JP2010194872A - 圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化による圧電アクチュエータの駆動特性の変動を抑制する。
【解決手段】流路ユニット３１の上面に接合された振動板４１の上面における圧力室１０と対向する部分には、振動板４１よりも線膨張係数の小さい圧電材料からなる圧電層４３が配置されている。また、振動板４１の上面における、圧力室１０の縁の近傍と対向する部分に位置する、変形部４１ａにより形成される領域と拘束部４１ｂにより形成される領域とにまたがった領域には、圧力室１０の全周にわたって、振動板４１及び圧電層４３よりも線膨張係数の大きい材料からなる高膨張層４２が配置されている。高膨張層４２は、振動板４１の上面の高膨張層４２よりも上方に突出しており、その突出量は、圧電層４３の厚みよりも大きくなっている。また、高膨張層４２の上面にはＦＰＣ４５が接合されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、振動板と圧電層とを有する圧電アクチュエータ、及び、このような圧電アクチュエータの製造方法に関する。

特許文献１に記載のインクジェットヘッドにおいては、圧力室を含むインク流路が形成された流路ユニットの上面に、圧力室を覆うように振動板が配置されており、振動板の上面には圧電層が形成されている。また、圧電層の上面における圧力室の略中央部と対向する部分には、個別電極が配置されており、個別電極と共通電極としての振動板との間に電位差が発生すると、圧電層のこれらの電極に挟まれた部分にその分極方向と同じ下向きの電界が発生することより、圧電層が水平方向に収縮し、これに伴って、圧電層及び振動板の圧力室と対向する部分が変形して、圧力室内のインクに圧力が付与される。

特開２００７−５５２４３号公報

一般に、圧電層の圧電材料固有の圧電定数は温度によって変化する。具体的には、温度が高くなるほど圧電定数は大きくなり、温度が低くなるほど圧電定数は小さくなる。そのため、特許文献１に記載のインクジェットヘッドでは、個別電極と共通電極との間に同じ電圧を印加した場合には、温度によって圧電層の収縮量が異なり、振動板の圧力室と対向する部分の変形量が変動してしまう。すなわち、温度変化によって圧電アクチュエータの駆動特性が変化してしまう。その結果、圧力室に連通するノズルから吐出されるインクの体積や速度などが変化してしまい、印刷品質にばらつきが生じてしまう虞がある。

本発明の目的は、温度変化による駆動特性の変動を抑制することが可能な圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータの製造方法を提供することである。

第１の発明に係る圧電アクチュエータは、変形部と、その面方向と平行な一方向に関する前記変形部の両側に、前記変形部と隣接して配置された拘束部とを有する振動板と、前記変形部の一面に配置されており、前記振動板との積層方向と平行な方向に分極された、前記振動板よりも線膨張係数の小さい圧電層と、前記振動板の前記圧電層側の面における、前記変形部と前記拘束部との境界近傍に配置された、前記振動板よりも線膨張係数の大きい高膨張層、及び、前記振動板の前記圧電層と反対側の面における、前記変形部と前記拘束部との境界近傍に配置された、前記振動板よりも線膨張係数の小さい低膨張層の少なくともいずれか一方とを備えていることを特徴とするものである。

一般に、圧電層は、温度が高くなるほど圧電材料固有の圧電定数が大きくなり、温度が低くなるほど圧電定数は小さくなる。そのため、温度変化によって圧電アクチュエータの駆動特性が変動してしまう。

また、圧電層と振動板からなる圧電アクチュエータにおいては、圧電アクチュエータを作製する工程において圧電層に圧縮応力が作用し、その圧縮応力が圧電層に残留することが知られている。圧電層に圧縮応力が作用すると、圧電層の変形が抑制されるため、圧電層の見かけ上の圧電定数が低下する。

そこで、温度変化による圧電材料固有の圧電定数の変化と、圧電層に圧縮応力が作用することによる見かけ上の圧電定数の変化とを相殺させることで、温度変化による圧電特性の変動を抑制する。本発明では、圧電アクチュエータの温度が高くなった場合には、圧電層と振動板、および高膨張層と低膨張層の少なくともいずれか一方が配置された積層体における、線膨張係数の関係により、振動板が圧電層と反対側に凸となるように変形し、この変形により圧縮縁側の圧電層に圧縮応力が作用する。圧電層に圧縮応力が作用すると、みかけ上の圧電定数が低下する。これにより、温度上昇による圧電層の圧電材料固有の圧電定数の上昇と、圧電層に圧縮応力が加わることによる圧電層の見かけ上の圧電定数の低下とが相殺され、圧電アクチュエータの駆動特性の変動が抑制される。

一方、圧電アクチュエータの温度が低くなった場合には、圧電層と振動板、およびと高膨張層と低膨張層の少なくともいずれか一方が配置された積層体における、線膨張係数の関係により、振動板が圧電層側に凸となるように変形し、この変形により引張縁側の圧電層に引っ張り応力が作用する。そのため、圧電層に元々生じていた圧縮応力が緩和されるため、圧電層の見かけ上の圧電定数が上昇する。これにより、温度低下による圧電層の圧電材料固有の圧電定数の低下と、圧電層に引っ張り応力が加わることによる圧電層の見かけ上の圧電定数の上昇とが相殺され、圧電アクチュエータの駆動特性の変動が抑制される。

第２の発明に係る圧電アクチュエータは、第１の発明に係る圧電アクチュエータであって、前記高膨張層が、前記積層方向に関して、前記振動板の前記圧電層側の面における、前記高膨張層が配置されていない領域よりも前記振動板から突出しており、且つ、その突出量が前記圧電層の厚みよりも大きいことを特徴とするものである。

これによると、高膨張層が、振動板の高膨張層が形成されていない領域よりも突出しており、その突出高さが圧電層の厚みよりも大きいため、圧電層を外的要因による接触から保護することができ、圧電層が破壊されるのを防止することができる。

第３の発明に係る圧電アクチュエータは第２の発明に係る圧電アクチュエータであって、前記高膨張層の前記振動板と反対側に、配線部材に接続される接続端子が形成されていることを特徴とするものである。

配線部材と接続端子を接続する際には、一般に導電性バンプを形成し、その導電性バンプを介して接続する。しかし、本発明によると、突出している高膨張層上に接続端子を形成しているため、配線部材に接続するための導電性バンプを形成する必要がない。

第４の発明に係る圧電アクチュエータは、第１の発明に係る圧電アクチュエータであって、前記高膨張層が前記振動板に埋め込まれており、前記高膨張層の前記振動板と反対側の面と、前記振動板の前記圧電層側の面における前記高膨張層が配置されていない領域とが、前記積層方向に関して同じ位置にあることを特徴とするものである。

これによると、振動板と高膨張層との積層体の圧電層側の面を平らにすることができるため、この面に圧電層などを配置しやすい。

第５の発明に係る圧電アクチュエータは、第１〜第４のいずれかの発明に係る圧電アクチュエータであって、前記高膨張層が、前記振動板の前記圧電層側の面における、前記変形部により形成される領域と、前記拘束部により形成される領域とにまたがって延びていることを特徴とするものである。

高膨張層が、振動板の圧電層側の面における、変形部により形成される領域と、変形部に隣接する部分により形成される領域とにまたがって延びているため、圧電アクチュエータに温度変化が生じたときに、振動板がより変形しやすい。

