JP2004328973A

JP2004328973A - 高集積型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

Info

Publication number: JP2004328973A
Application number: JP2003124139A
Authority: JP
Inventors: Ayumi Matsumoto; 歩松元
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-28
Also published as: JP4303997B2

Abstract

【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１１上に、共通電極１２、圧電セラミック層１３および個別電極１４がこの順に積層され、個別電極１４が、圧電駆動に寄与する駆動部１４ａとこの駆動部１４ａの一端に接続された駆動電圧印加用のランド部１４ｂとを備え、圧電セラミック層１３の表面に複数配列され、共通電極１２には、圧電セラミック層１３を介してランド部１４ｂに対向する位置に、非電極部２６が形成されている圧電アクチュエータ１８である。また、この圧電アクチュエータ１８を、流路部材１９上に、インク流路２１と個別電極１４の駆動部１４ａとの位置を揃えて取り付けたインクジェット記録ヘッドである。
【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、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。
【０００３】
圧電方式のインクジェット記録ヘッドに用いられる圧電アクチュエータとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。図５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５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５８を流路部材５９上に積層接着したものである。
【０００４】
圧電アクチュエータ５８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５９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５８の上部には、フレキシブル配線基板６４が配設され、接続端子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】
【特許文献１】
特開２００２−２９２８６０号公報
【０００７】
【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５８では、ランド部５４ｂは、インク流路６１に対応する位置（すなわち、インク流路６１の上部）に形成されておらず、隔壁６０の上部に形成されている。このため、ランド部５４ｂに通電すると、インク流路６１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、ランド部５４ｂ直下の駆動部５４ａと共通電極５２との間にも電界が発生し分極されるので、隔壁６０の上部（ランド部５４ｂの下部）の圧電セラミック層５３も圧電振動して伸縮変形し、ここに引張内部応力が発生する。これにより、圧電セラミック層５３の変位量ばらつきが大きくなり、インク吐出量のばらつきが大きくなるという問題があった。
【０００８】
また、ランド部５４ｂの下部の圧電セラミック層５３が圧電振動すると、この圧電振動が、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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、共通電極において、圧電セラミック層を介してランド部に対向する位置に、非電極部（電極のない部位）を形成することによって、ランド部に通電してもランド部直下の駆動部と非電極部との間は電気的に機能せず分極されないため、ランド部下部の圧電セラミック層が圧電振動するのを防止することができるので、ここに引張内部応力が発生するのを防止し、しかも隣接する個別電極の下部の圧電セラミック層における圧電振動に影響を与えて所望の圧電振動を妨げることがないので、集積度が高くても変位量ばらつきの小さい圧電アクチュエータを得ることができるという新たな事実を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の高集積型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、前記共通電極における前記ランド部に対向する位置に非電極部が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明における前記ランド部および前記非電極部における同方向の長さ（厚みを除く）をそれぞれφおよびＷとするとき、これらが０．８≦（Ｗ／φ）≦１．２の関係を満足するのが好ましい。これにより、圧電セラミック層の分極時の内部応力ばらつきを小さくできるので、圧電セラミック層の変位量ばらつきをさらに低減することができる。
【００１４】
本発明における非電極部は前記共通電極に形成された開口部に非電極材料が充填されたものであるのがよく、前記非電極材料は圧電材料であるのがより好ましく、前記圧電材料は前記圧電セラミック層と同一の圧電材料であるのがさらに好ましい。これにより、焼成時における非電極部および圧電セラミック層の収縮を均一にすることができる。
【００１５】
本発明における前記非電極部は前記圧電セラミック層と連続した一体化物であってもよい。すなわち、この場合の非電極部は、圧電セラミック層を形成する圧電材料が前記開口部に入り込んで充填されることによって形成されたものである。これにより、前記開口部に別途圧電材料を充填する手間が省けるので、製造工程を簡略化でき、低コスト化が図れる。
【００１６】
また、本発明における前記非電極部を形成する非電極材料は、前記共通電極と同じ厚みとなるように前記共通電極の開口部に充填され、その後前記共通電極および前記非電極部の表面に圧電セラミック層が積層されるようにしてもよい。これにより、圧電セラミック層と共通電極との間に段差が生じないので、同時焼成で一体形成する際に反りや突起が生じたりせず、圧電セラミック層の変位量ばらつきをさらに低減することができる。
【００１７】
本発明のインクジェット記録ヘッドは、前記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。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１に示すように、圧電アクチュエータ１８は、振動板１１上に、共通電極１２、圧電セラミック層１３および個別電極１４がこの順に積層され、個別電極１４が圧電セラミック層１３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１４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１４は、圧電駆動に寄与する駆動部１４ａと、この駆動部１４ａの一端に接続された駆動電圧印加用のランド部１４ｂとを備えている。この圧電アクチュエータ１８は、個別電極１４の駆動部１４ａと共通電極１２との間に電圧を印加することによって、駆動部１４ａ直下の圧電セラミック層１３に圧電振動を発生させることができる。
