JP3804459B2

JP3804459B2 - 積層型圧電素子

Info

Publication number: JP3804459B2
Application number: JP2001056802A
Authority: JP
Inventors: 淳宏高木
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: JP2002254634A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インクジェットヘッド等の各種装置において、駆動源として用いる積層型圧電素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、圧電素子は、圧電効果により電気エネルギを機械的変位（歪み）に変換する特性を利用して、様々な装置の駆動源（圧電アクチュエータ）として用いられている。
【０００３】
その中でも、歪みによる変位量を大きくするため積層型とした圧電素子は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等のセラミック材料から成る圧電シートの表面（一方の広幅面）に、導電ペースト等の導電材料にて、個別電極またはコモン電極のパターンを形成し、前記個別電極を有する複数の圧電シートと、前記コモン電極を有する複数の圧電シートとを交互に積層するように構成されている。
【０００４】
この種の積層型圧電素子における個別電極同士やコモン電極同士を電気的に接続する構成としては、前記各圧電シートに、積層方向に隣接する個別電極同士またはコモン電極同士に連通するスルーホールを配設し、当該各スルーホールに導電材料を充填したものが知られている。
【０００５】
図１２〜図１４は、従来の積層型圧電素子（圧電アクチュエータ１００）の一例を示している。ここで、図１２は圧電アクチュエータ１００の分解斜視図、図１３は図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ視断面図、図１４は焼成による圧電アクチュエータ１００の変形状態の説明図である。
【０００６】
従来の圧電アクチュエータ１００は、個別電極１０１を有する圧電シート１０３ａ，１０３ｃ，１０３ｅ，１０３ｇと、コモン電極１０２を有する圧電シート１０３ｂ，１０３ｄ，１０３ｆ，１０３ｈとを交互に積層するとともに、この積層体の最上層に１枚の絶縁シート１０６を積層した構造となっている。
【０００７】
個別電極１０１は、下から数えて奇数番目の圧電シート１０３ａ（１０３ｃ，１０３ｅ，１０３ｇ）の短辺の中央線を挟んだ両側に、当該圧電シート１０３ａ（１０３ｃ，１０３ｅ，１０３ｇ）の短辺縁と平行状に、かつ、長辺方向に列状にパターン形成されている。
【０００８】
コモン電極１０２は、下から数えて偶数番目の圧電シート１０３ｂ（１０３ｄ，１０３ｆ，１０３ｈ）の中央部に、当該圧電シート１０３ｂ（１０３ｄ，１０３ｆ，１０３ｈ）の長辺方向に延びる平面視略矩形状に形成されている。
【０００９】
前記各圧電シート１０３ａ〜１０３ｈのうち前記個別電極１０１及び前記コモン電極１０２が積層方向に重なる箇所は、圧電効果により歪みを生じる活性部１０７である。
【００１０】
前記偶数番目の圧電シート１０３ｂ（１０３ｄ，１０３ｆ，１０３ｈ）における一対の短辺縁の近傍箇所には、当該短辺縁の略全長にわたって延びる引き出し部１０２ａ，１０２ａが前記コモン電極１０２と一体形成されている。
【００１１】
また、前記偶数番目の圧電シート１０３ｂ（１０３ｄ，１０３ｆ，１０３ｈ）の表面のうち前記活性部以外の箇所には、ダミー個別電極１０４が、前記個別電極１０１と対応するパターンで、すなわち、前記個別電極１０１と同じ上下位置に形成されている。
【００１２】
他方、前記奇数番目の圧電シート１０３ａ（１０３ｃ，１０３ｅ，１０３ｇ）の表面のうち前記引き出し部１０２ａ，１０２ａと対応する位置（同じ上下位置）には、ダミーコモン電極１０５が形成されている。
【００１３】
最上層の圧電シートである絶縁シート１０６の表面には、前記個別電極１０１に対する表面電極１０８と、前記コモン電極１０２に対する表面電極１０９とが、当該絶縁シート１０６の一対の長辺縁に沿って形成されている。
【００１４】
最下層の圧電シート１０３ａを除く他の全ての圧電シート１０３ｂ〜１０３ｈ，１０６には、前記表面電極１０８と、これに対応する位置の個別電極１０１及びダミー個別電極１０４とが互いに連通するように、スルーホール１１０が穿設されている。同様にして、少なくとも１つの表面電極１０９と、これに対応する位置の引き出し部１０２ａが互いに連通するように、スルーホール１１１も穿設されている。
【００１５】
これにより、スルーホール１１０，１１１内に充填した導電材料を介して、前記各個別電極１０１同士と、これに対応する位置の表面電極１０８とが電気的に接続され、前記各コモン電極１０２同士と、これに対応する位置の表面電極１０９とが電気的に接続されている。
【００１６】
この場合、前記各圧電シート１０３ａ〜１０３ｈ，１０６において、前記各スルーホール１１０，１１１は、前記個別電極１０１のパターンの並び方向に平行な方向、換言すると、前記各圧電シート１０３ａ〜１０３ｈ，１０６の長辺方向に沿って一列状に整列するように構成されている（図１２参照）。
【００１７】
なお、最下層の圧電シート１０３ａには、前記圧電アクチュエータ１００が接着・固定される被駆動体（例えばインクジェットヘッドにおけるキャビティプレート等）に導通しないようにするため、前記各スルーホール１１０，１１１を穿設していない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１３に示すように、前記各圧電シート１０３ａ〜１０３ｈ，１０６を積層すると、前記各スルーホール１１０，１１１は、それぞれ積層方向（上下方向）に連通した状態で前記各圧電シート１０３ａ〜１０３ｈ，１０６の長辺方向に沿って一列状に整列するから、前記圧電アクチュエータ１００における一対の長手側縁の近傍箇所には、当該長手方向（前記各圧電シート１０３ａ〜１０３ｈ，１０６の長辺方向）に沿って断続的につながった強度的に弱い箇所がそれぞれ形成されていた。
