JP5444606B2 - Laminated body for piezoelectric actuator, manufacturing method thereof, and piezoelectric actuator - Google Patents
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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、この圧電アクチュエータを製作するための圧電アクチュエータ用積層体及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric actuator used for an inkjet head or the like, a laminate for a piezoelectric actuator for manufacturing the piezoelectric actuator, and a method for manufacturing the same.
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。 An inkjet head that transports ink supplied from an ink tank and ejects ink droplets from a nozzle toward a recording sheet or the like is already known. This inkjet method is classified according to the difference in the generation method of the ejection energy, and the ink droplet is ejected by the generation of bubbles by the thermal energy and the piezoelectric method that ejects the ink droplet by using the vibration force of the piezoelectric element. There is a thermal jet system to be used.
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までの流路中に各ノズルに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接合されて圧力室の容積を選択的に変化させる圧電アクチュエータとを備えている。このうち圧電アクチュエータは、複数枚が積層された圧電層の各層間に内部電極部が挟まれた構成となっている。 A piezoelectric inkjet head includes a flow path unit in which a plurality of pressure chambers corresponding to each nozzle are provided in a flow path from a common liquid chamber connected to an ink supply port to a plurality of nozzles, and the flow path unit above the flow path unit. And a piezoelectric actuator that is bonded to selectively change the volume of the pressure chamber. Among these, the piezoelectric actuator has a configuration in which an internal electrode portion is sandwiched between layers of a plurality of stacked piezoelectric layers.
上記圧電アクチュエータの製造工程では、複数枚のグリーンシートが焼成されることで、積層された圧電層が構成されるが、同グリーンシートの積層ずれや、同グリーンシートの収縮による内部電極部のピッチ変化が設計値と異なるということが起こる。そのため、圧電アクチュエータと流路ユニットとを組み合わせた際、内部電極部と圧力室とが正確に合わないという問題が生じていた。 In the manufacturing process of the piezoelectric actuator, a plurality of green sheets are fired to form a stacked piezoelectric layer, but the pitch of the internal electrodes due to the stacking deviation of the green sheets or the contraction of the green sheets. It happens that the change is different from the design value. Therefore, when the piezoelectric actuator and the flow path unit are combined, there has been a problem that the internal electrode portion and the pressure chamber are not accurately matched.
そこで、特許文献1の圧電アクチュエータでは、内部電極部が形成された圧電層の四隅に位置決めマークを設けておき、焼成後に積層方向に光を当てて、流路ユニットとの接合基準点を決めることで、内部電極部と圧力室との位置を正確に対応させている。
しかしながら上記問題の他、上述のグリーンシートの積層ずれや内部個別電極のピッチ変化による設計値からのずれにより、内部個別電極とこれに導通する表面個別電極との位置ずれという問題も起こる。 However, in addition to the above-described problem, there is a problem of positional displacement between the internal individual electrode and the surface individual electrode connected to the internal individual electrode due to a deviation from the design value due to the above-described green sheet stacking deviation or the pitch change of the internal individual electrodes.
ここで、上記特許文献1に記載された圧電アクチュエータに設けられた位置決めマークは、流路ユニットに対するずれを起こさないようにするためのものであり、内部個別電極と表面個別電極との位置ずれを検知するものではない。仮に、上記位置決めマークによって同位置ずれを検知しようとしても、同位置決めマークは四隅のみにしか設けられてないため、内部個別電極と表面個別電極との位置を正確に合わせることができない。
Here, the positioning mark provided on the piezoelectric actuator described in
そこで本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、表面個別電極と、圧電層間に形成された内部電極(例えば、内部個別電極)との位置を正確に合わせることができる圧電アクチュエータ用積層体、その製造方法、及び圧電アクチュエータを提供することを目的とする。 Therefore, in view of the above-described problems of the prior art, the present invention provides a piezoelectric actuator laminate capable of accurately aligning the position of a surface individual electrode and an internal electrode (for example, an internal individual electrode) formed between piezoelectric layers, An object of the present invention is to provide a manufacturing method thereof and a piezoelectric actuator.
上記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じた。 In order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means.
