JP4445719B2

JP4445719B2 - Piezoelectric actuator and inkjet recording head

Info

Publication number: JP4445719B2
Application number: JP2003189034A
Authority: JP
Inventors: 喜裕由宇
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2023-06-30
Also published as: JP2005027409A

Description

【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これを備えたインクジェット記録ヘッドに関し、より詳しくは例えば加速度センサ、ノッキングセンサ、ＡＥセンサ等の圧電センサ、燃料噴射用インジェクター、インクジェット記録ヘッド、圧電共振子、発振器、超音波モーター、超音波振動子、フィルタ等に適し、特に広がり振動、伸び振動、厚み立て振動を利用したインクジェット記録ヘッドとして好適に用いられる圧電体アクチュエータおよびこれを備えたインクジェット記録ヘッドに関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、圧電性セラミックスを利用した製品としては、例えば圧電アクチュエータ、フィルタ、圧電共振子（発振子を含む）、超音波振動子、超音波モーター、圧電センサ等がある。
【０００３】
これらの中で、圧電アクチュエータは、電気信号に対する応答速度が１０^-6秒台と非常に高速であるため、半導体製造装置のＸＹステージの位置決め用圧電アクチュエータやインクジェットプリンタのインクジェット記録ヘッドに用いられる圧電アクチュエータ等に応用されている。
【０００４】
圧電方式を利用したインクジェットプリンタに用いられるインクジェット記録ヘッドは、例えば図３に示すように、複数のインク流路５１が並設され、各インク流路５１を仕切る壁として隔壁５２を形成した流路部材５３上に圧電アクチュエータ５４が設けられた構造を有する（特許文献１参照）。
【０００５】
圧電アクチュエータ５４は、上面に内部電極６０が設けられた振動板５５上に、圧電セラミック層５６および表面電極５７がこの順に積層され、表面電極５７が圧電セラミック層５６の表面に複数配列されることにより、複数の圧電変位部５８が形成されたものである。この圧電アクチュエータ５４は、流路部材５３上に、インク流路５１と表面電極５７との位置を揃えて取り付けられている。
【０００６】
上記のようなインクジェット記録ヘッドは、内部電極６０と所定の表面電極５７との間に電圧を印加して該表面電極５７直下の圧電セラミック層５６を変位させることにより、インク流路５１内のインクを加圧して、流路部材５３の底面に開口したインク吐出口５９よりインク滴を吐出する。
【０００７】
ところが、流路部材５３と圧電アクチュエータ５４は熱膨張率が異なるため、接着する際の加熱によって圧電アクチュエータ５４に残留応力が発生し、変位特性が低下すると共に、流路部材５３と圧電アクチュエータ５４との接着部分の接合信頼性が低下するという問題があった。
【０００８】
そこで、流路部材５３の熱膨張率を６ｐｐｍ／℃以下にして、流路部材５３と圧電アクチュエータ５４との熱膨張率差を小さくすることによって、変位特性の低下を抑制し、流路部材５３と圧電アクチュエータ５４との接合の信頼性を高めることが提案されている（特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−３４３２１号公報図１
【特許文献２】
特開２０００−３０１７２２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に、インクジェット記録ヘッドの流路部材には、耐薬品性などの面で信頼性の高いステンレス鋼が材料として用いられており、このステンレス鋼の熱膨張率は１０ｐｐｍ／℃以上である。このようなステンレス鋼を用いた場合には、流路部材と圧電アクチュエータとを接着する際の加熱により圧電アクチュエータに残留応力が発生し、変位特性が低下すると共に、流路部材と圧電アクチュエータとの接合信頼性が低下するという問題は、依然として未解決である。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、優れた変位特性と、流路部材などの他の基板との優れた接合信頼性とを備えた圧電アクチュエータおよびこれを備えたインクジェット記録ヘッドを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の圧電アクチュエータおよびインクジェット記録ヘッドは、以下の構成からなる。
（１）複数の内部電極と複数のセラミック層とが交互に積層された積層体の上面に表面電極が形成され、前記表面電極と最上層の前記内部電極との間に配置されたセラミック層が圧電セラミック層である圧電アクチュエータであって、最上層の前記内部電極の熱膨張率が最下層の前記内部電極の熱膨張率よりも小さく、最上層の前記内部電極の下面より下側の、前記内部電極と前記セラミック層とからなる振動板は、複数のセラミック層が熱膨張率の小さな順に上方から下方に向かって積層されて構成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
（２）前記内部電極は、熱膨張率の小さな順に上方から下方に向かって配置されている（１）記載の圧電アクチュエータ。
（３）厚みが１００μｍ以下である（１）または（２）に記載の圧電アクチュエータ。
（４）前記表面電極が複数形成された（１）〜（３）のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
（５）前記（４）記載の圧電アクチュエータを、インク吐出孔を有する複数のインク流路が配列された流路部材上に、前記インク流路と前記表面電極との位置を揃えて取り付けたことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
【００１５】
ステンレス鋼の熱膨張による圧電セラミック層に対する影響を緩和するには、前記（１）および（２）記載の圧電アクチュエータのように、最上層の内部電極の熱膨張率が最下層の内部電極の熱膨張率よりも小さくなるようにする。圧電セラミック層に近い最上層の前記内部電極の熱膨張率が、ステンレス鋼などからなる流路部材と競合する最下層の前記内部電極の熱膨張率よりも小さくなるように構成されていることにより、加熱によるステンレス鋼の熱膨張が圧電セラミック層に与える影響を緩和することができる。これにより、圧電セラミック層に残留する内部応力を小さくして、圧電セラミック層に作用する応力を減少させることができるので、圧電アクチュエータの変位量の低下および変位量のばらつきを抑制することができると共に、振動板とステンレス鋼との接合信頼性をも向上させることができる。
さらに、前記（１）記載の圧電アクチュエータは、振動板の上面付近の熱膨張率が、下面付近の熱膨張率よりも小さい、すなわち圧電セラミック層に近い上面側の領域の熱膨張率が、ステンレス鋼などからなる流路部材と接合する下面側の領域の熱膨張率よりも小さくなるように構成されている。振動板の熱膨張率を上記のようにすることによって、加熱によるステンレス鋼の熱膨張が圧電セラミック層に与える影響を緩和することができる。これにより、圧電セラミック層に残留する内部応力を小さくして、圧電セラミック層に作用する応力を減少させることができるので、圧電アクチュエータの変位量の低下および変位量のばらつきを抑制することができ、優れた変位特性を付与することができる。また、振動板の熱膨張率を上記のようにすることで、振動板とステンレス鋼との接合信頼性をも向上させることができる。
