JP2003347616A - 圧電素子、及び、電歪アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多層構造の圧電素子における変形効率をより
向上させる。 【解決手段】 互いに導通された共通上電極３５及び共
通下電極３６と、駆動信号の供給源に導通される駆動電
極３０を有し、上層圧電体と下層圧電体との間に駆動電
極を形成し、駆動電極とは反対側となる下層圧電体３４
の下部に共通下電極を、駆動電極とは反対側となる上層
圧電体３３の上部に共通上電極をそれぞれ形成した圧電
素子２６であって、下層圧電体により共通下電極をその
全幅を越えて覆うと共に、上層圧電体により駆動電極を
その全幅を越えて覆い、上層圧電体と下層圧電体の少な
くとも一方について、駆動電極よりも幅方向外側に位置
する端部領域ＷＬ，ＷＲの厚さを、駆動電極の幅内に位
置する中央領域ＷＣの厚さよりも薄くした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動信号の供給に
よって変形する圧電素子、及び、この圧電素子を駆動源
として用いた電歪アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電素子は、電気エネルギーの供給によ
って変形するものであり、例えば、液体噴射ヘッド、マ
イクロポンプ、発音体（スピーカ等）用の駆動素子とし
て広く用いられている。ここで、液体噴射ヘッドは、圧
力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口
から液滴を吐出させるものであり、例えば、プリンタ等
の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプ
レーの製造に用いられる液晶噴射ヘッド、カラーフィル
タの製造に用いられる色材噴射ヘッド等がある。また、
マイクロポンプは、極く微量の液体を扱うことができる
超小型のポンプであり、例えば、極く少量の薬液を送出
する際に用いられる。

【０００３】このような液体噴射ヘッドやマイクロポン
プに用いられる重要な部品の一つに、振動板の表面に圧
電素子を設けた電歪アクチュエータがある。この電歪ア
クチュエータは圧力室となる空部を有する圧力室形成基
板に取り付けられ、圧力室の一部を振動板で区画する。
そして、液滴を吐出したり、液体を送出したりする際に
は、圧電素子に駆動パルスを供給してこの圧電素子及び
振動板（即ち、圧力室の変形部分）を変形させ、圧力室
の容積を変化させる。

【０００４】これらの液体噴射ヘッドやマイクロポンプ
においては、圧電素子の高周波駆動に対する強い要請が
ある。これは、液滴の高周波吐出を実現したり、送液能
力を高めたりするためである。そして、圧電素子の高周
波駆動を実現するためには、上記変形部分のコンプライ
アンスを従来よりも小さくし、且つ、圧電素子の変形量
を従来よりも大きくする必要がある。これは、変形部分
のコンプライアンスを小さくすると応答性が向上するた
め、従来よりも高い周波数での駆動が可能となること、
及び、圧電素子の変形量を大きくすると圧力室の容積変
化量が大きくなるため、吐出される液滴の量や送出され
る液体の量を増やすことができることによる。

【０００５】そして、変形部分のコンプライアンスと圧
電素子の変形量の相反する特性を充足するものとして、
多層構造の圧電素子が提案されている。例えば、特開平
２−２８９３５２号公報には、圧電体層を上層圧電体と
下層圧電体の２層構造とし、上層圧電体と下層圧電体の
境界に駆動電極（個別電極）を形成すると共に、上層圧
電体の外表面と下層圧電体の外表面とにそれぞれ共通電
極を形成した構造の圧電素子が開示されている。同様
に、特開平１０−３４９２４号公報にも多層構造の圧電
素子が開示されている。

