JP2012124195A - Piezoelectric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電アクチュエータに関する。 The present invention relates to a piezoelectric actuator.
従来から、様々な技術分野において、圧電層に電界が作用したときの圧電層の変形(圧電歪み)を利用して対象を駆動する、圧電アクチュエータが用いられている。例えば、特許文献1には、ノズルからインクを噴射するインクジェットヘッドに用いられる圧電式のアクチュエータユニットについて開示されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in various technical fields, piezoelectric actuators that drive an object using deformation (piezoelectric distortion) of a piezoelectric layer when an electric field acts on the piezoelectric layer have been used. For example, Patent Literature 1 discloses a piezoelectric actuator unit used in an ink jet head that ejects ink from a nozzle.
特許文献1のアクチュエータユニットは、積層型の圧電素子が平面的に複数配置されたものであり、各圧電素子からは2種類の電極が絶縁性の基板の上面にそれぞれスルーホール内に充填された充填材で引き出されている。そして、2種類の電極のうち一方の電極はは、基板に形成されたスルーホール内の充填材を介して基板の上面に引き出されて、基板の上面の中央領域に形成された個別引出電極の端部と接続されている。また、他方の電極は、基板に形成されたスルーホール内の充填材を介して基板の上面に引き出されて、基板の上面の上記中央領域の外側に形成された共通電極の端部と接続されている。この個別引出電極や共通電極などの各電極には、AgPd、AgPt、Auなどが使用され、スルーホール内の充填材には、Agが使用されている。 The actuator unit of Patent Document 1 is a multi-layered arrangement of stacked piezoelectric elements, and two types of electrodes from each piezoelectric element are filled in the through holes on the upper surface of the insulating substrate. Pulled out with filler. One of the two types of electrodes is drawn to the upper surface of the substrate through a filler in a through hole formed in the substrate, and is an individual extraction electrode formed in the central region of the upper surface of the substrate. Connected to the end. The other electrode is pulled out to the upper surface of the substrate through a filler in a through hole formed in the substrate and connected to the end of the common electrode formed outside the central region on the upper surface of the substrate. ing. AgPd, AgPt, Au, or the like is used for each electrode such as the individual extraction electrode or the common electrode, and Ag is used for the filler in the through hole.
そして、共通電極には、常時グランド電位が付与され、個別引出電極には、高電位の駆動電位とグランド電位のいずれかの電位が選択的に付与される。個別引出電極に上記駆動電位が付与されると、複数の内部電極に挟まれた圧電層部分の積層方向に電界が発生して、複数の圧電層は積層方向に伸び、グランド電位が付与されると、元に戻る。この圧電素子の圧電歪みを利用して、圧電素子と接続された液室ユニット内のインクをノズルから噴射している。このように、絶縁性の基板の上面の個別引出電極と共通電極には、互いに異なる電位が付与されて、電位差が生じる。 A ground potential is always applied to the common electrode, and either a high driving potential or a ground potential is selectively applied to the individual extraction electrode. When the drive potential is applied to the individual extraction electrodes, an electric field is generated in the stacking direction of the piezoelectric layer portions sandwiched between the plurality of internal electrodes, and the plurality of piezoelectric layers extend in the stacking direction, and a ground potential is applied. And return to the original. Using the piezoelectric distortion of the piezoelectric element, ink in the liquid chamber unit connected to the piezoelectric element is ejected from the nozzle. In this way, different potentials are applied to the individual extraction electrode and the common electrode on the upper surface of the insulating substrate, thereby generating a potential difference.
ところで、金属成分が電界の影響で非金属媒体の上を移動する現象として、マイグレーションが知られているが、一般的に、マイグレーションは、AgPd、AgPt、Au、Agの材料を比較すると、Agが最も生じやすい。このとき、特許文献1では、スルーホール内の充填材である導電性材料は、個別引出電極や共通電極などの各電極を形成する導電性材料よりも、マイグレーションが生じやすい材料となっており、高電位である駆動電位が付与されうる個別引出電極に接続されたスルーホール内の充填材から、絶縁性の基板の表面を介して、グランド電位の共通電極に対してマイグレーションが生じてしまう。 By the way, migration is known as a phenomenon in which a metal component moves on a non-metallic medium under the influence of an electric field. Generally, migration is performed when AgPd, AgPt, Au, Ag materials are compared. Most likely to occur. At this time, in Patent Document 1, the conductive material that is the filler in the through hole is a material that is more likely to migrate than the conductive material that forms each electrode such as the individual extraction electrode and the common electrode. Migration occurs from the filler in the through hole connected to the individual extraction electrode to which a high driving potential can be applied, to the common electrode having the ground potential via the surface of the insulating substrate.
そこで、本発明の目的は、高い電位が付与されうる引出部からマイグレーションが生じるのを抑制した圧電アクチュエータ及びこれの製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator that suppresses migration from a lead portion to which a high potential can be applied, and a method for manufacturing the same.
本発明のインクジェット記録装置は、圧電層と、前記圧電層の一方の面に配置された第1電極と、前記圧電層の他方の面に前記第1電極に対向して配置され、前記第1電極よりも高い電位が付与されうる第2電極と、を備えており、前記圧電層には、スルーホールが形成されるとともに、このスルーホール内に導電性の充填材が充填されることによって、前記第2電極を前記圧電層の一方の面に引き出す引出部が設けられており、前記引出部を形成する前記充填材は、前記第1電極を形成する導電性材料とは異なる材料であり、前記第1電極を形成する導電性材料は、前記充填材よりもマイグレーションが生じにくい材料であり、前記圧電層の前記一方の面において、前記引出部の前記一方の面における露出部分を取り囲み、且つ、前記露出部分と導通し、前記第1電極と同じ導電性材料で形成された、マイグレーション阻止部が設けられている。 The ink jet recording apparatus of the present invention includes a piezoelectric layer, a first electrode disposed on one surface of the piezoelectric layer, and a surface opposite to the first electrode on the other surface of the piezoelectric layer. A second electrode to which a higher potential than the electrode can be applied, and the piezoelectric layer is formed with a through hole, and by filling the through hole with a conductive filler, An extraction part is provided for drawing out the second electrode to one surface of the piezoelectric layer, and the filler forming the extraction part is a material different from the conductive material forming the first electrode, The conductive material forming the first electrode is a material that is less prone to migration than the filler, and surrounds an exposed portion of the one surface of the lead portion on the one surface of the piezoelectric layer, and The exposure Min and conduct, which is formed of the same conductive material as the first electrode, the migration blocking portion is provided.