振動板の熱膨張率を上記（１）のように変化させるには、複数のセラミック層を熱膨張率の小さな順に上方から下方に向かって積層することにより振動板を構成すればよい。
【００１６】
前記(5)記載の圧電アクチュエータによれば、厚みが１００μｍ以下であるので、大きな変位量を得ることができる。
【００１７】
圧電セラミック層の表面に複数の表面電極を形成した前記(6)記載の圧電アクチュエータは、特にインクジェット記録ヘッド用に好適である。したがって、前記(7)記載のインクジェット記録ヘッドは、優れた変位特性と、優れた信頼性とを備えている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の圧電アクチュエータおよびこれを備えたインクジェット記録ヘッドの一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態の圧電アクチュエータを示す断面図である。この圧電アクチュエータ１９は、振動板２０上に、内部電極１２、圧電セラミック層１１および表面電極１８がこの順に積層されたものである。表面電極１８は、圧電セラミック層１１の表面に複数形成されている。
【００２０】
振動板２０は、複数のセラミック層１３，１５，１７が熱膨張率の小さな順に上方から下方に向かって積層され、さらにこれらの間に内部電極１４，１６が積層されて構成されている。これにより、振動板２０の熱膨張率が厚み方向に段階的に変化しており、振動板２０の上面付近の熱膨張率が、下面付近の熱膨張率よりも小さくなっている。
【００２１】
圧電アクチュエータ１９では、表面電極１８、該表面電極直下の圧電セラミック層１１および内部電極１２により複数の圧電変位素子が形成されており、表面電極１８と内部電極１２との間に電圧を印加することによって、圧電変位素子が撓み変形する。内部電極１２，１４，１６は、圧電アクチュエータ１９の厚み方向に形成された図示しないビア電極により電気的に接続されている。
【００２２】
圧電アクチュエータ１９の厚みは、特に限定されるものではないが、好ましくは１００μｍ以下であるのがよい。このように薄層にすることで、大きな変位を得ることができ、低電圧で高効率の駆動を実現できる。特に、圧電アクチュエータ１９としての特性を十分に発揮できる点で、好ましくは８０μｍ以下、より好ましくは６５μｍ以下、さらに好ましくは５０μｍ以下であるのがよい。一方、厚みの下限値は、十分な機械的強度を有し、取扱いおよび作動中の破壊を防止するため、３μｍ、好ましくは５μｍ、より好ましくは１０μｍ、さらに好ましくは２０μｍであるのがよい。
【００２３】
圧電セラミック層１１としては、圧電性を示すセラミックスを用いることができ、具体的には、例えばＢｉ層状化合物（層状ペロブスカイト型化合物）、タングステンブロンズ型化合物、Ｎｂ系ペロブスカイト型化合物（Ｎｂ酸ナトリウムなどのＮｂ酸アルカリ化合物（ＮＡＣ）、Ｎｂ酸バリウムなどのＮｂ酸アルカリ土類化合物（ＮＡＥＣ））、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、Ｐｂを含有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸鉛等のペロブスカイト型化合物を含有する物質を例示できる。
【００２４】
上記のうち、特に、少なくともＰｂを含むペロブスカイト型化合物であるのがよい。例えば、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、Ｐｂを含有するジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）やチタン酸鉛等を含有する物質が好ましい。特に、Ａサイト構成元素としてＰｂを含有し、かつＢサイト構成元素としてＺｒおよびＴｉを含有する結晶であるのがよい。このような組成にすることで、高い圧電定数を有する圧電セラミック層が得られる。これら中でもチタン酸ジルコン酸鉛やチタン酸鉛が、大きな変位を付加する上で好適である。ペロブスカイト型結晶の一例として、ＰｂＺｒＴｉＯ₃を好適に使用できる。
【００２５】
また、圧電性セラミックスには、他の酸化物を混合してもよく、さらに、特性に悪影響がない範囲であれば、副成分としてＡサイトおよび／またはＢサイトに他元素が置換していてもよい。例えば、副成分としてＺｎ、Ｓｂ、ＮｉおよびＴｅを添加したＰｂ（Ｚｎ_1/3Ｓｂ_2/3）Ｏ₃およびＰｂ（Ｎｉ_1/2Ｔｅ_1/2）Ｏ₃の固溶体であってもよい。
【００２６】
内部電極１２，１４，１６としては、導電性を有するものならばいずれでもよく、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌやそれらの合金などを用いることができ、具体的には、例えばＡｇ−Ｐｄ合金を例示できる。内部電極１５の厚みは、導電性を有しかつ変位を妨げない程度である必要があり、一般に、０．５〜５μｍ程度、好ましくは１〜４μｍであるのがよい。
【００２７】
表面電極１８としては、導電性を有するものならば何れでもよく、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌやそれらの合金などを用いることができる。表面電極１８の厚みは、導電性を有しかつ変位を妨げない程度である必要があり、一般に、０．１〜２μｍ程度、好ましくは０．１〜０．５μｍであるのがよい。
【００２８】
セラミック層１３，１５，１７としては、絶縁性の高いものであればよいが、好ましくは圧電性セラミックスであるのがよい。圧電性セラミックスとしては、上記で例示した圧電セラミック層１１と同様のものの他、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）などが使用可能である。
【００２９】
振動板２０において、セラミック層１３，１５，１７を熱膨張率の小さな順に上方から下方に向かって積層するには、例えばセラミック層１３の材料としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用い、セラミック層１５の材料としてＰＺＴまたはＺｒＯ₂を用い、セラミック層１７の材料として酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）を用いればよい。ＰＺＴの熱膨張率は約４〜８ｐｐｍ／℃であり、ＺｒＯ₂の熱膨張率は約９〜１１ｐｐｍ／℃である。このとき、圧電アクチュエータ１９の熱膨張率は約６〜８ｐｐｍ／℃となる。圧電アクチュエータ１９の熱膨張率と、後述するインクジェット記録ヘッドの流路部材２３の熱膨張率との差は、４ｐｐｍ／℃以下、好ましくは２．５ｐｐｍ／℃以下であるのが好ましい。
【００３０】
セラミック層１３，１５，１７を熱膨張率の小さな順に上方から下方に向かって積層する他の方法としては、セラミック層１３として熱膨張率の小さいＰＺＴ正方晶材料を用い、セラミック層１７として熱膨張率の大きいＰＺＴ菱面体晶材料を用いる方法が挙げられる。
【００３１】
