(57)【要約】【課題】圧電駆動部を有するセラミック部材と金属部材とを接合しても変形を抑制でき、圧電アクチュエータ装置の性能を高め、さらに、このような圧電アクチュエータ装置を用いてインク吐出性能を向上できるインクジェットヘッドを提供する。【解決手段】金属部材２と、前記金属部材２、１３に接合してなる圧電駆動部Ａを有するセラミック部材１と、を具備してなる圧電アクチュエータ装置であって、接合された前記セラミック部材１のＸ線応力測定による応力値が、＋５０〜−２００ＭＰａである。【選択図】図１
2004098304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材と、前記金属部材に接合してなる圧電駆動部を有するセラミック部材と、を具備してなる圧電アクチュエータ装置であって、接合された前記セラミック部材のＸ線応力測定による応力値が、＋５０〜−２００ＭＰａであることを特徴とする圧電アクチュエータ装置。
【請求項２】
前記金属部材、前記セラミック部材のそれぞれの室温から接合温度までの熱膨張係数をα１、α２とした時、両者の熱膨張差（α１−α２）が、２×１０−６／℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項３】
金属部材と、圧電駆動部を有するセラミック部材とを加熱接合する工程を具備する圧電アクチュエータ装置の製造方法において、前記金属部材の周囲に前記セラミック部材の熱膨張係数と近似する拘束部材を配置し、前記セラミック部材を前記金属部材に積層し、前記拘束部材によって前記金属部材の熱膨張を抑制しつつ接合温度まで昇温して、前記金属部材と前記セラミック部材とを接合した後、冷却し、前記拘束部材を取り除くことを特徴とする圧電アクチュエータ装置の製造方法。
【請求項４】
前記金属部材、前記セラミック部材および前記拘束部材のそれぞれの室温から接合温度までの平均熱膨張係数をα１、α２、およびα３としたとき、α１＞α２、α１＞α３、かつ｜α２−α３｜≦２×１０−６／℃の関係を満足することを特徴とする請求項３記載の圧電アクチュエータ装置の製造方法。
【請求項５】
前記金属部材の熱膨張係数α１と、前記セラミック部材の熱膨張係数α２との差（α１−α２）が、２×１０−６／℃以上であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の圧電アクチュエータ装置の製造方法。
【請求項６】
前記金属部材と前記セラミック部材は、いずれも略平板状をなすとともに、前記拘束部材を前記金属部材の周辺と接するように配置することを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか記載の圧電アクチュエータ装置の製造方法。
【請求項７】
インク流路を有する金属部材と、前記インク流路に面して前記金属部材に接着剤を介して接合してなる圧電駆動部を有するセラミック部材と、を具備してなるインクジェットヘッドであって、前記セラミック部材のＸ線応力測定による応力値が、＋５０から−２００ＭＰａであることを特徴とするインクジェットヘッド。
【請求項８】
前記金属部材がＦｅ−Ｃｒ系合金からなることを特徴とする請求項７記載のインクジェットヘッド。
【請求項９】
インク流路を有する金属部材と、該インク流路に面して前記金属部材に対して、圧電駆動部を有するセラミック部材とを加熱接合する工程を具備するインクジェットヘッドの製造方法において、前記金属部材の周囲に前記セラミック部材の熱膨張係数と近似する拘束部材を配置し、前記セラミック部材を前記金属部材に積層し、前記拘束部材によって前記金属部材の熱膨張を抑制しつつ接合温度まで昇温して、前記金属部材と前記セラミック部材とを接合した後、冷却し、前記拘束部材を取り除くことを特徴とするインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記金属部材、前記セラミック部材および前記拘束部材のそれぞれの室温から接合温度までの平均熱膨張係数をα１、α２、およびα３としたとき、α１＞α２、α１＞α３、かつ｜α２−α３｜≦２×１０−６／℃の関係を満足することを特徴とする請求項９記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記金属部材の熱膨張係数α１と、前記セラミック