【００１９】
その上、当該強度的に弱い箇所を構成する各スルーホール１１０，１１１の積層方向の列は、前記最下層の圧電シート１０３ａの存在により、いずれも有底筒状となっていたから、前記圧電シート１０３ａ〜１０３ｈ，１０６から成る積層体を焼成すると、当該積層体（圧電アクチュエータ１００）の収縮に際して、図１４に示すように、この圧電アクチュエータ１００全体が前記長手方向端部から見てスルーホールの箇所を谷にしてＶ字状に反り変形するのであった。
【００２０】
このような急激な曲がりや大きな反りが前記圧電アクチュエータ１００に生じていると、例えば、前記圧電アクチュエータ１００をインクジェットヘッドの駆動源として用いる場合は、前記圧電アクチュエータ１００をキャビティプレートの表面に接着剤にて接着固定するに際して、曲がった箇所等に隙間ができる等して、インク漏れ等の不良が発生する原因となるという問題があった。
【００２１】
そこで、本発明は、以上の問題を解消した積層型圧電素子を提供することを技術的課題とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前述の技術的課題を解決するため、請求項１の発明は、一方の広幅面に個別電極のパターンを列状に並んで形成した複数の第１の圧電シートと、一方の広幅面にコモン電極のパターンを形成した複数の第２の圧電シートとが交互に積層されて、前記各個別電極及び前記各コモン電極が積層方向に重なる箇所を活性部と成し、前記各圧電シートには、前記積層方向に隣接する前記個別電極同士または前記コモン電極同士を導電材料を介して導通させるためのスルーホールが配設されて成る積層型圧電素子において、焼成されて前記第１の圧電シートとなる前記個別電極のパターンと前記スルーホールとが形成された第１素材シートと、焼成されて前記第２の圧電シートとなる前記コモン電極のパターンと前記スルーホールとが形成された第２の素材シートとが積層され、且つ焼成されて１枚の積層体に構成され、前記積層体を構成する前記各圧電シートにおいて前記個別電極のパターンの並び方向と平行な方向に隣接するスルーホール同士は、前記活性部に関して前記個別電極の少なくとも一方側の端部に形成され、且つ前記平行な方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして配置されているものである。
【００２４】
請求項２の発明では、ノズルと圧力室とを含むインク通路が内部に形成されたキャビティユニットに接合され、前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるために変位する積層型圧電素子であって、一方の広幅面に前記圧力室に対応する個別電極のパターンを列状に並んで形成した複数の第１の圧電シートと、一方の広幅面にコモン電極のパターンを形成した複数の第２の圧電シートとが交互に積層され、前記各個別電極及び前記各コモン電極が積層方向に重なる箇所を活性部となし、前記各圧電シートには、前記積層方向に隣接する前記個別電極同士または前記コモン電極同士を導電材料を介して導通させるためのスルーホールが配設されて成る積層型圧電素子において、前記変位を伝えるために他の部品と接触または接合し、前記積層方向の一方に形成された面を有すると共に、前記第２の圧電シートに形成されたコモン電極のパターンは、前記第１の圧電シートにおける前記個別電極のパターンの並び方向に沿って延在し、且つ前記各個別電極と積層方向に重なるコモン電極と、前記コモン電極と一体形成され、且つ前記第１の圧電シートにおける前記個別電極の並び方向の延長位置と積層方向に重なる引き出し部とを有し、前記スルーホールは、前記個別電極に対応して穿設されたスルーホールと、前記引き出し部に対応して穿設されたスルーホールとからなり、前記各圧電シートにおいて前記個別電極のパターンの並び方向と平行な方向に隣接するスルーホール同士は、前記活性部に関して前記個別電極の少なくとも一方側の端部に形成され、且つ前記平行な方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして配置されているものである。
【００２５】
請求項３の発明では、請求項１または２に記載の積層型圧電素子において、前記コモン電極を有する前記第２の圧電シートの一方の広幅面のうち前記活性部以外の箇所には、ダミー個別電極のパターンが形成され、前記積層方向に隣接する個別電極同士を導通させるためのスルーホールは、前記個別電極のパターンと前記ダミー個別電極のパターンとが前記積層方向から見て重なる領域内に配設されており、前記各ダミー個別電極の箇所におけるスルーホールは、これと前記平行な方向に隣接するスルーホールに対して、前記平行な方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして配置されている。
【００２６】
請求項４の発明では、請求項１乃至３のいずれかに記載の積層型圧電素子において、前記圧電シートの積層体における表裏両広幅面のうちの一方に形成した表面電極と、これに対応する前記個別電極または前記コモン電極とを、スルーホールを介して導通させるように構成し、前記各表面電極の箇所におけるスルーホールは、これと前記平行な方向に隣接するスルーホールに対して、前記平行な方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして配置されているものである。
【００２７】
請求項５の発明では、請求項３または４に記載の積層型圧電素子において、前記圧電シートの積層体において、前記表面電極が形成された面と反対側の面を含む第１の圧電シートは、スルーホールが形成されていないと共に、前記一方の広幅面にのみ前記個別電極のパターン及びダミーコモン電極のパターンが形成されているものである。