振動板２０の厚みは、特に限定されないが、流路部材と接合する際の加熱により圧電セラミック層１１に残留する内部応力を小さくする点で、５０μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下、より好ましくは３０〜３５μｍであるのがよい。
【００３２】
次に、圧電アクチュエータ１９の製造方法について説明する。
(a) まず、前記した圧電性セラミックスの原料粉末を主成分とするグリーンシートを必要枚数作製する。このとき、セラミック層１３，１５，１７を熱膨張率の小さな順に上方から下方に向かって積層するには、例えば熱膨張率の大きなＺｒＯ₂を主成分とするグリーンシート、熱膨張率の小さなＰＺＴを主成分とするグリーンシートなど、成分の異なるグリーンシートを複数枚作製し、これらを熱膨張率の小さな順に上方から下方に向かって積層する。
(b) ついで、(a)で作製したグリーンシートのうち、一部のグリーンシートに貫通孔を形成する。貫通孔が形成されたグリーンシートにスクリーン印刷によりビア電極となる導体を充填する。また、内部電極を形成するグリーンシートの略全面にはスクリーン印刷により内部電極パターンを形成する。
(c) ついで、(a)および(b)で作製したグリーンシートを、図１に示す構成となるように積層して積層体を形成する。
(d) さらに、この積層体を所定の形状に切断した後、９００〜１１００℃程度で焼成して圧電アクチュエータ本体を形成する。
(e) 最後に、この圧電アクチュエータ本体の表面に導電ペーストを印刷して所定の位置に表面電極パターンを形成し、６００〜８５０℃程度で熱処理する。これにより圧電アクチュエータ１９を得ることができる。なお、表面電極１８は、圧電セラミック層１１、内部電極１２，１４，１６およびセラミック層１３，１５，１７と同時に焼成して形成することもできる。
【００３３】
次に、本実施形態のインクジェット記録ヘッドについて説明する。図２は、本実施形態のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。このインクジェット記録ヘッドは、圧電アクチュエータ１９を、インク吐出孔２１を有する複数のインク流路２２が配列された流路部材２３上に、インク流路２２と表面電極１８との位置を揃えて取り付けたものである。
【００３４】
流路部材２３は圧延法等によって得られ、インク吐出孔２１およびインク流路２２はエッチングにより所定の形状に加工されて設けられる。この流路部材２３は、Ｆｅ−Ｃｒ系またはＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系のステンレス鋼、Ｆｅ−Ｎｉ系、ＷＣ−ＴｉＣ系などにより形成されており、特にインクに対する耐食性の優れたＦｅ−Ｃｒ系が好ましい。
【００３５】
圧電アクチュエータ１９と流路部材２３とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ１９や流路部材２３への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が１３０〜２５０℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも１種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ１９と流路部材２３とを加熱接合することができ、これによりインクジェット記録ヘッドを得ることができる。
【００３６】
複数の表面電極１８は、それぞれ図示しない外部の電子制御回路に独立して接続されている。内部電極１２，１４，１６はグランド電位に接続されている。そして、内部電極１２と所定の表面電極１８との間に電圧が印加されると、電圧が印加された表面電極１８直下の圧電セラミック層１１が変位してインク流路２２内のインクが加圧され、インク吐出孔２１よりインク滴が吐出される。
【００３７】
このようなインクジェット記録ヘッドは、高速で高精度な吐出が可能であり、高速印刷に好適である。また、このようなインクジェット記録ヘッドと、該インクジェット記録ヘッドにインクを供給するインクタンクと、記録紙に印刷するための記録紙搬送機構とを備えたプリンタは、高速・高精度印刷を容易に実現することができる。
【００３８】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第２の実施形態については、第１の実施形態の説明に用いた図１を使用して説明する。第２の実施形態の圧電アクチュエータ１９は、複数の内部電極１２，１４，１６と複数のセラミック層１１，１３，１５，１７とが積層された積層体の上面に複数の表面電極１８が形成されたものである。上記セラミック層のうち、少なくとも表面電極１８と最上層の内部電極１２との間に配置されたセラミック層１１は、圧電セラミック層である。また、セラミック層１３，１５，１７および内部電極１４，１６は、振動板２０として機能する。
【００３９】
上記の圧電アクチュエータ１９では、内部電極１２，１４，１６が、熱膨張率の小さな順に上方から下方に向かって配置されている。すなわち、最上層の内部電極１２の熱膨張率が最下層の内部電極１６の熱膨張率よりも小さくなっている。
【００４０】
圧電アクチュエータ１９、圧電セラミック層１１、セラミック層１３，１５，１７および表面電極１８の厚み、材料等は、第１の実施形態と同程度の厚みとし、同様の材料を用いることができる。
【００４１】
ここで、内部電極１２，１４，１６を熱膨張率の小さな順に上方から下方に向かって配置するには、例えばこれらの内部電極の主成分がＡｇである場合、各内部電極に含まれるＰｄの比率を順に変化させればよい。このとき、ＡｇとＰｄとの比率は、特に限定されるものではなく、圧電アクチュエータ１９の熱膨張率が６．５〜７．５ｐｐｍ／℃程度となるように適宜調整すればよいが、Ａｇ：Ｐｄ＝１０：０〜５：５程度の範囲とするのが好ましい。圧電アクチュエータ１９の熱膨張率と、後述する流路部材２３の熱膨張率との差は、４ｐｐｍ／℃以下、好ましくは２．５ｐｐｍ／℃以下であるのがよい。
【００４２】
第２の実施形態の圧電アクチュエータ１９は、第１の実施形態で説明した製造方法の工程(b)において、各内部電極の熱膨張率が異なるように内部電極パターンを形成することにより作製することができる。こうして得られる圧電アクチュエータ１９を、第１の実施形態と同様にして図２に示す流路部材２３上に取り付けることによりインクジェット記録ヘッドを得ることができる。
【００４３】
以上、本発明の実施形態について示したが、本発明は上述した実施形態のみに限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更や改良したものにも適用できることは言うまでもない。
【００４４】
例えば、圧電セラミック層、セラミック層、内部電極等の積層枚数は特に限定されるものではなく、必要に応じて増減することができる。
【００４５】
また、上記実施形態では、振動板におけるセラミック層または内部電極を、熱膨張率の小さな順に上方から下方に向かって配置する場合について説明したが、本発明では、少なくとも振動板の上面付近の熱膨張率が下面付近の熱膨張率よりも小さいか、あるいは最上層の内部電極の熱膨張率が最下層の内部電極の熱膨張率よりも小さければよい。
【００４６】
本発明では、振動板におけるセラミック層および内部電極のいずれか一方だけでなく、両者を共に上記のように熱膨張率が小さな順に上方から下方に向かって配置するようにしてもよい。
【００４７】
