(57)【要約】【課題】積層型圧電素子の製造方法において、焼成時における圧電積層体の反り変形を抑制する。【解決手段】複数枚のグリーンシート１１に所定のパターンで形成される第１の電極層１２Ａあるいは第２の電極層１２Ｂを挟ませて積層させることによって、圧電積層体１３を構成する。この圧電積層体１３は、焼成されることで圧電素子となりえるものである。そして圧電積層体１３を、間に剥離層１４を挟んで重積することによって、重積構造体１５を形成する。この重積構造体１５は、剥離層１４を挟んで隣接する２個の圧電積層体１３が焼成されたときの反り変形の方向が互いに反対となるように形成する。その後、重積構造体１５を焼成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧電材料層が積層されてなる積層型圧電素子の製造方法であって、
複数枚のグリーンシートに所定のパターンで形成される電極層を挟ませて積層させることで構成され、焼成されることで前記圧電素子となりえる圧電積層体を複数含み、これら複数の圧電積層体が間に剥離層を挟みながら重積されることで構成される重積構造体、
を形成する重積構造体形成工程と、
前記重積構造体を焼成する焼成工程と、
を含み、
前記重積構造体形成工程では、前記剥離層を挟んで隣接する２個の前記圧電積層体が焼成されたときの反り変形の方向が互いに反対となるように配される、
ことを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
【請求項２】
前記剥離層を挟んで隣接する２個の前記圧電積層体は、それぞれ前記反り変形の変形量が同じであることを特徴とする請求項１記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項３】
前記剥離層を挟んで隣接する２個の前記圧電積層体は同一の積層構造を有するものであり、
これらの積層構造は、断面において、前記剥離層を対称軸として線対称となっていることを特徴とする請求項１又は２記載の積層型圧電素子の製造方法。
【請求項４】
前記重積構造体は、前記圧電積層体を偶数個重積した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積層型圧電素子の製造方法。
【請求項５】
前記焼成工程の後には、一の前記圧電積層体から複数個の圧電素子を取り出すために前記重積構造体を切断する切断工程を含むものであり、
前記重積構造体を形成する工程は、隣接して積層される２個の前記圧電積層体の間に、前記複数個の圧電素子に相当する大きさの前剥離層を配するとともに、前記剥離層の周囲には剥離層が存在しない不存在部分を設けるものであり、
この不存在部分は、前記切断工程において除去される部分であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の積層型圧電素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電アクチュエータなどとして用いられる積層型圧電素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の薄膜状の圧電材料層が積層されてなる積層型圧電素子は知られている。そのような積層型圧電素子は、大きな変位が得られるため、例えば、インクジェット記録装置の記録ヘッドの圧電アクチュエータとして用いる場合には、ノズルの高密度化には必要不可欠な技術である。
【０００３】
そのようなものにおいては、圧電素子を製造するために積層するグリーンシートは、厚さが薄いため、ハンドリングが非常に困難である。
【０００４】
また、複数枚のグリーンシートに所定のパターンで形成される電極層を挟ませて積層し、その積層体を焼成することで圧電素子となるため、グリーンシートと電極層との熱膨張の差から、焼成後の反り変形が大きくなる。そのため、製造後に反り変形を修正する必要がある。
【０００５】
ところで、そのような積層型圧電素子において、焼成時における構成要素の収縮率の相違から生ずる反り変形が抑制する方法として、積層方向の中央部領域に不活性層を積層すると共に両端領域に活性層を積層して、この積層体を焼成し、その後中央部領域を切断するもの（例えば特許文献１参照）や、圧電素子の上下に有効圧電素子部を形成するための有効電極層を設け、前記上下の有効電極層に対向するように上下に独立した流路板を設けると共に、前記有効圧電素子部を互いに対象構造にし、かつ、上下の各ノズルを上下方向において互いに位置整合させるもの（例えば特許文献２参照）が知られている。