すなわち、本発明の圧電アクチュエータ用積層体は、積層された複数の圧電層と、この複数の圧電層のうち積層方向で隣接する二つの圧電層間に形成された第1の電極層と、前記二つの圧電層のうちの一つの圧電層と当該両圧電層以外の他の圧電層との間に形成された第2の電極層とを備え、前記積層された複数の圧電層の一方の外表面が、複数の表面個別電極が設けられる面となるための圧電アクチュエータ用積層体であって、
各表面個別電極からは電極用端子が延出し、前記第1の電極層は、平面視で前記複数の表面個別電極に各々対応する位置に配置された複数の内部電極を有し、これら複数の内部電極の各々には小孔が形成され、前記第2の電極層は、平面視で前記複数の内部電極の各々と少なくとも一部重なるように形成された重複電極部と、前記小孔を覆うスリットである透過部とを有し、
前記各電極用端子が平面視で前記各小孔と重なっていることを特徴とする。
That is, the multilayer body for a piezoelectric actuator of the present invention includes a plurality of stacked piezoelectric layers, a first electrode layer formed between two piezoelectric layers adjacent in the stacking direction among the plurality of piezoelectric layers, and the two One of the piezoelectric layers, and a second electrode layer formed between the other piezoelectric layers other than the two piezoelectric layers, and one outer surface of the plurality of stacked piezoelectric layers Is a laminate for a piezoelectric actuator to be a surface on which a plurality of individual surface electrodes are provided,
An electrode terminal extends from each surface individual electrode, and the first electrode layer has a plurality of internal electrodes arranged at positions corresponding to the plurality of surface individual electrodes in a plan view. A small hole is formed in each of the internal electrodes, and the second electrode layer covers the overlapping hole formed at least partially overlapping each of the plurality of internal electrodes in plan view, and the small hole A transmission part that is a slit ,
Each of the electrode terminals overlaps with each of the small holes in plan view.
上記本発明の圧電アクチュエータ用積層体によれば、第1の電極層の内部電極に小孔が形成され、第2電極層が当該小孔と重なる位置において電極部が存在しない透過部を有するので、積層方向へ光を当てると、透過部を通して小孔の位置を確認できる。これにより、内部電極の位置を小孔の位置との関係で検出することができる。 According to the laminated body for piezoelectric actuators of the present invention, a small hole is formed in the internal electrode of the first electrode layer, and the second electrode layer has a transmission part where the electrode part does not exist at the position overlapping the small hole. When light is applied in the stacking direction, the position of the small hole can be confirmed through the transmission part. Thereby, the position of the internal electrode can be detected in relation to the position of the small hole.
また、前記各内部電極に、平面視で前記各表面個別電極と重ならない延長部を形成し、前記各小孔を当該各延長部に形成すればよい。 Further, an extension portion that does not overlap the individual surface electrodes in plan view may be formed in each internal electrode, and the small holes may be formed in the extension portions.
この場合、小孔を表面個別電極と重ならない位置に形成することができる。 In this case, the small holes can be formed at positions that do not overlap the surface individual electrodes.
更に、前記複数の内部電極は列状に形成されており、前記各延長部は隣り合う二列の内部電極間に形成されていることが好ましい。
この場合、二列の内部電極間のスペースを有効に利用して延長部を配置することができる。
また、上記圧電アクチュエータ用積層体の一形態として、例えば、前記第1の電極層の複数の内部電極は、一定の電位が印加される第1定電位電極であり、前記第2の電極層の電極は、前記第1定電位電極の電位と異なる電位が印加される第2定電位電極であり、前記各表面個別電極に第1電位を印加することで当該各表面個別電極と前記第1定電位電極との間に第1の活性部が形成され、前記各表面個別電極に第2電位を印加することで当該各表面個別電極と前記第2定電位電極層との間に第2の活性部が形成されるものが挙げられる。
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、上記圧電アクチュエータ用積層体の前記一方の外表面に、複数の表面個別電極が設けられた圧電アクチュエータの製造方法であって、前記圧電アクチュエータ用積層体に積層方向から光を当てて前記各小孔の位置を確認し、当該各小孔の位置から前記各内部電極の位置を検出し、この各内部電極の位置情報に基づき、当該各内部電極との位置を合わせるようにして前記一方の外表面に複数の表面電極を形成することを特徴とする。
Further, it is preferable that the plurality of internal electrodes are formed in a row, and each extension portion is formed between two adjacent internal electrodes.
