(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料と電極とを交互に積層した圧電素子ブロックを、前記積層方向に沿って回転可能な切削手段により切削するようにした積層圧電素子の製造方法において、
前記電極間の抵抗値を測定し、抵抗値が抵抗値判定用基準値以下の場合、前記電極に電圧を印加して、前記切削したときに生じる前記電極間の短絡部を溶断する溶断工程を有し、
前記溶断のための電力が電力判定用基準値以下の場合、前記溶断のための電力を順次段階的に増大させて前記溶断工程を繰り返し、
前記電極間の抵抗値が前記抵抗値判定用基準値より大きい場合、前記電極間の短絡が修復したと判定し、
前記電極間の抵抗値が前記抵抗値判定用基準値以下の場合であって、前記溶断のための電力が前記電力判定用基準値より大きくなった場合、前記電極間の短絡を修復困難と判定する
積層圧電素子の製造方法。
【請求項２】
溶断工程で最初に印加される前記電圧は、前記電極間の前記短絡部の短絡抵抗の値を測定して、前記短絡抵抗の値に基づいて決定される
請求項１に記載の積層圧電素子の製造方法。
【請求項３】
圧電材料と電極とを交互に積層した積層圧電素子ブロックを、積層方向に沿って所定の大きさに切削するための切削手段を有する積層圧電素子の製造装置において、
前記積層圧電素子の切削面に、切削したときに生じる前記電極間の短絡部を溶断するため、前記電極に電圧を供給するための電圧発生部と、
前記電極間の前記短絡部の短絡抵抗値を測定するため、前記積層圧電素子に供給されている電圧を測定する電圧検出部と、
前記電圧検出部が測定した電圧値に基づいて前記短絡抵抗値を測定し、前記短絡抵抗値により前記電圧発生器の電圧を制御する制御部とを有し、
前記制御部は、
前記電極間の抵抗値が抵抗値判定用基準値以下の場合であって、前記溶断のための電力が電力判定用基準値以下の場合、前記溶断のための電力を順次段階的に増大させて前記短絡部の溶断を繰り返し、
前記電極間の抵抗値が前記抵抗値判定用基準値より大きい場合、前記電極間の短絡が修復したと判定し、
前記電極間の抵抗値が前記抵抗値判定用基準値以下の場合であって、前記溶断のための電力が前記電力判定用基準値より大きくなった場合、前記電極間の短絡を修復困難と判定する
積層圧電素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電材料と電極が積層された積層圧電素子ブロックを所定の大きさに切削する工程を含む積層圧電素子の製造方法及び製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
紙に画像や文字を印刷する装置として、ノズルからインクを吐出して印刷を行ういわゆるインクジェットプリンタ装置が知られている。このインクジェットプリンタ装置は、ノズルからインクを紙もしくはフィルム等に吐出させることで印刷を行ういわゆるオンデマンド型のプリンタ装置である。
インクジェットプリンタ装置において、ノズルからインクを吐出させる方法としては、圧電素子（ピエゾ素子）を用いる方法と、発熱素子（サーマル素子）を用いる方法が一般的に知られている。
【０００３】
ここで、インクを吐出させるためのアクチュエータとして機能する積層圧電素子は、一般的に図６のような工程により製造される。
まず、図６（Ａ）において、たとえば厚さＤが約５μｍの圧電材料１の上に電極２がスパッタリング等の薄膜形成技術もしくは電極ペーストにより形成される。そして、電極２が形成された圧電材料１が積層されて、図６（Ｂ）に示すように圧電材料１と電極２が交互に積層された積層圧電素子ブロック３が形成される。
【０００４】
そして、図６（Ｃ）に示すように、積層圧電素子ブロック３の両端側に、外部から電極２に対して電圧を供給するための外部端子５ａ、５ｂが形成される。その後、この積層圧電素子ブロック３が焼成された後、必要があれば分極処理が施される。
