(57)【要約】      （修正有）【課題】別段の加工等を要せず、且つ、圧電体の伸縮変位を阻害しないように、適用機器に取り付け可能な圧電アクチュエータを提供すること。【解決手段】複数の層状の圧電体１４と層状の駆動電極１８，１９とが交互に積層された圧電素子３４で構成され、前記圧電素子３４の伸縮変位によって容積が変化するセル３を備える駆動部６３が、外周部６４ａより低く、且つ、基板２と駆動部６３と外周部６４ａとが焼成一体化されてなるセル駆動型圧電アクチュエータ６０。【選択図】図６
2006093476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、駆動部と、その外周に位置する外周部と、が備わり、
前記駆動部は、整列配置された２つの側壁を天井壁で接続してなるセルを複数具備し、少なくとも前記２つの側壁が、複数の層状の圧電体と層状の駆動電極とが交互に積層されてなる圧電素子で構成され、その圧電素子の電界誘起歪みの縦効果に基づく伸縮変位により前記セルの容積が変化し得るとともに、
少なくともセルの長手方向において、前記駆動部の高さが前記外周部より低く、且つ、前記基板と前記駆動部と前記外周部とが焼成一体化されているセル駆動型圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記駆動部と前記外周部との高さの差が、前記圧電素子の前記伸縮変位よりも大きく、且つ前記圧電素子を構成する層状の圧電体の１層あたりの厚さの１／２以下である請求項１に記載のセル駆動型圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記外周部において、前記圧電素子へ駆動電圧を印加するために前記駆動電極に接続された配線電極と、幅が２００μｍ以下の帯状のダミー電極とが、複数の層状の圧電体に挟まれて、前記駆動部の外周を囲むように形成されている請求項１又は２に記載のセル駆動型圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記駆動部における前記側壁を構成する前記圧電素子は、前記複数の層状の駆動電極の全てが、前記側壁の側面に露出をしている請求項１〜３の何れか一項に記載のセル駆動型圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記露出をした層状の駆動電極の、その露出にかかる端面が、打抜きによる破断の後に焼成された面である請求項４に記載のセル駆動型圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記駆動部における前記セルの内壁に絶縁膜が形成されている請求項１〜５の何れか一項に記載のセル駆動型圧電アクチュエータ。
【請求項７】
基板の上に、駆動部と、その外周に位置する外周部と、が備わり、前記駆動部は、整列配置された２つの側壁を天井壁で接続してなるセルを複数具備し、少なくとも前記２つの側壁が、複数の層状の圧電体と層状の駆動電極とが交互に積層されてなる圧電素子で構成され、少なくともセルの長手方向において、前記駆動部の高さが前記外周部より低く、且つ、前記基板と前記駆動部と外周部とが焼成一体化されているセル駆動型圧電アクチュエータを、
圧電材料を主成分とし、のちに前記圧電体となる、複数のセラミックグリーンシートを用意する第１の工程と、
前記複数のセラミックグリーンシートの各々の片面において、前記駆動部に相当する領域であってのちに側壁となる領域を全て包括する１の所定形状にて、のちに前記駆動電極となる、導電材料を主成分とする膜（Ａ）をスクリーン印刷法によって形成するとともに、前記外周部に相当する領域に、外部電源に接続するための配線電極になる、導電材料を主成分とする膜（Ｂ）を、前記膜（Ａ）より狭い幅でスクリーン印刷法によって形成する第２の工程と、
前記複数のセラミックグリーンシートの各々における前記駆動部に相当する領域に、のちに前記セルとなるスリットを含む複数のスリットを形成し、そのスリットの形成によって、第２の工程でセラミックグリーンシートに形成した前記膜（Ａ）の一部を除去する第３の工程と、
前記膜（Ａ）及び膜（Ｂ）と前記スリットが形成された複数のセラミックグリーンシートを前記複数のスリットの位置を合わせ積層し圧着して、セラミックグリーン積層体を得る第４の工程と、
前記セラミックグリーン積層体を焼成して一体化し、積層焼成体を得る第５の工程と、を有するセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項８】
前記第２の工程において、更に、前記外周部に相当する領域であって前記膜（Ｂ）を形成する場所以外に、導電材料を主成分とする、前記膜（Ａ）より狭い幅の膜（Ｃ）を、帯状に形成する請求項７に記載のセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法。
【請求項９】
前記配線電極が、前記複数のセルの各々を独立して駆動し得るものであり、１つのセルを構成する２つの側壁に含まれる駆動電極毎に分離している請求項７に記載のセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子の変位によって容積が変化するセルを備えたセル駆動型圧電アクチュエータに関する。より詳しくは、インクジェットヘッドとして使用され、セルで構成されたインク室に充填されたインクを、そのインク室の容積変化によって吐出することが出来るセル駆動型の圧電アクチュエータと、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電アクチュエータは、プリンタ、ファクシミリ、コピー機、その他の印刷機器に、インクジェットヘッドとして採用され、高性能な圧電アクチュエータをインクジェットヘッドとして用いた印刷機器は、銀塩写真の如く鮮明な画像を紙の上に再現出来ることから重用され多用されている。圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドは、主に、インク供給路に連通するインク室（インクチャネル）と、そのインク室に容積変化を生じさせる圧電素子と、から構成され、圧電素子に駆動電圧を印加してインク室に容積変化を発生させ、インク室に設けたノズルからインクを吐出させることによって、印字、印刷を行う。
【０００３】
