JP3058143B2 - 圧電アクチュエータおよびその製造方法 - Google Patents

圧電アクチュエータおよびその製造方法

Info

Publication number
JP3058143B2
JP3058143B2 JP2999798A JP2999798A JP3058143B2 JP 3058143 B2 JP3058143 B2 JP 3058143B2 JP 2999798 A JP2999798 A JP 2999798A JP 2999798 A JP2999798 A JP 2999798A JP 3058143 B2 JP3058143 B2 JP 3058143B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
driving
piezoelectric actuator
piezoelectric
common electrode
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2999798A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH11227189A (ja
Inventor
洋文 中村
虎彦 神田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2999798A priority Critical patent/JP3058143B2/ja
Priority to US09/247,599 priority patent/US6222303B1/en
Priority to EP19990102612 priority patent/EP0936684A1/en
Publication of JPH11227189A publication Critical patent/JPH11227189A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3058143B2 publication Critical patent/JP3058143B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • B41J2/135Nozzles
    • B41J2/14Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14274Structure of print heads with piezoelectric elements of stacked structure type, deformed by compression/extension and disposed on a diaphragm
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/07Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/072Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/073Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by laminating or bonding of piezoelectric or electrostrictive bodies by fusion of metals or by adhesives
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive element covered by groups H10N30/00 – H10N35/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電アクチュエー
タおよびその製造方法に関し、更に詳しくは、特にイン
クジェット方式記録装置に最適で、高い位置精度、高集
積密度で形成され、安定して駆動させることが可能な圧
電アクチュエータおよびその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】インクジェット式のプリンタ(以下、イ
ンクジェット記録装置と言う)では、インクを噴射する
インクジェットヘッドに、圧電アクチュエータが用いら
れていることが多い。インクジェットヘッドに用いる従
来の圧電アクチュエータは、例えば特開平8−1562
72号に記載されている。以下、特開平8−15627
2号を引用し、図面を参照して、従来の圧電アクチュエ
ータを説明する。図12(a)及び(b)は、それぞ
れ、従来の圧電アクチュエータを製造する工程毎の斜視
図である。従来の圧電アクチュエータ36を製造するに
は、まず、基板14上に形成した電極用パタン26、2
7に沿って、積層型の圧電素子プレート28を接合する
(図12(a)参照)。次いで、圧電素子プレート28
と基板14の表面部とに、圧電素子プレート28の長手
方向と直交する所定ピッチのスリット加工を施して、複
数の積層型圧電素子(駆動柱)29、30からなる圧電
素子列31を形成し、電極用パタン26、27を各積層
型圧電素子29に対応する個別電極(信号印加電極)3
3に分断する(図12(b)参照)。
【0003】各圧電素子列31の圧電素子29、30の
両端面には、内部電極を1層おきに相互接続した端面電
極(外部電極)を設ける。一方の端面の外部電極を基板
14上の内部電極である共通電極32に、他方の端面電
極を基板14上の内部電極である個別電極33に、それ
ぞれ導電性材料を介して接続する。更に、基板14上の
圧電素子29、30の周囲に、上面高さが圧電素子2
9、30とほぼ同一になる支持部材34を接合する。積
