(57)【要約】【課題】集積度が高くても変位量のばらつきを低減することができる圧電アクチュエータを提供することである。【解決手段】振動板３上に、共通電極５、圧電セラミック層７および個別電極９がこの順に積層され、前記個別電極９が、圧電駆動に寄与する駆動部９ａとこの駆動部９ａの一端に接続された駆動電圧印加用のランド部９ｂとを備えるとともに、前記圧電セラミック層７の表面に複数配列された圧電アクチュエータ１であって、前記圧電セラミック層７の前記個別電極９が設けられた主面の前記ランド部９ｂ間にランド部間凹部９ｃを形成したことを特徴とする。【選択図】図１
2005026370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板上に、共通電極、圧電セラミック層および個別電極がこの順に積層され、前記個別電極が、圧電駆動に寄与する駆動部とこの駆動部の一端に接続された駆動電圧印加用のランド部とを備えるとともに、前記圧電セラミック層の表面に複数配列された圧電アクチュエータであって、前記圧電セラミック層の前記個別電極が設けられた主面の前記ランド部間にランド部間凹部を形成したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】
振動板上に、共通電極、圧電セラミック層および個別電極がこの順に積層され、前記個別電極が、圧電駆動に寄与する駆動部とこの駆動部の一端に接続された駆動電圧印加用のランド部とを備えるとともに、前記圧電セラミック層の表面に複数配列された圧電アクチュエータであって、前記圧電セラミック層の前記個別電極が設けられた主面の前記個別電極間に個別電極間凹部を形成したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項３】
振動板上に、共通電極、圧電セラミック層および個別電極がこの順に積層され、前記個別電極が、圧電駆動に寄与する駆動部とこの駆動部の一端に接続された駆動電圧印加用のランド部とを備え、前記圧電セラミック層の表面に複数配列された圧電アクチュエータであって、前記圧電セラミック層の前記個別電極が設けられた主面の前記ランド部間にランド部間凹部を形成するとともに、前記圧電セラミック層の前記個別電極が設けられた主面の前記個別電極間に個別電極間凹部を形成したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項４】
個別電極を取り囲んで個別電極間凹部を形成したことを特徴とする請求項２又は３に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
隣接する個別電極間に少なくとも二つの個別電極間凹部を形成したことを特徴とする請求項２乃至４のうちいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
個別電極間凹部の最大深さが３μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項７】
個別電極間凹部の最大深さが圧電セラミック層の厚さの３０％以上であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項８】
個別電極間凹部の周囲に凸部を形成したことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項９】
凸部の高さが３μｍ以上であることを特徴とする請求項８に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１０】
凸部と個別電極間凹部の高低差が６μｍ以上であることを特徴とする請求項８又は９に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１１】
個別電極間凹部の最大幅が２０μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１２】
それぞれの個別電極に対応する個別電極間凹部又は、個別電極間凹部と凸部により形成される空間の体積が、ランド部の直径若しくは対角を結んだ距離を３乗して求められる仮の端子電極体積の８〜３０％であることを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれかに記載の圧電アクチュエータを、インク吐出口を有する複数のインク流路が配列された流路部材上に、前記インク流路と前記個別電極との位置を揃えて取り付けたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータ、特にインクジェット記録ヘッドに利用される、薄層化された積層型の圧電アクチュエータおよびインクジェット記録ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータ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力する記録装置として、インクジェット方式のプリンタの利用が急速に拡大している。かかるプリンタにはインクジェット記録ヘッドが搭載されている。このインクジェット記録ヘッドとしては、ヘッドの小型薄型化が容易で、しかも高精度の印字が可能になるという点で、圧電方式が広く用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、従来の圧電アクチュエータを備えたインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。図６に示すように、一般に、インクジェット記録ヘッドは、圧電アクチュエータ４１を流路部材４３上に積層接着したものである。