第６の発明に係る圧電アクチュエータは、第１〜第５のいずれかの発明に係る圧電アクチュエータであって、前記低膨張層が前記振動板に埋め込まれており、前記低膨張層の前記振動板と反対側の面と、前記振動板の前記圧電層と反対側の面における前記低膨張層が配置されていない領域とが、前記積層方向に関して同じ位置にあることを特徴とするものである。

これによると、振動板と低膨張層との積層体の圧電層と反対側の面が平らになるため、この面に基材などを配置しやすい。

第７の発明に係る圧電アクチュエータは、第１〜第６のいずれかの発明に係る圧電アクチュエータであって、前記低膨張層が、前記振動板の前記圧電層と反対側の面における、前記変形部により形成される領域と、前記変形部に隣接する部分により形成される領域とにまたがって延びていることを特徴とするものである。

これによると、低膨張層が、振動板の基材と反対側の面における、変形部により形成される領域と、変形部に隣接する部分により形成される領域とにまたがって延びているため、圧電アクチュエータに温度変化が生じたときに、振動板がより変形しやすい。

第８の発明に係る圧電アクチュエータは、第１〜第７のいずれかの発明に係る圧電アクチュエータであって、前記振動板に、前記高膨張層または前記低膨張層によりその開口が覆われた凹部が形成されていることを特徴とするものである。

これによると、振動板に凹部が形成されているため、温度が変化したときに、振動板が変形しやすい。

第９の発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、変形部と、その面方向と平行な一方向に関する前記変形部の両側に、前記変形部と隣接して配置された拘束部とを有する振動板における、前記変形部の一面に、前記振動板よりも線膨張係数が小さい圧電層を形成する圧電層形成工程と、前記振動板の前記圧電層側の面における前記変形部と前記拘束部との境界近傍に、前記振動板よりも線膨張係数の大きい高膨張層を形成する高膨張層形成工程、及び、前記振動板の前記圧電層と反対側の面における前記変形部と前記拘束部との境界近傍に、前記振動板よりも線膨張係数の小さい低膨張層を形成する低膨張層形成工程の少なくともいずれか一方を含む膨張層形成工程と、前記圧電層を、前記振動板と前記圧電層との積層方向と平行な方向に分極させる分極工程とを備えていることを特徴とするものである。

これによると、温度変化による圧電特性の変動を抑制することが可能な第１の発明に係る液体吐出装置を製造することができる。

第１０の発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、第９の発明に係る圧電アクチュエータの製造方法であって、前記高膨張層形成工程において、前記積層方向に関して、前記振動板の前記圧電層側の面から突出し、その突出量が前記圧電層の厚みよりも大きくなるように、前記高膨張層を形成し、前記振動板の前記圧電層及び前記高膨張層と反対側に基材を配置した状態で、前記高膨張層を前記振動板と反対側から前記基材に向かって押圧することによって、前記振動板と前記基材とを接合して前記拘束部の変形を拘束する接合工程をさらに備えていることを特徴とするものである。

これによると、振動板の高膨張層が形成されていない領域から突出し、その突出量が圧電層の厚みよりも大きくなるように高膨張層を形成しているとともに、高膨張層を押圧することによって、振動板と所定の部材と接合しているため、高膨張層を押圧する治具などが、圧電層に接触してしまうのを防止することができる。

第１１の発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、第１０の発明に係る圧電アクチュエータの製造方法であって、前記高膨張層の前記振動板と反対側に、配線部材に接続される接続端子を形成する接続端子形成工程と、前記高膨張層の前記振動板と反対側に配置した前記配線部材と前記振動板とを互いに押し当てることにより、前記高膨張層に形成された前記接続端子と前記配線部材とを接続する接続工程とをさらに備えていることを特徴とするものである。

これによると、配線部材と接続端子とを接続する際に、配線部材が高膨張層に接触した状態よりも、振動板側に移動しないので、配線部材が圧電層に接触して、圧電層を破壊してしまうのを防止することができる。

第１２の発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、第１０の発明に係る圧電アクチュエータの製造方法であって、前記圧電層の前記振動板と反対側の面に、前記積層方向に関して前記高膨張層よりも突出した、配線部材との接続を行うための導電性バンプを形成するバンプ形成工程と、前記高膨張層の前記振動板と反対側に配置した前記配線部材と前記振動板とを互いに押し当てることにより、前記導電性バンプと前記配線部材とを接続する接続工程とをさらに備えていることを特徴とするものである。

これによると、導電性バンプと配線部材とを接続する際には、導電性バンプは配線部材に押しつぶされることになるが、高膨張層があるため、配線部材は、高膨張層と接触した状態からさらに振動板側に移動することがない。したがって、高膨張層の高さを調整することにより、導電性バンプを所望の高さにすることができる。

第１３の発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、第９の発明に係る圧電アクチュエータの製造方法であって、前記高膨張層形成工程が、前記圧電層形成工程よりも前に行われる工程であって、前記高膨張層形成工程において、前記高膨張層が前記振動板に埋め込まれ、且つ、前記高膨張層の前記振動板と反対側の面と、前記振動板の前記高膨張層が配置される面における前記高膨張層が配置されていない領域とが、前記積層方向に関して同じ位置にくるように、前記高膨張層を形成することを特徴とするものである。

これによると、振動板と高膨張層との積層体の圧電層が配置される側の面を平らにすることができるため、この面に圧電層などを配置しやすい。

第１４の発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、第９〜第１３のいずれかの発明に係る圧電アクチュエータの製造方法であって、前記振動板がチタンを含む材料からなり、前記高膨張層形成工程が、前記圧電層形成工程よりも前に行われる工程であって、前記圧電層形成工程において、前記振動板の前記高膨張層側の面に、水熱合成法によりチタンを含む材料からなる圧電層を形成することを特徴とするものである。

これによると、圧電材料を構成するチタンを含む振動板の表面にチタンを含む材料からなる圧電層を形成する場合には、水熱合成法によりチタンを含む振動板の表面にはチタンを含む材料が析出されやすく、高膨張層の表面にはチタンを含む材料が析出されにくい。したがって、圧電層を、変形部と対向する部分に容易に形成することができる。

第１５の発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、第９〜第１３のいずれかの発明に係る圧電アクチュエータの製造方法であって、前記圧電層形成工程において、エアロゾルデポジション法により前記圧電層を形成し、その後、前記高膨張層と前記低膨張層の少なくともいずれか一方が形成された前記振動板と前記圧電層の積層体を加熱するアニール工程と、アニール工程後に、前記積層体を冷却する冷却工程とをさらに備えていることを特徴とするものである。

振動板上に、振動板よりも線膨張係数が小さい材料からなる圧電層が配置された積層体を加熱するアニール処理後、冷却すると、圧電層には圧縮応力が残留する。圧電層に圧縮応力が加わると圧電層の見かけ上の圧電定数が低下する。

しかしながら、本発明では、振動板上に、高膨張層と低膨張層の少なくとも何れか一方が形成されているため、加熱後、冷却されたときには、これらの線膨張係数の関係により、振動板の圧電層が形成された面が凸となるように変形し、これによって圧電層に引っ張り応力が生じることとなる。そして、この引っ張り応力により、圧電層に残留する圧縮応力低減させることができ、圧電層の見かけ上の圧電定数が低下してしまうのを防止することができる。なお、冷却工程には、積層体を積極的に冷却させることに加え、積層体を自然冷却させることも含まれる。