そして、近年、そのようなインクジェットヘッドを備える印刷機器の分野においては、更なる高速・高機能化の要求があり、それに対しインクジェットヘッドの多ノズル化、高密度化が求められ、それに伴い、インクジェットヘッド用の圧電アクチュエータの小型化、狭ピッチ化が進んでいる。更に、使用するインク種の多様化や、駆動電圧制御による吐出量制御といったニーズに対応すべく、圧電アクチュエータの変位量については、小型、高密度であっても、常に高い特性が求められている。
【０００４】
例えば、特許文献１には圧電アクチュエータを用いたインクジェット（記録）ヘッドが開示されている。特許文献１で提案されているインクジェットヘッドは、インクチャネル（セル相当）とダミーチャネルを圧電体の側壁を介して交互に形成し、各インクチャネルに形成された電極を共通電極とし、各ダミーチャネルに形成された電極を個別電極とし、その個別電極上に形成したパッシベーション膜上にインクを接触させない構成としたことを特徴とし、各チャネル内に形成した電極を用いて電界を印加することにより、インクチャネルを形成する側壁（圧電体）を（圧電横効果に基づく変位により）伸張させ又は縮ませ、インクチャネル内の容積を変化させてインク滴を吐出させるものである。
【特許文献１】特許第２８７３２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これら要求に対し、より高変位且つ駆動力も大きく得られる電界誘起歪みの縦効果を利用した圧電アクチュエータを採用するも、これにより生じる不具合が顕在化した。その一つが、電界を加えることにより変位する方向が、電界を加えない状態に比べて伸びる方向となることであり、もう一つは、駆動力が大きくなるが故に生じるクロストーク（ある素子の駆動により生じる振動が他の素子にも及ぶ現象）がより拡大し、圧電アクチュエータの基板全体にまでも影響することである。
【０００６】
そして、上記したインクジェットヘッドを基幹部品として印刷機器に取り付ける場合には、その変位する方向が伸びる方向であるが故に、取付に煩雑さを伴うという問題が生じた。即ち、特許文献１の図４に示されるように、インクチャネルを形成する側壁が伸張するので、その伸張を妨げないように伸張方向に一定の空間を与えるべく、インクジェットヘッドのトッププレート側（側壁の伸張方向側）の取付面に、座ぐり加工や孔加工等を施す必要が生じ、その手間が印刷機器の生産性を低下させるという解決すべき課題が存在していた。その一方で、クロストークを防止する手段としては、アクチュエータを固定するエリアを広く確保し、より強固に固定する手段を必要とした。
【０００７】
本発明は、上記した従来技術の抱える問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、インクジェットヘッドとして適用可能な圧電アクチュエータであって、別段の加工等を要せず、且つ、圧電体の伸縮変位を阻害しないように、適用機器に取り付け可能な圧電アクチュエータを提供することにある。
【０００８】
研究がなされた結果、セルが備わる駆動部と、取付に用いることが出来る外周部と、を設けておき、駆動部において当該セル（インクチャネル）の容積を変化させるために、特許文献１に開示されたインクジェットヘッドの如く電界誘起歪みの横効果に基づく変位によって圧電体を伸縮させるのではなく、圧電体と（駆動）電極とが交互に積層されてなる圧電素子でセルを形成して電界誘起歪みの縦効果に基づく伸縮変位を利用し圧電素子（圧電体）を伸縮させることとし、加えて、積層される駆動電極のパターン形状とその駆動電極を外部電源に接続するための配線電極のパターン形状との大きさ（幅）にかかる関係を工夫することによって、セルを形成する圧電素子を、即ち駆動部を、外周部より低く形成したセル駆動型の圧電アクチュエータの提供により、上記目的が達成出来ることが見出され、本発明が完成した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
即ち、先ず、本発明によれば、基板の上に、駆動部と、その外周に位置する外周部と、が備わり、駆動部は、整列配置された２つの側壁を天井壁で接続してなるセルを複数具備し、少なくとも２つの側壁が、複数の層状の圧電体と層状の駆動電極とが交互に積層されてなる圧電素子で構成され、その圧電素子の電界誘起歪みの縦効果に基づく伸縮変位によりセルの容積が変化し得るとともに、少なくともセルの長手方向において、駆動部の高さが外周部より低く、且つ、基板と駆動部と外周部とが焼成一体化されているセル駆動型圧電アクチュエータが提供される。
【００１０】
本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータでは、少なくともセルの長手方向において駆動部が外周部より低くなっているが、これは基板を基準面とした高さに基づく比較であり、低いとは焼成一体化されて得られた、加工を施されていないセル駆動型圧電アクチュエータとして低いことを意味するのであり、例えば外周部に部材等が後付けされた結果、駆動部が外周部より低くなったものではない。
【００１１】
本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータにおいては、駆動部と外周部との高さの差が、圧電素子の伸縮変位よりも大きく、且つ圧電素子を構成する層状の圧電体の１層あたりの厚さの１／２以下であることが好ましい。
【００１２】
これは、駆動部と外周部との高さの差は、その（後に示される）効果から少なくとも圧電素子の変位よりも大きいことが好ましいが、一方、配線電極を保護する観点からは、その高さの差は少ないことが好ましいため、これらの要求から求まる本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータにおける好ましい態様の条件である。
【００１３】
又、外周部において、圧電素子へ駆動電圧を印加するために駆動電極に接続された配線電極と、幅が２００μｍ以下の帯状のダミー電極とが、複数の層状の圧電体に挟まれて、駆動部の外周を囲むように形成されていることが好ましい。
【００１４】
更に、駆動部における側壁を構成する圧電素子は、複数の層状の駆動電極の全てが、側壁の側面に露出をしていることが好ましい。
【００１５】
そして、この場合には、露出をした層状の駆動電極の、その露出にかかる端面が、打抜きによる破断の後に焼成された面であることが好ましい。
【００１６】
本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータにおいては、駆動部におけるセルの内壁に絶縁膜が形成されていることが好ましい。
【００１７】