【００２８】
請求項６の発明では、請求項５に記載の積層型圧電素子において、前記第１の圧電シートの一方の広幅面のうち活性部以外の箇所には、前記ダミーコモン電極のパターンが形成され、積層方向に隣接する前記コモン電極同士を導通させるためのスルーホールは、前記コモン電極のパターンと前記ダミーコモン電極のパターンとが積層方向から見て重なる領域にあり、前記第２の圧電シートに形成された前記コモン電極のパターンは、前記第１の圧電シートにおける前記個別電極のパターンの並び方向に沿って延在し、且つ前記個別電極と積層方向に重なる前記コモン電極と、該コモン電極と一体形成され、且つ前記第１の圧電シートにおける個別電極の並び方向の延長位置と積層方向に重なる引き出し部とを有し、前記コモン電極同士を導通させるためのスルーホールは、前記引き出し部に対応して穿設されているものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子において、前記各圧電シートにおいて、前記個別電極のパターンの並び方向と平行な方向に隣接するスルーホール同士は、前記コモン電極に対応して形成されたスルーホールも含めて、平行な方向に沿って一列状に並ばないように適宜ずらして配置されているものである。
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子において、前記積層方向に隣接するスルーホール同士は、連通しないように適宜ずらして配置されているものである。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１のように構成すると、前記各圧電シートにおいて前記個別電極のパターンの並び方向と平行な方向に隣接するスルーホール同士が、前記平行な方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして配置されるから、このような各圧電シートを積層することによって、前記各スルーホールは平面視でジグザグ状に分散した状態となる。この場合、焼成による収縮にて生じる応力は、前記積層型圧電素子に対して分散するから、後工程で焼成したのちの積層型圧電素子における前記平行な方向から見て強度的に弱いスルーホールの箇所を谷としたＶ字状の反りの変形量を小さくできる。
【００３０】
そうすると、例えば、前記積層型圧電素子をインクジェットヘッドの駆動源として用いる場合は、前記積層型圧電素子をキャビティプレートの表面に接着固定するに際して、これらの接着面に隙間（空間）が発生しないから、インクジェットヘッドとして製品となった状態でのインク漏れ等の不良を防止できる。
【００３１】
請求項３または請求項４のように構成すると、前記コモン電極を有する圧電シートや、前記表面電極を有する圧電シートにおいても、前記ダミー個別電極または前記表面電極の箇所におけるスルーホールが、これと前記平行な方向に隣接するスルーホールに対して、前記平行な方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして配置されるから、焼成による収縮にて生じる応力が前記積層型圧電素子に対して分散して、後工程で焼成したのちの積層型圧電素子における前記平行な方向から見た反りの変形量を小さくするという作用効果を確実に達成できる。
請求項５の発明によれば、前記圧電シートの積層体において、前記表面電極が形成された面と反対側の面を含む第１の圧電シートは、スルーホールが形成されていないと共に、前記一方の広幅面にのみ前記個別電極のパターン及びダミーコモン電極のパターンが形成されているものであるので、前記積層型圧電素子における前記表面電極が形成されていない面が接着・固定される被駆動体（例えばキャビティユニット等）に導通しないようにすることが確実にできる。
【００３２】
そして、請求項６の発明のように、前記個別電極を有する圧電シートにパターン形成したダミーコモン電極についても積層方向に連通しないように適宜ずらして配置した場合も、前記反りの変形量を小さくするという作用効果を確実に達成できる。
【００３３】
また、請求項８のように構成すると、前記各スルーホールは、前記各圧電シートにおいて前記平行な方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして配置されるだけでなく、積層方向に隣接するもの同士も連通しないように適宜ずらして配置されるから、この場合も、後工程で焼成したのちの積層型圧電素子における前記平行な方向から見た反りの変形量をより小さくでき、請求項１の作用効果を向上させることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態を、圧電式インクジェットヘッドに適用した場合の図面（図１〜図１１）に基づいて説明する。
【００３５】
図１〜図８は本発明の第１実施形態を示している。図１、図２及び図８に示すように、金属板製のキャビティプレート１０に接合するプレート型の圧電アクチュエータ２０の上面（広幅面）には、外部機器との接続のために、フレキシブルプリントケーブル４０が重ね接合されており、キャビティプレート１０の下面側に開口したノズル５４から下向きにインクが吐出するものである。
【００３６】
図３及び図４に示すように、キャビティプレート１０は、ノズルプレート４３、２枚のマニホールドプレート１２、スペーサプレート１３及びベースプレート１４の５枚の薄板を接着にて重ね接合することにより積層した構造となっている。第１実施形態では、ノズルプレート４３を除いた各プレート１２，１３，１４は、４２％ニッケル合金鋼板製で、５０μｍ〜１５０μｍ程度の厚さである。
【００３７】
ノズルプレート４３には、微小径のインク噴出用のノズル５４が、このノズルプレート４３の長手方向に沿って２列の千鳥配列状に配設されている。すなわち、前記ノズルプレート４３の長手方向と平行な２つの基準線４３ａ，４３ｂに沿って、微小ピッチＰの間隔で千鳥状配列にて、多数個のノズル５４が穿設されている。