【０００６】上記多層構造の圧電素子では、上層圧電体
と下層圧電体の境界に駆動電極が設けられているので、
各層の圧電体には、駆動電極から各共通電極までの間隔
（即ち、各層圧電体の厚さ）と、駆動電極と各共通電極
の電位差とによって定まる強さの電場が付与される。こ
のため、共通電極と駆動電極とで単層の圧電体を挟んだ
単層構造の圧電素子と比べた場合、圧電素子全体の厚さ
を多少厚くして変形部分のコンプライアンスを小さくし
ても、従来と同じ駆動電圧で大きく変形させることがで
きる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記多
層構造の圧電素子を単に用いただけでは、近年の高い要
請に応え得る程度の特性は得られなかった。このため、
実際の製品としては、単層の圧電体を共通電極と駆動電
極とで挟んだ単層構造の圧電素子を用いることを余儀な
くされている。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、多層構造の圧電素子における変形
効率をより向上させることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために提案されたものであり、請求項１に記載の
ものは、互いに積層された上層圧電体と下層圧電体を有
し、電場に応じて変形する圧電体層と、互いに導通され
た共通上電極及び共通下電極と、駆動信号の供給源に導
通される駆動電極を有し、前記圧電体層に付与される電
場を発生する電極層とを備え、前記上層圧電体と下層圧
電体との間に駆動電極を形成し、駆動電極とは反対側と
なる下層圧電体の下部に共通下電極を、駆動電極とは反
対側となる上層圧電体の上部に共通上電極をそれぞれ形
成した圧電素子であって、前記下層圧電体により共通下
電極をその全幅を越えて覆うと共に、前記上層圧電体に
より駆動電極をその全幅を越えて覆い、上層圧電体と下
層圧電体の少なくとも一方について、駆動電極よりも幅
方向外側に位置する端部領域の厚さを、駆動電極の幅内
に位置する中央領域の厚さよりも薄くしたことを特徴と
する。ここで、「上、下」とあるのは、圧電素子が設け
られる振動板等の支持部材を基準とした位置関係を示し
ている。即ち、支持部材から近い側を「下」とし、支持
部材から遠い側を「上」として示している。

【００１０】請求項２に記載のものは、前記上層圧電体
及び下層圧電体は、端部領域にて幅方向外側に向かうほ
ど薄く形成されていることを特徴とする請求項１に記載
の圧電素子である。

【００１１】請求項３に記載のものは、駆動信号の供給
に伴う中央領域の上層圧電体の変形度合いを、中央領域
の下層圧電体の変形度合いよりもを大きくしたことを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電素子であ
る。

【００１２】請求項４に記載のものは、前記中央領域の
上層圧電体の厚さを、中央領域の下層圧電体の厚さの３
／４以下としたことを特徴とする請求項１又は請求項２
に記載の圧電素子である。

【００１３】請求項５に記載のものは、請求項１から請
求項４の何れかに記載の圧電素子を、振動板表面に形成
したことを特徴とする電歪アクチュエータである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。ここでは、圧電素子を用いた記録
ヘッド（液体噴射ヘッドの一種）を例に挙げて説明す
る。図１に例示するように、この記録ヘッド１は、流路
ユニット２と、複数のアクチュエータユニット３…と、
フィルム状の配線基板４とから概略構成されている。そ
して、流路ユニット２の表面に各アクチュエータユニッ
ト３…を横並びに接合し、流路ユニット２とは反対側の
アクチュエータユニット３の表面に配線基板４を取り付
けている。

【００１５】流路ユニット２は、図２の断面図に示すよ
うに、オリフィスとして機能するインク供給口５及びノ
ズル連通口６の一部となる通孔を開設した供給口形成基
板７と、共通インク室（共通液室の一種）８となる通孔
及びノズル連通口６の一部となる通孔を開設したインク
室形成基板９と、複数のノズル開口１０…を開設したノ
ズルプレート１１から構成されている。これらの供給口
形成基板７、インク室形成基板９、及び、ノズルプレー
ト１１は、例えば、ステンレス製の板材をプレス加工す
ることで作製されている。なお、本実施形態では１つの
流路ユニット２に３つのアクチュエータユニット３…が
接合されているので、インク供給口５、ノズル連通口
６、供給口形成基板７、共通インク室８等は、アクチュ
エータユニット３毎に合計３組形成されている。

【００１６】そして、流路ユニット２は、インク室形成
基板９の一方の表面（図中下側）にノズルプレート１１
を、他方の表面（同上側）に供給口形成基板７をそれぞ
れ配置し、これらの供給口形成基板７、インク室形成基
板９、及び、ノズルプレート１１を接合することで作製
される。例えば、シート状の接着剤によって各部材を接
着することで作製される。