【００２０】
振動板１１は、導体層１５を介して一対のセラミック層１６，１７を積層したものであり、共通電極１２、圧電セラミック層１３などと同時焼成により一体化されている。この振動板１１は、圧電セラミック層１３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１２と導体層１５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１３が変位することによって誘導され発生する振動板１１の圧電振動による電力損失を低減することができる。
【００２１】
図２は、共通電極１２における非電極部２６の形成状態を示す斜視図である。図１および図２に示すように、本発明における共通電極１２には、圧電セラミック層１３を介して、個別電極１４のランド部１４ｂに対向する位置に、非電極部２６が形成されている。したがって、ランド部１４ｂ直下の駆動部１４ａと非電極部２６との間は電気的に機能しない。これにより、ランド部１４ｂに通電してもランド部１４ｂ直下の駆動部１４ａと非電極部２６との間は分極されないため、ランド部１４ｂの下部の圧電セラミック層１３は圧電振動せず伸縮変形しないので、圧電アクチュエータ１８の変位量ばらつきを低減することができる。
【００２２】
圧電アクチュエータ１８の厚みＺ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、厚みＺ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。
【００２３】
また、圧電セラミック層１３の厚みおよびセラミック層１６，１７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。
【００２４】
共通電極１２および導体層１５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１８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１２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１４の駆動部１４ａ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１４ｂの厚みは１５μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下であるのがよい。
【００２５】
本発明において、ランド部１４ｂおよび非電極部２６における同方向の長さ（厚みを除く任意方向（縦方向、横方向）の寸法、円形の場合には径）をそれぞれφおよびＷとするとき、これらは０．６≦（Ｗ／φ）≦１．３、好ましくは０．８≦（Ｗ／φ）≦１．２、より好ましくは０．９≦（Ｗ／φ）≦１．１の関係を満足するのがよい。また、この関係を満足する限りは、ランド部１４ｂの平面形状と非電極部２６の平面形状とは、同一寸法・同一形状ないし略相似形状であってもよく、異なる形状であってもよい。例えば、ランド部１４ｂおよび非電極部２６の平面形状が四角形の場合には、これらの縦、横の長さがそれぞれ上記関係を満足するのがよく、ランド部１４ｂおよび非電極部２６の平面形状が円形の場合には、これらの径が上記関係を満足するのがよい。このような構成によれば、圧電セラミック層１３の分極時の内部応力ばらつきを小さくできるので、分極による圧電セラミック層１３の残留応力を均一にすることができる。これにより、圧電アクチュエータ１８の変位量ばらつきをさらに低減することができる。
【００２６】
圧電セラミック層１３には、例えばチタン酸ジルコン酸鉛化合物（ＰｂＺｒＴｉＯ_３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１６，１７には、圧電セラミック層１３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１３、セラミック層１６，１７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。
【００２７】
個別電極１４の駆動部１４ａおよびランド部１４ｂ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。
【００２８】
共通電極１２および導体層１５は、同一材料により形成されるのが好ましい。共通電極１２および導体層１５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１３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のがより好ましい。
【００２９】
本発明における非電極部２６の材質は、ランド部１４ｂに通電した際にランド部１４ｂ直下の駆動部１４ａと非電極部２６との間が電気的に機能せずランド部１４ｂ下部の圧電セラミック層１３が圧電振動しない非電極材料であれば特に限定されない。例えば、非電極材料としては、アルミナ、窒化珪素などの絶縁材料や、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の圧電材料が挙げられる。特に、焼成時の収縮を均一にするという点で、非電極部２６を圧電セラミック層１３と同一の圧電材料で形成するのが好ましい。
【００３０】
次に、本発明の圧電アクチュエータ１８の製造方法について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、圧電アクチュエータ１８の製造工程を示す概略断面図である。
【００３１】
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１３およびセラミック層１６，１７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３（ａ）：成形工程）。
【００３２】
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。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１３、セラミック層１６，１７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１８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。
【００３３】
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１２および導体層１５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３（ｂ）は、焼成後に共通電極１２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。このように、本発明の圧電アクチュエータ１８においては、圧電セラミック層１３を介してランド部１４ｂに対向する位置に、非電極部２６を形成するための開口部２７を形成する。開口部２７を形成するには、金属パターンを形成するためのスクリーン製版における開口部２７に該当する個所に開口を設けずに金属ペーストを印刷すればよい。これにより、開口部２７に該当する箇所には、金属ペーストが印刷されない。
【００３４】