【０００４】
圧電アクチュエータ４１は、振動板５１上に、共通電極５２、圧電セラミック層５３および個別電極５４がこの順に積層され、個別電極５４が圧電セラミック層５３の表面に複数配列されて構成されている。流路部材４３は、インク流路６１を形成する隔壁６０の下面にインク吐出口６３を有する基板６２が配置されて構成されている。振動板５１は導体層５５を介して一対のセラミック層５６、５７を積層したものである。個別電極５４は、圧電駆動に寄与する駆動部５４ａと、この駆動部５４ａの一端に接続された駆動電圧印加用のランド部５４ｂとを備えている。各駆動部５４ａは、インク流路６１に対応する位置にそれぞれ配置されている。圧電アクチュエータ４１の上部には、フレキシブル配線基板６４が配設され、端子電極６５を介して個別電極５４のランド部５４ｂと接続されている。
【０００５】
このようなインクジェット記録ヘッドでは、フレキシブル配線基板６４からランド部５４ｂに通電して個別電極５４の駆動部５４ａと共通電極５２との間に電圧を印加することにより、駆動部５４ａ直下の圧電セラミック層５３に圧電振動を発生させ、インク吐出口６３から所定量のインクを吐出することができる。
【０００６】
そして、これらの個別電極５４は、図７に示すように、圧電セラミック層５３上に２次元的に配列されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２９２８６０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような圧電アクチュエータ４１では、フレキシブル配線基板６４と圧電アクチュエータ４１との電気的接続は例えば、端子電極６５となる半田ペーストや半田ボールなどをフレキシブル配線基板６４と、圧電アクチュエータ４１に設けられたランド部５４ｂ間に配置し、加熱するなどして形成されるが、その際に、溶融した半田が流れ出し、個別電極５４に広がり、駆動部５４ａの特性を変化させたり、隣接する個別電極５４と電気的に短絡してしまうという問題があった。
【０００９】
また、ランド部５４ｂに通電すると、インク流路６１ａの上部の圧電セラミック層５３が圧電振動するだけでなく、わずかではあるが、隣接するインク流路６１ｂの上部の圧電セラミック層５３をも振動させるため、隣接する個別電極５４の下部の圧電セラミック層５３における圧電振動に影響を与え、所望の圧電振動を妨げることがある。これにより、圧電セラミック層５３の変位量が所定値よりも小さくなるなどして変位量にばらつきが生じ、インク吐出量にばらつきが生じるという問題があった。
【００１０】
特に、近年では、インクジェット記録ヘッドの高密度化に伴って、個別電極５４が高集積され、隣接する個別電極５４の間隔が小さくなっているので、上記問題がより顕著になる傾向にある。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、集積度が高くても変位量のばらつきを低減することができる圧電アクチュエータおよびこれを備えたインクジェット記録ヘッドを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電アクチュエータは、振動板上に、共通電極、圧電セラミック層および個別電極がこの順に積層され、前記個別電極が、圧電駆動に寄与する駆動部とこの駆動部の一端に接続された駆動電圧印加用のランド部とを備えるとともに、前記圧電セラミック層の表面に複数配列された圧電アクチュエータであって、前記圧電セラミック層の前記個別電極が設けられた主面の前記ランド部間にランド部間凹部を形成したことを特徴とする。
【００１３】
このランド部間凹部は、個別電極や圧電セラミック層を切り欠いて形成されるもので、例えば、ダムのような機能を有しており、仮に、ランド部上に形成された端子電極が溶融するなどして、ランド部から流れ出したとしても、凹部でその流れを食い止めることができるため、溶融した金属が個別電極上に広がり、駆動部の圧電振動を阻害することを抑制することができる。また、溶融した金属が隣接する個別電極と接触し、電気的に短絡することを抑制することができる。
【００１４】
また、本発明の圧電アクチュエータは、振動板上に、共通電極、圧電セラミック層および個別電極がこの順に積層され、前記個別電極が、圧電駆動に寄与する駆動部とこの駆動部の一端に接続された駆動電圧印加用のランド部とを備えるとともに、前記圧電セラミック層の表面に複数配列された圧電アクチュエータであって、前記圧電セラミック層の前記個別電極が設けられた主面の前記個別電極間に個別電極間凹部を形成したことを特徴とする。
【００１５】
この個別電極間凹部は例えば、圧電セラミック層を切り欠いて形成され、ダムのような機能を有しており、仮に、ランド部上に形成された端子電極が溶融するなどして、ランド部から流れ出したとしても、個別電極間凹部でその流れを食い止めることができるため、隣接する個別電極間の電気的短絡を抑制することができるとともに、個別電極下に設けられた圧電セラミック層の振動の伝達を個別電極間凹部で遮断することができるため、隣接する個別電極下に設けられた圧電セラミック層への影響を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明の圧電アクチュエータは、振動板上に、共通電極、圧電セラミック層および個別電極がこの順に積層され、前記個別電極が、圧電駆動に寄与する駆動部とこの駆動部の一端に接続された駆動電圧印加用のランド部とを備え、前記圧電セラミック層の表面に複数配列された圧電アクチュエータであって、前記圧電セラミック層の前記個別電極が設けられた主面の前記ランド部間にランド部間凹部を形成するとともに、前記圧電セラミック層の前記個別電極が設けられた主面の前記個別電極間に個別電極間凹部を形成したことを特徴とする。