【００１７】上記のノズル開口１０は、図３に示すよう
に、所定ピッチで複数個列状に開設される。そして、列
設された複数のノズル開口１０…によってノズル列１２
が構成される。例えば、９２個のノズル開口１０…で１
つのノズル列１２が構成される。また、このノズル列１
２は、１つのアクチュエータユニット３に対して２列形
成される。本実施形態の記録ヘッド１は３つのアクチュ
エータユニット３…を備えているため、１つの流路ユニ
ット２に対して計６列のノズル列１２…が横並びに形成
される。

【００１８】アクチュエータユニット３は、ヘッドチッ
プとも呼ばれる部材である。このアクチュエータユニッ
ト３は、図２に示すように、圧力室２１となる通孔を開
設した圧力室形成基板２２と、圧力室２１の一部を区画
する振動板２３と、供給側連通口２４となる通孔及びノ
ズル連通口６の一部となる通孔を開設した蓋部材２５
と、振動板２３の表面に形成された圧電素子２６とによ
って構成される。これら各部材の板厚に関し、圧力室形
成基板２２、及び、蓋部材２５は、好ましくは５０μｍ
以上、より好ましくは１００μｍ以上である。また、振
動板２３は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは
３〜１２μｍ程度である。なお、このアクチュエータユ
ニット３において、振動板２３と圧電素子２６が本発明
の電歪アクチュエータを構成する。また、振動板２３は
圧電素子２６が設けられる支持部材の一種である。

【００１９】このアクチュエータユニット３を作製する
にあたり、まず、圧力室形成基板２２の一方の表面に蓋
部材２５を、他方の表面に振動板２３をそれぞれ配置
し、これらの各部材を一体化する。これらの圧力室形成
基板２２、振動板２３、及び、蓋部材２５は、アルミナ
や酸化ジルコニウム等のセラミックスで作製されている
ので、焼成によって一体化される。例えば、グリーンシ
ート（未焼成のシート材）に対して切削や打ち抜き等の
加工を施して必要な通孔等を形成し、圧力室形成基板２
２、振動板２３、及び、蓋部材２５の各シート状前駆体
を形成する。そして、各シート状前駆体を積層及び焼成
することにより、各シート状前駆体は一体化されて１枚
のシート状部材となる。そして、焼成後のシート状部材
に対して圧電素子２６等を形成することでセラミックス
シートが作製される。

【００２０】この場合において、各シート状前駆体や圧
電素子２６は焼成により一体化されるので、特別な接着
処理が不要である。また、各部材の接合面において高い
シール性を得ることもできる。

【００２１】なお、１枚のセラミックスシートには、複
数ユニット分の圧力室２１…やノズル連通口６…等が形
成されている。換言すれば、このセラミックスシート
は、各アクチュエータユニット３…に切断される前のア
クチュエータユニット母部材となる。例えば、１つのア
クチュエータユニット３となるチップ領域を、１枚のセ
ラミックスシート内にマトリクス状に複数設定する。そ
して、圧電素子２６等の必要な部材を各チップ領域内に
形成した後、このセラミックスシートをチップ領域毎に
切断することで、複数のアクチュエータユニット３…が
得られる。

【００２２】上記の圧力室２１は、ノズル列１２とは直
交する方向に細長い空部であり、ノズル開口１０に対応
する複数形成されている。即ち、図３に示すように、ノ
ズル列方向に列設されている。そして、各圧力室２１…
の一端は、供給側連通口２４及びインク供給口５を通じ
て共通インク室８に連通している。また、供給側連通口
２４とは反対側の圧力室２１の他端は、ノズル連通口６
を通じて対応するノズル開口１０に連通する。さらに、
この圧力室２１の一部（上側表面）は、振動板２３によ
って区画されている。

【００２３】上記の圧電素子２６は、所謂撓み振動モー
ドの圧電素子であり、圧力室２１とは反対側の振動板表
面に圧力室２１毎に形成されている。この圧電素子２６
は、圧力室長手方向に細長いブロック状であり、その幅
は圧力室２１の幅と略等しく、その長さは圧力室２１の
長さよりも多少長い。さらに、この圧電素子２６は、そ
の両端部が圧力室２１の長手方向端部を越えるように配
設されている。