部材の熱膨張係数α２との差（α１−α２）が、２×１０−６／℃以上であることを特徴とする請求項９または請求項１０記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記拘束部材を前記金属部材の周辺と接するように配置することを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか記載のインクジェットヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電駆動部を有するセラミック部材と金属部材とを接合して形成される圧電アクチュエータ装置およびその製造方法、並びにそれを用いて形成され、文字や画像の印刷に用いられるインクジェットヘッドおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、パーソナルコンピューターの普及やマルチメディアの発達に伴って、情報を記録媒体に出カする記録装置として、インクジェット方式の記録装置、特に圧電方式の記録装置の利用が急速に拡大している。
【０００３】
かかる圧電方式の記録装置には、特開２００２−３６５６８号公報に示されるような圧電アクチュエータを用いたヘッドが開示されている。
【０００４】
このようなヘッドに用いられる圧電アクチュエータは、隔壁で仕切られた複数のインク流路を備えた金属部材と、各インク流路に対応する開口部に複数の圧電駆動部を有するセラミック部材を熱硬化性樹脂により精度よく接着されている。
【０００５】
また、この金属部材には、あらかじめインク流路に連通するインク供給孔（不図示）とインク吐出孔とが形成され、この圧電駆動部に電圧を印加して変形させ、インク流路に圧力を印加することによって、インク滴をインク吐出孔より吐出させることができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３６５６８号公報　図３
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インク流路を備えた金属部材の熱膨張係数が、圧電駆動部を有するセラミック部材の熱膨張係数より大きい場合、金属部材とセラミック部材の熱硬化性樹脂を用いた接着において、熱硬化温度下での両部材の熱膨張差が生じ、例えば、その結果、硬化冷却後にセラミック部材には圧縮の、金属部材には引っ張りの応力が残留してしまい、セラミック部材に発生する圧縮の応力によって圧電駆動部の圧電特性が大幅に低下し、圧電駆動部の変位が稼げないことから圧電アクチュエータの性能を発揮できないという問題があった。又、このような圧電アクチュエータをインクジェットヘッドに適用した場合、インク吐出性能が大幅に低下するという問題があった。
【０００８】
従って、本発明は、圧電駆動部を有するセラミック部材と金属部材とを接合しても変形を抑制でき、圧電アクチュエータ装置の性能を高め、さらに、このような圧電アクチュエータ装置を用いてインク吐出性能を向上できるインクジェットヘッドを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、圧電性セラミックスに対して、圧縮応力が付加されると、圧電特性が大幅に低下するという新規な知見に基づくものであり、その圧縮応力を低減することによって、安定した変位振動を示す圧電アクチュエータ装置を実現でき、またこのような圧電アクチュエータ装置をインクジェットヘッドに適用することで、優れたインク吐出機能を発揮できることを見出した。
【００１０】
即ち、本発明の圧電アクチュエータ装置は、金属部材と、前記金属部材に接着材を介して接合してなる圧電駆動部を有するセラミック部材と、を具備してなる圧電アクチュエータ装置であって、接合された前記セラミック部材のＸ線応力測定による応力値が、＋５０〜−２００ＭＰａであることを特徴とする。
【００１１】
このように、圧電駆動部を有するセラミック部材における応力を上記の範囲に制御することによって、セラミック部材を金属部材に接合した状態においても、圧電駆動部の圧電特性を高く維持することができる。このため、圧電駆動による変位の安定した圧電アクチュエータ装置を得ることができる。
【００１２】
