(57)【要約】      （修正有）【課題】焼成反りが小さく、駆動電極を高密度に配列した場合でも、不要な圧電振動を抑制し、変位のばらつきを低減した圧電アクチュエータ及び液体吐出装置を提供する。【解決手段】振動板２上に設けられた複数のコモン電極４ａと、４ａを覆うように該振動板２の上に設けられた圧電セラミック層５と、５の上に、コモン電極４ａの各々と対向するように５の上に設けた複数の駆動電極６ａと、５の表面に、６ａの各々にそれぞれ隣接するように設けられた複数の接地端子４ｄ及び電圧端子６ｄと、を具備し、各接地端子４ｄと各コモン電極４ａとをビア電極４ｃを介し電気的接続し、各電圧端子６ｄと各駆動電極６ａとをそれぞれ電気的接続して、コモン電極４ａと駆動電極６ａの間に電圧印加させて、コモン電極４ａ、駆動電極６ａ及びこれらに挟持される圧電セラミック層５によって構成される変位素子７が、変位することを特徴とする。【選択図】図１
2006187188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、該振動板上に設けられた複数のコモン電極と、該複数のコモン電極を覆うように前記振動板の上に設けられた圧電セラミック層と、該圧電セラミック層の上に、前記複数のコモン電極の各々と対向するように圧電セラミック層の上に設けられた複数の駆動電極と、前記圧セラミック層の表面に、前記駆動電極の各々にそれぞれ隣接するように設けられた複数の接地端子及び複数の電圧端子と、を具備し、各接地端子と各コモン電極とをビア電極を介してそれぞれ電気的に接続するとともに、各電圧端子と各駆動電極とをそれぞれ電気的に接続してなり、前記コモン電極と前記駆動電極の間に電圧を印加することによって、前記コモン電極、前記駆動電極及びこれらに挟持される圧電セラミック層によって構成される変位素子を変位させることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
振動板と、該振動板上に設けられた圧電セラミック層と、該圧電セラミック層の内部及び表面に設けられたコモン電極及び駆動電極と、を具備し、前記コモン電極と駆動電極とを交互に、且つ対向するように配置し、前記前記複数のコモン電極と前記接地端子とをビア電極を介して電気的に接続するとともに、前記複数の駆動電極と前記電圧端子とをビア電極を介して電気的に接続してなり、前記コモン電極と前記駆動電極の間に電圧を印加することによって、前記コモン電極、前記駆動電極及びこれらに挟持される圧電セラミック層によって構成される変位素子を変位させることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記コモン電極が前記駆動電極と略同一であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記振動板が前記圧電セラミック層と略同一組成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圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記振動板が補強部材を内設することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
前記補強部材が金属層からなり、振動板の主面と略同一の形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
前記金属層が前記コモン電極と電気的に接続してなることを特徴とする請求項６記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の圧電アクチュエータを、液体吐出口を有する複数の液体加圧室が配列された流路部材上に、前記液体加圧室と前記駆動電極との位置を揃えて取り付けたことを特徴とする液体吐出装置。
【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及び液体吐出装置に関するもので、微細な変位を発生させることにより、各種デバイスの位置決めや液体の加圧などに用いられる圧電アクチュエータ、特にインクジェットヘッドに利用される圧電アクチュエータ及び液体吐出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した記録装置が、コンシューマ向けの小型プリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも、広く利用されている。
