JP2007097280A - 圧電アクチュエータおよびその製造方法、並びにインクジェット記録ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】圧電セラミック層表面に配置された個別電極と外部配線基板との接続信頼性に優れた圧電アクチュエータおよびその製造方法、圧電セラミック層表面に高密度に個別電極を配置することが可能な圧電アクチュエータおよびその製造方法、並びに小型で高速の印画が可能な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】複数の個別電極５が、それぞれ変位素子６の変位に寄与する駆動電極５ａと、該駆動電極５ａの一端に設けられた、外部配線基板と接続するための接続端子５ｂとを備えると共に、複数の接続端子５ｂは高さの最大差が４μｍ以下である圧電アクチュエータ１およびその製造方法、並びにこれを備えたインクジェット記録ヘッドである。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電アクチュエータおよびその製造方法、並びにインクジェット記録ヘッドに関し、より詳しくは、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積層型の圧電アクチュエータおよびその製造方法、並びに該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に関する。

従来から、圧電性セラミックスを利用した製品としては、例えば圧電アクチュエータ、フィルタ、圧電共振子（発振子を含む）、超音波振動子、超音波モータ、圧電センサ等がある。これらの中で、圧電アクチュエータは、電気信号に対する応答速度が１０^-6秒台と非常に高速であるため、半導体製造装置のＸＹステージの位置決め用圧電アクチュエータや、インクジェットプリンタ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等に応用されている。

一方、インクジェット記録ヘッドのドット密度の高密度化に伴い、これに用いられる圧電アクチュエータも高密度に配置する必要が生じており、圧電体表面にマトリクス状に個別電極を配置した圧電アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１）。

図３（ａ）は、特許文献１に記載されているような圧電アクチュエータを備えた、従来のインクジェット記録ヘッドを示す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。同図に示すように、圧電方式を利用したインクジェット記録装置に用いられるインクジェット記録ヘッド７０は、複数の溝がインク加圧室５３ａとして並設され、各インク加圧室５３ａを仕切る壁として隔壁５３ｂを形成した流路部材５３の上に、圧電アクチュエータ６１が設けられた構造を有する。

また、圧電アクチュエータ６１は、上面に共通電極６４が設けられた振動板６２上に、圧電セラミック層６５および個別電極６６がこの順に積層され、個別電極６６が圧電セラミック層６５の表面に複数配列されることにより、複数の変位素子６７が形成されたものである。この圧電アクチュエータ６１は、流路部材５３上に、インク加圧室５３ａと個別電極６６との位置を揃えて取り付けられている。

上記のようなインクジェット記録ヘッド７０は、共通電極６４と個別電極６６との間に駆動電圧を印加して変位素子６７を振動させることにより、インク加圧室５３ａ内のインクを加圧し、流路部材５３の底面に開口させたインク吐出孔５８よりインク滴を吐出する。

また、インクジェット記録ヘッド７０（圧電アクチュエータ６１）の構成を、圧電セラミック層６５上に個別電極６６を等ピッチで多数並設して変位素子６７を多数設けたものにし、各変位素子６７を独立して制御することにより、インクジェットプリンタの高速化および高精度化に寄与している。

個別電極６６は、変位素子６７の変位に寄与する駆動電極６６ａと、駆動電圧印加用の接続端子（ランド）６６ｂとを備え、接続端子６６ｂに駆動電圧を印加するための図示しない外部配線基板が半田付けや接点部材の圧接などによって電気的に接続される。

また、接続端子６６ｂは、インク加圧室５３ａの領域外に形成されるので、このような構成を有する圧電アクチュエータ６１は、撓み変形特性に優れ、撓み変形の効率の低下や、撓み変形量のばらつきが少ないと考えられる。
特開平１１−３４３１３号公報