【００１７】
このような圧電アクチュエータでは、ランド部間、即ち、ランド部周辺にランド部間凹部が形成され、個別電極間、即ち、個別電極周辺に個別電極間凹部が形成されている。ランド部間凹部は、溶融した金属が個別電極上に広がり、駆動部の圧電振動を阻害することを抑制することができるという機能を有するものであり、個別電極間凹部は、隣接する個別電極間の電気的短絡を抑制することができるとともに、駆動部の振動の伝達が個別電極間凹部で遮断されるため、隣接する駆動部への影響を抑制することができるという機能を有しており、これらの二種類の凹部を設けることで、駆動部の駆動変位量ばらつき、隣接駆動時の駆動変位量低下、個別電極間の電気的短絡を抑制することができる。
【００１８】
また、本発明の圧電アクチュエータでは、隣接する個別電極間に少なくとも二つの個別電極間凹部が形成されていることが望ましい。このような形状とすることで、隣接する個別電極に同時に通電したとしても、より効果的に隣接する個別電極下に設けられた圧電セラミック層への影響を抑制することができる。
【００１９】
また、仮に隣接する端子電極が同時に溶融するなどして、ランド部から流れ出したとしても、それぞれ異なる個別電極間凹部で、それぞれの流れを食い止めることができるため、隣接する個別電極間の電気的短絡をさらに効果的に抑制することができる。
【００２０】
また、本発明の圧電アクチュエータでは、個別電極を取り囲んで個別電極間凹部を形成することが望ましい。個別電極間凹部をこのように形成することで、隣接する全ての個別電極下に設けられた圧電セラミック層への影響を抑制することができる。
【００２１】
また、仮に隣接する端子電極が溶融するなどして、ランド部から流れ出したとしても、溶融した金属は隣接する個別電極に到達する前に、必ず個別電極間凹部に至るため、その流れを食い止めることができ、隣接する個別電極間の電気的短絡をさらに効果的に抑制することができる。
【００２２】
また、本発明の圧電アクチュエータでは、個別電極間凹部の最大深さが３μｍ以上であることが望ましい。このように個別電極間凹部の最大深さを３μｍ以上とすることで、より効果的に隣接する個別電極下に設けられた圧電セラミック層への影響を抑制することができる。
【００２３】
また、仮に隣接する端子電極が溶融するなどして、ランド部から流れ出したとしても、溶融した金属は一旦、個別電極間凹部内の空間に収納され、再び、個別電極間凹部外に出にくくなるため、隣接する個別電極間の電気的短絡をさらに効果的に抑制することができる。
【００２４】
また、本発明の圧電アクチュエータでは、個別電極間凹部の最大深さが圧電セラミック層の厚さの３０％以上であることが望ましい。このように、個別電極間凹部の最大深さを圧電セラミック層の厚さの３０％以上とすることで、隣接する個別電極下に設けられた圧電セラミック層への影響を十分に抑制することができる。
【００２５】
また、本発明の圧電アクチュエータでは、個別電極間凹部の周囲に凸部を形成することが望ましい。このように個別電極間凹部の周囲に凸部を設けることで、仮に隣接する端子電極が溶融するなどして、ランド部から流れ出したとしても、溶融した金属は個別電極間凹部に流入する前に一旦、凸部で食い止められるため、個別電極間凹部と凸部とで二重の障壁を設けることになり、さらに効果的に隣接する個別電極間の電気的短絡を抑制することができる。
【００２６】
また、本発明の圧電アクチュエータでは、凸部の高さが３μｍ以上であることが望ましい。凸部の高さを３μｍ以上とすることで、仮に隣接する端子電極が溶融するなどして、ランド部から流れ出したとしても、凸部で食い止められるため、また、凸部で食い止められる金属の量を十分なものとでき、さらに効果的に隣接する個別電極間の電気的短絡を抑制することができる。
【００２７】
また、本発明の圧電アクチュエータでは、凸部と個別電極間凹部の高低差が６μｍ以上であることが望ましい。凸部と個別電極間凹部の高低差を、６μｍ以上とすることで、溶融した金属が、凸部と個別電極間凹部とで構成される二重の障壁を乗り越えることが困難となり、さらに効果的に隣接する個別電極間の電気的短絡を抑制することができる。
【００２８】
また、本発明の圧電アクチュエータでは、個別電極間凹部の最大幅が２０μｍ以上であることが望ましい。個別電極間凹部の最大幅を２０μｍ以上とすることで、例えば、溶融した金属の粘性が高く、その表面張力が大きい場合でも、個別電極間凹部に溶融した金属を収納することができ、より確実に隣接する個別電極間の電気的短絡を抑制することができる。
【００２９】
また、本発明の圧電アクチュエータでは、それぞれの個別電極に対応する個別電極間凹部又は、個別電極間凹部と凸部により形成される空間の体積が、ランド部の直径若しくは対角を結んだ距離を３乗して求められる仮の端子電極体積の８〜３０％であることが望ましい。
【００３０】
ランド部の面積を自乗して算出される体積は、ランド部上に設けられた端子電極の体積にほぼ等しいと考えられる。そのため、個別電極間凹部又は、個別電極間凹部と凸部により形成される空間の体積を上記の範囲とすることで、仮に隣接する端子電極が溶融するなどして、ランド部から流れ出したとしても、その流れを完全に食い止めることができるため、隣接する個別電極間の電気的短絡をさらに効果的に防止することができる。