第１６の発明に係る圧電アクチュエータの製造方法は、第９〜第１５の発明に係る圧電アクチュエータの製造方法であって、前記低膨張層形成工程において、前記低膨張層が前記振動板に埋め込まれ、且つ、前記低膨張層の前記振動板と反対側の面と、前記振動板の前記低膨張層が配置される面における前記低膨張層が配置されていない領域とが、前記積層方向に関して同じ位置にくるように、前記低膨張層を形成することを特徴とするものである。

これによると、振動板と低膨張層との積層体の圧電層と反対側の面を平らにすることができるため、この面に基材などを配置しやすい。

本発明によれば、温度変化による圧電定数の変化と、振動板と高膨張層及び低膨張層の少なくともいずれか一方との線膨張係数の違いにより振動板が変形することによる見かけ上の圧電定数の変化とが相殺されるため、温度変化による圧電アクチュエータの駆動特性が変動することを抑制することができる。

本発明における実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。 図１のインクジェットヘッドの平面図である。 図２の部分拡大図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図３のＶ−Ｖ線断面図である。 （ａ）が、温度が上昇したときの圧電アクチュエータの状態を示す図であり、（ｂ）が、温度が低下したときの圧電アクチュエータの状態を示す図である。 圧電アクチュエータの製造工程を示す工程図である。 変形例１の図３相当の図である。 変形例１の図４相当の図である。 変形例１の図５相当の図である。 変形例１の図７相当の図である。 変形例２の図５相当の図である。 変形例２の図７相当の図である。 変形例３の図５相当の図である。 変形例３の図７相当の図である。 変形例４の図５相当の図である。 変形例４の図６相当の図である。 変形例４の図７相当の図である。 変形例５の図５相当の図である。 変形例５の図７相当の図である。 変形例６の図２相当の図である。 変形例７における振動板、高膨張層及び低膨張層の配置を示す断面図である。 変形例８における振動板、高膨張層及び低膨張層の配置を示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態に係るプリンタの概略構成図である。図１に示すように、プリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３、搬送ローラ４などを備えている。

キャリッジ２は図１の左右方向（走査方向）に往復移動する。インクジェットヘッド３は、キャリッジ２の下面に配置されており、その下面に形成されたノズル１５（図２参照）からインクを吐出する。搬送ローラ４は、記録用紙Ｐを図１の手前方向（紙送り方向）に搬送する。

そして、プリンタ１においては、搬送ローラ４により紙送り方向に搬送される記録用紙Ｐに、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド３からインクを吐出することにより、記録用紙Ｐに印刷が行われる。また、印刷が行われた後の記録用紙Ｐは、搬送ローラ４により、さらに紙送り方向に搬送されて排出される。

次に、インクジェットヘッド３について説明する。図２は図１のインクジェットヘッド３の平面図である。図３は図２の部分拡大図である。図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は図３のＶ−Ｖ線断面図である。

図２〜図５に示すように、インクジェットヘッド３は、後述する圧力室１０やノズル１５を含むインク流路が形成された流路ユニット３１と、圧力室１０内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ３２とを有している。

流路ユニット３１は、キャビティプレート２１、ベースプレート２２、マニホールドプレート２３及びノズルプレート２４が互いに積層されることにより形成されている。これら４枚のプレート２１〜２４のうち、ノズルプレート２４を除いた３枚のプレート２１〜２３は、ステンレスなどの金属材料により構成されており、ノズルプレート２４はポリイミドなどの合成樹脂材料により構成されている。あるいは、ノズルプレート２４も、他のプレート２１〜２３と同様、金属材料により構成されていてもよい。

キャビティプレート２１には、複数の圧力室１０が形成されている。圧力室１０は走査方向（図２の左右方向）を長手方向とする略楕円の平面形状を有しており、走査方向に沿って２列に配列されている。

ベースプレート２２には、平面視で圧力室１０の長手方向の両端部と重なる部分に、それぞれ、略円形の平面形状を有する貫通孔１２、１３が形成されている。マニホールドプレート２３には、マニホールド流路１１が形成されている。マニホールド流路１１は、図２の右側に配列された圧力室１０の略右半分、及び、図２の左側に配列された圧力室１０の略左半分とそれぞれ対向するように紙送り方向に２列に延びており、図２における下端部において互いに接続されている。また、マニホールド流路１１には、インク供給口９からインクが供給される。

また、マニホールドプレート２３には、平面視で貫通孔１３と対向する部分に略円形の平面形状を有する貫通孔１４が形成されている。ノズルプレート２４には、平面視で貫通孔１４と対向する部分にノズル１５が形成されている。

そして、流路ユニット３１においては、マニホールド流路１１が貫通孔１２を介して圧力室１０に連通しており、さらに、圧力室１０が貫通孔１３、１４を介してノズル１５に連通している。このように、流路ユニット３１においては、マニホールド流路１１の出口から圧力室１０を経てノズル１５に至る複数の個別インク流路が形成されている。

圧電アクチュエータ３２は、振動板４１、高膨張層４２、圧電層４３及び個別電極４４を有している。振動板４１は、例えば、ＳＵＳ４３０などからなり、複数の圧力室１０を覆うように、流路ユニット３１（キャビティプレート２１）の上面に接合されている。そして、振動板４１は、キャビティプレート２１に接合されることにより、圧力室１０と対向する部分が後述するように変形可能な変形部４１ａとなり、それ以外の部分がキャビティプレート２１により変形が拘束された拘束部４１ｂとなっている。このように、振動板４１においては、振動板４１の面方向と平行な任意の方向に関する変形部４１ａの両側に、変形部４１ａに隣接して拘束部４１ｂが配置されている。また、導電性を有する振動板４１は、共通電極を兼ねており、常にグランド電位に保持されている。

さらに、振動板４１の上面における、変形部４１ａにより形成される領域と拘束部４１ｂにより形成される領域とにまたがった、圧力室１０の縁の近傍と対向する部分（変形部４１ａと拘束部４１ｂとの境界近傍）には、それぞれ、圧力室１０の全周にわたって凹部４１ｃが形成されている。

高膨張層４２は、例えば、ＳＵＳ３０４など、振動板４１よりも線膨張係数の大きい材料からなり、振動板４１の上面（圧電層４３側の面）における、変形部４１ａにより形成される領域と拘束部４１ｂにより形成される領域とにまたがった、圧力室１０の縁の近傍（変形部４１ａと拘束部４１ｂとの境界近傍）と対向する部分に、圧力室１０の全周にわたって個別に配置されており、凹部４１ｃの上面の開口を覆っている。また、高膨張層４２は、振動板４１の上面における高膨張層４２が配置されていない領域よりも上方に突出している。

圧電層４３は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなり、振動板４１の上面（一面）における、圧力室１０と対向する部分に配置されている。なお、圧電層４３を構成する上記圧電材料は、振動板４１を構成する材料（ＳＵＳ４３０）よりも線膨張係数の小さいものとなっている。

ここで、高膨張層４２の、振動板４１の上面における高膨張層４２が配置されていない領域からの突出量は、圧電層４３の厚みよりも大きくなっている。また、図４に示すように、高膨張層４２における、圧電層４３の、走査方向（図４の左右方向）に関するノズル１５と反対側の端と隣接する部分は、走査方向に関して圧電層４３に近づくほどその高さが低くなっており、圧電層４３と接続された部分において圧電層４３と同じ高さとなっている。これにより、高膨張層４２の上面と圧電層４３の上面とが、この部分において滑らかにつながっている。