次に、本発明によれば、基板の上に、駆動部と、その外周に位置する外周部と、が備わり、駆動部は、整列配置された２つの側壁を天井壁で接続してなるセルを複数具備し、少なくとも２つの側壁が、複数の層状の圧電体と層状の駆動電極とが交互に積層されてなる圧電素子で構成され、少なくともセルの長手方向において、駆動部の高さが外周部より低く、且つ、基板と駆動部と外周部とが焼成一体化されているセル駆動型圧電アクチュエータを、圧電材料を主成分とし、のちに圧電体となる、複数のセラミックグリーンシートを用意する第１の工程と、複数のセラミックグリーンシートの各々の片面において、駆動部に相当する領域であってのちに側壁となる領域を全て包括する１の所定形状にて、のちに駆動電極となる、導電材料を主成分とする膜（Ａ）をスクリーン印刷法によって形成するとともに、外周部に相当する領域に、外部電源に接続するための配線電極になる、導電材料を主成分とする膜（Ｂ）を、膜（Ａ）より狭い幅でスクリーン印刷法によって形成する第２の工程と、複数のセラミックグリーンシートの各々における駆動部に相当する領域に、のちにセルとなるスリットを含む複数のスリットを形成し、そのスリットの形成によって、第２の工程でセラミックグリーンシートに形成した膜（Ａ）の一部を除去する第３の工程と、膜（Ａ）及び膜（Ｂ）とスリットが形成された複数のセラミックグリーンシートを複数のスリットの位置を合わせ積層し圧着して、セラミックグリーン積層体を得る第４の工程と、セラミックグリーン積層体を焼成して一体化し、積層焼成体を得る第５の工程と、を有するセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法が提供される。
【００１８】
第２の工程において、前記駆動部に相当する領域であってのちに側壁となる領域を全て包括する１の所定形状にて、とは、のちに複数の側壁になる領域を、個々に区切られた形状にするのではなく、全ての側壁を含む領域を包括した、例えば１つの長方形からなるベタ形状（の駆動電極）にすることを意味する。
【００１９】
本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法においては、第２の工程において、更に、外周部に相当する領域であって膜（Ｂ）を形成する場所以外に、導電材料を主成分とする、膜（Ａ）より狭い幅の膜（Ｃ）を、帯状に形成することが好ましい。
【００２０】
又、上記配線電極が、複数のセルの各々を独立して駆動し得るものであり、１つのセルを構成する２つの側壁に含まれる駆動電極毎に分離していることが好ましい。
【００２１】
尚、第５の工程の焼成の前に、第４の工程において、セラミックグリーン積層体を得るに際し、加圧することが望ましいが、この加圧は、例えば積層体表面の凹凸に対して追従する素材のシート等を用いて行うことが好ましい。又、第４の工程において、のちに天井壁になるセラミックグリーンシート及びのちに基板になるセラミックグリーンシートは、１枚のセラミックグリーンシートであってもよいが、複数枚のセラミックグリーンシートを予め積層したものであってもよい。
【００２２】
更に、上記第３の工程（スリット形成工程）及び第４の工程（セラミックグリーンシート積層工程）において、特開２００２−１６０１９５号公報に記載の製造方法を適用して、打抜同時積層を行うことが、より好ましい。打抜きを終えたセラミックグリーンシートを金型から取り外すことなく、次のセラミックグリーンシートを打抜き、且つ、同時に積み重ねる操作を繰り返し、金型上で多層の積層体を形成することが可能であり、積層ズレの少ないセラミックグリーンシート積層体を得ることが可能だからである。
【００２３】
本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法において、導電材料を主成分とする膜（Ａ）は、のちに、作製されたセル駆動型圧電アクチュエータの駆動電極となるが、この駆動電極は、圧電材料を主成分とするセラミックグリーンシートが焼成されてなる圧電体に、電界を加えるものであり、個別電極と共通電極で構成され、膜（Ａ）は、圧電体を挟んで、個別電極（信号印加電極）として、共通電極（ＧＮＤ電極）として、交互に積層されるものである。膜（Ａ）について肝要なことは、駆動部において、整列配置された複数の側壁に対して、個々に区切った形状ではなく、全ての側壁を含む領域を包括した１つの例えば長方形からなるベタ形状の駆動電極として形成し、その後、スリットの形成によって、その一部を除去することにより、各セルを個別に駆動するのに要する層状の個別の駆動電極となり得ることである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータは、焼成一体化された製品として駆動部が外周部より低くなっているので、別段の加工等を要せず、圧電体の伸縮変位を阻害しないように、容易に適用機器に取り付けることが出来る。加工を不要とするだけでなく、アクチュエータの設計形状に関わらず、取付に係る治具部品を共通化することが可能となる。
【００２５】
本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法は、のちに駆動電極となる、導電材料を主成分とする膜（Ａ）を、駆動部において、整列配置された複数の側壁に対し、個々に区切りした形状ではなく、全ての側壁を含む領域を包括した１つの例えば長方形からなるベタ形状の駆動電極として、スクリーン印刷法によって形成する。そして、併せて、駆動部における個々のセルを独立して駆動するために上記駆動電極を外部電源に接続するための配線電極になる、導電材料を主成分とする膜（Ｂ）を、外周部に相当する領域に、膜（Ａ）より狭い幅でスクリーン印刷法によって形成する。その結果、両方の印刷パターン（形状）の違いにより、形成される膜（Ａ）の厚さが膜（Ｂ）より僅かに薄くなる。そして、膜（Ａ）及び膜（Ｂ）を形成したセラミックグリーンシートを多層に積層することから、膜の厚さの差による僅かな差も、積層の後には拡大する。従って、作製されたセル駆動型圧電アクチュエータにおいて、膜（Ａ）とセラミックグリーンシートの積層で構成される駆動部が、膜（Ｂ）とセラミックグリーンシートの積層で構成される外周部より、低く形成される。膜（Ｂ）は配線電極になるものであるから、駆動部が全ての外周部より低くなるわけではない。しかし、少なくとも配線電極が積層されて存在する外周部よりは低くなるので、この部分で、作製したセル駆動型圧電アクチュエータを、適用機器に取り付ける限り、別段の加工等を要せず、圧電体の伸縮変位を阻害しないように、組み込むことが可能となり、容易に適用機器に取り付けられる。