【００３８】
また、前記各ノズル５４に対応する圧力室１６（詳細は後述する）と、圧電アクチュエータ２０における活性部３５（詳細は後述する）とは各プレート４３，１２，１３，１４の平面視で上下に重なって対応する位置に配列されている。前記各圧力室１６は、前記ノズルプレート４３の長手方向と交差（直交）する方向に延びるように形成されており、圧力室１６の列は前記ノズルプレート４３の長手方向に沿って配列されている。
【００３９】
スペーサプレート１３と対向する上側マニホールドプレート１２にはインク通路としての一対のマニホールド室１２ａ，１２ａが、ノズルプレート４３と対向する下側マニホールドプレート１２には同じく一対のマニホールド室１２ｂ，１２ｂが、前記ノズル５４の列の両側に沿って延びるように穿設されている。この場合、各マニホールド室１２ａ，１２ｂは、平面視で圧力室１６の列と重なるように延びている（図３及び図４参照）。
【００４０】
なお、下側マニホールドプレート１２のマニホールド室１２ｂ，１２ｂは、この下側マニホールドプレート１２の上面側にのみ開放するように凹み形成されている（図４参照）。これらマニホールド室１２ａ，１２ｂは、上側マニホールドプレート１２に対してスペーサプレート１３を積層することにより密閉される構造となっている。
【００４１】
ベースプレート１４には、この長辺方向に沿う中心線に対して直交する方向（短辺方向）に延びる細幅の圧力室１６の多数個が穿設されている。前記中心線を挟んで左右両側にて平行状の長手基準線１４ａ，１４ｂを設定すると、前記中心線より左側の圧力室１６の先端１６ａは、前記左側の長手基準線１４ａ上に位置し、逆に、前記中心線より右側の圧力室１６の先端１６ａは、前記右側の長手基準線１４ｂ上に位置している。また、当該左右の圧力室１６の先端１６ａはそれぞれ交互に配置されている。したがって、左右両側の圧力室１６は一つおきに互いに逆方向に延びるように交互に配置されている（図４参照）。
【００４２】
前記各圧力室１６の先端１６ａは、ノズルプレート４３における千鳥状配列のノズル５４に対して、スペーサプレート１３、２枚のマニホールドプレート１２に千鳥状配列に穿設した微小径の貫通孔１７を介して連通している。一方、前記各圧力室１６の他端１６ｂは、スペーサプレート１３の左右両側部に穿設した貫通孔１８を介してマニホールドプレート１２におけるマニホールド室１２ａ，１２ｂに連通している。
【００４３】
なお、図４に示すように、前記他端１６ｂは、ベースプレート１４の下面側にのみ開口するように凹み形成されている。また、最上層のベースプレート１４の一端部に穿設した供給孔１９ａ，１９ａの上面には、その上方のインクタンク（図示せず）から供給されるインク中の塵除去のためのフィルタ２９が張設されている。そして、スペーサプレート１３においてベースプレート１４の一端部に穿設した供給孔１９ａ，１９ａと対応する位置にも、供給孔１９ｂ，１９ｂが穿設されている。
【００４４】
以上により、インクタンク（図示せず）からベースプレート１４及びスペーサプレート１３における供給孔１９ａ，１９ｂを介して左右両マニホールド室１２ａ，１２ｂ内に流入したインクは、この各マニホールド室１２ａ，１２ｂから各貫通孔１８を通って各圧力室１６内に分配されたのち、この各圧力室１６内から各貫通孔１７を通って、当該各圧力室１６に対応するノズル５４に至るという構成となっている（図３及び図４参照）。
【００４５】
次に、本発明に係る積層型圧電素子である圧電アクチュエータ２０の構造を図５〜図７に基づいて説明する。
【００４６】
図５に示すように、圧電アクチュエータ２０は、８枚の圧電シート２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２２と、１枚の絶縁シート２３とを積層した構造となっている。第１実施形態では、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ，２２及び絶縁シート２３の厚さは、いずれも１５μｍ〜４０μｍ程度である。絶縁シート２３は、製造上、他の圧電シートと全く同じ材料を用いることが好ましい。
【００４７】
特開平４−３４１８５１号公報に記載のものと同様に、最下層の圧電シート２２とそれから上方へ数えて奇数番目の圧電シート２１ｂ，２１ｄ，２１ｆの表面（広幅面）のうち短辺の中央線を挟んだ両側には、細幅の個別電極２４が、これら各圧電シート２２，２１ｂ，２１ｄ，２１ｆ（請求項における第１の圧電シートに相当）の短辺縁と平行状に、かつ、長辺方向に列状にパターン形成されている。当該個別電極２４のパターンは、キャビティプレート１０における各圧力室１６の箇所に対応したものである。前記各個別電極２４の幅寸法は、これと対応する圧力室１６の広幅部よりも少し狭くなるように設定されている。
【００４８】
下から偶数番目の圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇ（請求項における第２の圧電シートに相当）の表面（広幅面）には複数個の圧力室１６に対して共通のコモン電極２５が形成されている。前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇのうち前記個別電極２４及び前記コモン電極２５が積層方向に重なる箇所、すなわち、挟まれる箇所は、圧電効果により歪みを生じる活性部３５である。
【００４９】
他方、圧力室１６は、ベースプレート１４の長辺方向に沿って２列状に配列されているので、コモン電極２５は、当該２列の圧力室１６，１６を一体的に覆うように、前記偶数番目の圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇの短辺方向の中央部において長辺方向に延びる平面視略矩形状に形成されている。前記偶数番目の圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇにおける一対の短辺縁の近傍箇所には、当該短辺縁の略全長にわたって延びる引き出し部２５ａ，２５ａが前記コモン電極２５と一体形成されている。
