JP4168682B2 - 電歪アクチュエータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動源としての圧電素子を振動板表面に形成してなる電歪アクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電素子は、電気エネルギーの供給によって変形するものであり、例えば、液体噴射ヘッド、マイクロポンプ、発音体（スピーカ等）用の駆動素子として広く用いられている。ここで、液体噴射ヘッドは、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させるものであり、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレーの製造に用いられる液晶噴射ヘッド、カラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド等がある。また、マイクロポンプは、極く微量の液体を扱うことができる超小型のポンプであり、例えば、極く少量の薬液を送出する際に用いられる。
【０００３】
このような液体噴射ヘッドやマイクロポンプに用いられる重要な部品の一つに、振動板の表面に圧電素子を設けた電歪アクチュエータがある。この電歪アクチュエータは圧力室となる空部を有する圧力室形成基板に取り付けられ、圧力室の一部を振動板で区画する。そして、液滴を吐出したり、液体を送出したりする際には、圧電素子に駆動パルスを供給してこの圧電素子及び振動板（即ち、圧力室の変形部分）を変形させ、圧力室の容積を変化させる。
【０００４】
これらの液体噴射ヘッドやマイクロポンプにおいては、圧電素子の高周波駆動に対する強い要請がある。これは、液滴の高周波吐出を実現したり、送液能力を高めたりするためである。そして、圧電素子の高周波駆動を実現するためには、上記変形部分のコンプライアンスを従来よりも小さくし、且つ、圧電素子の変形量を従来よりも大きくする必要がある。これは、変形部分のコンプライアンスを小さくすると応答性が向上するため、従来よりも高い周波数での駆動が可能となること、及び、圧電素子の変形量を大きくすると圧力室の容積変化量が大きくなるため、吐出される液滴の量や送出される液体の量を増やすことができることによる。
【０００５】
そして、変形部分のコンプライアンスと圧電素子の変形量の相反する特性を充足するものとして、多層構造の圧電素子が提案されている。例えば、特開平２−２８９３５２号公報には、圧電体層を上層圧電体と下層圧電体の２層構造とし、上層圧電体と下層圧電体の境界に駆動電極（個別電極）を形成すると共に、上層圧電体の外表面と下層圧電体の外表面とにそれぞれ共通電極を形成した構造の圧電素子が開示されている。同様に、特開平１０−３４９２４号公報にも多層構造の圧電素子が開示されている。
【０００６】
上記多層構造の圧電素子では、上層圧電体と下層圧電体の境界に駆動電極が設けられているので、各層の圧電体には、駆動電極から各共通電極までの間隔（即ち、各層圧電体の厚さ）と、駆動電極と各共通電極の電位差とによって定まる強さの電場が付与される。このため、共通電極と駆動電極とで単層の圧電体を挟んだ単層構造の圧電素子と比べた場合、圧電素子全体の厚さを多少厚くして変形部分のコンプライアンスを小さくしても、従来と同じ駆動電圧で大きく変形させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記多層構造の圧電素子を単に用いただけでは、近年の高い要請に応え得る程度の特性は得られなかった。このため、実際の製品としては、単層の圧電体を共通電極と駆動電極とで挟んだ単層構造の圧電素子を用いることを余儀なくされている。これには種々の原因が考えられるが、圧電素子の変形を振動板に十分に伝達できていなかったことや、電極同士の短絡が生じ易いなど信頼性が十分でなかったことも要因と考えられる。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、多層構造の圧電素子を用いた構成において、振動板の変形効率を向上させることにある。また、製造時の不良を防止して歩留まりを高めることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載のものは、駆動源としての圧電素子を振動板の表面に形成してなり、圧力室形成基板に取り付けられることで圧力室の一部を区画する電歪アクチュエータにおいて、