層型圧電素子29、30は、変位出力面を基板と反対側
の上端面に有し、圧電縦効果によって積層方向と同一方
向の変位を出力する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術で
は、圧電素子プレートに長手方向と直交する方向のスリ
ットを加工することにより複数本の圧電素子を形成する
ため、各圧電素子の平面形状は長方形であり、それに対
応して上方に配されるインク室やインク吐出用のノズル
も同様の配置となる。また、圧電縦効果を利用して圧電
素子を駆動させているため、圧電素子プレートの端面電
極と電極パタンとを導電性材料によって接続する行程が
必要となる。更に、基板上の圧電素子プレート長手方向
と直交する方向の両端部には、各圧電素子列に対応する
電極パタンとして個別電極を形成する。このため、1つ
のアクチュエータユニット上に圧電素子列を2列を超え
て、言い換えると2列よりも多く設けることは困難であ
り、従って、単位面積あたりのノズル数を高めることが
できず、しかも、生産性が低いという第1の問題があっ
た。また、基板と圧電素子との材質が異なるため、スリ
ットを加工する際、互いの熱膨張係数や加工性の差が生
じる第2の問題があった。更に、圧電素子プレート及び
支持部材を基板に接合させる際、何れも接着する行程が
必要であり、また、圧電素子プレートを接着する際に基
板上の電極パタンに位置合わせしたとき、各圧電素子プ
レート間の相対的な位置がずれるという第3の問題もあ
った。以上のような事情に照らして、本発明の目的は、
圧電素子が簡略化された製造工程で高い位置精度及び高
集積密度で形成された、コンパクトな圧電アクチュエー
タ及びその製造方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討の
結果、変位出力面が圧電横効果を利用して変位する圧電
アクチュエータを考え、圧電素子を縦横両方向に略等間
隔な碁盤目状又は千鳥状に平面配置することで、圧電素
子を高集積に配置できることを見い出し、本発明者は本
発明を完成するに至った。
【0006】上記目的を達成するために、本発明の圧電
アクチュエータは、基板と、該基板上にアレイ状に配列
されており、夫々が圧電横効果によって圧電式駆動機構
として機能する複数個の駆動柱と、前記駆動柱の夫々に
対応して配設される外部共通電極及び外部信号印加電極
とを備え、前記各駆動柱は、少なくとも該駆動柱下部の
基板部分と共通のグリーンシートによって一体に形成さ
れたブロックから成り、該ブロックは、前記外部共通電
極に共通に接続された共通電極層を有し圧電材料から成
る複数枚のグリーンシートと、前記外部信号印加電極に
接続された信号印加電極層を有し圧電材料から成る複数
枚のグリーンシートとが交互に積層された積層体構造に
形成されることを特徴とする。
【0007】本発明の圧電アクチュエータによれば、駆
動柱と基板とを共通のグリーンシートによって一体に形
成したことにより、駆動柱の位置精度の向上が可能とな
り、また、製造する際の工程数が削減できる。ここで、
前記外部共通電極及び前記外部信号印加電極は、前記基
板の下面に配設することが出来る。また、前記共通電極
層及び前記信号印加電極層の各縁部が、前記各駆動柱の
側面に露出することも、前記各駆動柱の側面で覆われる
とすることも出来る。
【0008】前記共通電極層及び信号印加電極層の夫々
を、各駆動柱内に収容される駆動柱電極部と、該駆動柱
電極部と前記外部電極との間を接続する電極取出し部と
から構成することが好ましい。この場合、外部電極との
接続が容易である。また、前記駆動柱と実質的に同じ形
状の複数のダミー柱を前記基板上に有することも本発明
の好ましい態様である。或いは、前記駆動柱及び前記基
板を平行四辺形として形成し、例えば平行四辺形の辺の
成す角度を45〜90°とすることが出来る。前記駆動
柱の下部以外の基板部分を圧電材料から成るグリーンシ
ートの積層体から成る別のブロックとして構成すること
も本発明の好ましい態様である。この場合、製造が容易
となる。
【0009】外部共通電極及び外部信号印加電極は、一
般に外部電源に接続される。例えば、内部電極である共
通電極層及び信号印加電極層は、通常、駆動柱を構成す
る駆動柱部と、駆動柱部に接続し、裏面にまで到達する
電極取り出し部とから構成され、共通電極層及び信号印
加電極層の形状は、駆動柱部では同一形状で、かつ積層
方向について同一位置に配置され、電極取り出し部で
は、積層方向について互いに重ならないように配置され
る。従って、各駆動柱毎に、共通電極の電極取り出し
部、及び、信号印加電極の電極取り出し部の端部を裏面
にそれぞれ配列して露出させ、各外部電極に容易に接続
できる。また、グリーンシートの表面に電極ペーストを
塗布して外部電極を形成するにあたり、電極層の駆動柱
部が駆動柱の内部に収まるように予め形成してもよい。
そして、駆動柱を形成する際、内部電極が駆動柱内に収
まるように格子状の溝を加工することで、耐久性に優れ
た圧電アクチュエータが製作される。
【0010】駆動柱に加えて電極層を有しないダミー柱
を形成すると、駆動柱を個別に駆動させて、駆動する駆
動柱(以下、駆動駆動柱と言う)の隣の駆動柱を駆動さ
せないときに、駆動させない駆動柱が変位することを大
きく抑制でき、駆動駆動柱の出力変位を有効利用でき
る。
【0011】本発明の圧電アクチュエータは、好適に
は、インクジェットヘッド用の圧電アクチュエータとし
て利用される。この場合、各駆動柱はインクジェットヘ
ッドのインクノズルからインクを流出させる駆動機構と
して機能する。これにより、高密度に印字可能なインク
ジェット記録装置用の圧電アクチュエータを実現でき
る。
【0012】また、本発明の圧電アクチュエータの製造
