(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自由端部に活性領域が形成されるように第１内部電極と第２内部電極とを圧電体を挟んで交互に積層すると共に、第１内部電極に導通された第１外部電極及び第２内部電極に導通された第２外部電極を表面に形成した圧電振動子を複数列設し、第１外部電極及び第２外部電極を通じて活性領域の圧電体に電位差を与えることで当該圧電体を作動させ、自由端部を変位可能に構成した圧電振動子ユニットにおいて、
圧電振動子の最外層の自由端部における両表面に質量付加部材を接合すると共に、該質量付加部材をトリミングによって局所凹を形成するトリミング部とし、
前記局所凹の自由端部における形成位置に応じて固有振動周期を調整可能に構成したことを特徴とする圧電振動子ユニット。
【請求項２】
前記質量付加部材は、圧電体よりも高密度の材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子ユニット。
【請求項３】
前記圧電振動子は、圧電体と内部電極とを交互に積層した積層体を、櫛歯状に歯割りすることで作製された振動子群によって構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電振動子ユニット。
【請求項４】
前記圧電振動子は、自由端部を積層方向と直交する方向に変位可能な縦振動横効果の圧電振動子であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の圧電振動子ユニット。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載の圧電振動子ユニットと、ノズル開口に連通した圧力室の封止材の一部を構成する弾性板を備えた流路ユニットとを具備し、
圧電振動子の先端面部を弾性板に接合させた状態で圧電振動子ユニットを取り付けたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
【請求項６】
前記圧電振動子ユニットを収納し得る収納空部を形成したケースを備え、
該ケースには、ケースの外側と収納空部とを連通する調整処理用開口を各圧電振動子に臨ませて開設し、この調整処理用開口を通じて前記局所凹をケースの外側から形成可能に構成したことを特徴とする請求項５に記載の液体噴射ヘッド。
【請求項７】
自由端部に活性領域が形成されるように共通内部電極となる電極層と個別内部電極となる電極層とを圧電体を挟んで交互に積層した後、共通内部電極に導通させた共通外部電極及び個別内部電極に導通させた個別外部電極を表面に形成して板状の積層体を作製する積層体作製工程と、
積層体作製工程で作製された積層体の固定端部を固定板に接合するユニット作製工程と、
固定板に取り付けられた積層体を切り分けて複数の圧電振動子を列設する振動子作製工程と、
切り分けられた圧電振動子の自由端部における積層方向最外層の両表面の質量付加部材を局所的にトリミングすることで局所凹を形成し、該局所凹の自由端部における形成位置を調整することで、各圧電振動子の固有振動周期を揃える調整工程とを経て製造することを特徴とする圧電振動子ユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製造装置、捺染装置、及び、マイクロディスペンサなどの産業機械やプリンタやプロッタなどの画像記録装置などの液体噴射装置、詳しくは、ノズル開口から液滴を吐出可能な液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置、及び、液体噴射ヘッドに用いる圧電振動子ユニットに関し、特に各圧電振動子の固有振動周期を揃えるようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業機械や画像記録装置には、液体を液滴の状態で噴射する液体噴射ヘッドを備えたものがある。例えば、産業機械としては、噴射ヘッド（液体噴射ヘッドの一種）から吐出させた液滴状の色材をフィルタ基材上に着弾させて光学フィルタを製造する製造装置、噴射ヘッドから吐出させた液滴状の色材を布地等の繊維製品に着弾させて図柄を印刷する捺染装置、或いは、極く少量の液体を噴射ヘッドから吐出させることでこの液体を所定の場所に供給するマイクロディスペンサ等が知られている。また、画像記録装置としては、記録ヘッド（液体噴射ヘッドの一種）から吐出させたインク滴を紙等の印刷記録媒体上に着弾させて画像を記録するプリンタやプロッタ等が知られている。
【０００３】
これらの産業機械や画像記録装置では、噴射する液滴の量や速度に高い精度が要求される。例えば、上記の製造装置で製造される光学フィルタは、液晶ディスプレイ等に用いられるため、色材の着弾位置や色材の量（つまり、液体の噴射量）に高い精度が要求される。一方、画像記録装置では、画質向上と記録の高速化を図るため、インク滴の着弾位置やインク量に高い精度が要求される。
【０００４】
これらの産業機械や画像記録装置に用いられる液体噴射ヘッドには、例えば、圧電振動子ユニットが備える圧電振動子に電界を作用させることにより、その振動特性（固有振動周期）を利用して圧電振動子を変位（伸縮）させ、ノズル開口部に連通する圧力室に圧力変動を生じさせてノズル開口部から液滴を吐出させるものが知られている。
【０００５】