上記実施形態では、振動板２０を構成するセラミック層１３，１５，１７の間に内部電極１４，１６を配置した場合について説明したが、本発明では、内部電極を配置しないで、複数のセラミック層のみで振動板を形成してもよい。
【００４８】
さらに、上記実施形態では、圧電アクチュエータをインクジェット記録ヘッドに適用した場合について説明したが、本発明では、圧電アクチュエータは、例えば燃料吐出用インジェクター等にも適用できる。
【００４９】
【実施例】
実施例１
以下のようにして、図１に示すような圧電アクチュエータ１９を作製した。すなわち、まず、圧電性セラミックスの原料粉末を主成分とするグリーンシートを必要枚数作製した。ついで、上記で作製したグリーンシートのうち、一部のグリーンシートに貫通孔を形成し、貫通孔が形成されたグリーンシートにスクリーン印刷によりビア電極となる導体を充填した。また、内部電極１２，１４，１６を形成するグリーンシートの略全面にはスクリーン印刷により内部電極パターンを形成した。ついで、上記各グリーンシートを、図１に示す構成となるように積層して積層体を形成した。さらに、この積層体を所定の形状に切断した後、９００〜１１００℃程度で焼成して圧電アクチュエータ本体を作製した。この圧電アクチュエータ本体の表面に導電ペーストを印刷して所定の位置に表面電極パターンを形成し、６００〜８５０℃程度で熱処理することにより圧電アクチュエータ１９を得た。
【００５０】
この圧電アクチュエータ１９では、圧電セラミック層１１およびセラミック層１３を構成するセラミックス材料をＰＺＴとし、セラミック層１５，１７を構成するセラミックス材料をＺｒＯ₂とした。
【００５１】
次に、エッチングにより所定の形状に加工してインク吐出孔２１およびインク流路２２を設けた流路部材２３を作製した。流路部材２３の材料としては、ＳＵＳ４３０を用いた。この流路部材２３と圧電アクチュエータ１９とをエポキシ系の接着剤を用いて８０〜１６０℃で加熱することによって、加熱接合し、インクジェット記録ヘッドを得た。
【００５２】
上記で得られた圧電アクチュエータ１９の熱膨張率は８ｐｐｍ／℃で、流路部材２３の熱膨張率は１０ｐｐｍ／℃であった。そして、圧電アクチュエータ１９と流路部材２３との接着部分を観察したところ、クラックは発生しておらず、良好な接合状態であった。
【００５３】
実施例２
圧電セラミック層１１およびセラミック層１３，１５，１７を構成するセラミックス材料をＰＺＴとし、内部電極１２としてＡｇ−Ｐｄ合金（Ａｇ：Ｐｄ＝７：３）を使用し、内部電極１４としてＡｇ−Ｐｄ合金（Ａｇ：Ｐｄ＝９：１）を使用し、内部電極１６としてＡｇを使用した他は、実施例１と同様にしてインクジェット記録ヘッドを作製した。
【００５４】
実施例２における圧電アクチュエータ１９の熱膨張率は７．５ｐｐｍ／℃で、流路部材２３の熱膨張率は１０ｐｐｍ／℃であった。そして、圧電アクチュエータ１９と流路部材２３との接着部分を観察したところ、クラックは発生しておらず、良好な接合状態であった。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の圧電アクチュエータによれば、複数の内部電極と複数のセラミック層とが交互に積層された積層体の上面に表面電極が形成され、最上層の内部電極の熱膨張率が最下層の内部電極の熱膨張率よりも小さく、最上層の前記内部電極の下面より下側の、前記内部電極と前記セラミック層とからなる振動板は、複数のセラミック層が熱膨張率の小さな順に上方から下方に向かって積層されて構成されているので、圧電セラミック層に残留する内部応力を小さくして、圧電セラミック層に作用する応力を減少させることができる。これにより、優れた変位特性と、ステンレス鋼との優れた接合信頼性とを備えた圧電アクチュエータを得ることができる。したがって、本発明の圧電アクチュエータを備えたインクジェット記録ヘッドによれば、高速で高精度な吐出が可能であり、かつ高い信頼性が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電アクチュエータを示す断面図である。
【図２】図１に示す圧電アクチュエータを備えたインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【図３】従来のインクジェット記録ヘッドを示す断面図である。
【符号の説明】
１１，３１圧電セラミック層
１２，１４，１６内部電極
１３，１５，１７セラミック層
１８表面電極
１９圧電アクチュエータ
２０振動板
２１インク吐出孔
２２インク流路
２３流路部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric actuator and an ink jet recording head including the same, and more specifically, for example, a piezoelectric sensor such as an acceleration sensor, a knocking sensor, and an AE sensor, a fuel injection injector, an ink jet recording head, a piezoelectric resonator, an oscillator, and an ultrasonic wave The present invention relates to a piezoelectric actuator suitable for a motor, an ultrasonic vibrator, a filter, and the like, and particularly used as an ink jet recording head using spreading vibration, elongation vibration, and thickness standing vibration, and an ink jet recording head including the piezoelectric actuator.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, products using piezoelectric ceramics include, for example, piezoelectric actuators, filters, piezoelectric resonators (including oscillators), ultrasonic vibrators, ultrasonic motors, and piezoelectric sensors.
[0003]
Among these, the piezoelectric actuator has a very high response speed to an electric signal of 10 ⁻⁶ seconds, so that the piezoelectric actuator used for the XY stage positioning piezoelectric actuator of the semiconductor manufacturing apparatus and the inkjet recording head of the inkjet printer is used. It is applied to actuators.