本発明の圧電アクチュエータによると、引出部の露出部分を、この引出部よりもマイグレーションが生じにくいマイグレーション阻止部で取り囲むことで、高い電位が付与されうる引出部からこれよりも低い電位が付与される第1電極に対してマイグレーションが生じるのを抑制することができる。 According to the piezoelectric actuator of the present invention, by enclosing the exposed portion of the lead-out portion with the migration prevention portion that is less likely to cause migration than the lead-out portion, a lower potential is applied from the lead-out portion to which a high potential can be applied. It is possible to suppress migration from occurring with respect to the first electrode.
また、前記第1電極と前記第2電極の前記引出部は、電源に接続されるとともに前記圧電層の前記一方の面を覆うように配置された配線部材と電気的に接続され、前記マイグレーション阻止部に、前記配線部材と前記第2電極とを電気的に接続させるためのバンプが形成されていることが好ましい。 In addition, the lead portions of the first electrode and the second electrode are connected to a power source and electrically connected to a wiring member disposed so as to cover the one surface of the piezoelectric layer, thereby preventing the migration. It is preferable that a bump for electrically connecting the wiring member and the second electrode is formed on the portion.
これによると、第1電極とマイグレーション阻止部は、同じ導電性材料で形成されているため、同じ形成方法を用いたときに、引出部に充填された充填材と比較して、その高さがほぼ同じである。そして、第2電極と導通するバンプは、第1電極と同じ高さのマイグレーション阻止部に形成されるため、第1電極上に形成されるバンプとその高さが同じになり、配線部材と確実に接続することができる。 According to this, since the first electrode and the migration prevention part are formed of the same conductive material, the height of the first electrode and the migration prevention part is higher than that of the filler filled in the extraction part when the same formation method is used. It is almost the same. Since the bumps that are electrically connected to the second electrode are formed in the migration prevention portion having the same height as that of the first electrode, the bumps formed on the first electrode have the same height, and the wiring member is securely connected. Can be connected to.
さらに、前記第1電極を形成する導電性材料は、前記バンプよりもマイグレーションが生じにくい材料であり、前記バンプは、前記マイグレーション阻止部に取り囲まれていることが好ましい。 Furthermore, it is preferable that the conductive material forming the first electrode is a material in which migration is less likely to occur than the bump, and the bump is surrounded by the migration preventing portion.
これによると、第2電極と導通するバンプを、このバンプよりもマイグレーションが生じにくいマイグレーション阻止部で取り囲むことで、バンプから第1電極に対してマイグレーションが生じるのを抑制することができる。 According to this, it is possible to suppress the migration from the bump to the first electrode by surrounding the bump that is electrically connected to the second electrode with the migration preventing portion that is less likely to cause the migration than the bump.
前記第1電極は、複数設けられており、前記第2電極は、前記圧電層を挟んで複数の前記第1電極に対向しており、常時所定の正電位が付与された共通電極であり、前記引出部は、複数設けられて、前記第2電極を複数箇所で前記一方の面に引き出しており、複数の前記引出部の前記露出部分は、1つの前記マイグレーション阻止部に取り囲まれていることが好ましい。 A plurality of the first electrodes are provided, the second electrode is opposed to the plurality of first electrodes across the piezoelectric layer, and is a common electrode to which a predetermined positive potential is always applied, A plurality of the extraction portions are provided, the second electrode is drawn out to the one surface at a plurality of locations, and the exposed portions of the plurality of extraction portions are surrounded by one migration prevention portion. Is preferred.
これによると、第2電極を複数の引出部で複数箇所から引き出しているため、付与された正電位の降下を抑制することができる。そして、複数の引出部を1つのマイグレーション阻止部で導通させることで、例えば、配線部材との導通に用いるバンプを、引出部ごとに形成する必要がない。 According to this, since the 2nd electrode is pulled out from a plurality of places by a plurality of extraction parts, the fall of the applied positive potential can be controlled. And by making several drawer | drawing-out parts conduct by one migration prevention part, it is not necessary to form the bump used for conduction | electrical_connection with a wiring member for every drawer | drawing-out part, for example.
引出部の露出部分を、この引出部よりもマイグレーションが生じにくいマイグレーション阻止部で取り囲むことで、高い電位が付与されうる引出部からこれよりも低い電位が付与される第1電極に対してマイグレーションが生じるのを抑制することができる。 By surrounding the exposed part of the lead part with a migration preventing part that is less likely to cause migration than the lead part, migration from the lead part to which a high potential can be applied to the first electrode to which a lower potential is applied is performed. It can be suppressed from occurring.
次に、本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、記録用紙に対してインクを噴射して画像や文字などを記録するインクジェットヘッドの圧電アクチュエータに、本発明を適用した一例である。 Next, an embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is an example in which the present invention is applied to a piezoelectric actuator of an ink jet head that records images, characters, and the like by ejecting ink onto recording paper.
