JP2005044927A - 圧電アクチュエータ及びその製造方法並びに液体吐出装置 - Google Patents
圧電アクチュエータ及びその製造方法並びに液体吐出装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005044927A JP2005044927A JP2003201751A JP2003201751A JP2005044927A JP 2005044927 A JP2005044927 A JP 2005044927A JP 2003201751 A JP2003201751 A JP 2003201751A JP 2003201751 A JP2003201751 A JP 2003201751A JP 2005044927 A JP2005044927 A JP 2005044927A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- piezoelectric actuator
- piezoelectric
- cross
- via hole
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
【課題】ビア電極の充填率の高い圧電アクチュエータを提供する。
【解決手段】圧電体層と内部電極とが交互に積層され、且つ表面に端子電極が形成された圧電アクチュエータにおいて、前記内部電極と前記端子電極とを電気的に連結するためのビア電極が設けられており、該ビア電極の表面端部における断面積が、内部電極との接続端部における断面積よりも大きいこと、また、圧電体層と内部電極とが交互に積層され、且つ表面に端子電極が形成された圧電アクチュエータにおいて、前記内部電極と前記端子電極とを電気的に連結するためのビア電極が設けられており、該ビア電極の表面端部における壁面の一部が除去され、該除去部における前記ビア電極の直径が内部から表面に向かって連続的に大きくなることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】圧電体層と内部電極とが交互に積層され、且つ表面に端子電極が形成された圧電アクチュエータにおいて、前記内部電極と前記端子電極とを電気的に連結するためのビア電極が設けられており、該ビア電極の表面端部における断面積が、内部電極との接続端部における断面積よりも大きいこと、また、圧電体層と内部電極とが交互に積層され、且つ表面に端子電極が形成された圧電アクチュエータにおいて、前記内部電極と前記端子電極とを電気的に連結するためのビア電極が設けられており、該ビア電極の表面端部における壁面の一部が除去され、該除去部における前記ビア電極の直径が内部から表面に向かって連続的に大きくなることを特徴とする。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータ及び液体吐出装置に関し、より詳しくは、例えば加速度センサ、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、インクジェットプリンタ用印刷ヘッド、圧電共振子、発振器、超音波モーター、超音波振動子、フィルタ等に適し、さらに広がり振動、伸び振動、厚み縦振動を利用した印刷ヘッド等の液体吐出装置として好適に用いられる圧電アクチュエータ及び液体吐出装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、マルチメディアの浸透に伴い、インパクト方式の記録装置に代わって、インクジェット方式や熱転写方式を利用したノンインパクト方式の記録装置が開発され、その利用範囲が各種産業分野および一般家庭分野において広がりつつある。
【０００３】
かかるノンインパクト方式の記録装置のなかでも、インクジェット方式を利用した記録装置は、多階調化やカラー化が容易で、ランニングコストが低いことから将来性が注目されている。
【０００４】
このインクジェット方式を利用した記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドは、圧電アクチュエータを流路部材に接着剤を用いて接合され、圧電アクチュエータは内部に内部電極やビア電極を含み、表面には表面電極及び端子電極が形成され、表面電極と内部電極とに電圧が印加されると、両電極で挟持されている圧電体層が変位する。
【０００５】
このような圧電アクチュエータでは、表面に形成された端子電極がビア電極を介して内部電極に電気的に連結しており、ビア電極を作製するため、グリーンシートに貫通孔（ビアホール）を開け、この貫通孔（ビアホール）に導体ペーストを充填し、次いで、貫通孔（ビアホール）が同じ位置に配置されるようにグリーンシートを積層し、しかる後にこれを焼成することによって、表面から内部電極へ通じるビア電極を形成していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
例えば、図６に示したように、圧電体層７２と内部電極７５とが交互に積層され、複数の圧電体層７２を、複数の内部電極７５と他の内部電極７６とで挟持してなる圧電変位素子７７が複数設けられている。このような構成にすることで、圧電セラミック層７２の厚みを小さくし、変位量を大きくすることが可能となる。
【０００７】
この圧電アクチュエータ７１は、流路部材７３に接合されて液体吐出装置を形成する。液体吐出装置は複数の液体加圧室７３ａが並設され、液体加圧室７３ａを仕切る壁として隔壁７３ｂが形成されている。液体加圧室７３ａの開口部の直上に個別電極７６が配置するように、圧電アクチュエータ７１と流路部材５３とが接着されているため、内部電極７５と個別電極７６との間に駆動電圧を印加すると、内部電極７５と個別電極７６とで挟持された圧電体層７４が変形し、圧電変位素子７７が変位し、変位領域７７ａが変位することとなり、その結果、液体加圧室７３ａの容積を変化させるため、その時に発生する圧力で液体加圧室７３ａの液体が液体吐出口７８から吐出する。
【０００８】
そして、内部電極７５と圧電アクチュエータ７１の表面に設けられた端子電極８１とを連結するためにビアホールの内部に導電性材料で充填されて形成されたビア電極８２が設けられている。
【０００９】
ビア電極８２を形成するためには、図６（ｂ）に示したように、各圧電体７２にビアホールを形成し、各ビアホールが同じ位置に配置されるように積層し、しかる後に複数のグリーンシートを貫通してなるビアホールに導体ペーストを充填する。
【００１０】
なお、一層の厚みが５０μｍ以下、更には３０μｍ以下の薄いグリーンシートを用いる場合、それぞれのグリーンシート毎に導体ペーストを充填しても保持されにくいため、積層後に導体ペーストを充填する必要がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２３７５１２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載のビアホールは、焼結体の表面から内部電極までの断面形状が同一であるビアホールが形成されているため、グリーンシートの積層体に設けられた深いビアホールに導電ペーストを充填しようとすると、充填不良により空隙が生じるため、電気的な導通不良が発生するという問題があった。
【００１３】
従って、本発明の目的は、ビア電極の充填率の高い圧電アクチュエータを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ビアホールの表面における断面積が内部の断面積よりも大きくすることによって導体ペーストの充填率を高めることができるという新規な知見に基づき、その結果、ビア電極の空隙を低減し、導電率を高めることができる。
【００１５】
即ち、本発明の圧電アクチュエータは、圧電体層と内部電極とが交互に積層され、且つ表面に端子電極が形成された圧電アクチュエータにおいて、前記内部電極と前記端子電極とを電気的に連結するためのビア電極が設けられており、該ビア電極の表面端部における断面積が、内部電極との接続端部における断面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１６】
特に、前記ビア電極が円形形状を有し、その表面端部における直径が内部電極との接続端部における直径より大きいことが好ましい。
【００１７】
また、本発明の他の圧電アクチュエータは、圧電体層と内部電極とが交互に積層され、且つ表面に端子電極が形成された圧電アクチュエータにおいて、前記内部電極と前記端子電極とを電気的に連結するためのビア電極が設けられており、該ビア電極の表面端部における壁面の一部が除去され、該除去部における前記ビア電極の直径が内部から表面に向かって連続的に大きくなることを特徴とする。
【００１８】
特に、前記除去部が、その断面において曲面を形成していることが好ましい。
【００１９】
さらに、前記除去部の断面形状が、直線を含み、特に複数の直線を含むことが好ましい。