また、本発明によれば、後述する製造方法に従えば、前記金属部材、前記セラミック部材のそれぞれの室温から接合温度までの熱膨張係数をα１、α２とした時、両者の熱膨張差（α１−α２）が、２×１０−６／℃以上である場合でもセラミック部材の応力を上記の範囲に制御することができる。
【００１３】
つまり、本発明の圧電アクチュエータ装置の製造方法は、金属部材と圧電駆動部を有するセラミック部材とを、加熱接合する工程を具備する圧電アクチュエータ装置の製造方法において、前記金属部材の周囲に前記セラミック部材の熱膨張係数と近似する拘束部材を配置し、前記セラミック部材を前記金属部材に積層し、前記拘束部材によって前記金属部材の熱膨張を抑制しつつ所定の温度まで昇温して、前記金属部材と前記セラミック部材とを接合した後、冷却し、前記拘束部材を取り除くことを特徴とする。
【００１４】
かかる製造方法によれば、圧電アクチュエータ装置を構成する金属部材と、圧電駆動部を有するセラミック部材とが異なる熱膨張係数を有する場合であっても、拘束部材を用いて金属部材側の熱膨張を拘束しているために、この金属部材の接合時の熱膨張を抑制でき、見かけ上、金属部材の熱膨張特性をセラミック部材の熱膨張とすることができるために、両者の熱膨張係数差による応力を低減することができる。
【００１５】
上記圧電アクチュエータ装置の製造方法では、前記金属部材、前記セラミック部材および前記拘束部材のそれぞれの室温から接合温度までの平均熱膨張係数をα１、α２、およびα３としたとき、α１＞α２、α１＞α３、かつ｜α２−α３｜≦２×１０−６／℃の関係を満足することが望ましい。金属部材が、セラミック部材や拘束部材よりも大きい場合に効果的であり、さらに拘束部材とセラミック部材との熱膨張係数を上記の範囲とすることで、本発明の効果を充分に発揮することができる。
【００１６】
特に、上記圧電アクチュエータ装置の製造方法では、前記金属部材と前記セラミック部材との熱膨張係数差が、室温から接着剤の硬化温度の範囲において、平均で２×１０−６／℃以上であることが望ましい。このように、金属部材とセラミック部材との熱膨張係数が大きい場合に、本発明の製造方法を効果的に用いることができる。
【００１７】
また、上記圧電アクチュエータ装置の製造方法では、前記金属部材と前記セラミック部材は、いずれも略平板状をなすとともに、前記拘束部材が前記金属部材の周辺と接するように配置することが望ましい。接合される部材どうしが略平板状であれば、相互に密接に接着でき、圧電駆動部を有するセラミック部材も所望の変位を発生させやすい。また、金属部材の周辺と接するように拘束部材を配置することで、その拘束力を高めることができる。
【００１８】
さらに、本発明のインクジェットヘッドは、インク流路を有する金属部材と、前記インク流路に面して前記金属部材に接着剤を介して接合してなる圧電駆動部を有するセラミック部材と、を具備してなるインクジェットヘッドであって、前記セラミック部材および前記インク流路を具備してなる金属部材におけるＸ線応力測定における応力値が、＋５０から−２００ＭＰａの範囲内であることを特徴とするものである。
【００１９】
このように、セラミック部材およびインク流路を具備してなる金属部材におけるＸ線応力測定における応力値を＋５０〜−２００ＭＰａの範囲内とすることにより、前記した圧電アクチュエータ装置と同様、圧電駆動による変位を安定させることができると同時に、このような圧電アクチュエータ装置を用いたインクジェットヘッドは安定したインク吐出性能を発揮できる。
【００２０】
上記インクジェットヘッドでは、前記金属部材をＦｅ−Ｃｒ系合金によって形成することによって、インクとの反応性を抑制し安定なインク流路を形成することができる。また、この時、前記インク流路を有する金属部材と前記セラミック部材との室温から接着材の硬化温度における平均熱膨張係数差が２×１０−６／℃以上であっても、後述する製法によって応力を上記の範囲に制御できる。
【００２１】
また、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、インク流路を有する金属部材と、該インク流路に面して前記金属部材に対して、圧電駆動部を有するセラミック部材とを加熱接合する工程を具備するインクジェットヘッドの製造方法において、前記金属部材の周囲に前記セラミック部材の熱膨張係数と近似する拘束部材を配置し、前記セラミック部材を前記金属部材に積層し、前記拘束部材によって前記金属部材の熱膨張を抑制しつつ接合温度まで昇温して、前記金属部材と前記セラミック部材とを接合した後、冷却し、前記拘束部材を取り除くことを特徴とする。
