JP5082337B2

JP5082337B2 - 圧電アクチュエータ、インクジェットプリンタ及び圧電アクチュエータの製造方法

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Publication number: JP5082337B2
Application number: JP2006227032A
Authority: JP
Inventors: 宏人菅原
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: JP2008054401A

Description

本発明は、インクジェットヘッド等に用いられる圧電アクチュエータ、インクジェットプリンタ及び圧電アクチュエータの製造方法に関するものである。

インクタンクから供給されるインクを移送して、ノズルから記録用紙等に向けてインク液滴を噴射するインクジェットヘッドが既に知られている。このインクジェットの方式は、噴射エネルギーの発生方法の違いにより分類されており、圧電素子の振動力を利用してインク液滴を噴射させる圧電方式や、熱エネルギーによる気泡の発生でインク液滴を噴射させるサーマルジェット方式などが存在する。例えば、特許文献１に開示された圧電方式のインクジェットヘッドは、インク供給口に繋がる共通液室から複数のノズル孔までの流路中に各ノズルに夫々対応する複数の圧力室が設けられた流路ユニットと、この流路ユニットの上に積層されて圧力室の容積を選択的に変動させる圧電アクチュエータとを備えている。

前記圧電アクチュエータは、複数枚が積層された圧電シートの間に共通電極と複数の個別電極とが交互に介設された構成であり、それら個別電極及び共通電極は、外部機器との電気的接続を行うためのフレキシブルフラットケーブルに導通接続される必要がある。そのため、個別電極及び共通電極は、それぞれ圧電シートの端縁まで引き出して形成され、各圧電シートの側端面に形成された側面電極を介して、最上層の圧電シートの上面に形成された表面電極に導通接続されている。そして、フレキシブルフラットケーブルの端子が圧電アクチュエータの上面の表面電極に接続されることで、該端子が個別電極及び共通電極に導通されることとなる。
特開２００４−１６６４６３号公報

しかしながら、前記圧電アクチュエータで一連の電極を形成する場合、圧電シートの上面に個別電極及び共通電極を印刷で形成する工程と、各圧電シートの側面に側面電極を導電ペースト材で形成する工程と、表面電極を印刷で形成する工程とが必要となる。そうすると、圧電アクチュエータの製造工程が多くなるために、生産性が低下するという問題がある。

一方、製造工程を低減するためには、上方からの印刷により圧電シートの上面に個別電極や共通電極や表面電極を形成するのと同時に圧電シートの側端面にも側面電極を印刷形成することが考えられる。しかし、その場合には、圧電シートの側端面が上下方向で印刷方向に沿った状態となるため、側面電極は印刷直後の自重により垂れ下がって均一な膜厚に形成されず、特に側面電極の上部で膜厚が薄くなることによってクラック発生等の原因となるおそれがある。

そこで、本発明は、高品質で生産性の良い圧電アクチュエータ及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る圧電アクチュエータは、少なくとも一方面の少なくとも一部が第１電極として導電性を有する振動板と、前記振動板の一方面上に形成された第１圧電層と、前記第１圧電層の前記振動板とは反対側の面上に形成された第２電極と、前記第２電極を前記第１圧電層との間で挟むように形成された第２圧電層と、前記第２圧電層の前記第１圧電層とは反対側の面上に形成された第３電極とを備え、前記第１圧電層及び前記第２圧電層は平面視で矩形状であり、前記第１圧電層の側端部が前記第２圧電層の対応する側端部よりも側方に突出し、かつ、前記振動板の側端部が前記第１圧電層の対応する側端部よりも側方に突出し、前記第３電極は、前記第１圧電層及び第２圧電層の前記側端部を通過して前記振動板の一方面上まで階段状に延設されており、前記第３電極が通過する前記側端部と交差する異なる辺において、前記振動板の側端部が前記第１圧電層の対応する側端部よりも側方に突出しており、前記第２電極は、前記交差する異なる辺において前記第１圧電層の前記側端部を通過して、前記振動板の一方面上まで段差状に延設されていることを特徴とする。

以上の本発明において、少なくとも一方面の少なくとも一部が第１電極として導電性を有する振動板とは、振動板の材料とは異なる導電性材料から形成された第１電極が振動板の少なくとも一方面に固着する態様、振動板の少なくとも一方面にあたる表面のみが導電性を有する態様、及び振動板全体が導電性材料から形成される態様のいずれをも含む概念である。

このようにすると、第１圧電層の側端部が第２圧電層の側端部よりも側方に突出し、かつ、振動板の側端部が第１圧電層の側端部よりも側方に突出し、全体として各側端部が階段状に形成されているので、面方向に対して垂直な側端部が段差で中断されて、個々の側端部の垂直部分の連続高さが低くなる。これにより、第３電極を第２圧電層上から振動板上まで延設するようにコーティングする際に、側端部における第３電極の膜厚が自重により薄くなるのを抑制することができる。したがって、第２圧電層上から振動板上まで延設される第３電極は、例えば第２圧電層の面に直交する方向から成膜処理することで少ない工数で効率良く形成されると共に、クラック発生等も防止されて第３電極を高品質に形成することができる。

また、第１電極と第３電極の一部は振動板上の同一平面に形成されるので、例えばＦＰＣ等の１つの外部電気接続部品で各電極との接続を容易に図ることができ、シンプル且つ低コスト化を実現することが可能となる。