【００２６】
本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法は、その好ましい態様において、外周部に相当する領域であって膜（Ｂ）を形成する場所以外に、導電材料を主成分とする、膜（Ａ）より狭い幅の膜（Ｃ）を、帯状に形成することとしているから、この場合には、駆動部は、膜（Ｂ）又は膜（Ｃ）とセラミックグリーンシートとの積層で構成される全ての外周部より、低く形成される。即ち、駆動部が全ての外周部より低くなり、外周部の何れをも取付部分とすることが出来る。そして、別段の加工等を要せず、圧電体の伸縮変位を阻害しないように、容易に、作製したセル駆動型圧電アクチュエータを、適用機器に取り付けることが可能である。
【００２７】
本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法は、導電材料からなる膜の印刷にかかるパターン（形状）の違いによって、換言すれば、印刷される膜の幅の調節によって、その膜の厚さの違いを生じさせ、積層体としての高低差を生み出しているため、アクチュエータの（圧電素子部分の）微小な変位に最低限必要な、駆動部と外周部との間の微小な高低差を設ける手段として、好適である。
【００２８】
本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法は、膜（Ａ）を駆動部に相当する領域の全面に形成し、その後、スリットの形成によって、その一部を除去しているので、その除去によって、のちに駆動電極となる膜（Ａ）を、セルを構成する圧電素子毎の個々の駆動電極として分離することが出来る。従って、複数のセルが備わるセル駆動型圧電アクチュエータを作製する場合に、そのセルを構成する２つの圧電素子（側壁）毎に、信号印加電極を独立させ（個別電極とし）、個々のセルを独立して駆動させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明のセル駆動型圧電アクチュエータ及びその製造方法について、図面を参酌しながら、実施の形態を説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではない。本発明の要旨を損なわない範囲で、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良、置換を加え得るものである。例えば、図面は、好適な本発明の実施の形態を表すものであるが、本発明は図面に表される態様や図面に示される情報により制限されない。本発明を実施し又は検証する上では、本明細書中に記述されるものと同様の手段若しくは均等な手段が適用され得る。
【００３０】
本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータは、圧電と称しているが、電界によって誘起される歪みを利用するアクチュエータであって、狭義の意味での、印加電界に概ね比例した歪み量を発生する圧電効果を利用する圧電アクチュエータに限定されるものではなく、印加電界の二乗に概ね比例した歪み量を発生する電歪効果を利用する電歪アクチュエータ、あるいは、強誘電体材料全般に見られる分極反転、反強誘電体材料に見られる反強誘電相−強誘電相転移、等の現象を利用するアクチュエータも含まれる。本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータにおいて、より好ましいものは材料強度面に優れるセラミックアクチュエータである。又、分極にかかる処理が行われるか否かについては、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータを構成する圧電素子の圧電体に用いられる材料の性質に基づいて適宜決定される。
【００３１】
又、本明細書中において、アクチュエータを駆動するとは、少なくとも１つのセルを駆動することを指し、セルを駆動するとは、そのセル（を構成する側壁）を形成する圧電素子に変位を生じさせ、セルの容積変化を引き起こし、セル内に加圧状態あるいは減圧状態を導くことを指す。
【００３２】
本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータは、基板の上に、駆動部と、その外周に位置する外周部と、が備わり、駆動部は、整列配置された２つの側壁を天井壁で接続してなるセルを具備し、少なくとも２つの側壁が、複数の層状の圧電体と層状の電極とが交互に積層されてなる圧電素子で構成され、その圧電素子の電界誘起歪みの縦効果に基づく伸縮変位によりセルの容積が変化し得るアクチュエータであり、少なくともセルの長手方向において、駆動部の高さが外周部より低く、且つ、基板と駆動部と外周部とが焼成一体化されているところに技術的特徴を有している。そして、このようなセル駆動型圧電アクチュエータは、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法が、その製造手段として好適であり、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法には、作製されるセル駆動型圧電アクチュエータに上記技術的特徴を付与し得る特別な技術的手段が備わっている。そこで、先ず、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法について、その実施形態を図面を参酌しながら説明することとし、それを通じて、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの具体的な実施形態を示すこととする。
【００３３】
図１（ａ）、図１（ｂ）、図１（ｃ）は、導電材料を主成分とする膜をセラミックグリーンシート上にスクリーン印刷によって形成したときに、その膜の形状によって、その厚さに差異が生じる様子を示した図である。図１（ａ）は、膜の印刷パターン（形状）を表した平面図であり、膜１１と膜１２とで構成されるパターン（形状）である。膜１２は、膜１１から蛸足のように伸びた、より狭い幅のパターン（形状）になっている。尚、膜１１は、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法において駆動部に相当する領域の全面に形成した膜（Ａ）の一例にあたり、膜１２は、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法において外周部に相当する領域に形成した、膜（Ａ）より狭い幅の膜（Ｂ）の一例にあたる。即ち、膜１１は、のちに圧電体に電圧を印加する役割を担う駆動電極になり得、それから伸びた膜１２は配線電極になり得る印刷パターン（形状）である。