【特許文献１】特開平１０−４４４３９号公報（段落００１２，００１５〜００１７および図１）
【特許文献２】特開２０００−２１１１２８号公報（段落００１４〜００２１および図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のものは、活性層と不活性層とが積層される構造を前提とするものであり、特許文献２に記載のものは、圧電素子の上下に有効圧電素子部を形成するための有効電極層を有する構造を前提とするものであり、複数の薄膜状の圧電材料層が積層されてなる積層型圧電素子や他の構造のものには、反り変形の抑制を目的として、そのまま適用することができない。
【０００７】
この発明は、複数の圧電材料層が積層されてなる積層型圧電素子の製造方法において、焼成時における圧電積層体の反り変形を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、複数の圧電材料層が積層されてなる積層型圧電素子の製造方法であって、複数枚のグリーンシートに所定のパターンで形成される電極層を挟ませて積層させることで構成され、焼成されることで前記圧電素子となりえる圧電積層体を複数含み、これら複数の圧電積層体が間に剥離層を挟みながら重積されることで構成される重積構造体、
を形成する重積構造体形成工程と、前記重積構造体を焼成する焼成工程と、を含み、前記重積構造体形成工程では、前記剥離層を挟んで隣接する２個の前記圧電積層体が焼成されたときの反り変形の方向が互いに反対となるように配される、ことを特徴とする。ここで、「圧電積層体」は、圧電素子になりえるものであるので、必ずしも最終的に圧電素子にしなくてもよく、圧電素子とはしないダミーとなる圧電積層体である場合も含む。また、「剥離層」とは、周知の剥離層用ペーストで形成され、焼成工程において消滅するものである。
【０００９】
このようにすれば、まず、重積構造体形成工程において、剥離層を挟んで隣接する２個の圧電積層体が焼成されたときの反り変形の方向が互いに反対となるように重積構造体が形成される。それにより、その重積構造体形成工程に続く焼成工程において、前記剥離層を挟んで隣接する２個の圧電積層体は、反り変形の方向が互いに反対となるように反り変形しようとするので、結果として互いに反り変形を防止しながら、一緒に焼成される。よって、焼成工程において、グリーンシートの収縮による圧電積層体の反り変形が抑制されるので、焼成後の重積構造体あるいは圧電積層体に反り変形はほとんどなく、その状態で焼成により固まる。よって、焼成後の反り変形の修正が必要なくなる。
【００１０】
また、圧電積層体を、間に剥離層を挟みながら重積することによって、重積構造体を形成し、その重積構造体を焼成するようにしているので、重積構造体とすることで、圧電積層体１つだけの場合よりも厚さが増加し、ハンドリングが容易となるし、また、同時に多数（３個以上）の圧電積層体を焼成して、複数個の圧電素子を製造できるので、製造コストの低減を図る上で有利となる。
【００１１】
請求項２に記載のように、請求項１の積層型圧電素子の製造方法において、前記剥離層を挟んで隣接する２個の前記圧電積層体は、それぞれ前記反り変形の変形量が同じであることが望ましい。
【００１２】
このようにすれば、前記剥離層を挟んで隣接する２個の前記圧電積層体はそれぞれ反り変形の変形量が同じであるので、焼成時における前記２個の圧電積層体の一方の反り変形が、他方の反り変形をほぼ完全に打ち消すこととなり、結果としていずれの圧電積層体の反り変形もほとんど生じないことになる。
【００１３】
請求項３に記載のように、請求項１又は２の積層型圧電素子の製造方法において、前記剥離層を挟んで隣接する２個の前記圧電積層体は同一の積層構造を有するものであり、これらの積層構造は、断面において、前記剥離層を対称軸として線対称となっている構成とすることができる。
【００１４】
このようにすれば、焼成される際に、前記剥離層を挟んで隣接する２個の前記圧電積層体が焼成されたときの反り変形の方向が互いに反対となる重積構造体を簡単に形成することができる。とくに、２個の前記圧電積層体の積層構造は、同一で、断面において、前記剥離層を対称軸として線対称となっているので、焼成時における前記２個の圧電積層体の反り変形は、ほぼ完全に打ち消し合うようにすることができる。