【００２０】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、圧電体層と内部電極とを交互に積層して、表面端部における断面積が、内部電極との接続端部における断面積よりも大きいビアホールを形成し、しかる後に、該ビアホールの内部に導体ペーストを充填し、さらにその上に端子電極を形成することを特徴とするものであり、特に前記ビアホールが円形形状を有し、その表面端部における直径が内部電極との接続端部における直径より大きいことが好ましい。また、圧電体層と内部電極とを交互に積層して、表面部における直径が内部から表面に向かって連続的に大きくなるビアホールを形成し、しかる後に、該ビアホールの内部に導体ペーストを充填し、さらにその上に端子電極を形成することを特徴とするものである。これにより、本発明の圧電アクチュエータを得ることができる。
【００２１】
また、本発明の液体吐出装置は、上記の圧電アクチュエータを、液体導入口と、液体加圧室と、液体吐出口とを具備する流路部材に接合してなることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態にかかる圧電アクチュエータを、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１（ａ）は本実施形態の圧電アクチュエータに形成されたビアホールの拡大断面図、図１（ｂ）はその平面図である。なお、図１には、表面に設けられた端子電極及びビア電極は図示していない。
【００２４】
圧電アクチュエータ１は、例えば、図１（ａ）に示したように、圧電体層２と内部電極５とが交互に積層されている。即ち、圧電体層２ａの上に内部電極５ａが設けられ、内部電極５ａの上に圧電体層２ｂ、２ｃがこの順に設けられ、さらにその上に、内部電極５ｂが設けられている。さらに、内部電極５ｂの上に圧電体層２ｄ、２ｅがこの順に設けられている。
【００２５】
本発明の積層体は、圧電体層２と内部電極層５とが交互に積層されていれば良く、例えば、圧電体層２が内部電極間２に１層だけあっても、また２層以上あっても良く、さらに、内部電極２に関しても１層であっても、また２層以上であっても良い。
【００２６】
本発明の圧電アクチュエータは、ビア電極の表面端部Ｘにおける断面積が、内部電極との接続端部Ｙにおける断面積よりも大きいことが重要である。即ち、表面におけるビアホールの断面積を、内部の断面積よりも大きくすることにより、導体ペーストを積層体のビアホールに充填する際に、導体ペーストの充填率を高めることができる。
【００２７】
このように、ビアホールの表面端部における断面積が、内部電極との接合端部における断面積よりも大きいため、導体ペーストがビアホールに挿入するさいに抵抗が少なく、より多くの導体ペーストを挿入でき、その結果、ビア電極の充填率を高めることができる。
【００２８】
例えば、図１（ａ）に示したように、内部電極５ａの上に設けられた圧電体層２ｂに形成されたビアホールとなる直径Ｂの貫通孔４ｂの上に、圧電体層２ｃに形成されたビアホールとなる直径Ｃの貫通孔４ｂが形成され、さらにその上に、直径Ｄの貫通孔４ｄ、直径Ｅの貫通孔４ｅが順次形成されている。
【００２９】
そして、ビア電極の表面端部Ｘにおける断面積が、ビアホールの内部電極との接続端部Ｙにおける断面積よりも大きい。なお、図１においては、直径Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥがこの順に大きくなっている。即ち、内部の圧電体層ほど、そこに形成されたビアホールの直径が小さく、逆に表面に近い圧電体層ほど、ビアホールの直径が大きくなっている。
【００３０】
なお、上記ビアホールの断面積について説明したが、このビアホールの中に導体ペーストを充填して形成したビア電極の形状はビアホールの形状と略同一であり、ビア電極に関しても、同様に表面端部の断面積が内部電極の接続端部の断面積よりも大きくなることは言うまでもない。
【００３１】
本発明によれば、ビア電極の形状、即ちビアホールの形状は、図１（ｂ）に示したように、円形であることが好ましい。ビアホールが円形であると、導体ペーストの充填不良ができやすい角部がなく、導体ペーストの充填の際に発生する空隙をさらに抑制することができ、また、ビアホール同士の位置合せに際しても、角度ズレは無視することができる。
【００３２】
ビアホールが円形である場合、ビアホールの表面端部Ｘの直径が、内部電極との接合端部Ｙの直径よりも大きくすることにより、表面端部Ｘの断面積を内部電極との接合端部Ｙの断面積よりも大きくすることができ、上記の作用効果を得ることができる。
【００３３】
また、ビアホールは、図１（ａ）に示したように、積層する圧電体層２ｂ〜２ｅの貫通孔４ｂ〜４ｅの断面積を、内部電極側から、次第に大きくなるようにすることが好ましい。即ち、圧電体層２ｃに設けた貫通孔４ｃの直径Ｃは、圧電体層２ｂに設けた貫通孔４ｂの直径Ｂよりも大きく、圧電体層２ｄに設けた貫通孔４ｄの直径Ｄは直径Ｃよりも大きく、圧電体層２ｅに設けた貫通孔４ｅの直径Ｅは直径Ｄよりも大きくなるように構成されている（Ｂ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｅ）。
【００３４】
このように、ビアホールが深くなればなるほど、導体ペーストを挿入する際に空隙ができやすくなるため、少しでも大きな断面積を有するビアホールを形成しておくことが好ましい。
【００３５】
ビア電極は、ビアホールに導電性材料（以下、ビア導体と言う）、具体的にはＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ，Ａｇ合金、Ａｕ合金、Ｃｕ合金等を充填してなり、その形状はビアホールの形状と略同一となる。このビア電極が、上述したように、表面の断面積を内部電極との接続端部における断面積よりも大きくなるように設定することにより、ビア導体を含む導体ペーストをビアホールに充填する際に、導体ペーストが充填されやすく、空隙の発生を低減することができる。
【００３６】
なお、図１（ａ）に示したように、ビア電極は複数の内部電極５ａ、５ｂと電気的に接続されていても良く、その場合には、「内部電極との接続端部」とは、該当するビア電極が電気的に導通する内部電極の中で、表面から最も離れた位置に設けられた内部電極との接合端部を意味するものである。
【００３７】
また、本発明によれば、ビアホールの断面形状は、円錐台形状で、且つ表面の断面積が、内部電極との接続端部における断面積よりも大きくなるようにビアホールが形成されていることが好ましい。例えば、図２（ａ）に示したように、圧電体層１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、内部電極１５ａ、１５ｂとが交互に積層され、ビアホール１４が円錐台形状で、表面の直径が内部電極との接続端部の直径よりも大きくなるように設けられている。このように、ビアホールの形状を円錐台形状とすることで、導体ペースト充填時の空隙発生が、より一層低減することが期待できる。
【００３８】
このような圧電アクチュエータは、次のように製造することができる。まず、圧電体層と内部電極とを交互に積層して、積層成形体を作製する。この積層成形体には、圧電アクチュエータの表面から内部に形成されたビアホールがあり、成形時には、各グリーンシートに設けられたビアホールの中心が一致するように成形することが肝要である。また、このビアホールは、内部電極に当接するものであり、表面端部における断面積が、内部電極との接続端部における断面積よりも大きくなるように形成する。
【００３９】
ここで、ビアホールの形状は、導体ペーストの充填を促進するために、円形形状であることが好ましい。また、表面端部における直径が、内部電極との接続端部における直径よりも大きくなるように形成することが好ましい。
【００４０】
その後、印刷法や塗布法等の周知の方法により、上記ビアホールの内部に、導体ペーストを充填して、ビア電極を形成する。さらに、その上に、印刷法や塗布法等の周知の方法により、端子電極を形成する。このようにして、上記圧電アクチュエータを作製することができる。
【００４１】
本発明の他の圧電アクチュエータは、例えば図３（ａ）において、圧電体層２２と内部電極２５とが交互に積層された圧電アクチュエータ２１において、内部電極２５ａが、表面電極（図示せず）と電気的に連結するためのビア電極２４が設けられるビアホールが形成されており、ビアホールの壁面の一部２７が除去され、エッジ部２４ｍが形成されていることが重要である。
【００４２】
なお、図３（ａ）には、圧電体層２２ｃのおけるビアホールが形成された部位を拡大した図、即ちエッジ部２４ｍ付近の拡大断面図が四角及び丸の中に示されている。左側の四角の中は、除去される壁面の一部２７を示したもので、また、右側の丸の中には、壁面の一部２７が除去されて形成されたエッジ部２４ｍと、ビア導体が充填されてできたビア電極２４とが示されている。
【００４３】
このように、ビアホールの壁面の一部２７が除去され、ビア電極２４のエッジ部２４ｍが形成されたことで、ビア導体の充填率が高まり、空隙の発生を抑制することができる。即ち、導体ペーストを印刷法によってビアホールに充填する場合、導体ペーストは、エッジ部２４ｍを起点に壁面から回りこむように流動するため、その抵抗が大きいと壁面及びその近傍に空隙が発生しやすくなるが、本発明のように壁面の一部２７を除去し、表面にエッジ部２４ｍを形成することによって、壁面における導体ペーストの流動性が改善され、空隙の発生を抑制することができると考えられる。