この圧電振動子ユニットは、例えば、次の手順で造られている。まず、共通内部電極と個別内部電極とを圧電体を挟んで交互に積層して板状の積層体を作製し、共通内部電極に導通させた共通外部電極と個別内部電極に導通させた個別外部電極とを積層体の表面に形成する。そして、これらの外部電極が形成された積層体の基端側部分を固定板上に接合し、ワイヤーソーやダイシングソー等によって積層体の先端側部分を５０μｍ〜１００μｍ程度の極めて細い幅で切り分け、複数の圧電振動子を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧電振動子ユニットが備える複数の圧電振動子は、上記したように、極めて細い幅で機械的に切り分けられているため、各圧電振動子の幅には多少のばらつきが生じてしまう。また、積層体を固定板に接合するときの精度によって、圧電振動子の自由端部の長さ（自由長）がばらつく可能性もある。このように、個々の圧電振動子の固有振動周期が不揃いになってしまうと、液体噴射ヘッドを作製した際に、個々の圧電振動子の固有振動周期のばらつきに応じて、吐出する液滴の量や液滴の着弾位置が各ノズル開口で相違してしまう。
【０００７】
しかしながら、従来は、固定板に接合されて切り分けられた後に、圧電振動子の固有振動周期を調整するための有効な方法がなかった。このため、吐出される液滴の量が各ノズル開口で揃えられた液体噴射ヘッドを作製するためには、多数作製された圧電振動子ユニットの中から、圧電振動子の固有振動周期が揃っている圧電振動子ユニットを選別する必要があり、製造上の歩留まりの低下が避けられなかった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、個々の圧電振動子の固有振動周期を高い精度で揃えることができる圧電振動子ユニット、液体噴射ヘッド、及び、圧電振動子ユニットの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、自由端部に活性領域が形成されるように第１内部電極と第２内部電極とを圧電体を挟んで交互に積層すると共に、第１内部電極に導通された第１外部電極及び第２内部電極に導通された第２外部電極を表面に形成した圧電振動子を複数列設し、第１外部電極及び第２外部電極を通じて活性領域の圧電体に電位差を与えることで当該圧電体を作動させ、自由端部を変位可能に構成した圧電振動子ユニットにおいて、
圧電振動子の最外層の自由端部における両表面に質量付加部材を接合すると共に、該質量付加部材をトリミングによって局所凹を形成するトリミング部とし、
前記局所凹の自由端部における形成位置に応じて固有振動周期を調整可能に構成したことを特徴とする圧電振動子ユニットである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記質量付加部材は、圧電体よりも高密度の材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子ユニットである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記圧電振動子は、圧電体と内部電極とを交互に積層した積層体を、櫛歯状に歯割りすることで作製された振動子群によって構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電振動子ユニットである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記圧電振動子は、自由端部を積層方向と直交する方向に変位可能な縦振動横効果の圧電振動子であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の圧電振動子ユニットである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４の何れかに記載の圧電振動子ユニットと、ノズル開口に連通した圧力室の封止材の一部を構成する弾性板を備えた流路ユニットとを具備し、
圧電振動子の先端面部を弾性板に接合させた状態で圧電振動子ユニットを取り付けたことを特徴とする液体噴射ヘッドである。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記圧電振動子ユニットを収納し得る収納空部を形成したケースを備え、
該ケースには、ケースの外側と収納空部とを連通する調整処理用開口を各圧電振動子に臨ませて開設し、この調整処理用開口を通じて前記局所凹をケースの外側から形成可能に構成したことを特徴とする請求項５に記載の液体噴射ヘッドである。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、自由端部に活性領域が形成されるように共通内部電極となる電極層と個別内部電極となる電極層とを圧電体を挟んで交互に積層した後、共通内部電極に導通させた共通外部電極及び個別内部電極に導通させた個別外部電極を表面に形成して板状の積層体を作製する積層体作製工程と、
積層体作製工程で作製された積層体の固定端部を固定板に接合するユニット作製工程と、
固定板に取り付けられた積層体を切り分けて複数の圧電振動子を列設する振動子作製工程と、
切り分けられた圧電振動子の自由端部における積層方向最外層の両表面の質量付加部材を局所的にトリミングすることで局所凹を形成し、該局所凹の自由端部における形成位置を調整することで、各圧電振動子の固有振動周期を揃える調整工程とを経て製造することを特徴とする圧電振動子ユニットの製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施形態では、液体噴射ヘッドとして、インクジェット式プリンタに搭載された記録ヘッドを例に挙げて説明するが、本発明は、プロッタやファクシミリなどの画像記録装置に用いられる記録ヘッドにも適用できるし、製造装置、捺染装置、及び、マイクロディスペンサなどの産業機械に用いられる噴射ヘッドにも適用できる。
【００１７】
まず、図１を参照して、記録ヘッド１の全体構成について説明する。この記録ヘッド１は、ケース２、流路ユニット３、圧電振動子ユニット４等を備えて構成されている。なお、この記録ヘッド１の説明では、便宜上、図１における上側を先端側（正面側）と称し、下側を基端側（背面側）と称する。