【０００３】
インクジェット方式の記録装置においては、インクジェットヘッドを主操作方向に移動させると共に、記録紙や基板等を、上記主走査方向と交差する副走査方向に移動させながら、記録情報に応じてインクジェットヘッドを駆動させて、当該インクジェットヘッドのノズル開口から断続的にインク滴を吐出させることにより記録が行われる。例えば、小型プリンタの場合は記録紙等の表面に文字や画像が記録され、工業用の記録装置の場合は基板等の表面に電子回路、液晶ディスプレイのカラーフィルタ、有機ＥＬディスプレイの発光セル等が形成される。
【０００４】
かかるインクジェット方式の記録装置には、液体を吐出させるための液体吐出装置が、印刷ヘッドとして搭載されており、この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒーターを備え、ヒーターによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、インク滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔よりインク滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。
【０００５】
圧電方式を利用したインクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドは、例えば、図６（ａ）に示したように、アクチュエータ５１が、流路部材５３の上に設けられた構造を有する（例えば、特許文献１、２参照）。流路部材５３は、複数のインク加圧室５３ａが隔壁５３ｂによって仕切られ、インク加圧室５３ａはアクチュエータ５１に当接するように並設されている。
【０００６】
圧電アクチュエータ５１は、振動板５２上に、共通電極５４、圧電セラミック層５５及び駆動電極５６がこの順に積層され、駆動電極５６と、該駆動電極に対向する共有電極５４の対向部位と、該対向部位と前記駆動電極５６とで挟持される挟持部位とで形成される圧電変位部５７が複数形成されている。また、駆動電極５６は、図６（ｂ）に示したように、圧電セラミック層５５の表面にマトリックス状に配置され、インク加圧室５３ａの直上に駆動電極５６が配置している。
【０００７】
駆動電極５６は、図６（ｂ）に示したように、インク加圧室５３ａの上に配置された変位電極５６ａと、変位電極５６ａと接続し、且つ外部配線と接続するための引出電極５６ｂとからなり、外部配線接続基板からの外部配線が接続される（不図示）。また、共通電極５４も、外部配線回路と接続するための接続端子５９に電気的に接続している。
【０００８】
上記のような印刷ヘッドは、共通電極５４と所定の駆動電極５６との間に電圧を印加して該表面電極５６直下の圧電セラミック層５５を変位させることにより、変位領域５７ａが対応するインク加圧室５３ａの方向に凸になるように変形し、インク加圧室５３ａ内のインクを加圧して、流路部材５３の底面に開口したインク吐出口５８よりインク滴を吐出することができる。
【特許文献１】特開平１１−３４３２１号公報
【特許文献２】特開平１１−３４３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような圧電アクチュエータ５１に通電する際には、共通電極５４と所定の変位電極５６ａとの間に電圧を印加すると、変位電極５６ａに接続する引出電極５６ｂと共通電極５４の間にも電界が発生し、変位素子５７の外部において圧電セラミック層５５の変位による伸縮変形が発生し、内部応力を発生させる。この内部応力によって変位素子５７の変位量にばらつきが生じ、インク吐出量にばらつきを生じさせるという問題があった。
【００１０】
特に、近年ではインクジェトヘッドのドット密度の高密度化に伴って、駆動電極が高集積化され、隣接する駆動電極の間隔が狭まっているので、上記問題がより顕著になる傾向にある。
【００１１】