In this case, the extension can be arranged by effectively using the space between the two rows of internal electrodes.
As one form of the piezoelectric actuator laminate, for example, the plurality of internal electrodes of the first electrode layer are first constant potential electrodes to which a constant potential is applied, and the second electrode layer The electrode is a second constant potential electrode to which a potential different from the potential of the first constant potential electrode is applied. By applying a first potential to each surface individual electrode, each surface individual electrode and the first constant potential electrode are applied. A first active portion is formed between the surface individual electrode and a second potential is applied to each surface individual electrode, whereby a second active portion is formed between each surface individual electrode and the second constant potential electrode layer. What forms a part is mentioned.
The piezoelectric actuator manufacturing method of the present invention is a method of manufacturing a piezoelectric actuator in which a plurality of individual surface electrodes are provided on the one outer surface of the piezoelectric actuator laminate, and the piezoelectric actuator laminate is laminated on the piezoelectric actuator laminate. The position of each small hole is confirmed by applying light from the direction, the position of each internal electrode is detected from the position of each small hole, and the position of each internal electrode is determined based on the position information of each internal electrode. A plurality of surface electrodes are formed on the one outer surface so as to match each other.
上記本発明の圧電アクチュエータの製造方法によれば、積層方向へ光を当てることで各内部電極の位置が検出され、これら各内部電極と各表面個別電極と位置を合わせるようにして圧電アクチュエータ用積層体に当該各表面個別電極が形成されるので、各内部電極と各表面個別電極との位置が正確に合わせられた圧電アクチュエータを得ることができる。 According to the method for manufacturing a piezoelectric actuator of the present invention, the position of each internal electrode is detected by irradiating light in the stacking direction, and the position of each internal electrode and each surface individual electrode is aligned to be stacked for the piezoelectric actuator. Since each surface individual electrode is formed on the body, a piezoelectric actuator in which the positions of each internal electrode and each surface individual electrode are accurately matched can be obtained.
本発明の圧電アクチュエータは、積層された複数の圧電層と、この複数の圧電層のうち積層方向で隣接する二つの圧電層間に形成された第1の電極層と、前記二つの圧電層のうちの一つの圧電層と他の圧電層間に形成された第2の電極層と、前記積層された複数の圧電層の一方の外表面に設けられた複数の個別電極と、を備える圧電アクチュエータであって、
前記第1の電極層は、平面視で前記複数の個別電極に各々対応する位置に配置された複数の内部電極を有し、これら複数の内部電極の各々には小孔が形成され、
前記第2の電極層は、平面視で前記複数の内部電極の各々と少なくとも一部重なるように形成された重複電極部と、前記小孔を覆うスリットである透過部とを有し、
前記複数の圧電層の一方の外表面には、配線部材の駆動側端子電極と接続するための複数の電極用端子が前記複数の個別電極からそれぞれ延出するように設けられ、
前記各電極用端子が平面視で前記各小孔と重なっていることを特徴とする。
The piezoelectric actuator of the present invention includes a plurality of stacked piezoelectric layers, a first electrode layer formed between two piezoelectric layers adjacent to each other in the stacking direction, and the two piezoelectric layers. A piezoelectric actuator comprising: a second electrode layer formed between one piezoelectric layer and another piezoelectric layer; and a plurality of individual electrodes provided on one outer surface of the plurality of stacked piezoelectric layers. And
The first electrode layer has a plurality of internal electrodes arranged at positions corresponding to the plurality of individual electrodes in plan view, and a small hole is formed in each of the plurality of internal electrodes,
The second electrode layer has an overlapping electrode portion formed so as to at least partially overlap each of the plurality of internal electrodes in a plan view, and a transmission portion that is a slit that covers the small hole,
On one outer surface of the plurality of piezoelectric layers, a plurality of electrode terminals for connecting to the drive side terminal electrode of the wiring member are provided so as to extend from the plurality of individual electrodes, respectively.