【００１８】
ケース２は、先端と後端が共に開放した収容空部５を設けた合成樹脂製のブロック状部材である。このケース２の先端面には流路ユニット３が接合されている。また、収容空部５内には、振動子群２１の櫛歯状先端を先端側開口に臨ませた状態で圧電振動子ユニット４が収容され固定されている。また、収容空部５の側方には、基端側にてインクカートリッジに連通しているインク供給管６を設けている。
【００１９】
流路ユニット３は、流路形成板７と、ノズルプレート８と、弾性板（圧力板）９とから概略構成されている。
【００２０】
ノズルプレート８は、ドット形成密度に対応したピッチで多数（例えば、９６個）のノズル開口１０…を列状に開設した薄い板状部材であり、例えば、ステンレス板によって構成してある。
【００２１】
このノズルプレート８に積層される流路形成板７には、インク供給管６を通して供給されたインクが流入するリザーバ１１、ノズル開口１０からインクを吐出させるために必要なインク圧力を発生させる圧力室１２、これらのリザーバ１１と圧力室１２を連通するインク供給口１３等が形成されている。そして、本実施形態では、これらの各部を、シリコンウェハーをエッチング処理することにより形成する。
【００２２】
弾性板９は、本実施形態では、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の高分子膜を弾性体膜１４としてステンレス鋼製の支持板１５上にラミネートした二重構造である。そして、支持板１５は、リザーバ１１に対応するコンプライアンス部や圧力室１５に対応するダイヤフラム部１７がエッチング処理によって除去されており、これらの部分を弾性体膜１４だけにしてある。なお、ダイヤフラム部１７には、中心部分を残すように支持板１５を環状に除去して島部１６を形成する。この島部１６は、後述する駆動振動子２９の先端面部が背面側から接合される部分である。また、この島部１６は、ノズル開口１０と同様にドット形成密度に対応したピッチで複数設けてあり、ノズル配列方向に対応する幅が狭く、駆動振動子２９における積層方向（後述）に対応する長さを長くしたブロック状に形成してある。
【００２３】
そして、ノズルプレート８を流路形成板７の正面側に配置すると共に、弾性板９を背面側に配置し、ノズルプレート８と弾性板９とで流路形成板７を挟み、接着等により一体化することで、流路ユニット３が形成されている。なお、この流路ユニット３において、上記の弾性板９は、圧力室１２やリザーバ１１の天井面を封止する封止材の一部を構成している。従って、この流路ユニット３では、リザーバ１１から圧力室１２を通ってノズル開口１０に至る一連のインク流路（つまり、液体噴射ヘッドにおける液流路）が、ノズル開口１０毎に形成される。
【００２４】
上記の圧電振動子ユニット４は、振動子群２１と固定板２２とにより概略構成されている。この振動子群２１は、図２に示すように、櫛歯状に列設されており、圧電振動子の列設方向（配列方向）における両端部に位置するダミー振動子２８，２８と、これらのダミー振動子２８，２８の間に配置された多数の駆動振動子２９…とから成る。ここで、駆動振動子２９はインク滴の吐出に関与する圧電振動子であり、例えば、５０μｍ〜１００μｍ程度の極めて細い幅のニードル状に切り分けられている。そして、これらの駆動振動子２９…は、圧力室１０…と同じ数だけ設けられる。また、ダミー振動子２８はインク滴の吐出に関与しない圧電振動子であり、必要な剛性が確保できるように駆動振動子２９よりも十分に広い幅に形成されている。なお、本実施形態における圧電振動子２８，２９は、図３に示すように、圧電体３１と内部電極３２，３３の積層方向に対して直交する方向に伸縮するいわゆる縦振動横効果の圧電振動子である。
【００２５】
次に、図３を参照して、駆動振動子２９について説明する。
【００２６】
この駆動振動子２９は、共通内部電極（本発明の第１内部電極に相当）３２と、個別内部電極（本発明の第２内部電極に相当）３３とを圧電体３１を挟んで交互に積層してある。ここで、共通内部電極３２は全ての駆動振動子２９…に対して同じ電位レベルに設定される電極であり、個別内部電極３３は各駆動振動子２９毎に電位レベルが設定される電極である。
そして、この駆動振動子２９における振動子先端から振動子長手方向（積層方向と直交する方向）の半分程度まで若しくは３分の２程度までの部分を自由端部２３ａとし、この自由端部２３ａの基端から振動子基端までの部分を基端部２３ｂとしている。
【００２７】
自由端部２３ａには、共通内部電極３２と個別内部電極３３とが重なり合った活性領域（オーバーラップ部分）を形成してある。これらの内部電極３２，３３に電位差を与えると、活性領域の圧電体３１が変形（作動）して自由端部２３ａが振動子長手方向に変位して伸縮する。
そして、共通内部電極３２の基端は駆動振動子２９の基端面部で共通外部電極（本発明の第１外部電極に相当）３７に導通しており、また、個別内部電極３３の先端は駆動振動子２９の先端面部で個別外部電極（本発明の第２外部電極に相当）３６に導通している。なお、共通内部電極３２の先端は振動子先端面部よりも少し手前に位置しており、個別内部電極３３の基端は自由端部２３ａと基端部２３ｂの境界に位置している。
【００２８】
個別外部電極３６は、駆動振動子２９の先端面部と、駆動振動子２９における積層方向の一側面である配線接続面（図３における上側の面）とに一連に形成された電極であり、フレキシブルケーブル２４（本発明の配線部材に相当）の配線パターンと各個別内部電極３３とを導通する。そして、この個別外部電極３６の配線接続面側の部分は、振動子の基端部２３ｂ上の位置から先端側に向けて連続的に形成されている。