個別電極４４は、圧力室１０よりも一回り小さい略楕円の平面形状を有しており、圧電層４３の上面における、圧力室１０の略中央部と対向する部分に配置されている。また、個別電極４４は、走査方向（図４の左右方向）に関するノズル１５と反対側の端部が、上述の高膨張層４２の上面と圧電層４３の上面とが滑らかにつながった部分を通って、高膨張層４２の上面における圧力室１０と対向しない部分まで延びており、その先端部が接続端子４４ａとなっている。また、圧電層４３の個別電極４４と共通電極としての振動板４１とに挟まれた部分は、その厚み方向（振動板４１と圧電層４３との積層方向と平行）に分極されている。

圧電アクチュエータ３２の上方には、フレキシブル配線部材（ＦＰＣ）４５（配線部材）が配置されており、ＦＰＣ４５は、熱硬化性樹脂材料４６により高膨張層４２の上面に接合されている。これにより、高膨張層４２の上面に配置された接続端子４４ａとＦＰＣ４５の図示しない配線とが電気的に接続されている。そして、個別電極４４は、ＦＰＣ４５を介して図示しないドライバＩＣと接続されており、ドライバＩＣにより駆動電位が付与される。

ここで、圧電アクチュエータ３２の駆動方法について説明する。圧電アクチュエータ３２においては、複数の個別電極４４が予めグランド電位に保持されている。そして、ドライバＩＣにより複数の個別電極４４のいずれかに駆動電位が付与されると、個別電極４４と共通電極としての振動板４１との間に電位差が生じ、圧電層４３のこれらの電極に挟まれた部分にその厚み方向に電界が発生する。この電界の方向は圧電層４３の分極方向と一致するため、圧電層４３のその厚み方向と直交する水平方向に収縮する。これに伴って、振動板４１及び圧電層４３の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０側に凸となるように変形し、圧力室１０の容積が減少する。これにより、圧力室１０内のインクの圧力が上昇し（圧力室１０内のインクに圧力が付与され）、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。

一般に圧電層４３は、温度が高くなるほど圧電材料固有の圧電定数が大きくなり、温度が低くなるほど圧電定数は小さくなる。そのため、温度変化によって圧電アクチュエータ３２の駆動特性が変動してしまう。その結果、圧電アクチュエータ３２を駆動させてインクを吐出するインクジェットヘッド３においては、ノズル１５から吐出されたインクの速度や体積が温度によって異なることとなる。

また、圧電層４３と振動板４１を接合する工程において、圧電層４３には圧縮応力が作用し、その圧縮応力が圧電層４３に残留する。圧電層４３に圧縮応力が作用すると、圧電層４３の変形が抑制されるため、圧電層４３の見かけ上の圧電定数が低下する。

しかしながら、本実施の形態では、振動板４１の上面における圧力室１０の縁の近傍に、振動板４１よりも線膨張係数の大きい高膨張層４２が配置されているため、圧電アクチュエータ３２の温度が上昇したときには、高膨張層４２が振動板４１よりも大きく膨張して、図６（ａ）に示すように、振動板４１が圧力室１０側に凸となるように変形する。

これにより、振動板４１の上面に配置された圧電層４３は、紙送り方向（図６（ａ）の左右方向）両側から圧縮されることになり、すなわち、圧電層４３には、圧縮応力が加わることとなり、この圧縮応力により圧電層４３の見かけ上の圧電定数が低下する。したがって、圧電アクチュエータ３２の温度が上昇することによる圧電層４３の圧電材料固有の圧電定数の上昇と、圧電層４３に圧縮応力が加わることによる圧電層４３の見かけ上の圧電定数の低下とが相殺され、圧電アクチュエータ３２の駆動特性、つまり、ノズル１５からのインクの吐出特性が変動してしまうのを抑制することができる。

一方、圧電アクチュエータ３２の温度が低下した場合には、振動板４１と高膨張層４２との線膨張係数の差により高膨張層４２が振動板４１よりも大きく収縮して、上述したのとは逆に、図６（ｂ）に示すように、振動板４１が圧力室１０と反対側に凸となるように変形する。これにより、振動板４１の上面に配置された圧電層４３は、紙送り方向（図６（ｂ）の左右方向）両側に引っ張られる、すなわち、圧電層４３には、引っ張り応力が加わることになる。

ここで、振動板４１と圧電層４３との線膨張係数の関係により、これらの接合後に、圧電層４３には圧縮応力が発生しているが、この引っ張り応力により圧電層４３の上記圧縮応力が緩和され、圧電層４３の見かけ上の圧電定数が上昇する。したがって、圧電アクチュエータ３２の温度が低下することによる圧電層４３の圧電材料固有の圧電定数の低下と、圧電層４３に引っ張り応力が加わることによる圧電層４３の見かけ上の圧電定数の上昇とが相殺され、圧電アクチュエータ３２の駆動特性、つまり、ノズル１５からのインクの吐出特性が変動してしまうのを抑制することができる。

さらに、振動板４１の上面に凹部４１ｃが形成されており、高膨張層４２が、振動板４１の上面における変形部４１ａにより形成される領域と拘束部４１ｂにより形成される領域とにまたがって、圧力室１０の全周にわたって配置されているため、温度が変化したときに圧電アクチュエータ３２の振動板４１がさらに変形しやすい。したがって、振動板４１の変形による圧電層４３の見かけ上の圧電定数の変化により、温度変化による圧電層４３の圧電材料固有の圧電定数の変化を効果的に相殺することができ、圧電アクチュエータ３２の駆動特性の変動を確実に抑制することができる。

次に、インクジェットヘッド３の製造方法について説明する。図７は、インクジェットヘッド３の製造工程を示す工程図である。

インクジェットヘッド３を製造する際には、まず、予め凹部４１ｃを形成した振動板４１の上面における、上述した圧力室１０の縁の近傍となる部分に、拡散接合などにより高膨張層４２を接合する（高膨張層形成工程）。

次に、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により振動板４１上に圧電材料を堆積させることで、振動板４１の上面における圧力室１０と対向することとなる領域に、圧電層４３を形成する（圧電層形成工程）。

次に、図７（ｃ）に示すように、印刷などにより、圧電層４３の上面に個別電極４４を形成し、続いて、振動板４１、高膨張層４２、圧電層４３及び個別電極４４の積層体を８００〜１０００度程度で加熱して、圧電層４３を結晶化させる、いわゆるアニールを行い（アニール工程）、その後、上記積層体を冷却する（冷却工程）。なお、上記積層体の冷却は、冷却装置などを用いて積極的に行ってもよく、アニールのための加熱をやめることにより自然冷却させてもよい。

ここで、アニールにおいて、振動板４１、高膨張層４２及び圧電層４３を加熱すると、図７（ｄ）に示すように、高膨張層４２が振動板４１よりも大きく膨張するため、振動板４１は、下側に凸となるように変形し、圧電層４３はこの状態で結晶化される。

このとき、振動板４１の上面に高膨張層４２が配置されていないとすると、アニール後、振動板４１及び圧電層４３を冷却したときに、振動板４１が圧電層４３よりも大きく収縮し、その結果、圧電層４３には圧縮応力が加わる。そして、圧電層４３に圧縮応力が加わると、圧電層４３の見かけ上の圧電定数が低下してしまう。