【００５０】
また、前記偶数番目の圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇの表面のうち前記活性部３５以外の箇所（前記偶数番目の圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇにおける一対の長辺縁の近傍箇所であって、前記コモン電極２５が形成されていない箇所）には、前記個別電極２４と略同じ幅寸法で長さの短いダミー個別電極２６が、前記個別電極２４と対応するパターンで、すなわち、前記個別電極２４と同じ上下位置に形成されている。これらダミー個別電極２６は、圧電アクチュエータ２０の変形作用（歪み）には寄与しない捨てパターンの電極であるが、前記各圧電シート２２，２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３を積層した場合の部分的な厚さの変化を少なくするためのものである。
【００５１】
前記奇数番目の圧電シート２２，２１ｂ，２１ｄ，２１ｆの表面のうち前記引き出し部２５ａ，２５ａと対応する位置（同じ上下位置）には、捨てパターンの電極としてのダミーコモン電極２７が形成されている。
【００５２】
最上層の圧電シートである絶縁シート２３の表面には、前記個別電極２４に対する表面電極３０と、前記コモン電極２５の引き出し部２５ａに対する表面電極３１とが、当該絶縁シート２３の一対の長辺縁に沿って形成されている。
【００５３】
前記最下層の圧電シート２２を除いて、他の全ての圧電シート２１ａ〜２１ｇと絶縁シート２３とには、前記表面電極３０と、これに対応する位置の個別電極２４及びダミー個別電極２６とが互いに連通するように、スルーホール３２が穿設されている。
【００５４】
同様にして、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３には、少なくとも１つの表面電極３１（第１実施形態では絶縁シート２３の四隅の位置の表面電極３１）と、これに対応する位置の引き出し部２５ａ及びダミーコモン電極２７とが互いに連通するように、スルーホール３３が穿設されている。これら各スルーホール３２，３３には、前記個別電極２４やコモン電極２５等と同じ材質（例えばＡｇ−Ｐｄ系の導電ペースト等）の導電材料が充填されている。
【００５５】
図５及び図６に示すように、第１実施形態では、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３における各スルーホール３２，３３は、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３の長辺方向（前記個別電極２４（または前記ダミー個別電極２６）のパターンの並び方向に平行な方向）に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして穿設されている。
【００５６】
すなわち、前記絶縁シート２３における各スルーホール３２，３３は、前記絶縁シート２３の一方の短辺縁側から順に、前記絶縁シート２３の長辺縁から短辺方向に適宜寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ１、・・・だけ離れた位置に適宜ずらして穿設されている。そして、前記絶縁シート２３より下層の各圧電シート２１ａ〜２１ｇにおける各スルーホール３２，３３も、前記絶縁シート２３における各スルーホール３２，３３にそれぞれ対応（連通）するように、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇの一方の短辺縁側から順に、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇの長辺縁から短辺方向に適宜寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ１、・・・だけ離れた位置に適宜ずらして穿設されている。
【００５７】
なお、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３における各スルーホール３２，３３の配置は、前述のパターンに限定されるものではなく、前記長辺方向に隣接するスルーホール３２，３３同士が、前記長辺方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして配設されていればよい。
【００５８】
前記圧電アクチュエータ２０は、以下に述べる方法で製造される。
【００５９】
すなわち、前記圧電アクチュエータ２０における圧電シート２１ｂ（２１ｄ，２１ｆ，２２も同様）の複数個分をマトリックス状に並べた大きさを有する第１素材シート（グリーンシート）の表面のうち各圧電シート２１ｂ（２１ｄ，２１ｆ）となる箇所に、複数個の個別電極２４と捨てパターンの電極としてのダミーコモン電極２７とを設ける位置に対して、予めスルーホール３２を穿設する。
【００６０】
同様にして、圧電シート２１ａ（２１ｃ，２１ｅ，２１ｇも同様）の複数個分をマトリックス状に並べた大きさを有する第２素材シート（グリーンシート）の表面のうち各圧電シート２１ａ（２１ｃ，２１ｅ，２１ｇ）となる箇所に、複数個のコモン電極２５の引き出し部２５ａと捨てパターンの電極としてのダミー個別電極２６とを設ける位置に対して、予めスルーホール３３を穿設する。
【００６１】
さらに、絶縁シート２３の複数個をマトリックス状に並べた大きさを有する第３素材シート（グリーンシート）の表面のうち各絶縁シート２３の箇所に、複数個の表面電極３０，３１を設ける位置に対して、スルーホール３２，３３を穿設する。
【００６２】