【００１５】
請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれかの積層型圧電素子の製造方法において、前記重積構造体は、前記圧電積層体を偶数個重積したものであることが望ましい。
【００１６】
このようにすれば、圧電積層体を偶数個重積することで、いずれの隣接する２個の前記圧電積層体同士も、反り変形をほぼ完全に打ち消しあうことになる。つまり、奇数個であると圧電積層体１個分の反り変形が残るので、そのような反り変形が残るのが偶数個とすることで回避される。
【００１７】
請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれかの積層型圧電素子の製造方法において、前記焼成工程の後には、一の前記圧電積層体から複数個の圧電素子を取り出すために前記重積構造体を切断する切断工程を含むものであり、前記重積構造体を形成する工程は、隣接して積層される２個の前記圧電積層体の間に、前記複数個の圧電素子に相当する大きさの前記剥離層を配するとともに、前記剥離層の周囲には剥離層が存在しない不存在部分を設けるものであり、この不存在部分は、前記切断工程において除去される部分であることが望ましい。
【００１８】
このようにすれば、前記剥離層の周囲の、剥離層が存在しない不存在部分は、焼成工程において結合されるので、切断工程において、前記不存在部分を保持固定することで、特別な治具を用いることなく、前記複数個の圧電素子（最終製品）に切断することができる。
【００１９】
仮に不存在部分がないとすると、焼成工程において剥離層が消滅したときに、重積されていた複数の圧電積層体は結合されずバラバラになり、それら複数の圧電積層体に対して多面どりのための切断を一緒に行うことができなくなる。しかし、請求項５の発明であれば、焼成工程において、重積された複数の圧電積層体が前記不存在部分の部位において結合されるので、重積された複数の圧電積層体のお互いの位置決めを維持することができ、これらの多面どりのための切断をまとめて行うことができる。すなわち、複数個の圧電素子に分ける切断作業を効率よく行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように構成したから、本発明は、剥離層を挟んで隣接する２個の圧電積層体が焼成されたときの反り変形の方向が互いに反対となるように重積構造体を形成し、前記剥離層を挟んで２個の圧電積層体を、互いに反り変形を防止しながら一緒に焼成するようにしたので、焼成時における各圧電積層体の反り変形を抑制することができる。よって、焼成後の反り変形の修正が必要なくなるようにすることができる。また、同時に多数（３個以上）の圧電積層体を焼成して、複数個の圧電素子を製造できるので、製造コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る積層型圧電素子の製造方法は、複数の圧電材料層が積層されてなる積層型圧電素子を製造する方法であって、重積構造体形成工程、および焼成工程を含むであり、以下、工程毎に、図面に沿って説明する。なお、以下の説明において圧電素子は、液滴吐出装置(例えばインクジェットプリンタ）の液滴吐出ヘッド(例えば記録ヘッド）において、複数の圧力室や液体通路が規則的に形成されたキャビティユニットに接合され前記各圧力室内の液体(例えばインク）を、ノズルを通じて選択的に吐出させるための圧電アクチ
ュエータとして用いるものである。
（重積構造体形成工程）
図１は本発明に係る積層型圧電素子（圧電アクチュエータ）の製造方法において形成される重積構造体の一実施の形態を示す断面図である。
【００２２】
まず、複数枚のグリーンシート１１に所定のパターンで形成される第１の電極層１２Ａあるいは第２の電極層１２Ｂを挟ませて積層させることで、３枚のグリーンシート１１と、第１および第２の電極層１２Ａ，１２Ｂとを備える圧電積層体１３が構成される。この圧電積層体１３は、焼成されることで積層型圧電素子となりえるものである。なお、各第１の電極層１２Ａは、前記各圧力室に対応して形成される一方、第２の電極層１２Ｂは、前記圧力室すべてに共通の電極として形成され、それらの間に選択的に駆動電圧が印加されることで圧力室を加圧して、ノズルを通じて選択的に液体が吐出される。
【００２３】
電極層１２Ａ，１２Ｂは、グリーンシート１１上に銀ペーストなどの導電性材料をスクリーン印刷することにより所定のパターンとして形成される。