これに対して、本実施の形態では、振動板４１の上面おける圧力室１０の縁の近傍に、振動板４１よりも線膨張係数の大きい高膨張層４２が配置されているため、アニール後、振動板４１、高膨張層４２及び圧電層４３を冷却したときに、高膨張層４２が振動板４１よりも大きく収縮し、下側に凸となる前の状態（図７（ｃ）の状態）に近づく。これにより、圧電層４３に生じる上記圧縮応力が抑制される。

次に、図７（ｅ）に示すように、圧電アクチュエータ３２の下面、又は、別工程で製造した流路ユニット３１（キャビティプレート２１）の上面に熱硬化性の接着剤を塗布した後、圧電アクチュエータ３２を流路ユニット３１の上方に配置し、この状態で、ヒータＨにより圧電アクチュエータ３２を上方から流路ユニット３１に向かって押圧しながら加熱する。これにより、圧電アクチュエータ３２と流路ユニット３１とが接着剤により接合され、流路ユニット３１により、振動板４１の拘束部４１ｂの変形が拘束される（接合工程）。

このとき、高膨張層４２が振動板４１の上面の高膨張層４２が配置されていない領域よりも上方に突出しているとともに、その突出量が圧電層４３の厚みよりも大きくなっているため、ヒータＨは、高膨張層４２に接触して、高膨張層４２を下方に押圧することになり、圧電層４３には接触しない。圧電層４３を直接押圧すると圧電層４３にクラックが発生する虞があるが、圧電層４３を直接押圧することがないため、圧電層４３にクラックが発生するのを防止することができる。

次に、図７（ｆ）に示すように、圧電アクチュエータ３２の上方に、その下面に熱硬化性樹脂材料４６を形成したＦＰＣ４５を配置し、この状態で、上方から、ヒータＨによりＦＰＣ４５を圧電アクチュエータ３２に向かって押圧し（ＦＰＣ４５と振動板４１とを互いに押し当て）ながら加熱する。なお、図７（ｆ）のヒータＨは、図７（ｅ）に示すヒータＨと同じものであってもよいし、別のものであってもよい。

これにより、高膨張層４２と対向する部分に位置する熱硬化性樹脂材料４６が、振動板４１の上面の高膨張層４２が配置されていない領域よりも上方に突出した高膨張層４２により押し出され、押し出された熱硬化性樹脂材料４６が高膨張層４２の側面に回りこんで圧電層４３の上面に達する。そして、この状態で熱硬化性樹脂材料４６が硬化することにより、ＦＰＣ４５が圧電アクチュエータ３２に接合されるとともに、図４に示すように、高膨張層４２の上面に配置された接続端子４４ａがＦＰＣ４５の下面に接触し、これにより、接続端子４４ａがＦＰＣ４５の図示しない配線と電気的に接続される（接続工程）。

このとき、振動板４１の上面に、振動板４１の上面における高膨張層４２が配置されていない領域よりも上方に突出した高膨張層４２が形成されており、高膨張層４２の上面に接続端子４４ａが配置されているため、圧電層４３とＦＰＣ４５との間に十分な間隔を設けるために、別途、圧電層４３の上面から突出したバンプなどを形成する必要がない。

なお、上述の実施の形態では、高膨張層４２は、圧力室１０の全周にわたって個別に配置されていたが、圧力室１０の周囲の一部に配置されているだけでもよい。また、複数の圧力室１０に対して個別に配置されているものに限られず、高膨張層４２が連続的に配置されていてもよい。

次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、本実施の形態と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。

上述の実施の形態では、個別電極４４の接続端子４４ａが、高膨張層４２の上面に配置されていたが、これには限られない。一変形例（変形例１）では、圧電アクチュエータ５０において、図８〜図１０に示すように、振動板４１の上面における、圧力室１０の縁と対向する部分のうち、紙送り方向（図８の上下方向）に関する両端部近傍の部分にのみ（変形部４１ａと拘束部４１ｂとの境界近傍に）凹部４１ｄが形成されており、凹部４１ｄを覆うように、圧力室１０の縁のうち、紙送り方向に関する両端部近傍の部分と対向する部分にのみ高膨張層５２が配置されている。

そして、個別電極４４の長手方向に関するノズル１５と反対側の端部に設けられた接続端子４４ａが、圧電層４３の上面に配置されている。接続端子４４ａの上面には、圧電層４３の上面から上方に突出した導電性バンプ５１が形成されており、熱硬化性樹脂材料４６により導電性バンプ５１とＦＰＣ４５とが接合されることにより、導電性バンプ５１を介して接続端子４４ａとＦＰＣ４５の図示しない配線とが接続されている。

図１１に示すように、圧電アクチュエータ５０の製造方法においては、高膨張層５２が配置された振動板４１の上面に圧電層４３を形成した（図１１（ａ））後、スクリーン印刷などにより圧電層４３の上面に個別電極４４、接続端子４４ａ、及び圧電層４３の厚さ方向において、高膨張層５２よりも突出した導電性バンプ５１を形成する（図１１（ｂ））。その後、ＦＰＣ４５が高膨張層５２に接触するまで導電性バンプ５１を押しつぶしながら、ＦＰＣ４５を圧電アクチュエータ５０に押し当てることで、接続端子４４ａとＦＰＣ４５の図示しない配線を、導電性バンプ５１を介して電気的に接続する（図１１（ｃ））。

これにより、導電性バンプ５１の高さは、高膨張層５２の圧電層４３からの突出量と同じになり、押しつぶされすぎることがなく、複数の導電性バンプ５１の高さを一定にすることができる。その結果、導電性バンプ５１における電気抵抗のばらつきを抑えることができる。

なお、この場合にも、上述の実施の形態と同様にして、振動板４１を流路ユニット３１（キャビティプレート２１）に接合するが、上述の実施の形態の場合のように、ＦＰＣ４５の接続前に、振動板４１と流路ユニット３１との接合を行う場合には、導電性バンプ５１がつぶれてしまうのを防止するために、例えば、ＦＰＣ４５との接続に用いるヒータＨとは別の、導電性バンプ５１と対向する部分に溝が形成されたヒータを用いて振動板４１と流路ユニット３１とを接合する必要がある。あるいは、ＦＰＣ４５との接合後に、振動板４１と流路ユニット３１との接合を行ってもよい。

また、上述の実施の形態、および変形例１では、振動板４１の上面に配置された高膨張層４２が、振動板４１の上面における高膨張層４２が配置されていない領域よりも上方に突出しているとともに、その突出量が、圧電層４３の厚みよりも大きくなっていたが、高膨張層の突出量は、圧電層４３の厚みと同程度、あるいは、圧電層４３の厚みよりも小さくてもよい。

さらに、別の一変形例（変形例２）では、圧電アクチュエータ７０において、図１２に示すように、高膨張層７２は、振動板４１に埋め込まれており、高膨張層７２の上面と、振動板４１の高膨張層７２が配置されていない領域の上面とが、同じ高さとなっている（積層方向に関して同じ位置にある）。これにより、高膨張層７２の上面と振動板４１の上面の高膨張層７２が配置されていない領域からなる面（以下、高膨張層７２が埋め込まれた振動板４１（振動板４１と高膨張層７２との積層体）の上面とする）が平らになっている。