近時、特に個別電極６６の高密度化に伴い、個別電極６６と外部配線基板との接続において接続不良が生じるという問題が発生していた。

従って、本発明の主たる課題は、圧電セラミック層表面に配置された個別電極と外部配線基板との接続信頼性に優れた圧電アクチュエータおよびその製造方法を提供することである。
本発明の他の課題は、圧電セラミック層表面に高密度に個別電極を配置することが可能な圧電アクチュエータおよびその製造方法を提供することである。
本発明のさらに他の課題は、小型で高速の印画が可能なインクジェット記録ヘッドを提供することである。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下の知見を得た。すなわち、通常は、個別電極に接続される各接続端子の高さのばらつきが大きい場合でも、各接続端子間の間隔が広いと、その上に配置された外部配線基板が撓むことによって各接続端子の高さのばらつきを吸収することができる。ところが、個別電極の高密度化に伴い、接続端子の面積が小さくなり、接続端子間の間隔も短くなると、接続端子間で外部配線基板を大きく撓ませることができない。そのため、各接続端子の高さのばらつきが大きいと、各接続端子と外部配線基板との接続において、接続不良が生じていた。

そこで、個別電極における接続端子の高さの最大差を所定の値以下とすることにより、各接続端子と外部配線基板との接続信頼性を向上させることに成功し、信頼性の高い個別電極の高密度化が可能となった。

すなわち、本発明の圧電アクチュエータおよびその製造方法は、以下の構成からなる。
（１）振動板上に共通電極および圧電セラミック層がこの順に積層され、さらに前記圧電セラミック層の表面に複数の個別電極を配列して個別電極ごとに変位素子を形成し、前記個別電極のそれぞれに独立して駆動電圧を印加することにより前記変位素子を変位させるようにした圧電アクチュエータであって、前記複数の個別電極が、それぞれ前記変位素子の変位に寄与する駆動電極と、該駆動電極の一端に設けられた、外部配線基板と接続するための接続端子とを備えると共に、複数の接続端子は高さの最大差が４μｍ以下であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
（２）前記複数の個別電極が、前記圧電セラミック層の表面に１ｃｍ²当り５０〜２００個の密度で配列されている前記（１）記載の圧電アクチュエータ。
（３）前記接続端子と前記外部配線基板との間に接合層が設けられ、該接合層が異方性導電樹脂ペースト（ＡＣＰ）または異方性導電フィルム（ＡＣＦ）からなる前記（１）または（２）記載の圧電アクチュエータ。
（４) 前記異方性導電樹脂ペースト（ＡＣＰ）および異方性導電フィルム（ＡＣＦ）が含有する導電性粒子の平均粒子径が２０μｍ以下である前記（１）〜（３）のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
（５）振動板上に共通電極および圧電セラミック層がこの順に積層され、さらに前記圧電セラミック層の表面に、駆動電極と接続端子とを備える個別電極を複数形成し、しかる後に、各接続端子における高さの最大差が４μｍ以下となるように、前記接続端子の表面に平坦化処理を施すことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
（６）前記平坦化処理が、切削処理、加圧によるレベリング処理および研磨処理から選ばれる少なくとも１種である前記（５）記載の圧電アクチュエータの製造方法。
(７) 前記平坦化処理の後で、前記接続端子の各々の表面に異方性導電樹脂ペースト（ＡＣＰ）または異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を介して外部配線基板を配置し、ついで、前記異方性導電樹脂ペースト（ＡＣＰ）または異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を硬化させて前記接続端子と前記外部配線基板との間に接合層を形成する前記（５）または（６）記載の圧電アクチュエータの製造方法。

本発明のインクジェット記録ヘッドは、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の圧電アクチュエータを、複数のインク加圧室を有する流路部材上に、前記インク加圧室および前記個別電極の位置を揃えて取り付けてなり、前記アクチュエータの個別電極に前記駆動電圧を印加して変位素子を変位させることによって前記インク加圧室の体積を変化させるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、複数の個別電極における各接続端子の高さの最大差を４μｍ以下であるので、個別電極を圧電セラミック層表面に高密度で配置した場合であっても、各接続端子と外部配線基板との接続不良を低減でき、接続信頼性に優れた高品質な圧電アクチュエータが得られるという効果がある。

よって、本発明の圧電アクチュエータは、個別電極を圧電セラミック層表面に高密度に配置でき、かつ個別電極と外部配線基板との接続信頼性が優れている。従って、このような圧電アクチュエータを備えた本発明のインクジェット記録ヘッドは、小型で高速の印画が可能となる。

＜圧電アクチュエータ＞
以下、本発明の圧電アクチュエータの一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）は、本実施形態の圧電アクチュエータを示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。同図に示すように、本実施形態の圧電アクチュエータ１は、振動板２、共通電極３、圧電セラミック層４および個別電極５で構成されており、振動板２上に、共通電極３、圧電セラミック層４および個別電極５をこの順に積層したものである。振動板２と圧電セラミック層４とはシート状の部材で、平面視でほぼ同形状・同サイズを共に有している。

