JP2003347617A - 圧電／電歪膜型アクチュエータ及び製造方法 - Google Patents
圧電／電歪膜型アクチュエータ及び製造方法Info
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- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
- H10N30/2047—Membrane type
- H10N30/2048—Membrane type having non-planar shape
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
- B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
- B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
- B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
- B41J2/01—Ink jet
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- B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
- B41J2/14233—Structure of print heads with piezoelectric elements of film type, deformed by bending and disposed on a diaphragm
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Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧電／電歪膜の絶縁耐圧が低くなり易い点を
解決し、屈曲変位の発現を有効に発現することが可能な
圧電／電歪膜型アクチュエータと、その製造方法を提供
すること。 【解決手段】 セラミックス基体４４とセラミックス基
体４４上に設けられ圧電／電歪膜７９と電極膜７３，７
５，７７とを有する圧電／電歪素子７８とを備え、圧電
／電歪素子７８の変位により駆動する圧電／電歪膜型ア
クチュエータ１１である。圧電／電歪膜型アクチュエー
タ１１は、圧電／電歪素子７８が、その最上層及び最下
層が電極膜７５，７７になるように、圧電／電歪膜７９
と電極膜７３，７５，７７とが交互に積層され、圧電／
電歪膜７９が２層備わり、２層の圧電／電歪膜７９に挟
まれた界面には圧電／電歪膜７９を構成する圧電／電歪
材料が分解した異相が無く、且つ、２層の圧電／電歪膜
７９は下層より上層が厚く形成されていることを特徴と
する圧電／電歪膜型アクチュエータ１１の提供による。
解決し、屈曲変位の発現を有効に発現することが可能な
圧電／電歪膜型アクチュエータと、その製造方法を提供
すること。 【解決手段】 セラミックス基体４４とセラミックス基
体４４上に設けられ圧電／電歪膜７９と電極膜７３，７
５，７７とを有する圧電／電歪素子７８とを備え、圧電
／電歪素子７８の変位により駆動する圧電／電歪膜型ア
クチュエータ１１である。圧電／電歪膜型アクチュエー
タ１１は、圧電／電歪素子７８が、その最上層及び最下
層が電極膜７５，７７になるように、圧電／電歪膜７９
と電極膜７３，７５，７７とが交互に積層され、圧電／
電歪膜７９が２層備わり、２層の圧電／電歪膜７９に挟
まれた界面には圧電／電歪膜７９を構成する圧電／電歪
材料が分解した異相が無く、且つ、２層の圧電／電歪膜
７９は下層より上層が厚く形成されていることを特徴と
する圧電／電歪膜型アクチュエータ１１の提供による。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、圧電／電歪アク
チュエータ及び製造方法に関する。より詳細には、変位
制御素子、個体素子モータ、インクジェットヘッド、リ
レー、スイッチ、シャッター、ポンプ、フィン等に用い
られ、素子の変位に基づいて作動し、機械エネルギーと
電気エネルギーとを変換し得るトランスデューサであっ
て、より高速な応答とより高いエネルギー変換効率を実
現し、高い屈曲変位を発現し得る膜型の圧電／電歪アク
チュエータと、その製造方法に関する。
チュエータ及び製造方法に関する。より詳細には、変位
制御素子、個体素子モータ、インクジェットヘッド、リ
レー、スイッチ、シャッター、ポンプ、フィン等に用い
られ、素子の変位に基づいて作動し、機械エネルギーと
電気エネルギーとを変換し得るトランスデューサであっ
て、より高速な応答とより高いエネルギー変換効率を実
現し、高い屈曲変位を発現し得る膜型の圧電／電歪アク
チュエータと、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】 近年、アクチュエータの基体内部に形
成した加圧室内の圧力を上昇させる機構の一つとして、
加圧室壁に設けた圧電／電歪素子の変位によって、該加
圧室の体積を変化させるようにしたものが知られてい
る。そして、そのような圧電／電歪アクチュエータは、
例えばインクジェットプリンタに使用されるプリントヘ
ッドのインクポンプ等として利用されており、インクが
供給され、充填された加圧室内の圧力を圧電／電歪素子
の変位によって上昇させることにより、加圧室に連通す
るノズル孔からインク粒子（液滴）を打ち出して、印字
するようになっている。
成した加圧室内の圧力を上昇させる機構の一つとして、
加圧室壁に設けた圧電／電歪素子の変位によって、該加
圧室の体積を変化させるようにしたものが知られてい
る。そして、そのような圧電／電歪アクチュエータは、
例えばインクジェットプリンタに使用されるプリントヘ
ッドのインクポンプ等として利用されており、インクが
供給され、充填された加圧室内の圧力を圧電／電歪素子
の変位によって上昇させることにより、加圧室に連通す
るノズル孔からインク粒子（液滴）を打ち出して、印字
するようになっている。
【０００３】 例えば、特開平６−４００３５号公報に
は、図４及び図５に示すような圧電／電歪アクチュエー
タを用いたインクジェットプリントヘッドの一例が開示
されている。
は、図４及び図５に示すような圧電／電歪アクチュエー
タを用いたインクジェットプリントヘッドの一例が開示
されている。
【０００４】 インクジェットプリントヘッド１４０
は、インクノズル部材１４２と圧電／電歪膜型アクチュ
エータ１４５とが接合一体化されることによって形成さ
れており、圧電／電歪膜型アクチュエータ１４５内に形
成されたキャビティ１４６に供給されたインクが、イン
クノズル部材１４２に設けられたノズル孔１５４を通じ
て、噴出されるようになっている。
は、インクノズル部材１４２と圧電／電歪膜型アクチュ
エータ１４５とが接合一体化されることによって形成さ
れており、圧電／電歪膜型アクチュエータ１４５内に形
成されたキャビティ１４６に供給されたインクが、イン
クノズル部材１４２に設けられたノズル孔１５４を通じ
て、噴出されるようになっている。
【０００５】 より詳細には、圧電／電歪膜型アクチュ
エータ１４５は、セラミックス基体１４４とセラミック
ス基体１４４に一体的に形成された圧電／電歪素子１７
８とからなる。又、セラミックス基体１４４は、それぞ
れ薄い平板形状を呈する閉塞プレート１６６と接続プレ
ート１６８が、スペーサプレート１７０を挟んで重ね合
わされてなる構造をもって、一体的に形成されている。
エータ１４５は、セラミックス基体１４４とセラミック
ス基体１４４に一体的に形成された圧電／電歪素子１７
８とからなる。又、セラミックス基体１４４は、それぞ
れ薄い平板形状を呈する閉塞プレート１６６と接続プレ
ート１６８が、スペーサプレート１７０を挟んで重ね合
わされてなる構造をもって、一体的に形成されている。
【０００６】 接続プレート１６８には、インクノズル
部材１４２のオリフィスプレート１５０に形成された通
孔１５６及びオリフィス孔１５８に対応する位置に、第
一の連通用開口部１７２及び第二の連通用開口部１７４
が、それぞれ形成されている。尚、第一の連通用開口部
１７２は、通孔１５６と略同一乃至若干大きめの内径と
されている一方、第二の連通用開口部１７４は、オリフ
ィス孔１５８よりも所定寸法大径とされている。
部材１４２のオリフィスプレート１５０に形成された通
孔１５６及びオリフィス孔１５８に対応する位置に、第
一の連通用開口部１７２及び第二の連通用開口部１７４
が、それぞれ形成されている。尚、第一の連通用開口部
１７２は、通孔１５６と略同一乃至若干大きめの内径と
されている一方、第二の連通用開口部１７４は、オリフ
ィス孔１５８よりも所定寸法大径とされている。
【０００７】 又、スペーサプレート１７０には、長手
矩形状の窓部１７６が、複数個、形成されている。そし
て、それら各窓部１７６に対して、接続プレート１６８
に設けられた各一つの第一の連通用開口部１７２及び第
二の連通用開口部１７４が開口せしめられるように、か
かるスペーサプレート１７０が、接続プレート１６８に
対して重ね合わされている。
矩形状の窓部１７６が、複数個、形成されている。そし
て、それら各窓部１７６に対して、接続プレート１６８
に設けられた各一つの第一の連通用開口部１７２及び第
二の連通用開口部１７４が開口せしめられるように、か
かるスペーサプレート１７０が、接続プレート１６８に
対して重ね合わされている。
【０００８】 更に、このスペーサプレート１７０にお
ける、接続プレート１６８が重ね合わされた側とは反対
側の面には、閉塞プレート１６６が重ね合わされてお
り、この閉塞プレート１６６にて、窓部１７６の開口が