また、共通電極は、振動板表面を覆うように形成されているため、焼成時の収縮量が大きく、圧電アクチュエータに反りが発生しやすいという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、焼成反りが小さく、駆動電極を高密度に配列した場合であっても、不要な圧電振動を抑制し、変位量のばらつきを低減した圧電アクチュエータ及び液体吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の圧電アクチュエータは、振動板と、該振動板上に設けられた複数のコモン電極と、該複数のコモン電極を覆うように前記振動板の上に設けられた圧電セラミック層と、該圧電セラミック層の上に、前記複数のコモン電極の各々と対向するように圧電セラミック層の上に設けられた複数の駆動電極と、前記圧セラミック層の表面に、前記駆動電極の各々にそれぞれ隣接するように設けられた複数の接地端子及び複数の電圧端子と、を具備し、各接地端子と各コモン電極とをビア電極を介してそれぞれ電気的に接続するとともに、各電圧端子と各駆動電極とをそれぞれ電気的に接続してなり、前記コモン電極と前記駆動電極の間に電圧を印加することによって、前記コモン電極、前記駆動電極及びこれらに挟持される圧電セラミック層によって構成される変位素子を変位させることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の他のアクチュエータは、振動板と、該振動板上に設けられた圧電セラミック層と、該圧電セラミック層の内部及び表面に設けられたコモン電極及び駆動電極と、を具備し、前記コモン電極と駆動電極とを交互に、且つ対向するように配置し、前記前記複数のコモン電極と前記接地端子とをビア電極を介して電気的に接続するとともに、前記複数の駆動電極と前記電圧端子とをビア電極を介して電気的に接続してなり、前記コモン電極と前記駆動電極の間に電圧を印加することによって、前記コモン電極、前記駆動電極及びこれらに挟持される圧電セラミック層によって構成される変位素子を変位させることを特徴とする。
【００１５】
特に、前記コモン電極が前記駆動電極と略同一であることが好ましい。
【００１６】
前記振動板が前記圧電セラミック層と略同一組成であることが好ましい。
【００１７】
前記振動板が補強部材を内設することを特徴とすることが好ましい。
【００１８】
前記補強部材が金属層からなり、振動板の主面と略同一の形状であることが好ましい。
【００１９】
前記金属層が前記コモン電極と電気的に接続してなることが好ましい。
【００２０】
本発明のインクジェットヘッドは、上記の圧電アクチュエータを、液体吐出口を有する複数の液体加圧室が配列された流路部材上に、前記液体加圧室と前記駆動電極との位置を揃えて取り付けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の圧電アクチュエータは、共通電極を廃して変位素子毎の個別の電極とし、表面に設けられた外部接続端子に電気的に接続することで、容易に外部と電気的な接続ができ、且つ駆動電極を高密度に配列しも、不要な圧電振動を防止し、隣接する変位素子への圧電振動に与える影響を抑制できるため、変位量のばらつきを低減した圧電アクチュエータを実現することができる。
【００２２】
また、振動板の主面一面に形成された共通電極ではなく、小さく、且つそれぞれ独立して形成された個別の電極としたため、焼成時の反りを改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態にかかる圧電アクチュエータについて図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）は、本実施形態にかかる圧電アクチュエータを示す平面図であり、図１（ｂ）はそのＡ−Ａ’線における断面図である。
【００２４】
図１（ａ）及び（ｂ）に示したように、圧電アクチュエータ１は、振動板２上に、コモン電極４ａ、圧電セラミック層５及び駆動電極６ａがこの順に積層され、駆動電極６ａが圧電セラミック層５の表面に２次元的かつ規則的に複数配列されており、コモン電極４ａと駆動電極６ａとは同数で、かつ圧電セラミック層５を介して対向するように配置する。
【００２５】
コモン電極４ａには、コモン接続部４ｂが接続されており、コモン接続部４ｂはビア電極４ｃの一端と電気的に接続し、ビア電極４ｃの他端は圧電セラミック層５表面に設けられた接地端子４ｄと電気的に接続している。そして、接地端子４ｄは、外部配線回路（不図示）に接続されている。即ち、コモン電極４ａは、コモン接続部４ｂ、ビア電極４ｃ及び接地端子４ｄを介して外部配線回路に電気的に接続している。
【００２６】