そして、積層圧電素子ブロック３が切削手段８により所定の大きさに切削されて、図７（Ａ）に示す複数の積層圧電素子１０ができる。このとき、切削手段８は、たとえば厚み１００μｍ、直径５ｃｍ程度の円盤状のダイヤモンドカッター８からなっていて、このダイヤモンドカッター８が矢印Ｒ方向に回転しながら積層方向（矢印Ｘ方向）に沿って移動して、積層圧電素子ブロック３の切削を行う。
最後に、切削された積層圧電素子１０に対して電圧を供給して、たとえば所定の電圧により所定量変位するか否か等の性能を確認する検査を行い、積層圧電素子１０が完成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、回転する切削手段８を用いて切削を行うと、切削面１０ａにバリが生じる場合がある。特に電極２により生じるバリが切削手段８と擦れ合うと、切削手段８の回転方向であるＲ方向に力を受け、図７（Ｂ）に示すように、切削面１０ａにおいて隣り合う電極２が短絡される部位である短絡部１２ができてしまう。すなわち、通常、隣り合う電極２（たとえば２ａと２ｂ）は、電気的な極性が異なるように配置されている。このとき、短絡部１２が形成されると、異なる極性の電極２ａ、２ｂが電気的に接続されている状態となってしまう。この異なる極性となる電極２の短絡は、入力電圧に対して所定量変位しないといった、積層圧電素子１０としての機能に障害を及ぼす原因となる。
【０００６】
そこで本発明は上記課題を解消し、正確に動作する積層圧電素子を、効率よく製造することができる積層圧電素子の製造方法及び製造装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、請求項１の発明によれば、圧電材料と電極とを交互に積層させた圧電素子ブロックを、前記積層方向に沿って回転可能な切削手段により切削するようにした積層圧電素子の製造方法において、前記電極に電圧を印加して、前記切削したときに生じる前記電極間の短絡部を溶断する積層圧電素子の製造方法により、達成される。
【０００８】
また、上記目的は、請求項３の発明によれば、圧電材料と電極とを交互に積層させた積層圧電素子ブロックを、積層方向に沿って所定の大きさに切削するための切削手段を有する積層圧電素子の製造装置において、前記積層圧電素子の切削面に、切削したときに生じる前記電極間の短絡部を溶断するため、前記電極に電圧を供給するための電圧発生部と、前記電極間の前記短絡部の短絡抵抗値を測定するため、前記積層圧電素子に供給されている電圧を測定する電圧検出部と、前記電圧検出部が測定した電圧値に基づいて前記短絡抵抗値を測定し、前記短絡抵抗値により前記電圧発生器の電圧を制御する制御部とを有する積層圧電素子の製造装置により、達成される。
【０００９】
請求項１及び請求項３の構成によれば、圧電素子ブロックが切削手段により切削されたとき、積層圧電素子ブロックの切削面にバリが生じて、このバリが原因となって電極間が短絡部が生じてしまう場合がある。このとき、電極間の短絡部に電圧が印加されることで、この短絡部が溶断される。これにより、圧電材料を挟んでいる電極間で短絡がなくなり、積層圧電素子が正確に動作するようになる。また、短絡部に電圧を印加するのみで短絡部が溶断されるため、効率よく積層圧電素子を製造することができる。
【００１０】
上記目的は、請求項２の発明によれば、請求項１の構成において、印加される前記電圧は、前記電極間の前記短絡部の短絡抵抗の値を測定して、前記短絡抵抗の値に基づいて決定される積層圧電素子の製造方法により達成される。
請求項２の構成によれば、印加される電圧は短絡抵抗値の値に基づいて決定される。これにより、測定された短絡抵抗値に基づいて、短絡部を溶断するために必要な電圧が積層圧電素子に印加されることとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【００１２】
図１は、積層圧電素子を用いたプリンタヘッドの一例を示す構成図であり、図１を参照してプリンタヘッド１００について説明する。
図１のプリンタヘッド１００は、アクチュエータとしての積層圧電素子１０、インク収容部１０１、導管１０２、ノズル１０３等を有している。インク収容部１０１には、たとえばシアン、マゼンタもしくはイエローのいずれかの色からなるインク原液が収容されていて、導管１０２を介してノズル１０３と接続されている。ノズル１０３は、インク収容部１０１に収容されているインクを吐出して、紙等に印刷を行うものである。