前記圧電素子は、電場に応じて変形する圧電体層と該圧電体層に付与される電場を発生する電極層とを備え、
前記圧電体層を、互いに積層された上層圧電体と下層圧電体とから構成すると共に、前記電極層を、互いに導通された共通上電極及び共通下電極と、駆動信号の供給源に導通される駆動電極とから構成し、
下層圧電体と上層圧電体との間に駆動電極を形成すると共に、下層圧電体と振動板との間に共通下電極を、駆動電極とは反対側の上層圧電体の表面に共通上電極をそれぞれ形成し、
前記共通上電極の層厚は、共通下電極及び駆動電極の層厚よりも薄く、尚且つ、前記共通上電極の短辺方向の長さは、共通下電極及び駆動電極の短辺方向の長さよりも長いことを特徴とする電歪アクチュエータである。
ここで、「上、下」とあるのは、振動板を基準とした位置関係を示している。即ち、振動板から近い側を「下」とし、振動板から遠い側を「上」として示している。
【００１０】
請求項２に記載のものは、駆動源としての圧電素子を振動板の表面に形成してなる電歪アクチュエータにおいて、
前記圧電素子は、電場に応じて変形する圧電体層と該圧電体層に付与される電場を発生する電極層とを備え、
前記圧電体層を、互いに積層された上層圧電体と下層圧電体とから構成すると共に、前記電極層を、互いに導通された共通上電極及び共通下電極と、駆動信号の供給源に導通される駆動電極とから構成し、
下層圧電体と上層圧電体との間に駆動電極を形成すると共に、下層圧電体と振動板との間に共通下電極を、駆動電極とは反対側の上層圧電体の表面に共通上電極をそれぞれ形成し、
前記共通上電極の電極材料は、共通下電極及び駆動電極の電極材料よりも柔らかく、尚且つ、前記共通上電極の短辺方向の長さは、共通下電極及び駆動電極の短辺方向の長さよりも長いことを特徴とする電歪アクチュエータである。
【００１１】
請求項３に記載のものは、請求項１に記載の電歪アクチュエータであって、
前記共通上電極の導電率は、共通下電極及び駆動電極の導電率よりも高いことを特徴とする電歪アクチュエータである。
【００１２】
請求項４に記載のものは、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電歪アクチュエータであって、
前記共通上電極は金で作成され、共通下電極及び駆動電極は白金で作成されていることを特徴とする電歪アクチュエータである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、プリンタやプロッタ等の画像記録装置に搭載される記録ヘッド（液体噴射ヘッドの一種）を例に挙げて説明する。この記録ヘッドは、例えば、図５に示すように、複数個のヘッド本体１…を備え、これらのヘッド本体１…を取付ベース６１に取り付けて構成されている。
【００１４】
まず、ヘッド本体１の基本構造について説明する。図１に示すように、このヘッド本体１は、流路ユニット２とアクチュエータユニット３とから概略構成されている。
【００１５】
流路ユニット２は、インク供給口（オリフィス）４及びノズル連通口５の一部となる通孔を開設した供給口形成基板６と、共通インク室７となる通孔及びノズル連通口５の一部となる通孔を開設したインク室形成基板８と、ノズル開口９…を副走査方向（記録ヘッドの移動される主走査方向とは直交する方向）に沿って開設したノズルプレート１０から構成されている。これらの供給口形成基板６、インク室形成基板８、及び、ノズルプレート１０は、例えば、ステンレス製の板材をプレス加工することで作製されている。
そして、流路ユニット２は、インク室形成基板８の一方の表面（図中下側）にノズルプレート１０を、他方の表面（同上側）に供給口形成基板６をそれぞれ配置し、これらの供給口形成基板６、インク室形成基板８、及び、ノズルプレート１０を接合することで作製される。例えば、シート状の接着剤によって各部材６，８，１０を接着することで作製される。
【００１６】