次に、圧電アクチュエータ７０の製造方法について説明する。圧電アクチュエータ７０を製造する際には、まず、図１３（ａ）に示すように、高膨張層７２の上面と、振動板４１の上面の高膨張層７２が配置されていない領域とが同じ高さとなるよう（積層方向に関して同じ位置にくるように）に、振動板４１に高膨張層７２を埋め込む（高膨張層形成工程）。

高膨張層７２を振動板４１に埋め込む方法としては、例えば、振動板４１の上面に高膨張層７２を配置してから、圧延により高膨張層７２を振動板４１に埋め込む方法や、振動板４１の高膨張層７２を埋め込むべき部分に、エッチングなどにより高膨張層７２とほぼ同じ高さを有する凹部を形成し、接着剤による接着や拡散接合などによって当該凹部内に高膨張層７２を接合する方法などが挙げられる。なお、エッチングにより、凹部を形成する場合には、エッチングの精度により、平面視での凹部の大きさが高膨張層７２よりも大きくなってしまう虞があるが、高膨張層７２と凹部との隙間を接着剤により埋めるなどすれば、高膨張層７２が埋め込まれた振動板４１の上面を平らにすることができる。

次に、図１３（ｂ）に示すように、高膨張層７２を埋め込んだ振動板４１の上面に、ＡＤ法により圧電層７３及び個別電極４４を形成し、圧電層７３をアニールした後、図１３（ｃ）に示すように、接着剤などにより、振動板４１の下面に流路ユニット３１（キャビティプレート２１）を接合し、拘束部４１ｂの変形を流路ユニット３１により拘束させる。

別の一変形例（変形例３）では、図１４に示すように、圧電アクチュエータ９０において、振動板４１がチタンを含む材料からなり、振動板４１に高膨張層９２が埋め込まれており、変形部４１ａの上面には、チタンを含む材料からなる圧電層９３及び個別電極４４が配置されている。なお、変形例４では、高膨張層９２が埋め込まれた振動板４１の上面の圧電層９３が配置されていない領域に、圧電材料の層が配置されているが、その厚みは僅かなものであるので、ここでは図示を省略する。

ここで、このような圧電アクチュエータ９０を製造するには、まず、図１５（ａ）に示すように、変形例２と同様にして、高膨張層９２の上面と振動板４１の高膨張層９２が配置されていない領域とが同じ高さとなるように、チタンを含む材料からなる振動板４１に高膨張層９２を埋め込む（高膨張層形成工程）。続いて、チタンを含む材料からなる圧電材料を含む液体が導入された空間内に、高膨張層９２が埋め込まれた振動板４１を配置するとともに、当該空間内を高圧にすることによって圧電材料を析出させる水熱合成法により、図１５（ｂ）に示すように、高膨張層９２が埋め込まれた振動板４１の上面に圧電層９３を形成する（圧電層形成工程）。

このとき、上述したように、圧電層９３が、チタンを含む材料であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料により構成されているため、チタンを含む材料からなる振動板４１の上面にこの圧電材料が析出されやすく、この部分に圧電層９３が形成される。一方、チタンを含まない高膨張層９２の上面には圧電材料が析出されにくく、高膨張層９２の上面には図示しない僅かな厚みの圧電材料の層が形成される。

次に、図１５（ｃ）に示すように、圧電層４３の上面に個別電極４４を形成し、続いて、図１５（ｄ）に示すように、振動板４１の下面に流路ユニット３１（キャビティプレート２１）を接合して、拘束部４１ｂの変形を流路ユニット３１により拘束させる。

また、変形例３では、高膨張層９２の上面と振動板４１の高膨張層９２が配置されていない領域とが同じ高さとなるように高膨張層９２が振動板４１に埋め込まれているが、これには限られない。すなわち、高膨張層９２の上面が振動板４１の高膨張層９２が配置されていない領域から突出していてもよく、また、上記実施の形態と同様に、振動板４１上に高膨張層９２が配置されていてもよい。

別の一変形例（変形例４）では、図１６に示すように、圧電アクチュエータ１００において、ＳＵＳ３０４などからなる振動板４１の下面には、変形部４１ａにより形成される領域と拘束部４１ｂにより形成される領域とにまたがった、圧力室１０の縁と対向する部分の近傍（変形部４１ａと拘束部４１ｂとの境界近傍）の部分に、圧力室１０の全周にわたって、ＳＵＳ４３０、セラミックスなど振動板４１よりも線膨張係数の小さい低膨張層１０２が配置されている。なお、この場合には、拘束部４１ｂは、流路ユニット３１（キャビティプレート２１）との間に低膨張層１０２を挟んだ状態で、流路ユニット３１に接合されることにより、その変形が拘束されている。

また、振動板４１の上面には、その全域にわたって圧電層１０３が形成されており、圧電層１０３の上面における圧力室１０の略中央部と対向する部分には、個別電極４４が形成されている。

この場合にも、上述の実施の形態と同様、圧電アクチュエータ１００の温度が高くなるほど、圧電層１０３の圧電材料固有の圧電定数が大きくなるが、圧電アクチュエータ１００の温度が上昇すると、振動板４１が低膨張層１０２よりも大きく膨張し、図１７（ａ）に示すように、振動板４１が圧力室１０側に凸となるように変形する。

これにより、振動板４１の上面に配置された圧電層１０３の圧力室１０と対向する部分は、紙送り方向（図１７（ａ）の左右方向）両側から圧縮されることになり、すなわち、圧電層１０３の圧力室１０と対向する部分に圧縮応力が加わることとなり、この圧縮応力により圧電層１０３の見かけ上の圧電定数が低下する。

したがって、温度が上昇することによる圧電層１０３の圧電材料固有の圧電定数の上昇と、圧電層１０３に圧縮応力が加わることによる圧電層１０３の見かけ上の圧電定数の低下とが相殺され、圧電アクチュエータ１００における駆動特性、つまり、ノズル１５からのインクの吐出特性が変動してしまうのを防止することができる。

一方、圧電アクチュエータ１００の温度が低下した場合には、振動板４１が低膨張層よりも大きく収縮し、上述したのとは逆に、図１７（ｂ）に示すように、振動板４１が圧力室１０と反対側に凸となるように変形する。これにより、振動板４１の上面に配置された圧電層１０３の圧力室１０と対向する部分は、紙送り方向（図１７（ｂ）の左右方向）両側に引っ張られる、すなわち、圧電層１０３の当該部分に、引っ張り応力が加わることになる。そして、この引っ張り応力により、圧電層１０３の圧力室１０と対向する部分に、圧電層１０３との線膨張係数の差により両者の接合の際に発生していた圧縮応力が緩和され、圧電層１０３のこの部分における見かけ上の圧電定数が上昇する。

したがって、温度が低下することによる圧電層１０３の圧電定数の低下と、圧電層１０３に引っ張り応力が加わることによる圧電層１０３の見かけ上の圧電定数の上昇とが相殺され、圧電アクチュエータ１００の駆動特性、つまり、ノズル１５からのインクの吐出特性が変動してしまうのを防止することができる。

このような、圧電アクチュエータ１００を製造するには、金属拡散接合により、図１８（ａ）に示すように、振動板４１の下面における上記圧力室１０の縁の近傍部分に、低膨張層１０２を接合し（低膨張層形成工程）、次に、図１８（ｂ）に示すように、振動板４１の上面に、ＡＤ法により圧電層１０３を形成し、圧電層１０３上にスクリーン印刷等で個別電極４４を形成する。そして、図１８（ｃ）に示すように、低膨張層１０２の下面に流路ユニット３１（キャビティプレート２１）を接合し、拘束部４１ｂの変形を流路ユニット３１により拘束させる。