また、第２電極は、第３電極が通過する側端部と交差する異なる辺において第１圧電層の側端部を通過し、振動板上まで段差状に延設されているので、第２電極の通過経路が第３電極の通過経路と干渉しない。よって、第２電極の配線設計が容易になると共に電極形成位置の要求精度も緩和することができる。

前記第２電極は、互いに独立した複数の個別電極からなる個別電極群を有し、前記第１電極及び前記第３電極は、前記個別電極群に対応する共通電極であってもよい。

このようにすると、個別電極に印加される電圧が一方側の第２圧電層を介して一方側の共通電極に作用すると共に、他方側の第１圧電層を介して他方側の共通電極にも作用するため、１つの個別電極で一対の圧電層を変形させることができ、駆動電圧を抑制することが可能となる。

前記複数の個別電極が第１方向に列状に並んで配置されるとともに、当該個別電極の列が前記第１方向に交差する第２方向に複数並んでおり、前記共通電極は、前記第１方向に引き出されるように延設されており、前記個別電極は、前記第２方向に引き出されるように延設されていてもよい。

前記振動板が導電性材料で形成されて前記共通電極を兼ねており、前記第３電極が前記振動板に導通接続されていてもよい。

このようにすると、導電性材料からなる振動板自体が共通電極を兼ねているので、共通電極を別形成する必要がなくなり、製造工数を低減することができる。また、共通電極である第３電極の一部を振動板上の自由な位置に設けるだけで、第１電極及び第３電極である共通電極同士を簡単に導通させることができ、設計自由度も向上する。

前記振動板が非導電層を有し、前記非導電層上に前記第１電極が形成され、前記第３電極が前記振動板の一方面上で前記第１電極に導通接続されていてもよい。

このようにすると、振動板が非導電層と第１電極とを別々に有しているので、非導電層部分で振動性能を調節でき、第１電極の厚さ・大きさ・位置などの設計自由度を向上させることができる。

また本発明のインクジェットプリンタは、前記圧電アクチュエータと、前記第１方向において前記圧電アクチュエータの一方側に配置されたインク供給口を有する流路ユニットと、を備え、前記共通電極は、前記第１方向における前記インク供給口が形成されていない他方側から引き出されていることを特徴とする。

また本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、少なくとも一方面の少なくとも一部が第１電極となる導電性を有する振動板の一方面上に、その側端部に沿った露出領域を残しつつ平面視で矩形状の第１圧電層を形成する第１工程と、前記第１圧電層の前記振動板とは反対側の面上に第２電極を形成する第２工程と、前記第１圧電層の前記振動板とは反対側の面上に、その側端部に沿った露出領域を残した状態で、かつ、前記第２電極を前記第１圧電層との間で挟むように平面視で矩形状の第２圧電層を形成する第３工程と、前記第２圧電層の前記第１圧電層とは反対側の面上から、前記第１圧電層及び第２圧電層の側端部を通過して、前記振動板まで階段状に延設される第３電極を形成する第４工程と、を備え、前記第３電極が通過する前記側端部と交差する異なる辺において、前記振動板の側端部が前記第１圧電層の対応する側端部よりも側方に突出しており、前記第２電極は、前記交差する異なる辺において前記第１圧電層の前記側端部を通過して、前記振動板の一方面上まで段差状に延設されており、前記第４工程において、前記第３電極は成膜法によって形成され、前記第４工程は少なくとも２回の成膜工程を含み、先の成膜工程によって、前記第１圧電層及び振動板に対しての成膜が施され、後の成膜工程によって、前記第２圧電層及び第１圧電層に対しての成膜が施されることで、前記第３電極が形成されていることを特徴とする。

このようにすると、振動板上にその側端部に沿って第１圧電層で覆われない露出領域が設けられていると共に、第１圧電層上にその側端部に沿って第２圧電層で覆われない露出領域が設けられているので、全体として各圧電層の各側端部が階段状に形成され、個々の側端部の面方向に対して垂直な部分の連続高さが低くなる。これにより、第３電極を第２圧電層上から振動板上まで延設するようにコーティング形成する際に、側端部における第３電極の膜厚が自重により薄くなるのを抑制することができる。したがって、第２圧電層上から振動板上まで延設される第３電極は、例えば第２圧電層の面に直交する方向から成膜処理することで少ない工数で効率良く形成されると共に、クラック発生等も防止されて第３電極を高品質に形成することができる。

そして、第１圧電層上に第２電極を成膜する際に第１圧電層及び振動板に対して第３電極の階段状の一部を予め成膜しておくことで、その後に第２圧電層上に電極を成膜すれば、予め成膜された部分と併せて第３電極を容易に形成することができる。