方法は:圧電材料から成り、共通電極層を有する複数の
第1のグリーンシートを形成するステップ;圧電材料か
ら成り、信号印加電極層を有する複数の第2のグリーン
シートを形成するステップ;圧電材料から成る少なくと
も1つの第3のグリーンシートを形成するステップ;夫
々が第1のグリーンシート及び第2のグリーンシートを
交互に含む複数の第1のブロックと、複数の第3のグリ
ーンシートから成る少なくとも1つの第2のブロックと
を交互に積層して積層体を形成するステップ;前記積層
体の積層方向に延びる第1の溝と、前記積層方向に直交
する方向に延びる第2の溝とを積層体の表面に形成し
て、アレイ状に配設された複数の駆動柱を形成するステ
ップ;及び、前記各駆動柱の共通電極層を共通に接続す
る外部共通電極及び前記各駆動柱の信号印加電極層を接
続する外部信号印加電極を、前記各駆動柱に対応して形
成するステップを有することを特徴とする。
【0013】本発明方法によれば、前記本発明の圧電ア
クチュエータを生産性高く製造できる。積層体を形成す
る際には、プレス等により加圧を行い、また、焼結を利
用することが好ましい。焼結としては、例えば焼成を行
う。その際、圧電材料グリーンシートがバインダを含有
する場合、脱バインダ工程を行う。また、加工は、通
常、研削により行う。溝は、格子状なので概略等ピッチ
に形成される。溝の形成により、碁盤目状に平面配置さ
れた高集積密度の駆動柱を形成できる。また、基板を平
行四辺形とし、溝を平行四辺形の辺に沿って形成しても
よい。平行四辺形の隣接する辺の成す角度は、例えば4
5〜90°程度とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつより
詳細に説明する。実施形態例1 本実施形態例は、第1発明の実施形態例である。図1
(a)から(c)は、それぞれ、本実施形態例の圧電ア
クチュエータの斜視図、平面図、及び、背面図である。
【0015】本実施形態例の圧電アクチュエータ1は、
それぞれ、格子状の溝により区分された各区画に配置さ
れ、かつ、圧電式駆動機構として機能する複数個の駆動
柱8を備えている。図2は、圧電材料グリーンシートと
その上に塗布した内部電極である共通電極のパタンを示
す平面図、図3は、圧電材料グリーンシートとその上に
塗布した内部電極である信号印加電極のパタンを示す平
面図である。駆動柱8は、圧電材料グリーンシートを介
して溝の幅方向に交互に積層された共通電極2及び信号
印加電極3の積層電極構造からなり、圧電横効果により
駆動柱高さ方向の外部に変位出力する変位出力面(圧電
アクチュエータ出力面)1aを駆動柱上端面に有する。
共通電極2及び信号印加電極3は、何れも、駆動柱を構
成する駆動柱部6と、駆動柱部6に接続し、圧電アクチ
ュエータ1の裏面1r(図1(c)参照)にまで到達す
る電極取り出し部7とから構成される。また、共通電極
2及び信号印加電極3は、駆動柱部6が積層方向につい
て同一位置で、また、電極取り出し部7が積層方向につ
いて互いに重ならない位置にそれぞれ配置されるように
設けられている。裏面1rでは、各駆動柱毎に、共通電
極の電極取り出し部、及び、信号印加電極の電極取り出
し部の端部が、それぞれ一列に配列して露出している
(図1(c)参照)。
【0016】本実施形態例では、各シートに塗布する共
通電極2及び信号印加電極3はそれぞれ3つであるが、
駆動柱8の所望数に応じて更に多くしてもよい。また、
圧電材料グリーンシート(以下、単にグリーンシートと
言う)として圧電材料であるジルコン酸チタン酸鉛系セ
ラミックスと有機バインダからなるものを用いたが、圧
電材料としては一般的な強誘電体等を用いてもよい。ま
た、グリーンシートはドクターブレード法を用いて製作
し、厚さは30μm程度としたが、圧電アクチュエータ
1の所望の変位量に応じた厚さとすることが可能であ
る。
【0017】以下、圧電アクチュエータの製造方法を説
明する。まず、共通電極2を塗布したシート4と信号印
加電極3を塗布したシート5とを、それぞれの電極パタ
ンの駆動柱部6が互いに重なるように、かつ、電極取り
出し部7が共通電極2と信号印加電極3とで互いに重な
らないように、交互に積層した(以下、この積層したも
のを「駆動柱部を含む層群」と言う)。駆動柱部を含む
層群は20層からなる。また、電極を塗布しないシート
を別途に複数枚積層した(以下、この積層したものを
「駆動柱部を含まない層群」と言う)。駆動柱部を含ま
ない層群も20層からなる。尚、グリーンシート上の共
通電極2及び信号印加電極3は、銀パラジウムペースト
を塗布(スクリーン印刷)することにより形成したが、
その他の導体金属を用いて蒸着等により形成してもよ
い。
【0018】次いで、駆動柱部を含む層群1cと駆動柱
部を含まない層群1dとを更に交互に積層し、駆動柱部
を含む層群1cを3体、駆動柱部を含まない層群1dを
2体有する積層体1eを形成した。図4(a)及び
(b)は、それぞれ、積層体1eの斜視図及び平面図で
ある。図4で破線は、内蔵されている共通電極2及び信
号印加電極3の外枠を示す。尚、図4(a)では、簡単
のため、駆動柱部を含む層群1cのうち最も手前のもの
にのみ破線を描いている。交互に積層した結果、図4
(a)及び(b)に示すように、駆動柱8を形成する部
分が、内部電極2、3の列設方向11すなわち各グリー
ンシートに平行な方向に、及び、列設方向11に直交す
る方向に、それぞれ3列に配列された。尚、駆動柱8の
所望の配列に応じて、さらに多くの層群を積層すること
も可能である。
【0019】次いで、熱プレス等によって上記の積層体
1eを圧着、一体化した。積層体1eの内部には多量の
有機バインダが含まれているため、更に、脱バインダ行
程を行い、続いて1100℃で焼成を行った。次いで、
焼成後の積層体に、ダイシングソーにより圧電アクチュ
