JP2004260028A

JP2004260028A - 圧電アクチュエータおよびインクジェット記録ヘッド

Info

Publication number: JP2004260028A
Application number: JP2003050256A
Authority: JP
Inventors: Shin Ishikura; 慎石倉
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: JP4276862B2

Abstract

【課題】ランド部下の圧電セラミック層に電界が作用して変形するのを防止して変位精度を高め、かつ圧電セラミック層の破損を防止し、信頼性の高い圧電アクチュエータとインクジェット記録ヘッドを提供することである。
【解決手段】振動板８上に、共通電極２、厚さが１００μｍ以下の圧電セラミック層１および表面電極５とがこの順に積層され、前記表面電極５が圧電セラミック層１の表面に複数配列されたものであって、前記表面電極５が駆動部４と、この駆動部４の一端に接続された駆動電圧印加用のランド部３とを備え、このランド部３が電界遮断層７を介して前記圧電セラミック層１上に設けられた圧電アクチュエータ９であり、流路部材１１上に積層して記録ヘッド２０が形成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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加圧などに用いられる圧電アクチュエータおよびこれを利用した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、各種装置の小型化及び高精度化に伴い、微細な制御や応答を可能とする各種圧電アクチュエータの利用が拡大している。このような微細な圧電アクチュエータとしては、例えば、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、共通電極層２２、圧電セラミック層２１及び複数の表面電極２５を順次積層してなる駆動素子２６を、振動板２７上に具備する圧電アクチュエータ２８が挙げられる。表面電極２５はランド部２３と駆動部２４からなる。
インクジェット記録ヘッドの場合、複数のインク室２９（加圧室）およびインク吐出口３１を設けた流路部材３０上に圧電アクチュエータ２８が積層接着される。
【０００３】
このような圧電アクチュエータ２８では、圧電セラミック層２１を介して表面電極２５と共通電極層２２との間に電圧を作用させることにより、表面電極２５下の圧電セラミック層２１が面内に収縮し、圧電セラミック層２１と振動板２７との収縮差によって、表面電極２５、圧電セラミック層２１及び共通電極２２とともに振動板２７が屈曲変形するものである。これによって、インクジェット記録ヘッド４０では、インク室２９の体積が変化して、上記インク吐出孔３１よりインク滴を吐出させる。
【０００４】
また、従来の圧電アクチュエータ２８では振動板２７の変形を阻害しないように、表面電極２５を、変位にかかわる駆動部２４と、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配線を結線するランド部２３とに分けていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図２に示すような従来の圧電アクチュエータ２８では、表面電極２５に駆動電圧信号を印加した際に、表面電極２５下の圧電セラミック層２１が一律に収縮していた。
【０００６】
このように、駆動素子２６の駆動に直接関係の無いランド部２３と共通電極層２２とで挟まれる部分（図２（ｂ）に符号Ａで示す）の圧電セラミック層２１も同時に変形する。このとき、圧電セラミック層２１が十分に厚い場合には、表面電極２５と共通電極層２２との距離が長くなり、圧電セラミック層２１に作用する電界が弱くなるため、ランド部２３下の圧電セラミック層２１の変形が駆動素子２６及び振動板２７の変形に及ぼす影響は軽微なものである。
【０００７】
しかしながら、アクチュエータの微細化及び高効率化に伴って、圧電セラミック層２１は薄くなる傾向にある。このため、駆動電圧信号を印加した際に、圧電セラミック層２１に作用する電界の強度が高くなり、ランド部２３と共通電極層２２とで挟まれる部分Ａの圧電セラミック層２１の収縮変形によって駆動素子２６及び振動板２７の変位精度が低下する場合があった。