そして、前記各圧電シート２２，２１ｂ，２１ｄ，２１ｆの表面に個別電極２４及びダミーコモン電極２７を、前記各圧電シート２１ａ，２１ｃ，２１ｅ，２１ｇの表面にコモン電極２５及びダミー個別電極２６を、絶縁シート２３の表面に表面電極３０，３１を、それぞれＡｇ−Ｐｄ系の導電ペースト等の導電材料を用いたスクリーン印刷にて形成する。
【００６３】
この場合、前記各スルーホール３２，３３は、前記第１〜第３素材シートの上下広幅面に貫通しているから、前記各スルーホール３２，３３内に前記導電材料が浸入し、前記各スルーホール３２，３３を介して各電極部分２４，２５，２６，２７，３０，３１を通じてシートの上下面で導通可能となる。次いで、前記各素材シートを乾燥したのち積層し、次いで積層方向にプレスすることにより一体化して１枚の積層体にして焼成する。その後所定の大きさにカットする。
【００６４】
以上により、上下に積層した複数の圧電シート２２，２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３においては、同じ上下位置の個別電極２４とダミー個別電極２６と表面電極３０とがスルーホール３２内の導電材料を介して電気的に接続される一方、同じく上下複数枚のコモン電極２５とダミーコモン電極２７と表面電極３１とがスルーホール３３内の導電材料を介して電気的に接続される（図７参照）。
【００６５】
図１、図２及び図８に示すように、前記圧電アクチュエータ２０の下面（キャビティプレート１０の圧力室１６と対向する広幅面）全体に、接着剤層としてのインク非浸透性の合成樹脂材からなる接着剤シート４１を予め貼着し、次いで、前記キャビティプレート１０に対して、前記圧電アクチュエータ２０における各個別電極２４が前記キャビティプレート１０における各圧力室１６の各々に対応するように接着・固定される。
【００６６】
また、前記圧電アクチュエータ２０における上面には、前記フレキシブルプリントケーブル４０を重ね押圧することによって、前記フレキシブルプリントケーブル４０における各種の配線パターン（図示せず）が前記各表面電極３０，３１に電気的に接合される。
【００６７】
なお、前記接着剤シート４１等の接着剤層の材料としては、少なくともインク非浸透性で、かつ、電気絶縁性を備えたものであって、ナイロン系やダイマー酸ベースのポリアミド樹脂を主成分とするポリアミド系ホットメルト形接着剤、ポリエステル系ホットメルト形接着剤のフィルム状のものを用いてもよいが、ポリオレフィン系ホットメルト形接着剤を前記圧電アクチュエータ２０の下面に塗布してから、前記キャビティプレート１０に接着・固定するようにしても良い。接着層の厚さは約１μｍ程度である。
【００６８】
そして、全個別電極２４とコモン電極２５との間に、通常の使用時よりも高い電圧を印可することで、圧電シート２１ａ〜２１ｇの上記両電極２４，２５間に挟まれる部分を分極処理する。
【００６９】
以上の構成において、前記圧電アクチュエータ２０における各個別電極２４のうち任意の個別電極２４とコモン電極２５との間に電圧を印加することにより、前記圧電シート２１ａ〜２１ｇのうち前記電圧を印加した個別電極２４に対応する部分が圧電による積層方向の歪みを生じ、この歪みにて前記各個別電極２４に対応する圧力室１６の内容積が縮小されることにより、当該圧力室１６内のインクがノズル５４から液滴状に噴出して、所定の印字が行われる（図８参照）。
【００７０】
第１実施形態では、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３における各スルーホール３２，３３が、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３の長辺方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして穿設されているから、前記圧電アクチュエータ２０における一対の長手側縁の近傍箇所では、最上層から最下層まで積層方向に連通した各スルーホール３２，３３が平面視ジグザグ状に分散して形成される。
【００７１】
すなわち、反りの基点となる前記各スルーホール３２，３３の積層方向の列が平面視ジグザグ状に分散して形成されるから、焼成による収縮にて生じる応力を前記圧電アクチュエータ２０に対して分散させることができる。したがって、後工程で焼成したのちの圧電アクチュエータ２０における長手方向端部から見て強度的に弱いスルーホール３２，３３の箇所を谷とするＶ字状の反りの変形量を小さくできる。
【００７２】
その結果、前記圧電アクチュエータ２０を前記キャビティプレート１０の表面に接着固定する場合において、前記圧電アクチュエータ２０と前記キャビティプレート１０との接着面に隙間（空間）が発生しないから、インクジェットヘッドとして製品となった状態でのインク漏れ等の不良を防止できるのである。
【００７３】
さらに、前記圧電アクチュエータ２０と前記キャビティプレート１０とを接着するに際して、これらの広幅面（接着面）が平坦となるように、前記両者を押し付ける接着圧力をも低荷重にできる。なお、このことは、前記両者を押し付けることによって、前記圧電アクチュエータ２０が折れる等の不具合も解消できるのである。
【００７４】
図９〜図１１は、スルーホールの配置パターンの第２実施形態を示している。第２実施形態では、最下層の圧電シート２２を除いて、他の全ての圧電シート２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３に、前記表面電極３０と、これに対応する位置の個別電極２４及びダミー個別電極２６とを互いに導通させるためのスルーホール３２′が穿設されている。
【００７５】