エータのユニットとしての所望の寸法に切断した。その
際、各駆動柱8を分離、独立させるための溝加工時に積
層体を位置決めする必要があることを考慮し、共通電極
2及び信号印加電極3の端部が変位出力面1aに露出す
るように加工した。さらに、積層体の裏面側から、電極
取り出し部7の端部が露出するような外形加工を行い、
各駆動柱8に電圧を印加する端子を裏面1rに形成し
た。
【0020】続いて、以下に説明するように、ダイシン
グソーによって溝加工を行って、駆動柱部6を有する駆
動柱8を形成した。まず、列設方向11で駆動柱部を含
む層群間に、駆動柱部を含まない層群1dと同一の幅を
有する複数本の溝12を形成した。溝12は、深さ1m
mの切り込みを上面から入れることにより形成した。続
いて、溝12と直交する内部電極積層方向に、駆動柱部
同士間の間隔と同一幅を有する溝13を加工し、複数本
の駆動柱8を形成した(図1(a)及び(b)参照)。
【0021】以上の行程により、駆動柱8が圧電アクチ
ュエータ1と同材料でかつ一体で構成され、駆動柱8が
マトリクス状に平面配置された圧電アクチュエータが製
作された。尚、溝12及び13の幅は何れも0.718m
m、駆動柱8の縦横の幅は何れも0.3mmであり、ま
た、内部電極2、3の列設方向11及びそれに直交する
方向の各駆動柱ピッチは何れも1.018mmであるが、こ
れらの値は、駆動柱の所望ピッチ等に応じて変更するこ
とができる。
【0022】次いで、各駆動柱8に印加電圧を加えるた
めの外部電極接続を以下のようにして行った。裏面1r
では、各駆動柱8に対応した共通電極2の取り出し部断
面15と信号印加電極3の取り出し部断面16とがそれ
ぞれ露出しており、これらに銀ペースト(図示せず)を
塗布して外部電極を形成した。更に、外部電極に、各駆
動柱8の共通電極2と信号印加電極3の間に選択的に電
圧印加することの可能なパタンを有するFPCケーブル
(図示せず)を接続した。この結果、各駆動柱8を個別
に駆動することができる。なお、外部電極は、上記の方
法に代えて、導体金属の蒸着や導体ペーストの印刷など
を行って形成してもよい。
【0023】以下、本実施形態例で製作した圧電アクチ
ュエータ1の動作について説明する。裏面1rに接続し
たFPCケーブルを介して、各駆動柱8の共通電極2と
信号印加電極3との間に電圧を印加する。これにより、
電極取り出し部7を介して共通電極2の駆動柱部6と信
号印加電極3の駆動柱部6との間に電位差が生じ、圧電
横効果によって、変位出力面1aに、垂直方向10の変
位が出力される。
【0024】尚、圧電アクチュエータ1が、共通電極2
及び信号印加電極3に代えて、圧電材料グリーンシート
を介して溝の深さ方向に交互に積層された共通電極及び
信号印加電極を備え、圧電縦効果により駆動柱高さ方向
の外部に変位出力する変位出力面(圧電アクチュエータ
出力面)を駆動柱上端面に有する構造であっても、本実
施形態例と同様、コンパクトであって各駆動柱毎に変位
させることが可能である。
【0025】圧電アクチュエータの動作確認を行った実
験例1 圧電アクチュエータ1に接続されたFPCケーブルに、
図10に示すような波形の電圧を印加した結果、最大0.
3μm程度の変位を出力できた。その他の駆動柱に対し
ても同様の駆動実験を行った結果、すべての駆動柱で同
等の出力変位特性が得られた。さらに、図11に示すよ
うに、ノズル21、圧力室22、インク流路23、振動
板24を有するインクジェットヘッドに圧電アクチュエ
ータ1を組み込むことにより取り付けた。次いで、図1
0に示した波形の電圧を印加してインク滴の吐出評価試
験を行った結果、すべてのノズル21からインク滴が安
定的に吐出できることを確認した。
【0026】実施形態例2 本実施形態例は、第2発明の圧電アクチュエータ及びそ
の製造方法の実施形態例である。図5は、本実施形態例
の圧電アクチュエータの平面図である。本実施形態例の
圧電アクチュエータ40は、縦横に直交するマトリクス
状に平面配置されている実施形態例1の圧電アクチュエ
ータ1に比べ、駆動柱が千鳥状に平面配置されているこ
とを除いて、圧電アクチュエータ1と同じ構成である。
圧電アクチュエータ40の駆動柱42は、それぞれ、交
差角度θ=85°で互いに交差する略格子状の溝により
区分された各区画に千鳥状に配置され、かつ、圧電式駆
動機構として機能する。
【0027】本実施形態例で圧電アクチュエータ40を
製作するには、実施形態例1で使用したシート4及びシ
ート5を用い、実施形態例1に比べ、駆動柱部を含む層
群と駆動柱部を含まない層群とを交互に積層する際、駆
動柱部を含む層群1cが列設方向11に同一所定長さだ
け順次移動した状態にして積層した。所定長さとは、交
差角度θに対応する長さである。その後、実施形態例1
と同様、脱バインダ行程、焼成及び外形加工を行った。
【0028】続いて、ダイシングソーによって、以下に
説明する溝加工を行い、上面に露出した内部電極(共通
電極2及び信号印加電極3)の駆動柱部6を含む駆動柱
42を形成した。まず、実施形態例1と同様に溝12を
形成した。次いで、溝12と85°で交差する溝43を
形成した。以上の行程により、駆動柱42が、圧電アク
チュエータ40と一体でかつ同じ材料で構成され、しか
も千鳥状に平面配置された圧電アクチュエータ40が製
作された。
【0029】圧電アクチュエータの動作確認を行った実
験例2 実験例1と同様の駆動実験を行った結果、すべての駆動
柱が0.3μm程度の変位を出力することを確認した。さ
らに、本実施形態例で製作したアクチュエータを図11
に示したインクジェットヘッドに組み込んで吐出評価試
験を行ったところ、全てのノズル21からインク滴を安
定して吐出できた。
【0030】実施形態例3 本実施形態例は、外部電源の内部電極への電気接続を、