また本発明の別の圧電アクチュエータの製造方法は、少なくとも一方面の少なくとも一部が第１電極となる導電性を有する振動板の一方面上に、その側端部に沿った露出領域を残しつつ平面視で矩形状の第１圧電層を形成する第１工程と、前記第１圧電層の前記振動板とは反対側の面上に第２電極を形成する第２工程と、前記第１圧電層の前記振動板とは反対側の面上に、その側端部に沿った露出領域を残した状態で、かつ、前記第２電極を前記第１圧電層との間で挟むように平面視で矩形状の第２圧電層を形成する第３工程と、前記第２圧電層の前記第１圧電層とは反対側の面上から、前記第１圧電層及び第２圧電層の側端部を通過して、前記振動板まで階段状に延設される第３電極を形成する第４工程と、を備え、前記第３電極が通過する前記側端部と交差する異なる辺において、前記振動板の側端部が前記第１圧電層の対応する側端部よりも側方に突出しており、前記第２電極は、前記交差する異なる辺において前記第１圧電層の前記側端部を通過して、前記振動板の一方面上まで段差状に延設されており、前記第４工程において、前記第３電極は成膜法によって形成され、一回の成膜工程によって、前記第２圧電層、前記第１圧電層及び前記振動板に対しての成膜が施されることで前記第３電極が形成されることを特徴とする。

このようにすると、振動板の露出領域と、第１圧電層の露出領域と、第２圧電層とに対して一回の成膜工程を行うだけで、第２圧電層上から振動板上まで階段状に延設された第３電極を容易に形成することができる。

なお、本願でいう前記成膜法とは、対象物（圧電層や振動板）に対して接着層を介在させずに直接的に電極材料を膜状に付着させる方法であって、例えばスクリーン印刷やスパッタリング法などを用いると好適である。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、第２圧電層上から振動板上まで延設される第３電極は、少ない工数で形成可能でありながらクラック発生等も好適に防止され、高品質で生産性の良好な圧電アクチュエータを提供することができる。また、第１電極と第３電極の一部は振動板上の同一平面に形成されるので、外部の電気接続部品と各電極とを容易に接続することができ、シンプルかつ低コスト化を図ることができる。また、第２電極は、第３電極が通過する側端部と交差する異なる辺において第１圧電層の側端部を通過し、振動板上まで段差状に延設されているので、第２電極の通過経路が第３電極の通過経路と干渉しない。よって、第２電極の配線設計が容易になると共に電極形成位置の要求精度も緩和することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るインクジェットプリンタ１の概略斜視図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１は、筐体２に架設されたガイドロッド３を有し、そのガイドロッド３にキャリッジ４がスライド可能に支持されている。キャリッジ４の下部にはインクジェットヘッド１０が設けられており、その下方で紙送りローラ５により搬送される記録用紙６に向けてインクジェットヘッド１０からインクが噴射される構成となっている。キャリッジ４は、一対のプーリー７に巻き掛けられたタイミングベルト８に接合されており、タイミングベルト８はガイドロッド３の軸線方向と平行に配設されている。一方のプーリー７には正逆回転駆動するモータ９が設けられており、そのプーリー７が正逆回転駆動されることでタイミングベルト８が往復移動し、キャリッジ４に取り付けられたインクジェットヘッド１０がガイドロッド３に沿って走査される。

なお、以下の説明において、「走査方向」はキャリッジ４が走査される方向であり、「列方向」は後述する圧力室３２の配列方向（ノズル孔２４ａの配列方向でもある）であって、走査方向と直交する方向である。また、「平面視」とは後述する振動板１３の面に対して直交する方向からの目視を意味するものである。

図２は図１に示すインクジェットプリンタ１に用いるインクジェットヘッド１０の斜視図である。図３は図２に示すインクジェットヘッド１０の平面図である。図２及び図３に示すように、インクジェットヘッド１０は、インク流路を有する平面視で矩形状の流路ユニット１１と、その流路ユニット１１の上面に重ねて接着されるユニモルフ方式の圧電アクチュエータ１２とを備えている。

圧電アクチュエータ１２は、下部共通電極（第１電極）２７（図４参照）を上面に有し流路ユニット１１に対面配置された１枚の振動板１３と、振動板１３の流路ユニット１１と反対側の面に形成された共通電極２７（図４参照）上に形成された一対の第１圧電層１４と、第１圧電層１４の上面にそれぞれ多数配列された個別電極（第２電極）１５と、個別電極１５を第１圧電層１４との間で挟むように形成された一対の第２圧電層１６と、第２圧電層１６の上面に形成された上部共通電極（第３電極）１７とを備えている。また、振動板１３にはフィルタが被せられたインク供給口１８が形成されており、流路ユニット１１にもそのインク供給口１８と連通するインク供給口（図示せず）が形成されている。圧電アクチュエータ１２の上面には、外部機器との電気的接続を行うためのフレキシブルフラットケーブル１９が重ねて配置され、そのフレキシブルフラットケーブル１９の下面に露出した端子（図示せず）が、圧電アクチュエータ１２の各電極１５，１７，２７に導通接続される構成となっている。

図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面の要部拡大図である。図５は図３のＶ−Ｖ線断面図である。図４及び図５に示すように、流路ユニット１１は、圧力室プレート２１と、接続流路プレート２２と、マニホールドプレート２３と、ノズルプレート２４とがそれぞれ接着積層された構成となっている。圧力室プレート２１は、４列に並べられた複数の圧力室孔２１ａを有している。圧力室孔２１ａは、平面視で走査方向の長軸を有する長円形状となっている（図３も参照）。接続流路プレート２２は、圧力室孔２１ａの一端部に連通する連通孔２２ａと、圧力室２１ａの他端部に連通する流出用貫通孔２２ｂとを有している。マニホールドプレート２３は、圧力室孔２１ａの各列にそれぞれ連通孔２２ａを介して連通するように列方向に延在するマニホールド孔２３ａ（図３も参照）と、流出用貫通孔２２ｂにそれぞれ連通する流出用貫通孔２３ｂとを有している。ノズルプレート２４は、流出用貫通孔２３ｂに連通して外部にインクを噴射するノズル孔２４ａを有している。