また、駆動電極６ａには、接地端子４ｄと重ならない位置に電圧接続部６ｂが設けられ、電圧接続部６ｂは、電圧端子６ｄと電気的に接続し、電圧端子６ｄは、外部配線回路（不図示）に接続されている。即ち、駆動電極６ａは、電圧接続部６ｂ及び電圧端子６ｄを介して外部配線回路に電気的に接続している。
【００２７】
コモン電極４ａ及び駆動電極６ａで挟持される圧電セラミック層５の挟持部位５ａと、コモン電極４ａと、駆動電極６ａと、で変位素子７が形成される。この変位素子７は、コモン電極４ａ及び駆動電極６ａとの間に電圧を印加することによって、変位することができる。
【００２８】
本発明によれば、コモン接続部４ｂが駆動電極６ａに対向しないこと、及びコモン接続部４ｂと電圧接続部６ｂがお互いに対向しないことが重要である。このような配置にすることにより、駆動電極６ａ及びコモン電極４ａの間に電圧を印加しても、コモン電極４ａや電圧接続部６ｂには圧電セラミックス５を挟んで対向する電極が配置していないので、これらの部分は圧電振動せず伸縮変形しないので、不要振動を抑制し、クロストークを低減して圧電アクチュエータ１の変位量ばらつきを低減することができる。
【００２９】
なお、電圧接続部６ｂは、コモン電極４ａに対向しないようにコモン電極４ａと駆動電極６ａとが略同一の形状であることが望ましいが、駆動電極６ａの位置がずれても所望の面積領域を分極し活性化することが可能であることから、コモン電極４ａが駆動電極６ａと略相似形状で、コモン電極４ａがわずかに駆動電極６ａよりも大きいことが好ましい。
【００３０】
コモン電極４ａが駆動電極６ａと略同一であることが好ましい。これにより、積層による電極の位置ずれを吸収でき、静電容量のばらつきを抑制することが容易になる。ここで、略同一とは、一方の電極がわずかに大きい場合又は両電極４ａ、６ａとが同じ大きさであり、しかも両電極４ａ、６ａは略相似形であることを意味している。
【００３１】
また、コモン電極４ａを駆動電極６ａよりもわずかに大きくした場合、コモン電極４ａと電圧接続部６ｂとの間で対向する部位が生じるが、この領域をできるだけ小さくすることが好ましい。
【００３２】
具体的には、例えば、コモン電極４ａと駆動電極６ａとが端部の位置を揃える（図２（ａ）参照）、電圧接続部６ｂと対向する位置のコモン電極４ａを除去するようにコモン電極４ａの側面を形成し（図２（ｂ）参照）、或いは電圧接続部６ｂの幅を小さくする（図２（ｃ）参照）等の手法を採用できる。
【００３３】
また、コモン電極４ａを駆動電極６ａよりもわずかに小さくした場合には、コモン接続部４ｂと駆動電極６ａとの間で対向する部位が生じるが、図２の場合と同様に、この領域をできるだけ小さくすることが好ましい。
【００３４】
このように、駆動電極６ａがコモン電極４ａの外側にはみ出さないように、即ち駆動電極６ａがコモン電極４ａの内側に投影されるようにこれらを配置することにより、電圧端子６ｄ及び接地端子４ｃに当設する部位の圧電セラミック層５には電界はかからないので、これらの部分が圧電振動するのを防止することができる。よって、駆動電極６ａを高密度に配置しても、隣接する駆動電極６ａの下部の圧電セラミック層５における圧電振動に影響を与えて所望の圧電振動を妨げることがないので、集積度が高くても変位量ばらつきを小さく抑えることができる。
【００３５】
駆動電極６ａとコモン電極４ａとの間に電圧を印加することによって、駆動電極６ａ直下の圧電セラミック層５に圧電振動を発生させることができる。
【００３６】
振動板２は、一層からなるセラミック層であっても、また、複数のセラミック層の積層体であっても良く、また、内部に電極等の配線回路層を形成していても良い。例えば、ＰＴ、ＰＺＴ等の圧電体、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックスを用いることができる。これらの中でも、熱膨張係数の差を小さくするため、圧電セラミック層５に使用される圧電体と略同一材料を用いることが好ましい。一般に、振動板２は、コモン電極４ａ、圧電セラミック層５などと同時に焼成して得ることができる。
【００３７】
コモン電極４ａと駆動電極６ａとは相似形状であり、駆動電極６ａがコモン電極４ａよりもわずかに小さくし、駆動電極６ａをコモン電極４ａに投影した場合の投影図形が、コモン電極４ａの周縁からはみ出さないように配置することが好ましい。これにより、駆動電極６ａの位置が多少ずれても、所望の面積領域を分極し活性化することができる。
【００３８】