図1は、本実施形態のインクジェットヘッドの斜視図である。図2は、インクジェットヘッドの平面図である。なお、以下では、図1、図2の紙面手前側を上方、紙面向こう側を下方と定義して説明する。図1、図2に示すインクジェットヘッド3は、図中の走査方向に往復移動しつつ、この走査方向と直交する紙送り方向に搬送される記録用紙(図示省略)に対して、下面に開口する複数のノズル15(図3参照)からインクを噴射する、いわゆる、シリアル式のインクジェットヘッドである。
FIG. 1 is a perspective view of the ink jet head of the present embodiment. FIG. 2 is a plan view of the inkjet head. In the following description, the front side of the paper in FIGS. 1 and 2 is defined as the upper side, and the other side of the paper is defined as the lower side. The
図1、図2に示すように、インクジェットヘッド3は、ノズル15や圧力室10を含むインク流路が形成された流路ユニット31と、この流路ユニット31の上面に配置された圧電アクチュエータ32とを有している。また、図1に示すように、圧電アクチュエータ32の上面には、電源(図示省略)に接続され、ドライバIC51を実装したフレキシブル配線基板50(FPC)が接合される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
まず、流路ユニット31について説明する。図1、図2に示すように、流路ユニット31の上面には、インクジェットヘッド3で使用される4色のインク(ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ)がそれぞれ供給される4つのインク供給口9が設けられている。そして、流路ユニット31内には、インク供給口9に接続されたインク流路が形成されている。
First, the
図3はインクジェットヘッド3の部分拡大図であり、(a)は図2の一部拡大平面図であり、(b)は(a)のA−A線断面図であり、(c)は(a)のB−B線断面図である。図3に示すように、流路ユニット31は、互いに積層された4枚のプレート11〜14で構成されており、この流路ユニット31には、インク供給口9に接続されたマニホールド16と、マニホールド16に連通した複数の圧力室10と、複数の圧力室10にそれぞれ連通する複数のノズル15が形成されている。
3 is a partially enlarged view of the
図3(b)に示されるマニホールド16は、インク供給口9から紙送り方向(図3(b)の紙面垂直方向)に延在している。図3(a)に示すように、複数の圧力室10は、それぞれ、走査方向を長手方向とする略楕円形の平面形状を有する。また、図2に示すように、複数の圧力室10は、紙送り方向に延在するマニホールド16に沿って配列されることで、1つの圧力室列8が構成されている。さらに、走査方向に隣接する2つの圧力室列8によって1つの圧力室群7が構成され、流路ユニット31には、合計5つの圧力室群7が設けられている。なお、5つの圧力室群7のうち、図2中右側に位置する2つの圧力室群7は、インク供給口9からブラックインクが供給される、ブラック用の圧力室群7である。また、図2中左側に位置する3つの圧力室群7は、3つのインク供給口9からそれぞれ3色のカラーインク(イエロー、マゼンタ、シアン)が供給される、カラー用の圧力室群7である。
The manifold 16 shown in FIG. 3B extends from the
複数の圧力室10にそれぞれ連通する複数のノズル15は、流路ユニット31の下面(最下層に位置するプレート14の下面)に開口している。また、図示は省略するが、これら複数のノズル15も、複数の圧力室10と同様に配列されており、図2中右側には、2つの圧力室群7にそれぞれ対応した、ブラックインクを噴射する2つのノズル群が配置され、図2中左側には、3つの圧力室群7にそれぞれ対応した、3色のカラーインク用を噴射する3つのノズル群が配置されている。
The plurality of
そして、図3(b)に示すように、流路ユニット31内には、インク供給口9に接続されたマニホールド16から分岐して、圧力室10を経てノズル15に至る、複数の個別インク流路17が形成されている。
As shown in FIG. 3 (b), a plurality of individual ink flow branches from the manifold 16 connected to the
次に、圧電アクチュエータ32について説明する。圧電アクチュエータ32は、3枚の圧電層(第1圧電層40、第2圧電層41、第3圧電層42)、複数の個別電極43、第1共通電極44、及び、第2共通電極45を有する。図4は、図2の圧電アクチュエータ32の左端部の一部拡大平面図であり、(a)は第1圧電層40(最上層)の上面から見た平面図であり、(b)は第2圧電層41(中間層)の上面から見た平面図であり、(c)は第3圧電層42(最下層)の上面から見た平面図である。図5は、図4(a)のC−C線断面図である。なお、図4(a)〜(c)において、ハッチングされた部分は電極が形成されている領域と引出部が形成されている領域を示している。
Next, the
3枚の圧電層40〜42は、それぞれ、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強誘電性の圧電材料によって形成されており、互いに積層された状態で、複数の圧力室10を覆うように流路ユニット31の上面に配置されている。
The three
複数の個別電極43は、最上層の第1圧電層40の上面における、複数の圧力室10とそれぞれ対向する領域に設けられ、第1圧電層40の上面において平面的に配置されている。図3(a)〜(c)に示すように、各個別電極43は、圧力室10とほぼ同じ平面形状を有し、最上層の圧電層40の上面の、1つの圧力室10と対向する領域全体に設けられている。また、各個別電極43からは、圧力室10と対向しない領域へ、個別電極43をFPC50(図1参照)と接続するための接点部43aが引き出されている。そして、接点部43a上の中央には、バンプ61が配置されている。バンプ61は、接点部43aの径よりも小さな径となっており、接点部43aを形成する電極に取り囲まれており、FPC50と接続されている。
The plurality of
第1共通電極44は、第1圧電層40と中間層の第2圧電層41との間に配置されている。この第1共通電極44は、複数の圧力室10の短手方向(図3(c)における左右方向)に関する中央部とそれぞれ対向する複数の電極部分44aを含んでいる。また、電極部分44aは、第1圧電層40を挟んで個別電極43と対向している。さらに、図4(b)に示すように、複数の電極部分44aは互いに導通している。
The first
第2共通電極45は、第2圧電層41と最下層の第3圧電層42との間に配置されている。この第2共通電極45は、複数の圧力室10の短手方向端部とそれぞれ対向する複数の電極部分45aを含んでいる。また、電極部分45aは、第1圧電層40及び第2圧電層41を挟んで個別電極43と対向している。さらに、図4(c)に示すように、複数の電極部分45aは互いに導通している。
The second
図4(b)に示すように、第2圧電層41の図中左上部分の上面には、第1共通電極44の複数の電極部分44aに導通するとともに、平面的に広がった大きな電極面積を有する第1導通電極部44bが形成されている。また、図4(a)に示すように、第1圧電層40の上面には、この第1圧電層40を挟んで第1導通電極部44bと対向する、第1引出電極46が形成されている。そして、第1引出電極46上には、複数(ここでは3つ)のバンプ62が配置されている。複数のバンプ62は、第1引出電極46に取り囲まれており、FPC50と接続されている。
As shown in FIG. 4B, the upper surface of the upper left portion of the second