【００２４】図４に示すように、各圧電素子２６…はそ
の幅方向に並べて設けられている。そして、圧電素子２
６の長手方向一側には、圧電素子２６…毎に個別端子２
７…を設けている。この個別端子２７は、上記した配線
基板４の接点端子（図示せず）が導通される部分であ
る。また、圧電素子２６の長手方向他側には、共通電極
の一部を構成する直線状の共通幹電極２８をノズル列方
向に延設している。

【００２５】本実施形態における圧電素子２６は、図５
に示すように、圧電体層３１と共通枝電極３２と駆動電
極３０等によって構成される多層構造であり、駆動電極
３０と共通枝電極３２とによって圧電体層３１を挟んで
いる。なお、この圧電素子２６の構造については、後で
詳しく説明する。

【００２６】そして、駆動電極３０には個別端子２７を
通じて駆動信号の供給源（図示せず）が導通され、共通
枝電極３２は共通幹電極２８等を通じて例えば接地電位
に調整される。この駆動電極３０に駆動信号が供給され
ると、駆動電極３０と共通枝電極３２との間には電位差
に応じた強さの電場が発生される。この電場を圧電体層
３１に付与すると、圧電体層３１は電場の強さに応じて
変形する。即ち、駆動電極３０の電位を高くする程、圧
電体層３１は電場と直交する方向に収縮し、圧力室２１
の容積を少なくするように振動板２３を変形させる。一
方、駆動電極３０の電位を低くする程、圧電体層３１は
電界と直交する方向に伸長し、圧力室２１の容積を増や
すように振動板２３を変形させる。

【００２７】このアクチュエータユニット３と上記の流
路ユニット２とは、互いに接合される。例えば、供給口
形成基板７と蓋部材２５との間にシート状接着剤を介在
させ、この状態でアクチュエータユニット３を流路ユニ
ット２側に加圧することで接着される。

【００２８】上記構成の記録ヘッド１は、共通インク室
８からインク供給口５、供給側連通口２４、圧力室２
１、及び、ノズル連通口６を通じてノズル開口１０に至
る一連のインク流路がノズル開口１０毎に形成されてい
る。使用時においてこのインク流路内はインクで満たさ
れており、圧電素子２６を変形させることで対応する圧
力室２１が収縮或いは膨張し、圧力室２１内のインクに
圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、
ノズル開口１０からインク滴を吐出させることができ
る。例えば、定常容積の圧力室２１を一旦膨張させた後
に急激に収縮させると、圧力室２１の膨張に伴ってイン
クが充填され、その後の急激な収縮によって圧力室２１
内のインクが加圧されてインク滴が吐出される。

【００２９】ここで、高速記録のためには、より多くの
インク滴を短時間で吐出させる必要がある。この要求に
応えるためには、圧電素子２６の剛性と駆動電圧とを考
慮する必要がある。即ち、従来よりも高い周波数での駆
動に耐えるため、剛性を従来よりも高める必要がある。
また、高周波駆動を実現するにあたっては駆動電圧を高
くすることは好ましくない。

【００３０】そこで、本実施形態では、多層構造の圧電
素子２６を用いている。以下、この点について説明す
る。

【００３１】まず、圧電素子２６の構造について詳細に
説明する。図５に示すように、圧電体層３１は、圧力室
長手方向に細長いブロック状に成形され、互いに積層さ
れた上層圧電体（外側圧電体）３３及び下層圧電体（内
側圧電体）３４から構成される。また、共通枝電極３２
は、共通上電極（共通外電極）３５及び共通下電極（共
通内電極）３６から構成される。そして、これらの共通
枝電極３２と駆動電極３０とが電極層を構成する。な
お、ここでいう「上（外）」或いは「下（内）」とは、
振動板２３を基準とした位置関係を示している。即ち、
「上（外）」とあるのは振動板２３から遠い側を示し、
「下（内）」とあるのは振動板２３に近い側を示してい
る。