覆蓋されている。それによって、かかるセラミックス基
体１４４の内部には、第一及び第二の連通用開口部１７
２，１７４を通じて外部に連通されたキャビティ１４６
が、形成されている。
ける、接続プレート１６８が重ね合わされた側とは反対
側の面には、閉塞プレート１６６が重ね合わされてお
り、この閉塞プレート１６６にて、窓部１７６の開口が
覆蓋されている。それによって、かかるセラミックス基
体１４４の内部には、第一及び第二の連通用開口部１７
２，１７４を通じて外部に連通されたキャビティ１４６
が、形成されている。
【０００９】 しかしながら、そのような圧電／電歪膜
型アクチュエータ１４５にあっては、より大きな液滴を
打ち出せるように大きな変位を得るためには、キャビテ
ィ１４６の上壁部である振動板を形成する閉塞プレート
１６６の厚さを薄く、又、矩形状のキャビティ１４６の
短手方向の幅を広くするのが有効であるが、そうすると
剛性が低下して高速応答性が損なわれるという問題があ
った。
型アクチュエータ１４５にあっては、より大きな液滴を
打ち出せるように大きな変位を得るためには、キャビテ
ィ１４６の上壁部である振動板を形成する閉塞プレート
１６６の厚さを薄く、又、矩形状のキャビティ１４６の
短手方向の幅を広くするのが有効であるが、そうすると
剛性が低下して高速応答性が損なわれるという問題があ
った。
【００１０】 より優れた高速応答性を得るために剛性
を高めるには閉塞プレート１６６の厚さを厚くして、
又、長手矩形状の窓部１７６（キャビティ１４６）の短
手方向の幅を狭くするのが有効であるが、閉塞プレート
１６６が厚いことは即ち振動板が厚くなり、変位が小さ
くなり必要量の液滴を打ち出せないという問題が生じ
た。即ち、圧電／電歪アクチュエータの更なる高性能化
の要求の中で、寸法の最適化のみによって大変位と高速
応答性を両立させていくことは困難であった。
を高めるには閉塞プレート１６６の厚さを厚くして、
又、長手矩形状の窓部１７６（キャビティ１４６）の短
手方向の幅を狭くするのが有効であるが、閉塞プレート
１６６が厚いことは即ち振動板が厚くなり、変位が小さ
くなり必要量の液滴を打ち出せないという問題が生じ
た。即ち、圧電／電歪アクチュエータの更なる高性能化
の要求の中で、寸法の最適化のみによって大変位と高速
応答性を両立させていくことは困難であった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】 これらの問題を解決
すべく、本出願人は圧電／電歪膜と電極膜とを層状に複
数積層してなる圧電／電歪素子が基体上に設けられた圧
電／電歪膜型アクチュエータを提案している（国際出願
番号ＰＣＴ／ＪＰ０２／０２２９０）。提案したアクチ
ュエータは、キャビティ４６を有するセラミックス基体
４４の上に、電極膜７３，７５，７７と複数（２層）の
圧電／電歪膜７９とを積層した圧電／電歪素子７８が設
けられた図７に示す圧電／電歪膜型アクチュエータ７１
と同様のものである。圧電／電歪素子７８は、圧電／電
歪膜が１層だけの圧電／電歪素子と比較して、より高い
剛性が得られることから応答速度が高められ、又、複数
の圧電／電歪膜で駆動されるので、全体として大きな発
生力が得られ、高剛性でありながら相対的に大きな変位
を得ることが出来る。それが故に、例えばインクジェッ
トプリントヘッドとして応用した場合に、より高速に必
要量の液滴を吐出することが可能である。
すべく、本出願人は圧電／電歪膜と電極膜とを層状に複
数積層してなる圧電／電歪素子が基体上に設けられた圧
電／電歪膜型アクチュエータを提案している（国際出願
番号ＰＣＴ／ＪＰ０２／０２２９０）。提案したアクチ
ュエータは、キャビティ４６を有するセラミックス基体
４４の上に、電極膜７３，７５，７７と複数（２層）の
圧電／電歪膜７９とを積層した圧電／電歪素子７８が設
けられた図７に示す圧電／電歪膜型アクチュエータ７１
と同様のものである。圧電／電歪素子７８は、圧電／電
歪膜が１層だけの圧電／電歪素子と比較して、より高い
剛性が得られることから応答速度が高められ、又、複数
の圧電／電歪膜で駆動されるので、全体として大きな発
生力が得られ、高剛性でありながら相対的に大きな変位
を得ることが出来る。それが故に、例えばインクジェッ
トプリントヘッドとして応用した場合に、より高速に必
要量の液滴を吐出することが可能である。
【００１２】 本発明は、上記先の提案を補い充足する
ものである。即ち、上記先の提案に示した圧電／電歪膜
と電極膜とを複数積層した圧電／電歪素子において、圧
電／電歪膜と電極膜とを積層した後に一括焼成して作製
する場合には、焼成中に圧電／電歪膜の表面、即ち最上
層の圧電／電歪膜が、図７に示す圧電／電歪膜型アクチ
ュエータ７１に表す分解部８０の如く、部分的に分解し
て異相を生成し絶縁耐圧が低くなり易いという改善すべ
き課題があることがわかってきた。
ものである。即ち、上記先の提案に示した圧電／電歪膜
と電極膜とを複数積層した圧電／電歪素子において、圧
電／電歪膜と電極膜とを積層した後に一括焼成して作製
する場合には、焼成中に圧電／電歪膜の表面、即ち最上
層の圧電／電歪膜が、図７に示す圧電／電歪膜型アクチ
ュエータ７１に表す分解部８０の如く、部分的に分解し
て異相を生成し絶縁耐圧が低くなり易いという改善すべ
き課題があることがわかってきた。
【００１３】 より具体的には、例えば代表的な圧電材
料であるＰＺＴの場合、焼成中に成分の中で蒸気圧の高
いＰｂが蒸発してＰＺＴ結晶が分解し、Ｚｒ及びＴｉを
多く含むガラスライクな（ＰＺＴと異なる）物質が残る
クレーター状の痕跡となる。このような箇所は圧電／電
歪膜の膜厚が薄い上に、誘電率の異なる物質が存在する
ことから、分極時や駆動電圧印加時に電界集中を生じて
絶縁破壊に至り易い、即ち、絶縁耐圧を低下させる原因
となる。
料であるＰＺＴの場合、焼成中に成分の中で蒸気圧の高
いＰｂが蒸発してＰＺＴ結晶が分解し、Ｚｒ及びＴｉを
多く含むガラスライクな（ＰＺＴと異なる）物質が残る
クレーター状の痕跡となる。このような箇所は圧電／電
歪膜の膜厚が薄い上に、誘電率の異なる物質が存在する
ことから、分極時や駆動電圧印加時に電界集中を生じて
絶縁破壊に至り易い、即ち、絶縁耐圧を低下させる原因
となる。
【００１４】 又、セラミックス基体に最も近い最下層
の圧電／電歪膜は、焼成収縮時に、セラミックス基体
（閉塞プレート）による収縮阻害の抵抗を最も受け、加
えて焼成後の冷却時にも熱膨張収縮差によるセラミック
ス基体（閉塞プレート）からの熱応力を最も受ける結
果、本来の圧電性能の発揮が阻害され屈曲変位の発現が
抑制されてしまうという課題があることも明らかになっ
てきた。そこで、これらを解決する必要が生じ、本発明
が導き出された。
の圧電／電歪膜は、焼成収縮時に、セラミックス基体
（閉塞プレート）による収縮阻害の抵抗を最も受け、加
えて焼成後の冷却時にも熱膨張収縮差によるセラミック
ス基体（閉塞プレート）からの熱応力を最も受ける結
果、本来の圧電性能の発揮が阻害され屈曲変位の発現が
抑制されてしまうという課題があることも明らかになっ
てきた。そこで、これらを解決する必要が生じ、本発明
が導き出された。
【００１５】 従って、本発明の目的とするところは、
上記課題を解決することにあり、換言すれば、絶縁耐圧
が低くなり易い点を解決し、屈曲変位の発現を、より有
効に発現することが可能な圧電／電歪膜型アクチュエー
タを提供することにある。課題解決のため、圧電／電歪
素子を構成する複数の圧電／電歪膜の厚さに着目し研究
を重ねた結果、以下に示す手段により、上記目的が達成
されることが見出された。
上記課題を解決することにあり、換言すれば、絶縁耐圧
が低くなり易い点を解決し、屈曲変位の発現を、より有
効に発現することが可能な圧電／電歪膜型アクチュエー
タを提供することにある。課題解決のため、圧電／電歪
素子を構成する複数の圧電／電歪膜の厚さに着目し研究
を重ねた結果、以下に示す手段により、上記目的が達成
されることが見出された。
【００１６】
【課題を解決するための手段】 即ち、本発明によれ
ば、セラミックス基体とセラミックス基体上に設けられ
圧電／電歪膜と電極膜とを有する圧電／電歪素子とを備
え、圧電／電歪素子の変位により駆動する圧電／電歪膜
型アクチュエータであって、圧電／電歪素子は、その最
上層及び最下層が電極膜になるように、圧電／電歪膜と
電極膜とが交互に積層され、圧電／電歪膜が２層備わ
り、２層の圧電／電歪膜に挟まれた界面には圧電／電歪
膜を構成する圧電／電歪材料が分解した異相を含むポア
が無く、且つ、２層の圧電／電歪膜は下層より上層が厚
く形成されていることを特徴とする圧電／電歪膜型アク
チュエータが提供される。
ば、セラミックス基体とセラミックス基体上に設けられ
圧電／電歪膜と電極膜とを有する圧電／電歪素子とを備
え、圧電／電歪素子の変位により駆動する圧電／電歪膜
型アクチュエータであって、圧電／電歪素子は、その最
上層及び最下層が電極膜になるように、圧電／電歪膜と
電極膜とが交互に積層され、圧電／電歪膜が２層備わ
り、２層の圧電／電歪膜に挟まれた界面には圧電／電歪
膜を構成する圧電／電歪材料が分解した異相を含むポア
が無く、且つ、２層の圧電／電歪膜は下層より上層が厚
く形成されていることを特徴とする圧電／電歪膜型アク
チュエータが提供される。
【００１７】 本発明においては、上層の圧電／電歪膜
の厚さｔUと下層の圧電／電歪膜の厚さｔBとが次の２式
の少なくとも何れかを満たすことが好ましい。
の厚さｔUと下層の圧電／電歪膜の厚さｔBとが次の２式
の少なくとも何れかを満たすことが好ましい。
【００１８】
【数１】ｔU≧ｔB×1．1
【００１９】
【数２】ｔU≧ｔB＋１（μｍ)
【００２０】 又、本発明の圧電／電歪膜型アクチュエ
ータは、セラミックス基体の内部にはキャビティが形成