【００４４】
本発明によれば、ビア電極２４のエッジ部２４ｍが曲面を形成していることが好ましい。この曲面は、特に、図３（ａ）に示されるような断面図において、特定の曲率半径を有する円又は楕円の一部であることが、導体ペーストの充填率向上のために好ましい。
【００４５】
その曲率半径は、円の場合、１μｍ以上、特に５μｍ以上、更には１０μｍ以上であることが望ましい。また、グリーンシートの厚みと同程度の曲率半径を有するのが製造上の容易さのために好ましい。例えば、グリーンシートの厚みが１５μｍであれば、１０〜１５μｍの曲率半径であるのが良い。これにより、導体ペーストの充填の際に発生する空隙をさらに抑制することが可能となる。さらに、さらに大きな曲率半径、例えば、５０μｍ以上の曲率半径を有していても良い。
【００４６】
このような圧電アクチュエータは、次のように製造することができる。まず、圧電体層と内部電極とを交互に積層して、積層成形体を作製する。この積層成形体には、圧電アクチュエータの表面から内部に形成されたビアホールがあり、成形時には、各グリーンシートに設けられたビアホールの中心が一致するように成形することが肝要である。また、このビアホールは、内部電極に当接するものであり、表面端部における直径が内部から表面に向かって連続的に大きくなるビアホールを形成する。
【００４７】
その後、印刷法や塗布法等の周知の方法により、上記ビアホールの内部に、導体ペーストを充填して、ビア電極を形成する。さらに、その上に、印刷法や塗布法等の周知の方法により、端子電極を形成する。このようにして、上記圧電アクチュエータを作製することができる。
【００４８】
このようなエッジ部の構造は、本発明の第１の発明と組合せても良く、例えば、図３（ｂ）に示したように、圧電体層３２と内部電極３５とが交互に積層されてなり、圧電体層３２ｅに形成された貫通孔３４ｅを形成する壁面の一部が除去されてエッジ部３４ｍが形成されている。なお、図３（ｂ）には、他の図において省略した端子電極３９を表示した。端子電極３９は、ビア電極の上に、ビア電極の表面と当接するように設けられている。
【００４９】
また、本発明によれば、図４に示したように、圧電体層４２と内部電極４５とが交互に積層されてなり、圧電体層４２ｂに形成された貫通孔の直径が一定の円筒形状であるが、圧電体層４２ｅに形成された貫通孔には、壁面の一部が除去されて形成されたエッジ部４４ｍがある。
【００５０】
図４の四角及び丸の中に示した拡大図によれば、エッジ部４４ｍは、その断面形状が直線を含むが、これは、導体ペーストの充填率向上のために望ましい構造となっている。
【００５１】
特に、図４に示したエッジ部２４ｍは２つの直線で形成されており、このように２つ以上の直線でエッジ部を形成することにより、導体ペーストのさらなる充填率向上に有効である。
【００５２】
なお、エッジ部の幅ｂ（ｂ＝ｂ１＋ｂ２）は、１０μｍ以上、特に２０μｍ以上、更には３０μｍ以上であることが好ましい。例えば、幅ｂが２０μｍ（ｂ１＝１５μｍ、ｂ２＝５μｍ）、深さａが３０μｍ（ａ１＝１０μｍ、ａ２＝２０μｍ）とすることができる。この値は一例であり、さらに０．１〜１ｍｍ或いはそれ以上の大きな幅を有していても良い。
【００５３】
ここで用いられる圧電アクチュエータ基板の厚みは、１００μｍ以下であることが好ましい。このように薄層にすることで、大きな変位を得ることができ、また低駆動電圧で高効率の駆動を実現できる。従って、特に最近のカラープリンタの性能向上に伴う高速化及び高精度化の要求に対して、１００μｍ以下の厚みにすることにより、その要求に対して容易に対応することができ、圧電アクチュエータ及びそれを用いた印刷ヘッドの高性能化に寄与することができる。
【００５４】
圧電アクチュエータとしての特性をさらに高めるため、圧電アクチュエータの厚みの上限値は、特に８０μｍ以下、更には６５μｍ以下、より好適には５０μｍ以下が良い。また、圧電アクチュエータの厚みの下限値は、十分な機械的強度を有し、取扱い及び作動中の破壊を防止するため、３０μｍ、より好適には４０μｍであることが好ましい。
【００５５】
本発明は、多数の圧電体層と内部電極とを積層した場合にも応用することができる。例えば、図５に示したように、内部電極５５、５６と圧電体層５２とが交互に設けられ、複数の圧電体層５２を、複数の内部電極５５と他の内部電極５６とで挟持してなる圧電変位素子５７が複数設けられている。このような構成にすることで、圧電セラミック層５２の厚みを小さくし、変位量を大きくすることが可能となる。
【００５６】
この圧電アクチュエータ５１は、流路部材５３に接合されて液体吐出装置を形成する。液体吐出装置は複数の液体加圧室５３ａが並設され、液体加圧室５３ａを仕切る壁として隔壁５３ｂが形成されている。液体加圧室５３ａの開口部の直上に個別電極５６が配置するように、圧電アクチュエータ５１と流路部材５３とが接着されている。
【００５７】
内部電極５５と個別電極５６との間に駆動電圧を印加すると、内部電極５５と個別電極５６とで挟持された圧電体層５４が変形し、圧電変位素子５７が変位し、変位領域５７ａが変位することとなり、その結果、液体加圧室５３ａの容積を変化させるため、その時に発生する圧力で液体加圧室５３ａの液体が液体吐出口５８から吐出する。
【００５８】
このような複数の圧電変位素子５７が、振動板５２の表面に設けられてなる圧電アクチュエータ５１は、各圧電変位素子５７を独立して制御し、微細な領域に振動を起こすため、例えば微量のインクを特定の微細領域に吐出する印刷ヘッドに好適な構造を有している。
【００５９】
このような構造の圧電アクチュエータにおいて、１つおきに設けられた内部電極を電気的に連結し、且つ表面に設けられた端子電極と電気的に連結するために、表面端部の断面積が内部電極との接続端部の断面積よりも大きくなるようなビアホールを形成することが好ましい。このようなビアホールの深さが大きい構造においては、本発明は好適に適応され、空隙の少ないビア電極の作製に有効である。
【００６０】
本発明の液体吐出装置は、液体供給口、液体加圧室及び液体吐出口を具備する流路部材に、上記の圧電アクチュエータが設けられてなるものであり、インクジェット方式のプリンタや印画装置、印刷機などに好適に用いることができる。また、半導体製造時の配線回路の形成したり、微量の液体を輸送・搬送する液体ポンプとしても好適に用いることができる。
【００６１】
【実施例】
実施例１
先ず、前工程として、圧電セラミックスとしてチタン酸ジルコン酸鉛粉体を準備し、厚みが３０μｍとなるようにグリーンシートを成形した。得られたグリーンシートに、Ａｇ−Ｐｄ合金を含む電極ペーストを用いて、グリーンシート上に厚み５μｍの電極を印刷法にて形成した。また、電極を形成するシートとは別のグリーンシートには、ＮＣパンチングにより直径７０μｍのビアホールを形成した。
【００６２】
次いで、エッジ形成工程として、一部のビアホールには、図３（ａ）に示したような曲率半径が１、５、１０、１５μｍのエッジ部を形成した。尚、この時、ＮＣパンチングのピン径は７０μｍに一定とし、ダイスの径を７５、８０、９０、１００μｍとすることで、ビアホールのエッジ部に１、５、１０、１５μｍの曲率を有することができる。
【００６３】
次に、積層工程として、ビアホールを形成したグリーンシートと、電極を形成したグリーンシートとを積層し、さらにエッジ部を形成したグリーンシートを最上部に載置して積層し、１５ＭＰａの圧力で加圧密着を行って積層成形体を得た。これを比較例として用いた。
【００６４】
最後に、後工程として、得られた積層成形体を大気中４５０℃、５時間の脱脂処理を行い、しかる後に、１１００℃、酸素９５％の雰囲気において２時間の焼成を行い、積層圧電体を得た。その後、ビアホール部にＡｇ電極ペーストを印刷法にて充填し、大気中７００℃、１時間の焼付け処理を行った。
【００６５】
次に、得られた積層圧電体のビアホール部の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、ビアホール表面のエッジ部の曲率半径と、ビアホール中の電極材の充填性を評価した。その結果、エッジ部の曲率半径は、１〜１５μｍであり、何れも空隙は１％以下で、ビア導体の充填性が良好であった。
【００６６】
実施例２
実施例１と同様にして、前工程を行なった。
【００６７】
次に、エッジ形成工程として、ビアホールの一部に機械加工によって図４に示したようなエッジ部を形成した。エッジ部は、ａ１が１０μｍ、ａ２が２０μｍ、ｂ１が１５μｍ、ｂ２が５μｍとした。
【００６８】
次に、積層工程として、ビアホールを形成したグリーンシートと、電極を形成したグリーンシートとを積層し、さらにエッジ部を形成したグリーンシートを最上部に載置して積層し、１５ＭＰａの圧力で加圧密着を行って積層成形体を得た。これを比較例として用いた。
【００６９】
そして、実施例１と同様にして後工程を行い、次いで評価した。空隙率は、１％以下で、ビア導体の充填性が良好であった。
【００７０】
比較例
実施例１と同様にして、前工程を行なった。
【００７１】
次いで、ビアホールを形成したグリーンシートと、電極を形成したグリーンシートとを積層し、１５ＭＰａの圧力で加圧密着を行って積層成形体を得た。
【００７２】
そして、実施例１と同様にして後工程を行った。次に、実施例１と同様にして評価したところ、ビア導体の充填性が悪く、３％以上の空隙率が観察された。
【００７３】
【発明の効果】
本発明は、圧電アクチュエータに設けられたビアホールの断面積を表面で大きく、内部で小さくすることによって、焼結体表面の開口部が広く、内部が狭くなる構造であるため、積層後にビアホールの内部に導体ペーストを挿入する際でも、導電ペーストの流れ込みが容易になり、充填性が向上して空隙の発生を抑制できる。その結果、ビア電極の充填率を高められ、電気的導通不良を避けることができる。
【００７４】
また、表面のエッジ部の一部を除去する構成によっても同様の効果を得ることができ、ビア電極の充填率を高めて、電気的導通不良を避けることができる。
【００７５】
本発明の液体吐出装置は、インクジェット方式のプリンタや印画装置、印刷機、半導体製造時の配線回路パターンの形成装置としても好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電アクチュエータに設けられたビアホールの構造を示すもので、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明の圧電アクチュエータに設けられた他のビアホールの構造を示す概略断面図である。
【図３】本発明の圧電アクチュエータに設けられたさらに他のビアホールの構造を示す概略断面図で、（ａ）は曲面を有するエッジ部を形成したもの、（ｂ）はビアホールの直径が変化するとともに曲面を有するエッジ部を形成したものである。
【図４】本発明の圧電アクチュエータに設けられたさらに他のビアホールの構造を示す概略断面図である。
【図５】本発明の他の圧電アクチュエータの構造を示す概略断面図である。
【図６】従来の圧電アクチュエータの構造を示すもので、（ａ）は印刷ヘッドの概略断面図、（ｂ）は圧電アクチュエータの部分拡大図である。
【符号の説明】
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、１２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・・圧電体層
４、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ・・・圧電体層
５、５ａ、５ｂ、１５、１５ａ、１５ｂ、２５、２５ａ、２５ｂ・・・内部電極１１、２１・・・圧電アクチュエータ
２４・・・ビア電極
２４ｍ・・・エッジ部
２７・・・壁面の一部
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・直径
Ｘ・・・表面端部
Ｙ・・・内部電極の接続端部
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータ及び液体吐出装置に関し、より詳しくは、例えば加速度センサ、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、インクジェットプリンタ用印刷ヘッド、圧電共振子、発振器、超音波モーター、超音波振動子、フィルタ等に適し、さらに広がり振動、伸び振動、厚み縦振動を利用した印刷ヘッド等の液体吐出装置として好適に用いられる圧電アクチュエータ及び液体吐出装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、マルチメディアの浸透に伴い、インパクト方式の記録装置に代わって、インクジェット方式や熱転写方式を利用したノンインパクト方式の記録装置が開発され、その利用範囲が各種産業分野および一般家庭分野において広がりつつある。
【０００３】
かかるノンインパクト方式の記録装置のなかでも、インクジェット方式を利用した記録装置は、多階調化やカラー化が容易で、ランニングコストが低いことから将来性が注目されている。
【０００４】
このインクジェット方式を利用した記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッドは、圧電アクチュエータを流路部材に接着剤を用いて接合され、圧電アクチュエータは内部に内部電極やビア電極を含み、表面には表面電極及び端子電極が形成され、表面電極と内部電極とに電圧が印加されると、両電極で挟持されている圧電体層が変位する。
【０００５】
このような圧電アクチュエータでは、表面に形成された端子電極がビア電極を介して内部電極に電気的に連結しており、ビア電極を作製するため、グリーンシートに貫通孔（ビアホール）を開け、この貫通孔（ビアホール）に導体ペーストを充填し、次いで、貫通孔（ビアホール）が同じ位置に配置されるようにグリーンシートを積層し、しかる後にこれを焼成することによって、表面から内部電極へ通じるビア電極を形成していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
例えば、図６に示したように、圧電体層７２と内部電極７５とが交互に積層され、複数の圧電体層７２を、複数の内部電極７５と他の内部電極７６とで挟持してなる圧電変位素子７７が複数設けられている。このような構成にすることで、圧電セラミック層７２の厚みを小さくし、変位量を大きくすることが可能となる。
【０００７】
この圧電アクチュエータ７１は、流路部材７３に接合されて液体吐出装置を形成する。液体吐出装置は複数の液体加圧室７３ａが並設され、液体加圧室７３ａを仕切る壁として隔壁７３ｂが形成されている。液体加圧室７３ａの開口部の直上に個別電極７６が配置するように、圧電アクチュエータ７１と流路部材５３とが接着されているため、内部電極７５と個別電極７６との間に駆動電圧を印加すると、内部電極７５と個別電極７６とで挟持された圧電体層７４が変形し、圧電変位素子７７が変位し、変位領域７７ａが変位することとなり、その結果、液体加圧室７３ａの容積を変化させるため、その時に発生する圧力で液体加圧室７３ａの液体が液体吐出口７８から吐出する。
【０００８】
そして、内部電極７５と圧電アクチュエータ７１の表面に設けられた端子電極８１とを連結するためにビアホールの内部に導電性材料で充填されて形成されたビア電極８２が設けられている。
【０００９】
ビア電極８２を形成するためには、図６（ｂ）に示したように、各圧電体７２にビアホールを形成し、各ビアホールが同じ位置に配置されるように積層し、しかる後に複数のグリーンシートを貫通してなるビアホールに導体ペーストを充填する。
【００１０】
なお、一層の厚みが５０μｍ以下、更には３０μｍ以下の薄いグリーンシートを用いる場合、それぞれのグリーンシート毎に導体ペーストを充填しても保持されにくいため、積層後に導体ペーストを充填する必要がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−２３７５１２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載のビアホールは、焼結体の表面から内部電極までの断面形状が同一であるビアホールが形成されているため、グリーンシートの積層体に設けられた深いビアホールに導電ペーストを充填しようとすると、充填不良により空隙が生じるため、電気的な導通不良が発生するという問題があった。
【００１３】
従って、本発明の目的は、ビア電極の充填率の高い圧電アクチュエータを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ビアホールの表面における断面積が内部の断面積よりも大きくすることによって導体ペーストの充填率を高めることができるという新規な知見に基づき、その結果、ビア電極の空隙を低減し、導電率を高めることができる。
【００１５】
即ち、本発明の圧電アクチュエータは、圧電体層と内部電極とが交互に積層され、且つ表面に端子電極が形成された圧電アクチュエータにおいて、前記内部電極と前記端子電極とを電気的に連結するためのビア電極が設けられており、該ビア電極の表面端部における断面積が、内部電極との接続端部における断面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１６】
特に、前記ビア電極が円形形状を有し、その表面端部における直径が内部電極との接続端部における直径より大きいことが好ましい。
【００１７】
また、本発明の他の圧電アクチュエータは、圧電体層と内部電極とが交互に積層され、且つ表面に端子電極が形成された圧電アクチュエータにおいて、前記内部電極と前記端子電極とを電気的に連結するためのビア電極が設けられており、該ビア電極の表面端部における壁面の一部が除去され、該除去部における前記ビア電極の直径が内部から表面に向かって連続的に大きくなることを特徴とする。
【００１８】
特に、前記除去部が、その断面において曲面を形成していることが好ましい。
【００１９】
さらに、前記除去部の断面形状が、直線を含み、特に複数の直線を含むことが好ましい。
【００２０】
また、本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、圧電体層と内部電極とを交互に積層して、表面端部における断面積が、内部電極との接続端部における断面積よりも大きいビアホールを形成し、しかる後に、該ビアホールの内部に導体ペーストを充填し、さらにその上に端子電極を形成することを特徴とするものであり、特に前記ビアホールが円形形状を有し、その表面端部における直径が内部電極との接続端部における直径より大きいことが好ましい。また、圧電体層と内部電極とを交互に積層して、表面部における直径が内部から表面に向かって連続的に大きくなるビアホールを形成し、しかる後に、該ビアホールの内部に導体ペーストを充填し、さらにその上に端子電極を形成することを特徴とするものである。これにより、本発明の圧電アクチュエータを得ることができる。
【００２１】
また、本発明の液体吐出装置は、上記の圧電アクチュエータを、液体導入口と、液体加圧室と、液体吐出口とを具備する流路部材に接合してなることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態にかかる圧電アクチュエータを、図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１（ａ）は本実施形態の圧電アクチュエータに形成されたビアホールの拡大断面図、図１（ｂ）はその平面図である。なお、図１には、表面に設けられた端子電極及びビア電極は図示していない。
【００２４】
圧電アクチュエータ１は、例えば、図１（ａ）に示したように、圧電体層２と内部電極５とが交互に積層されている。即ち、圧電体層２ａの上に内部電極５ａが設けられ、内部電極５ａの上に圧電体層２ｂ、２ｃがこの順に設けられ、さらにその上に、内部電極５ｂが設けられている。さらに、内部電極５ｂの上に圧電体層２ｄ、２ｅがこの順に設けられている。
【００２５】
本発明の積層体は、圧電体層２と内部電極層５とが交互に積層されていれば良く、例えば、圧電体層２が内部電極間２に１層だけあっても、また２層以上あっても良く、さらに、内部電極２に関しても１層であっても、また２層以上であっても良い。
【００２６】
本発明の圧電アクチュエータは、ビア電極の表面端部Ｘにおける断面積が、内部電極との接続端部Ｙにおける断面積よりも大きいことが重要である。即ち、表面におけるビアホールの断面積を、内部の断面積よりも大きくすることにより、導体ペーストを積層体のビアホールに充填する際に、導体ペーストの充填率を高めることができる。
【００２７】
このように、ビアホールの表面端部における断面積が、内部電極との接合端部における断面積よりも大きいため、導体ペーストがビアホールに挿入するさいに抵抗が少なく、より多くの導体ペーストを挿入でき、その結果、ビア電極の充填率を高めることができる。
【００２８】
例えば、図１（ａ）に示したように、内部電極５ａの上に設けられた圧電体層２ｂに形成されたビアホールとなる直径Ｂの貫通孔４ｂの上に、圧電体層２ｃに形成されたビアホールとなる直径Ｃの貫通孔４ｂが形成され、さらにその上に、直径Ｄの貫通孔４ｄ、直径Ｅの貫通孔４ｅが順次形成されている。
【００２９】
そして、ビア電極の表面端部Ｘにおける断面積が、ビアホールの内部電極との接続端部Ｙにおける断面積よりも大きい。なお、図１においては、直径Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥがこの順に大きくなっている。即ち、内部の圧電体層ほど、そこに形成されたビアホールの直径が小さく、逆に表面に近い圧電体層ほど、ビアホールの直径が大きくなっている。
【００３０】
なお、上記ビアホールの断面積について説明したが、このビアホールの中に導体ペーストを充填して形成したビア電極の形状はビアホールの形状と略同一であり、ビア電極に関しても、同様に表面端部の断面積が内部電極の接続端部の断面積よりも大きくなることは言うまでもない。
【００３１】
本発明によれば、ビア電極の形状、即ちビアホールの形状は、図１（ｂ）に示したように、円形であることが好ましい。ビアホールが円形であると、導体ペーストの充填不良ができやすい角部がなく、導体ペーストの充填の際に発生する空隙をさらに抑制することができ、また、ビアホール同士の位置合せに際しても、角度ズレは無視することができる。
【００３２】
ビアホールが円形である場合、ビアホールの表面端部Ｘの直径が、内部電極との接合端部Ｙの直径よりも大きくすることにより、表面端部Ｘの断面積を内部電極との接合端部Ｙの断面積よりも大きくすることができ、上記の作用効果を得ることができる。
【００３３】
また、ビアホールは、図１（ａ）に示したように、積層する圧電体層２ｂ〜２ｅの貫通孔４ｂ〜４ｅの断面積を、内部電極側から、次第に大きくなるようにすることが好ましい。即ち、圧電体層２ｃに設けた貫通孔４ｃの直径Ｃは、圧電体層２ｂに設けた貫通孔４ｂの直径Ｂよりも大きく、圧電体層２ｄに設けた貫通孔４ｄの直径Ｄは直径Ｃよりも大きく、圧電体層２ｅに設けた貫通孔４ｅの直径Ｅは直径Ｄよりも大きくなるように構成されている（Ｂ＜Ｃ＜Ｄ＜Ｅ）。
【００３４】
このように、ビアホールが深くなればなるほど、導体ペーストを挿入する際に空隙ができやすくなるため、少しでも大きな断面積を有するビアホールを形成しておくことが好ましい。
【００３５】
ビア電極は、ビアホールに導電性材料（以下、ビア導体と言う）、具体的にはＡｇ、Ａｕ、Ｃｕ，Ａｇ合金、Ａｕ合金、Ｃｕ合金等を充填してなり、その形状はビアホールの形状と略同一となる。このビア電極が、上述したように、表面の断面積を内部電極との接続端部における断面積よりも大きくなるように設定することにより、ビア導体を含む導体ペーストをビアホールに充填する際に、導体ペーストが充填されやすく、空隙の発生を低減することができる。
【００３６】
なお、図１（ａ）に示したように、ビア電極は複数の内部電極５ａ、５ｂと電気的に接続されていても良く、その場合には、「内部電極との接続端部」とは、該当するビア電極が電気的に導通する内部電極の中で、表面から最も離れた位置に設けられた内部電極との接合端部を意味するものである。
【００３７】
また、本発明によれば、ビアホールの断面形状は、円錐台形状で、且つ表面の断面積が、内部電極との接続端部における断面積よりも大きくなるようにビアホールが形成されていることが好ましい。例えば、図２（ａ）に示したように、圧電体層１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、内部電極１５ａ、１５ｂとが交互に積層され、ビアホール１４が円錐台形状で、表面の直径が内部電極との接続端部の直径よりも大きくなるように設けられている。このように、ビアホールの形状を円錐台形状とすることで、導体ペースト充填時の空隙発生が、より一層低減することが期待できる。
【００３８】
このような圧電アクチュエータは、次のように製造することができる。まず、圧電体層と内部電極とを交互に積層して、積層成形体を作製する。この積層成形体には、圧電アクチュエータの表面から内部に形成されたビアホールがあり、成形時には、各グリーンシートに設けられたビアホールの中心が一致するように成形することが肝要である。また、このビアホールは、内部電極に当接するものであり、表面端部における断面積が、内部電極との接続端部における断面積よりも大きくなるように形成する。
【００３９】
ここで、ビアホールの形状は、導体ペーストの充填を促進するために、円形形状であることが好ましい。また、表面端部における直径が、内部電極との接続端部における直径よりも大きくなるように形成することが好ましい。
【００４０】
その後、印刷法や塗布法等の周知の方法により、上記ビアホールの内部に、導体ペーストを充填して、ビア電極を形成する。さらに、その上に、印刷法や塗布法等の周知の方法により、端子電極を形成する。このようにして、上記圧電アクチュエータを作製することができる。
【００４１】
本発明の他の圧電アクチュエータは、例えば図３（ａ）において、圧電体層２２と内部電極２５とが交互に積層された圧電アクチュエータ２１において、内部電極２５ａが、表面電極（図示せず）と電気的に連結するためのビア電極２４が設けられるビアホールが形成されており、ビアホールの壁面の一部２７が除去され、エッジ部２４ｍが形成されていることが重要である。
【００４２】
なお、図３（ａ）には、圧電体層２２ｃのおけるビアホールが形成された部位を拡大した図、即ちエッジ部２４ｍ付近の拡大断面図が四角及び丸の中に示されている。左側の四角の中は、除去される壁面の一部２７を示したもので、また、右側の丸の中には、壁面の一部２７が除去されて形成されたエッジ部２４ｍと、ビア導体が充填されてできたビア電極２４とが示されている。
【００４３】
このように、ビアホールの壁面の一部２７が除去され、ビア電極２４のエッジ部２４ｍが形成されたことで、ビア導体の充填率が高まり、空隙の発生を抑制することができる。即ち、導体ペーストを印刷法によってビアホールに充填する場合、導体ペーストは、エッジ部２４ｍを起点に壁面から回りこむように流動するため、その抵抗が大きいと壁面及びその近傍に空隙が発生しやすくなるが、本発明のように壁面の一部２７を除去し、表面にエッジ部２４ｍを形成することによって、壁面における導体ペーストの流動性が改善され、空隙の発生を抑制することができると考えられる。
【００４４】
本発明によれば、ビア電極２４のエッジ部２４ｍが曲面を形成していることが好ましい。この曲面は、特に、図３（ａ）に示されるような断面図において、特定の曲率半径を有する円又は楕円の一部であることが、導体ペーストの充填率向上のために好ましい。
【００４５】
その曲率半径は、円の場合、１μｍ以上、特に５μｍ以上、更には１０μｍ以上であることが望ましい。また、グリーンシートの厚みと同程度の曲率半径を有するのが製造上の容易さのために好ましい。例えば、グリーンシートの厚みが１５μｍであれば、１０〜１５μｍの曲率半径であるのが良い。これにより、導体ペーストの充填の際に発生する空隙をさらに抑制することが可能となる。さらに、さらに大きな曲率半径、例えば、５０μｍ以上の曲率半径を有していても良い。
【００４６】
このような圧電アクチュエータは、次のように製造することができる。まず、圧電体層と内部電極とを交互に積層して、積層成形体を作製する。この積層成形体には、圧電アクチュエータの表面から内部に形成されたビアホールがあり、成形時には、各グリーンシートに設けられたビアホールの中心が一致するように成形することが肝要である。また、このビアホールは、内部電極に当接するものであり、表面端部における直径が内部から表面に向かって連続的に大きくなるビアホールを形成する。
【００４７】
その後、印刷法や塗布法等の周知の方法により、上記ビアホールの内部に、導体ペーストを充填して、ビア電極を形成する。さらに、その上に、印刷法や塗布法等の周知の方法により、端子電極を形成する。このようにして、上記圧電アクチュエータを作製することができる。
【００４８】
このようなエッジ部の構造は、本発明の第１の発明と組合せても良く、例えば、図３（ｂ）に示したように、圧電体層３２と内部電極３５とが交互に積層されてなり、圧電体層３２ｅに形成された貫通孔３４ｅを形成する壁面の一部が除去されてエッジ部３４ｍが形成されている。なお、図３（ｂ）には、他の図において省略した端子電極３９を表示した。端子電極３９は、ビア電極の上に、ビア電極の表面と当接するように設けられている。
【００４９】
また、本発明によれば、図４に示したように、圧電体層４２と内部電極４５とが交互に積層されてなり、圧電体層４２ｂに形成された貫通孔の直径が一定の円筒形状であるが、圧電体層４２ｅに形成された貫通孔には、壁面の一部が除去されて形成されたエッジ部４４ｍがある。
【００５０】
図４の四角及び丸の中に示した拡大図によれば、エッジ部４４ｍは、その断面形状が直線を含むが、これは、導体ペーストの充填率向上のために望ましい構造となっている。
【００５１】
特に、図４に示したエッジ部２４ｍは２つの直線で形成されており、このように２つ以上の直線でエッジ部を形成することにより、導体ペーストのさらなる充填率向上に有効である。
【００５２】
なお、エッジ部の幅ｂ（ｂ＝ｂ１＋ｂ２）は、１０μｍ以上、特に２０μｍ以上、更には３０μｍ以上であることが好ましい。例えば、幅ｂが２０μｍ（ｂ１＝１５μｍ、ｂ２＝５μｍ）、深さａが３０μｍ（ａ１＝１０μｍ、ａ２＝２０μｍ）とすることができる。この値は一例であり、さらに０．１〜１ｍｍ或いはそれ以上の大きな幅を有していても良い。
【００５３】
ここで用いられる圧電アクチュエータ基板の厚みは、１００μｍ以下であることが好ましい。このように薄層にすることで、大きな変位を得ることができ、また低駆動電圧で高効率の駆動を実現できる。従って、特に最近のカラープリンタの性能向上に伴う高速化及び高精度化の要求に対して、１００μｍ以下の厚みにすることにより、その要求に対して容易に対応することができ、圧電アクチュエータ及びそれを用いた印刷ヘッドの高性能化に寄与することができる。
【００５４】
圧電アクチュエータとしての特性をさらに高めるため、圧電アクチュエータの厚みの上限値は、特に８０μｍ以下、更には６５μｍ以下、より好適には５０μｍ以下が良い。また、圧電アクチュエータの厚みの下限値は、十分な機械的強度を有し、取扱い及び作動中の破壊を防止するため、３０μｍ、より好適には４０μｍであることが好ましい。
【００５５】
本発明は、多数の圧電体層と内部電極とを積層した場合にも応用することができる。例えば、図５に示したように、内部電極５５、５６と圧電体層５２とが交互に設けられ、複数の圧電体層５２を、複数の内部電極５５と他の内部電極５６とで挟持してなる圧電変位素子５７が複数設けられている。このような構成にすることで、圧電セラミック層５２の厚みを小さくし、変位量を大きくすることが可能となる。
【００５６】
この圧電アクチュエータ５１は、流路部材５３に接合されて液体吐出装置を形成する。液体吐出装置は複数の液体加圧室５３ａが並設され、液体加圧室５３ａを仕切る壁として隔壁５３ｂが形成されている。液体加圧室５３ａの開口部の直上に個別電極５６が配置するように、圧電アクチュエータ５１と流路部材５３とが接着されている。
【００５７】
内部電極５５と個別電極５６との間に駆動電圧を印加すると、内部電極５５と個別電極５６とで挟持された圧電体層５４が変形し、圧電変位素子５７が変位し、変位領域５７ａが変位することとなり、その結果、液体加圧室５３ａの容積を変化させるため、その時に発生する圧力で液体加圧室５３ａの液体が液体吐出口５８から吐出する。
【００５８】
このような複数の圧電変位素子５７が、振動板５２の表面に設けられてなる圧電アクチュエータ５１は、各圧電変位素子５７を独立して制御し、微細な領域に振動を起こすため、例えば微量のインクを特定の微細領域に吐出する印刷ヘッドに好適な構造を有している。
【００５９】
このような構造の圧電アクチュエータにおいて、１つおきに設けられた内部電極を電気的に連結し、且つ表面に設けられた端子電極と電気的に連結するために、表面端部の断面積が内部電極との接続端部の断面積よりも大きくなるようなビアホールを形成することが好ましい。このようなビアホールの深さが大きい構造においては、本発明は好適に適応され、空隙の少ないビア電極の作製に有効である。
【００６０】
本発明の液体吐出装置は、液体供給口、液体加圧室及び液体吐出口を具備する流路部材に、上記の圧電アクチュエータが設けられてなるものであり、インクジェット方式のプリンタや印画装置、印刷機などに好適に用いることができる。また、半導体製造時の配線回路の形成したり、微量の液体を輸送・搬送する液体ポンプとしても好適に用いることができる。
【００６１】
【実施例】
実施例１
先ず、前工程として、圧電セラミックスとしてチタン酸ジルコン酸鉛粉体を準備し、厚みが３０μｍとなるようにグリーンシートを成形した。得られたグリーンシートに、Ａｇ−Ｐｄ合金を含む電極ペーストを用いて、グリーンシート上に厚み５μｍの電極を印刷法にて形成した。また、電極を形成するシートとは別のグリーンシートには、ＮＣパンチングにより直径７０μｍのビアホールを形成した。
【００６２】
次いで、エッジ形成工程として、一部のビアホールには、図３（ａ）に示したような曲率半径が１、５、１０、１５μｍのエッジ部を形成した。尚、この時、ＮＣパンチングのピン径は７０μｍに一定とし、ダイスの径を７５、８０、９０、１００μｍとすることで、ビアホールのエッジ部に１、５、１０、１５μｍの曲率を有することができる。
【００６３】
次に、積層工程として、ビアホールを形成したグリーンシートと、電極を形成したグリーンシートとを積層し、さらにエッジ部を形成したグリーンシートを最上部に載置して積層し、１５ＭＰａの圧力で加圧密着を行って積層成形体を得た。これを比較例として用いた。
【００６４】
最後に、後工程として、得られた積層成形体を大気中４５０℃、５時間の脱脂処理を行い、しかる後に、１１００℃、酸素９５％の雰囲気において２時間の焼成を行い、積層圧電体を得た。その後、ビアホール部にＡｇ電極ペーストを印刷法にて充填し、大気中７００℃、１時間の焼付け処理を行った。
【００６５】
次に、得られた積層圧電体のビアホール部の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、ビアホール表面のエッジ部の曲率半径と、ビアホール中の電極材の充填性を評価した。その結果、エッジ部の曲率半径は、１〜１５μｍであり、何れも空隙は１％以下で、ビア導体の充填性が良好であった。
【００６６】
実施例２
実施例１と同様にして、前工程を行なった。
【００６７】
次に、エッジ形成工程として、ビアホールの一部に機械加工によって図４に示したようなエッジ部を形成した。エッジ部は、ａ１が１０μｍ、ａ２が２０μｍ、ｂ１が１５μｍ、ｂ２が５μｍとした。
【００６８】
次に、積層工程として、ビアホールを形成したグリーンシートと、電極を形成したグリーンシートとを積層し、さらにエッジ部を形成したグリーンシートを最上部に載置して積層し、１５ＭＰａの圧力で加圧密着を行って積層成形体を得た。これを比較例として用いた。
【００６９】
そして、実施例１と同様にして後工程を行い、次いで評価した。空隙率は、１％以下で、ビア導体の充填性が良好であった。
【００７０】
比較例
実施例１と同様にして、前工程を行なった。
【００７１】
次いで、ビアホールを形成したグリーンシートと、電極を形成したグリーンシートとを積層し、１５ＭＰａの圧力で加圧密着を行って積層成形体を得た。
【００７２】
そして、実施例１と同様にして後工程を行った。次に、実施例１と同様にして評価したところ、ビア導体の充填性が悪く、３％以上の空隙率が観察された。
【００７３】
【発明の効果】
本発明は、圧電アクチュエータに設けられたビアホールの断面積を表面で大きく、内部で小さくすることによって、焼結体表面の開口部が広く、内部が狭くなる構造であるため、積層後にビアホールの内部に導体ペーストを挿入する際でも、導電ペーストの流れ込みが容易になり、充填性が向上して空隙の発生を抑制できる。その結果、ビア電極の充填率を高められ、電気的導通不良を避けることができる。
【００７４】
また、表面のエッジ部の一部を除去する構成によっても同様の効果を得ることができ、ビア電極の充填率を高めて、電気的導通不良を避けることができる。
【００７５】
本発明の液体吐出装置は、インクジェット方式のプリンタや印画装置、印刷機、半導体製造時の配線回路パターンの形成装置としても好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電アクチュエータに設けられたビアホールの構造を示すもので、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明の圧電アクチュエータに設けられた他のビアホールの構造を示す概略断面図である。
【図３】本発明の圧電アクチュエータに設けられたさらに他のビアホールの構造を示す概略断面図で、（ａ）は曲面を有するエッジ部を形成したもの、（ｂ）はビアホールの直径が変化するとともに曲面を有するエッジ部を形成したものである。
【図４】本発明の圧電アクチュエータに設けられたさらに他のビアホールの構造を示す概略断面図である。
【図５】本発明の他の圧電アクチュエータの構造を示す概略断面図である。
【図６】従来の圧電アクチュエータの構造を示すもので、（ａ）は印刷ヘッドの概略断面図、（ｂ）は圧電アクチュエータの部分拡大図である。
【符号の説明】
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、１２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・・圧電体層
４、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ・・・圧電体層
５、５ａ、５ｂ、１５、１５ａ、１５ｂ、２５、２５ａ、２５ｂ・・・内部電極１１、２１・・・圧電アクチュエータ
２４・・・ビア電極
２４ｍ・・・エッジ部
２７・・・壁面の一部
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ・・・直径
Ｘ・・・表面端部
Ｙ・・・内部電極の接続端部
Claims (10)
- 圧電体層と内部電極とが交互に積層され、且つ表面に端子電極が形成された圧電アクチュエータにおいて、前記内部電極と前記端子電極とを電気的に連結するためのビア電極が設けられており、該ビア電極の表面端部における断面積が、内部電極との接続端部における断面積よりも大きいことを特徴とする圧電アクチュエータ。
- 前記ビア電極が円形形状を有し、その表面端部における直径が内部電極との接続端部における直径より大き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。
- 圧電体層と内部電極とが交互に積層され、且つ表面に端子電極が形成された圧電アクチュエータにおいて、前記内部電極と前記端子電極とを電気的に連結するためのビア電極が設けられており、該ビア電極の表面端部における壁面の一部が除去され、該除去部における前記ビア電極の直径が内部から表面に向かって連続的に大きくなることを特徴とする圧電アクチュエータ。
- 前記除去部が、その断面において曲面を形成していることを特徴とする請求項３記載の圧電アクチュエータ。
- 前記除去部の断面形状が、直線を含むことを特徴とする請求項３記載の圧電アクチュエータ。
- 前記断面形状が、複数の直線を含むことを特徴とする請求項５記載の圧電アクチュエータ。
- 圧電体層と内部電極とを交互に積層して、表面端部における断面積が、内部電極との接続端部における断面積よりも大きいビアホールを形成し、しかる後に、該ビアホールの内部に導体ペーストを充填し、さらにその上に端子電極を形成することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
- 前記ビアホールが円形形状を有し、その表面端部における直径が内部電極との接続端部における直径より大きいことを特徴とする請求項７記載の圧電アクチュエータ。
- 圧電体層と内部電極とを交互に積層して、表面端部における直径が内部から表面に向かって連続的に大きくなるビアホールを形成し、しかる後に、該ビアホールの内部に導体ペーストを充填し、さらにその上に端子電極を形成することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
- 請求項１〜９のいずれかに記載の圧電アクチュエータを、液体導入口と、液体加圧室と、液体吐出口とを具備する流路部材に接合してなることを特徴とする液体吐出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003201751A JP2005044927A (ja) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | 圧電アクチュエータ及びその製造方法並びに液体吐出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003201751A JP2005044927A (ja) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | 圧電アクチュエータ及びその製造方法並びに液体吐出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005044927A true JP2005044927A (ja) | 2005-02-17 |
Family
ID=34261722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003201751A Pending JP2005044927A (ja) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | 圧電アクチュエータ及びその製造方法並びに液体吐出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005044927A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008173957A (ja) * | 2006-12-21 | 2008-07-31 | Canon Inc | 液体吐出ヘッド |
| JP2012529384A (ja) * | 2009-07-27 | 2012-11-22 | シルバーブルック リサーチ ピーティワイ リミテッド | 裏面電気接続を有するインクジェット印刷ヘッドアセンブリ |
| JP2015069979A (ja) * | 2013-09-26 | 2015-04-13 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータ基板、それを用いた液体吐出ヘッドおよび記録装置 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02189953A (ja) * | 1989-01-18 | 1990-07-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体集積回路装置 |
| JP3005028U (ja) * | 1994-06-07 | 1994-12-06 | 富士電気化学株式会社 | 積層チップ部品 |
| JPH0799245A (ja) * | 1993-06-01 | 1995-04-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JPH07221360A (ja) * | 1994-02-01 | 1995-08-18 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | 積層型電歪／圧電素子の製造方法 |
| JPH0846040A (ja) * | 1994-07-29 | 1996-02-16 | Sony Corp | 配線コンタクト構造及びその形成方法 |
| JPH09162450A (ja) * | 1995-12-04 | 1997-06-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 積層圧電体素子 |
| JPH10112497A (ja) * | 1996-10-04 | 1998-04-28 | Nittetsu Semiconductor Kk | 半導体装置およびその導電層接続方法 |
| JPH11168246A (ja) * | 1997-09-30 | 1999-06-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電アクチュエータ、赤外線センサおよび圧電光偏向器 |