また、図5に示すように、第1圧電層40の第1引出電極46が配置されている部分には複数(ここでは6つ)のスルーホール37が形成され、これら複数のスルーホール37にはそれぞれペースト状の導電性材料からなる充填材65が充填されており、複数の第1引出部68を構成している。これら複数の第1引出部68は、複数のバンプ62と平面的にずれて配置されており、スルーホール37内の充填材65は第1圧電層40の上面から露出して、1つの大きな第1引出電極46に取り囲まれている。以上により、第1共通電極44の第1導通電極部44bと第1引出電極46とが、複数の第1引出部68により接続されている。このように、第1共通電極44を複数の第1引出部68で複数箇所から引き出していることで、第1引出電極46と第1共通電極44との間における電圧降下を抑制することができる。
As shown in FIG. 5, a plurality (six in this case) of through
図4(c)に示すように、第3圧電層42の図中左下部分の上面には、第2共通電極45の複数の電極部分45aに導通するとともに、平面的に広がった大きな電極面積を有する第2導通電極部45bが形成されている。また、図4(a)に示すように、第1圧電層40の上面には、第1圧電層40、第2圧電層41を挟んで第2導通電極部45bと対向する、第2引出電極47が形成されている。そして、第2引出電極47上には、複数(ここでは3つ)のバンプ63が配置されている。複数のバンプ63は、第2引出電極47に取り囲まれており、FPC50と接続されている。
As shown in FIG. 4C, the upper surface of the lower left portion of the third
図2、図4(a)に示すように、第2引出電極47の幅は、第1引出電極46の幅よりも狭くなっている。また、第2引出電極47に近接する個別電極43の接点部43aは、第1引出電極46に近接する個別電極43の接点部43aに比べて、大きく形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 4A, the width of the
また、図5に示すように、第1圧電層40、第2圧電層41の第2引出電極47が配置されている部分と重なる部分には複数(ここでは6つ)のスルーホール38が形成され、これら複数のスルーホール38にはそれぞれペースト状の導電性材料からなる充填材66が充填されており、複数の第2引出部69を構成している。これら複数の第2引出部69は、複数のバンプ63と平面的にずれて配置されており、スルーホール38内の充填材66は第1圧電層40の上面から露出して、1つの大きな第2引出電極47に取り囲まれている。以上により、第2共通電極45の第2導通電極部45bと第2引出電極47とが、複数の第2引出部69により接続されている。
In addition, as shown in FIG. 5, a plurality (six in this case) of through
また、第1圧電層40の、個別電極43と第1共通電極44の電極部分44aとに挟まれた圧電層部分(図3(c)における圧力室10の中央部と対向する部分:第1活性部35という)は、あらかじめ、その厚み方向に分極されている。また、第1圧電層40及び第2圧電層41の、個別電極43と第2共通電極45の電極部分45aとに挟まれた圧電層部分(図3(c)における圧力室10の左右両端部と対向する部分:第2活性部36という)も、あらかじめ、その厚み方向に分極されている。
Also, the piezoelectric layer portion of the first
なお、図1のように、圧電アクチュエータ32の上面(第1圧電層40の上面)にはFPC50が配置される。そして、第1圧電層40の上面に位置する複数の個別電極43は、それぞれから引き出された接点部43a上のバンプ61を介してFPC50と接続される。また、第1圧電層40と第2圧電層41の間に位置する第1共通電極44は、第1圧電層40の上面に形成された第1引出電極46上のバンプ62を介してFPC50と接続される。さらに、第2圧電層41と第3圧電層42の間に位置する第2共通電極45も、第1圧電層40の上面に形成された第2引出電極47上のバンプ63を介してFPC50と接続される。
As shown in FIG. 1, the
これにより、複数の個別電極43、第1共通電極44、及び、第2共通電極45は、それぞれ、FPC50に実装されたドライバIC51と接続されることになる。そして、ドライバIC51により、個別電極43の電位は、所定の駆動電位とグランド電位の間で切り替えられるようになっている。また、第1共通電極44は常に前記駆動電位に保持される一方、第2共通電極45は常にグランド電位に保持される。
As a result, the plurality of
以上説明した圧電アクチュエータ32の、インク噴射時における動作について述べる。インクを噴射しない待機状態においては、ドライバIC51によって、複数の個別電極43にはそれぞれグランド電位が付与されている。また、ドライバIC51によって、第1共通電極44は常時駆動電位に保持されるとともに、第2共通電極45は常時グランド電位に保持されている。したがって、待機状態では、個別電極43と第1共通電極44の間に電圧が印加されることになり、電極43、44の間に挟まれる第1活性部35に厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は第1活性部35の分極方向と平行であるから、この第1活性部35は厚み方向と直交する面方向に収縮する。これにより、圧電層40〜42の圧力室10と対向する部分が、圧力室10側(図3(c)における下側)に凸となるように変形した状態となっている。このとき、圧力室10は、圧電層40が変形していない状態と比較して、その容積が小さくなっている。
The operation of the
この状態から、ドライバIC51によって、ある個別電極43の電位がグランド電位から前記所定の駆動電位に切り換えられると、この個別電極43と第1共通電極44の間に電圧が印加されなくなり、変形していた第1活性部35が元に戻る。同時に、個別電極43と第2共通電極45との間には電圧が印加されることになるため、電極43、45の間に挟まれる第2活性部36に厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は第2活性部36の分極方向と平行であるから、第2活性部36は厚み方向と直交する面方向に収縮する。これにより、圧電層40〜42の圧力室10の略中央部と対向する部分が上方に引っ張られることとなり、圧電層40〜42の圧力室10と対向する部分は全体として圧力室10と反対側(図3(c)上側)に凸となるように変形して、圧力室10の容積が増加する。
From this state, when the potential of a certain
その後、ドライバIC51によって、個別電極43の電位が再びグランド電位に戻されると、個別電極43と第2共通電極45の間に電圧が印加されなくなり、第2活性部36の変形が元に戻る。同時に、第1活性部35が再び面方向に収縮して、圧電層40〜42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。このときに、圧力室10の容積が大きく減少するため、圧力室10内のインクの圧力が増加して、圧力室10に連通するノズル15からインクが噴射される。
Thereafter, when the potential of the
ここで、個別電極43、第1共通電極44、第2共通電極45、第1引出電極46及び第2引出電極47の各電極は、各圧電層40〜42との密着性の高い導電性材料を選定しており、本実施形態ではAuを使用している。また、スルーホール37、38内の充填材65、66は、多くの量を必要とするため、Auより安価な導電性材料を選定しており、本実施形態ではAgを使用している。さらに、バンプ61〜63も、厚み(高さ)があり多くの量を必要するため、スルーホール37、38内の充填材65、66と同様に、本実施形態ではAgを使用している。そして、一般的に、AuとAgを比較すると、AuはAgよりもマイグレーションが生じにくい材料と言われている。このマイグレーションの生じやすさの差は、イオン化の電気化学列の順序と異なり、明確な説明はなされていないが、Ag>Pb≧Cu>Sn>Auの順であり、Fe、Pd、Ptは生じにくいと言われている。また、Ag−Pd、Ag−Cuのように合金化することによってマイグレーションの発生を遅くすることができる例も報告されている。