アクチュエータ出力面の裏面1rではなく変位出力面1
aで行うことが可能な圧電アクチュエータ及びその製造
方法の実施形態例である。図6(a)及び(b)は、何
れも本実施形態例の圧電アクチュエータ44の内部電極
パタンを示す側面断面図であり、図6(a)は共通電極
パタンを示し、図6(b)は信号印加電極パタンを示
す。圧電アクチュエータ44は駆動柱48を備えてい
る。駆動柱48は、互いに対向する側面46a、bにそ
れぞれ共通電極2及び信号印加電極3の端部が露出して
ることを除いて、駆動柱8と同じ構成で同じ位置に設け
られている。
【0031】圧電アクチュエータ44を製作するには、
実施形態例1又は2で、グリーンシート上に共通電極
2、信号印加電極3を塗布する代わりに、駆動柱部47
a、bをそれぞれ有する共通電極及び信号印加電極を塗
布(スクリーン印刷)することにより形成した。その
後、実施形態例1又は2と同様、積層体を形成し、外形
加工及び溝加工を行うことにより、相互に対向する側面
46a、bに、それぞれ、共通電極の駆動柱部47a及
び信号印加電極の駆動柱部47bの端部をそれぞれ露出
した駆動柱48を形成した。更に、側面46a、bに外
部電極として銀ペースト(図示せず)を全面に塗布し、
続いて、外部電源から電圧を印加する電気配線をこの外
部電極に接続した。
【0032】本実施形態例の圧電アクチュエータ44
は、実施形態例1及び2のように、駆動柱部6からアク
チュエータ出力面の裏面1rへ接続する電極取り出し部
7を形成しなくてもよいので、内部電極材や圧電材料の
使用量を低減でき、製造コストの低い圧電アクチュエー
タが実現される。
【0033】実施形態例4 図7は、本実施形態例の圧電アクチュエータの斜視図で
ある。本実施形態例の圧電アクチュエータ50は、格子
状の溝加工によって積層体上部に駆動柱のみが形成され
る実施形態例1の圧電アクチュエータに比べ、駆動柱間
に、駆動柱と概略同一寸法で、積層された圧電材料グリ
ーンシートのみからなる支持柱52をダミー柱として有
する。支持柱52は、内部電極である共通電極2及び信
号印加電極3を有さず、積層された圧電材料グリーンシ
ートのみから構成される。
【0034】圧電アクチュエータ50の製造方法を以下
に説明する。本実施形態例では、まず、実施形態例1と
同様にして積層体1eを形成した。次いで、駆動柱8及
び支持柱52を形成する溝であって、列設方向11に平
行で、駆動柱部を含む層群1cと駆動柱部を含まない層
群1dとの間に形成された溝56を加工した。続いて、
溝56に直交する方向で駆動柱8と支持柱52との間に
溝58を加工した。本実施形態例では、駆動柱8及び支
持柱52の幅を0.3mm、溝56、58の幅を0.209m
m、駆動柱8のピッチを内部電極の列設方向11及び列
設方向に直交する方向にそれぞれ1.018mmとしたが、
これらの値は、駆動柱の所望ピッチ等に応じて変更する
ことができる。
【0035】圧電アクチュエータの動作確認を行った実
験例3 本実施形態例により製造された圧電アクチュエータ50
を実験例1と同様、インクジェットヘッドとして適用
し、支持柱52がある場合と無い場合とでのインク滴の
吐出について比較する実験を行った。その結果、支持柱
52を更に備えたことにより他の部位の変形が抑制さ
れ、駆動柱8の出力変位を有効利用でき、クロストーク
現象の度合いを低減できた。すなわち、吐出に要する出
力変位を軽減でき、また、各ノズルの吐出特性のばらつ
きが軽減することが確認された。
【0036】実施形態例5 本実施形態例は、実施形態例1に比べ、内部電極の駆動
柱部が露出しない構造の圧電アクチュエータの実施形態
例である。図8(a)及び(b)は、何れも本実施形態
例の圧電アクチュエータ60の内部電極パタンを示す側
面断面図であり、図8(a)は共通電極パタンを示し、
図8(b)は信号印加電極パタンを示す。圧電アクチュ
エータ60は、内部電極である共通電極及び信号印加電
極が、圧電アクチュエータ60の駆動柱62に内蔵され
て圧電材料グリーンシート材によって表面が覆われてい
ることを除いて、実施形態例1の圧電アクチュエータ1
と同じである。
【0037】圧電アクチュエータ60を製造するには、
溝を加工する際、内部電極の駆動柱部66の端部が駆動
柱62の外側に露出しないように加工することを除い
て、実施形態例1と同じである。
【0038】本実施形態例では、グリーンシート上に内
部電極を塗布する工程で、駆動柱部66を駆動柱62の
内部に収まるように形成し、内部電極が駆動柱62の外
側に露出しないため、各電極層間の短絡を抑制できる効
果がある。
【0039】圧電アクチュエータの性能確認を行った実
験例 圧電アクチュエータ60を用い、内部電極の駆動柱部6
6が露出した場合と露出しない場合の耐久性能を比較す
る実験を行った。その結果、駆動柱部66を露出させな
いことによって耐久性を向上できることが確認された。
【0040】実施形態例5の改変例 実施形態例5では、格子状又は略格子状の溝の深さは、
図8に示したように、内部電極の駆動柱部66の下端に
合わせて加工したが、本改変例の第1圧電アクチュエー
タ(図示せず)は、格子状の溝を駆動柱部66の下端よ
りも相対的に深く形成してなる圧電アクチュエータであ
る。第1圧電アクチュエータでは、溝底エッジ部周辺で
の応力集中が緩和され、圧電アクチュエータ60の耐久
性を更に向上できる効果が得られた。また、本改変例の
第2圧電アクチュエータ(図示せず)は、駆動柱部66
の下端位置が格子状溝の底より深い圧電アクチュエータ
である。第2圧電アクチュエータでは、同一高さの駆動
柱と比較して出力変位を向上できる効果が得られた。更
に、実施形態例5では、駆動柱を縦横3×3の9個を平
面配置する構成としたが、所望の配列に応じ、1枚のシ
ートの電極パタン数を増加したり、駆動柱部を含む層群