コモン電極４ａの表面積は、駆動電極６ａの表面積の１．０５〜１．５倍程度、特に、１．１〜１．４４倍程度であるのが好ましい。電圧接続部６ｂに通電しても、コモン電極４ａと電圧接続部６ｂとの間の圧電セラミック層５の圧電振動が十分小さく、圧電アクチュエータ１の変位量にばらつきを小さく維持することができる。
【００３９】
圧電アクチュエータ１の厚みＺは、変位量を大きくするという点で、１００μｍ以下、特に８０μｍ以下、更には５０μｍ以下であるのが好ましい。一方、厚みＺの下限値は、取扱中や作動中に破損しない程度の機械的強度を有するように、好ましくは２０μｍ以上、より好ましくは２５μｍ以上、さらに好ましくは３０μｍ以上であるのがよい。
【００４０】
また圧電セラミック層５の厚みは、低電圧化という点で、好ましくは３０μｍ以下にするのがよく、取扱中や作動中に破損しない程度の機械的強度を有するように、より好ましくは１０〜２０μｍの範囲であるのがよい。
【００４１】
コモン電極４ａ、コモン接続部４ｂの厚みは０．５μｍ以上、好ましくは１μｍ以上であるのがよい。これにより、圧電アクチュエータ１の剛性を向上させて反り変形の抑制効果を高めることができる。駆動電極６ａ及び１４ａの厚みは２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下であるのがよく、接地端子４ｄの厚みは５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上であるのがよい。
【００４２】
圧電セラミック層５には、例えばチタン酸ジルコン酸鉛化合物（ＰｂＺｒＴｉＯ３系化合物（ＰＺＴ系））、チタン酸鉛化合物、チタン酸バリウム化合物などのペロブスカイト結晶構造型の圧電材料（圧電セラミック）を好適に用いることができる。これらのうち、大きな変位を得られるという点で、ＰＺＴ系化合物を用いるのが好ましい。
【００４３】
また、振動板２には種々のセラミックや金属あるいはこれらの複合体を用いることができるが、前記圧電セラミック層５との接合強度を高めかつ熱膨張係数差を小さくできるという点で、振動板２にも圧電セラミック層５と同一材料を使用することが望ましい。圧電セラミック層５、振動板２はそれぞれ１層で構成されていてもよく、複数の層から構成されていてもよい。
【００４４】
駆動電極６ａ及び電圧接続部６ｂは同一材料により形成されるのが好ましい。例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｐｔなどの金属またはこれらのうち少なくとも１種以上を主成分とする合金などを用いるのが好ましく、薄層化しても高い導電性が得られるという点で、特にＡｕを用いるのがより好ましい。
【００４５】
コモン電極４ａ及びコモン接続部４ｂは同一材料により形成されるのが好ましい。例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ，Ｃｒ、Ｐｄ、Ｐｔなどの金属またはこれらのうち少なくとも１種以上を主成分とする合金などを用いるのが好ましく、密着強度を高めるという点で、特にＡｇ−Ｐｄ合金に、さらに、圧電セラミック層５と同じ材料（例えばペロブスカイト結晶構造型の圧電セラミック）を微量添加して用いるのがより好ましい。
【００４６】
ビア電極４ｃ、接地端子４ｄ、電圧端子６ｄとしては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ｐｔなどの金属またはこれらの少なくとも１種以上を主成分とする合金などを用いることができ、好ましくはＡｕまたはＡｇを主成分とする金属（若しくは合金）であるのがよい。
【００４７】
また、図３は、本発明の他の圧電アクチュエータの構造を示す断面図である。
【００４８】
図３によれば、本発明の圧電アクチュエータ１１は、振動板１２上に、コモン電極１４ａ、圧電セラミック層１５ａ、駆動電極１６ｅ、圧電セラミック層１５ｂ、コモン電極１４ｅ、圧電セラミック層１５ｃ、及び駆動電極１６ａがこの順に積層されている。
【００４９】
コモン電極１４ａ、駆動電極１６ｅ、コモン電極１４ｅ及び駆動電極１６ａがそれぞれ対向するように配置し、コモン電極１４ａ、１４ｅはコモン接続部１４ｂ、ビア電極１４ｃを介して接地端子１４ｄに電気的に接続しており、コモン電極１４ａ及びコモン電極１４ｅは同電位となっている。また、駆動電極１６ａ、１６ｅは電圧接続部１６ｂ、ビア電極１６ｃを介して電圧端子１６ｄに電気的に接続しており、駆動電極１６ａ及び駆動電極１６ｅは同電位となっている。