【００２２】
このような製造方法によれば、圧電アクチュエータ装置の場合と同様、インク流路を有する金属部材と、圧電駆動部を有するセラミック部材とが異なる熱膨張係数を有する場合であっても、拘束部材を用いて金属部材側を拘束するために、この金属部材の接合時の熱膨張を抑制でき、所望の範囲の残留応力を持たせることができ、これにより圧電駆動による変位をさらに安定させることができ、安定したインク吐出性能を発揮できるインクジェットヘッドを容易に形成できる。
【００２３】
上記インクジェットヘッドの製造方法では、前記金属部材、前記セラミック部材および前記拘束部材のそれぞれの室温から接合温度までの平均熱膨張係数をα１、α２、およびα３としたとき、α１＞α２、α１＞α３、かつ｜α２−α３｜≦２×１０−６／℃の関係を満足することが望ましい。即ち、金属部材が、セラミック部材や拘束部材よりも大きい場合に効果的であり、さらに拘束部材とセラミック部材との熱膨張係数を上記の範囲とすることで、これにより圧電駆動による変位をさらに安定させることができ、さらに安定したインク吐出性能を発揮できるインクジェットヘッドを容易に形成できる。
【００２４】
また、前記金属部材の熱膨張係数α１と、前記セラミック部材の熱膨張係数α２との差（α１−α２）が、２×１０−６／℃以上である場合においても、セラミック部材の応力を低減することができる。
【００２５】
上記インクジェットヘッドの製造方法では、前記拘束部材を前記金属部材の周辺と接するように配置することが望ましい。接合される部材どうしが略平板状であれば、相互に密接に接着でき、圧電駆動部を有するセラミック部材も所望の変位を発生させやすい。また、金属部材の周辺と接するように拘束部材を配置することで、その拘束力を高めることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の圧電アクチュエータ装置について図１をもとに説明する。
【００２７】
本発明の圧電アクチュエータ装置によれば、圧電駆動部Ａを有する略平板状のセラミック部材１と金属部材２とを具備し、セラミック部材１と金属部材２とは、接着材３を介して接合されている。
【００２８】
より具体的には、圧電駆動部Ａは、圧電セラミック層４と電極層５とが複数層形成してなり、各電極層５は圧電セラミック層４を挟んだ一方の電極を共通の電極とし、他の一方を個別の電極として設けられている。又、複数の共通の電極同士及び複数の個別の電極同士はそれぞれ圧電セラミックス層４を貫通するスルホール電極（図示なし）によって接続されている。なお、圧電セラミック層４は厚み方向に互いに相対する方向に分極してある。
【００２９】
上記圧電駆動部Ａにおける圧電セラミック層４としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ系）、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、及びこれらの少なくとも１種を主成分とする圧電セラミックスが好適に用いられる。
【００３０】
また、電極層５は、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉの単独もしくは２種以上の組み合わせ、好適にはＡｇ―Ｐｄ系合金によって形成されている。
【００３１】
一方、金属部材２には、空間部２ａが設けられ、この空間部２ａを塞ぐように、前記圧電駆動部Ａを有するセラミック部材１が金属部材２に接合されている。この金属部材２は、圧延法等によって得られたものであり、エッチングにより所定の空間部２ａが設けられている。この金属部材２は、Ｆｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種によって形成されていることが望ましく、例えば、この金属部材によって、インク流路を形成する場合、インクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましく、特に、Ｆｅ−Ｃｒ系が好ましい。
【００３２】
そして、上記の電極層５間に電圧を印加することによって、圧電セラミック層４が、ｄ３１、ｄ３３、ｄ１５の群から選ばれる少なくとも１種の振動モードによって、セラミック部材１が変位する。