【０００８】
特に、インクジェット記録ヘッドのように、独立した表面電極２５を多数設けたアクチュエータ２８の場合、ランド部２３の面積やこのランド部２３への配線の結線等の形成状態が不均一であると、駆動素子２６の変位にばらつきが発生するという問題があった。
【０００９】
また、ランド部２３には樹脂配線基板やワイヤーボンディング等により、駆動信号電圧を印加する配線が結線される。しかし、結線時に、ランド部２３下の圧電セラミック層２１に応力が作用するため、圧電セラミック層２１が薄い場合、結線工程において圧電セラミック層２１が破損しやすいという問題があった。
【００１０】
さらに、長期間にわたって圧電アクチュエータ２８を繰り返し駆動すると、ランド部２３下の圧電セラミック層２１の変形によって、ランド部２３が疲労し、結線が劣化して電気抵抗が上昇したり、駆動部２４とランド部２３との間で表面電極２５が断線したり、ランド部２３が圧電セラミック層２１から剥離する場合等があり、著しい場合には断線によって駆動素子２６が停止するという問題があった。
【００１１】
また、インクジェット記録ヘッド４０のように、表面電極２５を高い集積度で多数使用する場合、隣接する表面電極２５毎に独立して駆動電圧信号を印加すると、相互に機械的変形や電界が影響しあうことにより、変位精度に影響を及ぼす、いわゆるクロストークの問題がある。このため、特にランド部２３から発生する電界や機械的変形が隣接する他の駆動素子２６に影響するのを抑制するために、隣接する駆動素子２６間の間隙を広くしなければならなかった。従って、駆動素子２６の集積度の高い小型高性能ヘッドを実現することは困難であった。
【００１２】
よって、本発明の主たる目的は、表面電極を構成する駆動部への駆動電圧を印加するためのランド部下の圧電セラミック層に電界が作用して変形するのを抑制し、変位精度を高めた圧電アクチュエータを提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、駆動部に駆動信号を印加するための配線をランド部に施す際に、圧電セラミック層に作用する負荷を軽減し、圧電セラミック層の破損を抑制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。
【００１４】
本発明の他の目的は、ランド部下の圧電セラミック層の疲労破壊やランド部の剥離を防ぎ、信頼性の高い圧電アクチュエータを提供することである。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は、インク滴吐出速度のばらつきやクロストークが抑制され、かつ長期信頼性に優れた小型高性能なインクジェット記録ヘッドを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は以下の構成からなる。
【００１７】
（１）振動板上に、共通電極、厚さが１００μｍ以下の圧電セラミック層および表面電極とがこの順に積層され、前記表面電極が圧電セラミック層の表面に複数配列されたものであって、前記表面電極が駆動部と、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、このランド部が電界遮断層を介して前記圧電セラミック層上に設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
（２）前記電界遮断層の比誘電率が、前記圧電セラミック層の比誘電率よりも小さいことを特徴とする前記（１）記載の圧電アクチュエータ。
（３）前記電界遮断層の比誘電率が５０以下であることを特徴とする前記（１）または（２）記載の圧電アクチュエータ。
（４）前記電界遮断層の厚さが０．１〜５μｍであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
（５）前記電界遮断層の表面で駆動部とランド部とが接続され、かつ電界遮断層は圧電セラミック層の変位部にほぼ隣接して設けられていることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
【００１８】
（６）前記（１）〜（６）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室が配列された流路部材上に、前記振動板を下にしてかつインク室と前記駆動部との位置を揃えて積層接着したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【００１９】