流路ユニット１１内におけるインク流路を説明すると、図５に示すように、マニホールド孔２３ａの上下が接続流路プレート２２とノズルプレート２４とで閉鎖されることで共通液室３０が形成されている。この共通液室３０は、インクタンク（図示せず）からインクが供給されるインク供給口１８（図２参照）に連通している。共通液室３０は、接続流路プレート２２の連通孔２２ａにより形成された接続流路３１を介して上方の圧力室孔２１ａの一端部に連通している。この圧力室孔２１ａの上下が振動板１３及び接続流路プレート２２で閉鎖されることで圧力室３２が形成されている。圧力室３２の他端部は、流出用貫通孔２２ｂ，２３ｂにより形成された流出路３３を介してノズル孔２４ａに連通している。

図２乃至図５に示すように、圧電アクチュエータ１２は、流路ユニット１１の上面に重ねて接着された平面視矩形状の振動板１３を有している。振動板１３は、ステンレス板などの金属板からなる振動板本体２５と、振動板本体２５の上面に成膜されたアルミナ等からなる非導電層２６と、２列毎の圧力室３２に対応して非導電層２６の上面の一部に連続して印刷形成された平面視矩形状の下部共通電極２７とを有している。

図２乃至図４に示すように、振動板１３の共通電極２７の上面には平面視矩形状の一対の第１圧電層１４が形成されている。振動板１３の前辺の側端部１３ａは、第１圧電層１４の前辺の側端部１４ａよりも側方に２０μｍ以上突出しており、振動板１３上にはその側端部１３ａに沿って露出領域１３ｄが残されている。この露出領域１３ｄでは、下部共通電極２７の前辺側の一部が第１圧電層１４で覆われないように露出している。また、図２、図３及び図５に示すように、振動板１３の左右辺の側端部１３ｂ，１３ｃは、第１圧電層１４の左右辺の側端部１４ｂ，１４ｃよりも側方に２０μｍ以上突出しており、振動板１３上にはその側端部１４ｂ，１４ｃに沿ってそれぞれ露出領域１３ｅ，１３ｆが残されている。さらに、一対の第１圧電層１４は互いに空隙をあけて離反配置されており、その空隙部分における振動板１３上に露出領域１３ｇが残されている。

図３に示すように、各第１圧電層１４の上面には、各圧力室孔３２の夫々に対応するよう配置された多数の個別電極１５が４列に印刷形成されている。個別電極１５は、平面視で圧力室３２と相似形状で圧力室３２よりも面積の小さい本体部１５ａと、本体部１５ａから第１圧電層１４の左右両側に向けて延出された端子部１５ｂとを有している。この本体部１５ａは、必ずしも圧力室３２と相似形状である必要はなく、平面視で圧力室３２と重複する位置に形成されていればよい。図２、図３及び図５に示すように、４列の個別電極１５のうち両側２列の個別電極１５の端子部１５ｂは、第１圧電層１４の左右辺側の側端部１４ｂ，１４ｃを通過して、振動板１３の露出領域１３ｅ，１３ｆ上まで段差状に延設されている。また、中央２列の個別電極１５の端子部１５ｂは、各第１圧電層１４の対向する側端部を通過して、振動板１３の露出領域１３ｇ上まで段差状に延設されている。

一対の第１圧電層１４の上面には、第１圧電層１４との間で個別電極１５を挟む平面視矩形状の一対の第２圧電層１６が形成されている。図２乃至図４に示すように、第１圧電層１４の前辺の側端部１４ａは、第２圧電層１６の前辺の側端部１６ａよりも側方に２０μｍ以上突出しており、第１圧電層１４上にはその側端部１４ａに沿って露出領域１４ｄが残されている。図２、図３及び図５に示すように、第２圧電層１６の左右辺は平面視で第１圧電層１４と同一位置に配置されている。また、各圧電層１４，１６は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックス材料からなるシート状であり、エアロゾルデポジション法、スパッタ法、蒸着法又はゾルゲル法などの成膜法により接着剤を用いずに形成されている。

図２乃至図４に示すように、第２圧電層１６の上面には、各個別電極１５に対向して２列毎に連続配置された平面視矩形状の上部共通電極１７が印刷形成されている。上部共通電極１７の一部は、第１圧電層１４及び第２圧電層１６の前辺側の側端部１４ａ，１６ａを通過して、振動板１３の露出領域１３ｄ上まで階段状に延設されて下部共通電極２７の一部と導通接続されている。また、上部共通電極１７の端子部１７ａは、振動板１３上において個別電極１５の端子部１５ｂの存在する左右辺の露出領域１３ｅ，１３ｆまで導出されている。

前記圧電アクチュエータ１２によれば、個別電極１５に印加された電圧によって発生する電界が第２圧電層１６を介して上部共通電極１７に作用すると共に、第１圧電層１４を介して下部共通電極２７にも作用し、１つの個別電極１５で一対の圧電層１４，１６を変形させることができるため、個別電極１５の数が低減されて個別電極１５の断線や短絡による歩留まりの低下を抑制することが可能となる。