同様にして、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３には、少なくとも１つの表面電極３１（第２実施形態では絶縁シート２３の四隅の位置の表面電極３１）と、これに対応する位置の引き出し部２５ａ及びダミーコモン電極２７とを互いに導通させるためのスルーホール３３′も穿設されている。これら各スルーホール３２′，３３′も、前記個別電極２４やコモン電極２５等と同じ材質（例えばＡｇ−Ｐｄ系の導電ペースト等）の導電材料が充填されている。
【００７６】
図１０に詳細に示すように、第２実施形態では、前記絶縁シート２３における各スルーホール３２′，３３′は、前記絶縁シート２３の一方の短辺縁側から順に、前記絶縁シート２３の長辺縁から短辺方向に適宜寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ１、・・・だけ離れた位置に適宜ずらして穿設され、前記絶縁シート２３より１層下の圧電シート２１ａにおける各スルーホール３２′，３３′は、前記圧電シート２１ａの一方の短辺縁側から順に、前記圧電シート２１ａの長辺縁から短辺方向に適宜寸法Ｌ２、Ｌ３、Ｌ１、Ｌ２、・・・だけ離れた位置に適宜ずらして穿設されている。
【００７７】
そして、前記圧電シート２１ａより１層下の圧電シート２１ｂにおける各スルーホール３２′，３３′は、前記圧電シート２１ｂの一方の短辺縁側から順に、前記圧電シート２１ｂの長辺縁から短辺方向に適宜寸法Ｌ３、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、・・・だけ離れた位置に適宜ずらして穿設されている。残りの圧電シート２１ｃ〜２１ｇにおける各スルーホール３２′，３３′についても、前記パターンに則って穿設されている。
【００７８】
すなわち、前記各スルーホール３２′，３３′は、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３の長辺方向（前記個別電極２４（または前記ダミー個別電極２６）のパターンの並び方向に平行な方向）に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして穿設されているのみならず、積層方向に隣接するもの同士も連通しないように適宜ずらして穿設されているのである（図１１参照）。
【００７９】
ここで、前記積層方向に隣接する個別電極２４同士を導通させるためのスルーホール３２′，３３′の穿設位置は、前記積層方向から見て、前記個別電極２４、前記ダミー個別電極２６及び前記表面電極３０が重なる領域内、並びに、前記コモン電極２５の引き出し部２５ａ、前記ダミーコモン電極２７及び前記表面電極３１が重なる領域内に位置するように各々設定されている。
【００８０】
各スルーホール３２′，３３′内の導電材料は、１層下の圧電シートにおける電極の表面と接触し、前記実施形態と同様に、積層方向の個別電極２４、ダミー個別電極２６及び表面電極３０が相互に導通し、また、コモン電極２５の引き出し部２５ａ、ダミーコモン電極２７及び表面電極３１が相互に導通する。
【００８１】
以上のように構成すると、前記各スルーホール３２′，３３′は、前記各圧電シート２１ａ〜２１ｇ及び絶縁シート２３の長辺方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして穿設されるだけでなく、積層方向に隣接するもの同士も連通しないように適宜ずらして穿設されているから、焼成による収縮にて生じる応力は、前記圧電アクチュエータ２０に対して、第１実施形態の場合よりもさらに分散し得ることとなる。
【００８２】
したがって、後工程で焼成したのちの圧電アクチュエータ２０における前記の変形量は、第１実施形態の場合よりもさらに小さくでき、前記圧電アクチュエータ２０における平坦さの精度が向上するのである。
【００８３】
本発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。例えば、圧電アクチュエータ２０の最下層には圧電シート２２を採用したが、他の層の圧電シートの歪みを圧力室に伝えるものであれば、他の絶縁材料を用いてもよい。また、最上層の絶縁シート２３についても他の絶縁材料を用いてもよい。この場合は、圧電シートの歪みのうち、上方（キャビティプレート１０と反対側）へ突出する歪みを抑制するものであることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の圧電式インクジェットヘッドを示す分解斜視図である。
【図２】圧電アクチュエータとキャビティプレートとの一端部を示す拡大斜視図である。
【図３】キャビティプレートの分解斜視図である。
【図４】キャビティプレートの部分拡大斜視図である。
【図５】圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【図６】圧電アクチュエータの部分拡大分解斜視図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ視側断面図である。
【図８】フレキシブルプリントケーブル、キャビティプレート及び圧電アクチュエータを積層した状態を示す拡大断面図である。
【図９】第２実施形態の圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【図１０】圧電アクチュエータの部分拡大分解斜視図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ視側断面図である。
【図１２】従来の圧電アクチュエータの分解斜視図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ視側断面図である。
【図１４】図１３の変形状態の説明図である。
【符号の説明】
１０キャビティプレート
１２マニホールドプレート
１３スペーサプレート
１４ベースプレート
１６圧力室
２０圧電アクチュエータ
２１ａ〜２１ｇ，２２圧電シート
２３絶縁シート
２４個別電極
２５コモン電極
２５ａ引き出し部
２６ダミー個別電極
２７ダミーコモン電極
３０，３１表面電極