【００３３】
本発明の圧電アクチュエータ装置によれば、上記圧電駆動部Ａを有するセラミック部材１、特に、圧電駆動部Ａにおける圧電セラミックス層４のＸ線応力測定における応力値が、＋５０〜−２００ＭＰａの範囲内であることが重要である。このような圧縮応力値の範囲内であれば、セラミック部材１の圧電駆動部Ａを構成する圧電セラミック層４が有する圧電特性、特にｄ定数が低下することがなく、安定した大きい変位を得ることができる。なお、応力が＋の場合には引張応力を、−の場合には圧縮応力を示す。
【００３４】
つまり、前記応力が２００ＭＰａより大きい、即ち、圧縮応力が本発明の範囲よりも大きい場合には、圧電駆動部Ａの圧電特性が大幅に低下し、一方、引張応力が５０ＭＰａよりも大きくなると磁器の機械的信頼性が低下してしまう。
【００３５】
また、通常、前記金属部材２と前記セラミック部材１の室温から接合温度の範囲における熱膨張係数差が、２×１０−６／℃以上である場合、両者の熱膨張差によって両者の加熱接合処理に伴って、大きな応力が発生してしまうが、後述する本発明の製造方法によれば、このように２×１０−６／℃以上、さらには３×１０−６／℃以上の大きな熱膨張係数差が存在する場合であっても、セラミック部材１のＸ線応力測定における応力値を＋５０〜−２００ＭＰａの範囲内に制御できる。
【００３６】
従って、従来、熱膨張差によって発生する応力を考えて、接合する金属部材の種類は限られてきたが、本発明によれば、上記のような大きな熱膨張差であっても良好な特性を得ることができるために、金属部材２の選択の幅をより拡大することができる。
【００３７】
たとえば、セラミック部材１がＰｂＺｒＴｉＯ３圧電性セラミックス（熱膨張係数＝７〜８×１０−６／℃）からなる場合、熱膨張差を低減し反りや変形を防止するために、金属部材２としては、例えばＦｅ−Ｎｉ系合金（ｅｘ．４２アロイ＝熱膨張係数５〜６×１０−６／℃）が最も望ましいが、金属部材として耐食性などの点で優れるＦｅ−Ｃｒ系の金属（ｅｘ．ステンレス＝熱膨張係数１０〜１２×１０−６／℃）を採用しても、応力の発生を低減して接合をさせることができる。
【００３８】
図２は、本発明の圧電アクチュエータ装置を構成するセラミック部材１と金属部材２とを接着材３を介して接合する際の接合方法を示す断面模式図である。
【００３９】
本発明の圧電アクチュエータ装置の製造方法では、図２に示すように、まず、金属部材２の周囲にセラミック部材１の熱膨張係数と近似する拘束部材６を配置し、セラミック部材１を接着材３を介して積層し、拘束部材６によって金属部材２の熱膨張を抑制しつつ所定の温度まで昇温して、この金属部材２とセラミック部材１とを接合した後、冷却し、次いで、この拘束部材６を取り除くことによって製造することを特徴とする。
【００４０】
これによって、金属部材２は、昇温過程で拘束部材６によってその熱膨張が抑制されているために、実質的に金属部材２の熱による伸びが制限されてしまい、結果として、セラミック部材１と近似した熱膨張特性を有する。その結果、セラミック部材１と金属部材２との間には、接合過程での熱膨張差に起因する応力の発生が低減され、圧電駆動部Ａの駆動特性の劣化を防止することができる。
【００４１】
その際、金属部材２の熱膨張係数がセラミック部材１よりも大きく、拘束部材６の熱膨張係数が金属部材２よりも小さくすることが望ましい。これは金属部材２の熱膨張係数がセラミック部材１よりも小さいと、加熱硬化、冷却後にセラミック部材１には引っ張りの応力が発生し、クラックが発生してしまうからである。
【００４２】
即ち、本発明の圧電アクチュエータ装置の製造方法では、金属部材２、セラミック部材１および拘束部材５のそれぞれの室温から接合温度までの熱膨張係数をα１、α２、およびα３としたとき、α１＞α２、α１＞α３、かつ｜α２−α３｜≦２×１０−６／℃、特に、｜α２−α３｜≦１．５×１０−６／℃の関係を満足することが拘束部材６による金属部材２の熱膨張を拘束する効果を発揮させ、セラミック部材１に設けられた圧電駆動部Ａの駆動特性を低下させることを防止する上で望ましい。
【００４３】