共通電極３および個別電極５は、圧電アクチュエータ１の電極を構成するものであり、個別電極５は、圧電セラミック層４の表面に複数形成されている。これにより、共通電極３および個別電極５で圧電セラミック層４を挟持して構成される変位素子６が、振動板２上に複数配列された構成となる。このように、シート状の圧電アクチュエータ１中には、個別電極５の配置位置に対して、複数の変位素子６が作り込まれている。ここでは、振動板２や圧電セラミック層４はいずれも１層で構成されているが、層厚の調整の容易さを考えると、複数層の積層体としてそれぞれ構成されていてもよい。なお、圧電アクチュエータ１の変位に必要な分極のかけ方は、圧電アクチュエータ１に要求される変位形態に対応して施されるものであるが、本圧電アクチュエータ１において、これを後述するユニモルフ型のアクチュエータとするために、少なくとも圧電セラミック層４の共通電極３と個別電極５とで挟まれた部分が各層の積層方向に分極されている。

個別電極５は、変位素子６の変位に寄与する駆動電極５ａと、外部配線基板と接続するための接続端子５ｂと、駆動電極５ａと接続端子５ｂとを電気的に接続するための接続部５ｃとを備えた構成となっている。該個別電極５は、接続端子５ｂを介して外部配線基板に接続され、電極（共通電極３，個別電極５）間に電圧が印加されると、電圧が印加された共通電極３と個別電極５に挟持された部位の圧電セラミック層４が変位する。変位素子６（圧電アクチュエータ１）としては、この圧電セラミック層４が積層している振動板２が、圧電セラミック層４の変位、より具体的には、面方向（各層の積層方向と直交する方向）の変位を規制するので、電圧が印加された変位素子６の部分が全体として積層方向に屈曲することになる。このように、本圧電アクチュエータ１は、ユニモルフ型のアクチュエータとして動作する。

圧電アクチュエータ１の高さは、特に限定されるものではないが、好ましくは１００μｍ以下であるのがよい。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、低電圧で高効率の駆動を実現できる。特に、圧電アクチュエータ１としての特性を十分に発揮できる点で、好ましくは８０μｍ以下、より好ましくは６５μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下であるのがよい。一方、高さの下限値は、十分な機械的強度を有し、取扱いおよび作動中の破壊を防止するため、３μｍ、好ましくは５μｍ、より好ましくは１０μｍ、さらに好ましくは２０μｍであるのがよい。

（圧電セラミック層）
圧電セラミック層４としては、圧電性を示すセラミックスを用いることができ、具体的には、例えばＢｉ層状化合物（層状ペロブスカイト型化合物）、タングステンブロンズ型化合物、Ｎｂ系ペロブスカイト型化合物［Ｎｂ酸ナトリウムなどのＮｂ酸アルカリ化合物（ＮＡＣ）、Ｎｂ酸バリウムなどのＮｂ酸アルカリ土類化合物（ＮＡＥＣ）］、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、Ｐｂを含有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛等のペロブスカイト型化合物を含有する物質等が例示できる。

上記のうち、少なくともＰｂを含むペロブスカイト型化合物であるのが特に好ましい。例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、Ｐｂを含有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸鉛等を含有する物質が好ましい。特に、Ａサイト構成元素としてＰｂを含有し、かつＢサイト構成元素としてＺｒおよびＴｉを含有する結晶であるのがよい。このような組成にすることで、高い圧電定数を有する圧電セラミック層が得られる。これら中でもチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸鉛が、大きな変位を付加する上で好適である。ペロブスカイト型結晶の一例として、ＰｂＺｒＴｉＯ₃を好適に使用できる。

また、圧電性セラミックスには、他の酸化物を混合してもよく、さらに、特性に悪影響がない範囲であれば、副成分としてＡサイトおよび／またはＢサイトに他元素が置換していてもよい。例えば、副成分としてＺｎ、Ｓｂ、ＮｉおよびＴｅを添加したＰｂ（Ｚｎ_1/3Ｓｂ_2/3）Ｏ₃およびＰｂ（Ｎｉ_1/2Ｔｅ_1/2）Ｏ₃の固溶体であってもよい。