[0004]
For example, as shown in FIG. 3, an ink jet recording head used in an ink jet printer using a piezoelectric method includes a plurality of ink flow paths 51 arranged in parallel, and a flow path in which a partition wall 52 is formed as a wall that partitions each ink flow path 51. The piezoelectric actuator 54 is provided on the member 53 (see Patent Document 1).
[0005]
In the piezoelectric actuator 54, a piezoelectric ceramic layer 56 and a surface electrode 57 are laminated in this order on a vibration plate 55 provided with an internal electrode 60 on the upper surface, and a plurality of surface electrodes 57 are arranged on the surface of the piezoelectric ceramic layer 56. Thus, a plurality of piezoelectric displacement portions 58 are formed. The piezoelectric actuator 54 is mounted on the flow path member 53 so that the positions of the ink flow path 51 and the surface electrode 57 are aligned.
[0006]
The ink jet recording head as described above applies a voltage between the internal electrode 60 and the predetermined surface electrode 57 to displace the piezoelectric ceramic layer 56 immediately below the surface electrode 57, thereby causing ink in the ink flow path 51 to be displaced. And an ink droplet is ejected from an ink ejection port 59 opened on the bottom surface of the flow path member 53.
[0007]
However, since the thermal expansion coefficients of the flow path member 53 and the piezoelectric actuator 54 are different from each other, residual stress is generated in the piezoelectric actuator 54 due to heating at the time of bonding, and the displacement characteristics are deteriorated, and the flow path member 53 and the piezoelectric actuator 54 There has been a problem that the bonding reliability of the bonded portion is reduced.
[0008]
Therefore, by reducing the coefficient of thermal expansion of the flow path member 53 to 6 ppm / ° C. or less and reducing the difference in thermal expansion coefficient between the flow path member 53 and the piezoelectric actuator 54, the deterioration of the displacement characteristics is suppressed, and the flow path member 53 is suppressed. It has been proposed to improve the reliability of bonding between the piezoelectric actuator 54 and the piezoelectric actuator 54 (see Patent Document 2).
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-34321 FIG.
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-301722
[Problems to be solved by the invention]
However, in general, the flow path member of the ink jet recording head uses stainless steel, which is highly reliable in terms of chemical resistance, and the thermal expansion coefficient of this stainless steel is 10 ppm / ° C. or more. When such stainless steel is used, residual stress is generated in the piezoelectric actuator due to heating when the flow path member and the piezoelectric actuator are bonded, and the displacement characteristics are degraded. The problem of reduced bonding reliability remains unresolved.
[0011]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator having excellent displacement characteristics and excellent bonding reliability with another substrate such as a flow path member, and an ink jet recording head including the piezoelectric actuator.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a piezoelectric actuator and an ink jet recording head of the present invention have the following configurations.
(1) A surface electrode is formed on an upper surface of a laminate in which a plurality of internal electrodes and a plurality of ceramic layers are alternately stacked, and a ceramic layer disposed between the surface electrode and the uppermost internal electrode a piezoelectric actuator is a piezoelectric ceramic layer, the thermal expansion rate of the uppermost layer of the inner electrode is rather smaller than the coefficient of thermal expansion of the bottom layer of the internal electrode, the lower side of the lower surface of the uppermost layer of the inner electrode, The diaphragm including the internal electrode and the ceramic layer is configured by laminating a plurality of ceramic layers from top to bottom in ascending order of thermal expansion coefficient .
(2) The piezoelectric actuator according to (1), wherein the internal electrodes are arranged from the top to the bottom in ascending order of thermal expansion coefficient.
(3) The piezoelectric actuator according to (1) or (2) , wherein the thickness is 100 μm or less.
(4) The piezoelectric actuator according to any one of (1) to (3) , wherein a plurality of the surface electrodes are formed.
(5) The piezoelectric actuator according to (4) above is mounted on a flow path member in which a plurality of ink flow paths having ink discharge holes are arranged with the positions of the ink flow path and the surface electrode aligned. An ink jet recording head.
[0015]
In order to mitigate the influence of the thermal expansion of stainless steel on the piezoelectric ceramic layer, as in the piezoelectric actuators described in the above (1) and (2), the coefficient of thermal expansion of the uppermost internal electrode is the heat of the lowermost internal electrode. It should be smaller than the expansion rate. The thermal expansion coefficient of the uppermost internal electrode near the piezoelectric ceramic layer is configured to be smaller than the thermal expansion coefficient of the lowermost internal electrode competing with the flow path member made of stainless steel or the like. The influence of the thermal expansion of stainless steel due to heating on the piezoelectric ceramic layer can be mitigated. As a result, the internal stress remaining in the piezoelectric ceramic layer can be reduced and the stress acting on the piezoelectric ceramic layer can be reduced, so that it is possible to suppress a decrease in displacement of the piezoelectric actuator and variations in the displacement. In addition, it is possible to improve the bonding reliability between the diaphragm and the stainless steel.
Further, in the piezoelectric actuator described in (1) , the thermal expansion coefficient in the vicinity of the upper surface of the diaphragm is smaller than the thermal expansion coefficient in the vicinity of the lower surface, that is, the thermal expansion coefficient in the region on the upper surface side close to the piezoelectric ceramic layer is stainless steel. It is configured to be smaller than the coefficient of thermal expansion of the lower surface side region joined to the flow path member made of steel or the like. By setting the thermal expansion coefficient of the diaphragm as described above, the influence of the thermal expansion of stainless steel due to heating on the piezoelectric ceramic layer can be reduced. As a result, the internal stress remaining in the piezoelectric ceramic layer can be reduced and the stress acting on the piezoelectric ceramic layer can be reduced, so that a decrease in the displacement amount of the piezoelectric actuator and a variation in the displacement amount can be suppressed, Excellent displacement characteristics can be imparted. Further, by setting the thermal expansion coefficient of the diaphragm as described above, it is possible to improve the bonding reliability between the diaphragm and the stainless steel.
In order to change the thermal expansion coefficient of the diaphragm as in (1) above, the diaphragm may be configured by laminating a plurality of ceramic layers from the top to the bottom in the order of increasing thermal expansion coefficient.
[0016]
According to the piezoelectric actuator described in (5) above, since the thickness is 100 μm or less, a large amount of displacement can be obtained.