と駆動柱部を含まない層群との積層数を増加したりする
ことにより、圧電アクチュエータ60に比べて更に多く
の駆動柱62を有する圧電アクチュエータを形成するこ
とができた。尚、本改変例と同様の効果が実施形態例1
から4でも得られることを確認した。
【0041】実施形態例6 図9(a)及び(b)は、何れも本実施形態例の圧電ア
クチュエータの内部電極パタンを示す側面断面図であ
り、図9(a)は共通電極パタンを示し、図9(b)は
信号印加電極パタンを示す。本実施形態例の圧電アクチ
ュエータ70は、内部電極が、電極取り出し部76a、
bを電極取り出し部7に代えて有することを除いて、実
施形態例5の圧電アクチュエータ60と同じ構成であ
る。電極取り出し部76a、bは、圧電アクチュエータ
70の駆動柱72の対向する側面74a、bに端部を露
出している。本実施形態例では、圧電アクチュエータ7
0を製造した後、側面74a、bに露出した内部電極端
部に銀ペーストを塗布してなる外部電極78a、bを形
成した。本実施形態例により、実施形態例5と同様の効
果を奏することができた。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第1発明
に係る圧電アクチュエータによれば、それぞれ、格子状
の溝により区分された各区画に配置され、かつ、圧電式
駆動機構として機能する複数個の駆動柱を備え、圧電横
効果により駆動柱高さ方向の外部に変位出力する。これ
により、複数の駆動柱を圧電アクチュエータと同じ材質
で、かつ圧電アクチュエータと一体に設けることができ
るので、駆動柱の位置精度の向上及び製造工程の削減が
可能となる。また、駆動柱をマトリクス状に平面配置で
き、かつ駆動柱を構成する内部電極の電気的な接続端部
をアクチュエータ裏面で行えるため、駆動柱が高集積密
度で配置されたコンパクトな圧電アクチュエータが実現
される。第2、第3発明でも同様の効果を奏することが
できる。好適には、駆動柱間に、駆動柱と概略同一高さ
で、積層された圧電材料グリーンシートのみからなるダ
ミー柱を設ける。これにより、クロストーク現象を低減
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)から(c)は、それぞれ、実施形態
例1の圧電アクチュエータの斜視図、平面図、及び、背
面図である。
【図2】圧電材料グリーンシートとその上に塗布した内
部電極である共通電極のパタンを示す平面図である。
【図3】圧電材料グリーンシートとその上に塗布した内
部電極である信号印加電極のパタンを示す平面図であ
る。
【図4】図4(a)及び(b)は、それぞれ、実施形態
例1で形成される積層体の斜視図及び平面図である。
【図5】実施形態例2の圧電アクチュエータの平面図で
ある。
【図6】図6(a)及び(b)は、実施形態例3の圧電
アクチュエータの内部電極の駆動柱部パタンを示す側面
断面図であり、図6(a)は共通電極、図6(b)は信
号印加電極の駆動柱部を示す。
【図7】実施形態例4の圧電アクチュエータの斜視図で
ある。
【図8】図8(a)及び(b)は、何れも実施形態例5
の圧電アクチュエータの内部電極パタンを示す側面断面
図であり、図8(a)は共通電極パタンを示し、図8
(b)は信号印加電極パタンを示す。
【図9】図9(a)及び(b)は、何れも実施形態例6
の圧電アクチュエータの内部電極パタンを示す側面断面
図であり、図9(a)は共通電極パタンを示し、図9
(b)は信号印加電極パタンを示す。
【図10】実施形態例1から6で、共通電極と信号印加
電圧との間に印可する電圧の波形である。
【図11】実施形態例1の圧電アクチュエータをインク
ジェットヘッドに組み込んだ状態を示す側面断面図であ
る。
【図12】図12(a)及び(b)は、それぞれ、従来
の圧電アクチュエータを製造する工程毎の斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 圧電アクチュエータ 1a 変位出力面 1c 駆動柱部を含む層群 1d 駆動柱部を含まない層群 1e 積層体 1r 裏面 2 共通電極 3 信号印加電極 4 共通電極を塗布したグリーンシート(シート) 5 信号印加電極を塗布したグリーンシート(シー
ト) 6 駆動柱部 7 電極取り出し部 8 駆動柱 10 垂直方向 11 列設方向 12 溝 13 溝 14 基板 15 共通電極の取り出し部断面 16 信号印加電極の取り出し部断面 21 ノズル 22 圧力室 23 インク流路 24 振動板 26 電極用パタン 27 電極用パタン 28 圧電素子プレート 29 駆動部圧電素子 30 固定部圧電素子 31 圧電素子列 32 共通電極 33 個別電極 34 支持部材 36 圧電アクチュエータ 40 圧電アクチュエータ 42 駆動柱 43 溝 44 圧電アクチュエータ 46a、b 側面 47a、b 駆動柱部 48 駆動柱 50 圧電アクチュエータ 52 支持柱 56 溝 58 溝 60 圧電アクチュエータ 62 駆動柱 66 駆動柱部 70 圧電アクチュエータ 72 駆動柱 74a、b 側面 76a、b 電極取り出し部 78a、b 外部電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−266644(JP,A) 特開 平8−80614(JP,A) 特開 平8−174818(JP,A) 特開 平8−52873(JP,A) 特開 平3−243358(JP,A) 特開 平7−156383(JP,A) 特開 平7−117228(JP,A) 特開 平8−25622(JP,A) 特開 平8−192514(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B41J 2/045 B41J 2/055