上記のノズル開口９は、図２に示すように、所定ピッチで複数個列状に開設される。そして、列設された複数のノズル開口９…によってノズル列１１が構成される。例えば、９２個のノズル開口９…で１つのノズル列１１が構成され、このノズル列１１が横並びに２列形成される。
【００１７】
アクチュエータユニット３は、ヘッドチップとも呼ばれる部材である。このアクチュエータユニット３は、圧力室１２となる通孔を開設した圧力室形成基板１３と、圧力室１２の一部を区画する振動板１４と、供給側連通口１５となる通孔及びノズル連通口５の一部となる通孔を開設した蓋部材１６と、圧電素子１７とによって構成される。これら各部材１３，１４，１６の板厚に関し、圧力室形成基板１３、及び、蓋部材１６は、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上である。また、振動板１４は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３〜１２μｍ程度である。
【００１８】
なお、このアクチュエータ３において、振動板１４と圧電素子１７とが本発明の電歪アクチュエータを構成する。また、振動板１４は、圧電素子１７が設けられる支持部材の一種である。
【００１９】
このアクチュエータユニット３は、圧力室形成基板１３の一方の表面に蓋部材１６を、他方の表面に振動板１４をそれぞれ配置して各部材を接合し、その後振動板１４の表面に圧電素子１７を形成することで作製される。これらの中で、圧力室形成基板１３、振動板１４、及び、蓋部材１６は、アルミナや酸化ジルコニウム等のセラミックスで作製されており、焼成によって互いに接合される。
【００２０】
これらの圧力室形成基板１３、振動板１４、蓋部材１６の接合は、例えば次の手順で行われる。まず、セラミックス原料、バインダー及び液媒等によってセラミックスのスラリーを調整する。次に、ドクターブレード装置やリバースロールコーター装置等の一般的な装置を用いて、スラリーをグリーンシート（未焼成のシート材）に成形する。その後、このグリーンシートに対して切削や打ち抜き等の加工を施して必要な通孔等を形成し、圧力室形成基板１３、振動板１４、及び、蓋部材１６の各シート状前駆体を形成する。そして、各シート状前駆体を積層及び焼成することにより、各シート状前駆体を一体化して１枚のシート状部材を得る。この場合、各シート状前駆体は一体焼成されるので、特別な接着処理が不要である。また、各シート状前駆体の接合面において高いシール性を得ることもできる。
【００２１】
また、１枚のシート状部材には、複数ユニット分の圧力室１２…やノズル連通口５…等が形成されている。換言すれば、１枚のシート状部材から複数のアクチュエータユニット（ヘッドチップ）３…を作製する。例えば、１つのアクチュエータユニット３となるチップ領域を１枚のシート状部材内にマトリクス状に複数設定し、圧電素子１７等の必要な部材を各チップ領域毎に形成する。そして、必要な部材が形成されたシート状部材（セラミックスシート）をチップ領域毎に切断することで、複数のアクチュエータユニット３…を得る。
【００２２】
上記の圧力室１２は、ノズル列１１とは直交する方向に細長い空部であり、ノズル開口９に対応する複数形成されている。即ち、図２に示すように、ノズル列方向に列設されている。そして、各圧力室１２…の一端は、ノズル連通口５を通じて対応するノズル開口９に連通する。また、ノズル連通口５とは反対側の圧力室１２の他端は、供給側連通口１５及びインク供給口４を通じて共通インク室７に連通している。さらに、この圧力室１２の一部は、振動板１４によって区画されている。
【００２３】
上記の圧電素子１７は、所謂撓み振動モードの圧電素子であり、圧力室１２とは反対側の振動板表面に圧力室１２毎に形成されている。この圧電素子１７は、その幅が圧力室１２の幅と略等しく、長さは圧力室１２の長さよりも多少長い。そして、圧力室１２の長手方向を覆うように形成されている。さらに、この圧電素子１７は、図３に示すように、圧電体層３１と共通電極３２と駆動電極３３等によって構成される多層構造であり、駆動電極３３と共通電極３２とによって圧電体層３１を挟んでいる。なお、この圧電素子１７の詳細な構造については後述する。
【００２４】