Here, each electrode of the
ところで、第1圧電層40の表面に配置された各導電性材料に着眼すると、第1引出電極46及び第1引出部68には、グランド電位よりも高い駆動電位が常に付与される。また、個別電極43にも、グランド電位よりも高い駆動電位が付与されうる。一方、第2引出電極47及び第2引出部69には、グランド電位が常に付与される。すると、第1圧電層40の表面において、互いに隣接し、電位差が生じた2つの導電性材料の間でマイグレーションが生じるおそれがある。具体的には、個別電極43にグランド電位が付与されているときには、第1引出電極46及び第1引出部68と、個別電極43との間で電位差が生じる。また、個別電極43に駆動電位が付与されているときには、個別電極43と、第2引出電極47及び第2引出部69との間で電位差が生じる。
By the way, when attention is paid to each conductive material arranged on the surface of the first
そこで、本実施形態では、グランド電位よりも高い駆動電位が常に付与される、第1圧電層40の表面から露出し、第1引出部68のAgからなる充填材65を、Auからなる第1引出電極46で取り囲んでいる。これにより、第1引出部68の、駆動電位が付与され、Agからなる充填材65と、グランド電位が付与され、Auからなる個別電極43との間に、駆動電位分の電位差が発生するが、Agよりもマイグレーションが生じにくいAuからなる第1引出電極46が配置されていることで、第1引出部68の充填材65から個別電極43に対してマイグレーションが生じるのを抑制することができる。
Therefore, in the present embodiment, the
一方、グランド電位が常に付与される第2共通電極45の第2引出部69を、Auからなる第2引出電極47で取り囲む必要はないが、複数の充填材66に接続される第2共通電極45において、付与される電圧のばらつきが生じないように、第2引出電極47は、複数の充填材66を互いに導通させている。
On the other hand, it is not necessary to surround the
また、上述では、スルーホール37内の充填材65が、マイグレーションの生じやすいAgで形成されているので、このスルーホール37内の充填材65を、マイグレーションの生じにくいAuからなる第1引出電極46で取り囲んで、マイグレーションが生じるのを抑制していたが、これは、Agで形成されたバンプ61〜63についても同様のことが言える。
Further, in the above description, since the
具体的には、個別電極43の接点部43aと接続されたバンプ61には、グランド電位よりも高い駆動電位が付与されうる。また、第1引出電極46と接続されたバンプ62には、グランド電位よりも高い駆動電位が付与される。一方、第2引出電極47と接続されたバンプ63には、グランド電位が付与される。そのため、バンプ61に駆動電位が付与されているときには、バンプ61と第2引出電極47との間で電位差が生じる。また、バンプ61にグランド電位が付与されているときには、バンプ62と個別電極43との間で電位差が生じる。
Specifically, a driving potential higher than the ground potential can be applied to the
そこで、本実施形態では、グランド電位よりも高い駆動電位が付与される、Agからなるバンプ61を、Auからなる個別電極43で取り囲むとともに、よりマイグレーションが生じやすい第2引出電極47に近接する個別電極43のバンプ61を、それ以外のバンプ61よりも大きく取り囲むように接点部43aが形成されている。また、バンプ61と同様に、Agからなるバンプ62を、Auからなる第1引出電極46で取り囲んでいる。これにより、駆動電位が付与され、Agからなるバンプ61と、グランド電位が付与され、Auからなる第2引出電極47との間に、駆動電位が付与され、Agよりもマイグレーションが生じにくいAuからなる個別電極43が配置されることになり、バンプ61から第2引出電極47に対してマイグレーションが生じるのを抑制することができる。また、駆動電位が付与され、Agからなるバンプ62と、グランド電位が付与され、Auからなる個別電極43との間に、駆動電位が付与され、Auからなる第1引出電極46が配置されることになり、バンプ62から個別電極43に対してマイグレーションが生じるのを抑制することができる。
Therefore, in the present embodiment, the
また、各種電極は、同じ導電性材料であるAuで形成されているため、例えばスクリーン印刷などの同じ形成方法を用いたときに、スルーホール37、38内に充填された充填材65、66と比較して、その高さがほぼ同じになりやすい。例えば、各種電極を、Auで形成した場合と、Agで形成した場合では、同じスクリーン印刷で形成したとしても、粘性などの物性の違いから、同じ高さにするのは困難である。そして、共通電極44、45と導通するバンプ62、63は、個別電極43上に形成されるバンプ61と同じ高さの引出電極46、47に形成されるため、バンプ高さが同じになり、FPC50と確実に接続することができる。
Further, since the various electrodes are formed of Au, which is the same conductive material, for example, when the same forming method such as screen printing is used, the
ここで、多数のノズル15から同時にインクを噴射させる場合に、第1共通電極44や第2共通電極45に大きな電流が流れやすくなるように、ドライバIC51から共通電極44、45の電極部分44a、45aまでの電気抵抗はできるだけ小さくすることが好ましい。そのために、引出電極46、47は大きな面積を有する、ベタ電極に形成されている。また、引出部68、69が複数形成されている。このように、引出部68、69が複数形成されていることで、引出電極46、47と共通電極44、45の間の引出部68、69での電圧降下を抑制することができる。また、引出電極46、47が、複数の引出部68、69を導通させていることで、バンプを引出部68、69ごとにそれぞれ形成する必要がない。
Here, when ink is ejected simultaneously from a large number of
次に、圧電アクチュエータの製造方法について説明する。図6は、圧電アクチュエータの製造工程について説明する図であり、(a)はスルーホール形成工程であり、(b)は内部電極形成工程であり、(c)は焼成工程であり、(d)は引出部形成工程であり、(e)は表面電極形成工程である。図7は、導通検査工程について説明する圧電アクチュエータの断面図である。なお、図6においては、図2のD部の断面を図示している。 Next, a method for manufacturing the piezoelectric actuator will be described. 6A and 6B are diagrams illustrating a manufacturing process of the piezoelectric actuator, in which FIG. 6A is a through hole forming process, FIG. 6B is an internal electrode forming process, FIG. 6C is a firing process, and FIG. Is a lead portion forming step, and (e) is a surface electrode forming step. FIG. 7 is a cross-sectional view of the piezoelectric actuator for explaining the conduction inspection step. Note that FIG. 6 shows a cross section of a portion D in FIG.