Each of the electrode terminals overlaps with each of the small holes in plan view.
上記本発明の圧電アクチュエータによれば、第1の電極層の内部電極に小孔が形成され、第2電極層が当該小孔と重なる位置において電極部が存在しない透過部を有するので、製造工程において積層方向へ光を当てると透過部を通して小孔の位置を確認でき、内部電極の位置を小孔の位置との関係で検出することができる。
また、表面個別電極を形成した後においても、積層方向へ光を当てることで表面個別電極と内部電極との位置ずれを確認することができる。これにより、同位置ずれのない製品のみを選択することで、製品の品質を向上させることができる。
また、当該圧電アクチュエータを、複数の圧力室を有する流路ユニットに接合されると共に、当該複数の圧力室の容積を選択的に変化させるためのインクジェットヘッド用圧電アクチュエータに適用した場合、前記複数の圧電層の一方の外表面には、配線部材の駆動側端子電極と接合するための複数の電極用端子が前記複数の個別電極からそれぞれ延出するように設けられ、前記各内部電極は平面視で前記各表面個別電極と重ならない延長部を有していると共に当該延長部に前記各小孔が形成されており、前記各電極用端子が平面視で前記各小孔と重なっていることが好ましい。
この場合、個別電極を配線と接続するために必要な電極用端子と、内部電極の位置を検出するための小孔を設けるために必要な延長部との間に、浮遊容量が存在しないようにすることができる。
According to the piezoelectric actuator of the present invention, a small hole is formed in the internal electrode of the first electrode layer, and the second electrode layer has a transmission part where the electrode part does not exist at a position overlapping the small hole. When light is applied in the stacking direction, the position of the small hole can be confirmed through the transmission part, and the position of the internal electrode can be detected in relation to the position of the small hole.
Further, even after the surface individual electrode is formed, the positional deviation between the surface individual electrode and the internal electrode can be confirmed by applying light in the stacking direction. Thereby, the quality of a product can be improved by selecting only the product without the same position shift.
In addition, when the piezoelectric actuator is applied to a piezoelectric actuator for an inkjet head that is bonded to a flow path unit having a plurality of pressure chambers and selectively changes the volume of the plurality of pressure chambers, On one outer surface of the piezoelectric layer, a plurality of electrode terminals for joining to the drive-side terminal electrodes of the wiring members are provided so as to extend from the plurality of individual electrodes, respectively, and each of the internal electrodes is viewed in plan view. In addition, each of the surface individual electrodes has an extension portion that does not overlap with each other, each of the small holes is formed in the extension portion, and each of the electrode terminals overlaps with each of the small holes in a plan view. preferable.
In this case, there should be no stray capacitance between the electrode terminal necessary for connecting the individual electrode to the wiring and the extension necessary for providing a small hole for detecting the position of the internal electrode. can do.