上記の駆動電極３３には駆動信号の供給源（図示せず）が導通、即ち、電気的に接続されている。また、共通電極３２は例えば接地電位に調整される。そして、駆動電極３３に駆動信号が供給されると、駆動電極３３と共通電極３２との間には電位差に応じた強さの電場が発生される。この電場は圧電体層３１に付与されるので、圧電体層３１は付与された電場の強さに応じて変形する。即ち、駆動電極３３の電位を高くする程、圧電体層３１は電場と直交する方向に収縮し、圧力室１２の容積を少なくするように振動板１４を変形させる。一方、駆動電極３３の電位を低くする程、圧電体層３１は電界と直交する方向に伸長し、圧力室１２の容積を増やすように振動板１４を変形させる。
【００２５】
そして、このアクチュエータユニット３と上記の流路ユニット２とは、互いに接合される。例えば、供給口形成基板６と蓋部材１６との間にシート状接着剤を介在させ、この状態でアクチュエータユニット３を流路ユニット２側に加圧することで接着される。
【００２６】
このように構成されたヘッド本体１には、共通インク室７からインク供給口４、供給側連通口１５、圧力室１２、及び、ノズル連通口５を通じてノズル開口９に至る一連のインク流路がノズル開口９毎に形成されている。使用時においてこのインク流路内はインクで満たされている。そして、圧電素子１７を変形させることで対応する圧力室１２が収縮或いは膨張し、圧力室１２内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル開口９からインク滴を吐出させることができる。例えば、定常容積の圧力室１２を一旦膨張させた後に急激に収縮させると、圧力室１２の膨張に伴ってインクが充填され、その後の急激な収縮によって圧力室１２内のインクが加圧されてインク滴が吐出される。
【００２７】
ここで、高速記録のためには、より多くのインク滴を短時間で吐出させる必要がある。この要求に応えるためには、圧力室１２を区画している部分の振動板１４及び圧電素子１７（即ち、圧力室１２における変形部分）のコンプライアンスと、圧電素子１７の変形量とを考慮する必要がある。これは、上記変形部分のコンプライアンスが大きくなる程、変形に対する応答性が悪くなり、高い周波数での駆動が困難になるからである。また、この変形部分は、そのコンプライアンスが小さくなる程に変形し難くなるので、コンプライアンスが小さくなる程、圧力室１２の収縮量が少なくなって１滴のインク量が減ってしまうからである。
【００２８】
このような観点から、既に実用化されている撓み振動モードの圧電素子を用いた記録ヘッドでは、圧電素子は単層の圧電体を共通電極と駆動電極とで挟んだ単層構造のものが用いられており、最大応答周波数は２５ｋＨｚ程度、最大インク滴量は１３ｐＬ（ピコリットル）程度であった。
【００２９】
そして、本実施形態では、多層構造の圧電素子１７を用いて振動板１４のコンプライアンスを小さくし、さらに、この圧電素子１７の構造を改良することにより、必要量のインク滴を従来よりも効率よく吐出できるようにした。以下、この点について説明する。
【００３０】
まず、圧電素子１７の構造について詳細に説明する。図３に示すように、圧電体層３１は、互いに積層された上層圧電体（外側圧電体）３４及び下層圧電体（内側圧電体）３５から構成される。また、共通電極３２は、共通上電極（共通外電極）３６及び共通下電極（共通内電極）３７から構成される。そして、この共通電極３２と駆動電極（個別電極）３３とが電極層を構成する。
【００３１】
なお、ここでいう「上（外）」或いは「下（内）」とは、振動板１４を基準とした位置関係を示している。換言すれば、圧電素子１７における振動板１４との接合面（圧電素子１７の変形を出力するための作用面とも表現できる。）を基準とした位置関係を示している。そして、「上（外）」とあるのは振動板１４から遠い側を示し、「下（内）」とあるのは振動板１４に近い側を示している。
【００３２】
上記の駆動電極３３は、上層圧電体３４と下層圧電体３５の境界に形成され、共通下電極３７は下層圧電体３５と振動板１４との間に形成される。また、共通上電極３６は駆動電極３３（下層圧電体３５）とは反対側の上層圧電体３４の表面に形成される。即ち、この圧電素子１７は、振動板側から、共通下電極３７、下層圧電体３５、駆動電極３３、上層圧電体３４、共通上電極３６の順で積層された多層構造である。そして、圧電体層３１の厚さは上層圧電体３４と下層圧電体３５の２層を合計して約１７μｍであり、共通電極３２を含めた圧電素子１７の全体の厚さは約２０μｍである。