まず、圧電層40〜42となる3枚のグリーンシートを形成した後、図6(a)に示すように、第1圧電層40となるグリーンシートにスルーホール37、38aを形成し、且つ、第2圧電層41となるグリーンシートにスルーホール38bを形成する(スルーホール形成工程)。次に、図6(b)に示すように、第1圧電層40となるグリーンシートの一方の面に第1共通電極44、第2圧電層41となるグリーンシートの一方の面に第2共通電極45をAuを電極材料として用いてスクリーン印刷で形成する(内部電極形成工程)。このとき、スルーホール37、38aの開口近傍の内周面にも電極が形成されている。
First, after forming three green sheets to be the
その後、図6(c)に示すように、3枚のグリーンシートを積層して、焼成する(焼成工程)。このとき、スルーホール38aとスルーホール38bとを重ならせて連通させる。
Then, as shown in FIG.6 (c), three green sheets are laminated | stacked and baked (baking process). At this time, the through
続いて、図6(d)に示すように、第1圧電層40の上面からスルーホール37、38内にAgを充填材65、66として充填して、引出部68、69を形成する(引出部形成工程)。その後、スルーホール37、38内の充填材65、66の導通状態、すなわち、充填材65、66と共通電極44、45の電気抵抗を検査する(導通検査工程)。このスルーホール37内の充填材65と第1共通電極44の導通状態の検査方法について具体的に説明し、スルーホール38内の充填材66と第2共通電極45の導通状態の検査方法については同様であるため、その説明を省略する。
Subsequently, as shown in FIG. 6D, the through
図7に示すように、2つのプローブ81a、81bの間の電気抵抗を測定するテスター80を用いて、テスター80の一方のプローブ81aをあるスルーホール37(ここでは、スルーホール37a)内の充填材65の露出部分に接触させ、他方のプローブ81bを上記スルーホール37とは異なるスルーホール(ここでは、スルーホール37b)内の充填材65の露出部分に接触させる。このとき、2つのプローブ81a、81bの間の電気抵抗が非常に小さく、導通していると判定したときには、テスター80のどちらのプローブ81a、81bに接続された充填材65も第1共通電極44と導通状態であることを検出することができる。その後、一方のプローブ81aは、そのまま同じスルーホール37a内の充填材65の露出部分に接触させたまま、他方のプローブ81bを残りのスルーホール37内の充填材65の露出部分に順に接触させて、2つのプローブ81a、81bの間の電気抵抗が非常に大きく、絶縁していると判定したときには、他方のプローブ81bに接触したスルーホール37内の充填材65と第1共通電極44が絶縁状態であることを検出することができる。
As shown in FIG. 7, using a
一方、テスター80の一方のプローブ81aをスルーホール37a内の充填材65の露出部分に接触させ、他方のプローブ81bをスルーホール37b内の充填材65の露出部分に接触させたときに、2つのプローブ81a、81bの間の電気抵抗が非常に大きく、絶縁していると判定したときには、一方のプローブ81aは、そのまま同じスルーホール37a内の充填材65の露出部分に接触させたまま、他方のプローブ81bを残りのスルーホール37内の充填材65の露出部分に順に接触させていき、2つのプローブ81a、81bの間の電気抵抗が非常に小さく、導通していると判定したときに、他方のプローブ81bに接触したスルーホール37内の充填材65が第1共通電極44と導通状態であることを検出することができる。
On the other hand, when one
そして、上述したような導通検査工程において、複数のスルーホール37のうち、2以上のスルーホール37内の充填材65が第1共通電極44と絶縁状態である、または、複数のスルーホール38のうち、2以上のスルーホール38内の充填材66が第2共通電極45と絶縁状態であると検出した場合に、この製造途中の圧電アクチュエータ32を不良と判別する(不良判別工程)。
In the continuity inspection process as described above, among the plurality of through
そして、図6(e)に示すように、不良と判別されなかった第1圧電層40の上面に、個別電極43(図6(e)には図示されていない)、及び、複数の引出部68、69のそれぞれを互いに接続させる引出電極46、47(接続部)をAuを電極材料として用いてスクリーン印刷で形成し(表面電極形成工程)、その後、個別電極43、引出電極46、47の上面に、Agを材料として、バンプ61〜63を形成し、圧電アクチュエータ32が完成する。
As shown in FIG. 6E, the individual electrodes 43 (not shown in FIG. 6E) and a plurality of lead portions are formed on the upper surface of the first
本実施形態の圧電アクチュエータ32の製造方法によると、スルーホール37、38内の充填材65、66と共通電極44、45の導通状態を検査することで、圧電層40〜42に挟まれた内部の共通電極44、45が第1圧電層40の上面に引き出されているかを検査することができる。
According to the manufacturing method of the
また、仮に、引出電極46、47を形成した後に、上記導通検査工程を行うと、複数のスルーホール37、38内の充填材65、66が引出電極46、47を介して導通してしまい、スルーホール37、38内の充填材65、66ごとに共通電極44、45との導通状態を検査することが困難となる。そこで、引出電極46、47を形成する前に、導通検査工程を行うことで、スルーホール37、38内の充填材65、66ごとに共通電極44、45との導通状態を検査することができる。
Also, if the continuity inspection process is performed after the
さらに、共通電極44、45から複数箇所で引出部68、69が引き出されているため、いくつかのスルーホール37、38内に充填された充填材65、66と共通電極44、45が絶縁していたとしても、共通電極44、45は第1圧電層40の上面に引き出される。そして、スルーホール37、38内の充填材65、66ごとに共通電極44、45との導通状態を検査して、不良数が2以上の場合には、電圧降下の影響により、それぞれの共通電極44、45の電位にばらつきが生じるため、圧電アクチュエータ32を不良と判別する。このように、スルーホール37、38内の充填材65、66の絶縁数を検出して、この絶縁数から圧電アクチュエータ32の不良を判別することで、圧電アクチュエータ32の不良を簡単に判別することができる。
Further, since the
なお、内部電極形成工程が本発明における「第2電極形成工程」に相当する。また、表面電極形成工程が本発明における「第1電極形成工程」と「接続部形成工程」を同時に行った工程に相当する。 The internal electrode forming step corresponds to the “second electrode forming step” in the present invention. Further, the surface electrode forming step corresponds to a step in which the “first electrode forming step” and the “connecting portion forming step” in the present invention are performed simultaneously.