【００３２】上記の駆動電極３０は個別電極として機能
し、上層圧電体３３と下層圧電体３４の境界に形成され
る。また、共通上電極３５及び共通下電極３６は、共通
幹電極２８と共に共通電極を構成する。即ち、この共通
電極は、共通幹電極２８から複数の共通枝電極３２（共
通上電極３５，共通下電極３６）…が延出形成された櫛
歯状に形成されている。

【００３３】そして、共通下電極３６は駆動電極３０と
は反対側の下層圧電体３４の下部に形成され、共通上電
極３５は駆動電極３０とは反対側の上層圧電体３３の上
部に形成される。即ち、この圧電素子２６は、振動板２
３側から、共通下電極３６、下層圧電体３４、駆動電極
３０、上層圧電体３３、共通上電極３５の順で積層され
た多層構造であり、下層圧電体３４により共通下電極３
６をその全幅を越えて覆うと共に、上層圧電体３３によ
り駆動電極３０をその全幅を越えて覆っている。従っ
て、駆動電極３０は、両層圧電体３３，３４内に埋設さ
れた状態となる。さらに、駆動電極３０と共通下電極３
６との間には電気絶縁性を有する下層圧電体３４が存在
する。この構成により、駆動電極３０と共通下電極３６
との短絡を確実に防止できる。

【００３４】本実施形態における圧電体層３１の厚さ
は、幅方向の中央部分にて、上層圧電体３３と下層圧電
体３４の２層を合計して約１７μｍである。そして、共
通枝電極３２を含めた圧電素子２６の全体の厚さは約２
０μｍである。なお、従来の単層構造の圧電素子２６
は、素子全体の厚さが約１５μｍである。従って、圧電
素子２６の厚さが増したことから、その分だけ振動板２
３のコンプライアンスが小さくなっている。

【００３５】また、上記したように、圧電素子２６の長
さは圧力室２１の長手方向の長さよりも長く、その長手
方向両端部は圧力室２１の端部を越えて形成されてい
る。一方、圧電素子２６の幅は、圧力室２１の幅（内寸
法）と同寸法に揃えられている。従って、各圧電素子２
６…は、圧力室２１の長手方向を覆う状態で形成されて
いると表現することもできる。

【００３６】上記の共通上電極３５及び共通下電極３６
は、駆動信号に拘わらず一定の電位、例えば接地電位に
調整される。上記の駆動電極３０は、供給された駆動信
号に応じて電位を変化させる。従って、駆動信号の供給
によって、駆動電極３０と共通上電極３５との間、及
び、駆動電極３０と共通下電極３６との間には、それぞ
れ向きが反対の電場が生じる。

【００３７】そして、これらの各電極を構成する材料と
しては、例えば、金属単体、合金、電気絶縁性セラミッ
クスと金属との混合物等の各種導体が選択されるが、焼
成温度において変質等の不具合が生じないことが要求さ
れる。本実施形態では、共通上電極３５に金を用い、共
通下電極３６及び駆動電極３０に白金を用いている。

【００３８】上記の上層圧電体３３と下層圧電体３４は
共に、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分
とする圧電材料によって作製されている。そして、上層
圧電体３３と下層圧電体３４とは分極方向が反対であ
る。このため、駆動信号印加時の伸縮方向が上層圧電体
３３と下層圧電体３４とで揃い、支障なく変形すること
ができる。即ち、上層圧電体３３及び下層圧電体３４
は、駆動電極３０の電位を高くする程に圧力室２１の容
積を少なくするように振動板２３を変形させ、駆動電極
３０の電位を低くする程に圧力室２１の容積を増やすよ
うに振動板２３を変形させる。

【００３９】また、本実施形態では、圧電素子２６を効
率よく変形させるため、即ち、印加電圧に対する変形量
を向上させるために、圧電素子２６の幅方向外側の厚さ
を幅方向中央部分の厚さよりも薄く構成している。以
下、詳細に説明する。

【００４０】図６は、圧電素子２６を電極幅方向（短尺
方向）に切断した図である。この図に示すように、圧電
素子２６は、その表面が円弧形状に盛り上がった断面形
状を呈しており、幅方向中央が最も高く形成されてい
る。即ち、図７に示す厚さｔ１ｕと厚さｔ１ｄの和が最
も大きい。また、この圧電素子２６は、幅方向中央から
端部側に向かうにつれて厚さが徐々に薄くなっており、
幅方向両端は横向きＶ字状に形成されている。

【００４１】この圧電素子２６では、駆動電極３０より
も幅方向外側に位置する端部領域ＷＬ，ＷＲの厚さを、
駆動電極３０の幅内に位置する中央領域ＷＣの厚さより
も薄く構成している。ここで、中央領域ＷＣは、駆動電
極３０の両端のそれぞれから上下方向に設定される一対
の第１仮想線Ｌ１，Ｌ１の範囲内の部分である。また、
端部領域ＷＬ，ＷＲは、第１仮想線Ｌ１よりも幅方向外
側の部分である。そして、中央領域ＷＣにおいて、駆動
電極３０よりも上の部分が上層圧電体３３の中央領域
（上中央領域３３Ｃ，図７参照）であり、駆動電極３０
よりも下の部分が下層圧電体３４の中央領域（下中央領
域３４Ｃ，図７参照）である。

【００４２】さらに、図６において、中央領域ＷＣより
も左側の部分を左端部領域ＷＬとし、中央領域ＷＣより
も右側の部分を右端部領域ＷＲとする。そして、左端部
領域ＷＬにおいて、駆動電極３０の端部から圧電体層３
１の左端を結ぶ第２仮想線Ｌ２を設定し、この第２仮想
線Ｌ２よりも上の部分が上層圧電体３３の左端領域（上
左端領域３３Ｌ，図８参照）であり、駆動電極３０より
も下の部分が下層圧電体３４の左端領域（下左端領域３
４Ｌ，図８参照）である。同様に、右端部領域ＷＲにお
いて、駆動電極３０の端部から圧電体層３１の右端を結
ぶ第２仮想線Ｌ２を設定し、この第２仮想線Ｌ２よりも
上の部分が上層圧電体３３の右端領域（上右端領域３３
Ｒ，図９参照）であり、駆動電極３０よりも下の部分が
下層圧電体３４の右端領域（下右端領域３４Ｒ，図９参
照）である。

【００４３】本実施形態では、上層圧電体３３と下層圧
電体３４の両方について、端部領域ＷＬ，ＷＲ（上左端
領域３３Ｌ，下左端領域３４Ｌ，上右端領域３３Ｒ，下
右端領域３４Ｒ）の厚さを中央領域ＷＣ（上中央領域３
３Ｃ，下中央領域３４Ｃ）の厚さよりも薄くしている。
ここで、各圧電体層３３，３４の厚さは均一ではないの
で、厚さを比較するにあたっては各領域毎の平均厚さで
比較するのが好ましい。即ち、中央領域ＷＣについて
は、図７に示す様に、厚さｔ２ｕから厚さｔ３ｕまでの
平均を上中央領域３３Ｃの厚さとし、厚さｔ２ｄから厚
さｔ３ｄまでの平均を下中央領域３４Ｃの厚さとする。
そして、左端部領域ＷＬについては、図８に示す様に、
左端（厚さ略０）から厚さｔ２ｕまでの平均を上左端領
域３３Ｌの厚さとし、左端から厚さｔ２ｄまでの平均を
下左端領域３４Ｌの厚さとする。さらに、右端部領域Ｗ
Ｒについては、図９に示す様に、右端（厚さ略０）から
厚さｔ３ｕまでの平均を上右端領域３３Ｒの厚さとし、
右端から厚さｔ３ｄまでの平均を下右端領域３４Ｒの厚
さとする。