（振動板）
振動板２としては、絶縁性の高いものであればよいが、好ましくは圧電性セラミックスであるのがよく、より好ましくは、上記した圧電セラミック層４と略同一の材料であるのがよい。さらに、圧電アクチュエータ１をインクジェット記録ヘッドに応用する場合、使用されるインクに対する耐腐食性、耐水性等の耐インク性が高い材料がよい。これにより、振動板２と圧電セラミック層４とを同時焼成で作製する際において、圧電アクチュエータ１内の焼成収縮を均等にすることができ、反り変形を抑制することができる。圧電セラミック層４，振動板２の高さは５〜５０μｍ程度、好ましくは１０〜３０μｍ程度であるのがよい。

（共通電極）
共通電極３としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌやそれらの合金等を用いることができる。具体的には、例えばＡｇ−Ｐｄ合金が例示できる。また、共通電極３の高さは、導電性を有しかつ変位を妨げない程度である必要があり、一般に、０．５〜５μｍ程度、好ましくは１〜４μｍであるのがよい。

（個別電極）
個別電極５の駆動電極５ａ，接続端子５ｂおよび接続部５ｃとしては、上記した共通電極と同様に、導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌやそれらの合金等を用いることができる。特に、駆動電極５ａとしてはＡｕが好ましく、接続端子５ｂとしてはＡｇが好ましい。

また、駆動電極５ａの高さは、導電性を有しかつ変位を妨げない程度である必要があり、例えば０．１〜２μｍ程度、好ましくは０．１〜０．５μｍ、より好ましくは０．１〜０．３μｍであるのがよい。接続端子５ｂの高さは、外部配線基板との接続信頼性を向上させるために、例えば５μｍ以上、好ましくは５〜１５μｍであるのがよい。接続部５ｃの高さは、駆動電極５ａと接続端子５ｂの接続信頼性の上で１〜１０μｍであるのがよい。

複数の接続端子５ｂは、それらの高さの最大差が４μｍ以下である。該高さの最大差は、例えば後述のように、レーザー変位計で各接続端子の高さを測定し、これらの値から最大高さおよび最小高さを選び出し、その差を求めることにより算出される。ここで、複数の接続端子５ｂ間の高低差が大きい（例えば、４μｍより大きい）場合、外部配線基板を接続すると、圧電アクチュエータ１も外部配線基板も剛性を持つ部材であるので、その接続部の高低差に対応した歪みが両者間に生じることになる。歪みの大きさにもよるが、近接する変位素子６に不必要な応力が働いて圧電アクチュエータ１の変位特性がばらついたり、外部配線基板と接続端子５ｂとの接続部に損傷を与えたりすることがある。このような不具合を回避するためには、全ての接続端子５ｂが同じ高さを有していることが理想であるが、高低差は最大で約４μｍであってもよい。

これにより、個別電極５と外部配線基板との接続信頼性が向上し、個別電極５を圧電セラミック層４の表面に高密度で配置できる。ここで、本発明における高密度とは、具体的には、個別電極５が、圧電セラミック層４の表面に１ｃｍ²当り５０〜２００個の密度で配列されていることを意味する。一方、前記最大差が４μｍを超えると、個別電極５と外部配線基板との接続信頼性が低下するので、個別電極５を高密度に配置することができない。

（接合層）
接続端子５ｂと外部配線基板の接合には、半田等による接合の他に、異方性導電樹脂ペースト（ＡＣＰ）や異方性導電フィルム（ＡＣＦ）等の導電性粒子による接合がある。本発明では、特に、低温で接合することができ、圧電体（圧電セラミック層４）への熱による特性劣化を防止できる上で、ＡＣＰまたはＡＣＦによる接合が好ましい。ここで、前記異方性導電樹脂ペースト（ＡＣＰ）とは、異方性導電樹脂をペースト状にしたものを意味し、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）とは、異方性導電樹脂をフィルム状にしたものを意味する。また、前記異方性導電樹脂とは、厚み方向に高い導電性を有しかつ平面方向には高い絶縁性を示す特性を有する樹脂を意味し、例えばアクリル樹脂や、酸無水物硬化型、フェノール硬化型、アミン硬化型などのエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂中に導電性粒子が分散したものであり、導電性粒子としては、例えば金、銀、ニッケル等の金属粒子や表面に金めっき等が施された樹脂粒子等が挙げられる。