| JP2002374012A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Brother Ind Ltd | 圧電アクチュエータ及びその圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッド並びにそれらの製造方法 |
| JP2003164174A (ja) * | 2001-11-27 | 2003-06-06 | Taiheiyo Cement Corp | 圧電アクチュエータ |
| JP2003178930A (ja) * | 2001-12-12 | 2003-06-27 | Kyocera Corp | 電子部品の製造方法 |
| JP2004207693A (ja) * | 2002-12-04 | 2004-07-22 | Tdk Corp | 電子部品 |
-
2003
- 2003-07-25 JP JP2003201751A patent/JP2005044927A/ja active Pending
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02189953A (ja) * | 1989-01-18 | 1990-07-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体集積回路装置 |
| JPH0799245A (ja) * | 1993-06-01 | 1995-04-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| JPH07221360A (ja) * | 1994-02-01 | 1995-08-18 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | 積層型電歪／圧電素子の製造方法 |
| JP3005028U (ja) * | 1994-06-07 | 1994-12-06 | 富士電気化学株式会社 | 積層チップ部品 |
| JPH0846040A (ja) * | 1994-07-29 | 1996-02-16 | Sony Corp | 配線コンタクト構造及びその形成方法 |
| JPH09162450A (ja) * | 1995-12-04 | 1997-06-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 積層圧電体素子 |
| JPH10112497A (ja) * | 1996-10-04 | 1998-04-28 | Nittetsu Semiconductor Kk | 半導体装置およびその導電層接続方法 |
| JPH11168246A (ja) * | 1997-09-30 | 1999-06-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電アクチュエータ、赤外線センサおよび圧電光偏向器 |
| JP2002374012A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Brother Ind Ltd | 圧電アクチュエータ及びその圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッド並びにそれらの製造方法 |
| JP2003164174A (ja) * | 2001-11-27 | 2003-06-06 | Taiheiyo Cement Corp | 圧電アクチュエータ |
| JP2003178930A (ja) * | 2001-12-12 | 2003-06-27 | Kyocera Corp | 電子部品の製造方法 |
| JP2004207693A (ja) * | 2002-12-04 | 2004-07-22 | Tdk Corp | 電子部品 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008173957A (ja) * | 2006-12-21 | 2008-07-31 | Canon Inc | 液体吐出ヘッド |
| JP2012529384A (ja) * | 2009-07-27 | 2012-11-22 | シルバーブルック リサーチ ピーティワイ リミテッド | 裏面電気接続を有するインクジェット印刷ヘッドアセンブリ |
| JP2015069979A (ja) * | 2013-09-26 | 2015-04-13 | 京セラ株式会社 | 圧電アクチュエータ基板、それを用いた液体吐出ヘッドおよび記録装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3801057B2 (ja) | 圧電トランスデューサおよびそれを用いた液滴噴射装置 | |
| US7699444B2 (en) | Liquid droplet-jetting apparatus and method for producing liquid droplet-jetting apparatus | |
| JP4305016B2 (ja) | 圧電アクチュエータユニット、及び、それを用いた液体噴射ヘッド | |
| JP2012061631A (ja) | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置及び液体噴射ヘッドの製造方法 | |
| JP2006187188A (ja) | 圧電アクチュエータ及び液体吐出装置 | |
| JP2000094679A (ja) | 圧電振動子ユニット、圧電振動子ユニットの製造方法、及びインクジェット式記録ヘッド | |
| JP2007245631A (ja) | 吐出デバイス | |
| JP2007258727A (ja) | 圧電アクチュエータユニット、圧電素子、及び、その製造方法 | |
| JP4497850B2 (ja) | 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 | |
| JP2005044927A (ja) | 圧電アクチュエータ及びその製造方法並びに液体吐出装置 | |
| JP2004136461A (ja) | 液体圧力発生機構 | |
| JP2007268838A (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP2005022909A (ja) | グリーンシートおよびその製造方法、並びに積層圧電体、圧電アクチュエータおよびインクジェット記録ヘッド | |
| JP2005051840A (ja) | 圧電アクチュエータの製造方法及び印刷ヘッドの製造方法 | |
| JP4193890B2 (ja) | インクジェットヘッド | |
| JP2002225269A (ja) | インクジェットプリンタヘッドおよびその圧電素子 | |
| JP4289304B2 (ja) | 圧電アクチュエータ、インクジェットプリンタヘッド、及びそれらの製造方法 | |
| JP4069356B2 (ja) | 圧電トランスデューサおよびそれを用いた液滴噴射装置 | |
| JP2002374012A (ja) | 圧電アクチュエータ及びその圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッド並びにそれらの製造方法 | |
| JP2004357438A (ja) | 圧電アクチュエータおよびインクジェット記録ヘッド | |
| JP2005154207A (ja) | グリーンシート、積層成形体、積層基板及びその製造方法 | |
| JP2021111661A (ja) | 電子部品の製造方法 | |
| JP2004114558A (ja) | インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法 | |
| JP4678809B2 (ja) | 積層圧電素子、圧電アクチュエータ、インクジェットヘッド及び画像形成装置 | |
| JP2001054946A (ja) | インクジェットヘッド |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060116 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090924 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090929 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091130 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100330 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100531 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100713 |