上記セラミック部材１と金属部材２を接着する接着材としては、周知のものを使用することができるが、セラミック部材１や金属部材２への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が１３０〜２５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いて熱硬化温度にまで加熱することでセラミック部材１と金属部材２とを加熱接合することができ、圧電アクチュエータ装置を得ることが出来る。
【００４４】
また、本発明の圧電アクチュエータは、インクジェットヘッドに好適に用いられる。そこで、図３に、本発明の圧電アクチュエータ装置をインクジェットヘッドに適用した実施の形態の概略斜視図を示した。
【００４５】
本発明のインクジェットヘッドにおいては、インク流路１１を有する金属部材１３と、この金属部材１３のインク流路１１に面して、圧電駆動部Ｂを有するセラミック部材１７とが、接着剤１９を介して接合されている。
【００４６】
また、インクジェットヘッドにおける金属部材１３の内部には、隔壁２７を介して、複数のインク流路１１が形成され、このインク流路１１の、セラミック部材１７と対向する側にはインクを噴射するためのインク吐出孔２９が形成されている。
【００４７】
この金属部材１３は、この金属部材１３中にインク流路１１やインク吐出孔２９を形成する場合、無垢のインゴットをくり貫いて形成することもできるが、略平板状の金属部材１３の内部に縦横にインク流路１１を形成する点で、板状の金属部材１３を各層ごとにエッチングや金型加工したものを複数積層して形成する方法が好適に用いられる。
【００４８】
また、この金属部材１３は、圧電アクチュエータ装置を構成するための前記金属部材２と同様の金属であるＦｅ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種から構成されるが、インク流路のインクに対する耐食性の観点からは、Ｆｅ−Ｃｒ系からなることが望ましい。
【００４９】
一方、セラミック部材１７は、圧電セラミック層３１と電極層３３とが交互に積層されたものであり、このセラミック部材１７の表面、即ち、金属部材１３と対向する圧電セラミック層３１の表面側には圧電駆動部Ｂに電圧を印加し駆動させるための表面電極３５が形成されている。
【００５０】
ここで、本発明のインクジェットヘッドもまた、前記圧電アクチュエータ装置と同様、セラミック部材１７のＸ線応力測定における応力値が、＋５０〜−２００ＭＰａの範囲内であることが重要である。そして、セラミック部材１７の応力値をこの範囲内に制御することによって、セラミック部材１７の圧電駆動部Ｂを構成する圧電セラミックス層３１が有する圧電特性が低下することがなく、圧電駆動特性の劣化を防止することができる。なお、インクジェットヘッドの場合も圧電アクチュエータ装置の場合と同様、応力が＋の場合には引張応力を、−の場合には圧縮応力を示す。
【００５１】
従って、上記の応力が−２００ＭＰａより大きい、言い換えれば圧縮応力が２００ＭＰａより大きいと、圧電アクチュエータ装置と同様、圧電特性が低下し、変位量が低下してインク吐出性能までもが低下してしまう。一方、応力が＋５０ＭＰａよりも大きい、即ち、引張応力が５０ＭＰａより大きいと機械的信頼性が低下してしまう。
【００５２】
また、本発明のインクジェットヘッドの場合、金属部材１３もまた、圧電アクチュエータ装置の場合と同じように、前記金属部材１３と前記セラミック部材１７とを接合した際の反りや変形を防止するという点で、それらの熱膨張係数差が、室温から接着剤の硬化温度の範囲において、平均で２×１０−６／℃以上であってもよいが、特には、インクジェットヘッド自体の吐出性能を維持するという理由から２×１０−６〜５×１０−６／℃の範囲であることがさらに望ましい。
【００５３】
そして、本発明のインクジェットヘッドに用いる圧電セラミック層３１、電極層３３、金属部材１３および接着材１９は、前記圧電アクチュエータ装置を構成するもの同様の材料により構成される。
【００５４】
さらに、上述の本発明の圧電アクチュエータ装置をインクジェットヘッドに用いる場合には、予め金属部材１３にインク流路１１、インク供給孔、インク吐出孔２９を形成しておけばよい。インク流路１１、インク吐出孔２９は全て金属から構成する必要はなく、たとえば、インク吐出孔２９を形成した部材については、ポリイミド等の樹脂材から構成してもよい。
【００５５】