上記の通り、本発明によれば、積層方向へ光を当てることで内部電極の位置を知ることができるので、表面個別電極と、圧電層間に形成された内部個別電極との位置を正確に合わせることができる。 As described above, according to the present invention, since the position of the internal electrode can be known by applying light in the stacking direction, the positions of the surface individual electrode and the internal individual electrode formed between the piezoelectric layers are accurately aligned. be able to.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の第一実施形態に係る圧電アクチュエータ1が使用されたインクジェットヘッド2の分解斜視図である。インクジェットヘッド2は、それぞれ略矩形状の複数のプレートが積層された流路ユニット3と、この流路ユニット3に接合された圧電アクチュエータ1とで主構成されている。圧電アクチュエータ1には、当該圧電アクチュエータ1に対する駆動電力を出力する配線部材4が接合される。なお、以下の説明において、図1の矢印で示す通り、流路ユニット3の長辺方向をX方向、短辺方向をY方向とする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view of an
このインクジェットヘッド2は、記録紙等の被記録媒体にインクジェット方式の記録や印字を行う図示しないインクジェットプリンタに設けられる。インクジェットプリンタには、所定の走査方向に往復移動自在にキャリッジが設けられており、インクジェットヘッドはこのキャリッジに搭載される。インクジェットヘッドがキャリッジと共に走査方向へと往復移動しつつ被記録媒体に向けてインクを吐出することで、被記録媒体に対して記録が行われる。
The
図2は、流路ユニット3の一部を省略した図1のI−I線断面図である。流路ユニット
3は、平面視で矩形状に形成された図示しないノズルプレート、スペーサプレート、ダンパプレート、マニホールドプレート、サプライプレート、及び図示のベースプレート5、キャビティプレート6が積層されて構成されている。詳細は省略するが、各プレートが積層されていることで、連通された開孔や溝が構成されてインクが流通する各チャンネルが構成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. The
圧電アクチュエータ1は、圧電体からなるトップ層7、中間層8、及びボトム層9と、トップ層7の上面(外表面)に形成された表面個別電極10(個別電極)と、トップ層7と中間層8との間に形成された内部共通電極11(第1の電極層;VDD電極)と、中間層8とボトム層9との間に形成された外部共通電極12(第2の電極層;GND電極)とを備えている。圧電アクチュエータ1が流路ユニット3に接合された状態では、流路ユニット3の各圧力室13がボトム層9に覆われている。
The
図3はトップ層7の平面図であり、図4は中間層8の平面図であり、図5はボトム層9の平面図である。トップ層7の上面には、矩形状の表面個別電極10が列状に8列配置されている。端から二列毎の表面個別電極10の配列状態は、縦列方向に沿って互いに千鳥状となっている。更に、トップ層7の上面には、各表面個別電極10に繋がる電極用端子14が各表面個別電極10からそれぞれ延出して形成されている。これら電極用端子14は、上記二列毎の表面個別電極10間の隙間で当該表面個別電極の真横に形成されている。同電極用端子14には、トップ層の上面に設けられる配線部材の駆動側端子電極が接合されるようになっている。
3 is a plan view of the
中間層8の上面には、略全体に渡る内部共通電極11が形成されている。この内部共通電極11は、トップ層7の各表面個別電極10に積層方向で各々対応する位置に複数の内部電極部15(内部電極)を有して構成されている。そして、各内部電極部15と各圧力室13と各表面個別電極10とが積層方向で重なっている(図2参照)。
On the upper surface of the
縦列方向で隣り合う内部電極部15間は、矩形状に抜かれて非電極部16となっている。更に、内部電極部15には、それぞれ複数の小孔17が列状に8列で形成されている。各小孔17は、端から二列毎の内部電極部15間の隙間で当該各内部電極部15に各々対応して形成されている。
Between the
より詳細には、内部電極部15は、非電極部16と縦列方向で隣り合う主部分とこの主部分の一端から延長する延長部とからなり、この延長部に小孔17が形成された構成となっている。そして、主部分は表面個別電極10と重なり延長部は表面個別電極10とは重ならないように位置しているので、後述するように、小孔17は表面個別電極10とは重ならない。
More specifically, the
ボトム層9の上面には、全域に渡る外部共通電極12が形成されている。この外部共通電極12は、各内部電極部15の各々と積層方向で重なる重複電極部12aと、各小孔17と重なる位置で電極が存在しない透過部19とを有している。透過部19は、四つのスリット20からなる。各スリット20は、上記内部共通電極11に形成された隣り合う二列の小孔17の全てを覆うことが可能な大きさで、当該二列の小孔17と積層方向で重なるように形成されている。