【００３４】
図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡＡ’断面を示した図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）におけるＢＢ’断面を示した図である。このように、印刷法で膜を形成すると、幅の狭い帯状の印刷パターンからなる膜の厚さは、膜１１の如く幅の広い形状（ベタ形状ともいう）の印刷パターンからなる膜に比較して、より厚くなる。この理由は、スクリーン印刷法に用いる製版に起因している。製版のパターンを形成する部分に相当する、印刷ペーストが抜けるメッシュ部分に対し、パターンを形成しない部分には乳剤によりマスクを施すと共に、パターンの膜の厚さの制御のために、その乳剤の厚さが調整される。このとき、製版のメッシュは、乳剤による足かせにより、浮いた状態になる。製版上の印刷ペーストは、スキージゴムにより押し出されるが、乳剤により浮いた状態にあるメッシュは、スキージゴムの撓みにより変形する。幅の狭いパターンの場合は乳剤の足の幅も狭いため、その間のメッシュの撓みも少なくなる。ベタ形状の幅の広いパターンの場合には、その効果も得られず、メッシュが撓むと同時に、メッシュに沿って印刷ペーストはスキージゴムにより掻き取られるため、転写される膜の厚さは、端部が高く中央が低いという分布を持つことになる。即ち、図１（ｂ）に示される通り、幅の広い膜では、その印刷パターンの端部（境界部分）に、膜の厚い部分が存在し、その他の中間部分では、相対的に膜が薄くなる。一方、図１（ｃ）に示される通り、細い帯状の膜の厚さは、図１（ｂ）における薄い中間部分が狭くなりやがては存在しなくなった状態であるため、図１（ｂ）における端部のみで形成されることになり、ベタ形状と比較して相対的に膜が厚くなる。
【００３５】
このようなスクリーン印刷法によって生じる膜の厚さの差は、僅か数μｍ程度（実際の積層の際には、電極自体の変形やセラミックグリーンシート自体の変形も伴うため、その差は更に小さくなる。従って、印刷膜厚差×積層層数＝駆動部と外周部の高さの差、とはならない）であるが、同じ印刷パターン（形状）の膜を多数積み重ねて積層すれば、積層体としての厚さの差、即ち、高さの違いは、積層数に応じて、大きくなる。本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法は、その第２の工程において、複数のセラミックグリーンシートの各々の片面において、駆動部に相当する領域の全面に（ベタ形状として）、のちに駆動電極となる、導電材料を主成分とする膜（Ａ）をスクリーン印刷法によって形成するとともに、外周部に相当する領域に、のちに駆動電極を外部電源に接続するための配線電極になる、導電材料を主成分とする膜（Ｂ）を、膜（Ａ）より狭い幅で（帯状に）スクリーン印刷法によって形成するため、作製されるセル駆動型圧電アクチュエータは、その駆動部が外周部より低くなるのである。
【００３６】
図６（ａ）〜図６（ｄ）は、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法、及び本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの、それぞれの一実施形態を示す図である。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法の一実施形態の概略工程を示し、図６（ｄ）は、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法で作製され、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータに該当する、図６（ｃ）に斜視図として示されるセル駆動型圧電アクチュエータ６０を、切断線６１に沿って切断したときの断面の一部を表した部分断面図である。
【００３７】
図６（ｃ）及び図６（ｄ）に示されるセル駆動型圧電アクチュエータ６０は、連通孔８が設けられた基板２の上に、駆動部６３と、その外周に位置し、外周部６４ａと外周部６４ｂとからなる外周部６４とが備わり、基板２と駆動部６３と外周部６４とが焼成一体化されてなるものである。尚、駆動部６３と外周部６４とは、図６（ｃ）中において便宜上示される境界線６２で区分されている。尚、連通孔８は、連通孔８自体がノズルとして機能する場合もあるが、例えばセル駆動型圧電アクチュエータ６０をインクジェットヘッドとして利用する場合に、別途、貼り付けられる金属プレート等に設けられたノズルと接続するための孔である。
【００３８】
駆動部６３は、整列配置された２つの側壁６を天井壁７で接続してなる複数のセル３を具備し、セル３を形成する２つの側壁６が、複数の層状の圧電体１４と層状の駆動電極１８，１９とが交互に積層されてなる圧電素子３４で構成されている。複数のセル３は、その各々が、側壁６（圧電素子３４）を共有せず、隣接するセルと独立して形成されている。
【００３９】
本実施形態におけるセル駆動型圧電アクチュエータ６０は、側壁６を構成する圧電素子３４毎に層状の圧電体１４を１０層有している。本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータでは、層数は、限定されず、用途、目的によって適宜決められることとなるが、アクチュエータ特性の安定面、製造容易性を考慮し、好ましい圧電体の積層数は５〜５０層である。
【００４０】
セル駆動型圧電アクチュエータ６０は、圧電素子３４を構成する圧電体１４が、例えば駆動電極１８から駆動電極１９へ向けた方向（図６（ｄ）中において上下方向）に分極されている（挟まれる駆動電極によって層毎に分極方向が異なる）。そして、図示しない電極端子に電源を接続し、例えば駆動電極１８側を正、駆動電極１９側を負にして駆動電極１８，１９間に電圧を印加することにより、先に記した分極方向と同じ方向の電界が形成される。換言すれば、セル駆動型圧電アクチュエータ６０は、分極が互いに反対方向の層状の圧電体１４が駆動電極１８，１９を挟んで積層されてなり、各々の圧電体１４においては、分極と駆動電界とが同一方向になっている。
【００４１】
その結果、圧電体１４には電界誘起歪みが発現し、その電界誘起歪みの縦効果による変位に基づき、圧電素子３４は、圧電体１４が駆動電極１８，１９で挟まれる部分においては図６（ｄ）中において概ね上下方向に（基板２に対し垂直に）伸縮する。この圧電体１４の変位は、電界誘起歪みを直接利用しているので、発生力が大きく応答速度も速い。個々の層が発現する変位量は大きなものではないが、圧電体の層数、より正確には層状の圧電体と一対の層状の駆動電極からなる組の数に比例した変位量となるので、層数を増やすことにより大変位を得ることが可能である。
【００４２】
セル駆動型圧電アクチュエータ６０においては、圧電体１４の１層当たりの厚さを、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは５〜８０μｍとすることによって、より低電圧で駆動出来るようにすることも可能である。
【００４３】
セル駆動型圧電アクチュエータ６０は、セル３をインク室として利用し、セル３毎に２つずつ設けられ基板２に開けられた連通孔８をインクの導入孔及び吐出孔として利用し、圧電素子３４に駆動電圧を印加してセル３（インク室）の容積変化を発生させることにより、その容量の増減に呼応してセル３に通じる一の連通孔８からインクを補充し、その後、同じくセル３に通じる他の連通孔８からインクを吐出させることが可能である。即ち、セル駆動型圧電アクチュエータ６０は、インクジェットヘッドとして、好ましく適用可能なアクチュエータである。
【００４４】
セル駆動型圧電アクチュエータ６０では、駆動部６３が外周部６４ａより低く、外周部６４ｂとは同等の高さである。これは後述する製造方法に示されるように、外周部６４ａの領域には配線電極を形成し、外周部６４ｂの領域には配線電極を形成していないからである。従って、セル駆動型圧電アクチュエータ６０を、印刷機器等に取り付ける際には、より高い外周部６４ａを取付部として利用することが好ましい。
【００４５】
以下、図６（ａ）〜図６（ｃ）に基づき、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法の一実施形態につき、その製造工程について説明する。尚、本明細書においてセラミックグリーンシートを単にシートともいう。
【００４６】
（第１の工程）先ず、圧電材料を主成分とする１０枚のセラミックグリーンシート６１６と、それより厚い天井壁７用のセラミックグリーンシート６０７（薄い複数のシートを積層した積層体でもよい）と、同じく厚い基板２用のセラミックグリーンシート６０２（薄い複数のシートを積層した積層体でもよい）を用意する。セラミックグリーンシートは、従来知られたセラミックス製造方法により作製出来る。例えば、圧電材料粉末を用意し、これにバインダ、溶剤、分散剤、可塑剤等を望む組成に調合してスラリーを作製し、これを脱泡処理後、ドクターブレード法、リバースロールコーター法、リバースドクターロールコーター法等のシート成形法によって、セラミックグリーンシートを形成することが可能である。
【００４７】
次に、セラミックグリーンシート６１６のうち半数の５枚のシートに、所定のパターンの導体膜６１８（導電材料からなる膜）を、スクリーン印刷法で形成し、半数の５枚のシートには、所定のパターンの導体膜６１９を、スクリーン印刷法で形成する（図６（ａ）参照）。
【００４８】
（第２の工程）導体膜６１８の印刷パターン（形状）は、作製しようとするセル駆動型圧電アクチュエータ６０の駆動部６３に相当する領域の全面に形成された、のちに個別電極１８となる導体膜６１８ａ（膜（Ａ）相当）と、作製しようとするセル駆動型圧電アクチュエータ６０の外周部６４の一部分（外周部６４ａ）に相当する領域の更に一部分に形成された、のちに個別電極１８を外部電源に接続するための配線電極になる、導体膜６１８ａより狭い幅の、導体膜６１８ｂ（膜（Ｂ）相当）と、で形成される。
【００４９】
同様に、導体膜６１９の印刷パターン（形状）は、作製しようとするセル駆動型圧電アクチュエータ６０の駆動部６３に相当する領域の全面に形成された、のちに共通電極１９となる導体膜６１９ａ（膜（Ａ）相当）と、作製しようとするセル駆動型圧電アクチュエータ６０の外周部６４の一部分（外周部６４ａ）に相当する領域の更に一部分に形成された、のちに共通電極１９を外部電源に接続するための配線電極になる、導体膜６１９ａより狭い幅の、導体膜６１９ｂ（膜（Ｂ）相当）とで形成される。尚、セラミックグリーンシートの性質にもよるが、後に圧着する際の接合力を付加するために、シート全面に接着補助層を追加する場合もある。
【００５０】
（第３の工程）続いて、図６（ｂ）に示されるように、先に導体膜６１８を形成したシート６１６において、（作製しようとするセル駆動型圧電アクチュエータ６０の）駆動部６３に相当する領域に、のちにセルを構成するスリット６０５及びのちにセルを構成しないスリット６２５を開け、そのスリット６０５，６２５の形成により、導体膜６１８ａの一部を除去して、シート６１４を得る。同様に、先に導体膜６１９を形成したシート６１６において、（作製しようとするセル駆動型圧電アクチュエータ６０の）駆動部６３に相当する領域に、のちにセルを構成するスリット６０５及びのちにセルを構成しないスリット６２５を開け、そのスリット６０５，６２５の形成により、導体膜６１９ａの一部を除去して、シート６１５を得る。
【００５１】
のちに天井壁７となるシート６０７には、のちにセルを構成しないスリット６２５を開け、のちに基板２となるシート６０２には、細孔４３を開ける。細孔４３は、のちに連通孔８となる孔であり、シート６０２がシート６１４，６１５と積層されたときに、シート６１４，６１５のスリット６０５に連通する位置に、２つずつ設けられる。
【００５２】
シート６１４，６１５におけるスリット６０５とスリット６２５との間のシートの実体部分が、のちにセル駆動型圧電アクチュエータ６０の側壁６（圧電体１４）を構成する。シート６１４の導体膜６１８は、少なくともスリット６０５とスリット６２５との間のシート面を覆うように形成され、既述のように、のちにその一部が個別電極１８を構成するとともに個別電極１８を外部電源に接続する配線電極として用いられる。シート６１５の導体膜６１９は、少なくともスリット６０５とスリット６２５との間のシート面を覆うように形成され、既述のように、のちにその一部が共通電極１９を構成するとともに共通電極１９を外部電源に接続する配線電極として用いられる。
【００５３】