【００３１】
また、本発明のインクジェット記録ヘッドは、以上説明した圧電アクチュエータを、インク吐出口を有する複数のインク流路が配列された流路部材上に、前記インク流路と前記個別電極との位置を揃えて取り付けたことを特徴とする。
【００３２】
このようなインクジェット記録ヘッドは、圧電アクチュエータを駆動させたとしても、隣接する個別電極下に設けられた圧電セラミック層同士の干渉を抑制することができるため、精細な画像を描写することが可能であり、また、仮にインクジェット記録ヘッドに過大な熱などが加えられ、ランド部上に設けられた端子電極が溶融するようなことになったとしても、隣接する個別電極同士の電気的短絡を抑制することができるため、信頼性に優れたインクジェット記録ヘッドとなる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
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は、本実施形態の圧電アクチュエータを備えたインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【００３４】
図１に示すように、圧電アクチュエータ１は、振動板３上に、共通電極５、圧電セラミック層７および個別電極９がこの順に積層され、個別電極９が圧電セラミック層７の表面に２次元的かつ規則的に複数配列されたものである。このように個別電極９が２次元的かつ規則的に配列されることにより、インクジェットプリンタの高速化および高精細化が可能となる。個別電極９は、圧電駆動に寄与する駆動部９ａと、この駆動部９ａの一端に接続された駆動電圧印加用のランド部９ｂとを備えている。また、ランド部９ｂの周囲にはランド部間凹部９ｃが形成されている。この圧電アクチュエータ１は、個別電極９の駆動部９ａと共通電極５との間に電圧を印加することによって、駆動部９ａ直下の圧電セラミック層７に圧電振動を発生させることができる。
【００３５】
振動板３は、導体層１１を介して一対のセラミック層１３、１５を積層したものであり、共通電極５、圧電セラミック層７などと同時焼成により一体化されている。この振動板３は、圧電セラミック層７に生じる反り変形を矯正する役割も果たしている。共通電極５と導体層１１とは電気的に接続されているのが望ましい。これにより、圧電セラミック層７が変位することによって誘導され発生する振動板３の圧電振動による電力損失を低減することができる。
【００３６】
そして、本発明の圧電アクチュエータ１では、個別電極９間の圧電セラミック層７の表面に個別電極間凹部１７が設けられている。
【００３７】
図２は、ランド部９ｂの周囲に形成されたランド部間凹部９ｃと、個別電極９間の圧電セラミック層７の表面に設けられた個別電極間凹部１７の形成状態を示す平面図である。
【００３８】
図１及び図２に示すように、ランド部９ｂの周囲に形成されたランド部間凹部９ｃは、ランド部９ｂ周辺の個別電極９を切り欠くように形成されている。
【００３９】
ランド部間凹部９ｃは、例えば、ランド部９ｂ上に、半田ペーストや半田ボールを配置し、加熱して端子電極２１を設ける際に、過昇温や、半田ペーストや半田ボールの位置ずれ、過剰な量の供給などにより、仮に溶融した端子電極２１となる金属がランド部９ｂから流れ出したとしても、金属はランド部間凹部９ｃに流れ込むため、溶融した金属が個別電極９表面に広がり、駆動部１９ｃの特性を変化させることを防止する機能を有するものである。
【００４０】
なお、このような機能は、溶融した金属のみに有効に働くものではなく、例えば、端子電極２１として、金属粒子と樹脂などからなる導電性樹脂などを用いた場合にも有効であることはいうまでもない。
【００４１】
また、図１では、ランド部間凹部９ｃは個別電極９を貫通して形成されており、ランド部間凹部９ｃの底部には個別電極９が形成されていないが、ランド部間凹部９ｃは凹部であればよいため、個別電極９を貫通することなくランド部間凹部９ｃの底部に個別電極９が形成されている方が個別電極９の電気的抵抗を低下させることができる点で望ましい。また、ランド部間凹部９ｃの体積を増やすため、個別電極９のさらに下方に位置する圧電セラミック層７をさらに切り欠いてもよい。
【００４２】
また、個別電極９間の圧電セラミック層７の表面に設けられた個別電極間凹部１７は、圧電セラミック層７の表面を切り欠くようにそれぞれの個別電極９を取り囲んで形成されており、個別電極９と圧電セラミック層７および共通電極５から構成される駆動部１９ａが、通電されて圧電振動したとしても、隣接する駆動部１９ｂ、１９ｃに与える影響を抑制、あるいは遮断する機能を有するものである。
【００４３】
また、この個別電極間凹部１７は、例えば、ランド部９ｂ上に、半田ペーストや半田ボールを配置し、加熱して端子電極２１を設ける際に、過昇温や、半田ペーストや半田ボールの位置ずれ、過剰な量の供給などにより、仮に溶融した端子電極２１となる金属がランド部９ｂから流れ出したとしても、金属は個別電極間凹部１７に流れ込むため、溶融した金属が隣接する個別電極９に到達して、個別電極９同士が電気的に短絡することを抑制する機能をも有するものである。
【００４４】
このような機能は、溶融した金属のみに有効に働くものではなく、例えば、端子電極２１として、金属粒子と樹脂などからなる導電性樹脂などを用いた場合にも有効であることはいうまでもない。
【００４５】