なお、従来の単層構造の圧電素子１７にあっては、素子全体の厚さが約１５μｍである。従って、圧電素子１７の厚さが増したことから、その分だけ変形部分のコンプライアンスが小さくなっている。
【００３３】
上記の共通上電極３６と共通下電極３７は、駆動信号に拘わらず一定の電位に調整される。本実施形態において、これらの共通上電極３６と共通下電極３７は互いに導通され、接地電位に調整される。駆動電極３３は、上記したように駆動信号の供給源に導通されているので、供給された駆動信号に応じて電位を変化させる。そして、駆動信号の供給によって、駆動電極３３と共通上電極３６との間、及び、駆動電極３３と共通下電極３７との間には、それぞれ向きが反対の電場が生じ、上層圧電体３４や下層圧電体３５に作用する。
【００３４】
そして、これらの各電極３３，３６，３７を構成する材料としては、例えば、金属単体、合金、電気絶縁性セラミックスと金属との混合物等の各種導体が選択されるが、焼成温度において変質等の不具合が生じないことが要求される。本実施形態では、共通上電極３６に金を用い、共通下電極３７及び駆動電極３３に白金を用いている。
【００３５】
上記の上層圧電体３４と下層圧電体３５は共に、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料によって作製されている。そして、上層圧電体３４と下層圧電体３５とは分極方向が反対である。このため、駆動信号印加時の伸縮方向が上層圧電体３４と下層圧電体３５とで揃い、支障なく変形することができる。即ち、上層圧電体３４及び下層圧電体３５は、駆動電極３３の電位を高くする程に圧力室１２の容積を少なくするように振動板１４を変形させ、駆動電極３３の電位を低くする程に圧力室１２の容積を増やすように振動板１４を変形させる。
【００３６】
そして、この多層構造の圧電素子１７を効率よく変形させるべく、本実施形態では、電極層について改良を施し、圧電素子１７や振動板１４を効率よく変形できるようにしている。以下、電極層の構造について詳細に説明する。
【００３７】
まず、共通下電極３７に関し、本実施形態では、共通下電極３７の幅ｗｅ３を圧力室１２における幅方向の内寸法ｗｃよりも小さく設定している。具体的は、共通下電極３７の幅ｗｅ３を圧力室１２の内寸法ｗｃの８０％程度に設定している。ここで、圧力室１２の内寸法ｗｃは、その圧力室１２を区画する一対の圧力室隔壁３８，３８間の距離である。
【００３８】
そして、共通下電極３７の幅方向中心と圧力室１２の幅方向（内寸法）中心とをあわせることにより、言い換えれば、共通下電極３７を平面方向から見て圧力室１２の幅内（即ち、図４中に点線の寸法補助線で示される圧力室幅範囲ｗｃ´内）に配置することにより、圧力室隔壁３８と共通下電極３７との間には振動板１４のみからなる弾性領域Ｖｃ，Ｖｃが形成される。即ち、振動板１４の圧力室幅両側縁部が弾性領域Ｖｃ，Ｖｃとして機能する。
【００３９】
この弾性領域Ｖｃを設けることで圧電素子１７の変形を効率よく圧力室１２の容積変化に変えることができる。即ち、この弾性領域Ｖｃは振動板１４のみで構成されているので、他の部分（共通下電極３７が形成された部分）よりも容易に変形する。このため、圧電素子１７が変形すると弾性領域Ｖｃが他の部分に比して容易に変形し、圧電素子１７の変形を圧力室１２の容積変化に効率よく変えることができる。
【００４０】
なお、本実施形態では、共通下電極３７の幅ｗｅ３を圧力室１２の内寸法ｗｃの８０％としているが、この数値に限定されるものではない。少なくとも共通下電極３７の幅方向の縁が圧力室隔壁３８よりも内側（その圧力室幅内）に位置していれば弾性領域Ｖｃが形成されるため、圧電素子１７の変形を圧力室１２の容積変化に効率よく変えることができる。しかし、共通下電極３７の幅ｗｅ３を狭くし過ぎてしまうと、共通下電極３７が途中で断線してしまったり、下層圧電体３５のオーバーハング部分が振動板１４に直接接触してしまう等の不具合が生じ得る。この点を考慮すると、共通下電極３７の幅ｗｅ３は、圧力室１２の内寸法ｗｃよりも狭く内寸法ｗｃの６０％以上の範囲に設定することが好ましく、内寸法ｗｃの９０％以下７０％以上の範囲に設定することがより好ましい。
【００４１】
次に、駆動電極３３について説明する。この駆動電極３３の幅ｗｅ２は、共通上電極３６との関係では、共通上電極３６の幅ｗｅ１よりも狭いことが好ましい。また、共通下電極３７との関係でも、共通下電極３７の幅ｗｅ３よりも狭いことが好ましい。即ち、駆動電極３３の幅ｗｅ２は、各電極層３３，３６，３７の中で最も狭い幅に形成されることが好ましい。言い換えれば、両共通電極３６，３７の幅ｗｅ１，ｗｅ３は、駆動電極３３の幅ｗｅ２よりも広いことが好ましい。これは、次の２つの理由による。
【００４２】
第１の理由は、圧力室１２の容積変化をより大きくするためである。即ち、圧力室１２の容積を効率よく変化させるには、圧電素子１７の変形を効率よく振動板１４へ出力する（即ち、振動板１４に伝達する）必要がある。このため、振動板１４における幅方向中心部（即ち、圧力室幅範囲ｗｃ´の中間部分）を両側縁部よりも大きく撓ませることが好ましい。言い換えれば、幅方向中心部の変形量を両側縁部の変形量よりも大きくすることが好ましい。従って、上層圧電体３４及び下層圧電体３５に関し、幅方向中心部に付与される電場の強さを両側縁部よりも強くした方が良いといえる。
【００４３】
そして、本実施形態のように、駆動電極３３の幅ｗｅ２を共通上電極３６の幅ｗｅ１よりも狭く設定すると、図４中に拡大して示すように、上層圧電体３４に関し、側縁部Ｓ１における駆動電極３３と共通上電極３６の距離ｒ１を、幅方向中心部（幅方向での電極同士の重畳領域Ｓ２）での駆動電極３３と共通上電極３６の距離ｒ２よりも長くできる。これにより、上層圧電体３４に付与される電場に関し、幅方向中心部（重畳領域Ｓ２）の電場を側縁部Ｓ１の電場よりも強くすることができる。その結果、幅方向中心部Ｓ２を両側縁部Ｓ１，Ｓ１よりも大きく変形させることができ、圧電素子１７の変形を圧力室１２の容積変化に効率よく変えることができる。
【００４４】
第２の理由は、自然放電の防止である。即ち、上記したように、駆動電極３３から共通上電極３６或いは共通下電極３７までの間隔は、数ミクロン〜十数ミクロン程度と極く狭い。そして、各層圧電体３４，３５を駆動するためには、３０Ｖ程度の電圧を印加する必要がある。このため、駆動電極３３の幅方向両端部を各層圧電体３４，３５から露出させてしまうと、製造時における短絡の要因となり得る。また、高温多湿の環境下では空中放電が生じる虞があり、動作異常の原因となり得る。
【００４５】
そして、本実施形態のように、駆動電極３３の幅ｗｅ２を各電極の幅ｗｅ１，ｗｅ３よりも狭く設定すると、上層圧電体３４を駆動電極３３の全幅を越えて設けることができ、上層圧電体３４によって駆動電極３３を覆うことができる。このように構成すると、駆動電極３３は、各層圧電体３４，３５内に埋設された状態、詳しくは、共通上電極３４との重畳領域において埋設された状態になるので、製造時において、駆動電極３３が他の電極３６，３７に直接接触して短絡してしまう不具合を防止することができ、歩留まりの向上も図れる。また、駆動電極３３と他の電極３６，３７との間の空中放電も防止でき、誤動作を防止することができる。
【００４６】
次に、共通上電極３６について説明する。この共通上電極３６の幅ｗｅ１は、上記したように駆動電極３３の幅ｗｅ２よりも広く設定されるが、その幅方向の寸法精度は比較的低く設定される。これは、共通上電極３６と共通下電極３７とが同電位であること、及び、共通上電極３６との重畳領域にて駆動電極３３が圧電体層３１内に埋設されていることによる。即ち、共通上電極３６と共通下電極３７とが同電位であるため、万一、共通上電極３６の幅が広くなりすぎて共通下電極３７に接触してしまっても、これらの電極３６，３７の間では短絡等の不具合は生じないし、上記したように駆動電極３３が圧電体層３１内に埋設されているので、駆動電極３３との間でも短絡は生じ難い。
【００４７】
そして、共通上電極３６の寸法精度を低く設定できることから、製造効率を高めることもできる。即ち、共通上電極３６となるペースト状の電極材料を上層圧電体３４の表面に塗布するにあたり、マスクパターンの位置合わせ精度を多少低く設定できる。また、マスクパターンの寸法精度も比較的ラフに設定できる。その結果、共通上電極３６を高い寸法精度で作製する場合に比べて、その作業効率を格段に向上させることができる。
【００４８】
また、この共通上電極３６は、他の電極（駆動電極３３，共通下電極３７）よりも薄く、柔軟性が高く、且つ、導電性が良い電極材料を用いている。これは、この共通上電極３６が他の電極よりも大きく変形することに起因する。即ち、この共通上電極３６は、上層圧電体３４の表面に形成されているので、他の電極よりも大きく変形する。このため、共通上電極３６については、他の電極よりも柔らかい材料を用い、且つ、層厚を薄くすることで、変形の繰り返しによる破損を防止している。さらに、層厚を薄くしても電気抵抗が過度に高くならないように、導電性が良い電極材料を用いている。
【００４９】
具体的に説明すると、電極材料に関しては、上記したように、共通上電極３６を金で作製し、駆動電極３３及び共通下電極３７を白金で作製している。そして、電極の厚さに関し、共通下電極３７及び駆動電極３３は２〜３μｍであるのに対し、共通上電極３６（ｔｅ１）はその１／１０程度（例えば、０．３μｍ）にする。この構成により、共通上電極３６を圧電素子１７に追従させて変形させることができ、圧電素子１７の変形量が損なわれてしまう不具合を防止できる。また、圧電素子１７の変形が繰り返し行われても断線等の故障が生じ難い。さらに、共通上電極３６を通じて電流を効率よく流すことができる。
【００５０】
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。
【００５１】
まず、共通上電極３６と共通下電極３７の電極幅ｗｅ１，ｗｅ３に関し、上記実施形態では、両電極３６，３７における電極幅ｗｅ１，ｗｅ３の何れも圧力室１２の幅ｗｃよりも狭く、且つ、両電極３６，３７が圧力室１２の圧力室幅範囲ｗｃ´内に形成されたものを例示したが、本発明は、この構成に限定されるものではない。即ち、共通上電極３６と共通下電極３７の一方の電極について、その電極幅を圧力室１２の幅ｗｃよりも狭く構成し、且つ、当該電極を圧力室幅範囲ｗｃ´内に形成することにより、特有の作用効果を奏する。
【００５２】
例えば、共通下電極３７の電極幅ｗｅ３を圧力室１２の幅ｗｃよりも狭くし、且つ、この共通下電極３７を圧力室幅範囲ｗｃ´内に形成した場合には、上記した様に、振動板１４に弾性領域Ｖｃが形成されるので、振動板１４を効率よく変形させることができる。
【００５３】
一方、共通上電極３６の電極幅ｗｅ１を圧力室１２の幅ｗｃよりも狭くし、且つ、この共通上電極３６を圧力室幅範囲ｗｃ´内に形成した場合には、振動板１４から遠い側の上層圧電体３４に関し、幅方向中央部分が大きく撓む一方で、幅方向両側縁の撓み量は当該中央部分よりも少なくなる。このため、振動板１４について、圧力室１２の幅方向中央に対向する部分を、圧力室隔壁３８，３８に近い側縁部よりも大きく撓ませることができる。また、この上層圧電体３４は振動板１４から遠い側に位置するので、その変形量を増幅して振動板１４に作用させることができる。これにより、圧電素子１７の変形を振動板１４に効率よく出力でき、即ち、効率よく伝達でき、振動板１４の変形効率を向上させることができる。その結果、インク滴の吐出を効率よく行わせることができる。
【００５４】
なお、この場合において、共通下電極３７を圧力室１２の圧力室幅範囲ｗｃ´を越えて、つまり、圧力室隔壁３８，３８を越えて形成する構成も考えられる。この場合、振動板１４と共通下電極３７の両方を撓ませることになる。従って、振動板１４を効率よく変形させるためには、共通下電極３７を可及的に薄く構成し、且つ、柔らかい導電性材料によって構成することが求められる。この観点からすれば、共通下電極３７として金を使用することが好ましい。
【００５５】
また、以上は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッドを例に挙げて説明したが、本発明は、液晶噴射ヘッドや色材噴射ヘッド等といった他の液体噴射ヘッド用のアクチュエータユニット３（電歪アクチュエータ）にも適用できる。さらに、マイクロポンプ用の電歪アクチュエータにも適用できる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の効果を奏する。