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、上述した実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。 Next, modified examples in which various changes are made to the present embodiment will be described. However, those having the same configuration as that of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted as appropriate.
本実施形態においては、第2引出電極47の幅が第1引出電極46の幅よりも狭くなっていたが、両引出電極46、47の幅が同じであってもよい。また、第2引出電極47に近接する個別電極43の接点部43aは、第1引出電極46に近接する個別電極43の接点部43aに比べて、大きく形成されていたが、これには限られず、すべての個別電極43の接点部43aが同じ大きさであってもよい。
In the present embodiment, the width of the
また、本実施形態においては、上記駆動電位が付与されるバンプ62及びスルーホール37は1つの大きな第1引出電極46に取り囲まれていたが、それぞれ独立して電極に取り囲まれていてもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態は、バンプやスルーホール内に充填される充填材が、これらを取り囲む電極よりもマイグレーションが生じやすい導電性材料であれば、AgやAuに限られず、さまざまな導電性材料でも本効果を奏することができる。また、バンプとスルーホール内に充填される充填材は同じ導電性材料でなくてもよい。 In addition, the present embodiment is not limited to Ag or Au, and any conductive material can be used as long as the filler filled in the bumps and through holes is a conductive material that is more likely to migrate than the electrodes surrounding them. This effect can be achieved. Further, the filler filled in the bump and the through hole may not be the same conductive material.
また、本実施形態では、圧電アクチュエータ32に第1共通電極44と第2共通電極45と2つの共通電極が設けられていたが、例えば、図8に示すように、1枚の圧電層103からなり、その両面を、駆動電位とグランド電位が選択的に付与される個別電極104と常にグランド電位に維持された共通電極105とで挟まれた、単純なユニモルフ型の圧電アクチュエータ106にも本発明を適用することができる(変形例1)。このとき、圧電層103の個別電極104が形成された面に、スルーホール107内の充填材108を介して共通電極105を引き出す。
In this embodiment, the
この圧電アクチュエータの製造方法は、図9(a)に示すように、スルーホール107を形成したグリーンシートを焼成した後、スルーホール107内に充填材108を充填して、引出部を形成する(引出部形成工程)。その後、図9(b)に示すように、圧電層103の上面から露出した充填材108にプローブ181aを接触させ、圧電層103の下面から露出した充填材108にプローブ181bを接触させて、充填材108の充填状態を検査する(充填材検査工程)。スルーホール107に充填材108が充填不足で、プローブ181a、181bの間の電気抵抗が大きく導通していないと判定したときは、この圧電アクチュエータ106を不良と判別する(不良判別工程)。
In this method of manufacturing the piezoelectric actuator, as shown in FIG. 9A, after the green sheet in which the through
その後、図9(c)に示すように、不良と判別されなかった圧電層103の上面に、個別電極104を形成し、圧電層103の下面に、充填材108と導通するように共通電極105を形成する(電極形成工程)。その後、図9(d)に示すように、圧電層103の上面から露出した充填材108と、圧電層103の下面に形成された共通電極105の導通を検査する(導通検査工程)。この製造方法によれば、不良判別工程の後に圧電層103の表面に電極を形成するため、不良と判別された圧電層103に電極を形成することなく、電極材を無駄にすることがない。
Thereafter, as shown in FIG. 9C, the
また、例えば、図10に示すように、積層された複数枚の圧電層110を有し、これら複数枚の圧電層110の間に、駆動電位とグランド電位が選択的に付与される個別電極111と常にグランド電位に維持される共通電極112とが交互に配置された、いわゆる、積層型のアクチュエータにも本発明を適用させることができる(変形例2)。このとき、最上層の圧電層110の上面に、個別電極111と共通電極112を引き出す。この場合、共通電極112の引出部を複数設け、それらを互いに導通させる接続部を設けてもよい。
Further, for example, as shown in FIG. 10, a plurality of stacked
また、本実施形態においては、共通電極44、45から第1圧電層40の上面に複数の引出部68、69で引き出されていたが、1つの引出部で引き出してもよい。この場合、上述した単純なユニモルフ型の圧電アクチュエータ106を例に挙げると、図8に示すようなテスター80を用いて、テスター80の一方のプローブ81aをスルーホール107内の充填材108の一方の表面に接触させ、他方のプローブ81bを個別電極105に接触させて、充填材108と個別電極105の間の導通状態を検査する。充填材108が圧電層103内で充填不足である場合には、電気抵抗が非常に大きく、絶縁していることを検出することができる。
Further, in the present embodiment, the plurality of
また、本実施形態においては、内部電極形成工程と表面電極形成工程を別工程で行っていたが、同じ工程で行ってもよい。すなわち、共通電極44、45を形成するのと同じ工程で、個別電極43及び引出電極46、47を形成してもよい。また、導通検査工程は、接続部形成工程の後であってもよい。
Moreover, in this embodiment, although the internal electrode formation process and the surface electrode formation process were performed by the separate process, you may perform by the same process. That is, the
また、本実施形態では、内部電極形成工程において、第1圧電層40の下面に第1共通電極44を形成しているが、第1圧電層40の下面に重ね合わされる、第2圧電層41の上面に第1共通電極44を形成してもよい。また、第2圧電層41の下面に第2共通電極45を形成しているが、第2圧電層41の下面に重ね合わされる、第3圧電層42の上面に第2共通電極45を形成してもよい。
In the present embodiment, the first