[0017]
The piezoelectric actuator described in (6) above, in which a plurality of surface electrodes are formed on the surface of the piezoelectric ceramic layer, is particularly suitable for an ink jet recording head. Therefore, the ink jet recording head described in the above (7) has excellent displacement characteristics and excellent reliability.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention and an ink jet recording head including the same will be described in detail with reference to the drawings.
[0019]
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the piezoelectric actuator of the first embodiment. The piezoelectric actuator 19 is obtained by laminating an internal electrode 12, a piezoelectric ceramic layer 11, and a surface electrode 18 in this order on a vibration plate 20. A plurality of surface electrodes 18 are formed on the surface of the piezoelectric ceramic layer 11.
[0020]
The diaphragm 20 is configured by laminating a plurality of ceramic layers 13, 15, and 17 from the top to the bottom in order of increasing thermal expansion coefficient, and further laminating the internal electrodes 14 and 16 therebetween. As a result, the thermal expansion coefficient of the diaphragm 20 changes stepwise in the thickness direction, and the thermal expansion coefficient near the upper surface of the diaphragm 20 is smaller than the thermal expansion coefficient near the lower surface.
[0021]
In the piezoelectric actuator 19, a plurality of piezoelectric displacement elements are formed by the surface electrode 18, the piezoelectric ceramic layer 11 immediately below the surface electrode, and the internal electrode 12, and a voltage is applied between the surface electrode 18 and the internal electrode 12. As a result, the piezoelectric displacement element is bent and deformed. The internal electrodes 12, 14, 16 are electrically connected by via electrodes (not shown) formed in the thickness direction of the piezoelectric actuator 19.
[0022]
The thickness of the piezoelectric actuator 19 is not particularly limited, but is preferably 100 μm or less. By using such a thin layer, a large displacement can be obtained, and high-efficiency driving can be realized at a low voltage. In particular, it is preferably 80 μm or less, more preferably 65 μm or less, and even more preferably 50 μm or less in that the characteristics as the piezoelectric actuator 19 can be sufficiently exhibited. On the other hand, the lower limit of the thickness is 3 μm, preferably 5 μm, more preferably 10 μm, and even more preferably 20 μm in order to have sufficient mechanical strength and prevent breakage during handling and operation.
[0023]
As the piezoelectric ceramic layer 11, ceramics exhibiting piezoelectricity can be used. Specifically, for example, a Bi layered compound (layered perovskite type compound), a tungsten bronze type compound, an Nb-based perovskite type compound (such as sodium Nb oxide) Nb acid alkali compound (NAC), Nb acid alkaline earth compound (NAEC) such as barium Nb acid), lead magnesium niobate (PMN), lead nickel niobate (PNN), zirconate titanate containing Pb Examples thereof include substances containing perovskite type compounds such as lead (PZT) and lead titanate.
[0024]
Of these, a perovskite compound containing at least Pb is particularly preferable. For example, lead magnesium niobate (PMN), nickel niobate (PNN), lead zirconate titanate (PZT) containing Pb, lead titanate and the like are preferable. In particular, a crystal containing Pb as the A site constituent element and Zr and Ti as the B site constituent element is preferable. With such a composition, a piezoelectric ceramic layer having a high piezoelectric constant can be obtained. Among these, lead zirconate titanate and lead titanate are suitable for adding a large displacement. As an example of the perovskite crystal, PbZrTiO ₃ can be preferably used.
[0025]
In addition, other oxides may be mixed in the piezoelectric ceramic, and as long as the properties are not adversely affected, other elements may be substituted at the A site and / or B site as subcomponents. Good. For example, it may be a solid solution of Pb (Zn _1/3 Sb _2/3 ) O ₃ and Pb (Ni _1/2 Te _1/2 ) O ₃ to which Zn, Sb, Ni and Te are added as subcomponents.
[0026]
The internal electrodes 12, 14, and 16 may be any one as long as they have conductivity, and Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Al, and alloys thereof can be used. Specifically, for example, Ag -Pd alloy can be illustrated. The thickness of the internal electrode 15 is required to be conductive and not to prevent displacement, and is generally about 0.5 to 5 μm, preferably 1 to 4 μm.
[0027]
The surface electrode 18 may be any material as long as it has conductivity, and Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Al, or an alloy thereof can be used. The thickness of the surface electrode 18 needs to be conductive and not to prevent displacement, and is generally about 0.1 to 2 μm, preferably 0.1 to 0.5 μm.
[0028]
The ceramic layers 13, 15, and 17 may have high insulation properties, but are preferably piezoelectric ceramics. As the piezoelectric ceramic, zirconium oxide (ZrO ₂ ) or the like can be used in addition to the piezoelectric ceramic layer 11 exemplified above.
[0029]
In the diaphragm 20, in order to laminate the ceramic layers 13, 15, and 17 from the top to the bottom in the order of increasing thermal expansion coefficient, for example, lead zirconate titanate (PZT) is used as the material of the ceramic layer 13. PZT or ZrO ₂ may be used as the material 15, and zirconium oxide (ZrO ₂ ) may be used as the material of the ceramic layer 17. The thermal expansion coefficient of PZT is about 4-8 ppm / ° C., and the thermal expansion coefficient of ZrO ₂ is about 9-11 ppm / ° C. At this time, the coefficient of thermal expansion of the piezoelectric actuator 19 is about 6 to 8 ppm / ° C. The difference between the coefficient of thermal expansion of the piezoelectric actuator 19 and the coefficient of thermal expansion of the flow path member 23 of the ink jet recording head described later is 4 ppm / ° C. or less, preferably 2.5 ppm / ° C. or less.
[0030]
As another method of laminating the ceramic layers 13, 15, and 17 from the top to the bottom in order of increasing thermal expansion coefficient, a PZT tetragonal material having a low thermal expansion coefficient is used as the ceramic layer 13, and thermal expansion is performed as the ceramic layer 17. A method using a PZT rhombohedral crystal material having a high rate is mentioned.
[0031]
The thickness of the diaphragm 20 is not particularly limited, but is 50 μm or less, preferably 40 μm or less, and more preferably 30 to 30 μm in that the internal stress remaining in the piezoelectric ceramic layer 11 is reduced by heating when joining the flow path member. It should be 35 μm.
[0032]
Next, a method for manufacturing the piezoelectric actuator 19 will be described.