なお、導電性粒子を分散する樹脂材料として、その耐熱性を求めなければ合成ゴムや熱可塑性樹脂を用いてもよい。いずれの樹脂材料においても、接続部を機械的に固定する接着剤としての機能を果たす。本実施形態では、圧電アクチュエータ１の再分極処理時の加熱を考慮して、耐熱性を有するエポキシ樹脂を採用している。

接続端子５ｂと外部配線基板との間にＡＣＰまたはＡＣＦからなる接合層を形成する場合には、接続端子５ｂの高さの最大差が４μｍ以下と小さいので、ＡＣＰおよびＡＣＦが含有する導電性粒子も粒子径の小さいものを使用できる。このため、接続端子５ｂの面積が高密度化により小さくなっても、十分な導電性粒子数を確保することができ、前記接続信頼性を損なうことがない。具体的には、前記導電性粒子の平均粒子径は２０μｍ以下、好ましくは３〜２０μｍ程度、より好ましくは５〜１５μｍ程度であるのがよい。前記平均粒子径は、導電性粒子を粒度分布測定装置で測定して得られた値である。

また、前記熱硬化性樹脂中における導電性粒子の配合量は１〜２５質量％程度であるのがよく、前記接合層の高さは３〜２０μｍ程度、好ましくは５〜１５μｍ程度であるのがよい。なお、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）の高さは、上記接合層の高さと同じ高さである。

＜圧電アクチュエータの製造方法＞
次に、本発明の圧電アクチュエータの製造方法について説明する。
（第１の工程）
まず、圧電セラミック層４および振動板２の原料となる圧電性セラミックス原料粉末を準備する。この圧電性セラミックス原料粉末の平均粒子径は１μｍ以下であることが望ましく、特に０．７μｍ以下、更には０．６μｍ以下であるのがよい。圧電性セラミックス原料粉末の平均粒子径を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４および振動板２を得ることができる。この圧電性セラミックス原料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ーを調製する。ついで、この成形用スラリー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セラミックグリーンシートを必要枚数作製する。

ついで、上記で得られたセラミックグリーンシートを、必要に応じて加圧する。シート成形後にセラミック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、高さばらつきや、密度ばらつきを低減することができる。加圧方法としては、公知の手法を採用することができるが、均一な高さにすることが容易である点で、ロール加圧法、平面加圧法、静水圧加圧法等を用いるのが好ましい。また、加圧圧力は、材料組成、有機バインダ量、グリーンシート高さ等によって異なるが通常１０〜１００ＭＰａ、好ましくは２０〜５０ＭＰａ、より好ましくは３０〜４０ＭＰａの圧力で加圧するのがよい。また、加圧によって得られた各グリーンシートの高さばらつきは１５％以下、特に１０％以下にすると、焼成後に形成される圧電セラミック層４および振動板２の高さばらつきが低減されると共に、反り変形を防止することができる。

（第２の工程）
次に、上記共通電極で例示した電極材料を含有する共通電極ペーストを作製する。この共通電極ペーストには、電極材料（Ａｕ、Ａｇなど）の他、エチルセルロースなどの有機ビヒクルなどの成分が含まれる。そして、上記で作製したセラミックグリーンシートのうち、焼成により振動板２となるグリーンシートの一方の表面に、共通電極３用の電極ペーストをスクリーン印刷等の方法で印刷する。この場合の高さは１〜３μｍ、高さばらつき（最大値と最小値との差）は０．５〜１μｍになるように調整することが望ましい。また、必要に応じてグリーンシートの一部にビアホールを形成し、その内部にビア導体を挿入してもよい。

（第３の工程）
第１の工程および第２の工程で作製したセラミックグリーンシートを積層し、密着させて積層体を作製する。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が例示できる。

（第４の工程）
第３の工程で得られた積層体は、必要に応じて脱脂処理して積層体中の有機成分の除去を行った後、（高濃度）酸素雰囲気中において、９００〜１２００℃において焼成して圧電アクチュエータ本体を得る。なお、第４の工程（焼成工程）においては、第３の工程で得られた積層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、高さ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。