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、該基板上にアレイ状に配列され
    ており、夫々が圧電横効果によって圧電式駆動機構とし
    て機能する複数個の駆動柱と、前記駆動柱の夫々に対応
    して配設される外部共通電極及び外部信号印加電極とを
    備え、 前記各駆動柱は、少なくとも該駆動柱下部の基板部分と
    共通のグリーンシートによって一体に形成されたブロッ
    クから成り、該ブロックは、前記外部共通電極に共通に
    接続された共通電極層を有し圧電材料から成る複数枚の
    グリーンシートと、前記外部信号印加電極に接続された
    信号印加電極層を有し圧電材料から成る複数枚のグリー
    ンシートとが交互に積層された積層体構造に形成され、前記共通電極層及び信号印加電極層の夫々が、各駆動柱
    内に収容される駆動柱電極部と、該駆動柱電極部と前記
    外部共通電極又は外部信号印加電極との間を接続する電
    極取出し部とから構成され、前記共通電極又は信号印加
    電極のそれぞれの電極取り出し部は積層方向に重ならな
    い位置で配設され、前記外部共通電極及び前記外部信号
    印加電極が、前記基板の下面に配設されていることを特
    徴とする 圧電アクチュエータ。
  2. 【請求項2】 前記共通電極層及び前記信号印加電極層
    の各縁部が、前記各駆動柱の側面に露出する、請求項
    に記載の圧電アクチュエータ。
  3. 【請求項3】 前記共通電極層及び前記信号印加電極層
    の各縁部が、前記各駆動柱の側面で覆われる、請求項
    記載の圧電アクチュエータ。
  4. 【請求項4】 前記駆動柱と実質的に同じ形状の複数の
    ダミー柱を前記基板上に有する、請求項1〜3の何れか
    に記載の圧電アクチュエータ。
  5. 【請求項5】 前記駆動柱及び前記基板が平行四辺形で
    あり、前記駆動柱は前記基板の各辺に平行に配列され
    る、請求項1〜4の何れかに記載の圧電アクチュエー
    タ。
  6. 【請求項6】 前記基板は、前記ブロックの間に挿入さ
    れる別のブロックを含み、該別のブロックは圧電材料か
    ら成るグリーンシートの積層体として構成される、請求
    1〜5の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
JP2999798A 1998-02-12 1998-02-12 圧電アクチュエータおよびその製造方法 Expired - Fee Related JP3058143B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2999798A JP3058143B2 (ja) 1998-02-12 1998-02-12 圧電アクチュエータおよびその製造方法
US09/247,599 US6222303B1 (en) 1998-02-12 1999-02-10 Piezoelectric actuator having an array of drive columns
EP19990102612 EP0936684A1 (en) 1998-02-12 1999-02-11 Piezoelectric actuator having an array of drive columns