【００５０】
なお、振動板１２の厚みは任意に設定でき、圧電セラミック層１５ａ、１５ｂ、１５ｃの厚みもそれぞれ任意の厚みに設定できる。また、駆動電極６ａは、圧電セラミック層１５ｃの表面に２次元的かつ規則的に、即ちマトリックス状に複数配列されているのは言うまでもない。
【００５１】
このような構成を有する圧電アクチュエータ１１は、駆動電極１６ａ、１６ｅを高密度に配列した場合であっても、不要な圧電振動を抑制し、変位量のばらつきを低減した圧電アクチュエータ及び液体吐出装置を実現するとともに、図１に比べてさらに大きな変位量を実現することが可能となる。
【００５２】
また、図５は、本発明の他の圧電アクチュエータの構造を示すものであり、図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）はそのＣ−Ｃ’線における断面図である。なお、共通する構成については同一番号を付与し、説明を省略する場合がある。
【００５３】
図５（ｂ）によれば、本発明の圧電アクチュエータ１において、振動板２が補強部材２ｃを内接することが好ましい。これにより、焼成後の取り扱い等において圧電アクチュエータ１が破壊されにくくなる。このような構造にするには、例えば、セラミック層２ａ、補強部材２ｃおよびセラミック層２ｂをこの順に積層して焼成することができる。この場合にも、セラミック層２ａ、２ｂには圧電セラミック層５と同一材料を使用することが望ましい。
【００５４】
また、図５（ｂ）のように、補強部材２ｃを金属層として形成し、振動板２の主面と略同一の形状であることが好ましい。これは、金属層を補強部材２ｃとすることで強度を高めるとともに、変形もし易くすることができる。図５の場合には、セラミック層２ａ、２ｂおよび金属層を同一形状とすれば良い。このような所謂全面ベタ層でも良いが、金属層が外部に露出しないように、金属層がセラミック層２ａよりもわずかに小さい面積となるように金属層２ｃを形成することも可能である。
【００５５】
上記の金属層は、コモン電極４ａと電気的に接続してなることが好ましい。これにより、金属層への不要な電荷の帯電を防止でき、より安定した変位を得ることができる。
【００５６】
上記の金属層の厚みは０．５μｍ以上、特に１μｍ以上が、圧電アクチュエータ１をより安定して取り扱うことができ、脆性を改善する点で好ましい。
【００５７】
なお、本発明によれば、補強部材は図３のような前記コモン電極と駆動電極とを交互に、且つ対向するように配置した圧電アクチュエータにおいても、同様の効果を奏することができる。
【００５８】
次に本発明の圧電アクチュエータの製造方法を、図１の圧電アクチュエータ１を作製する場合を例として説明する。
【００５９】
まず、チタン酸ジルコン酸鉛化合物、チタン酸鉛化合物、チタン酸バリウム化合物などの圧電セラミックスを主成分とする原料粉体を準備し、これらを混合してスラリーを作製する。得られたスラリーを用いて、グリーンシートを作製する。グリーンシートの作製方法は、ドクターブレード法、ロールコータ等の周知のテープ成形方法を採用することができる。
【００６０】
得られたグリーンシートのうち、１枚又は複数積層してなり、焼成後に振動板となるグリーンシートの主面に、導体ペーストの塗布層を形成し、焼成後にコモン電極４ａ及びコモン接続部４ｂとなる金属パターンを形成する。金属パターンの形成方法は、スクリーン印刷法等を例示することができるが、他の公知の手法を採用することも可能である。
【００６１】
一方、焼成後に圧電セラミック層となる他のグリーンシートにビア導体を充填するためのビアホールを形成する。ビアホールの穿孔方法は、パンチング、レーザー加工等の周知の手法を採用することができる。得られたビアホールには所望のビア導体を充填する。
【００６２】
なお、ビアホールへのビア導体の充填は、焼成前であっても、焼成後であっても良い。即ち、焼成前にビア導体を充填し、グリーンシートと同時に焼成することもできるが、ビア導体を形成する前に焼成し、焼結体のビアホールに導体ペーストを充填して加熱処理を行ってビア導体を形成することもできる。
【００６３】
次に、これらのグリーンシートを積層し、密着させて積層成形体を得る。さらに、この積層成形体を所定の形状に切断した後、９００〜１１００℃程度で焼成してコモン電極及びビア電極を内蔵する積層圧電体を作製する。
【００６４】
この積層圧電体の表面に、スクリーン印刷法等の方法により導体ペーストを印刷して、駆動電極６ａ及び電圧接続部６ｂとなる金属パターンを形成し、６００〜８５０℃程度で熱処理する。最後に、接地端子４ｄ、電圧端子６ｄとなる金属パターンをスクリーン印刷により形成し、６００〜８５０℃程度で熱処理する。これにより圧電アクチュエータ１を得ることができる。なお、接地端子４ｄ、駆動電極６ａ、電圧接続部６ｂ及び電圧端子６ｄは同一の導体ペーストを使用する等の方法により、１回の熱処理で作製することも可能である。
【００６５】
なお、図３のような圧電アクチュエータを作製する場合には、上記の手法に準じ、所望のグリーンシートの積層構造を採用すればよい。
【００６６】
次に、本発明のインクジェットヘッドについて説明する。図４に、本発明のインクジェットヘッドの断面図を示した。なお、図４においては、説明の重複をさけるため、同一の符号を付与した。
【００６７】
図４によれば、本発明のインクジェットヘッド２１は、圧電アクチュエータ１を流路部材２３ａの上に設け、圧電アクチュエータ１の上に外部回路と接続するためのフレキシブル配線回路２６に接続している。
【００６８】
流路部材２３は、隔壁２３ｂによってインク加圧室２３ａを複数形成するとともに、各インク加圧室２３ａにはインク吐出口２８が連通している。流路部材２３は、厚み３０〜１００μｍ程度の薄板を積層して作製できる。各薄板は、エッチングや金型による打ち抜き等の方法によって形成された微細な溝や孔を具備しており、複数の薄板を積層することによって、各薄板に形成された溝や孔が、インク加圧室２３ａ、インク吐出口２８及びインク流路（不図示）等を構成するように、組み合わせることができる。このような薄板の材料としては、例えばステンレス板、アルミニウム板、モリブデン板などの金属材料、シリコン等の半導体材料、又はアルミナや炭化珪素等のセラミックス材料などで形成することもできる。これらの中でも、導電性を有し、安価で精密加工のできる金属材料を用いることが好ましい。
【００６９】
次に、変位素子７とインク加圧室２３ａとの位置がそれぞれ揃うように、即ち、コモン電極４ａ及び駆動電極６ａがインク加圧室２３ａの真上に配置するように、例えばエポキシ樹脂などで圧電アクチュエータ１と流路部材２３を接合する。さらに、圧電アクチュエータ１に対して、外部回路に接続するためにフレキシブル配線基板２６が配設され、フレキシブル配線基板２６を構成する個別端子２５ａ及び２５ｂが、接地端子４ｄ及び電圧端子６ｄとそれぞれ接続されている。
【００７０】
本発明のインクジェットヘッドは、駆動電極とコモン電極が対向しないため、不要な伸縮変形による不要振動の発生を抑制することができ、不要振動の影響によるインク吐出量のばらつきを低減することができる。従って、インク加圧室を高密度に配置するような流路部材を用いる場合であっても、クロストークを抑制し、インク吐出量のばらつきを提言し、安定したインク吐出性能を得ることができる。
【実施例】
【００７１】
まず、図１に示した圧電アクチュエータを作製した。即ち、平均粒径が０．５μｍのＰｂＺｒＴｉＯ３系粉末を、バインダ及び有機溶剤とともに混合して圧電材料のスラリーを調合し、しかる後に、得られたスラリーを用いてロールコータ法にて厚み２５μｍのグリーンシートを作製した。
【００７２】
一方、Ａｇ−Ｐｄ粉末を、混合比が質量比でＡｇ：Ｐｄ＝７：３となるように配合し、有機粘結剤と溶媒とを所定量混合して導電性ペーストを調製した。
【００７３】
次に、得られたグリーンシートのうち、第一のグリーンシートの表面に導電性ペーストをスクリーン印刷により印刷して、コモン電極、コモン接続部となる金属パターンをそれぞれ形成した。
【００７４】
第一のグリーンシートと異なる第二のグリーンシートの所定位置に、ビアホールを打ち抜きにより形成した。
【００７５】
第一のグリーンシート上に、第二のグリーンシートを積層し、加熱加圧して母体積層体を形成し、この母体積層体を切断して積層体を形成し、酸素雰囲気中、１０００℃、２時間の焼成を行い圧電アクチュエータ本体を形成した。
【００７６】
次に、この圧電アクチュエータ本体の一方の表面にＡｕを主成分とする金属ペーストをスクリーン印刷して７５０℃で焼付けを行って駆動電極、電圧接続部を形成した。
【００７７】
さらに、Ａｇを主成分とする金属ペーストをビアホールに充填してビア電極を形成した後、同じ導体ペーストをスクリーン印刷して６００℃で焼付けを行って接地端子を作製した。
【００７８】