【００１３】
導管１０２の下側には振動板１０５を介して積層圧電素子１０が配置されている。この積層圧電素子１０は、たとえばジルコン酸チタン酸塩が主流であって、コバルトニオブ酸塩系のジルコン酸チタン酸塩やビスマスニオブ酸塩系のジルコン酸チタン酸塩もしくはチタン酸バリウム等からなる圧電材料（圧電基板、いわゆるグリーンシート）１０ａと、白金、パラジウム等からなる電極（内部電極）が交互に積層されている。積層圧電素子１０は、図示しない電圧供給部と接続されていて、電圧供給部から所定の電圧が供給されると、その電圧に従って大きさが矢印Ａ方向に変位する。
【００１４】
図１のプリンタヘッド１００の動作例について説明する。
まず、図示しない電圧供給部がノズル１０３から吐出するインク量に比例した大きさの電圧を積層圧電素子１０に印加する。すると、積層圧電素子１０は、その電圧の大きさに従って矢印Ａ方向に変位し、振動板１０５を介してインク収容部１０１に圧力を加える。そして、インク収容部１０１及び導管１０２内に圧力が加えられ、ノズル１０３からインク原液１０４が所定量吐出される。
【００１５】
図１のプリンタヘッド１００は、各色（シアン、イエロー、マゼンタ）についてノズル１０３が１つのみ設けられているものであるが、図２に示すように、各色についてノズルが２つ設けられているプリンタヘッド２００が開発されている。
図２のプリンタヘッド２００は、それぞれ２つのインク収容部２０１ａ、希釈液収容部２０１ｂ、導管２０２ａ、２０２ｂ、ノズル２０３ａ、２０３ｂを有している。インク収容部２０１ａには各色いずれかのインク原液２０４ａが収容されていて、希釈液収容部２０１ｂにはインクの原液を希釈するための希釈液２０４ｂが収容されている。
【００１６】
インク収容部２０１ａ、希釈液収容部２０１ｂにはそれぞれ導管２０２ａ、２０２ｂを介してノズル２０３ａ、２０３ｂと接続されている。ノズル２０３ａ、２０３ｂはインク収容部２０１ａ及び希釈液収容部２０１ｂに収容されているインク原液２０４ａ及び希釈液２０４ｂをそれぞれ吐出するものである。
また、導管２０２ａ、２０２ｂの下側にはそれぞれ積層圧電素子１０、１０が配置されている。積層圧電素子１０、１０は図示しない電圧供給部とそれぞれ接続されていて、電圧供給部から所定の電圧が供給されると、その電圧に従って矢印Ａ方向に変位する。
【００１７】
次に図２のプリンタヘッド２００の動作例について説明する。
まず、図示しない電圧供給部により積層圧電素子１０、１０それぞれに対して電圧が供給される。すると、積層圧電素子１０、１０はその電圧の大きさに比例して矢印Ａ方向にそれぞれ変位し、インク収容部２０１ａ、希釈液収容部２０１ｂにそれぞれ圧力を加える。すると、所定量のインク原液２０４ａと希釈液２０４ｂがノズル２０３ａ、２０３ｂから吐出され、原液及び希釈液が混合したインク２０４により対象物に印刷が行われる。
【００１８】
図３は、本発明の積層圧電素子の製造装置の好ましい実施の形態を示す構成図であり、図３を参照して積層圧電素子の製造装置５０について説明する。図３の積層圧電素子の製造装置５０は、電圧発生部２０、電圧検出部３０、制御部４０等を有している。
図３で用いられている積層圧電素子１０は、図６に示す従来の製造方法の一例により製造されたものである。図１の積層圧電素子１０は、図４に示すように、電極２ａと２ｂ及びこれに挟まれた圧電材料２によって形成されるコンデンサ成分Ｃｓと、切削により電極２間で生じる短絡部１２による抵抗成分とからなっている。なお、図３の短絡部１２の短絡抵抗値Ｒｓはたとえば約１００（Ω）程度になることが経験上知られている。
【００１９】
電圧発生部２０は、積層圧電素子１０に対して所定の出力電圧Ｖｉを供給する機能を有している。また、電圧検出部３０は、積層圧電素子１０と直列接続される基準抵抗Ｒｆの測定電圧Ｖｒを検出する機能を有している。ここで、基準抵抗Ｒｆは、たとえば約０．１（Ω）に設定されている。