（第４の工程）次に、シート６１４，６１５を交互に積層し、圧着して図示しない複数のスリット状貫通孔が備わるセラミックグリーン積層体を得る。そして、シート６０７とシート６０２の間に複数のスリット状貫通孔が備わるセラミックグリーン積層体を挟んで積層し、圧着して所定の厚さを有する図示しないセラミックグリーン積層体を得る。尚、これら積層の際には、セラミックグリーン積層体の表面の凹凸に対して追従する素材のシート等を用いて行うことが好ましい。駆動部の側壁（圧電素子）に座屈や曲がり等の不具合を生じ難くなるからである。得られたセラミックグリーン積層体には、５枚ずつ積層されたシート６１４，６１５の各々に形成された複数のスリット６０５が、それぞれ連通してなる複数のスリット状貫通孔が内蔵される。
【００５４】
（第５の工程）次に、セラミックグリーン積層体を焼成一体化して図示しない積層焼成体を得る。得られた積層焼成体では、シート６１４，６１５のスリット６０５を連通させてなる内蔵されたスリット状貫通孔が、焼成されてセル３となる。セル３は１列に４つ設けられる。次いで、導体膜６１８ｂ，６１９ｂが焼成されて、積層焼成体の両端面に現れた配線電極部分（図６（ｃ）において省略）に接続するように、図示しない端子電極を形成する。そして、必要に応じて分極処理を行えば、セル駆動型圧電アクチュエータ６０が得られる。
【００５５】
尚、既述のように、セル駆動型圧電アクチュエータ６０は、駆動部６３が全ての外周部６４より低いわけではなく、少なくともセルの長手方向において、外周部６４ａより低いが、外周部６４ｂとは同等の高さである。これは、外周部６４ａの領域には配線電極（導体膜６１８ｂ，６１９ｂ）を形成したが、外周部６４ｂの領域には形成しなかったからである。駆動部の外周全てを駆動部より高く全てを外周部より低くするには、上記第２の工程において、シート６１４，６１５に対し、外周部６４に相当する領域であって導体膜６１８ｂ，６１９ｂ（膜（Ｂ）相当）を形成した場所以外に、導体膜（膜（Ｃ）相当）を、導体膜６１８ａより狭い幅で、帯状に形成すればよい。
【００５６】
図３（ａ）、図３（ｂ）は、駆動電極及び配線電極を形成する場所以外にも、印刷法によって帯状に導体膜を形成したセラミックグリーンシートの一例を示す平面図である。図３（ａ）に示されるシート３１４の導体膜の印刷パターン（形状）は、作製しようとするセル駆動型圧電アクチュエータの駆動部に相当する領域の全面に形成された、のちに個別電極となる導体膜３１８ａ（膜（Ａ）相当）と、作製しようとするセル駆動型圧電アクチュエータの外周部の一部分に相当する領域に形成された、のちに個別電極を外部電源に接続するための配線電極になる、導体膜３１８ａより狭い幅の、導体膜３１８ｂ（膜（Ｂ）相当）と、更に加えて、外周部に相当する領域の、導体膜３１８ｂを形成した場所以外に形成された、帯状の導体膜３１８ｃ（膜（Ｃ）相当）で構成される。
【００５７】
図３（ｂ）に示されるシート３１５の導体膜の印刷パターン（形状）は、作製しようとするセル駆動型圧電アクチュエータの駆動部に相当する領域の全面に形成された、のちに共通電極となる導体膜３１９ａ（膜（Ａ）相当）と、作製しようとするセル駆動型圧電アクチュエータの外周部の一部分に相当する領域に形成された、のちに共通電極を外部電源に接続するための配線電極になる、導体膜３１９ａより狭い幅の、導体膜３１９ｂ（膜（Ｂ）相当）と、更に加えて、外周部に相当する領域の、導体膜３１９ｂを形成した場所以外に形成された、帯状の導体膜３１９ｃ（膜（Ｃ）相当）で構成される。
【００５８】
シート３１４，３１５を積層すると、導体膜３１８ｂ，３１９ｂの積層部分及び導体膜３１８ｃ，３１９ｃの積層部分は外周部を構成し、導体膜３１８ａ，３１９ａの積層部分は駆動部を構成することになる。図２は、シート３１４，３１５を積層の順に並べた状態の断面図である。図２では、積層したシート３１４，３１５において、帯状の導体膜３１８ｃ，３１９ｃは、導体膜３１８ｂ，３１９ｂと同様に、導体膜３１８ａ，３１９ａより膜の厚さが薄く、セル駆動型圧電アクチュエータの駆動部になる駆動部相当部２３は、セル駆動型圧電アクチュエータの外周部になる外周部相当部２４より低くなっている。尚、図２に現れない側の断面においても、同様であり、駆動部相当部２３は、全ての外周部相当部２４より低くなっている。
【００５９】
図５は、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの他の実施形態を示す断面図であり、図４は、図５に示されるセル駆動型圧電アクチュエータ４０を作製するために用いたシートのうち個別電極となる導体膜が形成されたシートの平面図である。又、図７は、シートに開けられる、のちにセルを構成するスリットを含むスリットの形状及び位置を示すスリットパターンを表した平面図である。
【００６０】
図４に示されるように、シート４１４は、上記シート３１４と同様に、それに形成された導体膜の印刷パターン（形状）は、作製しようとするセル駆動型圧電アクチュエータ４０の駆動部に相当する領域の全面に形成された、のちに個別電極となる導体膜４１８ａ（膜（Ａ）相当）と、作製しようとするセル駆動型圧電アクチュエータ４０の外周部の一部分に相当する領域に形成された、のちに個別電極を外部電源に接続するための配線電極になる、より狭い幅の導体膜４１８ｂ（膜（Ｂ）相当）と、外周部に相当する領域の、導体膜４１８ｂを形成した場所以外に形成された、帯状の導体膜４１８ｃ（膜（Ｃ）相当）と、これら導体膜の間を、圧電体と同一の材料からなる圧電ペースト４５によって埋めたものである。
【００６１】
シート４１４の他に、シート３１５に準じて個別電極となる導体膜が形成されたシートを作製し、図７で示されるスリットパターンに従って、それらにスリットを開けた後に、基板となるシートと天井壁となるシートの間に、交互に積層し、焼成することにより、セル駆動型圧電アクチュエータ４０が得られる。得られたセル駆動型圧電アクチュエータ４０は、基板２の上に、駆動部５３とその外周に位置する外周部５４とが備わり、図中において圧電素子で構成された縦長の２つの側壁を天井壁で接続してなるセルを７つ具備し、圧電素子の伸縮変位によりセルの容積が変化するアクチュエータである。図５に示されるように、セル駆動型圧電アクチュエータ４０は、シート４１４等を積層した結果、駆動部５３が外周部５４より低くなっている。
【００６２】
以上、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法、及び本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータについて、それぞれの実施形態を説明したが、次に、本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータに用いられる材料について説明する。
【００６３】
先ず、圧電体の材料（圧電材料）について説明する。材料としては、圧電効果若しくは電歪効果等の電界誘起歪みを起こす材料であれば、問われるものではない。結晶質でも非晶質でもよく、又、半導体セラミックスや強誘電体セラミックス、あるいは反強誘電体セラミックスを用いることも可能である。用途に応じて適宜選択し採用すればよい。又、分極処理が必要な材料であっても必要がない材料であってもよい。
【００６４】
具体的には、好ましい材料として、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、ニッケルタンタル酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、マンガンタングステン酸鉛、コバルトニオブ酸鉛、マグネシウムタングステン酸鉛、マグネシウムタンタル酸鉛、チタン酸バリウム、チタン酸ナトリウムビスマス、チタン酸ビスマスネオジウム（ＢＮＴ）、ニオブ酸カリウムナトリウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス、銅タングステンバリウム、鉄酸ビスマス、あるいはこれらのうちの２種以上からなる複合酸化物を挙げることが出来る。又、これらの材料には、ランタン、カルシウム、ストロンチウム、モリブデン、タングステン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガン、セリウム、カドミウム、クロム、コバルト、アンチモン、鉄、イットリウム、タンタル、リチウム、ビスマス、スズ、銅等の酸化物が固溶されていてもよい。
【００６５】
更に、上記材料等に、ビスマス酸リチウム、ゲルマン酸鉛等を添加した材料、例えば、ジルコン酸鉛、チタン酸鉛、及びマグネシウムニオブ酸鉛の複合酸化物に、ビスマス酸リチウム乃至ゲルマン酸鉛を添加した材料は、圧電体の低温焼成を実現しつつ高い材料特性を発現出来るので好ましい。尚、圧電材料の低温焼成化は、ガラス（例えば珪酸塩ガラス、硼酸塩ガラス、燐酸塩ガラス、ゲルマン酸鉛ガラス、又はそれらの混合物）の添加によっても実現させることが出来る。但し、過剰な添加は、材料特性の劣化を招くため、要求特性に応じて添加量を決めることが望ましい。
【００６６】
次に、電極（駆動電極、配線電極、ダミー電極等）の材料としては、導電性の金属が採用される。例えば、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、パラジウム、ロジウム、銀、スズ、タンタル、タングステン、イリジウム、白金、金、又は鉛等の金属単体又はこれら２種類以上からなる合金、例えば、銀−白金、白金−パラジウム、銀−パラジウム等を１種単独で又は２種類以上を組み合わせたものを用いることが好ましい。又、これらの材料と、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化セリウム、ガラス、又は圧電材料等との混合物、サーメットであってもよい。これらの材料の選定にあたっては、圧電材料の種類に応じて選択することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータは、印刷機器のインクジェットヘッドとして好適に利用出来る。その他に、マイクロポンプや、バイオテクノロジー分野における微量液体の混合・反応操作や遺伝子構造の解析に必要なＤＮＡチップの製造や半導体製造用のコーティング工程において用いられる微小液滴吐出装置や、医療分野における各種検査に用いられる試薬の微量投入装置等のアクチュエータとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法の一実施形態を説明するための図であり、図１（ａ）は、膜の印刷パターン（形状）を表した平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡＡ’断面を示した図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）におけるＢＢ’断面を示した図である。
【図２】本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法の一実施形態を説明するための図であり、セラミックグリーンシートの積層方向におけるセラミックグリーンシート上に印刷された膜の厚さの分布を示す断面図である。
【図３】本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法の一実施形態を説明するための図であり、図３（ａ）は、帯状の導体膜を形成したセラミックグリーンシートの一例（個別電極形成用シート）を示す平面図であり、図３（ｂ）は他例（共通電極形成用シート）を示す平面図である。
【図４】図５に示されるセル駆動型圧電アクチュエータを作製するために用いたシートのうち個別電極となる導体膜が形成されたシートの平面図である。
【図５】本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの一の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明のセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法の一の実施形態を示す概略工程説明図、及び本発明のセル駆動型圧電アクチュエータの一の実施形態を示す斜視図である。。
【図７】本発明に係るセル駆動型圧電アクチュエータの製造方法を説明する図であり、セラミックグリーンシートの打抜き用のスリットパターンを表した平面図である。
【符号の説明】
【００６９】
４０，６０…セル駆動型圧電アクチュエータ、２…基板、３…セル、６…側壁、７…天井壁、８…連通孔、１４…圧電体、１８，１９…駆動電極、２３…駆動部相当部、２４…外周部相当部、３４…圧電素子、４５…圧電ペースト、５３，６３…駆動部、５４，６４…外周部、６１…切断線、３１４，３１５，４１４，６０２，６０７，６１４，６１５，６１６…セラミックグリーンシート、６０５，６２５…スリット、６１８，６１９…導体膜。
【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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