（第５の工程）
第４の工程で得られた圧電アクチュエータ本体の表面に、駆動電極５ａパターンと接続部５ｃパターンとをスクリーン印刷等の方法で印刷し、５００〜８００℃、好ましくは６５０〜８００℃で焼き付け処理を行った後、さらに接続端子５ｂパターンを上記駆動電極５ａパターンおよび接続部５ｃパターンと同様の方法で印刷し、５００〜８００℃、好ましくは５００〜６５０℃で焼き付け処理を行うことにより、個別電極５が形成される。ここで、駆動電極５ａ用、接続端子５ｂ用および接続部５ｃ用の各電極ペーストとしては、上記個別電極で例示した電極材料を主成分とするものが使用できる。

なお、接続部５ｃパターンの印刷は、駆動電極５ａパターンと同じ工程で印刷する場合に限定されるものではなく、例えば接続端子５ｂパターンを印刷する工程で印刷してもよい。また、接続端子５ｂパターンの印刷回数を複数回にし、接続端子５ｂが駆動電極５ａおよび接続部５ｃよりも高くなるように構成してもよい。具体的には、例えば駆動電極５ａパターンおよび接続部５ｃパターンを印刷する際に接続端子５ｂパターンも印刷し、焼き付け処理を行った後、この接続端子５ｂパターン上にさらに接続端子５ｂパターンを印刷し、焼き付け処理を行うことにより、形成される接続端子５ｂが駆動電極５ａおよび接続部５ｃよりも高くなるようにしてもよい。なお、この場合の印刷回数は特に限定されるものではなく、また、接続端子５ｂ用の電極ペーストは、印刷毎に同一であってもよく、異なっていてもよい。

（第６の工程）
ついで、第５の工程で得られた複数の接続端子５ｂは、高さの最大差が４μｍ以下となるように、その表面に平坦化処理を施す。平坦化処理は、前記最大差を４μｍ以下にできる処理方法であれば、特に限定されるものではないが、本発明では、特に、前記最大差を簡単に効率よくかつ確実に４μｍ以下にできる上で、ダイヤモンドバイト等による切削処理、プレートを押し当てる加圧によるレベリング処理および研磨プレート等による研磨処理から選ばれる少なくとも１種を用いて行うのが好ましい。なお、前記切削処理、レベリング処理および研磨処理は、それぞれ単独でまたは２種以上を組み合わせてもよく、例えば切削処理をした後に、さらにレベリング処理等を行ってもよい。

（第７の工程）
第６の工程で平坦化処理を施した接続端子５ｂ上にＡＣＰを塗布、あるいはＡＣＦを貼付し、外部配線基板の接続端子と接続端子５ｂの位置をあわせ、ついで加圧した状態で温度をかけ、接着剤（ＡＣＰ，ＡＣＦ）を硬化させ、接続端子５ｂと外部配線基板との間にＡＣＰまたはＡＣＦからなる接合層が形成される。ここで、該接着剤を硬化させる温度としては、例えば１００〜１５０℃程度であるのが好ましい。これにより、半田等による接合に対して接合時の温度が下がるので、圧電体（圧電セラミック層４）への熱による特性劣化が防止される。なお、上記第７の工程では、接合層となるＡＣＰあるいはＡＣＦを圧電アクチュエータ本体の表面に配置したが、外部配線基板側に予め配置したものを用意してもよい。

＜インクジェット記録ヘッド＞
本発明の圧電アクチュエータは、上記で説明したように、一基板（振動板）上に複数の変位素子を備えているので、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に好適に用いることができる。以下、本発明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の一実施形態について説明する。図２（ａ）は、本実施形態のインクジェット記録ヘッド示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図２（ａ），（ｂ）においては、前述した図１の構成と同一または同等な部分には同一の符号を付して説明は省略する。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、このインクジェット記録ヘッド２０は、複数のインク加圧室１６ａが並設され、各インク加圧室１６ａを仕切る壁として隔壁１６ｂを形成した流路部材１６上に上記で説明した圧電アクチュエータ１が接合されている。また、振動板２が各インク加圧室１６ａの壁の一部を構成している。このように構成されたインク加圧室１６ａには、流路部材１６に形成された共通のインク流路（図示せず）が接続され、外部からのインクがこの共通インク流路から分配されて供給可能となっている。

流路部材１６は圧延法等により得られ、インク吐出孔１８およびインク加圧室１６ａはエッチングにより所定の形状に加工されて設けられる。この流路部材１６は、Ｆｅ―Ｃｒ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系の群から選ばれる少なくとも１種によって形成されていることが望ましく、特にインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましく、Ｆｅ−Ｃｒ系がより好ましい。

流路部材１６と圧電アクチュエータ１との接合は、振動板２がインク加圧室１６ａの空間と当接するように、例えば接着層を介して積層接着することができる。より具体的には、各個別電極５の駆動電極５ａと各インク加圧室１６ａとが対応し、かつ接続端子５ｂがインク加圧室１６ａの領域外に位置するように接合する。

前記接着層としては、各種の公知のものが採用可能であるが、圧電アクチュエータ１や流路部材１６への熱による影響を及ぼさない上で、熱硬化温度が１００〜１５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ１と流路部材１６とを加熱接合することができ、これによりインクジェット記録ヘッド２０を得ることができる。ここで、圧電アクチュエータ１は、インク加圧室１６ａを区画する流路部材１６の壁部に固定されることになるので、電圧を印加して振動されたときに、変位素子６全体がインク加圧室の容積を変化するように撓むことになる。

上記したインクジェット記録ヘッド２０の接続端子５ｂと、駆動電圧を印加するための外部配線基板３０とが異方性導電樹脂ペースト（ＡＣＰ）３１によって電気的に接続される。そして、外部配線基板３０により共通電極３と所定の個別電極５との間に電圧が印加されると、電圧が印加された個別電極５直下の圧電セラミック層４が変位して、インク加圧室１６ａ内のインクが加圧され、インク吐出孔１８よりインク滴が吐出される。このようなインクジェット記録ヘッド２０は、高速で高精度な吐出が可能であり、高速印刷に好適である。

以上、本発明の一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、上記の実施形態では、接続端子５ｂが接続部５ｃを介して駆動電極５ａの一端に設けられた構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、接続端子５ｂが駆動電極５ａに直接電気的に接続されていてもよい。

以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例］
＜インクジェット記録ヘッドの作成＞
まず、図１に示したような構成の圧電アクチュエータを作製した。即ち、平均粒径が０．５μｍのＰｂＺｒＴｉＯ₃系粉末を、バインダおよび有機溶剤とともに混合してシート成形用のスラリーを調製し、得られたスラリーを用いてロールコータ法にて高さ１５μｍのグリーンシート（圧電セラミック層４用および振動板２用）を作製した。
一方、Ａｇ−Ｐｄ粉末を、混合比が質量比でＡｇ：Ｐｄ＝７：３となるように配合し、有機粘結剤と溶媒とを所定量混合して共通電極ペーストを調製した。

次に、上記で得られた共通電極ペーストを塗布したグリーンシートと、共通電極ペーストを塗布していないグリーンシートとを積層し、熱を加えて圧着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℃で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。

次に、この圧電アクチュエータ本体の一方の表面にＡｕを主成分とする電極ペーストをスクリーン印刷し、ついで、７５０℃で焼付けを行って駆動電極５ａ、接続端子５ｂとなる接続端子５ｂパターンおよび接続部５ｃを形成した。さらに、Ａｇを主成分とする電極ペーストを前記接続端子５ｂパターン上にスクリーン印刷し、ついで、６００℃で焼付けを行って外部配線基板との接続端子となる接続端子５ｂを形成し、接続端子５ｂが駆動電極５ａおよび接続部５ｃよりも高くなるようにした。なお、個別電極５は、圧電セラミック層４の表面に１ｃｍ²当り１５０個の密度で配列した。

ついで、ホイールに装着したダイヤモンドバイトを回転させて、上記で得られた複数の接続端子５ｂの表面を表１に示す高さの最大差となるように切削し、平坦化処理を行った。そして、この圧電アクチュエータ本体を流路部材１６にエポキシ系接着剤にて接合し、さらに、平均粒子径８μｍの導電性粒子を含む導電性接着剤［異方性導電樹脂ペースト（ＡＣＰ）］で、接続端子（ランド）と外部配線基板とを接続し、図２に示すようなインクジェット記録ヘッドを作製した（表１中の試料Ｎｏ．１〜５）。

なお、表１中の「最大値」とは、平坦化処理後の各接続端子における最大高さを意味し、「最小値」とは、平坦化処理後の各接続端子における最小高さを意味し、「最大差」とは、前記最大値および最小値の差を意味する。また、前記最大値および最小値は、平坦化処理後の各接続端子をレーザー変位計で測定して得られた値である。

