を示す斜視図である。
【図６】  従来例及び第１実施形態の液滴噴射装置の動作を説明する図であり圧電トランスデューサが局所変形し、液滴が噴射した状態を示す図である。
【図７】  従来例の液滴噴射装置の静電容量と液滴噴射速度の関係を示す図である。
【図８】  本発明の圧電トランスデューサの製造工程を示す図であり、（ａ）は分極処理前に静電容量を計測する工程を示す斜視図、（ｂ）は分極工程を示す斜視図である。
【図９】  本発明に係る静電容量測定装置、コントローラ及び分極装置の機能ブロック図である。
【図１０】  本発明の圧電トランスデューサに係る静電容量と分極電界との関係を示す図である。
【図１１】  第２実施形態を示し、（ａ）は液滴噴射装置を示す断面図、（ｂ）は分極処理前に静電容量を計測する工程を示す断面図、（ｃ）は分極工程を示す断面図である。
【図１２】  第３実施形態を示し、（ａ）は液滴噴射装置を示す断面図、（ｂ）は分極処理前に静電容量を計測する工程を示す断面図、（ｃ）は分極工程を示す断面図である。
【符号の説明】
３００  液滴噴射装置
３２０  液室
３８０  圧電トランスデューサ
４００  圧電セラミックス層
４２０  内部共通電極層
４４０  内部個別電極層
４６０  変位部
５２０、５４０  外部電極
６４０  静電容量測定装置
６６０  コントローラ
６８０  分極装置
７１０ａ〜７１０ｅ    分極調節部
【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】
0004342137.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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