前記（１）〜（５）に記載の圧電アクチュエータによれば、駆動電圧印加用のランド部が電界遮断層を介して前記圧電セラミック層上に設けられているため、ランド部下では表面電極と共通電極層との間に印加される電圧のうち、電界遮断層にかかる電圧が大部分で、圧電セラミック層にかかる電圧はきわめて小さくなるため、このランド部下の圧電セラミック層に電界が作用して変形するのが抑制され、またランド部の変形は無視できる。このため、活性部下の圧電セラミック層が振動板の変位に影響を与えることが無くなり、変位精度が向上する。
【００２０】
また、駆動信号を印加するための配線をランド部に接合する際に、電界遮断層によって圧電セラミック層に作用する負荷が軽減されるため、圧電セラミック層の破損を防ぐことができる。
しかも、本発明の圧電アクチュエータではランド部下の圧電セラミック層の変形を抑止し、従来の圧電アクチュエータにおいて見られたランド部下の圧電セラミック層の疲労破壊や活性部の剥離を抑制することができる。
前記（６）に記載のインクジェット記録ヘッドによれば、インク滴吐出速度のばらつきやクロストークの発生が抑制される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明する。図１は本発明の圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェット記録ヘッドの一例を示しており、（ａ）はインクジェット記録ヘッドの一部破断斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。
このインク記録ヘッド２０はインクを通す流路部材１１の上面に圧電アクチュエータ９を積層接着したものである。圧電アクチュエータ９は、振動板８上に、共通電極層２、圧電セラミック層１、ランド部３と駆動部４とから成る表面電極５を順次積層して形成されている。ランド部３は圧電セラミック層上に電界遮断層７を介して設けられている。なお、圧電セラミック層１上に形成された駆動部４が、本発明の圧電アクチュエータの変位部４ａとなる。
【００２２】
流路部材１１は複数のインク室１０及びこのインク室１０に連通するインク吐出孔１２を備え、インク室１０上に対応する駆動部４が位置するように、流路部材１１の上面に圧電アクチュエータ９が積層され、接着等によって一体化されている。
圧電アクチュエータ９のランド部３と共通電極層２は配線基板１３（フレキシブル回路）の配線を介して駆動電圧信号を供給するドライブ回路（図示せず）とグランド電位に接続されている。
【００２３】
上記圧電アクチュエータ９において、圧電セラミック層１には、例えばチタン酸ジルコン酸鉛、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、亜鉛アンチモン酸鉛、ニッケルテルル酸鉛等から選ばれる少なくとも１種の複合酸化物を主成分とする圧電材料が使用される。圧電セラミック層１の厚さは１００μｍ以下、好ましくは５〜５０μｍである。
また、共通電極層２は、例えば銀、白金、銅、パラジウム又はこれらを主成分とする合金等からなり、厚さは約０．５〜３μｍであるのが良い。表面電極５のランド部３は、例えば金、銀、アルミニウム、パラジウム、ニッケル、クロム等からなり、厚さは約０．１〜２μｍであるのが良い。駆動部４としては、例えば金、銀、アルミニウム等からななり、厚さは約０．１〜１μｍであるのが良い。振動板８には圧電セラミック層１と同じ圧電材料を使用するのが好ましいが、これに限定されず、他のセラミックス材料を使用しても良い。
【００２４】
本発明のアクチュエータ９では、ランド部３にはんだ接合やワイヤーボンディングにより結線した配線を通じてアクチュエータ９を駆動する電圧信号を印加するが、ランド部３下に圧電セラミック層１よりも誘電率の低い材料からなる電界遮断層７を設けることにより、圧電セラミック層１に電界が及び難くなり、ランド部３下の圧電セラミック層１にひずみが発生し、圧電セラミック層１が変形するのを抑制することができる。
【００２５】
これによってランド部３につながるランド部４下の圧電セラミック層１が収縮変形する際に、従来のアクチュエータのようにランド部３下の圧電セラミック層１も変形し、振動板の変位精度に影響を及ぼすことを防ぎ、ランド部３の形成状態のばらつきに関わりなく圧電セラミック層１および振動板８の均一な変位量を確保できるようになる。