そしてこのようなインクジェットヘッドからインク滴を吐出するには、前述の圧電駆動部Ｂの個別の電極層３３と共通の電極層３３間に電圧を印加して電極間に電界を発生させると、この電界の範囲における各圧電セラミック層が分極方向と直角な方向に伸縮することになるのであるが、この伸縮は、インク流路１１を構成する金属部材１３に拘束されて伸縮が阻害されるため、バイメタルと同様の効果が起こり、伸縮方向に垂直な方向に撓み、インク流路１１の体積を変化させるのである。その際、本発明の圧電アクチュエータ機能を有するセラミック部材１７を用いたインクジェットヘッドであれば、圧電特性を十分に発揮し、安定したインク吐出性能を発揮する。
【００５６】
又、本発明のインクジェットヘッドの製造方法は、前記圧電アクチュエータ装置の場合と同様、前記金属部材１３の周囲に前記セラミック部材１７の熱膨張係数と近似する拘束部材を配置し、前記セラミック部材１７を接着材１９を介して積層し、前記拘束部材によって前記金属部材１３の熱膨張を抑制しつつ所定の温度まで昇温して、前記金属部材１３と前記セラミック部材１７とを接合した後、冷却し、前記拘束部材を取り除くことによって製造されることを特徴とする。
【００５７】
その際、金属部材１３、セラミック部材１７、および拘束部材の熱膨張係数の関係は、前記した圧電アクチュエータ装置と同じ関係を有するものである。
【００５８】
これにより、金属部材１３とセラミック部材１７との熱硬化性樹脂を用いた接着において、金属部材１３の室温から接着温度までの範囲内での熱膨張は、セラミック部材１７の熱膨張係数と近似する拘束部材によって拘束され、セラミック部材１７の熱膨張と近似するため、接着材１９の硬化冷却後にセラミック部材１７の圧電駆動部Ｂに残留する応力は圧電特性の低下に影響することはなく、これにより圧電アクチュエータの圧電駆動部Ｂを変位させることができる。
【００５９】
なお、本発明の圧電アクチュエータ機能を備えたセラミック部材１７及びそれを用いたインクジェットヘッドは上述の形態に限るものではない。
【００６０】
【実施例】
（実施例１）
圧電セラミック層に用いる圧電材料をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電セラミック組成物のスラリーを作成し、薄いグリーンシートを成形する時に一般的に用いられるロールコーター法にて、グリーンシートを作製した。ついで金型打ち抜きによってグリーンシートの所望の位置に１００μｍ径の貫通孔を形成した。その後、該グリーンシート上にはＡｇ−Ｐｄ合金からなる金属ペーストをスクリーン印刷法にて形成する。又、貫通孔には内部電極層と同様の電極を用いることが出来る。上記グリーンシートとを交互に複数積層して密着させた後、圧力を加えてより密着を強固にし、その後、１０００℃〜１２００℃の範囲で焼成した後、各電極層に電圧を印加して分極処理を行って、圧電駆動部を有するセラミック部材を得た。この圧電駆動部を有するセラミック部材の室温から１５０℃における熱膨張係数は７×１０−６／℃であった。
【００６１】
さらに、Ｆｅ−Ｃｒ系の金属の組成を振り、室温から１５０℃までの熱膨張係数が異なる３種類のＦｅ−Ｃｒ系の金属部材を準備した。
【００６２】
次に、上述の金属部材に熱硬化性のエポキシ接着剤を塗布し、圧電駆動素子に０．５ＭＰａの圧力をかけ、１５０℃の温度下にて接着を行った。又、別途、予め準備しておいた上述の組み合わせの金属部材の周囲を、図２に示すように、室温から１５０℃の熱膨張係数が６〜９×１０−６／℃であるＦｅ−Ｎｉ系の金属からなる拘束部材を用いて拘束し、圧電駆動部を有するセラミック部材に圧力を０．５ＭＰａとし、１５０℃の温度下で１０分にて接着を行った。この時の接着前後の圧電駆動部を有するセラミック部材にかかる応力を、Ｘ線回折を利用した歪み量から算出した。又、接着前後の圧電駆動部の圧電特性を、インピーダンスアナライザーを用い、１Ｖ、１ＫＨｚでの静電容量を測定し、静電容量の変化率を比較した。結果を表１に示す。
【００６３】
【表１】
2004098304.tif 000003
【００６４】
表１によれば、セラミック部材と金属部材の室温から１５０℃までの熱膨張係数の差が５×１０−６／℃、３×１０−６／℃である試料Ｎｏ．１、２は加熱冷却後のセラミック部材にかかる圧縮応力（符号は−）が３３０ＭＰａ、２５０ＭＰａであり、圧縮の応力を大きく受けていることが分かる。その際の容量変化率は−３６％、−２２％であり、大きく静電容量が低下していることが分かった。