共通外部電極３７は、駆動振動子２９の基端面部と、上記の配線接続面とに一連に形成された電極であり、フレキシブルケーブル２４の配線パターンと共通内部電極３２との間を導通する。そして、この共通外部電極３７における配線接続面側の部分は個別外部電極３６の固定板２２側の端部よりも少し基端寄りの位置から基端面部側に向けて連続的に形成されている。
【００２９】
そして、本実施形態では、外部電極３６，３７が形成されていない自由端部２３ａに配置される最外層の圧電体３１ａ（本発明の最外層圧電体に相当し、以下最外層圧電体３１ａという）を、トリミング部として用いている。このトリミング部は、トリミング、すなわち、最外層圧電体３１ａの局部的な削除（穿孔或いは除去）である局所凹を形成する部分である。従って、このトリミング部は、本発明において、局所凹凸からなる局部質量加減部の形成対象となる部分である。
【００３０】
このトリミング部に対して、最外層圧電体３１ａの自由端部２３ａの先端側、例えば、図３に例示する自由端部２３ａの先端から手前のＸ１の位置をトリミングして局部凹を形成すると、駆動振動子２９の変位の大きいところが軽くなるので固有振動周期は短くなる。一方、最外層圧電体３１ａの自由端部２３ａの基端側、例えば、図３に例示する自由端部２３ａの先端からＸ２の位置（自由端部２３ａの基端の手前の位置）をトリミングすると、駆動振動子２９の剛性が低下するので固有振動周期は長くなる。
【００３１】
この駆動振動子２９の固有振動周期は、図４の符号Ｄの線分で示すように、最外層圧電体３１ａのトリミングの位置が自由端部２３ａの基端側から先端側に向かうに従って、ほぼ直線的に固有振動周期が短くなる。このことから、最外層圧電体３１ａのトリミングを行う位置次第で、駆動振動子２９の固有振動周期を調整できることが判る。また、トリミングの深さや範囲を調整することによっても固有振動周期の微調整が可能である。そして、トリミング部のトリミングによって、個々の駆動振動子２９の固有振動周期のばらつきを許容範囲以内に収めることができ、固有振動周期を揃えることができる。
【００３２】
さらに、本実施形態では、外部電極３６、３７をトリミング部とするのではなく、外部電極３６，３７から外れた自由端部２３ａの最外層圧電体３１ａをトリミング部としているので、トリミング時の不注意により外部電極３６，３７を分断して外部電極３６，３７に面する圧電体３１の活性を損なわせることがない。
【００３３】
なお、トリミングによって削除する深さ方向（積層方向）の限度は最外層圧電体３１ａの厚みまでとする。すなわち、最外層圧電体３１ａの裏面に配置される個別内部電極３３を損傷しない範囲までを限度とする。これは最外層圧電体３１ａの裏面側に配置される圧電体３１の活性を損なわせないためである。
【００３４】
ところで、上記した最外層圧電体３１ａは、他の圧電体３１とその厚さを同一に構成したものであるが、最外層圧電体３１ａの厚さは任意に設定可能である。このため、最外層圧電体３１ａを他の圧電体３１より厚く構成してもよい。
そして、最外層圧電体３１ａ、すなわちトリミング部を厚くすると、トリミング可能な量が増えるので、固有振動周期の調整範囲が拡がるとともに、最外層圧電体３１ａの裏面に配置される個別内部電極３３の損傷を抑制できる。その結果、不注意で万一トリミング部を削除し過ぎたとしても、トリミング部が十分に厚いので個別内部電極３３を損傷することを防止でき、製造の歩留りを高めることができる。
【００３５】
また、最外層圧電体３１ａをトリミング部とする構成のものに限らず、最外層圧電体３１ａにトリミング部として別部材を設けてもよい。
【００３６】
例えば、図５に例示する圧電振動子ユニット４ａの第１の変形例は、駆動振動子２９の最外層圧電体３１ａの表面に、圧電体３１よりも高密度材料で形成される質量付加部材４０を一連に接合して、質量付加部材４０をトリミング部として構成したものである。この質量付加部材４０は、例えばステンレスやタングステン等の金属材料から構成される。
【００３７】
この変形例では、最外層圧電体３１ａに接合される質量付加部材４０をトリミング部として用いているので、このトリミング部に対するトリミングによって個々の駆動振動子２９…の固有振動周期を調整して揃えることができる。この場合、質量付加部が接合される最外層圧電体３１ａは、その裏面に配置される個別内部電極３３の損傷を抑制する電極損傷防止材として機能する。
なお、質量付加部材４０と最外層圧電体３１ａの積層する２層をトリミング部として機能させてもよい。この場合には、最外層圧電体３１ａの裏面に配置される個別内部電極３３に対して、質量付加部材４０及び最外層圧電体３１ａの２層による厚みがあるので、調整範囲を拡大できるし、個別内部電極３３の損傷を抑制することもできる。
【００３８】
また、質量付加部材４０は、第１の変形例のものに限らない。例えば、図６や図７に示すように、質量付加部材４０を、第１の変形例のものよりも振動子長手方向に短く設けて配置してもよい。
【００３９】
図６に例示する第２の変形例の圧電振動子ユニット４ｂは、固定板２２との間を少し空けて、自由端部２３ａの先端までの最外層圧電体３１ａの表面に、質量付加部材４０を一連に接合した駆動振動子２９を備えたものである。
また、図７に例示する第３の変形例の圧電振動子ユニット４ｃは、自由端部２３ａの先端から手前に所定間隔空けた位置から駆動振動子２９の基端までの最外層圧電体３１ａの表面に、質量付加部材４０を一連に接合した駆動振動子２９を備えたものである。
これら第２及び第３の変形例も、質量付加部材４０の配置を異にするだけで図５に例示した第１の変形例同様の作用、効果を奏する。
【００４０】
ところで、上記した各変形例は、駆動振動子２９の一側面に質量付加部材４０を接合する構成なので、質量付加部材４０の剛性に起因して駆動振動子２９の伸縮時にベンディングモード（撓みモード）が励起される虞があるが、駆動振動子２９の先端が島部１６に接合されているので、振動子長手方向に伸縮する振動モードには影響を与え難い。