【００２６】
しかも、本発明のアクチュエータ９では、ランド部３下の圧電セラミック層１に電界が及びにくいために、駆動部４同士を近接して配置しても、相互に電界が影響を及ぼし合うことが無くなり、表面電極５，５間の距離を狭めることが可能となり、インクジェット記録ヘッド等に使用する場合に実装密度の高く、しかも信頼性の高い小型高性能アクチュエータを実現することができる。具体的には、表面電極５，５間の間隙は０．０１〜０．３ｍｍ、好ましくは０．０５〜０．１８ｍｍであるのがよい。
【００２７】
ランド部３下に設けられた電界遮断層７で効果的に電界を遮断するためには、前記電界遮断層７の比誘電率が、前記圧電セラミック層１の比誘電率よりも小さいことが好ましく、特に比誘電率が５０以下の材料を用いて電界遮断層７を形成することが好ましい。このような材料としては、例えばアルミニウム、硼素、アルカリ土類金属などから選ばれる少なくとも１種の金属酸化物を主成分とし、さらに必要に応じて窒化珪素などを含有したガラス膜、または窒化珪素、アルミナから選ばれる少なくとも１種の薄膜があげられる。
【００２８】
ここで、ガラス膜の場合、成分および組成は、ＳｉＯ_２が７０〜９９体積％、Ｂ_２Ｏ_３が０〜１０体積％、Ａｌ_２Ｏ_３が０〜１０体積％、アルカリ土類金属酸化物（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａの群から選ばれる少なくとも１種）が５〜３０体積％であることが望ましい。なお、本ガラス膜には、比誘電率を上げるために、圧電セラミック層１との共材としてＰｂやＢｉの金属酸化物を含有したり、圧電セラミック層と主成分が同一の粉体を混合してもよい。
【００２９】
圧電セラミック層１の表面には、セラミックスを構成する結晶粒に起因する凹凸が存在するが、上記電界遮断層７によって効果的に圧電セラミック層１の変形を防ぐ為には、電界遮断層７の厚さが０．１μｍ以上、好ましくは０．３μｍ以上であるのがよく、これによって圧電セラミック層１の表面凹凸を埋めることができる。一方、電界遮断層７の表面に形成される表面電極５が電界遮断層７の端部の段差で断線することを防ぐ為には、電界遮断層７の厚さを５μｍ以下、好ましくは４μｍ以下とするのがよい。
【００３０】
次に、図１（ａ）、（ｂ）に示す圧電アクチュエータ９とこれを用いたインクジェット記録ヘッドの製造方法について説明する。
まず、引き上げ法やドクターブレード法等によって、圧電セラミック層１および振動板８となる厚さ１０〜６０μｍ程度の圧電セラミックスのグリーンシートを、それぞれ離型剤を塗布したポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと称する）フィルムや紙等の支持体上に成形した後、所定の寸法に裁断する。
【００３１】
次に、裁断されたグリーンシートの半数には共通電極層２となる金属ペーストをスクリーン印刷法などによって形成し、ついで、金型などの冶具を用いて開口部等を含む所定の形状に加工する。上記金属ペーストとしては、銀、パラジウム、白金、銅などの微粉末の１種または２種以上の混合物をバインダー樹脂及び溶媒と共に混合したものを用いる。
【００３２】
裁断された上記グリーンシートの残りの半数と、上記共通電極層２を形成したグリーンシートとを共通電極層２を内側にして重ね合わせ、振動板８、共通電極層２および圧電セラミック層１の順からなる積層体を形成する。圧電セラミック層１となるグリーンシートを積層するにあたっては、６０〜１００℃の温度で３〜１０ＭＰａの圧力で熱圧着すれば良い。
【００３３】
上記積層体を３００℃の温度で脱脂した後、９００〜１１００℃の温度で焼成することにより焼結一体化する。しかる後、上記圧電セラミック層１の表面電極５形成位置の端部、すなわち圧電セラミック層１の変位部である駆動部４の形成位置に隣接して電界遮断層７を設ける。このとき、電界遮断層７は上記変位部４ａに高精度に隣接していることは必要でなく、わずかに変位部４ａと重複していてもよく、あるいは変位部４ａから少し離隔していてもよい。
【００３４】
この電界遮断層７は、スクリーン印刷法にてＳｉＯ_２を主成分とするガラスペースト膜を印刷した後に６００〜８００℃で焼結させるか、所定の開口部を設けた金属マスクで焼結体表面を覆った後に真空成膜法（例えば真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、分子線エピタキシー法、ＣＶＤ法など）によって窒化珪素やアルミナ等の膜を形成することによって得られる。