され、圧電／電歪素子の変位により、圧電／電歪素子と
接合した振動板（キャビティの上壁部）を変形させて、
キャビティを加圧せしめる態様をとることが可能であ
る。この場合、振動板の厚さｔWと上層の圧電／電歪膜
の厚さｔUと下層の圧電／電歪膜の厚さｔBとが次式（数
３）を満たすことが好ましい。尚、振動板の厚さｔWは
５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３
〜１２μｍである。
ータは、セラミックス基体の内部にはキャビティが形成
され、圧電／電歪素子の変位により、圧電／電歪素子と
接合した振動板（キャビティの上壁部）を変形させて、
キャビティを加圧せしめる態様をとることが可能であ
る。この場合、振動板の厚さｔWと上層の圧電／電歪膜
の厚さｔUと下層の圧電／電歪膜の厚さｔBとが次式（数
３）を満たすことが好ましい。尚、振動板の厚さｔWは
５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは３
〜１２μｍである。
【００２１】
【数３】ｔU＋ｔB≧２×ｔW
【００２２】 このような本発明の圧電／電歪膜型アク
チュエータは、インクジェットプリンタに備わるプリン
タヘッドのインクポンプとして、好適に使用され得る。
チュエータは、インクジェットプリンタに備わるプリン
タヘッドのインクポンプとして、好適に使用され得る。
【００２３】 加えて、本発明の圧電／電歪膜型アクチ
ュエータにおいては、上層乃至下層の圧電／電歪膜の１
層あたりの厚さが１５μｍ以下であることが好ましい。
より好ましくは３〜１０μｍである。又、圧電／電歪膜
の少なくとも１層が、電気泳動堆積法により形成される
ことが、より好ましい。更に、２以上の複数の圧電／電
歪素子が、同一のセラミックス基体上に配列されてなる
ことが好ましい。
ュエータにおいては、上層乃至下層の圧電／電歪膜の１
層あたりの厚さが１５μｍ以下であることが好ましい。
より好ましくは３〜１０μｍである。又、圧電／電歪膜
の少なくとも１層が、電気泳動堆積法により形成される
ことが、より好ましい。更に、２以上の複数の圧電／電
歪素子が、同一のセラミックス基体上に配列されてなる
ことが好ましい。
【００２４】 又、上記した如く、セラミックス基体の
内部にキャビティが形成され、圧電／電歪素子が振動板
を変形させて、キャビティを加圧せしめる機構を付与し
たときに、セラミックス基体は、複数層の薄板を集成し
てなることが好ましい。より好ましくは、セラミックス
基体を、２〜３層の薄板を集成して得ることである。
内部にキャビティが形成され、圧電／電歪素子が振動板
を変形させて、キャビティを加圧せしめる機構を付与し
たときに、セラミックス基体は、複数層の薄板を集成し
てなることが好ましい。より好ましくは、セラミックス
基体を、２〜３層の薄板を集成して得ることである。
【００２５】 次に、本発明によれば、セラミックス基
体とセラミックス基体上に設けられ圧電／電歪膜と電極
膜とを有する圧電／電歪素子とを備え、セラミックス基
体の内部にはキャビティが形成され、圧電／電歪素子の
変位により、圧電／電歪素子と接合した振動板を変形さ
せて、キャビティを加圧せしめる圧電／電歪膜型アクチ
ュエータの製造方法であって、少なくとも１枚のグリー
ンシートと、少なくとも１個の孔部が形成された１枚若
しくは複数枚のグリーンシートとからなり、孔部の形成
されていない少なくとも１枚のグリーンシートを外表面
にして積層したグリーンシート積層体を用意し、グリー
ンシート積層体を焼成してセラミックス積層体を得る工
程Ａと、得られたセラミックス積層体の外表面に膜形成
法により下部の電極膜を形成し焼成する工程Ｂと、下部
の電極膜の上に膜形成法により下層の圧電／電歪膜を形
成し、下層の圧電／電歪膜の上に膜形成法により中間の
電極膜を形成し、中間の電極膜の上に膜形成法により下
層の圧電／電歪膜より厚い上層の圧電／電歪膜を形成す
る工程Ｃと、積層した圧電／電歪膜及び中間の電極膜を
一括焼成する工程Ｄと、上層の圧電／電歪膜の上に膜形
成法により上部の電極膜を形成して焼成する工程Ｅと、
を有することを特徴とする圧電／電歪膜型アクチュエー
タの製造方法が提供される。
体とセラミックス基体上に設けられ圧電／電歪膜と電極
膜とを有する圧電／電歪素子とを備え、セラミックス基
体の内部にはキャビティが形成され、圧電／電歪素子の
変位により、圧電／電歪素子と接合した振動板を変形さ
せて、キャビティを加圧せしめる圧電／電歪膜型アクチ
ュエータの製造方法であって、少なくとも１枚のグリー
ンシートと、少なくとも１個の孔部が形成された１枚若
しくは複数枚のグリーンシートとからなり、孔部の形成
されていない少なくとも１枚のグリーンシートを外表面
にして積層したグリーンシート積層体を用意し、グリー
ンシート積層体を焼成してセラミックス積層体を得る工
程Ａと、得られたセラミックス積層体の外表面に膜形成
法により下部の電極膜を形成し焼成する工程Ｂと、下部
の電極膜の上に膜形成法により下層の圧電／電歪膜を形
成し、下層の圧電／電歪膜の上に膜形成法により中間の
電極膜を形成し、中間の電極膜の上に膜形成法により下
層の圧電／電歪膜より厚い上層の圧電／電歪膜を形成す
る工程Ｃと、積層した圧電／電歪膜及び中間の電極膜を
一括焼成する工程Ｄと、上層の圧電／電歪膜の上に膜形
成法により上部の電極膜を形成して焼成する工程Ｅと、
を有することを特徴とする圧電／電歪膜型アクチュエー
タの製造方法が提供される。
【００２６】 本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータ
の製造方法においては、上層の圧電／電歪膜の厚さｔU
と下層の圧電／電歪膜の厚さｔBとが、上記の式（数１
乃至数２）を満たすことが好ましい。
の製造方法においては、上層の圧電／電歪膜の厚さｔU
と下層の圧電／電歪膜の厚さｔBとが、上記の式（数１
乃至数２）を満たすことが好ましい。
【００２７】 又、圧電／電歪膜及び電極膜を、１層あ
たり複数回の膜形成法を施して形成することが出来る。
又、膜形成法として、スクリーン印刷法、ディッピング
法、塗布法、電気泳動堆積法の群から選ばれる少なくと
も一の厚膜形成法を用いることが出来る。例えば、圧電
／電歪膜の膜形成法として、初回にスクリーン印刷法を
用い、２回目以降に電気泳動堆積法を用いることも好ま
しい。
たり複数回の膜形成法を施して形成することが出来る。
又、膜形成法として、スクリーン印刷法、ディッピング
法、塗布法、電気泳動堆積法の群から選ばれる少なくと
も一の厚膜形成法を用いることが出来る。例えば、圧電
／電歪膜の膜形成法として、初回にスクリーン印刷法を
用い、２回目以降に電気泳動堆積法を用いることも好ま
しい。
【００２８】 本発明の製造方法により得られる圧電／
電歪膜型アクチュエータは、インクジェットプリンタに
備わるプリンタヘッドのインクポンプとして好適に用い
ることが可能である。
電歪膜型アクチュエータは、インクジェットプリンタに
備わるプリンタヘッドのインクポンプとして好適に用い
ることが可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の圧電／電歪膜型
アクチュエータ及び製造方法について実施の形態を具体
的に説明するが、本発明は、これらに限定されて解釈さ
れるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにお
いて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改
良を加え得るものである。
アクチュエータ及び製造方法について実施の形態を具体
的に説明するが、本発明は、これらに限定されて解釈さ
れるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにお
いて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改
良を加え得るものである。
【００３０】 先ず、本発明にかかる圧電／電歪膜型ア
クチュエータについて説明する。圧電／電歪素子の変位
により駆動する圧電／電歪膜型アクチュエータの構造
は、セラミックス基体と、そのセラミックス基体上に設
けられた圧電／電歪素子からなり、更に、その圧電／電
歪素子は、圧電／電歪膜と電極膜とから構成される。
クチュエータについて説明する。圧電／電歪素子の変位
により駆動する圧電／電歪膜型アクチュエータの構造
は、セラミックス基体と、そのセラミックス基体上に設
けられた圧電／電歪素子からなり、更に、その圧電／電
歪素子は、圧電／電歪膜と電極膜とから構成される。
【００３１】 本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータ
においては、圧電／電歪素子が、その最上層及び最下層
が電極膜になるように、圧電／電歪膜と電極膜とが交互
に積層されていて、圧電／電歪膜を２層有し、その２層
の圧電／電歪膜に挟まれた界面には圧電／電歪膜を構成
する圧電／電歪材料が分解した異相を含むポアが無く、
且つ、その２層の圧電／電歪膜は下層より上層が厚く形
成されていることに特徴を有する。
においては、圧電／電歪素子が、その最上層及び最下層
が電極膜になるように、圧電／電歪膜と電極膜とが交互
に積層されていて、圧電／電歪膜を２層有し、その２層
の圧電／電歪膜に挟まれた界面には圧電／電歪膜を構成
する圧電／電歪材料が分解した異相を含むポアが無く、
且つ、その２層の圧電／電歪膜は下層より上層が厚く形
成されていることに特徴を有する。
【００３２】 下層の圧電／電歪膜より上層の圧電／電
歪膜が厚く形成されていることにより、上層の（より厚
い）圧電／電歪膜の焼成中に生じ易い分解部が存在して
も十分な絶縁性を維持することが出来る。又、セラミッ
クス基体（閉塞プレート）に近い下層の（より薄い）圧
電／電歪膜が、焼成収縮時に、セラミックス基体による
収縮阻害の抵抗を受け、あるいは、焼成後の冷却時にも
熱膨張収縮差によるセラミックス基体からの熱応力を最
も大きく受ける結果、本来の圧電性能の発揮が阻害され
て上層に比較して性能低下していても、膜厚が薄いこと
から駆動時の電界が相対的に高まり、圧電性能の性能低
下を補って、大きな屈曲変位を発現することが可能であ
る。
歪膜が厚く形成されていることにより、上層の（より厚
い）圧電／電歪膜の焼成中に生じ易い分解部が存在して
も十分な絶縁性を維持することが出来る。又、セラミッ
クス基体（閉塞プレート）に近い下層の（より薄い）圧
電／電歪膜が、焼成収縮時に、セラミックス基体による
収縮阻害の抵抗を受け、あるいは、焼成後の冷却時にも
熱膨張収縮差によるセラミックス基体からの熱応力を最
も大きく受ける結果、本来の圧電性能の発揮が阻害され
て上層に比較して性能低下していても、膜厚が薄いこと
から駆動時の電界が相対的に高まり、圧電性能の性能低
下を補って、大きな屈曲変位を発現することが可能であ
る。
【００３３】 下層より上層が厚いという点において、
好ましい条件は、上層の圧電／電歪膜の厚さｔUと下層
の圧電／電歪膜の厚さｔBとが、上記式（数１乃至数
２）を満たすことである。
好ましい条件は、上層の圧電／電歪膜の厚さｔUと下層
の圧電／電歪膜の厚さｔBとが、上記式（数１乃至数
２）を満たすことである。
【００３４】 又、本発明の圧電／電歪膜型アクチュエ
ータにおいては、セラミックス基体の内部にキャビティ
を形成し、圧電／電歪素子の変位により、圧電／電歪素
子と接合した振動板を変形させて、キャビティを加圧せ
しめる態様をとることが出来る。振動板はキャビティの
上壁部に相当し、通常は閉塞プレートにより形成され
る。この場合、振動板の厚さｔWと上層の圧電／電歪膜
の厚さｔUと下層の圧電／電歪膜の厚さｔBとが上記式
（数３）を満たすことが好ましい。又、振動板の厚さｔ
Wは５０μｍ以下であることが好ましい。より好ましく
は３〜１２μｍである。
ータにおいては、セラミックス基体の内部にキャビティ
を形成し、圧電／電歪素子の変位により、圧電／電歪素
子と接合した振動板を変形させて、キャビティを加圧せ
しめる態様をとることが出来る。振動板はキャビティの
上壁部に相当し、通常は閉塞プレートにより形成され
る。この場合、振動板の厚さｔWと上層の圧電／電歪膜
の厚さｔUと下層の圧電／電歪膜の厚さｔBとが上記式
（数３）を満たすことが好ましい。又、振動板の厚さｔ
Wは５０μｍ以下であることが好ましい。より好ましく
は３〜１２μｍである。
【００３５】 更に、本発明の圧電／電歪膜型アクチュ
エータにおいては、圧電／電歪膜の１層当たりの厚さ
を、例えば１５μｍ以下（より詳細に例示すれば上層が
９μｍ、下層が８μｍ）と薄くした膜状の圧電／電歪素
子とすることが出来る。そして、積層することによっ
て、１層当たりの厚さが同じで、圧電／電歪膜が１層だ
けの圧電／電歪素子と比較すると、屈曲変位する部分
に、より高い剛性が得られる結果、応答速度が高まり、
又、２層の圧電／電歪膜が駆動されるので、より大きな
発生力が得られ、高剛性でありながら相対的に大きな変
位を得ることが出来る。又、圧電／電歪素子トータルの
厚さが同じで、１層当たりの厚さが厚い、圧電／電歪膜
が１層だけの圧電／電歪素子と比較すると、同一駆動電
圧でも電界強度が高くなり、相対的により大きな変位と
発生力を得ることが出来る。
エータにおいては、圧電／電歪膜の１層当たりの厚さ
を、例えば１５μｍ以下（より詳細に例示すれば上層が
９μｍ、下層が８μｍ）と薄くした膜状の圧電／電歪素
子とすることが出来る。そして、積層することによっ
て、１層当たりの厚さが同じで、圧電／電歪膜が１層だ
けの圧電／電歪素子と比較すると、屈曲変位する部分
に、より高い剛性が得られる結果、応答速度が高まり、
又、２層の圧電／電歪膜が駆動されるので、より大きな
発生力が得られ、高剛性でありながら相対的に大きな変
位を得ることが出来る。又、圧電／電歪素子トータルの
厚さが同じで、１層当たりの厚さが厚い、圧電／電歪膜
が１層だけの圧電／電歪素子と比較すると、同一駆動電
圧でも電界強度が高くなり、相対的により大きな変位と
発生力を得ることが出来る。
【００３６】 以下、本発明の圧電／電歪膜型アクチュ
エータを、図面を参照しながら、詳細に説明する。
エータを、図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００３７】 先ず、圧電／電歪膜型アクチュエータの
実施態様を例示して説明する。図１、図２、及び図６
は、本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータにかかる実
施態様の一例を示す断面図であり、図３は、本発明の圧
電／電歪膜型アクチュエータの構造を説明するための分
解斜視図である。
実施態様を例示して説明する。図１、図２、及び図６
は、本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータにかかる実
施態様の一例を示す断面図であり、図３は、本発明の圧
電／電歪膜型アクチュエータの構造を説明するための分
解斜視図である。
【００３８】 図２に示す圧電／電歪膜型アクチュエー
タ２１は、セラミックス基体４４と、セラミックス基体
４４と一体的に形成された圧電／電歪素子７８からな
る。又、セラミックス基体４４は、薄い平板状の閉塞プ
レート６６と接続プレート６８とが、スペーサプレート
７０を介して重ね合わせられる構造を呈している。
タ２１は、セラミックス基体４４と、セラミックス基体
４４と一体的に形成された圧電／電歪素子７８からな
る。又、セラミックス基体４４は、薄い平板状の閉塞プ
レート６６と接続プレート６８とが、スペーサプレート
７０を介して重ね合わせられる構造を呈している。
【００３９】 接続プレート６８には、連通用孔部７
２，７４が形成されている。又、スペーサプレート７０
には、図３に示すように、水平断面形状が概ね矩形であ
る開口部７６が複数個形成されている。そして、各々の
開口部７６に対して、連通用孔部７２，７４がそれぞれ
開口するように、スペーサプレート７０が接続プレート
６８に重ね合わせられる。
２，７４が形成されている。又、スペーサプレート７０
には、図３に示すように、水平断面形状が概ね矩形であ
る開口部７６が複数個形成されている。そして、各々の
開口部７６に対して、連通用孔部７２，７４がそれぞれ
開口するように、スペーサプレート７０が接続プレート
６８に重ね合わせられる。
【００４０】 スペーサプレート７０において、接続プ
レート６８が重ね合わさる面と反対側の面には、閉塞プ
レート６６が重ね合わせられていて、この閉塞プレート
６６がスペーサプレート７０の開口部７６を覆蓋してい
る。このようにして、セラミックス基体４４の内部に
は、図２に示すような連通用孔部７２，７４を通じて外
部と連通するキャビティ４６が、同一のセラミックス基
体内部に複数個形成されている。
レート６８が重ね合わさる面と反対側の面には、閉塞プ
レート６６が重ね合わせられていて、この閉塞プレート
６６がスペーサプレート７０の開口部７６を覆蓋してい
る。このようにして、セラミックス基体４４の内部に
は、図２に示すような連通用孔部７２，７４を通じて外
部と連通するキャビティ４６が、同一のセラミックス基
体内部に複数個形成されている。
【００４１】 図１に示す圧電／電歪膜型アクチュエー
タ１１は、上記した圧電／電歪膜型アクチュエータ２１
から接続プレート６８を省いた構造をなしている。即
ち、圧電／電歪膜型アクチュエータ１１はセラミックス
の薄板を２層重ねてなり、圧電／電歪膜型アクチュエー
タ２１はセラミックスの薄板を３層重ねてなる基体を有
している。
タ１１は、上記した圧電／電歪膜型アクチュエータ２１
から接続プレート６８を省いた構造をなしている。即
ち、圧電／電歪膜型アクチュエータ１１はセラミックス
の薄板を２層重ねてなり、圧電／電歪膜型アクチュエー
タ２１はセラミックスの薄板を３層重ねてなる基体を有
している。
【００４２】 圧電／電歪膜型アクチュエータ１１，２
１は、上記したセラミックス基体４４の閉塞プレート６
６の外面には、好ましくは複数個備わるキャビティ４６
に対応する位置に、それぞれ圧電／電歪素子７８が複数
個設けられている。圧電／電歪素子７８は、閉塞プレー
ト６６上に、下から順に、下部の電極膜７７、下層の圧
電／電歪膜７９、中間の電極膜７３、下層より厚い上層
の圧電／電歪膜７９、上部の電極膜７５からなり、膜形
成法によって形成される。
１は、上記したセラミックス基体４４の閉塞プレート６
６の外面には、好ましくは複数個備わるキャビティ４６
に対応する位置に、それぞれ圧電／電歪素子７８が複数
個設けられている。圧電／電歪素子７８は、閉塞プレー
ト６６上に、下から順に、下部の電極膜７７、下層の圧
電／電歪膜７９、中間の電極膜７３、下層より厚い上層
の圧電／電歪膜７９、上部の電極膜７５からなり、膜形
成法によって形成される。
【００４３】 このような構造の圧電／電歪膜型アクチ
ュエータ１１，２１において、下から奇数番目の電極膜
（下部の電極膜７７と上部の電極膜７５）と偶数番目の
電極膜（中間の電極膜７３）との間に従来と同様に通電
すれば、それぞれの圧電／電歪膜７９に電界作用が生
じ、その電界に基づき圧電／電歪膜７９の電界誘起歪み
が誘起されて、その横効果によってセラミックス基体４
４に垂直方向の屈曲変位や発生力が発現せしめられる。
ュエータ１１，２１において、下から奇数番目の電極膜
（下部の電極膜７７と上部の電極膜７５）と偶数番目の
電極膜（中間の電極膜７３）との間に従来と同様に通電
すれば、それぞれの圧電／電歪膜７９に電界作用が生
じ、その電界に基づき圧電／電歪膜７９の電界誘起歪み
が誘起されて、その横効果によってセラミックス基体４
４に垂直方向の屈曲変位や発生力が発現せしめられる。
【００４４】 図６は圧電／電歪膜型アクチュエータ６
１の断面図である。圧電／電歪膜型アクチュエータ６１
は、セラミックス基体４４と、セラミックス基体４４と
一体的に形成された圧電／電歪素子７８からなり、スク
リーン印刷手法を用いて製造されたものであり、スクリ
ーン印刷工程における圧電／電歪材料のペーストの流動
性により、短手方向のパターン端へ近づくに従い膜厚が
薄くなっている。又、圧電／電歪膜型アクチュエータ１
１，２１と同様に、２層の圧電／電歪膜７９を有し、上
層の圧電／電歪膜７９が下層の圧電／電歪膜７９より厚
く形成されている。上層の圧電／電歪膜７９の厚さｔU
と下層の圧電／電歪膜７９の厚さｔBとの好ましい関係
は、上記式（数１乃至数２）を満たすものであり、上記
圧電／電歪膜型アクチュエータ１１，２１においても同
様である。
１の断面図である。圧電／電歪膜型アクチュエータ６１
は、セラミックス基体４４と、セラミックス基体４４と
一体的に形成された圧電／電歪素子７８からなり、スク
リーン印刷手法を用いて製造されたものであり、スクリ
ーン印刷工程における圧電／電歪材料のペーストの流動
性により、短手方向のパターン端へ近づくに従い膜厚が
薄くなっている。又、圧電／電歪膜型アクチュエータ１
１，２１と同様に、２層の圧電／電歪膜７９を有し、上
層の圧電／電歪膜７９が下層の圧電／電歪膜７９より厚
く形成されている。上層の圧電／電歪膜７９の厚さｔU
と下層の圧電／電歪膜７９の厚さｔBとの好ましい関係
は、上記式（数１乃至数２）を満たすものであり、上記
圧電／電歪膜型アクチュエータ１１，２１においても同
様である。
【００４５】 上層の圧電／電歪膜７９が下層の圧電／
電歪膜７９より厚く形成されている態様が好ましい理由
は、第１に、上層膜厚を厚くすることにより、絶縁抵抗
を高く保つことが出来るからである。第２に、下層膜厚
を上層膜厚より薄くすることにより、例え下層の圧電／
電歪膜が本来の圧電性能の発揮が阻害され性能低下して
いても、同一駆動電圧で一括に駆動する際に、より下層
には上層よりも高い駆動電界を作用させて、その性能低
下を補うことで、より高い屈曲変位を得ることが出来る
からである。
電歪膜７９より厚く形成されている態様が好ましい理由
は、第１に、上層膜厚を厚くすることにより、絶縁抵抗
を高く保つことが出来るからである。第２に、下層膜厚
を上層膜厚より薄くすることにより、例え下層の圧電／
電歪膜が本来の圧電性能の発揮が阻害され性能低下して
いても、同一駆動電圧で一括に駆動する際に、より下層
には上層よりも高い駆動電界を作用させて、その性能低
下を補うことで、より高い屈曲変位を得ることが出来る
からである。
【００４６】 圧電／電歪膜型アクチュエータ１１，２
１，６１のように、２層の圧電／電歪膜７９を含む全５
層に積層することによって、水平方向の幅に対して垂直
方向の高さの比が大きい、所謂高アスペクト比の圧電／
電歪素子を形成することが容易になる。高アスペクト比
の圧電／電歪素子では、屈曲変位する部分に高い剛性が
得られることにより応答速度が高まり、又、複数の圧電
／電歪膜が駆動されるので、全体として大きな発生力が
得られ、高剛性でありながら相対的に大きな変位を得る
ことが出来る。
１，６１のように、２層の圧電／電歪膜７９を含む全５
層に積層することによって、水平方向の幅に対して垂直
方向の高さの比が大きい、所謂高アスペクト比の圧電／
電歪素子を形成することが容易になる。高アスペクト比
の圧電／電歪素子では、屈曲変位する部分に高い剛性が
得られることにより応答速度が高まり、又、複数の圧電
／電歪膜が駆動されるので、全体として大きな発生力が
得られ、高剛性でありながら相対的に大きな変位を得る
ことが出来る。
【００４７】 尚、本発明においては、アクチュエータ
や、その構成要素である各膜の形状や配置は特に限定さ
れるわけでなく、用途に合わせて如何なる形状及び配置
であっても構わない。形状は、三角形、四角形等の多角
形や、円、楕円等の円形だけでなく、格子状等の特殊形
状であってもよい。用途がインクジェットプリンタのプ
リントヘッドのインクポンプである場合には、例えば、
概ね矩形であり同じ形の複数のキャビティ及び圧電／電
歪素子が、同一の基体において一定間隔で同一方向に向
けて配列されることが好ましい。
や、その構成要素である各膜の形状や配置は特に限定さ
れるわけでなく、用途に合わせて如何なる形状及び配置
であっても構わない。形状は、三角形、四角形等の多角
形や、円、楕円等の円形だけでなく、格子状等の特殊形
状であってもよい。用途がインクジェットプリンタのプ
リントヘッドのインクポンプである場合には、例えば、
概ね矩形であり同じ形の複数のキャビティ及び圧電／電
歪素子が、同一の基体において一定間隔で同一方向に向
けて配列されることが好ましい。
【００４８】 次いで、本発明の圧電／電歪膜型アクチ
ュエータを構成する各要素について形状、材料等を、個
別具体的に説明する。
ュエータを構成する各要素について形状、材料等を、個
別具体的に説明する。
【００４９】 先ず、セラミックス基体について説明す
る。図２に示す圧電／電歪膜型アクチュエータ２１にお
いて、セラミックス基体４４は、可撓性を有する基板状
の部材であって、表面に配設した圧電／電歪素子７８の
変位を受けて撓み、例えば、キャビティ４６が変形し
て、その内部に圧力変動が生じる。セラミックス基体４
４の形状や材料は、可撓性を有し、撓み変形によって破
損しない程度の機械的強度を有するものであれば足り、
適宜選択することが出来る。
る。図２に示す圧電／電歪膜型アクチュエータ２１にお
いて、セラミックス基体４４は、可撓性を有する基板状
の部材であって、表面に配設した圧電／電歪素子７８の
変位を受けて撓み、例えば、キャビティ４６が変形し
て、その内部に圧力変動が生じる。セラミックス基体４
４の形状や材料は、可撓性を有し、撓み変形によって破
損しない程度の機械的強度を有するものであれば足り、
適宜選択することが出来る。
【００５０】 セラミックス基体４４において、キャビ
ティ４６の上壁部が振動板となる閉塞プレート６６の板
厚は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３〜１
２μｍ程度である。又、接続プレート６８の板厚は、好
ましくは１０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上で
あり、更に、スペーサプレート７０の板厚は、５０μｍ
以上とすることが好ましい。セラミックス基体の形状と
して、特に矩形形状に限られるものではなく、円形でも
構わず、三角形等の四角形以外の多角形でも構わない。
ティ４６の上壁部が振動板となる閉塞プレート６６の板
厚は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３〜１
２μｍ程度である。又、接続プレート６８の板厚は、好
ましくは１０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上で
あり、更に、スペーサプレート７０の板厚は、５０μｍ
以上とすることが好ましい。セラミックス基体の形状と
して、特に矩形形状に限られるものではなく、円形でも
構わず、三角形等の四角形以外の多角形でも構わない。
【００５１】 セラミックス基体を構成する材料として
は、セラミックスを用いることが出来、例えば、酸化ジ
ルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒
化アルミニウム、窒化珪素を、好適に使用出来る。又、
酸化ジルコニウムの中でも、完全安定化酸化ジルコニウ
ムを主成分とする材料と部分安定化酸化ジルコニウムを
主成分とする材料は、薄肉としても機械的強度が大きい
こと、靭性が高いこと、圧電／電歪膜や電極膜の材料と
の反応性が小さいことから最も好適に採用される。
は、セラミックスを用いることが出来、例えば、酸化ジ
ルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒
化アルミニウム、窒化珪素を、好適に使用出来る。又、
酸化ジルコニウムの中でも、完全安定化酸化ジルコニウ
ムを主成分とする材料と部分安定化酸化ジルコニウムを
主成分とする材料は、薄肉としても機械的強度が大きい
こと、靭性が高いこと、圧電／電歪膜や電極膜の材料と
の反応性が小さいことから最も好適に採用される。
【００５２】 次に、圧電／電歪素子について説明す
る。
る。
【００５３】 圧電／電歪素子は、少なくとも圧電／電
歪膜と、圧電／電歪膜に電圧を印加させるための一対の
電極膜とからなるものであり、図２に示す圧電／電歪膜
型アクチュエータ２１においては、下層より上層が厚く
形成された２層の圧電／電歪膜７９と、それらを挟むよ
うに、下部の電極膜７７、中間の電極膜７３、上部の電
極膜７５から構成されている。
歪膜と、圧電／電歪膜に電圧を印加させるための一対の
電極膜とからなるものであり、図２に示す圧電／電歪膜
型アクチュエータ２１においては、下層より上層が厚く
形成された２層の圧電／電歪膜７９と、それらを挟むよ
うに、下部の電極膜７７、中間の電極膜７３、上部の電
極膜７５から構成されている。
【００５４】 図２に示す圧電／電歪膜型アクチュエー
タ２１の如く、圧電／電歪素子７８は、セラミックス基
体４４の外面側に形成するほうがキャビティ４６内をよ
り大きく圧力変動させ駆動させることが出来る点におい
て、又、作製し易い点において、好ましいが、必ずしも
限定されるわけではなく、セラミックス基体４４内のキ
ャビティ４６内面側に形成してもよく、双方に形成して
もよい。
タ２１の如く、圧電／電歪素子７８は、セラミックス基
体４４の外面側に形成するほうがキャビティ４６内をよ
り大きく圧力変動させ駆動させることが出来る点におい
て、又、作製し易い点において、好ましいが、必ずしも
限定されるわけではなく、セラミックス基体４４内のキ
ャビティ４６内面側に形成してもよく、双方に形成して
もよい。
【００５５】 圧電／電歪膜の材料としては、圧電若し
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、半導体や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。
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、半導体や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。
【００５６】 具体的な材料としては、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、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、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系）、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
マス等を単独、混合物あるいは固溶体として含有するセ
ラミックスが挙げられる。特に、高い電気機械結合係数
と圧電定数を有し、圧電／電歪膜の焼結時におけるセラ
ミックス基体との反応性が小さく、安定した組成のもの
が得られる点おいて、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ
系）、及び、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）を主
成分とする材料、若しくは、チタン酸ナトリウムビスマ
スを主成分とする材料が好適に用いられる。
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、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、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系）、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
マス等を単独、混合物あるいは固溶体として含有するセ
ラミックスが挙げられる。特に、高い電気機械結合係数
と圧電定数を有し、圧電／電歪膜の焼結時におけるセラ
ミックス基体との反応性が小さく、安定した組成のもの
が得られる点おいて、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ
系）、及び、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）を主
成分とする材料、若しくは、チタン酸ナトリウムビスマ
スを主成分とする材料が好適に用いられる。
【００５７】 圧電／電歪膜の１層当たりの厚さは、よ
り低電圧で大きな変位を得ることが出来るように薄いこ
とが好ましく、１５μｍ以下で設計される。より好まし
くは３〜１０μｍ程度である。
り低電圧で大きな変位を得ることが出来るように薄いこ
とが好ましく、１５μｍ以下で設計される。より好まし
くは３〜１０μｍ程度である。
【００５８】 圧電／電歪素子の電極膜の材料について
は、室温で固体であり、後述する製造工程に示す焼成温
度程度の高温酸化雰囲気に耐えられ、導電性に優れた金
属で構成されていることが好ましい。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、鉛等の金属単体、若しくは、これらの
合金が用いられ、更に、これらに圧電／電歪膜、あるい
は、上記したセラミックス基体と同じ材料を分散させた
サーメット材料を用いてもよい。
は、室温で固体であり、後述する製造工程に示す焼成温
度程度の高温酸化雰囲気に耐えられ、導電性に優れた金
属で構成されていることが好ましい。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、鉛等の金属単体、若しくは、これらの
合金が用いられ、更に、これらに圧電／電歪膜、あるい
は、上記したセラミックス基体と同じ材料を分散させた
サーメット材料を用いてもよい。
【００５９】 電極膜が厚いと、少なからず圧電／電歪
素子の変位を低下させる要因ともなるので、例えば、図
２に示す本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータ２１に
おいて、上部の電極膜７５及び中間の電極膜７３につい
ては、焼成後に緻密でより薄い膜が得られる有機金属ペ
ースト、例えば、金レジネートペースト、白金レジネー
トペースト、銀レジネートペースト等の材料を用いるこ
とが好ましい。
素子の変位を低下させる要因ともなるので、例えば、図
２に示す本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータ２１に
おいて、上部の電極膜７５及び中間の電極膜７３につい
ては、焼成後に緻密でより薄い膜が得られる有機金属ペ
ースト、例えば、金レジネートペースト、白金レジネー
トペースト、銀レジネートペースト等の材料を用いるこ
とが好ましい。
【００６０】 電極膜の厚さは、アクチュエータとして
駆動させる変位量を確保するために薄いことが好まし
い。通常は１５μｍ以下で設計され、より好ましくは５
μｍ以下である。
駆動させる変位量を確保するために薄いことが好まし
い。通常は１５μｍ以下で設計され、より好ましくは５
μｍ以下である。
【００６１】 続いて、本発明の圧電／電歪膜型アクチ
ュエータの製造方法について説明する。
ュエータの製造方法について説明する。
【００６２】 本発明にかかる圧電／電歪膜型アクチュ
エータの製造方法では、セラミックス基体についてはグ
リーンシート積層法を用いて製造し、圧電／電歪素子は
膜形成法を用いて製造する。セラミックス基体と圧電／
電歪素子との接合信頼性はアクチュエータの特性を左右
する非常に重要なポイントであるが、グリーンシート積
層法によれば、セラミックス基体を一体的に成形するこ
とが可能であり、圧電／電歪素子との接合部の経時的な
状態変化が殆ど生じないため、その接合部位の信頼性が
高く剛性確保が容易である。
エータの製造方法では、セラミックス基体についてはグ
リーンシート積層法を用いて製造し、圧電／電歪素子は
膜形成法を用いて製造する。セラミックス基体と圧電／
電歪素子との接合信頼性はアクチュエータの特性を左右
する非常に重要なポイントであるが、グリーンシート積
層法によれば、セラミックス基体を一体的に成形するこ
とが可能であり、圧電／電歪素子との接合部の経時的な
状態変化が殆ど生じないため、その接合部位の信頼性が
高く剛性確保が容易である。
【００６３】 以下、より詳細に、図２に側面断面を表
す圧電／電歪膜型アクチュエータ２１を作製する場合を
例にとり、セラミックス積層体の製造方法から順を追っ
て説明する。
す圧電／電歪膜型アクチュエータ２１を作製する場合を
例にとり、セラミックス積層体の製造方法から順を追っ
て説明する。
【００６４】 先ず、酸化ジルコニウム等のセラミック
ス粉末にバインダ、溶剤、分散剤、可塑剤等を添加混合
してスラリーを作製する。そして、これを脱泡処理した
後、リバースロールコーター法、ドクターブレード法等
の方法を用いて、所定の厚さを有するグリーンシートを
得る。
ス粉末にバインダ、溶剤、分散剤、可塑剤等を添加混合
してスラリーを作製する。そして、これを脱泡処理した
後、リバースロールコーター法、ドクターブレード法等
の方法を用いて、所定の厚さを有するグリーンシートを
得る。
【００６５】 次いで、得られたグリーンシートを、金
型による打抜加工、レーザー加工等の方法により、主と
して焼成後に閉塞プレート６６（図３参照）となるグリ
ーンシートＡと、長方形状の開口部７６を少なくとも１
個形成され焼成後にスペーサプレート７０（図３参照）
となるグリーンシートＢと、連通用孔部７２，７４が少
なくとも１個ずつ形成され焼成後に接続プレート６８
（図３参照）となるグリーンシートＣとを得る。連通用
孔部７２，７４の形状は、例えば、インクジェットプリ
ンタのプリンタヘッドのインクポンプとして用いる場合
には、図３に示すように、連通用孔部７２，７４毎に個
別に外部空間と連通せしめる概ね開口断面が円形の孔部
とする。グリーンシートＢにおいて開口部７６は後のキ
ャビティ４６に対応し、これを複数個形成することによ
り複数個のアクチュエータを一度に得ることが可能とな
る。
型による打抜加工、レーザー加工等の方法により、主と
して焼成後に閉塞プレート６６（図３参照）となるグリ
ーンシートＡと、長方形状の開口部７６を少なくとも１
個形成され焼成後にスペーサプレート７０（図３参照）
となるグリーンシートＢと、連通用孔部７２，７４が少
なくとも１個ずつ形成され焼成後に接続プレート６８
（図３参照）となるグリーンシートＣとを得る。連通用
孔部７２，７４の形状は、例えば、インクジェットプリ
ンタのプリンタヘッドのインクポンプとして用いる場合
には、図３に示すように、連通用孔部７２，７４毎に個
別に外部空間と連通せしめる概ね開口断面が円形の孔部
とする。グリーンシートＢにおいて開口部７６は後のキ
ャビティ４６に対応し、これを複数個形成することによ