次に、図６乃至図１３に基づいて圧電アクチュエータ１２の製造手順の一例を前辺側に注目して説明する。図６及び図７に示すように、流路ユニット１１の上にステンレスからなる振動板本体２５を接合し、その振動板本体２５の上にアルミナからなる非導電層２６を成膜し、その後、非成膜領域にマスクＭ１を被せた状態で上方から電極材料をスクリーン印刷して下部共通電極２７を所要位置に形成する。これにより、振動板本体２５、非導電層２６及び下部共通電極２７からなる振動板１３が形成される。

次いで、図８に示すように、振動板１３に対して、側端部１３ａに沿った露出領域１３ｄを残し且つ下部共通電極２７の一部２７ａを露出させた状態となるようにマスクＭ２を被せて、エアロゾルデポジション法、スパッタ法、蒸着法、ゾルゲル法などの成膜法によりチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックス材料を上方から成膜し、第１圧電層１４を形成する。

次いで、図９及び図１０に示すように、非成膜領域にマスクＭ３を被せた状態で、電極材料をスクリーン印刷で成膜して個別電極１５を夫々の圧力室３２に対応して形成する。この際、個別電極１５の端子部１５ｂを、第１圧電層１４の側端部１４ｃを通過させて振動板１３の露出領域１３ｆまで段差状に延設させる。かつ、これと同時に、下部共通電極２７の一部２７ａと、第１圧電層１４の側端部１４ａと、その側端部１４ａに沿った第１圧電層１４の上面とに対して、電極材料をスクリーン印刷で上方から段差状に成膜し、後で形成する上部共通電極１７の一部１７’を予め形成しておく。

次いで、図１１に示すように、振動板１３の露出領域１３ｄと、第１圧電層１４の側端部１４ａに沿った上面の露出領域１４ｄと、予め形成された上部共通電極１７の一部１７’とを残すようにマスクＭ４を被せた状態で、上述した成膜法によりチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックス材料を上方から成膜し、第２圧電層１６を形成する。

次いで、図１２及び図１３に示すように、振動板１３の露出領域１３ｄにマスクＭ５を被せた状態で、第２圧電層１６の上面と、第１圧電層１４上に予め形成された電極の一部１７’とに対して電極材料をスクリーン印刷で上方から段差状に成膜し、上部共通電極１７を形成する。これにより、予め成膜された部分１７’と併せて上部共通電極１７が容易に形成され、上部共通電極１７は第１圧電層１４及び第２圧電層１６の各側端部１４ａ，１６ａを通過して階段状に延設されて下部共通電極２７と導通接続されることとなる。

以上の構成とすれば、第１圧電層１４の側端部１４ａが第２圧電層１６の側端部１６ａよりも側方に突出し、かつ、振動板１３の側端部１３ａが第１圧電層１４の側端部１４ａよりも側方に突出し、全体として各側端部１４ａ，１６ａが階段状に形成されているので、各側端部１４ａ，１６ａの垂直部分の個々の連続高さが低くなる。これにより、上部共通電極１７を第２圧電層１６上から振動板１３上まで延設するように成膜する際に、側端部１４ａ，１６ａにおける上部共通電極１７の膜厚が自重により薄くなるのを抑制することができる。したがって、第２圧電層１６上から振動板１３上まで延設される上部共通電極１７は、上方から成膜処理のみの少ない工数で効率良く形成できると共に、クラック発生等も防止されて上部共通電極１７の品質も向上する。

さらに、図２及び図３に示すように、下部共通電極２７、個別電極１５の端子部１５ｂ及び上部共通電極１７の端子部１７ａは、振動板１３の同一平面上に形成されるので、フレキシブルフラットケーブル１９による接続を容易に図ることができ、シンプルかつ低コストな製法を実現することが可能となる。

また、図２及び図５に示すように、個別電極１５の端子部１５ｂは、上部共通電極１７が通過する側端部１４ａと異なる左右辺において第１圧電層１４の側端部１４ｂ，１４ｃを通過し、振動板１３上まで段差状に延設されているので、個別電極１５の端子部１５ｂの通過経路が上部共通電極１７の通過経路と全く干渉しない。よって、個別電極１５の端子部１５ｂの配線設計が容易になると共に電極形成位置の要求精度も緩和される。

（変形例）
図１４乃至図１６は第１実施形態の圧電アクチュエータの製造手順の変形例を示している。なお、第１圧電層１４を成膜する工程までは前述した図６乃至図８と同様であるため説明を省略する。図１４に示すように、非成膜領域にマスクＭ６を被せた状態で、電極材料をスクリーン印刷で成膜して個別電極１５を夫々の圧力室３２に対応して形成する。この際、振動板１３の露出領域１３ｄと、第１圧電層１４の上面の側端部１４ａに沿った部分は非成膜領域としている。

次いで、図１５に示すように、振動板１３の露出領域１３ｄと、第１圧電層１４の上面の側端部１４ａに沿った露出領域１４ｄとを残すようにマスクＭ７を被せた状態で、エアロゾルデポジション法によりチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のセラミックス材料を上方から成膜し、第２圧電層１６を形成する。

次いで、図１６に示すように、振動板１３の露出領域１３ｄのうち共通電極２７の存在しない部分にマスクＭ８を被せた状態で、電極材料をスクリーン印刷で上方から階段状に成膜し、上部共通電極１７を形成する。これにより、一回の成膜工程を行うだけで、第２圧電層１６上から振動板１３上まで階段状に延設されて下部共通電極２７と導通接続される上部共通電極１７を容易に形成することができる。