【００３５】
さらに、得られた電界遮断層７上に、所定のパターンで金属ペースト膜をスクリーン印刷法にて形成し、これを６００〜８００℃の温度で焼き付けて厚さ０．１〜２μｍの表面電極５のランド部３を形成する。
【００３６】
最後に、駆動部４が、圧電セラミック層１に設けられた開口部（図示せず）より露出した共通電極２の一部及び上記電界遮断層７上のランド部３と接続されるように、所定のパターンで金属ペースト膜をスクリーン印刷法にて形成し、これを５００〜７００℃で焼き付けることにより駆動部４を形成する。かくして本発明の圧電アクチュエータ９が得られる。
【００３７】
一方、流路部材１２は、厚さ３０〜１００μｍ程度の金属箔１４，１５，１６の積層体からなり、各金属箔１４，１５，１６にエッチングや金型による打ち抜き等によってインク室１０、インク吐出孔１１、インク流路１７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、鉄−ニッケル系合金箔、チタン箔などがあげられる。
【００３８】
上記アクチュエータ９の駆動部４と流路部材１２のインク室１０とが対応するように位置を揃えて、アクチュエータ９と流路部材１２とを接合し、さらにアクチュエータ９のランド部３に、グランド及び駆動信号配線をそれぞれ形成した配線基板１３を接合する。このとき、ランド部３下に電界遮断層７を設けることにより、駆動部４に配線する際に圧電セラミック層１に作用する荷重を緩和し、結線時に圧電セラミック層１が破損するのを抑制することができる。
【００３９】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４０】
（実施例）
図１に示すような圧電アクチュエータ９とこれを用いたインクジェット記録ヘッド２０を製作した。
まず、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする粒径が０．５〜３．０μｍの圧電セラミック粉体１００質量部に対し、アクリル系樹脂８質量部および純水２０質量部を添加し、平均粒径が１０ｍｍのセラミックボール２００質量部を用いたボールミルで３０時間混合した。得られたスラリーを用いて引き上げ法により厚さ３０μｍのＰＥＴフィルム上に、圧電セラミック層１となる厚さ３５〜３７μｍのグリーンシートを成形した。
【００４１】
次に、得られたグリーンシートをＰＥＴフィルムと共に５０ｍｍ×５０ｍｍに裁断して２枚１組に分類した後、２枚１組のうち１枚のグリーンシートの略全面に共通電極層２となる金属ペーストをスクリーン印刷法によって印刷し、乾燥機を用いて５０℃で２０分間乾燥させた。残りの１枚のグリーンシートには金型を用いて直径２００μｍの丸穴（スルーホール）を一箇所開口した。金属ペーストには、平均粒径が２〜４μｍの銀粉末とパラジウム粉末を７対３の比率で混合したものを有機ビヒクルに分散させたものを用いた。
【００４２】
そして、上記金属ペーストを印刷した面に、他の１枚のグリーンシートを重ね合わせた後、６０℃の温度で５ＭＰａの圧力を加えながら６０秒間保持することにより熱圧着してグリーンシートの積層体を形成した。しかる後、予め形成したスルーホール内に金属ペーストを充填し、乾燥機中で１００〜３００℃まで毎時８℃の昇温レートで２５時間加熱して脱脂した後，室温まで冷却し、さらに焼成炉でピーク温度１１００℃で２時間保持して焼成し、厚さ５８μｍ、比誘電率２５００の圧電セラミック層１を有する圧電セラミック積層板を得た。
【００４３】
次に、得られた圧電セラミック積層板表面の所定部位に、表１に示す成膜材料および成膜法を用いて同表に示す厚さおよび比誘電率を有する電界遮断層７を形成した。各サンプルの電界遮断層は以下の通りである。
【００４４】
サンプルＮｏ．１：平均粒径１μｍの前記ガラス粉に平均粒径２μｍのＡｌ_２Ｏ_３粉を総量に対して５体積％の割合で混合し、さらにこの混合物１００質量部に対してバインダー（セルロース樹脂）５質量部とテルピネオール４０質量部とを加えたガラスペーストを印刷し、ピーク温度７００℃の連続炉を３０分で通過させて焼き付けて電界遮断層を形成した。
サンプルＮｏ．２：平均粒径３μｍの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粉を、サンプルＮｏ．１で用いたガラス粉末の総量に対して１．３体積％の割合で混合したほかは、サンプルＮｏ．１と同様にして電界遮断層を形成した。