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３（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。
【００３５】
得られた積層成形体には、電極のない非電極部２６が形成されている。この非電極部２６は、前記したように圧電材料などの非電極材料が充填されていてもよく、特に圧電セラミック層１３と同一の圧電材料が充填されているのが好ましい。非電極部２６に非電極材料を充填する方法としては、以下の２通りの方法を例示できる。
【００３６】
第１の方法では、非電極部２６は、焼成後に圧電セラミック層１３となる圧電材料が、開口部２７に入り込んで充填されることにより形成される。したがって、非電極部２６は圧電セラミック層１３と連続した一体化物となる。
【００３７】
第２の方法では、非電極部２６は、焼成後に圧電セラミック層１３となる圧電材料を、焼成後に共通電極１２となる金属パターンの表面に積層する前（図３（ｃ）の積層工程の前）に、図４に示すように金属パターンとほぼ同じ厚みの非電極材料２６’を開口部２７にスクリーン印刷などにより予め充填しておき、その後、図３（ｃ）に示すように圧電セラミック層１３となる圧電材料を金属パターンの表面に積層することにより形成される。すなわち、非電極部２６を形成する非電極材料は、共通電極１２と同じ厚みとなるように開口部２７に充填され、その後共通電極１２および非電極部２６の表面に圧電セラミック層１３が積層される。
【００３８】
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、圧電アクチュエータ本体を得る（焼成工程）。なお、圧電アクチュエータ本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本体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を提供できる。
【００３９】
次に、焼成工程で得られた圧電アクチュエータ本体の一方の表面に、個別電極１４の駆動部１４ａおよびランド部１４ｂ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１４ａおよびランド部１４ｂが形成され、圧電アクチュエータ１８が得られる（図３（ｄ））。このとき、駆動部１４ａの厚み２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下で、ランド部１４ｂ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。
【００４０】
特に、ランド部１４ｂ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１８の変位を妨げないようにするために、駆動部１４ａ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１４ｂの高さを駆動部１４ａよりも高く形成しておくのが望ましい。
【００４１】
次に、本発明の圧電アクチュエータ１８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１８を、インク吐出口２３を有する複数のインク流路２１が配列された流路部材１９上に、インク流路２１と個別電極１４の駆動部１４ａ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１９は、インク流路２１を形成する隔壁２０の下面にインク吐出口２３を有する基板２２が配置されて構成されている。
【００４２】
流路部材１９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２１、インク吐出口２３、隔壁２０、基板２２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１９は、シリコンなどで形成することもできる。
【００４３】
圧電アクチュエータ１８の上部には、フレキシブル配線基板２４が配設され、接続端子２５を介して個別電極１４のランド部１４ｂ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。
【００４４】
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。例えば、本発明の圧電アクチュエータは、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。
【００４５】
【実施例】
以下のようにして試料Ｎｏ．１〜９の圧電アクチュエータを作製した。
（試料Ｎｏ．１〜７）
まず、平均粒径が０．５μｍのＰｂＺｒＴｉＯ_３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。
【００４６】
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、焼成後に共通電極および導体層となるそれぞれの金属パターンを形成した。このとき、共通電極の金属パターンを形成するためのスクリーン製版における非電極部に該当する箇所に開口を設けずに導電性ペーストを印刷することによって、共通電極に開口部を形成した。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、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本体を形成した。
【００４７】
次に、この圧電アクチュエータ本体の一方の表面に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を形成し、図１に示すような圧電アクチュエータを作製した。得られた圧電アクチュエータの厚みは２０μｍ、駆動部およびランド部の厚みはそれぞれ１μｍ、共通電極および導体層の厚みはそれぞれ２μｍであった。また、試料面積は５０ｍｍ×５０ｍｍであった。また、各試料では、ランド部の幅φと非電極部の幅Ｗとを、表１に示す寸法に調整した。
【００４８】
この後、共通電極と個別電極との間に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の変位量は、共通電極と個別電極との間に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１×１０^９サイクルまで駆動した際の変位量を測定した。このときの最大変位量および最小変位量を表１に示す。そして、最大変位量と最小変位量との差を、平均変位量で割り、１００倍して変位量ばらつき（％）を求めた。また、隣接する個別電極の下部の圧電セラミック層を駆動させたとき、すなわち隣接する２箇所の圧電セラミック層を同時に駆動させたときの変位量を測定し、このときの最大変位量を表１に示した。また、１箇所の圧電セラミック層を駆動させたときの最大変位量に対する、隣接する４箇所の圧電セラミック層を同時に駆動させたときの最大変位量の低下率を求めた。結果を表１に示す。
【００４９】
（試料Ｎｏ．８）
スクリーン印刷により導電性ペーストを印刷する際に、共通電極に開口部を形成しなかった他は、試料Ｎｏ．１〜７と同様にして圧電アクチュエータを作製し、同様に評価した。結果を表１に示す。
【００５０】
（試料Ｎｏ．９）
共通電極に開口部を形成した後、この開口部に焼結後の厚みが共通電極とほぼ同じ厚みとなるように前記圧電材料のスラリを充填した他は、試料Ｎｏ．１〜７と同様にして圧電アクチュエータを作製し、同様に評価した。結果を表１に示す。
【表１】