（参考形態）
図１７は参考形態のインクジェットヘッド４０の斜視図である。図１８は図１７に示すインクジェットヘッド４０の平面図である。なお、インクジェットヘッド４０の流路ユニット１１は第１実施形態と同様であるので同一符号を付して説明を省略する。図１７及び図１８に示すように、インクジェットヘッド４０の圧電アクチュエータ４１は、ステンレス等の導電性材料からなり下部共通電極（第１電極）を兼ねた１枚の振動板４２と、振動板４２上に形成された１枚の第１圧電層４３と、第１圧電層４３の上面にそれぞれ多数配列された個別電極（第２電極）４４と、個別電極４４を第１圧電層４３との間で挟むように形成された一対の第２圧電層４５と、第２圧電層４５の上面にそれぞれ形成された上部共通電極（第３電極）４６とを備えている。

図１９は図１８のＩＸＸ−ＩＸＸ線断面の要部拡大図である。図２０は図１８のＸＸ−ＸＸ線断面図である。図１７乃至図２０に示すように、圧電アクチュエータ４１は、流路ユニット１１の上面に重ねて接着された平面視矩形状の振動板４２を有している。振動板４２は、ステンレス板などの導電性材料からなり下部共通電極を兼用している。振動板４２の上面には平面視矩形状の第１圧電層４３が形成されている。振動板４２の前辺の側端部４２ａは、第１圧電層４３の前辺の側端部４３ａよりも側方に２０μｍ以上突出しており、振動板４２上にはその側端部４２ａに沿って露出領域４２ｂが残されている。また、第１圧電層４３の左右辺は平面視で振動板４２と同一位置に配置されている。

第１圧電層４３の上面には、各圧力室孔３２の夫々に対応するよう配置された多数の個別電極４４が４列に印刷形成されている。個別電極４４は、平面視で圧力室３２と相似形状で圧力室３２よりも面積の小さい本体部４４ａと、本体部４４ａから側方に延出された端子部４４ｂとを有している。４列の個別電極４４のうち両側２列の個別電極４４の端子部４４ｂは、第１圧電層４３の左右辺側に向けて延設されている。また、中央２列の個別電極４４の端子部４４ｂは、中央側に向けて延設されている。

第１圧電層４３の上面には、第１圧電層４３との間で個別電極４４を挟む平面視矩形状の一対の第２圧電層４５が形成されている。第１圧電層４３の前辺の側端部４３ａは、第２圧電層４５の前辺の側端部４５ａよりも側方に２０μｍ以上突出しており、第１圧電層４３上にはその側端部４３ａに沿って露出領域４３ｄが残されている。また、第１圧電層４３の左右辺の側端部４３ｂ，４３ｃは、第２圧電層４５の左右辺の側端部４５ｂ，４５ｃよりも側方に２０μｍ以上突出しており、第１圧電層４３上にはその側端部４３ｂ，４３ｃに沿ってそれぞれ露出領域４３ｅ，４３ｆが残されている。さらに、一対の第２圧電層４５は互いに空隙をあけて離反配置されており、その空隙部分における第１圧電層４３上に露出領域４３ｇが残されている。

各第２圧電層４５の上面には、各個別電極４４に対向して連続配置された平面視矩形状の上部共通電極４６が印刷形成されている。上部共通電極４６の一部は、第１圧電層４３及び第２圧電層４５の前辺側の側端部４３ａ，４５ａを通過して、露出領域４２ｄ上まで階段状に延設されて下部共通電極を兼ねた振動板４２と導通接続されている。また、上部共通電極４６の端子部４６ａは、第１圧電層４３上において個別電極４４の端子部４４ｂの存在する左右辺の露出領域４３ｅ，４３ｆまで導出されている。

以上の構成とすれば、第１圧電層４３の側端部４３ａが第２圧電層４５の側端部４５ａよりも側方に突出し、かつ、振動板４２の側端部４２ａが第１圧電層４３の側端部４３ａよりも側方に突出し、全体として各側端部４３ａ，４５ａが階段状に形成されているので、各側端部４３ａ，４５ａの垂直部分の個々の連続高さが低くなる。これにより、上部共通電極４６を第２圧電層４５上から振動板４２上まで延設するように成膜する際に、側端部４３ａ，４５ａにおける上部共通電極４６の膜厚が自重により薄くなるのを抑制することができる。したがって、上部共通電極４６を上方から成膜処理のみの少ない工数で効率良く形成できると共に、クラック発生等も防止されて上部共通電極４６の品質も向上する。

また、個別電極４４は、第１圧電層４３上で平面的に成膜形成されており、段差部分を有していないため、個別電極４４の端子部４４ｂの幅が微細であってもクラック発生等が防止され、電極品質がさらに向上する。さらに、上部共通電極４６の端子部４６ａと個別電極４４の端子部４４ｂとは、第１圧電層４３の同一平面上に形成されるので、フレキシブルフラットケーブル１９による接続を容易に図ることができ、シンプルかつ低コストを実現することが可能となる。また、導電性材料からなる振動板４２自体が下部共通電極を兼ねているので、下部共通電極を別工程で形成する必要がなくなり、製造工数を低減することができる。

（第２実施形態）
図２１は第２実施形態のインクジェットヘッドの左辺側から見た要部断面図である。図２２は第２実施形態のインクジェットヘッドの前辺側から見た要部断面図である。第１実施形態との相違点は、圧電アクチュエータ５１の圧電層の積層数を４枚に増やしている点である。なお、インクジェットヘッド５０の流路ユニット１１及び振動板１３は第１実施形態と同様であるので同一符号を付して説明を省略する。図２１及び図２２に示すように、圧電アクチュエータ５１は、下から順に、振動板１３、第１圧電層５２、下部個別電極５３、第２圧電層５４、中間共通電極５５、第３圧電層５６、上部個別電極５７、第４圧電層５８及び上部共通電極５９を有している。

図２１に示すように、振動板１３及び第１〜第４圧電層５２，５４，５６，５８の前辺側の各側端部１３ａ，５２ａ，５４ａ，５６ａ，５８ａは、下層のものが上層のものよりそれぞれ側方に２０μｍ以上突出して階段状に形成されている。これにより、振動板１３及び第１〜第３圧電層５２，５４，５６の各側端部１３ａ，５２ａ，５４ａ，５６ａに沿った上面には露出領域１３ｂ，５２ｂ，５４ｂ，５６ｂが形成されている。中間共通電極５５及び上部共通電極５９は、第１〜第４圧電層５２，５４，５６，５８の前辺側の各側端部５２ａ，５４ａ，５６ａ，５８ａを通過して、振動板１３の露出領域１３ｂの下部共通電極２７上まで階段状に延設されている。

また、図２２に示すように、振動板１３及び第１〜第４圧電層５２，５４，５６，５８の右辺側の各側端部１３ｃ，５２ｃ，５４ｃ，５６ｃ，５８ｃは、下層のものが上層のものよりそれぞれ側方に２０μｍ以上突出して階段状に形成されている。これにより、振動板１３及び第１〜第３圧電層５２，５４，５６の各側端部１３ｃ，５２ｃ，５４ｃ，５６ｃに沿った上面には露出領域１３ｄ，５２ｄ，５４ｄ，５６ｄが形成されている。下部個別電極５３及び上部個別電極５７は、第１〜第３圧電層５２，５４，５６の前辺側の各側端部５２ｃ，５４ｃ，５６ｃを通過して、振動板１３の露出領域１３ｃの非導電層２６上まで階段状に延設されている。

以上の構成とすれば、圧電層５２，５４，５６，５８が多数枚積層されており、上層に設けられる電極５３，５５，５７，５９がそれぞれ振動板１３上まで降ろされる構成の圧電アクチュエータ５１であっても、全体として各側端部５２ａ，５４ａ，５６ａ，５８ａ，５２ｃ，５４ｃ，５６ｃが階段状に形成されているので、各側端部５２ａ，５４ａ，５６ａ，５８ａ，５２ｃ，５４ｃ，５６ｃの垂直部分の個々の連続高さが低くなる。これにより、上層の電極５３，５５，５７，５９を振動板１３上まで延設するように成膜する場合であっても、側端部５２ａ，５４ａ，５６ａ，５８ａ，５２ｃ，５４ｃ，５６ｃにおける電極膜厚が自重により薄くなるのを効果的に抑制することができる。

以上のように、本発明に係る圧電アクチュエータ及び圧電アクチュエータの製造方法は、高品質で生産性が良好であると共に外部の電気接続部品との電気接続が容易である優れた効果を有し、この効果を発揮できるインクジェットヘッド等に広く適用することができる。

本発明の第１実施形態に係るインクジェットプリンタの概略斜視図である。図１に示すインクジェットプリンタに用いるインクジェットヘッドの斜視図である。図２に示すインクジェットヘッドの平面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線断面の要部拡大図である。図３のＶ−Ｖ線断面図である。図２に示すインクジェットヘッドの下部共通電極の形成工程を説明する要部断面図である。図２に示すインクジェットヘッドの下部共通電極の形成工程を説明する要部平面図である。図２に示すインクジェットヘッドの第１圧電層の形成工程を説明する要部断面図である。図２に示すインクジェットヘッドの上部共通電極の一部及び個別電極の形成工程を説明する要部断面図である。図２に示すインクジェットヘッドの上部共通電極の一部及び個別電極の形成工程を説明する要部平面図である。図２に示すインクジェットヘッドの第２圧電層の形成工程を説明する要部断面図である。図２に示すインクジェットヘッドの上部共通電極の形成工程を説明する要部断面図である。図２に示すインクジェットヘッドの上部共通電極の形成工程を説明する要部平面図である。変形例の個別電極の形成工程を説明する要部断面図である。変形例の第２圧電層の形成工程を説明する要部断面図である。変形例の上部共通電極の形成工程を説明する要部断面図である。参考形態のインクジェットヘッドの斜視図である。図１７に示すインクジェットヘッドの平面図である。図１８のＩＸＸ−ＩＸＸ線断面の要部拡大図である。図１８のＸＸ−ＸＸ線断面図である。第２実施形態のインクジェットヘッドの左辺側から見た要部断面図である。第２実施形態のインクジェットヘッドの前辺側から見た要部断面図である。