【００４１】
しかし、このベンディングモードの励起を抑制することにより、吐出されるインク滴のインク量や速度のばらつきを一層抑えることができる。そこで、駆動振動子２９の積層方向の対向する表面に対してそれぞれ質量付加部材４０を接合し、駆動振動子２９の剛性バランスをとるようにしてもよい。
【００４２】
例えば、図８に例示するように、第４の変形例の圧電振動子ユニット４ｄは、駆動振動子２９の自由端部２３ａの基端から手前に所定間隔空けた位置から自由端部２３ａの先端まで、最外層圧電体３１ａの表面及び個別外部電極３６の表面にそれぞれ質量付加部材４０を対応させて一連に接合し、駆動振動子２９を構成したものである。言い換えれば、図６に例示した第２の変形例における質量付加部材４０に対応させて、個別外部電極３６の表面に同一の質量付加部材４０を接合したものである。
このように、駆動振動子２９の積層方向の対向する表面に対して、それぞれ質量付加部材４０を対応するように接合することで、駆動振動子２９の剛性バランスがとれ、ベンディングモードの励起を抑制することができる。
【００４３】
なお、上記した各変形例において、質量付加部材４０の厚さは適宜設定変更可能であり、圧電振動子ユニット４の調整範囲に合わせて設定すればよい。
【００４４】
ところで、このような構成の駆動振動子２９において、基端部２３ｂは、活性領域の圧電体３１の作動時においても伸縮しない非作動部となる。そして、本実施形態では、この非作動部を配線接続部として用いると共に、固定板接続部として用いている。
【００４５】
即ち、この基端部２３ｂの配線接続面側にはフレキシブルケーブル２４が配置されており、基端部２３ｂ上で個別外部電極３６及び共通外部電極３７とフレキシブルケーブル２４とが電気的に接続される。具体的には、図２に示す共通電極配線部３０と個別電極配線部３８の上にフレキシブルケーブル２４の接続端部が載置されて、半田付け等によってフレキシブルケーブル２４が実装される。そして、このフレキシブルケーブル２４を通して駆動パルスが各電極３２，３３，３６，３７に供給される。一方、配線接続面とは反対側となる基端部２３ｂの固定板取付面には固定板２２を接合してある。要するに、この駆動振動子２９はいわゆる片持梁のような状態で固定板２２に固定されている。
【００４６】
以上の構成を有する圧電振動子４は、図１に示すように、圧電振動子２８，２９の先端側を流路ユニット３側に向けて取り付けられており、この取付状態において、駆動振動子２９の自由端部２３ａの先端面部は、弾性板９の島部１６に背面側から当接されており、この先端面部と島部１６とは接着剤によって接着されている。
このため、駆動振動子２９に駆動パルスが供給されると、駆動振動子２９は振動子長手方向に伸縮し、ダイヤフラム部１７を構成する弾性体膜１４を前後方向に変形させる。このダイヤフラム部１７の前後方向の移動に伴って圧力室１２は、膨張或いは収縮して容積を変化させる。
【００４７】
そして、ノズル開口１０からインク滴を吐出させる場合には、インク滴を吐出させる駆動振動子２９に対して選択的に駆動信号を印加し、例えば、圧力室１２を一旦膨張させてから収縮させる。このようにすると、圧力室１２の膨張に伴ってリザーバ１１内のインクが圧力室１２に流入し、圧力室１２の収縮に伴って圧力室１２内のインクの圧力が高まる。そして、ノズル開口１０から押し出されたインクがインク滴として吐出される。
【００４８】
次に、圧電振動子ユニット４の製造手順について説明する。
【００４９】
まず、板状の積層体を作製する（積層体作製工程）。この工程では、最初に、自由端部２３ａとなる先端側部分では共通内部電極３２と個別内部電極３３とが重ね合わせられ、基端部２３ｂとなる基端側部分では共通内部電極３２のみの非重合領域が形成されるように、共通内部電極３２と個別内部電極３３とを圧電体３１を挟んで交互に積層して板状の積層体を作製する。
【００５０】
板状の積層体を作製したならば、この積層体の先端面部と配線接続面における先端から基端部２３ｂ上までの範囲とに個別外部電極３６を一連に形成すると共に、積層体の基端面部と配線接続面における基端から基端部２３ｂ上までの範囲に共通外部電極３７を一連に形成して外部電極付きの積層体を作製する。
【００５１】
ところで、上記した変形例の圧電振動子ユニット４を製造する場合は、積層体作製工程において、質量付加部材４０の接合工程が加わる。すなわち、外部電極付きの積層体を作製した段階で、外部電極３６，３７が形成されていない最外層圧電体３１ａの表面に質量付加部材４０を一連に接合する工程を加えて積層体が作製される。なお、質量付加部材４０の接合工程は、外部電極付きの積層体を作製した後に限らず、内部電極３２，３３と圧電体３１を交互に積層して積層体を作製した後に行ってもよい。
【００５２】
そして、外部電極付きの積層体を作製したならば、積層体の基端部２３ｂの固定板取付面に固定板２２を接着等によって接合する（ユニット作製工程）。そして、固定板２２を接合したならば、ワイヤーソーやダイシングソー等を使用して、図２に示すように、板状の積層体を櫛歯状に歯割りし、細長いニードル状の個別の圧電振動子２８、２９に切り分けて複数本の振動子を作製する（振動子作製工程）。
このとき、図１及び図２に示すように、溝３９を斜めに形成して、固定板２２側では固定板２２の先端位置までが、配線接続面側では基端面部までがそれぞれ切り込まれるようにする。
なお、板状の積層体を固定板２２へ固定してから歯割りするのは、歯割りを安定して行われるようにし、その後の取扱いを容易にするためである。従って、安定して歯割りすることができるのであれば、歯割りした後の積層体を固定板２２へ固定しても良い。
【００５３】