制御部４０は、電圧検出部３０から測定電圧Ｖｒを受け取り、積層圧電素子１０における短絡抵抗値Ｒｓを算出する機能を有している。また、制御部４０は、この短絡抵抗値Ｒｓに基づいて電圧発生部２０から出力される出力電圧Ｖｉを制御する機能を有している。
【００２０】
次に、図５は本発明の積層圧電素子の好ましい実施の形態を示すフローチャート図を示しており、図３乃至図５を参照して積層圧電素子の製造方法の一例について説明する。なお、図５の積層圧電素子１０の製造方法は検査工程（ＳＴ１〜ＳＴ３）と、修復工程（ＳＴ４〜ＳＴ９）に区別される。
まず、図５の検査工程（ＳＴ１〜ＳＴ３）について説明する。
図３の電圧発生部２０が微量な出力電圧Ｖｉ（たとえば０．１Ｖ）を積層圧電素子１０及び基準抵抗Ｒｆに対して供給する。そして、電圧測定部３０が基準抵抗Ｒｆに印加されている測定電圧Ｖｒを検出する（ＳＴ１）。
その後、電圧測定部３０は測定電圧Ｖｒを制御部４０に送り、制御部４０は測定電圧Ｖｒに基づいて、積層圧電素子１０の短絡抵抗値Ｒｓを算出する（ＳＴ２）。
【００２１】
具体的には、電圧発生部２０から印加される出力電圧Ｖｉ、基準抵抗Ｒｆ及び基準抵抗Ｒｆに印加された測定電圧Ｖｒの値から以下の式（１）により短絡部１２の短絡抵抗値Ｒｓを算出する。
Ｒｓ＝ＶｉＲｆ／Ｖｒ              ・・・（１）
ここで、短絡抵抗値Ｒｓは１００（Ω）程度であって、基準抵抗値Ｒｆは０．１（Ω）程度の抵抗値であるため、基準抵抗値Ｒｆは短絡抵抗値Ｒｓよりも十分大きいということができる（Ｒｆ≫Ｒｓ）。また、各抵抗値Ｒｓ、Ｒｆに印加される電圧はこの各抵抗値Ｒｓ、Ｒｆに比例するので、短絡部１２に印加される電圧は、出力電圧Ｖｉに近似される（（Ｖｉ−Ｖｒ）≒Ｖｉ）。従って、短絡抵抗値Ｒｓは式（１）で算出することができる。
【００２２】
そして、制御部４０は、算出された短絡抵抗値Ｒｓ及び測定電圧Ｖｒに基づいて、図６（Ｂ）の電極２間に短絡する部位１２があるか否かを判断する（ＳＴ３）。もし、短絡抵抗値Ｒｓが∞のとき（Ｒｓ＝∞）、もしくは測定電圧Ｖｒが０のとき（Ｖｒ＝０）、短絡部１２には電流が流れておらず、図３のコンデンサ成分Ｃｓのみ電圧が供給されていることを意味する。従って、電極２間において短絡部１２はないと判断して、積層圧電素子１０は良品として検査が終了する（ＳＴ１０）。
【００２３】
一方、短絡抵抗値Ｒｓが０ではない場合（Ｒｓ≠０）、もしくは測定電圧Ｖｒが０でないとき（Ｖｒ≠０）、図４の電極２間に短絡部１２が存在していることを意味する。このとき、短絡している部位１２を溶断して修復する修復工程が行われる（ＳＴ４〜ＳＴ９）。
まず、図３の制御部４０が、短絡部１２を溶断するような出力電圧Ｖｉを、短絡抵抗値Ｒｓに基づいて算出する（ＳＴ４）。具体的には、制御部４０には短絡部１２を溶断するために必要な短絡電力Ｗ（たとえば０．１（Ｗ））が予め設定されいる。そして、制御部４０は短絡部１２に短絡電力Ｗが供給されるようなＶｉを以下の式（２）により算出する。
Ｖｉ＝（Ｒｓ／Ｗ）1/2                   ・・・（２）
【００２４】
その後、制御部４０は、算出された出力電圧Ｖｉが基準電圧Ｖｒｅｆより大きいか否かを判断する（ＳＴ５）。これは、積層圧電素子１０にあまりに大きな電圧を印加することによる故障の発生を防止するためである。
もし、出力電圧Ｖｉが基準電圧Ｖｒｅｆより大きいとき（Ｖｉ＞Ｖｒｅｆ）、図４の短絡部１２を溶断できないときとして（不良品）検査が終了される。一方、出力電力Ｖｉが基準電圧Ｖｒｅｆより小さいとき（Ｖｉ＜Ｖｒｅｆ）、図３の制御部４０は、電圧発生部２０に対して式（２）で算出された出力電圧Ｖｉを出力するように制御する。
【００２５】
すると、電圧発生部２０は積層圧電素子１０に対して算出された出力電圧Ｖｉを供給する（ＳＴ６）。
そして、再度電圧検出部３０が基準抵抗Ｒｆに印加されている測定電圧Ｖｒを測定して、その測定電圧Ｖｒを制御部４０に送る。制御部４０は、その測定電圧Ｖｒから式（１）を用いて短絡抵抗値Ｒｓを算出する（ＳＴ７）。