３２，３３，３２′，３３′ スルーホール
４０フレキシブルプリントケーブル
４３ノズルプレート
５４ノズル

Claims

一方の広幅面に個別電極のパターンを列状に並んで形成した複数の第１の圧電シートと、一方の広幅面にコモン電極のパターンを形成した複数の第２の圧電シートとが交互に積層されて、前記各個別電極及び前記各コモン電極が積層方向に重なる箇所を活性部と成し、前記各圧電シートには、前記積層方向に隣接する前記個別電極同士または前記コモン電極同士を導電材料を介して導通させるためのスルーホールが配設されて成る積層型圧電素子において、
焼成されて前記第１の圧電シートとなる前記個別電極のパターンと前記スルーホールとが形成された第１素材シートと、焼成されて前記第２の圧電シートとなる前記コモン電極のパターンと前記スルーホールとが形成された第２の素材シートとが積層され、且つ焼成されて１枚の積層体に構成され、
前記積層体を構成する前記各圧電シートにおいて前記個別電極のパターンの並び方向と平行な方向に隣接するスルーホール同士は、前記活性部に関して前記個別電極の少なくとも一方側の端部に形成され、且つ前記平行な方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして配置されていることを特徴とする積層型圧電素子。
ノズルと圧力室とを含むインク通路が内部に形成されたキャビティユニットに接合され、前記圧力室内のインクを前記ノズルから吐出させるために変位する積層型圧電素子であって、
一方の広幅面に前記圧力室に対応する個別電極のパターンを列状に並んで形成した複数の第１の圧電シートと、一方の広幅面にコモン電極のパターンを形成した複数の第２の圧電シートとが交互に積層され、前記各個別電極及び前記各コモン電極が積層方向に重なる箇所を活性部となし、前記各圧電シートには、前記積層方向に隣接する前記個別電極同士または前記コモン電極同士を導電材料を介して導通させるためのスルーホールが配設されて成る積層型圧電素子において、
前記変位を伝えるために他の部品と接触または接合し、前記積層方向の一方に形成された面を有すると共に、
前記第２の圧電シートに形成されたコモン電極のパターンは、前記第１の圧電シートにおける前記個別電極のパターンの並び方向に沿って延在し、且つ前記各個別電極と積層方向に重なるコモン電極と、前記コモン電極と一体形成され、且つ前記第１の圧電シートにおける前記個別電極の並び方向の延長位置と積層方向に重なる引き出し部とを有し、
前記スルーホールは、前記個別電極に対応して穿設されたスルーホールと、前記引き出し部に対応して穿設されたスルーホールとからなり、
前記各圧電シートにおいて前記個別電極のパターンの並び方向と平行な方向に隣接するスルーホール同士は、前記活性部に関して前記個別電極の少なくとも一方側の端部に形成され、且つ前記平行な方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして配置されていることを特徴とする積層型圧電素子。
前記コモン電極を有する前記第２の圧電シートの一方の広幅面のうち前記活性部以外の箇所には、ダミー個別電極のパターンが形成され、前記積層方向に隣接する個別電極同士を導通させるためのスルーホールは、前記個別電極のパターンと前記ダミー個別電極のパターンとが前記積層方向から見て重なる領域内に配設されており、
前記各ダミー個別電極の箇所におけるスルーホールは、これと前記平行な方向に隣接するスルーホールに対して、前記平行な方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の積層型圧電素子。
前記圧電シートの積層体における表裏両広幅面のうちの一方に形成した表面電極と、これに対応する前記個別電極または前記コモン電極とを、スルーホールを介して導通させるように構成し、
前記各表面電極の箇所におけるスルーホールは、これと前記平行な方向に隣接するスルーホールに対して、前記平行な方向に沿って一列状に整列しないように適宜ずらして配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の積層型圧電素子。
前記圧電シートの積層体において、前記表面電極が形成された面と反対側の面を含む第１の圧電シートは、スルーホールが形成されていないと共に、前記一方の広幅面にのみ前記個別電極のパターン及びダミーコモン電極のパターンが形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の積層型圧電素子。
前記第１の圧電シートの一方の広幅面のうち活性部以外の箇所には、前記ダミーコモン電極のパターンが形成され、積層方向に隣接する前記コモン電極同士を導通させるためのスルーホールは、前記コモン電極のパターンと前記ダミーコモン電極のパターンとが積層方向から見て重なる領域にあり、
前記第２の圧電シートに形成された前記コモン電極のパターンは、前記第１の圧電シートにおける前記個別電極のパターンの並び方向に沿って延在し、且つ前記個別電極と積層方向に重なる前記コモン電極と、該コモン電極と一体形成され、且つ前記第１の圧電シートにおける個別電極の並び方向の延長位置と積層方向に重なる引き出し部とを有し、
前記コモン電極同士を導通させるためのスルーホールは、前記引き出し部に対応して穿設されていることを特徴とする請求項５に記載の積層型圧電素子。
前記各圧電シートにおいて、前記個別電極のパターンの並び方向と平行な方向に隣接するスルーホール同士は、前記コモン電極に対応して形成されたスルーホールも含めて、平行な方向に沿って一列状に並ばないように適宜ずらして配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子。
前記積層方向に隣接するスルーホール同士は、連通しないように適宜ずらして配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれかに記載の積層型圧電素子。