サンプルＮｏ．３：電界遮断層の形成部位以外を金属（Ａｌ）マスクで覆った後、スパッタリング法（ターゲット：Ａｌ_２Ｏ_３、スパッタガス：Ａｒ）にて電界遮断層を形成した。
サンプルＮｏ．４：電界遮断層を設けない対照である。
【００４５】
電界遮断層７を形成後、金属ペースト（金及びガラスフリットからなる）を上記電界遮断層７上に印刷し、ピーク温度６００℃の連続炉を３０分で通過させて厚さ３〜５μｍのランド部３を形成した。
【００４６】
共通電極層２と同じ金属を含有する金属ペーストで駆動部４を電界遮断層７上で前記ランド部３と接続するように印刷し、ピーク温度８００℃の連続炉を３０分で通過させて焼き付けし、厚さ０．２〜０．８μｍの駆動部４を形成させた。しかる後、ダイシングソーで外辺を切断し、外形３３ｍｍ×６ｍｍの圧電アクチュエータ９を得た。
【００４７】
一方、長さ２ｍｍ、幅０．１８ｍｍのインク室１０を、金型プレスを用いた打ち抜き加工によって形成した厚さ１００μｍの金属箔１４（ステンレス箔）と、該インク室１０に連通するインク流路１７及びインク吐出口１２をそれぞれエッチングや金型プレスを用いた打ち抜き加工によって形成した厚さ１００μｍ及び４０μｍのステンレス箔１５，１６を接着剤にて貼り合わせることにより流路部材１１を形成した。
【００４８】
次に、上記アクチュエータ９のランド部４と流路部材１２のインク室１０との位置を揃えてアクチュエータ９と流路部材１２とを接着剤によって接合した。しかる後、配線基板１３の接点上のハンダをランド部３に加圧しながら溶着させて接合することによりインクジェット記録ヘッド２０を得た。
【００４９】
しかる後、配線基板３２をランド部３にはんだ接合した。この時、ランド部３下の圧電セラミック層２１が破損するか否かを調べた。その結果を表１に示す。同表に示す「破損箇所数」は、アクチュエータ１個当りの圧電セラミック層１、２１の平均破損発生個数を示す。なお、アクチュエータ１個当りのランド部４の全個数は１９６個である。
【００５０】
次に、各インクジェット記録ヘッド２０，４０にそれぞれインクを導入し、配線基板１３及び３２を介して駆動信号電圧を印加することによりインク滴を吐出させながら、該駆動信号と同期させて高速度カメラによってインク滴の飛翔状態を観察し、インク滴吐出速度の測定を行うことにより、圧電アクチュエータ９、２８の性能比較を行った。その結果を表１に併せて示す。
【００５１】
表１に示す吐出性能は、各インクジェット記録ヘッド２０、４０において、それぞれ３０ヶ所の相隣接する表面電極５，２５に１ヶ所ずつ駆動信号電圧を印加した場合と、同時に駆動信号電圧を印加した場合とのそれぞれについて測定したインク滴吐出速度（単位：ｍ／秒）の平均値と幅（最大値−最小値）を示している。
【００５２】
また、各インクジェット記録ヘッドにおいて、圧電アクチュエータに連続して駆動信号電圧を印加し続けて、駆動部における配線基板の断線によるインク滴の未吐出部の個数を確認した。その結果を表１に示す。
【表１】

【００５３】
表１に示すように、サンプルＮｏ．１〜３の圧電アクチュエータでは、電界遮断層７を形成したことにより、配線基板１３の接合時にランド部３を加圧してもランド部３下の圧電セラミック層１が該電界遮断層７によって保護されているために、圧電セラミック層１の厚さが２８μｍと薄いにも拘らず、圧電セラミック層１の破損を防ぐことができた。
【００５４】
また、サンプルＮｏ．１〜３の圧電アクチュエータ９を用いたインクジェット記録ヘッド２０では、サンプルＮｏ．４に比べて、３０ヶ所の吐出速度のばらつき幅が小さかった。これは、電界遮断層７によりランド部３下の圧電セラミック層１の変形を防ぎ、各表面電極５下の圧電セラミック層１の変位が均一となったためである。
【００５５】
サンプルＮｏ．１〜３のインクジェット記録ヘッドでは、複数ヶ所を同時駆動しても相互作用により変位が低下したり、変位のばらつきが拡大することがなかった。これにより、いわゆるクロストークの少ないインクジェット記録ヘッドを実現できた。
【００５６】