また、さらに、半田ペーストなどに含まれるフラックス成分が個別電極９に到達するのを抑制する機能も有している。
【００４６】
この個別電極間凹部１７の最大深さは、一旦個別電極間凹部１７に流入した金属が隣接する個別電極間凹部１７を超えて隣接する個別電極９に到達しないように、また、駆動部１９ａが隣接する駆動部１９ｂ、１９ｃに与える影響を抑制するという点からも、３μｍ以上であることが望ましく、さらに、５μｍ以上であることが望ましい。
【００４７】
また、個別電極間凹部１７の最大深さ（図１  ｔ２）は、圧電セラミック層７の厚さ（図１  ｔ１）の３０〜９０％の範囲とすることが望ましい。
【００４８】
このように３０％以上とすることで、隣接する駆動部１９への影響を抑制することができるとともに、９０％以下とすることで、圧電セラミック層７の個別電極間凹部１７を設けた部分に応力がかかったとしても、破壊を防止することができる。
【００４９】
また、さらに５０〜８０％の範囲とすることで、隣接する駆動部１９への影響の抑制と、個別電極間凹部１７を設けられた圧電セラミック層７の強度とのバランスがよくなる。
【００５０】
また、図３（ａ）に示す個別電極間凹部１７の最大幅ｗ１を、２０μｍ以上とすることで、例え、溶融した金属の粘度が高く、表面張力が高いとしても、金属を個別電極間凹部１７内に良好に流入させることができ、個別電極間凹部１７の効果をより大きくすることができる。
【００５１】
また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、個別電極間凹部１７の周囲に凸部２３が設けられていることが望ましい。この凸部２３は、堤のように機能し、例えば、図３（ｂ）の右側から溶融した金属が移動してきても、少なくとも凸部２３ａの高さｔ３を超えない限り、溶融した金属が個別電極間凹部１７に流入することはない。
【００５２】
従って、凸部２３の高さｔ３は、３μｍ以上であることが望ましく、さらに、５μｍ以上であることが望ましい。
【００５３】
また、溶融した金属が凸部２３ａの高さｔ３を超えて個別電極間凹部１７に流入したとしても、一旦、個別電極間凹部１７に流入した金属が凸部２３ｂを超えるためには、個別電極間凹部１７の最大深さｔ２に加え、凸部２３ｂの高さｔ３を超える必要があるため、ｔ２＋ｔ３が６μｍ以上であることが望ましい。また、さらに１０μｍ以上であることが望ましい。
【００５４】
また、このように形成される個別電極間凹部１７、又は、個別電極間凹部１７と凸部２３により形成される空間の体積を、ランド部９ｂの直径若しくは対角を結んだ距離を３乗して求められる仮の端子電極２１の体積の８〜３０％とすることで、仮に、ランド部上に形成される端子電極２１の大半が流出したとしても隣接する個別電極９との電気的短絡を防止することができる。
【００５５】
また、圧電アクチュエータ１の厚みは、変位量を大きくするという点で、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは８０μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下であるのがよい。一方、、圧電アクチュエータ１の厚みの下限値は、取扱中や作動中に破損しない程度の機械的強度を有し、印加される電圧に耐えうるようにするために、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。
【００５６】
また、圧電セラミック層７の厚みおよびセラミック層１３、１５の各厚みは、小型薄型化という点で、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し、印加される電圧に耐えうるようにするために、より好ましくは１０〜２０μｍの範囲であるのがよい。
【００５７】
共通電極５および導体層１１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。また、共通電極５の厚みと導体層１５の厚みとの差は５μｍ以下、好ましくは２μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下であるのがよい。個別電極９の駆動部９ａ厚みは２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下であるのがよく、ランド部９ｂの厚みは１５μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下であるのがよい。
【００５８】
圧電セラミック層７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）が好適に用いられる。これらのうち、大きな変位を得られるという点で、ＰＺＴ系を用いるのが好ましい。また、セラミック層１３、１５には、圧電セラミック層７と同様の材料を使用することができる。圧電セラミック層７、セラミック層１３、１５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。
【００５９】
個別電極９の駆動部９ａおよびランド部９ｂ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。
【００６０】
共通電極５および導体層１１は、同一材料により形成されるのが好ましい。共通電極５および導体層１１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７と同一材料（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ことがより好ましい。