このようにして作製された圧電振動子ユニット４において、駆動振動子２９は、５０μｍ〜１００μｍ程度のかなり細い幅に切り分けられているので、機械的な加工方法を採用していることから駆動振動子２９の幅がばらついてしまう可能性がある。また、圧電振動子を固定板２２に接合するときの精度によって、圧電振動子の自由端部２３ａの長さがばらつく可能性もある。このような事情により、歯割り後の個々の駆動振動子２９の固有振動周期が不揃いになっている可能性がある。
【００５４】
そこで、本実施形態においては、板状の積層体を切り分けて圧電振動子２８，２９を作製した後に、前記した手法により各駆動振動子２９の固有振動周期を揃えている（調整工程）。この調整工程では、調整を要する駆動振動子２９のトリミング部にレーザービームを照射して部分的に削除することで、各駆動振動子２９の固有振動周期を揃える。これにより、全体として個々の振動子の固有振動周期を同じに揃えることができる。
【００５５】
以下、調整工程について、図９のフローチャートに基づいて説明する。
【００５６】
この調整工程では、まず、各駆動振動子２９の固有振動周期を測定する（Ｓ１）。例えば、レーザドップラー振動計とオシロスコープを使用して駆動振動子２９の固有振動周期を測定する。そして、測定した駆動振動子２９の固有振動周期と目標値との差を計算し（Ｓ２）、その差から、トリミング部のトリミングする位置、深さを計算する（Ｓ３）。この計算は、例えば、制御装置を構成するマイクロコンピュータのメモリ中に、図４のグラフに示すようなトリミングの位置と固有振動周期との関係を示すデータテーブルを持たせておき、それを利用することにより行うことができる。
【００５７】
トリミングの位置、深さを計算したならば、レーザービームを用いてトリミングを行い、トリミング部の一部を削除し（Ｓ４）、調整を終了して次の駆動振動子２９の調整を行う。また、トリミング部の一部を削除した後、トリミングした駆動振動子２９の固有振動周期を測定し、目標値の許容範囲に収まっているか否かを判定する確認処理を設けてもよい。この確認処理により、駆動振動周期が許容範囲内に収まっていないと判定した場合には、再度上記した各処理（Ｓ１〜Ｓ４）を繰り返し行うことで、調整精度を高めることができる。
【００５８】
ここで、トリミングする加工方法として、高精度で容易にトリミングを行うことができるレーザービーム加工を用いたが、これに限らず、他の公知の機械的な加工方法や放電加工法を用いることもできる。特に、上記した各変形例の場合は、質量付加部材４０をトリミングするので、レーザービーム加工に比べて精度の落ちるプラズマ加工によってトリミングを行っても個別内部電極３３に損傷を与えることがなく、固有振動周期を調整することができる。すなわち、トリミング加工装置の選択範囲を拡げることができる。
【００５９】
上記した製造方法の利点は、圧電振動子ユニット４の製造工程の最終的な段階において、トリミング部を調整することで、個々の駆動振動子２９の固有振動周期の不揃いをなくすことができる点である。これにより、従来では、不良扱いとせざるを得なかった圧電振動子ユニット４であっても、調整により製品に搭載できるものが得られ、製造の歩留りを高めることができる。
また、圧電振動子の固有振動周期のばらつきを抑えることができるので、インク滴の吐出特性（例えば、インク滴の量や速度等）を各ノズル開口１０同士の間で精度良く揃えることができる。これにより、画質の向上が図れる。
さらに、駆動振動周期の調整が製造工程の最終的な段階で行われるため、調整後に駆動振動子２９の駆動振動周期が変わってしまう可能性は低い。従って、再調整などの無駄な工程を行わなくて済み、製造の効率化が図れる。
【００６０】
ところで、上記の第１実施形態では、駆動振動子２９のトリミング部をトリミングすることによって、すなわち局所凹を形成することにより質量を減少させると共にその位置を調整することによって固有振動周期を調整したが、駆動振動子２９に局所凸として質点４１を付加することで質量を増加するとともにその位置を調整することによって固有振動周期を調整するようにしてもよい。
【００６１】
例えば、図１０に例示する第２実施形態の圧電振動子ユニット４ｅは、駆動振動子２９の積層方向の自由端部２３ａの表面を、質点４１を付加する質点付加部として構成したものである。具体的には、質点付加部は、自由端部２３ａの先端から基端までを範囲として、最外層圧電体３１ａの表面及び個別外部電極３６の表面に構成される。また、どちらか一方を質点付加部として構成してもよい。
そして、この質点付加部に質点４１を付加することで駆動振動子２９の固有振動周期を調整する。ここで、質点４１とは、金属粒を混練した接着剤若しくはワックス、又は、半田（以下、質点材という）のような、ある程度質量のある液状体を自由端部２３ａの表面において固化させたものである。なお、質点４１は、付加した後に離脱しない止着力を有する。
【００６２】
この圧電振動子ユニット４ｅは次のようにして製造される。まず、共通内部電極３２と個別内部電極３３とを共通内部電極３２のみの非重合領域が残るように圧電体３１を挟んで交互に積層して積層体を作製する。次に、積層体の先端面部と配線接続面における先端から基端部２３ｂ上までの範囲とに個別外部電極３６を一連に形成すると共に、積層体の基端面部と配線接続面における基端から基端部２３ｂ上までの範囲に共通外部電極３７を一連に形成する。
【００６３】
外部電極３６，３７を形成したならば、積層体における基端部２３ｂの固定板取付面に固定板２２を接合し、積層体を櫛歯状に歯割りした後、歯割りされた各駆動振動子２９の固有振動周期を揃える調整工程を行う。
この調整工程は、質点付加部に対して、例えばホットメルトインクジェットヘッドを備えた吐出装置（以下、吐出装置という）を利用して質点材を吐出し、質点付加部に着弾した質点材を固化させ質点４１を付加することで、各駆動振動子２９の固有振動周期を揃えるものである。これにより、全体として個々の駆動振動子２９の固有振動周期を同じに揃えることができる。