さらに、表１に示すように、サンプルＮｏ．４のインクジェット記録ヘッドでは、駆動回数の増加に伴って、圧電セラミック層の表面からランドが剥離したり、電圧印加時にランド部下の圧電セラミック層の変形が強く、高い応力が発生して磁器が疲労破壊を起こす場合が見られた。これに対して、サンプルＮｏ．１〜３のインクジェット記録ヘッドでは、配線基板の断線によるインク滴の未吐出部は殆ど発生していない。これは、電界遮断層７下の圧電セラミック層１の変形を防ぐことにより、電界遮断層７を介して圧電セラミック層１とランド部３の密着が低下することを防ぎ、かつ、ランド部３下における圧電セラミック層の疲労破壊が防止されているためであり、また、特に、ガラス成分を含む電界遮断層７をランド部下に設けたサンプル１及び２では、ランド部３の圧電セラミック層１への密着が強まっているためと考えられる。これにより、長期信頼性の高いインクジェット記録ヘッドを実現することができた。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、圧電セラミック層の厚さを１００μｍ以下と薄くした高効率の圧電アクチュエータにおいて、駆動信号電圧をランド部へ印加するランド部下に電界遮断層を設けることにより、ランド部下の圧電セラミック層にかかる電圧がきわめて小さくなるため、このランド部下の圧電セラミック層に電界が作用して変形するのが抑制され、その結果、ランド部下の圧電セラミック層が振動板の変位に影響を与えることが無くなり、変位精度が向上するという効果がある。
また、ランド部に駆動信号を印加するための配線を接続する際に、電界遮断層によって圧電セラミック層に作用する負荷を軽減することができるので、圧電セラミック層の破損が防止される。
【００５８】
しかも、本発明の圧電アクチュエータではランド部下の圧電セラミック層の変形を抑止することにより、従来の圧電アクチュエータにおいて見られたランド部下の圧電セラミック層の疲労破壊やランド部の剥離を防止することができるため、圧電アクチュエータの信頼性が向上する。
【００５９】
さらに、上記圧電アクチュエータを用いる本発明のインクジェット記録ヘッドは、インク滴吐出速度のばらつきやクロストークが少なく、かつ長期信頼性に優れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインクジェット記録ヘッドの一例を示す図で、（ａ）は一部破断斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線の拡大断面図である。
【図２】従来のインクジェット記録ヘッドの一例を示す図で、（ａ）は一部破断斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線の拡大断面図である。
【符号の説明】
１：圧電セラミック層、２：共通電極層、３：ランド部、４：駆動部、５：表面電極、９：圧電アクチュエータ、１１：流路部材、２０：インクジェット記録ヘッド、２８：圧電アクチュエータ、４０：インクジェット記録ヘッド

Claims

振動板上に、共通電極、厚さが１００μｍ以下の圧電セラミック層および表面電極とがこの順に積層され、前記表面電極が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、
前記表面電極が、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、前記ランド部が電界遮断層を介して前記圧電セラミック層上に設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
前記電界遮断層の比誘電率が、前記圧電セラミック層の比誘電率よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
前記電界遮断層の比誘電率が５０以下であることを特徴とする請求項１または２記載の圧電アクチュエータ。
前記電界遮断層の厚さが０．１〜５μｍ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。
前記電界遮断層の表面でランド部と駆動部とが接続され、かつ電界遮断層は圧電セラミック層の変位部にほぼ隣接して設けられてい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１〜５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室が配列された流路部材上に、前記振動板を下にしてかつインク室と前記駆動部との位置を揃えて積層接着したことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。