【００６１】
次に、本発明の圧電アクチュエータ１の製造方法について説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、圧電アクチュエータ１の製造工程を示す概略断面図である。
【００６２】
まず、前記した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を主成分とする圧電セラミック粉体を準備する。この圧電セラミック粉体の平均粒径は１μｍ以下であることが望ましく、特に０．７μｍ以下、更には０．５μｍ以下であることが好ましい。圧電セラミック粉体の平均粒径を１μｍ以下にすることにより焼結時の均一な焼成収縮が得られ均質な圧電セラミック層７およびセラミック層１３、１５を得ることができる。この圧電セラミック粉末と有機バインダ成分を混合し、シート成形用のスラリを調製する。ついで、この成形用スラリを用いてロールコータ法、スリットコータ法、ドクターブレード法等の一般的なシート成形法によりグリーンシートを作製する（図４（ａ）：成形工程）。
【００６３】
ついで、成形工程で得られたグリーンシートを加圧する（加圧工程）。加圧法として公知の手法を採用することができるが、均一な厚みにすることが容易である点で、加圧には特にロール加圧法、平面加圧法、静水圧加圧法等を用いることができる。このように、シート成形後にグリーンシートの加圧処理を行うことで、シートの密度を高め、厚みばらつきや密度ばらつきを低減することができる。
【００６４】
加圧圧力は、材料組成、有機バインダ量、グリーンシート厚み等によって異なるが１０〜１００ＭＰａ、特に、２０〜５０ＭＰａ、更には、３０〜４０ＭＰａの圧力で加圧することが好ましい。ここで加圧工程によって得られた各グリーンシートの厚みばらつきは５％以下、特に２％以下にすることが、焼成後に形成される圧電セラミック層７、セラミック層１３、１５の厚みばらつきや、それらが積層されて形成される圧電アクチュエータ１の厚みばらつきを低減するとともに反り変形を防止することが容易となる。
【００６５】
次に、前記した電極材料からなる導体ペーストを用いて、加圧工程で得られたグリーンシートの一方の表面に、焼成後に共通電極５および導体層１１となる金属パターンをスクリーン印刷により形成する。この場合の厚みは２〜５μｍ、厚みばらつき（厚みの最大値と最小値の差）は１〜２μｍになるように調整することが望ましい。図４（ｂ）は、焼成後に共通電極５となる金属パターンをグリーンシートに形成した状態を示す断面図である。
【００６６】
次に、得られたグリーンシートを例えば図１に示す構成で積層し、密着させて積層成形体を得る（図４（ｃ）：積層工程）。なお、密着を行う手法としては、接着成分の含まれた密着液使用による方法、加熱によりグリーンシート中の有機バインダ成分に接着性を持たせて密着する方法、加圧だけで密着させる方法等を例示できる（加圧工程）。加圧を行う際の条件としては、例えば温度６０〜１００℃程度、圧力３〜１０ＭＰａ程度が好適である。
【００６７】
積層工程で得られた積層成形体は、所望の脱脂処理により積層成形体中の有機成分の除去を行った後、酸素雰囲気中において、９００〜１２００℃において焼成し、積層焼結体を作製する（焼成工程）。なお、積層焼結体を作製する焼成工程においては、積層工程で得られた積層成形体をジルコニアもしくはマグネシアからなる試料台板を介して複数段積みにし、さらに、この段積みされた積層成形体上に重しを置いて焼成することが望ましい。このような工程を具備する製造方法を採用することにより、圧電アクチュエータ１の反り変形が抑制され、厚み１００μｍ以下の薄層の焼結体からなる圧電アクチュエータ１を提供できる。
【００６８】
次に、焼成工程で得られた積層焼結体の一方の表面に、個別電極１４の駆動部９ａ、ランド部９ｂとなる金属パターンをスクリーン印刷により形成する。この場合の厚みは２〜３μｍ、厚みばらつき（厚みの最大値と最小値の差）が０．５〜１μｍになるように調整することが望ましい。この金属ペーストを印刷した後、６００〜８００℃で焼き付け処理を行うことによって、駆動部９ａおよびランド部９ｂが形成される（図４（ｄ））。このとき、駆動部９ａの厚みが２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下で、ランド部９ｂの厚みが１５μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下となるように、金属ペーストの印刷条件および固液比率を調整することが望ましい。
【００６９】
特に、ランド部９ｂは、後述するはんだ付けやワイヤーボンディングによって駆動電圧信号を入力するフレキシブル配線基板を結線する工程での接合不良をなくし、また圧電アクチュエータ１の変位を妨げないようにするために、駆動部９ａの高さよりもある程度高くしておく必要がある。したがって、例えば金属ペーストの印刷および焼き付け処理を複数回行って、ランド部９ｂの高さを駆動部９ａよりも高く形成しておくことが望ましい。
【００７０】
次に、本発明の圧電アクチュエータ１を備えたインクジェット記録ヘッドについて説明する。図１に示すインクジェット記録ヘッドは、圧電アクチュエータ１を、インク吐出口２４を有する複数のインク流路２５が配列された流路部材２７上に、インク流路２５と個別電極９の駆動部９ａとの位置を揃えてエポキシ樹脂などにより接合したものである。流路部材２７は、インク流路２５を形成する隔壁２９の下面にインク吐出口２４を有する基板３１が配置されて構成されている。