【００６４】
また、固有振動周期を調整する具体的手順は、図９に例示したトリミングの場合と同様であるが、以下の手順が相違する。すなわち、測定した駆動振動子２９の固有振動周期と目標値との差から、質点を付加する位置と固有振動周期との関係を示すデータテーブルに基づいて、質点付加部の質点を付加する位置、付加する量を計算し、この計算値から吐出装置により質点を付加して調整する手順である。
【００６５】
この第２の実施形態の場合は、質点４１を付加するため、すなわち自由端部２３ａに部分的に質量を加えるため、固有振動周期を長くする方向に調整可能である。従って、調整する際には、個々の駆動振動子２９の内で一番長い固有振動周期を目標値として各駆動振動子２９の固有振動周期が揃えられる。
【００６６】
ところで、上記した第１実施形態及び第２実施形態では、圧電体３１の積層方向に直交する方向に伸縮する縦振動横効果の圧電振動子を備えた圧電振動子ユニット４について説明したが、図１１に例示するように、圧電体３１の積層方向に沿った方向に変形する縦振動縦効果の圧電振動子を備えた圧電振動子ユニット４ｆにおいても本発明を適用することができる。
【００６７】
図１１に例示する第３実施形態の圧電振動子ユニット４ｆは、駆動振動子２９に活性領域が形成されるように、共通内部電極３２と個別内部電極３３とを圧電体３１を挟んで交互に積層し、共通内部電極３２に導通された共通外部電極３７を一方の側面に、また個別内部電極３３に導通された個別外部電極３６を他方の側面に形成して構成される。そして、この駆動振動子２９は、その最外層圧電体３１ａ（最上層の圧電体３１）の先端が圧力室１２の一部を構成する弾性板９に接合され、内部電極３２，３３に電位差を与えることにより積層方向（図１１の上下方向）に変位して弾性板９が作動し、これに連動して圧力室１２が作動しインク滴が吐出される。
【００６８】
この駆動振動子２９の固有振動周期を調整するには、積層方向の最も外層となる最外層圧電体３１ａをトリミング部とし、このトリミング部をトリミングする。また、自由端部２３ａの表面となる個別外部電極３６の表面及び共通外部電極３７の表面を質点付加部とし、この質点付加部に質点４１を付加することによっても固有振動周期を調整することができる。なお、最外層圧電体３１ａの表面に質量付加部材４０を接合してトリミング部としてもよい。
【００６９】
ところで、上記した各実施形態では、駆動振動子２９の固有振動周期を調整するのに、トリミング部に対するトリミングと、質点付加部に対する質点４１の付加とを個別に行う場合について説明したが、調整方法はこれに限定されない。例えば、駆動振動子２９にトリミング部及び質点付加部を構成して、トリミング部に対するトリミングと質点付加部に対する質点４１の付加を併せて行うことで、駆動振動子２９の固有振動周期を調整してもよい。要するに、局所凹凸からなる局部質量加減部を形成することにより、圧電振動子の固定振動周期を調整することができる。
このようにトリミングと質点４１の付加を併せて行うと、駆動振動子２９の調整範囲を拡げることができる。
【００７０】
また、上記した各実施形態では、圧電振動子ユニット４の単体で各駆動振動子２９…の固有振動周期を調整する場合について説明したが、記録ヘッド１に組み立てた状態で各駆動振動子２９…の固有振動周期を調整してもよい。以下、この方法を採った第４実施形態について説明する。
【００７１】
この第４実施形態では、図１２に一点鎖線で示すように、ケース２の外側と収納空部５とを連通する調整処理用開口４２をケース２に開設する。この調整処理用開口４２は、駆動振動子２９…に対する固有振動周期の調整処理、つまり、局部質量加減部の形成をケース２の外側から行うためのものであり、ケース２内に取り付けられた各駆動振動子２９…の自由端部に臨ませて開設している。
従って、この調整処理用開口４２を通じてトリミング部に対するトリミングや質点付加部に対する質点４１の付加を行うことにより、記録ヘッド１に圧電振動子ユニット４を組み付けた状態で局部質量加減部を形成でき、各駆動振動子２９…の固有振動周期の調整が行える。
【００７２】
この第４実施形態では、次の手順で記録ヘッド１が製造される。まず、圧電振動子ユニット４を作製する。簡単に説明すると、自由端部２３ａに活性領域が形成されるように、共通内部電極３２と個別内部電極３３とを圧電体３１を挟んで交互に積層して板状の積層体基材を作製し、この積層体基材の表面に個別外部電極３６と共通外部電極３７とを形成して外部電極付きの積層体を作製する。積層体を作製したならば、積層体の固定板取付面に固定板２２を接合し、積層体を櫛歯状に切り分けて複数本の圧電振動子２８，２９を作製する。
【００７３】
圧電振動子ユニット４を作製したならば、別途作製された流路ユニット３とケース２とを接合し、この接合体の内部、つまり、収納空部５に圧電振動子ユニット４を収容する。収納空部５内に圧電振動子ユニット４を収容したならば、各駆動振動子２９…の固有振動周期を調整する。この調整は、固有振動周期測定工程と、振動周期調整工程とからなる。
【００７４】
固有振動周期測定工程は、全ての駆動振動子２９…に調整用駆動信号を印加することにより、島部１６に接合された状態の駆動振動子２９の固有振動周期を測定する工程である。この測定は、上記した実施形態と同様に、例えば、レーザドップラー振動計とオシロスコープを使用して行う。
また、振動周期調整工程は、各駆動振動子２９…における固有振動周期を揃える工程である。即ち、固有振動周期測定工程での測定結果に基づいて個々の駆動振動子２９に対する処理条件を設定し、設定した処理条件に基づいて当該駆動振動子２９の自由端部表面に局部質量加減部を形成する。即ち、トリミングによる局所凹或いは質点４１の付加による局所凸を、調整処理用開口４２を通じてケース２の外部から適宜形成する。