即ち、共通上電極の層厚を、共通下電極及び駆動電極の層厚よりも薄くした場合、また、共通上電極の電極材料を、共通下電極及び駆動電極の電極材料よりも柔らかくした場合には、共通下電極及び駆動電極よりも大きく変形する共通上電極を圧電素子に追従させて変形させることができ、圧電素子の変形量が損なわれてしまう不具合を防止できる。また、圧電素子の変形が繰り返し行われても断線等の故障が生じ難い。さらに、共通上電極を通じて電流を効率よく流すことができる。
【００５７】
また、共通上電極の導電率を、共通下電極及び駆動電極の導電率よりも高くした場合には、共通上電極の層厚を薄くしても電気抵抗が過度に高くならないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヘッド本体の基本構造を説明する断面図である。
【図２】ヘッド本体をノズルプレート側から見た図である。
【図３】アクチュエータユニットの構造を説明する図であり、圧力室長手方向で切断した断面図である。
【図４】アクチュエータユニットの構造を説明する図であり、圧力室幅方向で切断した断面図である。
【図５】複数のヘッド本体を備えた記録ヘッドを説明する図である。
【符号の説明】
１ ヘッド本体
２ 流路ユニット
３ アクチュエータユニット
４ インク供給口
５ ノズル連通口
６ 供給口形成基板
７ 共通インク室
８ インク室形成基板
９ ノズル開口
１０ ノズルプレート
１１ ノズル列
１２ 圧力室
１３ 圧力室形成基板
１４ 振動板
１５ 供給側連通口
１６ 蓋部材
１７ 圧電素子
３１ 圧電体層
３２ 共通電極
３３ 駆動電極
３４ 上層圧電体
３５ 下層圧電体
３６ 共通上電極
３７ 共通下電極
３８ 圧力室隔壁
６１ 取付ベース

Claims (4)

1. 駆動源としての圧電素子を振動板の表面に形成してなり、圧力室形成基板に取り付けられることで圧力室の一部を区画する電歪アクチュエータにおいて、
   前記圧電素子は、電場に応じて変形する圧電体層と該圧電体層に付与される電場を発生する電極層とを備え、
   前記圧電体層を、互いに積層された上層圧電体と下層圧電体とから構成すると共に、前記電極層を、互いに導通された共通上電極及び共通下電極と、駆動信号の供給源に導通される駆動電極とから構成し、
   下層圧電体と上層圧電体との間に駆動電極を形成すると共に、下層圧電体と振動板との間に共通下電極を、駆動電極とは反対側の上層圧電体の表面に共通上電極をそれぞれ形成し、
   前記共通上電極の層厚は、共通下電極及び駆動電極の層厚よりも薄く、尚且つ、前記共通上電極の短辺方向の長さは、共通下電極及び駆動電極の短辺方向の長さよりも長いことを特徴とする電歪アクチュエータ。
2. 駆動源としての圧電素子を振動板の表面に形成してなる電歪アクチュエータにおいて、
   前記圧電素子は、電場に応じて変形する圧電体層と該圧電体層に付与される電場を発生する電極層とを備え、
   前記圧電体層を、互いに積層された上層圧電体と下層圧電体とから構成すると共に、前記電極層を、互いに導通された共通上電極及び共通下電極と、駆動信号の供給源に導通される駆動電極とから構成し、
   下層圧電体と上層圧電体との間に駆動電極を形成すると共に、下層圧電体と振動板との間に共通下電極を、駆動電極とは反対側の上層圧電体の表面に共通上電極をそれぞれ形成し、
   前記共通上電極の電極材料は、共通下電極及び駆動電極の電極材料よりも柔らかく、尚且つ、前記共通上電極の短辺方向の長さは、共通下電極及び駆動電極の短辺方向の長さよりも長いことを特徴とする電歪アクチュエータ。
3. 請求項１に記載の電歪アクチュエータであって、
   前記共通上電極の導電率は、共通下電極及び駆動電極の導電率よりも高いことを特徴とする電歪アクチュエータ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電歪アクチュエータであって、
   前記共通上電極は金で作成され、共通下電極及び駆動電極は白金で作成されていることを特徴とする電歪アクチュエータ。

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