【００７１】
流路部材２７は、厚み３０〜１００μｍ程度の複数の金属箔で構成される積層体からなり、各金属箔にエッチングや金型による打ち抜き等によってインク流路２５、インク吐出口２４、隔壁２９、基板３１等がそれぞれ形成される。使用する金属箔としては、例えばステンレス箔、アルミニウム箔、モリブデン箔などがあげられる。また、流路部材２７は、シリコンなどで形成することもできる。
【００７２】
圧電アクチュエータ１の上部には、フレキシブル配線基板３３が配設され、端子電極２１を介して個別電極９のランド部９ｂと接続されている。このようなインクジェットヘッドでは、薄型であっても反り変形が矯正された圧電アクチュエータ１を備えているので、インク吐出量のばらつきを低減することができる。
【００７３】
なお、図４（ｅ）に示すようなランド部間凹部９ｃ及び／又は個別電極間凹部１７は種々の方法で形成することが可能で、例えば、積層工程でグリーンシートを打ち抜くなどして、予め凹部を形成したグリーンシートを積層してランド部間凹部９ｃ及び／又は個別電極間凹部１７となる凹部を形成してもよく、この場合には、より容易に、ランド部間凹部９ｃ及び／又は個別電極間凹部１７を形成することができる。
【００７４】
また、焼成工程の前に、圧電セラミック層７となるグリーンシートに、金型を押し当てたり、レーザー光を照射するなどして、ランド部間凹部９ｃ及び／又は個別電極間凹部１７を形成してもよい。この場合には、圧電セラミック層７となるグリーンシートが可塑性を有しており、加工性が向上するという利点がある。特に、金型によって、ランド部間凹部９ｃ及び／又は個別電極間凹部１７を形成する場合には、金型によって押し出された圧電セラミック層７となるグリーンシートがランド部間凹部９ｃ及び／又は個別電極間凹部１７の周囲に凸部を形成するため、より望ましい。
【００７５】
また、焼成工程で得られた積層焼結体の一方の表面に、個別電極１４の駆動部９ａ、ランド部９ｂとともに、ランド部間凹部９ｃとなる金属パターンをスクリーン印刷により形成してもよい。
【００７６】
また、さらに、個別電極１４の駆動部９ａ、ランド部９ｂを形成した積層焼結体の圧電セラミック層７に、レーザー光を照射し、圧電セラミック層７に個別電極間凹部１７を形成してもよい。このとき、ランド部間凹部９ｃの深さをさらに深くしたり、形状を整えるなどの目的に応じ、ランド部間凹部９ｃに条件を変えてレーザー光を照射してもよい。
【００７７】
以上、本発明の実施形態について示したが、本発明は上述した実施形態のみに限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更や改良したものにも適用できることは言うまでもない。
【００７８】
例えば、ランド部間凹部９ｃの体積を増加させるために、図５に示すようにランド部間凹部９ｃを、個別電極９の外側に配置してもよく、この場合には、ランド部間凹部９ｃは圧電セラミック層７を切り欠いて形成すればよい。
【００７９】
また、例えば、図３（ｃ）に示すように、ランド部間凹部９ｃや個別電極間凹部１７の周辺に凸部２３のない場合もあることはいうまでもない。
【００８０】
また、例えば、本発明の圧電アクチュエータ１は、上記したインクジェット記録ヘッドの他、加速度センサ、ノッキングセンサ、ＡＥセンサ等の圧電センサ、燃料噴射用インクジェクター、圧電共振子、発振器、超音波モーター、超音波振動子、フィルタなどに適用することができる。
【００８１】
【実施例】
まず、平均粒径が０．５μｍのＰｂＺｒＴｉＯ３系粉末とバインダとそのバインダを溶解する有機溶剤とを所定量混合して圧電材料のスラリを調製し、このスラリ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。一方、Ａｇ−Ｐｄ（混合比は質量比でＡｇ：ｐｄ＝７：３）粉末と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。
【００８２】
次に、得られた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、焼成後に共通電極５および導体層１１となるそれぞれの金属パターンを形成した。ついで、導電性ペーストを印刷したグリーンシートを所定の総数積層、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、図１に示すような個別電極９を取り囲むような形状の個別電極間凹部１７となる凹部を、個別電極間凹部１７の幅と深さ、個別電極間凸部の高さが表１に示す寸法になるよう調整して、金型を用いて形成し、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１を形成した。
【００８３】
次に、この圧電アクチュエータ１の一方の表面にＡｕを主成分とする金属ペーストを印刷して７３０℃で焼付けを行って個別電極９を形成し、エキシマレーザー光を照射し、ランド部間凹部９ｃを形成し、各試料で、ランド部間凹部９ｃの幅と深さを表１に示す寸法に調整して、図２に示すような圧電アクチュエータ１を作製した。得られた圧電アクチュエータ１の厚みは２０μｍ、駆動部９ａおよびランド部９ｂの厚みはそれぞれ１μｍ、共通電極５および導体層１１の厚みはそれぞれ２μｍであった。また、試料面積は３０ｍｍ×３０ｍｍであった。また、個別電極９間の間隔は５００μｍとした。なお、各条件について、それぞれ１０個の試料を作製した。
【００８４】