【００５１】
表１から、非電極部を形成していない試料Ｎｏ．８では、変位量のばらつきが大きく、しかも隣接駆動時の変位量の低下率が３６％と大きな値となった。
【００５２】
これに対して、非電極部を形成した試料Ｎｏ．１〜７，９では、変位量のばらつきが小さく、しかも隣接駆動時の変位量の低下率が２８％以下と小さな値となった。特に、０．８≦（Ｗ／φ）≦１．２の関係を満足する試料Ｎｏ．２〜６，９では、最大変位量が９５ｎｍと大きく、変位量のばらつきは１０％未満と小さく、隣接駆動時の変位量の低下率が１５％以下と小さかった。さらに、０．９≦（Ｗ／φ）≦１．１の関係を満足する試料Ｎｏ．３〜５では、最大変位量が１００ｎｍと大きく、変位量のばらつきを５％にまで低減でき、隣接駆動時の変位量の低下率を１０％までに低減できた。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、ランド部下部の圧電セラミック層が圧電振動するのを防止することができるので、ここに引張内部応力が発生するのを防止し、しかも隣接する個別電極の下部の圧電セラミック層における圧電振動に影響を与えて所望の圧電振動を妨げることがない。これにより、集積度が高くても変位量ばらつきの小さい圧電アクチュエータを得ることができるという効果がある。したがって、こ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では、インク吐出量のばらつきを低減することができる。
【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、共通電極における非電極部の形成状態を示す斜視図である。
【図３】（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４】本発明における圧電アクチュエータの製造工程において、開口部に非電極材料を充填した状態を示す断面図である。
【図５】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。
【符号の説明】
１１振動板
１２共通電極
１３圧電セラミック層
１４個別電極
１４ａ駆動部
１４ｂランド部
１５導体層
１６，１７セラミック層
１８圧電アクチュエータ
１９流路部材
２０隔壁
２１インク流路
２２基板
２３インク吐出口
２４フレキシブル配線基板
２５接続端子
２６非電極部
２７開口部

Claims

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、
前記共通電極における前記ランド部に対向する位置に非電極部が形成されていることを特徴とする高集積型圧電アクチュエータ。
前記ランド部および前記非電極部における同方向の長さをそれぞれφおよびＷとするとき、これらが０．８≦（Ｗ／φ）≦１．２の関係を満足する請求項１記載の圧電アクチュエータ。
前記非電極部は前記共通電極に形成された開口部に非電極材料が充填されたものである請求項１または２記載の圧電アクチュエータ。
前記非電極材料が圧電材料である請求項３記載の圧電アクチュエータ。
前記圧電材料が前記圧電セラミック層と同一の圧電材料である請求項４記載の圧電アクチュエータ。
前記非電極部が前記圧電セラミック層と連続した一体化物である請求項５記載の圧電アクチュエータ。
前記非電極部を形成する非電極材料は、前記共通電極と同じ厚みとなるように前記共通電極の開口部に充填され、その後前記共通電極および前記非電極部の表面に圧電セラミック層が積層される請求項３〜５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
請求項１〜７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。