【００７５】
この調整方法では、記録ヘッド１に組み立てた状態で駆動振動子２９の固有振動周期を調整するので、駆動振動子２９以外のばらつき要因についても調整できる。例えば、駆動振動子２９と島部１６との接合状態のばらつきなども含めて調整できる。また、固有振動周期の調整が記録ヘッド１の製造工程における最終的な段階で行われるため、再調整などの無駄な工程を行わなくて済み、製造の効率化が図れる。
【００７６】
また、上記した各実施形態では、液体噴射ヘッドとして画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド１を例示したが、本発明の適用対象は、この記録ヘッド１に限定されるものではない。例えば、光学フィルタの製造装置、捺染装置或いはマイクロディスペンサといった産業機械用の噴射ヘッドにも適用できる。そして、何れの液体噴射ヘッドについても、耐久性の高い圧電振動子を用いているため、長期間に亘って安定して使用することができる。
【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。
即ち、圧電振動子の最外層の自由端部における両表面に質量付加部材を接合すると共に、該質量付加部材をトリミングによって局所凹を形成するトリミング部としたので、局所凹の自由端部における形成位置に応じて、当該圧電振動子の固有振動周期を調整することができる。そして、圧電振動子の固有振動周期は、局所凹の位置が自由端部の基端側から先端側に向かうに従って、ほぼ直線的に変化する。このことから、局所凹を設ける位置次第で、圧電振動子の固有振動周期を調整できる。また、局所凹の大きさを調整することによっても固有振動周期を微調整することができる。
これにより、当該圧電振動子の固有振動周期を他の固有振動周期と揃えることができる。したがって、各ノズル開口から吐出する液滴の吐出特性を揃えることができる。そして、固有振動周期を調整できるので、従来では不良扱いとせざるを得なかった圧電振動子ユニットであっても、調整により製品に搭載できるものが得られ、製造の歩留りを高めることができる。
【００７８】
また、固有振動周期の調整は、振動子に切り分けられた後に行われるため、調整後に圧電振動子の固有振動周期が変わってしまう可能性は低い。このため、再調整などの無駄な工程を行わなくて済み、製造の効率化が図れる。
【００７９】
さらに、質量付加部材を自由端部における両表面に接合しているので、ベンディングモードの励起を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る圧電振動子ユニット及びインクジェット式記録ヘッドの要部を拡大して示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る圧電振動子ユニットの外観斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る圧電振動子ユニットのトリミングの位置とその固有振動周期との関係を示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る圧電振動子ユニットの第１の変形例の断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る圧電振動子ユニットの第２の変形例の断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る圧電振動子ユニットの第３の変形例の断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る圧電振動子ユニットの第４の変形例の断面図である。
【図９】本発明の製造方法における調整工程の一例を示したフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る圧電振動子ユニットの断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る圧電振動子ユニットの断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る記録ヘッドの要部断面図である。
【符号の説明】
１  記録ヘッド
３  流路ユニット
４  圧電振動子ユニット
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ  変形例の圧電振動子ユニット
７  流路形成板
８  ノズルプレート
９  弾性板
１０  ノズル開口
１６  島部
２１  振動子群
２２  固定板
２３ａ  自由端部
２３ｂ  基端部
２４  フレキシブルケーブル（配線部材）
２９  駆動振動子
３１  圧電体
３１ａ  最外層の圧電体（最外層圧電体）
３２  共通内部電極（第１内部電極）
３３  個別内部電極（第２内部電極）
３６  個別外部電極（第２外部電極）
３７  共通外部電極（第１外部電極）
３９  溝
４０  質量付加部材
４１  質点
４２  調整処理用開口
【図１】
0003738895.tif 000002
【図２】
0003738895.tif 000003
【図３】
0003738895.tif 000004
【図４】
0003738895.tif 000005
【図５】
0003738895.tif 000006
【図６】
0003738895.tif 000007
【図７】
0003738895.tif 000008
【図８】
0003738895.tif 000009
【図９】
0003738895.tif 000010
【図１０】
0003738895.tif 000011
【図１１】
0003738895.tif 000012
【図１２】
0003738895.tif 000013