次に、この圧電アクチュエータ本体を流路部材にエポキシ系接着剤にて接合し、図４に示したインクジェットヘッドを得た。
【００７９】
圧電アクチュエータの変位量は、コモン電極と駆動電極との間に２５Ｖの直流電圧を印加し、室温にて周波数１０ｋＨｚのｓｉｎ波形で駆動した際の、変位量をレーザードップラー振動計により測定した。
【００８０】
特定の駆動電極（以下、中心駆動電極と言う）のみに電圧を印加して、その駆動電極を具備する変位素子（以下、中心変位素子と言う）の変位量を測定したところ、その変位量は１０５ｎｍであった。
【００８１】
次に、中心駆動電極に隣接する２つの駆動電圧（以下、隣接駆動電極と言う）にも電圧を印加して、中心変位素子と２つの隣接駆動電極を具備する隣接変位素子を同時に駆動させたところ、中心変位素子の変位量は３％低下した。
【００８２】
さらに、中心駆動電極と４つの隣接駆動電極とに電圧を印加して、中心変位素子と４つの隣接変位素子を同時に駆動させたところ、中心変位素子の変位量は４％低下した。
【００８３】
このように、中心変位素子と隣接変位素子を同時に駆動する場合の変位量の低下が４％以下と小さいため、隣接の変位素子が駆動されない変位素子と隣接の変位素子が駆動される変位素子とでの変位量の差が小さいため、吐出ばらつきを小さくすることができる。
【００８４】
（比較例）
コモン電極を振動板の主面に、該主面を覆うようにコモン電極を形成したほかは、実施例１と同様にしてインクジェットヘッドを作製し、実施例１と同じ評価を行った。なお、焼成時に反りが発生した。その反り量は、実施例１の焼成時の反り量に対して約２．５倍であった。
【００８５】
特定の駆動電極（以下、中心駆動電極と言う）のみに電圧を印加して、その駆動電極を具備する変位素子（以下、中心変位素子と言う）の変位量を測定したところ、その変位量は１０３ｎｍであった。
【００８６】
次に、中心駆動電極に隣接する２つの駆動電圧（以下、隣接駆動電極と言う）にも電圧を印加して、中心変位素子と２つの隣接駆動電極を具備する隣接変位素子を同時に駆動させたところ、中心変位素子の変位量は１１％低下した。
【００８７】
さらに、中心駆動電極と４つの隣接駆動電極とに電圧を印加して、中心変位素子と４つの隣接変位素子を同時に駆動させたところ、中心変位素子の変位量は１７％低下した。
【００８８】
このように、中心変位素子と隣接変位素子を同時に駆動する場合の変位量の低下が１１％以上と大きいため、隣接の変位素子が駆動されない変位素子と隣接の変位素子が駆動される変位素子とでの変位量の差が大きくなり、吐出ばらつきが無視できなくなり、その結果、印画品質が低下した。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の圧電アクチュエータの構造を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ’の断面図である。
【図２】本発明の圧電アクチュエータの駆動電極とコモン電極の配置を示す平面図である。
【図３】本発明の圧電アクチュエータの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の圧電アクチュエータを外部配線回路に接続した状態を示す断面図である。
【図５】本発明の圧電アクチュエータの別の構造を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は図５（ａ）におけるＣ−Ｃ’の断面図である。
【図６】従来の圧電アクチュエータを具備するインクジェットヘッドの構造を示すもので、（ｂ）は平面図、（ａ）は（ｂ）のB−Ｂ’の断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１、１１・・・圧電アクチュエータ
２、１２・・・振動板
２ａ、２ｂ・・・セラミック層
２ｃ・・・補強部材
４ａ、１４ａ、１４ｅ・・・コモン電極
４ｂ、１４ｂ・・・コモン接続部
４ｃ、１４ｃ、１６ｃ・・・ビア電極
４ｄ、１４ｄ・・・接地端子
５・・・圧電セラミック層
６ａ、１６ａ、１６ｅ・・・駆動電極
６ｂ、１６ｂ・・・電圧接続部
６ｄ、１６ｄ・・・電圧端子
７・・・変位素子
Ｚ・・・圧電アクチュエータの厚み
【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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