【００４４】そして、本実施形態では、上左端領域３３
Ｌの厚さ及び上右端領域３３Ｒの厚さを上中央領域３３
Ｃの厚さよりも薄く設定し、下左端領域３４Ｌの厚さ及
び下右端領域３４Ｒの厚さを下中央領域３４Ｃの厚さよ
りも薄く設定した点に特徴を有する。例えば、各端部領
域（３３Ｌ，３３Ｒ，３４Ｌ，３４Ｒ）の厚さを、中央
領域（３３Ｃ，３４Ｃ）の厚さの７０％〜９０％とす
る。より好ましくは、各端部領域の厚さを、中央領域の
厚さの７５％〜８５％とする。これにより、端部領域Ｗ
Ｌ，ＷＲにおける各圧電体層３３，３４の応力が中央領
域ＷＣにおける各圧電体層３３，３４の応力よりも小さ
くなる。このため、端部領域ＷＬ，ＷＲの部分が中央領
域ＷＣの部分よりも撓み易くなり、圧電素子２６を効率
よく変形させることができる。

【００４５】さらに、端部領域ＷＬ，ＷＲにおいて各圧
電体層３３，３４は、端部側に向かうにつれて厚さが漸
次薄くなっているので、変形時における応力集中が生じ
難い。また、その表面には段差がなく滑らかであり、共
通上電極３５を確実に形成することができる。これによ
り、欠損部の発生も防止できる。以上から、圧電素子２
６の信頼性を高めることができる。

【００４６】ところで、本発明は上記実施形態に限定さ
れるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種
々の変形が可能である。

【００４７】例えば、上記実施形態では、中央領域ＷＣ
の上層圧電体３３（上中央領域３３Ｃ）と中央領域ＷＣ
の下層圧電体３４（下中央領域３４Ｃ）とを略同じ厚さ
に構成していたが、この構成に限定されるものではな
い。例えば、上中央領域３３Ｃの厚さを下中央領域３４
Ｃの３／４以下に設定してもよい（以下、変形例とい
う）。

【００４８】この変形例の圧電素子２６では、駆動信号
の供給に伴う上中央領域３３Ｃの変形度合いを、下中央
領域３４Ｃの変形度合いよりも大きくすることができ
る。即ち、電極間の電位差が等しい場合、圧電体層３１
の厚さが薄くなるほどその圧電体層３１に付与される電
場が強くなるので、厚さが薄いほど変形量を大きくする
ことができる。そして、上中央領域３３Ｃが下中央領域
３４Ｃよりも相対的に大きく撓むと、上中央領域３３Ｃ
の方が振動板２３から離隔しているため、その変形量が
増幅されて振動板２３に作用し、振動板２３の変形量を
大きくすることができる。

【００４９】例えば、上中央領域３３Ｃと下中央領域３
４Ｃの積層高さ（要するに中央領域ＷＣの厚さ）が同じ
であって、上中央領域３３Ｃの方が下中央領域３４Ｃよ
りも厚い構造の圧電素子２６と比較すると、変形例の圧
電素子２６は相対的に変形量が大きい上中央領域３３Ｃ
が振動板２３から離れて位置しているのに対し、比較例
の圧電素子２６では相対的に変形量が大きい下中央領域
３４Ｃが振動板２３の間近に位置する。そして、変形量
が大きい圧電体層３１が振動板２３から離れている方が
振動板２３を大きく変形できるので、変形例の圧電素子
２６の方がより振動板２３を大きく変形させることがで
きる。

【００５０】また、上記した実施形態では、上層圧電体
３３と下層圧電体３４の両方とも、端部領域ＷＬ，ＷＲ
の厚さが中央領域ＷＣの厚さよりも薄い構成を例示した
が、本発明はこの構成に限定されるものではない。例え
ば、上層圧電体３３と下層圧電体３４の少なくとも一方
について、端部領域ＷＬ，ＷＲの厚さを中央領域ＷＣの
厚さよりも薄くすることにより、同様の作用効果が得ら
れる。

【００５１】また、上記した実施形態では、第２仮想線
Ｌ２を設定することで端部領域ＷＬ，ＷＲを上下方向に
分割した例を説明したが、これらの端部領域において両
圧電体層３３，３４は焼成によって一体化されてしま
う。このため、端部領域ＷＬ，ＷＲについては分割せず
に厚さを測定し、この端部領域ＷＬ，ＷＲの厚さと、上
中央領域３３Ｃと下中央領域３４Ｃの厚さの加算値とを
比較してもよい。