その後、制御部４０は、この短絡抵抗値Ｒｓに基づいてが溶断されているか否かを判断して（ＳＴ８）、溶断されていれば短絡部分は溶断されたとして修復工程が終了するとともに、修復が行われた積層圧電素子１０は良品として検査が終了する（ＳＴ１０）。
【００２６】
一方、短絡部が修復（溶断）されていない場合、制御部４０は、短絡電力Ｗの設定値をあげる（ＳＴ９）。これは、同じ短絡電力Ｗで短絡部を溶断しようとしても、修復できない場合が多いからである。具体的には、制御部４０は、たとえばはじめ設定した短絡電力Ｗ＝０．１（Ｗ）を０．１（Ｗ）ずつあげていく作業を行う。
そして、この修復工程（ＳＴ５〜ＳＴ９）が短絡部が修復（溶断）されるまで行われ、制御部４０が短絡していないと判断すると（ＳＴ８）、修復が終了し（ＳＴ１０）、出力電圧Ｖｉが基準電圧Ｖｒｅｆを越えると（ＳＴ５）、積層圧電素子１０は不良品として検査が終了する（ＳＴ１０）。
【００２７】
上記実施の形態によれば、積層圧電素子１０が切削加工された際に生じる短絡不良を発見するとともに、瞬時にその短絡を溶断して修復することができる。従って、積層圧電素子１０の検査工程と修復工程が続けて行われることにより、積層圧電素子１０の製造が効率よく行われることとなる。また、図４の積層圧電素子１０の電極２間に短絡部１２が存在して発生する不良率が低減して、歩留まりを向上させることができる。
さらに、短絡抵抗Ｒｓの値に基づいて、溶断（修復）するために印加する出力電圧Ｖｉが印加されるようにしているので、効率的に短絡部を修復することができる。
【００２８】
本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されない。
たとえば図２において、短絡抵抗値Ｒｓが測定された後、電圧発生部により短絡が切断されるようにしているが、短絡抵抗値Ｒｓを測定せずに、すべての積層圧電素子１０に所定の高電圧を供給する工程により、積層圧電素子１０を製造するようにしても良い。
また、図５において、出力電圧Ｖｉと基準電圧Ｖｒｅｆの比較（ＳＴ５）は、出力電圧Ｖｉを設定（ＳＴ４）した後に行うようにしているが、短絡電力Ｗの設定値をあげた後（ＳＴ９）、出力電圧Ｖｉと基準電圧Ｖｒｅｆの比較を行っても良い。
さらに、上記実施の形態において、積層圧電素子１０はプリンタ装置のアクチュエータとして使用する場合にのみ言及しているが、他の装置のアクチュエータとして使用しても良いし、もしくは、積層セラミックコンデンサの製造装置及び製造方法としても適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、正確に動作する積層圧電素子を効率よく製造することができる積層圧電素子の製造方法及び製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】インクジェットプリンタ装置におけるプリンタヘッドの構造の一例を示す構成図。
【図２】インクジェットプリンタ装置におけるプリンタヘッドの構造の別の一例を示す構成図。
【図３】本発明の積層圧電素子の製造装置の好ましい実施の形態を示す構成図。
【図４】積層圧電素子に短絡部が形成されている様子を示す図。
【図５】本発明の積層圧電素子の製造方法の好ましい実施の形態を示すフローチャート図。
【図６】従来の積層圧電素子の製造方法の一例を示す工程図。
【図７】従来の積層圧電素子の製造方法により製造された積層圧電素子を示す図。
【符号の説明】
１・・・圧電基板（圧電材料）、２・・・内部電極（電極）、３・・・積層圧電素子ブロック、１０・・・積層圧電素子、１０ａ・・・切削面、１２・・・短絡部、２０・・・電圧発生部、３０・・・電圧検出部、４０・・・制御部、５０・・・積層圧電素子の製造装置、Ｖｉ・・・出力電圧、Ｖｒ・・・測定電圧、Ｒｓ・・・短絡抵抗値。
【図１】
0004337163.tif 000002
【図２】
0004337163.tif 000003
【図３】
0004337163.tif 000004
【図４】
0004337163.tif 000005
【図５】
0004337163.tif 000006
【図６】
0004337163.tif 000007
【図７】
0004337163.tif 000008