この後、共通電極５と個別電極９との間に３ｋＶ／ｍｍの直流電界を１５分間印加して分極処理を行った。そして、圧電アクチュエータ１の変位量は、共通電極５と個別電極９との間に２０Ｖの直流電圧を印加し、さらに、この圧電アクチュエータ１に室温において０〜＋２０Ｖのｓｉｎ波形を２０ｋＨｚの周波数にて印加して１×１０９サイクルまで駆動した際の平均変位量を測定し、隣接する個別電極の下部の圧電セラミック層７を駆動させたとき、すなわち隣接する８箇所の圧電セラミック層７を同時に駆動させたときの変位量を測定し、このときの平均変位量を上記単独駆動時の平均変位量で除した値を変位量低下率とし、その値を表１に示した。
【００８５】
また、個々の個別電極９の駆動変位量ばらつきを測定し、表１に示した。また、端子電極２１の仮の体積に対する個別電極間凹部と凸部が形成する空間の体積の比率を算出し、表１に示した。
【００８６】
次いで、個別電極９のランド部９ｂ上部に、フレキシブル配線基板３３を、３００℃で瞬時加熱し、フレキシブル配線基板３３の端子電極２１と個別電極９のランド部９ｂとを接続した。
【００８７】
このときのフレキシブル配線基板３３の端子電極２１と個別電極９のランド部９ｂとの接続不良率の結果を表１に示す。なお、接続不良率は一つの試料内に形成された個別電極のうち、導通不良となる個数を個別電極の全数で除したものである。
【００８８】
また、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１については、エキシマレーザー光を照射し、ランド部間凹部９ｃと、個別電極間凹部１７を形成しなかった他は、試料Ｎｏ．２〜２８と同様にして圧電アクチュエータ１を作製し、同様に評価した。結果を表１に示す。
【００８９】
【表１】
2005026370.tif 000003
【００９０】
表１から、本発明の範囲外であるランド部間凹部９ｃ及び個別電極間凹部１７のない試料Ｎｏ．１は、駆動変位量ばらつきが、２０％となり、変位量低下率が、３２％となり接続不良率が５０％となった。この接続不良率は非常に高く、ほとんど良品が作製できないレベルである。
【００９１】
一方、ランド部間凹部９ｃのみを設けた本発明の範囲の試料Ｎｏ．２では、駆動変位量ばらつきが、１２％となり、また、変位量低下率が、１５％となり、接続不良率が７％となった。試料Ｎｏ．１と比較すると全ての項目で改善が見られるが、特に、接続不良率の改善が著しい。
【００９２】
また、個別電極間凹部１７を設けた試料Ｎｏ．３は、駆動変位量ばらつきが、１７％となり、また、変位量低下率が、１７％となり、接続不良率が２％となった。さらに、個別電極間凹部１７と、凸部２３を設けた試料Ｎｏ．４は、駆動変位量ばらつきが、１７％となり、また、変位量低下率が、１４％となり、接続不良率が１％となった。個別電極間凹部１７を設けることで、接続不良率が格段に低くなった。
【００９３】
また、さらに、ランド部間凹部９ｃと個別電極間凹部１７と凸部２３とを具備する試料Ｎｏ．５〜２８では駆動変位量ばらつきが、１３％以下となり、また、変位量低下率が、２０％以下となり、接続不良率が１％以下となった。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、個別電極のランド部間にランド部間凹部を設けることで、仮に、ランド部上に形成された端子電極が溶融するなどして、ランド部から流れ出したとしても、ランド部間凹部でその流れを食い止めることができるため、溶融した金属が個別電極上に広がり、駆動部の圧電振動を阻害することを抑制することができる。また、溶融した金属が隣接する個別電極と接触し、電気的に短絡することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる圧電アクチュエータを備えたインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図２】本発明の圧電アクチュエータにおいて、ランド部間凹部、個別電極間凹部の形成状態を示す平面図である。
【図３】個別電極間凹部の形状を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明における圧電アクチュエータの製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の圧電アクチュエータにおいて、個別電極の外側にランド部間凹部を設けた本発明の他の形態のランド部間凹部の形成状態を示す平面図である。
【図６】従来の圧電アクチュエータを備えたインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図７】従来の圧電アクチュエータを示す平面図である。
【符号の説明】
１・・・圧電アクチュエータ
３・・・振動板
５・・・共通電極
７・・・圧電セラミック層
９・・・個別電極
９ａ・・・駆動部
９ｂ・・・ランド部
９ｃ・・・ランド部間凹部
１１・・・導体層
１３、１５・・・セラミック層
１７・・・個別電極間凹部
２１・・・端子電極
２３・・・凸部
２４・・・インク吐出口
２５・・・インク流路
２７・・・流路部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2005026370.tif 000007
【図５】
2005026370.tif 000008
【図６】
2005026370.tif 000009
【図７】
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