＜インクジェット記録ヘッドの評価＞
上記で得られたインクジェット記録ヘッド（表１中の試料Ｎｏ．１〜５）について、個別電極と外部配線基板との接続信頼性を温度サイクル試験で評価した。評価方法を以下に示すと共に、その結果を表１に示す。

（温度サイクル試験の評価方法）
０℃の状態が３０分、６０℃の状態が３０分、サイクル数を１００に設定し、１００サイクル後の個別電極に対応する圧電体の容量値を測定し、接続不良箇所数を測定した。なお、個別電極および外部配線基板の接続２０箇所で評価した。

表１から明らかなように、本発明の範囲内である試料Ｎｏ．１〜３（最大差が４μｍ以下）は、温度サイクル試験による接続不良の発生は見られなかった。このことから、個別電極と外部配線基板との接続信頼性に優れた圧電アクチュエータが得られているのがわかる。これに対し、接続端子（ランド）の高さの最大差が５μｍ以上の、本発明の範囲外の試料Ｎｏ．４、５では、温度サイクル試験後に接続不良箇所が発生した。

（ａ）は、本発明の一実施形態にかかる圧電アクチュエータを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態にかかるインクジェット記録ヘッドを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は、従来のインクジェット記録ヘッドを示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

符号の説明

１ 圧電アクチュエータ
２ 振動板
３ 共通電極
４ 圧電セラミック層
５ 個別電極
５ａ 駆動電極
５ｂ 接続端子
６ 変位素子
１６ 流路部材
１６ａ インク加圧室
１６ｂ 隔壁
１８ インク吐出孔
２０ インクジェット記録ヘッド
３０ 外部配線基板
３１ 異方性導電樹脂ペースト（ＡＣＰ）

Claims (8)

1. 振動板上に共通電極および圧電セラミック層がこの順に積層され、さらに前記圧電セラミック層の表面に複数の個別電極を配列して個別電極ごとに変位素子を形成し、前記個別電極のそれぞれに独立して駆動電圧を印加することにより前記変位素子を変位させるようにした圧電アクチュエータであって、
   前記複数の個別電極が、それぞれ前記変位素子の変位に寄与する駆動電極と、該駆動電極の一端に設けられた、外部配線基板と接続するための接続端子とを備えると共に、複数の接続端子は高さの最大差が４μｍ以下であることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記複数の個別電極が、前記圧電セラミック層の表面に１ｃｍ²当り５０〜２００個の密度で配列されている請求項１記載の圧電アクチュエータ。
3. 前記接続端子と前記外部配線基板との間に接合層が設けられ、該接合層が異方性導電樹脂ペースト（ＡＣＰ）または異方性導電フィルム（ＡＣＦ）からなる請求項１または２記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記異方性導電樹脂ペースト（ＡＣＰ）および異方性導電フィルム（ＡＣＦ）が含有する導電性粒子の平均粒子径が２０μｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
5. 振動板上に共通電極および圧電セラミック層がこの順に積層され、さらに前記圧電セラミック層の表面に、駆動電極と接続端子とを備える個別電極を複数形成し、しかる後に、各接続端子における高さの最大差が４μｍ以下となるように、前記接続端子の表面に平坦化処理を施すことを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
6. 前記平坦化処理が、切削処理、加圧によるレベリング処理および研磨処理から選ばれる少なくとも１種である請求項５記載の圧電アクチュエータの製造方法。
7. 前記平坦化処理の後で、前記接続端子の各々の表面に異方性導電樹脂ペースト（ＡＣＰ）または異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を介して外部配線基板を配置し、ついで、前記異方性導電樹脂ペースト（ＡＣＰ）または異方性導電フィルム（ＡＣＦ）を硬化させて前記接続端子と前記外部配線基板との間に接合層を形成する請求項５または６記載の圧電アクチュエータの製造方法。
8. 請求項１〜４のいずれかに記載の圧電アクチュエータを、複数のインク加圧室を有する流路部材上に、前記インク加圧室および前記個別電極の位置を揃えて取り付けてなり、前記アクチュエータの個別電極に前記駆動電圧を印加して変位素子を変位させることによって前記インク加圧室の体積を変化させるようにしたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
   

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