(a) First, a required number of green sheets mainly composed of the above-mentioned piezoelectric ceramic raw material powder are produced. At this time, in order to laminate the ceramic layers 13, 15, and 17 from the top to the bottom in order of increasing thermal expansion coefficient, for example, a green sheet mainly composed of ZrO ₂ having a large thermal expansion coefficient, PZT having a small thermal expansion coefficient. A plurality of green sheets having different components, such as a green sheet containing as a main component, are produced, and these are laminated from the top to the bottom in order of increasing thermal expansion coefficient.
(b) Next, through holes are formed in some of the green sheets produced in (a). A green sheet in which the through hole is formed is filled with a conductor to be a via electrode by screen printing. Further, an internal electrode pattern is formed by screen printing on substantially the entire surface of the green sheet forming the internal electrode.
(c) Next, the green sheets produced in (a) and (b) are laminated so as to have the configuration shown in FIG. 1 to form a laminate.
(d) Further, the laminate is cut into a predetermined shape and then fired at about 900 to 1100 ° C. to form a piezoelectric actuator body.
(e) Finally, a conductive paste is printed on the surface of the piezoelectric actuator body to form a surface electrode pattern at a predetermined position, and heat treatment is performed at about 600 to 850 ° C. Thereby, the piezoelectric actuator 19 can be obtained. The surface electrode 18 can also be formed by firing simultaneously with the piezoelectric ceramic layer 11, the internal electrodes 12, 14, 16 and the ceramic layers 13, 15, 17.
[0033]
Next, the ink jet recording head of this embodiment will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the ink jet recording head of this embodiment. In this ink jet recording head, a piezoelectric actuator 19 is mounted on a flow path member 23 in which a plurality of ink flow paths 22 having ink discharge holes 21 are arranged with the positions of the ink flow path 22 and the surface electrode 18 aligned. Is.
[0034]
The flow path member 23 is obtained by a rolling method or the like, and the ink discharge hole 21 and the ink flow path 22 are provided by being processed into a predetermined shape by etching. The flow path member 23 is made of Fe—Cr or Fe—Cr—Ni stainless steel, Fe—Ni, WC—TiC, etc., and particularly Fe—Cr that has excellent corrosion resistance to ink. preferable.
[0035]
The piezoelectric actuator 19 and the flow path member 23 can be laminated and bonded through, for example, an adhesive layer. As the adhesive layer, a well-known layer can be used, but in order not to affect the piezoelectric actuator 19 and the flow path member 23, an epoxy resin, phenol resin, polyphenylene ether having a thermosetting temperature of 130 to 250 ° C. It is preferable to use at least one thermosetting resin adhesive selected from the group of resins. By heating to the thermosetting temperature using such an adhesive layer, the piezoelectric actuator 19 and the flow path member 23 can be heat-bonded, whereby an ink jet recording head can be obtained.
[0036]
The plurality of surface electrodes 18 are independently connected to an external electronic control circuit (not shown). The internal electrodes 12, 14, 16 are connected to the ground potential. When a voltage is applied between the internal electrode 12 and the predetermined surface electrode 18, the piezoelectric ceramic layer 11 immediately below the surface electrode 18 to which the voltage is applied is displaced and the ink in the ink flow path 22 is pressurized. Ink droplets are ejected from the ink ejection holes 21.
[0037]
Such an ink jet recording head is capable of high-speed and high-precision ejection, and is suitable for high-speed printing. Also, a printer equipped with such an ink jet recording head, an ink tank that supplies ink to the ink jet recording head, and a recording paper transport mechanism for printing on the recording paper easily realizes high-speed and high-precision printing. can do.
[0038]
<Second Embodiment>
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. Note that the second embodiment will be described with reference to FIG. 1 used in the description of the first embodiment. In the piezoelectric actuator 19 according to the second embodiment, a plurality of surface electrodes 18 are formed on the upper surface of a laminated body in which a plurality of internal electrodes 12, 14, 16 and a plurality of ceramic layers 11, 13, 15, 17 are laminated. It is a thing. Of the ceramic layers, at least the ceramic layer 11 disposed between the surface electrode 18 and the uppermost internal electrode 12 is a piezoelectric ceramic layer. Further, the ceramic layers 13, 15, 17 and the internal electrodes 14, 16 function as the diaphragm 20.
[0039]
In the piezoelectric actuator 19, the internal electrodes 12, 14, and 16 are arranged from the upper side to the lower side in order of increasing thermal expansion coefficient. That is, the thermal expansion coefficient of the uppermost internal electrode 12 is smaller than the thermal expansion coefficient of the lowermost internal electrode 16.
[0040]
The piezoelectric actuator 19, the piezoelectric ceramic layer 11, the ceramic layers 13, 15, 17 and the surface electrode 18 have the same thickness as the first embodiment, and the same materials can be used.
[0041]
Here, in order to arrange the internal electrodes 12, 14, 16 from the top to the bottom in order of increasing thermal expansion coefficient, for example, when the main component of these internal electrodes is Ag, the Pd contained in each internal electrode What is necessary is just to change a ratio in order. At this time, the ratio of Ag and Pd is not particularly limited, and may be appropriately adjusted so that the thermal expansion coefficient of the piezoelectric actuator 19 is about 6.5 to 7.5 ppm / ° C., but Ag: Pd is preferably in the range of about 10: 0 to 5: 5. The difference between the coefficient of thermal expansion of the piezoelectric actuator 19 and the coefficient of thermal expansion of the flow path member 23 described later is 4 ppm / ° C. or less, preferably 2.5 ppm / ° C. or less.
[0042]
The piezoelectric actuator 19 of the second embodiment is manufactured by forming internal electrode patterns so that the thermal expansion coefficients of the internal electrodes are different in step (b) of the manufacturing method described in the first embodiment. Can do. An ink jet recording head can be obtained by mounting the piezoelectric actuator 19 thus obtained on the flow path member 23 shown in FIG. 2 in the same manner as in the first embodiment.
[0043]
As mentioned above, although embodiment of this invention was shown, it cannot be overemphasized that this invention can be applied not only to the embodiment mentioned above but what was changed and improved in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0044]
For example, the number of laminated piezoelectric ceramic layers, ceramic layers, internal electrodes and the like is not particularly limited, and can be increased or decreased as necessary.