また、変形例４では、振動板４１の下面に低膨張層１０２が配置されており、低膨張層１０２が、振動板４１の下面における低膨張層１０２が配置されていない領域よりも下方に突出していたが、これには限られない。

別の一変形例（変形例５）では、圧電アクチュエータ１１０において、図１９に示すように、振動板４１の下面における、平面視で低膨張層１０２（図１８参照）が配置されていたのと同様の領域に低膨張層１１２が配置されているが、低膨張層１１２は、振動板４１に埋め込まれており、低膨張層１１２の下面と、振動板４１の下面の低膨張層１１２が配置されていない領域とが同じ高さとなっている（積層方向に関して同じ位置にある）。

この圧電アクチュエータ１１０を製造するには、図２０（ａ）に示すように、低膨張層１１２の下面と、振動板４１の低膨張層１１２が配置されていない領域とが同じ高さとなるように、振動板４１に低膨張層１１２を埋め込む。振動板４１に低膨張層１１２を埋め込む方法としては、変形例２と同様、圧延により振動板４１に低膨張層１１２を埋め込む方法や、振動板４１の下面に低膨張層１１２とほぼ同じ高さの凹部を形成し、凹部内に低膨張層１１２を接合することなどが挙げられる。

次に、図２０（ｂ）に示すように、振動板４１の低膨張層１１２と反対側の面にＡＤ法により圧電層１１３を形成し、圧電層１１３上にスクリーン印刷等で個別電極４４を形成する。そして、圧電層１１３をアニールした後、図２０（ｃ）に示すように、接着剤などにより、振動板４１の下面に流路ユニット３１（キャビティプレート２１）を接合し、拘束部４１ｂの変形を流路ユニット３１により拘束させる。

このとき、低膨張層１１２が埋め込まれた振動板４１の下面が平らになっているため、上述の変形例５の場合のように、低膨張層１０２が振動板４１の下面から下方に突出している場合と比較して、流路ユニット３１の接合を行いやすい。

別の一変形例（変形例６）では、圧電アクチュエータ６０において、図２１に示すように、振動板４１の上面に、上述の凹部４１ｃに加え、凹部４１ｅ〜４１ｇが接続されている。凹部４１ｅは、図１２の左側に配列された圧力室１０に対応する凹部４１ｃと、右側に配列された圧力室１０対応する凹部４１ｃとを接続する。凹部４１ｆは、図１２の左側に配列された圧力室１０に対応する凹部４１ｃの左端から左方に延びている。凹部４１ｇは、図１２の右側に配列された圧力室１０に対応する凹部４１ｃの右端から右方に延びている。

さらに、高膨張層６２が、振動板４１の上面に、複数の圧力室１０にまたがって配置されており、これにより、凹部４１ｃ、凹部４１ｅ、凹部４１ｆの左端部を除いた部分、及び、凹部４１ｇの右端部を除いた部分が高膨張層６２により覆われている。そして、高膨張層６２に覆われておらず振動板４１の上面に開口した凹部４１ｆの左端部、及び、凹部４１ｇの右端部が、それぞれ、凹部４１ｃ、４１ｅ〜４１ｇ内に水、インクなどの液体を導入するための液体導入口、及び、凹部４１ｃ、４１ｅ〜４１ｇ内の液体を外部に排出するための液体排出口となっている。

この場合には、振動板４１に形成した凹部４１ｃ、及び、凹部４１ｅ〜４１ｇに液体を流すことにより、インクジェットヘッドの温度を調整することが可能となる。また、上記液体導入口及び液体排出口をインクジェットヘッドにインクを供給するための図示しないインクカートリッジに接続するなどして、印刷に用いられるインクを凹部４１ｃ、４１
ｅ〜４１ｇに流すことにより、別途、インクジェットヘッドの温度調整を行うための液体が不要となる。

以上の実施の形態、変形例では、振動板４１の上面に凹部４１ｃが形成されており、凹部４１ｃの開口を覆うように高膨張層４２が配置されていたが、凹部４１ｃは形成されていなくてもよい。また、振動板４１の下面に凹部４１ｃが形成されており、凹部４１ｃの開口を覆うように、低膨張層（１０２、１１２）が配置されていてもよい。すなわち、凹部４１ｃの開口が高膨張層または低膨張層のいずれかに覆われていればよい。

また、振動板４１に高膨張層（４２、５２、７２）または、低膨張層（１０２、１１２）を接合した後、振動板４１の上面に圧電層（４３、５３、１０３、１１３）を形成したが、これに限られず、圧電層（４３、５３、１０３、１１３）を形成した後、高膨張層（４２、５２、７２）を接合してもよい。

また、圧電層（４３、５３、１０３、１１３）はＡＤ法により形成したが、他の成膜方法で形成されていてもよい。具体的には、ゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤが挙げられる。また、振動板４１上に直接成膜する方法ではなく、グリーンシートと電極を複数積層して焼成することにより圧電層（４３、５３、１０３、１１３）を形成してもよい。この場合には、振動板４１上面に接着剤により圧電層（４３、５３、１０３、１１３）を接合する。

また、高膨張層、低膨張層が、振動板に埋め込まれることなく、振動板の面上に配置されることにより、高膨張層、低膨張層の全体が振動板の上面又は面から突出している例、及び、高膨張層、低膨張層が、振動板に完全に埋め込まれることにより、高膨張層、低膨張層が埋め込まれた振動板の表面が平らになっている場合について説明したが、高膨張層、低膨張層の一部だけが振動板に埋め込まれており、高膨張層、低膨張層の他の部分が、振動板上面又は下面から突出していてもよい。

この場合には、圧電アクチュエータの製造の際、振動板に高膨張層及び低膨張層よりも高さの低い凹部を形成し、凹部内に高膨張層、低膨張層を接合すればよい。

また、高膨張層、低膨張層の平面視における位置は、振動板４１の変形部４１ａにより形成される部分と拘束部４１ｂにより形成される部分とにまたがって配置されていることには限られず、圧力室１０の縁近傍（変形部と拘束部との境界近傍）であれば、変形部４１ａに形成される部分にのみ配置されていてもよく、拘束部４１ｂにより形成される部分にのみ配置されていてもよい。

また、振動板４１に高膨張層または、低膨張層のみを形成しているが、これには限られず、振動板４１の上面に高膨張層と下面に低膨張層の両方が形成されていてもよい。これによると、温度変化が生じたときに振動板４１をさらに効率的に変形させることができる。この場合には、図２２（ａ）〜（ｉ）に示す高膨張層１２２ａ〜１２２ｉ及び低膨張層１２３ａ〜１２３ｉのように、振動板４１に高膨張層及び低膨張層が接合されていればよく、高膨張層および低膨張層の高さ、埋め込み量は種々の形態が適用できる。この場合、高膨張層の突出量が圧電層の厚みと同程度、あるいは、圧電層の厚みよりも小さくてもよい（変形例７）。なお、圧電層は上述の実施の形態の圧電層４３である場合を示している。

さらに、図２３（ａ）、（ｂ）に示す高膨張層１３２ａ、１３２ｂ、及び低膨張層１３３ａ、１３３ｂのように、振動板４１の面に平行な一方向における、高膨張層および低膨張層の長さは種々の形態が適用可能である（変形例８）。なお、図２３（ａ）、（ｂ）では、圧電層が上述の実施の形態の圧電層４３である場合を示している。