【００５２】また、以上は、記録ヘッド１を例に挙げて
説明したが、本発明は、液晶噴射ヘッドや色材噴射ヘッ
ド等といった他の液体噴射ヘッド、或いは、マイクロポ
ンプ、発音体（スピーカ等）等の各種装置に用いられる
電歪アクチュエータ、及び、圧電素子にも同様に適用す
ることができる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果を奏する。即ち、下層圧電体により共通下電極
をその全幅を越えて覆うと共に、上層圧電体により駆動
電極をその全幅を越えて覆い、上層圧電体と下層圧電体
の少なくとも一方について、駆動電極よりも幅方向外側
に位置する端部領域の厚さを、駆動電極の幅内に位置す
る中央領域の厚さよりも薄くしたので、端部領域の応力
を中央領域の応力よりも小さくすることができ、端部領
域を撓み易くすることができる。これにより、圧電素子
の変形効率をより高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】記録ヘッドの構成を説明する分解斜視図であ
る。

【図２】アクチュエータユニット及び流路ユニットを説
明する断面図である。

【図３】ノズルプレートを説明する部分拡大図である。

【図４】アクチュエータユニットを圧電素子側から見た
斜視図である。

【図５】（ａ）は圧電素子の平面図、（ｂ）は長手方向
に切断した圧電素子の断面図である。

【図６】圧電素子を幅方向に切断した断面図である。

【図７】圧電素子の中央領域を説明する部分拡大断面図
である。

【図８】圧電素子の左端部領域を説明する部分拡大断面
図である。

【図９】圧電素子の右端部領域を説明する部分拡大断面
図である。

【符号の説明】

１ 記録ヘッド ２ 流路ユニット ３ アクチュエータユニット ４ 配線基板 ５ インク供給口 ６ ノズル連通口 ７ 供給口形成基板 ８ 共通インク室 ９ インク室形成基板 １０ ノズル開口 １１ ノズルプレート １２ ノズル列 ２１ 圧力室 ２２ 圧力室形成基板 ２３ 振動板 ２４ 供給側連通口 ２５ 蓋部材 ２６ 圧電素子 ２７ 個別端子 ２８ 共通幹電極 ３０ 駆動電極 ３１ 圧電体層 ３２ 共通枝電極 ３３ 上層圧電体 ３４ 下層圧電体 ３５ 共通上電極 ３６ 共通下電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片倉 孝浩 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 2C057 AF51 AG42 AG47 BA14 3H075 AA07 BB02 CC25 DB02 5D004 DD00

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに積層された上層圧電体と下層圧電
   体を有し、電場に応じて変形する圧電体層と、 互いに導通された共通上電極及び共通下電極と、駆動信
   号の供給源に導通される駆動電極を有し、前記圧電体層
   に付与される電場を発生する電極層とを備え、 前記上層圧電体と下層圧電体との間に駆動電極を形成
   し、駆動電極とは反対側となる下層圧電体の下部に共通
   下電極を、駆動電極とは反対側となる上層圧電体の上部
   に共通上電極をそれぞれ形成した圧電素子であって、 前記下層圧電体により共通下電極をその全幅を越えて覆
   うと共に、前記上層圧電体により駆動電極をその全幅を
   越えて覆い、 上層圧電体と下層圧電体の少なくとも一方について、駆
   動電極よりも幅方向外側に位置する端部領域の厚さを、
   駆動電極の幅内に位置する中央領域の厚さよりも薄くし
   たことを特徴とする圧電素子。
2. 【請求項２】 前記上層圧電体及び下層圧電体は、端部
   領域にて幅方向外側に向かうほど薄く形成されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
3. 【請求項３】 駆動信号の供給に伴う中央領域の上層圧
   電体の変形度合いを、中央領域の下層圧電体の変形度合
   いよりもを大きくしたことを特徴とする請求項１又は請
   求項２に記載の圧電素子。
4. 【請求項４】 前記中央領域の上層圧電体の厚さを、中
   央領域の下層圧電体の厚さの３／４以下としたことを特
   徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電素子。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４の何れかに記載の
   圧電素子を、振動板表面に形成したことを特徴とする電
   歪アクチュエータ。