以上、説明した実施形態及びその変更形態では、本発明を、記録用紙にインクを噴射して画像などを記録するインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータ及びこれの製造方法に適用したが、本発明の適用対象は、このようなインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータに限られず、様々な用途に使用される圧電アクチュエータ及びこれの製造方法に適用できる。 As described above, in the embodiment described above and the modifications thereof, the present invention is applied to the piezoelectric actuator for an ink jet head that ejects ink onto recording paper and records an image and the like, and the manufacturing method thereof. Is not limited to such a piezoelectric actuator for an ink jet head, and can be applied to a piezoelectric actuator used for various applications and a method of manufacturing the same.
32 圧電アクチュエータ
37、38 スルーホール
40〜42 圧電層
43 個別電極
44 第1共通電極
45 第2共通電極
46 第1引出電極
47 第2引出電極
65、66 充填材
68 第1引出部
69 第2引出部
32
Claims (4)
前記圧電層の一方の面に配置された第1電極と、
前記圧電層の他方の面に前記第1電極に対向して配置され、前記第1電極よりも高い電位が付与されうる第2電極と、を備えており、
前記圧電層には、スルーホールが形成されるとともに、このスルーホール内に導電性の充填材が充填されることによって、前記第2電極を前記圧電層の一方の面に引き出す引出部が設けられており、
前記引出部を形成する前記充填材は、前記第1電極を形成する導電性材料とは異なる材料であり、
前記第1電極を形成する導電性材料は、前記充填材よりもマイグレーションが生じにくい材料であり、
前記圧電層の前記一方の面において、前記引出部の前記一方の面における露出部分を取り囲み、且つ、前記露出部分と導通し、前記第1電極と同じ導電性材料で形成された、マイグレーション阻止部が設けられていることを特徴とする圧電アクチュエータ。 A piezoelectric layer;
A first electrode disposed on one surface of the piezoelectric layer;
A second electrode disposed on the other surface of the piezoelectric layer so as to face the first electrode and capable of being applied with a higher potential than the first electrode,
A through hole is formed in the piezoelectric layer, and a lead-out portion is provided to draw the second electrode to one surface of the piezoelectric layer by filling the through hole with a conductive filler. And
The filler forming the lead portion is a material different from the conductive material forming the first electrode,
The conductive material forming the first electrode is a material that is less prone to migration than the filler,
In the one surface of the piezoelectric layer, a migration preventing portion that surrounds an exposed portion of the one surface of the lead portion and is electrically connected to the exposed portion and is formed of the same conductive material as the first electrode. A piezoelectric actuator is provided.
前記マイグレーション阻止部に、前記配線部材と前記第2電極とを電気的に接続させるためのバンプが形成されてい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。 The lead portions of the first electrode and the second electrode are connected to a power source and electrically connected to a wiring member disposed so as to cover the one surface of the piezoelectric layer,
2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a bump for electrically connecting the wiring member and the second electrode is formed in the migration preventing portion.
前記バンプは、前記マイグレーション阻止部に取り囲ま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。 The conductive material forming the first electrode is a material that is less prone to migration than the bump,
The piezoelectric actuator according to claim 2, wherein the bump is surrounded by the migration prevention unit.
前記第2電極は、前記圧電層を挟んで複数の前記第1電極に対向しており、常時所定の正電位が付与された共通電極であり、
前記引出部は、複数設けられて、前記第2電極を複数箇所で前記一方の面に引き出しており、
複数の前記引出部の前記露出部分は、1つの前記マイグレーション阻止部に取り囲まれていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータ。
A plurality of the first electrodes are provided,
The second electrode is a common electrode that faces the plurality of first electrodes across the piezoelectric layer and is always given a predetermined positive potential,
A plurality of the lead portions are provided, and the second electrode is led out to the one surface at a plurality of locations;
The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the exposed portions of a plurality of the extraction portions are surrounded by one migration prevention portion.
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