また、圧力室１０と対向する変形部４１ａと、変形部４１ａに隣接しており、変形部４１ａをその全周にわたって取り囲む拘束部４１ｂとを有する振動板４１と、変形部４１ａの上面に配置された圧電層とを有する、ノズル１５からインクを吐出するインクジェットヘッドに用いられる圧電アクチュエータに本発明を適用した例について説明したが、これには限られず、変形部と、振動板の面方向と平行な所定の一方向に関する変形部の両側に、変形部と隣接して配置された拘束部とを有する圧電アクチュエータであれば、インクジェットヘッド以外に用いられる圧電アクチュエータに本発明を適用することも可能である。

さらに、この場合には、振動板の拘束部は、基材に接合されることによりその変形が拘束されることには限られず、厚み方向の両側から挟まれた状態で担持されるなどすることにより、その変形が拘束されていてもよい。

３１流路ユニット
３２ 圧電アクチュエータ
４１ 振動板
４１ａ 変形部
４１ｂ 拘束部
４１ｃ〜４１ｇ 凹部
４２ 高膨張層
４３ 圧電層
４４ 個別電極
４４ａ 接続端子
４５ ＦＰＣ
５０ 圧電アクチュエータ
５２ 高膨張層
６０ 圧電アクチュエータ
６２ 高膨張層
７０ 圧電アクチュエータ
７２ 高膨張層
７３ 圧電層
９０ 圧電アクチュエータ
９２ 高膨張層
１００ 圧電アクチュエータ
１０２ 低膨張層
１０３ 圧電層
１１０ 圧電アクチュエータ
１１２ 低膨張層
１２２ａ〜１２２ｉ 高膨張層
１２３ａ〜１２３ｉ 低膨張層
１３２ａ、１３２ｂ 高膨張層
１３３ａ、１３３ｂ 低膨張層

Claims (16)

1. 変形部と、その面方向と平行な一方向に関する前記変形部の両側に、前記変形部と隣接して配置された拘束部とを有する振動板と、
   前記変形部の一面に配置されており、前記振動板との積層方向と平行な方向に分極された、前記振動板よりも線膨張係数の小さい圧電層と、
   前記振動板の前記圧電層側の面における、前記変形部と前記拘束部との境界近傍に配置された、前記振動板よりも線膨張係数の大きい高膨張層、及び、前記振動板の前記圧電層と反対側の面における、前記変形部と前記拘束部との境界近傍に配置された、前記振動板よりも線膨張係数の小さい低膨張層の少なくともいずれか一方とを備えていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記高膨張層が、前記積層方向に関して、前記振動板の前記圧電層側の面における、前記高膨張層が配置されていない領域よりも前記振動板から突出しており、且つ、その突出量が前記圧電層の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
3. 前記高膨張層の前記振動板と反対側に、配線部材に接続される接続端子が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記高膨張層が前記振動板に埋め込まれており、前記高膨張層の前記振動板と反対側の面と、前記振動板の前記圧電層側の面における前記高膨張層が配置されていない領域とが、前記積層方向に関して同じ位置にあることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記高膨張層が、前記振動板の前記圧電層側の面における、前記変形部により形成される領域と、前記拘束部により形成される領域とにまたがって延び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。
6. 前記低膨張層が前記振動板に埋め込まれており、前記低膨張層の前記振動板と反対側の面と、前記振動板の前記圧電層と反対側の面における前記低膨張層が配置されていない領域とが、前記積層方向に関して同じ位置にあることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
7. 前記低膨張層が、前記振動板の前記圧電層と反対側の面における、前記変形部により形成される領域と、前記変形部に隣接する部分により形成される領域とにまたがって延びていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
8. 前記振動板に、前記高膨張層または前記低膨張層によりその開口が覆われた凹部が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
9. 変形部と、その面方向と平行な一方向に関する前記変形部の両側に、前記変形部と隣接して配置された拘束部とを有する振動板における、前記変形部の一面に、前記振動板よりも線膨張係数が小さい圧電層を形成する圧電層形成工程と、
   前記振動板の前記圧電層側の面における前記変形部と前記拘束部との境界近傍に、前記振動板よりも線膨張係数の大きい高膨張層を形成する高膨張層形成工程、及び、前記振動板の前記圧電層と反対側の面における前記変形部と前記拘束部との境界近傍に、前記振動板よりも線膨張係数の小さい低膨張層を形成する低膨張層形成工程の少なくともいずれか一方を含む膨張層形成工程と、
   前記圧電層を、前記振動板と前記圧電層との積層方向と平行な方向に分極させる分極工程とを備えていることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
10. 前記高膨張層形成工程において、前記積層方向に関して、前記振動板の前記圧電層側の面から突出し、その突出量が前記圧電層の厚みよりも大きくなるように、前記高膨張層を形成し、
    前記振動板の前記圧電層及び前記高膨張層と反対側に基材を配置した状態で、前記高膨張層を前記振動板と反対側から前記基材に向かって押圧することによって、前記振動板と前記基材とを接合して前記拘束部の変形を拘束する接合工程をさらに備えていることを特徴とする請求項９に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
11. 前記高膨張層の前記振動板と反対側に、配線部材に接続される接続端子を形成する接続端子形成工程と、
    前記高膨張層の前記振動板と反対側に配置した前記配線部材と前記振動板とを互いに押し当てることにより、前記高膨張層に形成された前記接続端子と前記配線部材とを接続する接続工程とをさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
12. 前記圧電層の前記振動板と反対側の面に、前記積層方向に関して前記高膨張層よりも突出した、配線部材との接続を行うための導電性バンプを形成するバンプ形成工程と、
    前記高膨張層の前記振動板と反対側に配置した前記配線部材と前記振動板とを互いに押し当てることにより、前記導電性バンプと前記配線部材とを接続する接続工程とをさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
13. 前記高膨張層形成工程が、前記圧電層形成工程よりも前に行われる工程であって、
    前記高膨張層形成工程において、前記高膨張層が前記振動板に埋め込まれ、且つ、前記高膨張層の前記振動板と反対側の面と、前記振動板の前記高膨張層が配置される面における前記高膨張層が配置されていない領域とが、前記積層方向に関して同じ位置にくるように、前記高膨張層を形成することを特徴とする請求項９に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
14. 前記振動板がチタンを含む材料からなり、
    前記高膨張層形成工程が、前記圧電層形成工程よりも前に行われる工程であって、
    前記圧電層形成工程において、前記振動板の前記高膨張層側の面に、水熱合成法によりチタンを含む材料からなる圧電層を形成することを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
15. 前記圧電層形成工程において、エアロゾルデポジション法により前記圧電層を形成し、
    その後、前記高膨張層と前記低膨張層の少なくともいずれか一方が形成された前記振動板と前記圧電層の積層体を加熱するアニール工程と、
    アニール工程後に、前記積層体を冷却する冷却工程とをさらに備えていることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
16. 前記低膨張層形成工程において、前記低膨張層が前記振動板に埋め込まれ、且つ、前記低膨張層の前記振動板と反対側の面と、前記振動板の前記低膨張層が配置される面における前記低膨張層が配置されていない領域とが、前記積層方向に関して同じ位置にくるように、前記低膨張層を形成することを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。

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