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2999798A JP3058143B2 (ja) 1998-02-12 1998-02-12 圧電アクチュエータおよびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH11227189A JPH11227189A (ja) 1999-08-24
JP3058143B2 true JP3058143B2 (ja) 2000-07-04

Family

ID=12291580

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2999798A Expired - Fee Related JP3058143B2 (ja) 1998-02-12 1998-02-12 圧電アクチュエータおよびその製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6222303B1 (ja)
EP (1) EP0936684A1 (ja)
JP (1) JP3058143B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7342349B2 (en) 2002-08-07 2008-03-11 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric actuator array and manufacturing method
US8040025B2 (en) 2006-11-22 2011-10-18 Ngk Insulators, Ltd. Method of producing ceramic structure and ceramic structure

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6864620B2 (en) * 2000-12-22 2005-03-08 Ngk Insulators, Ltd. Matrix type actuator
EP1263059B1 (en) * 2000-12-22 2008-06-25 Ngk Insulators, Ltd. Matrix actuator
JP5067821B2 (ja) * 2001-04-13 2012-11-07 古野電気株式会社 多周波送受波器
JP3852308B2 (ja) * 2001-07-09 2006-11-29 株式会社村田製作所 積層型圧電体素子及びその製造方法、並びに、圧電アクチュエータ
JP3852309B2 (ja) * 2001-07-24 2006-11-29 株式会社村田製作所 積層型圧電体素子及びその製造方法、並びに、圧電アクチュエータ
JP4294924B2 (ja) * 2001-09-12 2009-07-15 日本碍子株式会社 マトリクス型圧電/電歪デバイス及び製造方法
US6794723B2 (en) * 2001-09-12 2004-09-21 Ngk Insulators, Ltd. Matrix type piezoelectric/electrostrictive device and manufacturing method thereof
JP4473532B2 (ja) 2002-10-10 2010-06-02 日本碍子株式会社 圧電/電歪デバイス及び製造方法
US7417139B2 (en) 2003-08-30 2008-08-26 Agilent Technologies, Inc. Method for polynucleotide synthesis
JP4699826B2 (ja) * 2004-08-17 2011-06-15 日本碍子株式会社 一次元圧電アクチュエータアレイ
US8084116B2 (en) * 2005-09-30 2011-12-27 Alcatel Lucent Surfaces physically transformable by environmental changes
US7420321B2 (en) * 2006-03-03 2008-09-02 Piezomotor Uppsala Ab Heat efficient micromotor
US7998431B2 (en) * 2006-04-10 2011-08-16 Alcatel Lucent Environmentally sensitive nanostructured surfaces
US7764004B2 (en) * 2006-08-15 2010-07-27 Alcatel-Lucent Usa Inc. Large area induced assembly of nanostructures
US7884530B2 (en) * 2006-09-14 2011-02-08 Alcatel-Lucent Usa Inc. Reversible actuation in arrays of nanostructures
FR2913117B1 (fr) * 2007-02-28 2009-07-03 Cie Ind Des Lasers Cilas Sa Miroir adaptatif piezoelectrique.
JP6587051B2 (ja) * 2015-03-24 2019-10-09 セイコーエプソン株式会社 超音波センサー及びその製造方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6116867A (ja) * 1984-05-29 1986-01-24 Yasuhiko Ogawa 櫛型の圧電駆動装置
JPH03243358A (ja) 1990-02-20 1991-10-30 Sharp Corp インクジェット記録ヘッド用圧電アクチュエータ
US5165809A (en) * 1990-03-06 1992-11-24 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Piezoelectric actuator and print head using the actuator, having means for increasing durability of laminar piezoelectric driver
JP2625233B2 (ja) 1990-03-16 1997-07-02 シャープ株式会社 インクジェット記録ヘッド
JP3075586B2 (ja) 1991-05-17 2000-08-14 シチズン時計株式会社 インクジェットヘッド
JP3478297B2 (ja) * 1992-06-26 2003-12-15 セイコーエプソン株式会社 インクジェット式記録ヘッド
KR970002997B1 (ko) * 1993-05-04 1997-03-13 대우전자 주식회사 투사형화상표시장치용 광로조절장치의 제조방법
JPH07117228A (ja) 1993-08-31 1995-05-09 Ricoh Co Ltd インクジェット記録用ヘッド及びその駆動方法
IT1268101B1 (it) 1993-10-07 1997-02-20 Seiko Epson Corp Azionatore piezoelettrico per una testa di registrazione, e procedimento per la sua fabbricazione.
US5983471A (en) * 1993-10-14 1999-11-16 Citizen Watch Co., Ltd. Method of manufacturing an ink-jet head
JP3231523B2 (ja) 1993-12-01 2001-11-26 株式会社リコー オンデマンド型インクジェットヘッド
WO1996000151A1 (fr) * 1994-06-23 1996-01-04 Citizen Watch Co., Ltd. Actionneur piezo-electrique pour tete d'impression a jet d'encre et son procede de fabrication
JP2871473B2 (ja) 1994-07-14 1999-03-17 日本電気株式会社 インクジェット式プリンタ用ヘッド
JP2785701B2 (ja) 1994-08-12 1998-08-13 日本電気株式会社 インクジェット式プリンタヘッド及びその駆動方法
JP3330757B2 (ja) 1994-12-02 2002-09-30 株式会社リコー インクジェットヘッド及びその製造方法
JPH0880614A (ja) 1994-09-12 1996-03-26 Sharp Corp インクジェット記録ヘッドの製造方法
JP2785726B2 (ja) 1994-12-26 1998-08-13 日本電気株式会社 インクジェットヘッド用圧電素子組立体
JPH08187848A (ja) * 1995-01-12 1996-07-23 Brother Ind Ltd 積層式圧電素子およびその製造方法
JPH08192514A (ja) 1995-01-19 1996-07-30 Brother Ind Ltd インクジェット記録装置
US5598050A (en) * 1995-02-17 1997-01-28 Materials Systems Inc. Acoustic actuator and flextensional cover plate there for
DE19605214A1 (de) 1995-02-23 1996-08-29 Bosch Gmbh Robert Ultraschallantriebselement
US5629578A (en) * 1995-03-20 1997-05-13 Martin Marietta Corp. Integrated composite acoustic transducer array
US5745278A (en) * 1997-02-05 1998-04-28 Raytheon Optical Systems, Inc. Innovative deformable mirror actuator configuration

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7342349B2 (en) 2002-08-07 2008-03-11 Ngk Insulators, Ltd. Piezoelectric actuator array and manufacturing method
US8040025B2 (en) 2006-11-22 2011-10-18 Ngk Insulators, Ltd. Method of producing ceramic structure and ceramic structure

Also Published As

Publication number Publication date
US6222303B1 (en) 2001-04-24
EP0936684A1 (en) 1999-08-18
JPH11227189A (ja) 1999-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3058143B2 (ja) 圧電アクチュエータおよびその製造方法
JP3804459B2 (ja) 積層型圧電素子
JP4243850B2 (ja) 積層型圧電素子及びそれを備えたインクジェット記録ヘッド
US6595628B2 (en) Laminated piezoelectric element for use as a drive device
JP2002059547A (ja) 圧電式インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法
JP3752974B2 (ja) 圧電アクチュエータ及びその製造方法
WO1996000151A1 (fr) Actionneur piezo-electrique pour tete d'impression a jet d'encre et son procede de fabrication
JP4135448B2 (ja) 液滴噴射装置の製造方法
JP4362688B2 (ja) 圧電アクチュエータの製造方法
JP4595357B2 (ja) インクジェット記録ヘッド
JP3849780B2 (ja) 圧電アクチュエータを備えた装置及びインクジェットプリンタヘッド
JP3876986B2 (ja) インクジェットヘッド
JP2625233B2 (ja) インクジェット記録ヘッド
JP3705090B2 (ja) 圧電式インクジェットプリンタヘッド
JP4603762B2 (ja) インクジェットヘッドの製造方法
JP4161203B2 (ja) インクジェットプリンタヘッド
US6679588B2 (en) Piezoelectric transducer and ink ejector using piezoelectric transducer
JP3821255B2 (ja) インクジェットヘッド用圧電素子の作製方法
JP3777955B2 (ja) 圧電アクチュエータ及びその製造方法
JP2637830B2 (ja) インクジェット記録ヘッド
JP4433037B2 (ja) 液体圧力発生機構及び液滴噴射装置
JP2005059551A5 (ja)
JP3298755B2 (ja) インクジェットヘッドの製造方法
JP2003226007A (ja) インクジェットヘッド
JP3876909B2 (ja) 圧電式インクジェットプリンタヘッド

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19991102

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20000321

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080421

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090421

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100421

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees