JP3767395B2 - 積層型圧電素子の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド等の各種装置において、駆動源として使用される積層型圧電素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、圧電素子は、圧電効果により電気エネルギを機械的変位（歪み）に変換する特性を利用して、様々な装置の駆動源（圧電アクチュエータ）として用いられている。
【０００３】
その中でも、歪みによる変位量を大きくするため積層型とした圧電素子は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等のセラミック材料から成る圧電シートの表面（一方の広幅面）に、Ａｇ（銀）−Ｐｄ（パラジウム）系の導電ペーストにて、個別電極またはコモン電極のパターンを印刷形成し、前記個別電極を有する複数の圧電シートと、前記コモン電極を有する複数の圧電シートとを交互に積層するとともに、その一方の広幅面に積層した絶縁シートの表面には、外部から選択的に電圧を印加させて駆動させるべく、フレキシブルプリントケーブルを接続するための外部電極を、前記個別電極または前記コモン電極と対応するパターンにて形成した構造となっている。
【０００４】
この外部電極を設ける方法は、従来主として３つの方法があった。
【０００５】
その１つの方法は、圧電シートの表面にコモン電極や個別電極を形成するとともに、その一部を圧電シートの端面に露出するように延長させ、これら複数の圧電シートとその最上層に電極を有しない絶縁シートとを積層して高温（例えば、１１００℃程度）で焼成する。次いで、この積層体の積層端面には、前記個別電極の端面同士及びコモン電極の端面同士を積層方向に接続するように側面電極をＡｇ（銀）−Ｐｄ（パラジウム）系の導電ペーストにてパターン形成するとともに、この各側面電極と導通するように、前記絶縁シートの広幅表面に同じ導電材料（導電ペースト）にて外部電極を塗布形成したのち、比較的低温（例えば、６００℃程度）で焼き付けするという方法である。
【０００６】
第２の方法は、前記コモン電極や個別電極を形成した各圧電シート及び絶縁シートに、積層方向に隣接する個別電極同士またはコモン電極同士に連通するスルーホールを設け、当該各スルーホールに同じ導電材料（導電ペースト）を充填した後、これら圧電シート及び絶縁シートを積層し、その後、前述のように高温で焼成する。次いで、前記絶縁シートの広幅の表面には、前記各スルーホール箇所毎に、外部電極をＡｇ（銀）−Ｐｄ（パラジウム）系の導電ペーストにて塗布形成し、これを低温で焼き付けするのである。
【０００７】
第３の方法は、前記コモン電極や個別電極を形成した各圧電シート及び絶縁シートに、積層方向に隣接する個別電極同士またはコモン電極同士に連通するスルーホールを設け、当該各スルーホールに同じ導電材料を充填するとともに、前記絶縁シートの広幅表面に前記各スルーホールに導通するように同じ導電材料にて外部電極としてのタブを絶縁シートの広幅面にパターン形成し、これらを積層した後、高い温度で焼成するというものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第１及び第２の方法のように、低温で焼き付けした外部電極は、絶縁シートの広幅面との密着強度が弱いため、該外部電極を介してフレキシブルプリントケーブルと半田接続した場合、絶縁シートに対して外部電極が剥がれて電気的接続が不完全もしくは安定しないという問題があった。前記導電ペーストに、ガラスフリットを混合させても、密着強度の向上に限度があった。
【０００９】
他方、前記第３の方法によるときは、前記高温で焼成した外部電極としてのタブの箇所は、焼成により収縮するとともに、タブの表面が前記高温により酸化するため、前記フレキシブルプリントケーブルの電極部との半田接合強度を十分に確保することが難しいという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題を解消することを技術的課題とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を解決するため、本発明に係る積層型圧電素子の製造方法は、複数の圧電シートにおける一方の広幅面に、個別電極またはコモン電極のパターンを導電材料にて形成する一方、絶縁シートの一方の広幅面に、前記個別電極または前記コモン電極と対応するパターンのタブを導電材料にて形成し、前記圧電シートの積層体における表裏両広幅面のうち一方の広幅面に、前記絶縁シートを、前記各タブが前記積層体における積層方向の外側に現れるように積層し、前記絶縁シート付きの積層体を焼成したのち、前記各タブに対して、フレキシブルプリントケーブル等の外部接続手段と接続するための外部電極を焼き付け形成するというものである。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の積層型圧電素子の製造方法において、積層方向から見て、前記各タブの焼成後の面積を、これと対応する外部電極の面積の１／２倍以上でかつ１倍以下の大きさとするというものである。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の積層型圧電素子の製造方法において、前記導電材料としてＡｇ−Ｐｄ系の導電ペーストを用いた場合に、前記外部電極としてＡｇ系材料を用いるというものである。
【００１４】
さらに、請求項４の発明は、請求項１〜３のうちのいずれかに記載した積層型圧電素子の製造方法において、前記各圧電シート及び絶縁シートに、前記電極のパターン及び前記タブに対応する箇所にスルーホールを形成するとともに、当該各スルーホールに、前記電極のパターン及び前記タブと連続した導電材料を充填するというものである。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１のように、絶縁シート上に導電材料製のタブを介して外部電極を形成するから、積層体を焼成する際、高い温度で絶縁シート上に導電材料製のタブを強固に密着させることができ、さらにそのタブと外部電極とは導電材料同士であるから、外部電極を低温で焼き付けたとしても相互に強固に密着させることができる。また、外部電極を焼き付けるとき低温でよいから、酸化等が少なく、フレキシブルプリントケーブル等の外部接続手段との接合強度も十分に確保することができる。
【００１６】
請求項２〜４に記載の製造方法は、いずれも請求項１の製造方法をより具体化したものである。請求項２の製造方法によると、積層方向から見て、前記各タブの焼成後の面積が、これと対応する外部電極の面積の１／２倍以上でかつ１倍以下の大きさとするから、前記外部電極との接触面積を十分に得て、前記絶縁シートに対する前記外部電極の密着強度の確保を確実に達成できる。
【００１７】
また、請求項３のように、前記タブをＡｇ−Ｐｄ系の導電ペースト製とした場合は前記外部電極をＡｇ系材料製とすると、同種金属を主成分とするもの同士を焼き付けることになるから、前記外部電極を高温で焼成しなくても、前記タブに対する外部電極の密着強度が向上し、請求項１の作用効果を確実に達成することができる。
【００１８】
さらに、請求項４のように、前記各圧電シート及び前記絶縁シートには、前記電極のパターン及び前記タブに対応する箇所にスルーホールを形成し、当該各スルーホールには、前記電極のパターン及び前記タブと連続した導電材料を充填すると、請求項１の作用効果を得ること、すなわち、前記絶縁シートに対する前記各外部電極の密着強度を十分に確保できることに加えて、前記外部電極とこれに対応する個別電極やコモン電極等に対して確実に導通でき、電気的接触不良等の発生を著しく低減できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を、圧電式インクジェットヘッドに適用した場合の図面（図１〜図１３）に基づいて説明する。
【００２０】
図１〜図９は本発明の第１実施形態を示している。図１、図２及び図８に示すように、金属板製のキャビティプレート１０に接合するプレート型の圧電アクチュエータ２０の上面（広幅面）には、外部機器との接続のために、外部接続手段としてのフレキシブルプリントケーブル４０が重ね接合されており、キャビティプレート１０の下面側に開口したノズル５４から下向きにインクが吐出するものである。
【００２１】
図３及び図４に示すように、キャビティプレート１０は、ノズルプレート４３、２枚のマニホールドプレート１２、スペーサプレート１３及びベースプレート１４の５枚の薄板を接着にて重ね接合することにより積層した構造となっている。第１実施形態では、ノズルプレート４３を除いた各プレート１２，１３，１４は、４２％ニッケル合金鋼板製で、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さである。
【００２２】
ノズルプレート４３には、微小径のインク噴出用のノズル５４が、このノズルプレート４３の長手方向に沿って２列の千鳥配列状に配設されている。すなわち、前記ノズルプレート４３の長手方向と平行な２つの基準線４３ａ，４３ｂに沿って、微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列にて、多数個のノズル５４が穿設されている。
【００２３】
また、前記各ノズル５４に対応する圧力室１６（詳細は後述する）と、圧電アクチュエータ２０における活性部３５（詳細は後述する）とは各プレート４３，１２，１３，１４の平面視で上下に重なって対応する位置に配列されている。前記各圧力室１６は、前記ノズルプレート４３の長手方向と交差（直交）する方向に延びるように形成されており、圧力室１６の列は前記ノズルプレート４３の長手方向に沿って配列されている。
【００２４】
スペーサプレート１３と対向する上側マニホールドプレート１２にはインク通路としての一対のマニホールド室１２ａ，１２ａが、ノズルプレート４３と対向する下側マニホールドプレート１２には同じく一対のマニホールド室１２ｂ，１２ｂが、前記ノズル５４の列の両側に沿って延びるように穿設されている。この場合、各マニホールド室１２ａ，１２ｂは、平面視で圧力室１６の列と重なるように延びている（図３及び図４参照）。
【００２５】
なお、下側マニホールドプレート１２のマニホールド室１２ｂ，１２ｂは、この下側マニホールドプレート１２の上面側にのみ開放するように凹み形成されている（図４参照）。これらマニホールド室１２ａ，１２ｂは、上側マニホールドプレート１２に対してスペーサプレート１３を積層することにより密閉される構造となっている。
【００２６】
ベースプレート１４には、この長辺方向に沿う中心線に対して直交する方向（短辺方向）に延びる細幅の圧力室１６の多数個が穿設されている。前記中心線を挟んで左右両側にて平行状の長手基準線１４ａ，１４ｂを設定すると、前記中心線より左側の圧力室１６の先端１６ａは、前記左側の長手基準線１４ａ上に位置し、逆に、前記中心線より右側の圧力室１６の先端１６ａは、前記右側の長手基準線１４ｂ上に位置している。また、当該左右の圧力室１６の先端１６ａはそれぞれ交互に配置されている。したがって、左右両側の圧力室１６は一つおきに互いに逆方向に延びるように交互に配置されている（図４参照）。
【００２７】
前記各圧力室１６の先端１６ａは、ノズルプレート４３における千鳥状配列のノズル５４に対して、スペーサプレート１３、２枚のマニホールドプレート１２に千鳥状配列に穿設した微小径の貫通孔１７を介して連通している。一方、前記各圧力室１６の他端１６ｂは、スペーサプレート１３の左右両側部に穿設した貫通孔１８を介してマニホールドプレート１２におけるマニホールド室１２ａ，１２ｂに連通している。
【００２８】
なお、図４に示すように、前記他端１６ｂは、ベースプレート１４の下面側にのみ開口するように凹み形成されている。また、最上層のベースプレート１４の一端部に穿設した供給孔１９ａ，１９ａの上面には、その上方のインクタンク（図示せず）から供給されるインク中の塵除去のためのフィルタ２９が張設されている。そして、スペーサプレート１３においてベースプレート１４の一端部に穿設した供給孔１９ａ，１９ａと対応する位置にも、供給孔１９ｂ，１９ｂが穿設されている。
【００２９】
以上により、インクタンク（図示せず）からベースプレート１４及びスペーサプレート１３における供給孔１９ａ，１９ｂを介して左右両マニホールド室１２ａ，１２ｂ内に流入したインクは、この各マニホールド室１２ａ，１２ｂから各貫通孔１８を通って各圧力室１６内に分配されたのち、この各圧力室１６内から各貫通孔１７を通って、当該各圧力室１６に対応するノズル５４に至るという構成となっている（図３及び図４参照）。
【００３０】
次に、本発明に係る積層型圧電素子である圧電アクチュエータ２０の構造を図５〜図７に基づいて説明する。
【００３１】
図５に示すように、圧電アクチュエータ２０は、８枚の圧電シート２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２２と、１枚の絶縁シート２３とを積層した構造となっている。第１実施形態では、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ，２２及び絶縁シート２３の厚さは、いずれも１５μｍ〜４０μｍ程度である。絶縁シート２３は、製造上、他の圧電シートと全く同じ材料を用いることが好ましい。
【００３２】
特開平４−３４１８５１号公報に記載のものと同様に、最下層の圧電シート２２とそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シート２１ｂ，２１ｄ，２１ｆの表面（広幅面）のうち短辺の中央線を挟んだ両側には、細幅の個別電極２４が、これら各圧電シート２２，２１ｂ，２１ｄ，２１ｆの短辺縁と平行状に、かつ、長辺方向に列状にパターン形成されている。当該個別電極２４のパターンは、キャビティプレート１０における各圧力室１６の箇所に対応したものである。前記各個別電極２４の幅寸法は、これと対応する圧力室１６の広幅部よりも少し狭くなるように設定されている。
【００３３】
下から偶数番目の圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇの表面（広幅面）には複数個の圧力室１６に対して共通のコモン電極２５が形成されている。前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇのうち前記個別電極２４及び前記コモン電極２５が積層方向に重なる箇所、すなわち、挟まれる箇所は、圧電効果により歪みを生じる活性部３５である。
【００３４】
他方、圧力室１６は、ベースプレート１４の長辺方向に沿って２列状に配列されているので、コモン電極２５は、当該２列の圧力室１６，１６を一体的に覆うように、前記偶数番目の圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇの短辺方向の中央部において長辺方向に延びる平面視略矩形状に形成されている。前記偶数番目の圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇにおける一対の短辺縁の近傍箇所には、当該短辺縁の略全長にわたって延びる引き出し部２５ａ，２５ａが前記コモン電極２５と一体形成されている。
【００３５】
また、前記偶数番目の圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇの表面のうち前記活性部３５以外の箇所（前記偶数番目の圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇにおける一対の長辺縁の近傍箇所であって、前記コモン電極２５が形成されていない箇所）には、前記個別電極２４と略同じ幅寸法で長さの短いダミー個別電極２６が、前記個別電極２４と対応するパターンで、すなわち、前記個別電極２４と同じ上下位置に形成されている。これらダミー個別電極２４は、圧電アクチュエータ２０の変形作用（歪み）には寄与しない捨てパターンの電極であるが、前記各圧電シート２２，２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３を積層した場合の部分的な厚さの変化を少なくするためのものである。
【００３６】
前記奇数番目の圧電シート２２，２１ｂ，２１ｄ，２１ｆの表面のうち前記引き出し部２５ａ，２５ａと対応する位置（同じ上下位置）には、捨てパターンの電極としてのダミーコモン電極２７が形成されている。なお、詳細については後述するが、第１実施形態では、前記各電極２４，２５，２６，２７は、導電材料としてのＰｄを約３０％含むＡｇ−Ｐｄ系の導電ペースト製のものである。
【００３７】
最上層の圧電シートである絶縁シート２３の表面には、前記個別電極２４に対する外部電極３０と、前記コモン電極２５の引き出し部２５ａに対する外部電極３１とが、当該絶縁シート２３の一対の長辺縁に沿って形成されている。第１実施形態では、前記両外部電極３０，３１は、前記導電ペーストの主成分であるＡｇを含んだＡｇ系材料（Ｐｄを微量含むものであってもよい）から成るものである。また、前記両外部電極３０，３１の肉厚（積層（上下）方向の厚さ）は７〜１７μｍ程度である。
【００３８】
前記最下層の圧電シート２２を除いて、他の全ての圧電シート２１ａ〜２１ｇと絶縁シート２３とには、前記外部電極３０と、これに対応する位置の個別電極２４及びダミー個別電極２６とを互いに導通させるためのスルーホール３２が穿設されている。
【００３９】
同様にして、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３には、少なくとも１つの外部電極３１（第１実施形態では絶縁シート２３の四隅の位置の外部電極３１）と、これに対応する位置の引き出し部２５ａ及びダミーコモン電極２７とを互いに導通させるためのスルーホール３３が穿設されている。これら各スルーホール３２，３３には、前記個別電極２４やコモン電極２５等と同じ材質の導電材料、すなわち、Ａｇ−Ｐｄ系の導電ペーストが充填されている。
【００４０】
図５及び図６に示すように、第１実施形態では、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３における各スルーホール３２，３３は、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３の長辺方向（前記個別電極２４（または前記ダミー個別電極２６）のパターンの並び方向に平行な方向）に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして穿設されている。
【００４１】
すなわち、前記絶縁シート２３における各スルーホール３２，３３は、前記絶縁シート２３の一方の短辺縁側から順に、前記絶縁シート２３の長辺縁から短辺方向に適宜寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ１、・・・だけ離れた位置に適宜ずらして穿設されている。そして、前記絶縁シート２３より下層の各圧電シート２１ａ〜２１ｇにおける各スルーホール３２，３３も、前記絶縁シート２３における各スルーホール３２，３３にそれぞれ対応（連通）するように、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇの一方の短辺縁側から順に、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇの長辺縁から短辺方向に適宜寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ１、・・・だけ離れた位置に適宜ずらして穿設されている。
【００４２】
なお、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３における各スルーホール３２，３３の配置は、前述のパターンに限定されるものではなく、前記長辺方向に隣接するスルーホール３２，３３同士が、前記長辺方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして配設されていればよい。
【００４３】
次に、前記圧電アクチュエータ２０の製造方法を図９（Ａ）〜（Ｃ）に基づいて説明する。まず、前記圧電アクチュエータ２０における圧電シート２１ｂ（２１ｄ，２１ｆ，２２も同様）の複数個分をマトリックス状に並べた大きさを有する第１素材シート（グリーンシート）の表面のうち各圧電シート２１ｂ（２１ｄ，２１ｆ）となる箇所に、複数個の個別電極２４と捨てパターンの電極としてのダミーコモン電極２７とを設ける位置に対して、予めスルーホール３２を穿設する。
【００４４】
同様にして、圧電シート２１ａ（２１ｃ，２１ｅ，２１ｇも同様）の複数個分をマトリックス状に並べた大きさを有する第２素材シート（グリーンシート）の表面のうち各圧電シート２１ａ（２１ｃ，２１ｅ，２１ｇ）となる箇所に、複数個のコモン電極２５の引き出し部２５ａと捨てパターンの電極としてのダミー個別電極２６とを設ける位置に対して、予めスルーホール３３を穿設する。
【００４５】
さらに、絶縁シート２３の複数個をマトリックス状に並べた大きさを有する第３素材シート（グリーンシート）の表面のうち各絶縁シート２３の箇所に、複数個の外部電極３０，３１を設ける位置に対して、スルーホール３２，３３を穿設する。
【００４６】
次いで、前記各圧電シート２２，２１ｂ，２１ｄ，２１ｆの表面に個別電極２４及びダミーコモン電極２７を、前記各圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇの表面にコモン電極２５及びダミー個別電極２６を、それぞれ導電材料としてのＡｇ−Ｐｄ系の導電ペーストを用いたスクリーン印刷にて形成する。
【００４７】
また、前記各絶縁シート２３の表面のうち複数個の外部電極３０，３１を設ける位置（前記各スルーホール３２，３３の位置）には、タブ６０，６１（図９（Ａ）参照）を、それぞれ導電材料としてのＡｇ−Ｐｄ系の導電ペーストを用いたスクリーン印刷にて形成する。
【００４８】
この場合、前記各スルーホール３２，３３は、前記第１〜第３素材シートの上下広幅面に貫通しているから、前記各スルーホール３２，３３内に前記導電材料が浸入し、前記各スルーホール３２，３３を介して、前記各電極部分２４〜２７及び前記各タブ６０，６１を通じてシートの上下面で導通可能となる。
【００４９】
また、第１実施形態では、前記各タブ６０，６１の積層方向から見た面積は、これらの焼成後の面積がこれと対応する外部電極３０，３１の面積の１／２倍以上でかつ１倍以下の大きさとなるように、適宜設定されている。
【００５０】
次いで、前記各素材シートを乾燥して積層したのち、積層方向にプレスすることによりして一体化して１枚の積層体とし（図９（Ａ）参照）、この積層体を１１００℃程度の温度で焼成する。そうすると、図９（Ｂ）に示すように、前記各絶縁シート２３上の各タブ６０，６１が焼成により収縮する。ここで、前記各タブ６０，６１の積層方向から見た面積が、これと対応する外部電極３０，３１の面積の１／２倍以上でかつ１倍以下の大きさとなる。
【００５１】
そして、肉厚の薄くなった各タブ６０，６１（第１実施形態では１μｍ程度）に、Ａｇ系材料から成る外部電極３０，３１をスクリーン印刷にて形成して、６００℃程度の温度で焼き付けるのである（図９（Ｃ）参照）。その後所定の大きさにカットする。
【００５２】
以上により、上下に積層した複数の圧電シート２２，２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３においては、同じ上下位置の個別電極２４とダミー個別電極２６と外部電極３０とがスルーホール３２内の導電材料を介して電気的に接続される一方、同じく上下複数枚のコモン電極２５とダミーコモン電極２７と外部電極３１とがスルーホール３３内の導電材料を介して電気的に接続される（図７参照）。
【００５３】
第１実施形態では、前記絶縁シート２３上に印刷形成したＡｇ−Ｐｄ系の導電ペースト製の各タブ６０，６１を、高温（この実施形態では１１００℃程度）で焼成するから、前記各タブ６０，６１と前記絶縁シート２３とを強固に密着させることができる。
【００５４】
そして、前記Ａｇ−Ｐｄ系導電ペースト製の各タブ６０，６１には、Ａｇ系材料から成る外部電極３０，３１を低温（この実施形態では６００℃程度）で焼き付けるから、同種金属（第１実施形態ではＡｇ）を主成分とするもの同士を接合させることになり、前記各タブ６０，６１に対する前記各外部電極３０，３１の密着強度は高いものとなる。
【００５５】
したがって、前記各外部電極３０，３１を高温で焼成しなくても、前記各タブ６０，６１がバインダの役割を果たして、前記絶縁シート２３に対する前記各外部電極３０，３１の密着強度を十分に確保できる。これにより、例えば、前記各外部電極３０，３１と前記フレキシブルプリントケーブル４０とを半田接合するに際して、前記絶縁シート２３から前記各外部電極３０，３１が剥がれる等の不良の発生を著しく低減できる。
【００５６】
また、積層方向から見て、前記各タブ６０，６１の高温焼成後の面積は、これと対応する外部電極３０，３１の面積の１／２倍以上でかつ１倍以下の大きさであるから、前記従来のように、外部電極とスルーホール内の導電ペーストとを電気的に接合する構成よりも、前記各外部電極３０，３１との接触面積が大きくなる。これにより、前記絶縁シート２３に対する前記各外部電極３０，３１の密着強度の確保を確実に達成できることに加えて、前記各外部電極３０，３１とこれに対応する個別電極２４やコモン電極２５等に対して確実に導通でき、接触不良等の発生を著しく低減できる。
【００５７】
したがって、この製造方法によると、信頼性の高い圧電アクチュエータ２０を製造できるのである。
【００５８】
図１、図２及び図８に示すように、前記圧電アクチュエータ２０の下面（キャビティプレート１０の圧力室１６と対向する広幅面）全体に、接着剤層としてのインク非浸透性の合成樹脂材からなる接着剤シート４１を予め貼着し、次いで、前記キャビティプレート１０に対して、前記圧電アクチュエータ２０における各個別電極２４が前記キャビティプレート１０における各圧力室１６の各々に対応するように接着・固定される。
【００５９】
また、前記圧電アクチュエータ２０における上面には、前記フレキシブルプリントケーブル４０を重ね押圧することによって、前記フレキシブルプリントケーブル４０における各種の配線パターン（図示せず）が前記各外部電極３０，３１に電気的に接合される。
【００６０】
ここで、前記各外部電極３０，３１は、高温で焼成しないから、酸化することが少なく、かつ、前記各タブ６０，６１よりも厚い肉厚（第１実施形態では７〜１７μｍ程度）であり、これら両外部電極３０，３１と外部接続手段としてのフレキシブルプリントケーブル４０とを半田接合するに際しての接合強度をも十分に確保できる。
【００６１】
なお、前記接着剤シート４１等の接着剤層の材料としては、少なくともインク非浸透性で、かつ、電気絶縁性を備えたものであって、ナイロン系やダイマー酸ベースのポリアミド樹脂を主成分とするポリアミド系ホットメルト形接着剤、ポリエステル系ホットメルト形接着剤のフィルム状のものを用いてもよいが、ポリオレフィン系ホットメルト形接着剤を前記圧電アクチュエータ２０の下面に塗布してから、前記キャビティプレート１０に接着・固定するようにしても良い。接着層の厚さは約１μｍ程度である。
【００６２】
そして、全個別電極２４とコモン電極２５との間に、通常の使用時よりも高い電圧を印可することで、圧電シート２１ａ〜２１ｇの上記両電極２４，２５間に挟まれる部分を分極処理する。
【００６３】
以上の構成において、前記圧電アクチュエータ２０における各個別電極２４のうち任意の個別電極２４とコモン電極２５との間に電圧を印加することにより、前記圧電シート２１ａ〜２１ｇのうち前記電圧を印加した個別電極２４に対応する部分が圧電による積層方向の歪みを生じ、この歪みにて前記各個別電極２４に対応する圧力室１６の内容積が縮小されることにより、当該圧力室１６内のインクがノズル５４から液滴状に噴出して、所定の印字が行われるのである（図８参照）。
【００６４】
図１０〜図１３は本発明の第２実施形態を示している。なお、この実施形態において、構成及び作用が第１実施形態と変わらないものは、第１実施形態のものと同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６５】
第２実施形態の圧電アクチュエータ２０′の構造を図１０〜図１２に基づいて説明する。前記圧電アクチュエータ２０′は、２枚の圧電シート２２′，２１′と、１枚の絶縁シート２３′とを積層した構造となっている。最下層の圧電シート２２′の表面（広幅面）には、キャビティプレート１０における各圧力室１６の箇所毎に、細幅の個別電極２４′が、当該圧電シート２２′の短辺縁と平行状に、かつ、長辺方向に列状にパターン形成されている。なお、当該駆動電極２４′は、その一端部２４ａ′を前記最下層の圧電シート２２′の一方の長辺縁に露出させている。
【００６６】
２層目の圧電シート２１′の表面（広幅面）には、複数個の圧力室１６に対して共通のコモン電極２５′が、これら各圧力室１６を一体的に覆うように平面視略矩形状に形成されている。前記２層目の圧電シート２１′における一対の短辺縁の近傍箇所には、当該短辺縁の略全長にわたって延びる引き出し部２５ａ′，２５ａ′が、前記２層目の圧電シート２１′の一方の長辺縁に露出するようにして、前記コモン電極２５′と一体形成されている。前記圧電シート２１′のうち前記個別電極２４′及び前記コモン電極２５′が積層方向に重なる箇所は、圧電効果により歪みを生じる活性部３５′である。
【００６７】
前記２層目の圧電シート２１′の表面のうち前記活性部３５′以外の箇所には、捨てパターンの電極であるダミー個別電極２６′が、前記個別電極２４′と同じ上下位置に形成されている。前記最下層の圧電シート２２′の表面のうち前記引き出し部２５ａ′と対応する位置（同じ上下位置）には、捨てパターンの電極としてのダミーコモン電極２７′が形成されている。
【００６８】
なお、前記ダミー個別電極２６′の一端部２６ａ′は前記２層目の圧電シート２１′の長辺縁に、前記ダミーコモン電極２７′の一端部２７ａ′は前記最下層の圧電シート２２′の長辺縁に、それぞれ露出している。第２実施形態において、前記各電極２４′，２５′，２６′，２７′は、導電材料としてのＡｇ−Ｐｄ系の導電ペースト製のものである。
【００６９】
最上層の絶縁シート２３の表面のうち前記個別電極２４′または前記コモン電極２５′の引き出し部２５ａ′に対応する位置には、Ａｇ−Ｐｄ系の導電ペースト製のタブ６０′、６１′が、当該絶縁シート２３′の一対の長辺縁に沿って形成されており、これら各タブ６０′，６１′上にフレキシブルプリントケーブル４０と接続するための外部電極３０′，３１′が配設されている。第２実施形態では、前記両外部電極３０′，３１′は、前記導電ペーストの主成分であるＡｇを含んだＡｇ系材料から成るものである。
【００７０】
前記圧電アクチュエータ２０′の表裏両広幅面と直交する左右両側面には、前記各圧電シート２１′，２２′の左右両側面に露出した個別電極２４′の一端部２４ａ′とダミー個別電極２６ａ′とを積層方向に接続する側面電極５０′が、また、コモン電極２５′の引き出し部２５ａ′とダミーコモン電極２７′の端部２７ａ′とを積層方向に接続する側面電極５１′が、それぞれＡｇ系の導電ペーストにてパターン形成されている。これら各側面電極５０′，５１′の上端は、これに対応する外部電極３０′，３１′に接続されている。したがって、前記個別電極２４′や前記コモン電極２５′は、これら各側面電極５０′，５１′を介して対応する外部電極３０′，３１′と電気的に接続されている。
【００７１】
前記キャビティプレート１０におけるベースプレート１４のうち前記圧電アクチュエータ２０′の左右両側面に対応する箇所には、前記各外部電極３０′，３１′を前記キャビティプレート１０に接触させないための凹み溝６２，６３が、前記左右両側面に沿って延びるように穿設されている。これら各凹み溝６２，６３は、前記各側面電極５０′，５１′の相互間で短絡することを防止するためのものである。
【００７２】
次に、前記圧電アクチュエータ２０′の製造方法を図１３（Ａ）〜（Ｄ）に基づいて説明する。まず、前記圧電アクチュエータ２０′における圧電シート２２′の複数個をマトリックス状に並べた大きさを有する第４素材シート（グリーンシート）の表面に、個別電極２４′及びダミーコモン電極２７′を、導電材料としてのＡｇ−Ｐｄ系の導電ペーストを用いたスクリーン印刷にて形成する。
【００７３】
同様にして、圧電シート２１′の複数個をマトリックス状に並べた大きさを有する第５素材シート（グリーンシート）の表面に、コモン電極２５′及びダミー個別電極２６′を、導電材料としてのＡｇ−Ｐｄ系の導電ペーストを用いたスクリーン印刷にて形成する。
【００７４】
さらに、絶縁シート２３′の複数個をマトリックス状に並べた大きさを有する第５素材シート（グリーンシート）の表面において、個別電極２４′（ダミー個別電極２６′）と対応する位置にはタブ６０′を、コモン電極２５′の引き出し部２５ａ′（ダミーコモン電極２７′）と対応する位置にはタブ６１′を、それぞれそれぞれ導電材料としてのＡｇ−Ｐｄ系の導電ペーストを用いたスクリーン印刷にて形成する。
【００７５】
なお、第２実施形態でも、前記各タブ６０′，６１′の積層方向から見た面積は、これらの高温焼成後の面積がこれと対応する外部電極３０′，３１′の面積の１／２倍以上でかつ１倍以下の大きさとなるように、適宜設定されている。
【００７６】
次いで、前記各素材シートを乾燥して積層したのち、積層方向にプレスすることによりして一体化して１枚の積層体とし（図１３（Ａ）参照）、この積層体を１１００℃程度の温度で焼成する。そうすると、図１３（Ｂ）に示すように、前記各絶縁シート２３′上の各タブ６０′，６１′が焼成により収縮する。ここでも、第１実施形態と同様に、前記各タブ６０′，６１′の積層方向から見た面積が、これと対応する外部電極３０′，３１′の面積の１／２倍以上でかつ１倍以下の大きさとなる。
【００７７】
次いで、前記各素材シートの積層体を所定の大きさにカットし、これにより得られた圧電シート２１′〜２３′の積層体の姿勢を代えて、当該積層体の側面を上向きにする。それから、各側面電極５０′を、これに対応する個別電極２４′の一端部２４ａ′及びダミー個別電極２６′の一端部２６ａ′と重なるように、Ａｇ系の導電ペーストを用いてのスクリーン印刷にて形成する。
【００７８】
同様にして、各側面電極５１′を、これに対応するコモン電極２５′の引き出し部２５ａ′及びダミーコモン電極２７′の一端部２７ａ′と重なるように、Ａｇ系の導電ペーストを用いたスクリーン印刷にて形成する（図１３（Ｃ）参照）。
【００７９】
次いで、再び前記圧電シート２１′〜２３′の積層体の姿勢を代えて、この積層体において絶縁シート２３′側の広幅面（タブ６０′，６１′のある広幅面）を上向きにする。それから、Ａｇ系材料から成る外部電極３０′を、前記絶縁シート２３′上の各タブ６０′に重なり、かつ、当該外部電極３０′に対応する側面電極５０′の上端部に接続するようにスクリーン印刷にて形成する。
【００８０】
同様にして、Ａｇ系材料から成る外部電極３１′を、前記絶縁シート２３′上の各タブ６１′に重なり、かつ、当該外部電極３１′に対応する側面電極５１′の上端部に接続するようにスクリーン印刷にて形成する。そして、６００℃程度の温度で焼き付けするのである（図１３（Ｄ）参照）。
【００８１】
以上により、上下に積層した複数の圧電シート２２′，２１′及び絶縁シート２３′においては、同じ上下位置の個別電極２４′とダミー個別電極２６′と外部電極３０′とが、これらに対応する側面電極５０′を介して電気的に接続される一方、同じく上下複数枚のコモン電極２５′とダミーコモン電極２７′と外部電極３１′とが、これらに対応する側面電極５１′を介して電気的に接続される（図１２参照）。
【００８２】
第２実施形態では、前記圧電アクチュエータ２０′における絶縁シート２３′の表面に前記各外部電極３０′，３１′を密着させるに際して、高温（この実施形態では１１００℃程度）で焼成することにより前記絶縁シート２３′上に強固に密着した各タブ６０′，６１′に対して、前記各外部電極３０′，３１′を低温（この実施形態では６００℃程度）で焼き付けするから、同種金属（第２実施形態ではＡｇ）を主成分とするもの同士を接合させることになり、前記各タブ６０′，６１′に対する前記各外部電極３０′，３１′の密着強度が高まる。
【００８３】
したがって、前記各外部電極３０′，３１′を高温で焼成しなくても、前記各タブ６０′，６１′がバインダの役割を果たして、前記絶縁シート２３′に対する前記各外部電極３０′，３１′の密着強度を十分に確保できる。
【００８４】
これにより、第１実施形態と同様に、例えば、前記各外部電極３０′，３１′と前記フレキシブルプリントケーブル４０とを半田接合するに際して、前記圧電アクチュエータ２０′から前記各外部電極３０，３１が剥がれる等の不良の発生を著しく低減できる。
【００８５】
また、積層方向から見て、前記各タブ６０′，６１′の高温焼成後の面積は、これと対応する外部電極３０′，３１′の面積の１／２倍以上でかつ１倍以下の大きさであるから、前記各外部電極３０′，３１′との接触面積を十分に得て、前記絶縁シート２３′に対する前記各外部電極３０′，３１′の密着強度の確保を確実に達成できる。
【００８６】
以上により、第２実施形態の場合も、信頼性の高い圧電アクチュエータ２０′を製造できるのである。
【００８７】
また、前記圧電アクチュエータ２０′における上面には、前記フレキシブルプリントケーブル４０を重ね押圧することによって、前記フレキシブルプリントケーブル４０における各種の配線パターン（図示せず）が前記各外部電極３０′，３１′に電気的に接合される。
【００８８】
ここで、前記各外部電極３０′，３１′は、高温で焼成しないから、酸化することが少なく、かつ、前記各タブ６０′，６１′よりも厚い肉厚（第２実施形態では７〜１７μｍ程度）であるから、これら両外部電極３０′，３１′と前記フレキシブルプリントケーブル４０とを半田接合するに際しての接合強度をも十分に確保できるのである。
【００８９】
本発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。例えば、圧電アクチュエータ２０，２０′の最下層には圧電シート２２，２２′を採用したが、他の層の圧電シートの歪みを圧力室に伝えるものであれば、他の絶縁材料を用いてもよい。また、最上層の絶縁シート２３，２３′についても他の絶縁材料を用いてもよい。この場合は、圧電シートの歪みのうち、上方（キャビティプレート１０と反対側）へ突出する歪みを抑制するものであることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の圧電式インクジェットヘッドを示す分解斜視図である。
【図２】圧電アクチュエータとキャビティープレートとの一端部を示す拡大斜視図である。
【図３】キャビティープレートの分解斜視図である。
【図４】キャビティープレートの部分拡大斜視図である。
【図５】圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【図６】圧電アクチュエータの部分拡大分解斜視図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ視側断面図である。
【図８】フレキシブルプリントケーブル、キャビティープレート及び圧電アクチュエータを積層した状態を示す拡大断面図である。
【図９】圧電アクチュエータの製造工程を示す概略斜視図であり、（Ａ）は焼成前、（Ｂ）は焼成後、（Ｃ）は外部電極を焼き付けた状態の図である。
【図１０】第２実施形態における圧電アクチュエータとキャビティープレートとの一端部を示す拡大斜視図である。
【図１１】圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【図１２】フレキシブルプリントケーブル、キャビティープレート及び圧電アクチュエータを積層した状態を示す拡大断面図である。
【図１３】圧電アクチュエータの製造工程を示す概略斜視図であり、（Ａ）は焼成前、（Ｂ）は焼成後、（Ｃ）は外部電極を焼き付けた状態の図である。
【符号の説明】
１０ キャビティープレート
１２ マニホールドプレート
１３ スペーサプレート
１４ ベースプレート
１６ 圧力室
２０，２０′ 圧電アクチュエータ
２１ａ〜２１ｇ，２２，２１′，２２′ 圧電シート
２３，２３′ 絶縁シート
２４，２４′ 個別電極
２５，２５′ コモン電極
２５ａ，２５ａ′ 引き出し部
２６，２６′ ダミー個別電極
２７，２７′ ダミーコモン電極
３０，３１，３０′，３１′ 外部電極
３２，３３ スルーホール
３５，３５′ 活性部
４０ フレキシブルプリントケーブル
４３ ノズルプレート
５４ ノズル
６０，６１，６０′，６１′ タブ

Claims (4)

1. 複数の圧電シートにおける一方の広幅面に、個別電極またはコモン電極のパターンを導電材料にて形成する一方、
   絶縁シートの一方の広幅面に、前記個別電極または前記コモン電極と対応するパターンのタブを導電材料にて形成し、
   前記圧電シートの積層体における表裏両広幅面のうち一方の広幅面に、前記絶縁シートを、前記各タブが前記積層体における積層方向の外側に現れるように積層し、
   前記絶縁シート付きの積層体を焼成したのち、
   前記各タブに対して、フレキシブルプリントケーブル等の外部接続手段と接続するための外部電極を焼き付け形成することを特徴とする積層型圧電素子の製造方法。
2. 積層方向から見て、前記各タブの焼成後の面積は、これと対応する外部電極の面積の１／２倍以上でかつ１倍以下の大きさとすることを特徴とする請求項１に記載の積層型圧電素子の製造方法。
3. 前記導電材料としてＡｇ−Ｐｄ系の導電ペーストを用いた場合は、前記外部電極としてＡｇ系材料を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型圧電素子の製造方法。
4. 前記各圧電シート及び絶縁シートには、前記電極のパターン及び前記タブに対応する箇所にスルーホールを形成するとともに、当該各スルーホールには、前記電極のパターン及び前記タブと連続した導電材料を充填することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子の製造方法。

Images