【００２４】
そして、２個の圧電積層体１３を、間に剥離層１４を挟んで重積することによって、重積構造体１５を形成する。つまり、２個の圧電積層体１３の間に、剥離層１４が配置されている。これにより、２個の圧電積層体１３は剥離層１４を介して一体化され、１つの場合よりもハンドリングが、容易となる。
【００２５】
ここで、重積構造体１５は、剥離層１４を挟んで隣接する２個の圧電積層体１３が焼成されたときの反り変形の方向が互いに反対となるように形成される。
【００２６】
この剥離層１４を挟んで隣接する２個の圧電積層体１３は、次の焼成工程における焼成時に、反り変形をほぼ完全に打ち消し合うことができるように、前記反り変形の変形量が同じであることが望ましい。このように、反り変形の変形量が同じになるようにするには、例えば、剥離層１４を挟んで隣接する２個の圧電積層体１３は同一の積層構造を有するものとして、これらの積層構造が、積層方向において切断した断面視において、剥離層１４を対称軸として線対称となっているようにすることで簡単に実現される。
【００２７】
なお、剥離層１４に用いる剥離層用ペーストとしては、例えば特開２００６−７７２３３号公報の記載の「ターピネオール、ジヒドロターピネオール、ターピネオールアセテートまたはジヒドロターピネオールアセテートを含む電極層用ペーストと組み合わせて使用され、セラミック粉末と、有機ビヒクルと、可塑剤と、分散剤とを含み、前記有機ビヒクル中のバインダが、ポリビニルアセタールを主成分とし、前記セラミック粉末と、前記バインダ及び可塑剤との比（Ｐ／Ｂ）が、１．３３〜５．５６（但し、５．５６を除く）に制御されている剥離層用ペースト」や特開２００６−８０４９６号公報に記載の「ターピネオール、ジヒドロターピネオール、ターピネオールアセテートまたはジヒドロターピネオールアセテートを含む電極層用ペーストと組み合わせて使用され、セラミック粉末と、有機ビヒクルと、可塑剤と、分散剤とを含み、前記有機ビヒクル中のバインダが、アクリル樹脂を主成分とし、前記アクリル樹脂が、アクリル酸エステル単量体単位とメタクリル酸エステル単量体単位を主成分とし、１〜１０ｍｇＫＯＨ／ｇの酸価を持つ共重合体で構成されており、前記セラミック粉末と、前記バインダ及び可塑剤との比（Ｐ／Ｂ）が、０．６７〜５．５６（但し、０．６７と５．５６を除く）に制御されている剥離層用ペースト」などの周知の剥離層用ペーストが用いられる。
（焼成工程）
前述したように形成された重積構造体１５は、続いて、オーブン内に投入され、１０００℃付近で１時間程度加熱されることで、焼成される。ここで、焼成の条件は、従来と実質的に同一である。
【００２８】
この焼成時において、剥離層１４を挟んで隣接する２個の圧電積層体１３は、反り変形をほぼ完全に打ち消し合うことになるので、焼成後には、焼成を原因とするグリーンシート１１の収縮による反り変形は各圧電積層体１３にはほとんど生じない。
【００２９】
また、重積構造体１５を焼成する際に、２個の圧電積層体１３の間の剥離層１４は、グリーンシート１１に含まれる樹脂成分と一緒にあたかも蒸発するかのように消滅するので、剥離層１４に対して特別な後処理を行うことなく、焼成後は、焼成された圧電積層体１３にバラバラに分離される。
【００３０】
このようにして焼成された圧電積層体１３は、そのままあるいは必要とする大きさに切断することで、複数の圧電材料層(例えば、ＰＺＴ層）が積層されてなる積層型圧電素子
である圧電アクチュエータが得られる。
【００３１】
前記実施の形態を、次のように変更することも可能である。
【００３２】
(i)前記実施の形態では、２個の圧電積層体１３を、間に剥離層１４を挟んで重積して
重積構造体１５としているが、２個を超える複数個の圧電積層体１３を、間に剥離層１４を挟みながら順次重積することによって重積構造体１５Ａを形成することで、１回の焼成で、同時に、複数個の、焼成された圧電積層体１３を製造することも可能である。
【００３３】
この場合にも、図２に示すように、いずれの剥離層１４についてみても、剥離層１４を挟んで隣接する２個の圧電積層体１３は同一の積層構造を有し、これらの積層構造は、縦断面において、剥離層１４を対称軸として線対称となっている。よって、各剥離層１４を挟んで隣接する２個の圧電積層体１３は、それぞれ反り変形の変形量が同じになり、互いに反り変形を抑制する。よって、２個を超える複数個であっても、隣接する２個の圧電積層体１３同士が、反り変形を完全に打ち消しあうようにすることができるように、圧電積層体１３は、奇数個ではなく、偶数個とする必要がある。