[0045]
In the above-described embodiment, the ceramic layer or the internal electrode in the diaphragm has been described from the top to the bottom in order of increasing thermal expansion coefficient. However, in the present invention, at least the thermal expansion near the upper surface of the diaphragm is described. It is sufficient that the coefficient of thermal expansion is smaller than the thermal expansion coefficient near the lower surface, or the thermal expansion coefficient of the uppermost internal electrode is smaller than the thermal expansion coefficient of the lowermost internal electrode.
[0046]
In the present invention, not only one of the ceramic layer and the internal electrode in the diaphragm, but both of them may be arranged from the top to the bottom in the order of increasing thermal expansion coefficient as described above.
[0047]
In the above embodiment, the case where the internal electrodes 14 and 16 are arranged between the ceramic layers 13, 15, and 17 constituting the diaphragm 20 has been described. However, in the present invention, a plurality of ceramic layers are arranged without arranging the internal electrodes. You may form a diaphragm only.
[0048]
Furthermore, in the above embodiment, the case where the piezoelectric actuator is applied to the ink jet recording head has been described. However, in the present invention, the piezoelectric actuator can be applied to, for example, a fuel discharge injector.
[0049]
【Example】
Example 1
A piezoelectric actuator 19 as shown in FIG. 1 was produced as follows. That is, first, a required number of green sheets mainly composed of a raw material powder of piezoelectric ceramics were produced. Next, through holes were formed in some of the green sheets produced as described above, and a conductor serving as a via electrode was filled into the green sheet with the through holes formed by screen printing. Further, an internal electrode pattern was formed on substantially the entire surface of the green sheet forming the internal electrodes 12, 14, and 16 by screen printing. Next, the above green sheets were laminated so as to have the configuration shown in FIG. 1 to form a laminate. Further, the laminate was cut into a predetermined shape and then fired at about 900 to 1100 ° C. to produce a piezoelectric actuator body. A conductive paste was printed on the surface of the piezoelectric actuator body to form a surface electrode pattern at a predetermined position, and heat treatment was performed at about 600 to 850 ° C. to obtain the piezoelectric actuator 19.
[0050]
In the piezoelectric actuator 19, the ceramic material constituting the piezoelectric ceramic layer 11 and the ceramic layer 13 as a PZT, and a ceramic material constituting the ceramic layers 15, 17 and ZrO _2.
[0051]
Next, the flow path member 23 provided with the ink discharge holes 21 and the ink flow paths 22 was fabricated by etching into a predetermined shape. As a material of the flow path member 23, SUS430 was used. The flow path member 23 and the piezoelectric actuator 19 were heated and bonded at 80 to 160 ° C. using an epoxy adhesive to obtain an ink jet recording head.
[0052]
The thermal expansion coefficient of the piezoelectric actuator 19 obtained above was 8 ppm / ° C., and the thermal expansion coefficient of the flow path member 23 was 10 ppm / ° C. And when the adhesion part of the piezoelectric actuator 19 and the flow path member 23 was observed, the crack was not generate | occur | produced but it was a favorable joining state.
[0053]
Example 2
The ceramic material constituting the piezoelectric ceramic layer 11 and the ceramic layers 13, 15, and 17 is PZT, an Ag—Pd alloy (Ag: Pd = 7: 3) is used as the internal electrode 12, and an Ag—Pd alloy is used as the internal electrode 14. An ink jet recording head was manufactured in the same manner as in Example 1 except that (Ag: Pd = 9: 1) was used and Ag was used as the internal electrode 16.
[0054]
The thermal expansion coefficient of the piezoelectric actuator 19 in Example 2 was 7.5 ppm / ° C., and the thermal expansion coefficient of the flow path member 23 was 10 ppm / ° C. And when the adhesion part of the piezoelectric actuator 19 and the flow path member 23 was observed, the crack was not generate | occur | produced but it was a favorable joining state.
[0055]
【The invention's effect】
According to the piezoelectric actuator of the present invention, the surface electrode is formed on the upper surface of the laminate in which the plurality of internal electrodes and the plurality of ceramic layers are alternately laminated, and the coefficient of thermal expansion of the uppermost internal electrode is the innermost layer. rather smaller than the coefficient of thermal expansion of the electrodes, the lower side of the lower surface of the uppermost layer of the inner electrode, the vibration plate composed of said inner electrode and the ceramic layer from above the plurality of ceramic layers in a small order of thermal expansion Since the layers are laminated downward, the internal stress remaining in the piezoelectric ceramic layer can be reduced, and the stress acting on the piezoelectric ceramic layer can be reduced. Thereby, the piezoelectric actuator provided with the outstanding displacement characteristic and the outstanding joining reliability with stainless steel can be obtained. Therefore, according to the ink jet recording head provided with the piezoelectric actuator of the present invention, there is an effect that high-speed and high-precision ejection is possible and high reliability is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a piezoelectric actuator of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an ink jet recording head including the piezoelectric actuator shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional inkjet recording head.
[Explanation of symbols]
11, 31 Piezoelectric ceramic layers 12, 14, 16 Internal electrodes 13, 15, 17 Ceramic layer 18 Surface electrode 19 Piezoelectric actuator 20 Diaphragm 21 Ink discharge hole 22 Ink flow path 23 Flow path member

Claims

A surface electrode is formed on the upper surface of a laminate in which a plurality of internal electrodes and a plurality of ceramic layers are alternately laminated, and the ceramic layer disposed between the surface electrode and the uppermost internal electrode is a piezoelectric ceramic layer. A piezoelectric actuator,
Vibration thermal expansion rate of the uppermost layer of the inner electrode is made of a bottom layer of the rather smaller than the coefficient of thermal expansion of the internal electrodes, the lower side of the lower surface of the uppermost layer of the inner electrode, the inner electrode and the ceramic layer The plate is configured by laminating a plurality of ceramic layers from the top to the bottom in ascending order of coefficient of thermal expansion .

2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the internal electrodes are arranged from the top to the bottom in order of increasing thermal expansion coefficient.

The piezoelectric actuator according to claim 1 or 2 thickness is 100μm or less.

The piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface electrode is formed with a plurality.

5. The piezoelectric actuator according to claim 4 , wherein the position of the ink flow path and the surface electrode is aligned on a flow path member in which a plurality of ink flow paths having ink discharge holes are arranged. Inkjet recording head.