【００６５】
一方、この試料Ｎｏ．１、２の周囲をＦｅ−Ｎｉ系の金属からなる拘束部材にて熱膨張を拘束した試料Ｎｏ．３〜６については、加熱冷却後のセラミック部材にかかる圧縮応力が、共に１０〜１８０ＭＰａとなり、応力値の低減が図れていることが分かる。又、熱膨張係数が９×１０−６／℃の金属部材を用いた試料Ｎｏ．７においても引張応力が２０ＭＰａと小さかった。そして、それと同時に、容量変化も抑制できていることが分かる。
【００６６】
（実施例２）
次に、表１の圧電アクチュエータ装置をインクジェットヘッドに用い、インク吐出を行った実施例を示す。
【００６７】
先ず、インク流路とインク供給孔をエッチングによって形成したＦｅ−Ｃｒ系金属からなる板と、同じくインク吐出孔をエッチング法によって形成したＦｅ−Ｃｒ系金属からなる板を実施例１と同様にして熱硬化性のエポキシ樹脂接着剤にて接着し金属部材を得た。
【００６８】
次に上述の金属部材のインク流路開口面側に熱硬化性のエポキシ接着剤を塗布し、上述の圧電駆動素子の圧電駆動部をインク開口部に相対するように位置決めし、圧電駆動素子に０．５ＭＰａの圧力をかけ、１５０℃の温度下にて接着を行い、インクジェットヘッドを作製した。
【００６９】
そして、インク流路に、図３に不図示のインク供給孔よりインクを充填しておき、電圧２０Ｖを印加し、周波数２０ＫＨｚで圧電アクチュエータを駆動させ、インク滴をインク吐出孔から吐出させ、インク滴の吐出速度を測定し評価した。
【００７０】
なお、測定に当たっては、高速度のストロボ撮影装置を有したカメラを用いて画像処理を行い、インク滴の吐出速度を測定した。結果を表２に示す。
【００７１】
【表２】
2004098304.tif 000004
【００７２】
表２によれば、本発明の圧電アクチュエータを用いて作製したインクジェットヘッド試料Ｎｏ．１０〜１４はインク吐出速度も８．５から１０ｍ／ｓｅｃであり、吐出速度のバラツキも小さく安定したインク吐出を示していた。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、金属からなる部材と、圧電駆動部を有するセラミック部材とを加熱接合した圧電アクチュエータ装置における前記セラミック部材のＸ線応力測定による応力値を、＋５０〜−２００ＭＰａの範囲に制御することにより、圧電駆動部の圧電特性の劣化させることなく優れた圧電アクチュエータ装置を提供する事が出来る。
【００７４】
前記金属部材の周囲に前記セラミック部材の熱膨張係数と近似する拘束部材を配置し、前記セラミック部材を接着剤を介して積層し、前記拘束部材によって前記金属部材の熱膨張を抑制しつつ所定の温度まで昇温して、前記金属部材と前記セラミック部材とを接合した後、冷却し、前記拘束部材を取り除くことによって、室温から硬化温度までの熱膨張係数がセラミック部材のそれと大きく異なる金属部材を用いたとしてもセラミック部材の熱膨張係数と近似する拘束部材によって拘束されることで、接着剤の硬化冷却後にセラミック部材の圧電駆動部に残留する応力は圧電特性の低下に影響するものではなく、優れた圧電アクチュエータを提供できる。又、この圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドは、安定し、優れたインク吐出性能を発揮できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電アクチュエータ装置の断面模式図である。
【図２】本発明の圧電アクチュエータを構成する金属部材の周囲に拘束部材を配置した断面模式図である。
【図３】本発明のインクジェットヘッドの要部を部分破断した概略斜視図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ　　　圧電駆動部
１、１７　　セラミック部材
２、１３　　金属部材
３、１９　　接着材
４、３１　　圧電セラミック層
５、３３　　電極層
６　　　　　拘束部材
【図１】
2004098304.tif 000005
【図２】
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【図３】
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