【００３４】
また、厚さ方向の中間の剥離層１３（上側から２番目の剥離層１３）についてみても、それを挟んで、図１に示す構造の重積構造体１５が重積されている構造になっており、縦断面において、前記厚さ方向の中間の剥離層１３を対称軸としても線対称となっており、重積構造体１５Ａ全体としても、反り変形が抑制される構造となっている。
【００３５】
(ii)前記実施の形態では、１つの圧電積層体１３が１つの圧電素子に対応しており、１回の焼成で剥離層１４を挟んで２個の圧電素子が製造されるようになっているが、１つの圧電積層体から圧電素子を複数個取り出すために前記重積構造体を切断する切断工程を、前記焼成工程の後に設けるようにすることも可能である。
【００３６】
この場合には、重積構造体形成工程において、隣接する２個の圧電積層体の間に、前記複数個の圧電素子に相当する大きさの前記剥離層を配するとともに、その部分の周囲には剥離層が存在しない不存在部分が残るようにすることが望ましい。
【００３７】
具体的には、形成される重積構造体１５Ｂは、隣接する２個の圧電積層体１３Ａのうちの一方である最も外側に重積される圧電積層体１３Ａを除いて平面視すると、図３に示すようになる。つまり、例えば６個の、前記圧電素子に相当する大きさの部分（図３において斜線で表示する部分）には剥離層１４Ａを配する一方、その周囲の矩形枠形状部分Ｓ(
図３において斜線で表示する部分の外側の余白部分）には剥離層１４Ａを配しないようにする。この剥離層１４Ａは、６個の圧電素子（圧電素子積層体１３Ａ）に対応する大きさよりも少し大きく形成されている。
【００３８】
剥離層が存在しない不存在部分である矩形枠形状部分Ｓは、焼成時に積層方向に隣り合う別の圧電素子積層体１３の矩形枠形状部分Ｓと結合されて一体化され、前記切断工程において、図示しない保持具にて保持固定される部分となる。そして、前記部分Ｓを保持固定した状態で、切断刃２１（例えばスライサー）によって切断ラインＬに沿って順次７回切断することで、圧電素子となる、６個の圧電素子積層体１３Ａａ（切断ラインＬにて囲まれた部分）に切り分けられる。この切断工程において、剥離層１４Ａは６個の圧電素子積層体１３Ａに対応する大きさよりも少し大きく形成されているので、その大きく形成されてる部位において切断ラインＬに沿って切断するだけで、矩形枠形状部分Ｓ（不存在部分）は除去される。なお、剥離層１４Ａは、通常は、焼成工程において、消滅するが、焼成後残っている場合には、それを除去する必要がある。
【００３９】
このように、矩形枠形状部分Ｓを、前記切断工程において、保持固定することで、特別な治具を用いることなく、また、各圧電素子積層体１３Ａａに悪影響を与えることなく、切断により、６個の圧電素子積層体１３Ａａ（圧電素子）に簡単に分けることができる。
【００４０】
また、矩形枠形状部分Ｓがないとすると、焼成工程において剥離層１４Ａが消滅したときに、重積されていた複数の圧電積層体１３Ａは結合されずバラバラになり、それら複数の圧電積層体に対して多面どりのための切断を一緒に行うことができなくなる。しかし、焼成工程において、重積された複数の圧電積層体が前記不存在部分の部位において結合されるので、重積する際になされた複数の圧電積層体のお互いの位置決めを維持することができ、これらの多面どりのための切断をまとめて行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る積層型圧電素子の製造方法において形成される重積構造体の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】他の実施の形態を示す断面図である。
【図３】切断工程の説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１    グリーンシート
１２Ａ    第１の電極層
１２Ｂ    第２の電極層
１３，１３Ａ    圧電積層体
１３Ａａ    圧電素子積層体
１４，１４Ａ    剥離層
１５，１５Ａ，１５Ｂ    重積構造体
Ｓ    矩形枠形状部分（不存在部分）
【図１】
2009182224.tif 000003
【図２】
2009182224.tif 000004
【図３】
2009182224.tif 000005