１０，４０，５０インクジェットヘッド
１１流路ユニット
１２，４１，５１圧電アクチュエータ
１３，４２振動板
１３ａ，１４ａ，１６ａ側端部
１４，４３第１圧電層
１５，４４個別電極（第２電極）
１６，４５第２圧電層
１７，４６上部共通電極（第３電極）
２５振動板本体
２６非導電層
２７下部共通電極（第１電極）

Claims

少なくとも一方面の少なくとも一部が第１電極として導電性を有する振動板と、前記振動板の一方面上に形成された第１圧電層と、前記第１圧電層の前記振動板とは反対側の面上に形成された第２電極と、前記第２電極を前記第１圧電層との間で挟むように形成された第２圧電層と、前記第２圧電層の前記第１圧電層とは反対側の面上に形成された第３電極とを備え、
前記第１圧電層及び前記第２圧電層は平面視で矩形状であり、
前記第１圧電層の側端部が前記第２圧電層の対応する側端部よりも側方に突出し、かつ、前記振動板の側端部が前記第１圧電層の対応する側端部よりも側方に突出し、
前記第３電極は、前記第１圧電層及び第２圧電層の前記側端部を通過して前記振動板の一方面上まで階段状に延設されており、
前記第３電極が通過する前記側端部と交差する異なる辺において、前記振動板の側端部が前記第１圧電層の対応する側端部よりも側方に突出しており、
前記第２電極は、前記交差する異なる辺において前記第１圧電層の前記側端部を通過して、前記振動板の一方面上まで段差状に延設されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
前記第２電極は、互いに独立した複数の個別電極からなる個別電極群を有し、
前記第１電極及び前記第３電極は、前記個別電極群に対応する共通電極である請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
前記複数の個別電極が第１方向に列状に並んで配置されるとともに、当該個別電極の列が前記第１方向に交差する第２方向に複数並んでおり、
前記共通電極は、前記第１方向に引き出されるように延設されており、前記個別電極は、前記第２方向に引き出されるように延設されている請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
前記振動板が導電性材料で形成されて前記共通電極を兼ねており、
前記第３電極が前記振動板に導通接続されている請求項２又は３に記載の圧電アクチュエータ。
前記振動板が非導電層を有し、前記非導電層上に前記第１電極が形成され、
前記第３電極が前記振動板の一方面上で前記第１電極に導通接続されている請求項２又は３に記載の圧電アクチュエータ。
請求項３に記載の圧電アクチュエータと、
前記第１方向において前記圧電アクチュエータの一方側に配置されたインク供給口を有する流路ユニットと、を備え、
前記共通電極は、前記第１方向における前記インク供給口が形成されていない他方側から引き出されていることを特徴とするインクジェットプリンタ。
少なくとも一方面の少なくとも一部が第１電極となる導電性を有する振動板の一方面上に、その側端部に沿った露出領域を残しつつ平面視で矩形状の第１圧電層を形成する第１工程と、
前記第１圧電層の前記振動板とは反対側の面上に第２電極を形成する第２工程と、
前記第１圧電層の前記振動板とは反対側の面上に、その側端部に沿った露出領域を残した状態で、かつ、前記第２電極を前記第１圧電層との間で挟むように平面視で矩形状の第２圧電層を形成する第３工程と、
前記第２圧電層の前記第１圧電層とは反対側の面上から、前記第１圧電層及び第２圧電層の側端部を通過して、前記振動板まで階段状に延設される第３電極を形成する第４工程と、を備え、
前記第３電極が通過する前記側端部と交差する異なる辺において、前記振動板の側端部が前記第１圧電層の対応する側端部よりも側方に突出しており、
前記第２電極は、前記交差する異なる辺において前記第１圧電層の前記側端部を通過して、前記振動板の一方面上まで段差状に延設されており、
前記第４工程において、前記第３電極は成膜法によって形成され、
前記第４工程は少なくとも２回の成膜工程を含み、
先の成膜工程によって、前記第１圧電層及び振動板に対しての成膜が施され、
後の成膜工程によって、前記第２圧電層及び第１圧電層に対しての成膜が施されることで、前記第３電極が形成されることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
少なくとも一方面の少なくとも一部が第１電極となる導電性を有する振動板の一方面上に、その側端部に沿った露出領域を残しつつ平面視で矩形状の第１圧電層を形成する第１工程と、
前記第１圧電層の前記振動板とは反対側の面上に第２電極を形成する第２工程と、
前記第１圧電層の前記振動板とは反対側の面上に、その側端部に沿った露出領域を残した状態で、かつ、前記第２電極を前記第１圧電層との間で挟むように平面視で矩形状の第２圧電層を形成する第３工程と、
前記第２圧電層の前記第１圧電層とは反対側の面上から、前記第１圧電層及び第２圧電層の側端部を通過して、前記振動板まで階段状に延設される第３電極を形成する第４工程と、を備え、
前記第３電極が通過する前記側端部と交差する異なる辺において、前記振動板の側端部が前記第１圧電層の対応する側端部よりも側方に突出しており、
前記第２電極は、前記交差する異なる辺において前記第１圧電層の前記側端部を通過して、前記振動板の一方面上まで段差状に延設されており、
前記第４工程において、前記第３電極は成膜法によって形成され、
一回の成膜工程によって、前記第２圧電層、前記第１圧電層及び前記振動板に対しての成膜が施されることで前記第３電極が形成されることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。