り複数個のアクチュエータを一度に得ることが可能とな
る。
【００６６】 次いで、グリーンシートＡとグリーンシ
ートＣとの間に、少なくとも１個の開口部７６が形成さ
れた少なくとも１枚のグリーンシートＢとを積層して、
グリーンシート積層体を作製する。そして、得られたグ
リーンシート積層体を、例えば１２００〜１６００℃程
度の温度で焼成しセラミックス積層体を得る。
ートＣとの間に、少なくとも１個の開口部７６が形成さ
れた少なくとも１枚のグリーンシートＢとを積層して、
グリーンシート積層体を作製する。そして、得られたグ
リーンシート積層体を、例えば１２００〜１６００℃程
度の温度で焼成しセラミックス積層体を得る。
【００６７】 続いて、圧電／電歪素子の製造方法につ
いて説明する。
いて説明する。
【００６８】 本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータ
の製造方法においては、圧電／電歪素子の製造にかか
り、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、電気
泳動堆積法等の厚膜形成法、又は、イオンビーム法、ス
パッタリング法、真空蒸着、イオンプレーティング法、
化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、メッキ等の薄膜形成法を用
いることが出来る。これら膜形成法により、セラミック
ス積層体の表面に圧電／電歪素子を形成すれば、接着剤
を用いることなく圧電／電歪素子とセラミックス基体と
を一体的に接合、配設することが出来る結果、高い信頼
性が確保される。尚、圧電／電歪膜については、圧電セ
ラミックスの粒子を主成分とするペーストやスラリー、
又は、サスペンションやエマルション、ゾル等を用いて
圧電／電歪膜を形成し、良好な作動特性が得られること
から、より好ましくは厚膜形成法を用いる。
の製造方法においては、圧電／電歪素子の製造にかか
り、スクリーン印刷法、ディッピング法、塗布法、電気
泳動堆積法等の厚膜形成法、又は、イオンビーム法、ス
パッタリング法、真空蒸着、イオンプレーティング法、
化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、メッキ等の薄膜形成法を用
いることが出来る。これら膜形成法により、セラミック
ス積層体の表面に圧電／電歪素子を形成すれば、接着剤
を用いることなく圧電／電歪素子とセラミックス基体と
を一体的に接合、配設することが出来る結果、高い信頼
性が確保される。尚、圧電／電歪膜については、圧電セ
ラミックスの粒子を主成分とするペーストやスラリー、
又は、サスペンションやエマルション、ゾル等を用いて
圧電／電歪膜を形成し、良好な作動特性が得られること
から、より好ましくは厚膜形成法を用いる。
【００６９】 より具体的には、例えばスクリーン印刷
法により、得られたセラミックス積層体の表面の所定位
置に下部の電極膜７７を印刷し、焼成する。次いで、下
層の圧電／電歪膜７９を印刷し、中間の電極７３を印刷
してから、更に、下層より厚くなるように上層の圧電／
電歪膜７９を印刷した後に、所定の温度で焼成する。そ
の後に上部の電極７５を印刷、焼成して圧電／電歪素子
７８を形成する。この後に、電極膜を駆動回路に接続す
るための電極リードを印刷、焼成する。尚、圧電／電歪
膜及び電極膜の焼成温度は、これを構成する材料によっ
て適宜定められるが、一般には、８００〜１４００℃で
ある。
法により、得られたセラミックス積層体の表面の所定位
置に下部の電極膜７７を印刷し、焼成する。次いで、下
層の圧電／電歪膜７９を印刷し、中間の電極７３を印刷
してから、更に、下層より厚くなるように上層の圧電／
電歪膜７９を印刷した後に、所定の温度で焼成する。そ
の後に上部の電極７５を印刷、焼成して圧電／電歪素子
７８を形成する。この後に、電極膜を駆動回路に接続す
るための電極リードを印刷、焼成する。尚、圧電／電歪
膜及び電極膜の焼成温度は、これを構成する材料によっ
て適宜定められるが、一般には、８００〜１４００℃で
ある。
【００７０】 もし下層の圧電／電歪膜７９と上層の圧
電／電歪膜７９とを個別に焼成した場合には下層の圧電
／電歪膜７９の表面に、局所的に圧電／電歪膜を構成す
る圧電／電歪材料の分解した異相を含む凹部が生じ、最
終的に圧電／電歪膜の内部にポアとして残留してしま
う。しかし本発明の如く下層及び上層の圧電／電歪膜７
９と中間の電極７３とを一括焼成することにより、圧電
／電歪膜の内部に圧電／電歪材料の分解した異相を含む
ポアが残存することを回避出来る。
電／電歪膜７９とを個別に焼成した場合には下層の圧電
／電歪膜７９の表面に、局所的に圧電／電歪膜を構成す
る圧電／電歪材料の分解した異相を含む凹部が生じ、最
終的に圧電／電歪膜の内部にポアとして残留してしま
う。しかし本発明の如く下層及び上層の圧電／電歪膜７
９と中間の電極７３とを一括焼成することにより、圧電
／電歪膜の内部に圧電／電歪材料の分解した異相を含む
ポアが残存することを回避出来る。
【００７１】 スクリーン印刷手法を用いて本発明の圧
電／電歪膜型アクチュエータを製造する場合には、スク
リーン印刷工程における圧電／電歪材料のペーストの流
動性により、具体的には先に説明した図６に示す圧電／
電歪膜型アクチュエータ６１の如く、短手方向のパター
ン端へ近づくに従い膜厚が薄くなるような形態となる。
電／電歪膜型アクチュエータを製造する場合には、スク
リーン印刷工程における圧電／電歪材料のペーストの流
動性により、具体的には先に説明した図６に示す圧電／
電歪膜型アクチュエータ６１の如く、短手方向のパター
ン端へ近づくに従い膜厚が薄くなるような形態となる。
【００７２】 又、圧電／電歪膜７９の焼成工程におい
て、圧電／電歪膜が短手方向に収縮するために、図８の
如く閉塞プレート６６の中央部がキャビティ４６の方向
へ屈曲した形状をとることがある。
て、圧電／電歪膜が短手方向に収縮するために、図８の
如く閉塞プレート６６の中央部がキャビティ４６の方向
へ屈曲した形状をとることがある。
【００７３】 更に、圧電／電歪膜７９の上部と下部と
の焼成収縮開始タイミングや焼成収縮量、更には閉塞プ
レート６６の形状を調整することにより、図９の如く閉
塞プレート６６がＷ字形状とすることが出来る。このよ
うな形状は、図８の如き単純形状に比較して、屈曲変位
を発現し易い。この理由は定かでないが、圧電／電歪膜
が焼成収縮する際の歪みが開放され易く、圧電／電歪材
料の特性を劣化させる残留応力が低減されるためである
可能性が考えられる。
の焼成収縮開始タイミングや焼成収縮量、更には閉塞プ
レート６６の形状を調整することにより、図９の如く閉
塞プレート６６がＷ字形状とすることが出来る。このよ
うな形状は、図８の如き単純形状に比較して、屈曲変位
を発現し易い。この理由は定かでないが、圧電／電歪膜
が焼成収縮する際の歪みが開放され易く、圧電／電歪材
料の特性を劣化させる残留応力が低減されるためである
可能性が考えられる。
【００７４】 圧電／電歪膜７９の短手方向の寸法が２
００μｍ以下と短い場合には、図１０の如く、電極層を
下層から上層へ行くに従い、幅を広くすることでも、や
はり上部に形成される圧電／電歪膜のほうが、下部に形
成される圧電／電歪膜より大きく歪むようにすることが
出来、曲げ効率を高め、屈曲変位をより有効に発現する
ことが出来る（図１０においてＷＥ１＜ＷＥ２＜ＷＥ
３）。幅を広くする量は、電界分布を考慮して最適化す
ることが望ましく、例えば下層乃至上層の圧電／電歪膜
７９の層厚の２倍程度が好適である。
００μｍ以下と短い場合には、図１０の如く、電極層を
下層から上層へ行くに従い、幅を広くすることでも、や
はり上部に形成される圧電／電歪膜のほうが、下部に形
成される圧電／電歪膜より大きく歪むようにすることが
出来、曲げ効率を高め、屈曲変位をより有効に発現する
ことが出来る（図１０においてＷＥ１＜ＷＥ２＜ＷＥ
３）。幅を広くする量は、電界分布を考慮して最適化す
ることが望ましく、例えば下層乃至上層の圧電／電歪膜
７９の層厚の２倍程度が好適である。
【００７５】 但し、圧電／電歪膜型アクチュエータの
駆動電圧を高めることにより大きな屈曲変位を得る場合
には、図１１、図１２の如く、電極膜７３の幅と電極膜
７５、７７の幅との差を変えることが望ましい（図１１
においてＷＥ１，ＷＥ３＜ＷＥ２、図１２においてＷＥ
２＜ＷＥ１，ＷＥ３）。こうすることで、圧電／電歪膜
７９の層厚が薄くなり易い短手方向端部近傍で電界が加
わることを回避する効果を得られる。
駆動電圧を高めることにより大きな屈曲変位を得る場合
には、図１１、図１２の如く、電極膜７３の幅と電極膜
７５、７７の幅との差を変えることが望ましい（図１１
においてＷＥ１，ＷＥ３＜ＷＥ２、図１２においてＷＥ
２＜ＷＥ１，ＷＥ３）。こうすることで、圧電／電歪膜
７９の層厚が薄くなり易い短手方向端部近傍で電界が加
わることを回避する効果を得られる。
【００７６】
【発明の効果】 以上、説明したように、本発明により
提供される圧電／電歪膜型アクチュエータは、２層の圧
電／電歪膜を有すること、及び、接着剤を用いて積層し
た構造を持たないこと等から、同一駆動電圧で大きな変
位が得られ、応答速度が速く、発生力が大きい、優れた
特性を備えるアクチュエータである。加えて、２層の圧
電／電歪膜のうち上層の圧電／電歪膜をより厚くしてい
るので絶縁抵抗を高く保つことが出来、長期にわたる信
頼性が高められており、又、下層の圧電／電歪膜を上層
より薄くしていることから、下層の圧電／電歪膜におい
て例え本来の屈曲変位の発現が抑制されていても、同一
の駆動電圧で一括に駆動する際には、上層の圧電／電歪
膜よりも高い駆動電界が作用し、相対的により高い屈曲
変位が得られるようになっており、２層の圧電／電歪膜
を有し一括焼成して得られるアクチュエータが抱えてい
た問題点を解決している。
提供される圧電／電歪膜型アクチュエータは、２層の圧
電／電歪膜を有すること、及び、接着剤を用いて積層し
た構造を持たないこと等から、同一駆動電圧で大きな変
位が得られ、応答速度が速く、発生力が大きい、優れた
特性を備えるアクチュエータである。加えて、２層の圧
電／電歪膜のうち上層の圧電／電歪膜をより厚くしてい
るので絶縁抵抗を高く保つことが出来、長期にわたる信
頼性が高められており、又、下層の圧電／電歪膜を上層
より薄くしていることから、下層の圧電／電歪膜におい
て例え本来の屈曲変位の発現が抑制されていても、同一
の駆動電圧で一括に駆動する際には、上層の圧電／電歪
膜よりも高い駆動電界が作用し、相対的により高い屈曲
変位が得られるようになっており、２層の圧電／電歪膜
を有し一括焼成して得られるアクチュエータが抱えてい
た問題点を解決している。
【００７７】 本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータ
は、変位制御素子、個体素子モータ、インクジェットヘ
ッド、リレー、スイッチ、シャッター、ポンプ、フィン
等として利用することが出来、特にインクジェットプリ
ンタに用いられるプリントヘッドのインクポンプとして
好適に利用することが可能である。
は、変位制御素子、個体素子モータ、インクジェットヘ
ッド、リレー、スイッチ、シャッター、ポンプ、フィン
等として利用することが出来、特にインクジェットプリ
ンタに用いられるプリントヘッドのインクポンプとして
好適に利用することが可能である。
【図１】 本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータの一
実施態様を示す断面図である。
実施態様を示す断面図である。
【図２】 本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータの他
の実施態様を示す断面図である。
の実施態様を示す断面図である。
【図３】 本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータの構
造を説明するための分解斜視図である。
造を説明するための分解斜視図である。
【図４】 従来のアクチュエータの一例を示す断面図で
ある。
ある。
【図５】 従来のアクチュエータの一例を示す図で、図
４のＡＡ’断面図である。
４のＡＡ’断面図である。
【図６】 本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータの更
に他の実施態様を示す断面図である。
に他の実施態様を示す断面図である。
【図７】 従来の圧電／電歪膜型アクチュエータの他の
一例を示す断面図である。
一例を示す断面図である。
【図８】 本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータの実
際の形状例を示す図であり、圧電／電歪膜の短手方向か
ら見た断面図である。
際の形状例を示す図であり、圧電／電歪膜の短手方向か
ら見た断面図である。
【図９】 本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータの実
際の形状例を示す図であり、圧電／電歪膜の短手方向か
ら見た断面図である。
際の形状例を示す図であり、圧電／電歪膜の短手方向か
ら見た断面図である。
【図１０】 本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータの
実際の形状例を示す図であり、圧電／電歪膜の短手方向
から見た断面図である。
実際の形状例を示す図であり、圧電／電歪膜の短手方向
から見た断面図である。
【図１１】 本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータの
実際の形状例を示す図であり、圧電／電歪膜の短手方向
から見た断面図である。
実際の形状例を示す図であり、圧電／電歪膜の短手方向
から見た断面図である。
【図１２】 本発明の圧電／電歪膜型アクチュエータの
実際の形状例を示す図であり、圧電／電歪膜の短手方向
から見た断面図である。
実際の形状例を示す図であり、圧電／電歪膜の短手方向
から見た断面図である。
１１，２１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１
１，１２１…圧電／電歪膜型アクチュエータ、４４，１
４４…セラミックス基体、４６，１４６…キャビティ、
６６，１６６…閉塞プレート、６８，１６８…接続プレ
ート、７０，１７０…スペーサプレート、７２，７４…
連通用孔部、７３，７５，７７，１７３，１７５，１７
７…電極膜、７６…開口部、７８，１７８…圧電／電歪
素子、７９，１７９…圧電／電歪膜、８０…分解部、１
４０…インクジェットプリントヘッド、１４２…インク
ノズル部材、１５０…オリフィスプレート、１５４…ノ
ズル孔、１５６…通孔、１５８…オリフィス孔、１７２
…第一の連通用孔部、１７４…第二の連通用孔部、１７
６…窓部。
１，１２１…圧電／電歪膜型アクチュエータ、４４，１
４４…セラミックス基体、４６，１４６…キャビティ、
６６，１６６…閉塞プレート、６８，１６８…接続プレ
ート、７０，１７０…スペーサプレート、７２，７４…
連通用孔部、７３，７５，７７，１７３，１７５，１７
７…電極膜、７６…開口部、７８，１７８…圧電／電歪
素子、７９，１７９…圧電／電歪膜、８０…分解部、１
４０…インクジェットプリントヘッド、１４２…インク
ノズル部材、１５０…オリフィスプレート、１５４…ノ
ズル孔、１５６…通孔、１５８…オリフィス孔、１７２
…第一の連通用孔部、１７４…第二の連通用孔部、１７
６…窓部。
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０１Ｌ 41/22 Ｂ４１Ｊ 3/04 １０３Ｈ
(72)発明者 武内 幸久
愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日
本碍子株式会社内
Ｆターム(参考） 2C057 AF51 AF65 AF93 AG44 AP02
AP14 AP53 AP54 AP55 AP58
AQ02 BA04 BA14
Claims (7)
- 【請求項１】 セラミックス基体と、前記セラミックス
基体上に設けられ圧電／電歪膜と電極膜とを有する圧電
／電歪素子と、を備え、前記圧電／電歪素子の変位によ
り駆動する圧電／電歪膜型アクチュエータであって、 前記圧電／電歪素子は、その最上層及び最下層が前記電
極膜になるように、前記圧電／電歪膜と前記電極膜とが
交互に積層され、 前記圧電／電歪膜が２層備わり、前記２層の圧電／電歪
膜に挟まれた界面には圧電／電歪膜を構成する圧電／電
歪材料が分解した異相を含むポアが無く、且つ、前記２
層の圧電／電歪膜は下層より上層が厚く形成されている
ことを特徴とする圧電／電歪膜型アクチュエータ。 - 【請求項２】 前記上層の圧電／電歪膜の厚さｔUと前
記下層の圧電／電歪膜の厚さｔBとが次式、 ｔU≧ｔB×1．1 乃至 ｔU≧ｔB＋１（μｍ) を満たす請求項１に記載の圧電／電歪膜型アクチュエー
タ。 - 【請求項３】 前記セラミックス基体の内部にはキャビ
ティが形成され、前記圧電／電歪素子の変位により、前
記圧電／電歪素子と接合した振動板を変形させて、前記
キャビティを加圧せしめる請求項１又は２に記載の圧電
／電歪膜型アクチュエータ。 - 【請求項４】 前記振動板の厚さｔWと前記上層の圧電
／電歪膜の厚さｔUと前記下層の圧電／電歪膜の厚さｔB
とが次式、 ｔU＋ｔB≧２×ｔW を満たす請求項３に記載の圧電／電歪膜型アクチュエー
タ。 - 【請求項５】 セラミックス基体と、前記セラミックス
基体上に設けられ圧電／電歪膜と電極膜とを有する圧電
／電歪素子と、を備え、 前記セラミックス基体の内部にはキャビティが形成さ
れ、前記圧電／電歪素子の変位により、前記圧電／電歪
素子と接合した振動板を変形させて、前記キャビティを
加圧せしめる圧電／電歪膜型アクチュエータの製造方法
であって、少なくとも１枚のグリーンシートと、少なく
とも１個の孔部が形成された１枚若しくは複数枚のグリ
ーンシートとからなり、孔部の形成されていない少なく
とも１枚のグリーンシートを外表面にして積層したグリ
ーンシート積層体を用意し、前記グリーンシート積層体
を焼成してセラミックス積層体を得る工程Ａと、 得られた前記セラミックス積層体の外表面に膜形成法に
より下部の電極膜を形成し焼成する工程Ｂと、 前記下部の電極膜の上に膜形成法により下層の圧電／電
歪膜を形成し、前記下層の圧電／電歪膜の上に膜形成法
により中間の電極膜を形成し、前記中間の電極膜の上に
膜形成法により前記下層の圧電／電歪膜より厚い上層の
圧電／電歪膜を形成する工程Ｃと、 前記積層した圧電／電歪膜及び中間の電極膜を一括焼成
する工程Ｄと、 前記上層の圧電／電歪膜の上に膜形成法により上部の電
極膜を形成して焼成する工程Ｅと、を有することを特徴
とする圧電／電歪膜型アクチュエータの製造方法。 - 【請求項６】 前記上層の圧電／電歪膜の厚さｔUと前
記下層の圧電／電歪膜の厚さｔBとが次式、 ｔU≧ｔB×1．1 乃至 ｔU≧ｔB＋１（μｍ) を満たす請求項５に記載の圧電／電歪膜型アクチュエー
タの製造方法。 - 【請求項７】 前記膜形成法として、スクリーン印刷
法、ディッピング法、塗布法、電気泳動堆積法の群から
選ばれる少なくとも一の厚膜形成法が用いられる請求項
５又は６に記載の圧電／電歪膜型アクチュエータの製造
方法。
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