On the upper surface of the
図6は、圧電アクチュエータ1の要部平面図である。外部共通電極12、内部電極部15、表面個別電極10が、積層方向で互いに重なっている。表面個別電極10は、内部電極部15よりも大きい寸法で形成されており、図6上下方向に同内部電極部15からはみ出している。電極用端子14は、表面個別電極10の側端に接している。各小孔17は、上述のように端から二列毎の内部電極部15間の隙間に形成されていることから、表面個別電極10と積層方向で重なっていない。各小孔17は、各内部電極部の角隅の斜め外側に位置している。また、端から二列毎の小孔17の互いの位置関係は、縦列方向に沿って千鳥状となっている。このように、各電極用端子14と各小孔17とが無駄なく配列されているので、各小孔17を形成したとしても圧電アクチュエータ1が大型化することはない。
FIG. 6 is a plan view of the main part of the
積層方向で全ての小孔17の位置にはスリット20が重なっており、圧電アクチュエータへ積層方向から光を当てたときに各小孔17の位置を確認できるようになっている(図7参照)。従って、各小孔17と内部電極部15との位置関係から当該内部電極部15の位置を検出することができる。
The
次に上記圧電アクチュエータ1が流路ユニット3の圧力室13の容積を変化させることについて説明する。圧電アクチュエータ1には、積層方向で圧力室13の中央部分に対応する第1の活性部21と、圧力室13の周縁側に対応する第2の活性部22とが構成されている(図2参照)。
Next, how the
このうち第1の活性部21は、表面個別電極10と、圧力室13毎に設けられている内部電極部15と、に挟まれたトップ層7に構成されている。第2の活性部22は、内部電極部15の領域を除いて、表面個別電極10と外部共通電極12とに挟まれたトップ層7及び中間層8に構成されている。
Among these, the first
各圧力室13の容積を変化させるために、表面個別電極10には、配線部材を通じて第1電位(グランド電位)及びそれと異なる第2電位(例えば20V)が選択的に印加される。また、外部共通電極12には、第1電位(グランド電位)が常時付与され、内部電極部15には、第2電位(例えば20V)が常時付与される。圧電アクチュエータ1は、表面個別電極10に駆動信号としての第1電位(グランド電位)と第2電位(例えば20V)とを選択的に付与することで、第1の活性部21と第2の活性部22を切り換えて変形させることができるようになっている。これにより、同圧電アクチュエータ1は、圧力室13の容積を変化させる。
In order to change the volume of each
次に、圧電アクチュエータ1の製造方法を説明する。圧電層の原材料として、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミック粉末、バインダ、溶剤を混合した混合液をシート状に広げて乾燥させた三枚のグリーンシートを調製する。各グリーンシート上に、各電極となる導電材料(銀−パラジウム系の導電性ペースト)をスクリーン印刷により印刷して、トップ層7となる第1シート、中間層8となる第2シート、ボトム層9となる第3シートを製作する。なお、ボトム層は、SUSなどの金属板からなる振動板としてもよい。
Next, a method for manufacturing the
第3シートに第2シートを積層し、更にその上に第1シートを積層して焼結し、圧電アクチュエータ用積層体23(以下、積層体という)を成形する。この積層体23に積層方向から光を当てる。当てられた光は、各圧電層を透過するが電極を透過しない。本実施形態の積層体23では、内部共通電極11に複数の小孔17が形成され、外部共通電極12の積層方向で各小孔17に重なる位置にはスリット20が形成されているため、積層体23に積層方向から光を当てると、各小孔17に当該光が通る。
The second sheet is laminated on the third sheet, and the first sheet is further laminated thereon and sintered to form a piezoelectric actuator laminate 23 (hereinafter referred to as a laminate). Light is applied to the stacked
従って、各小孔17の位置を確認することができる。各小孔17の位置は、各内部電極部15の位置に対応している。これにより、積層体23が成形された後でも各内部電極部15の位置を検出することができる。この内部電極部15の位置情報に基づき、当該各内部電極部15との位置を合わせるようにして、積層体の一方の外表面に複数の表面個別電極をスクリーン印刷により形成する。
Therefore, the position of each
その後、表面個別電極10と内部電極部15の間、表面個別電極10と外部共通電極12との間に、分極処理用の高電圧が印加され、両電極に挟まれたセラミックシートが分極処理されて圧電特性が付与される。最後にトップ層7の上面に電極用端子をスクリーン印刷により形成し、圧電アクチュエータ1を得る。なお、上述した製造方法で、内部電極部及び共通電極に導通させる中継電極、中継配線等の説明は省略している。
Thereafter, a high voltage for polarization treatment is applied between the
上記本実施形態の積層体23を用いた圧電アクチュエータ1の製造方法によれば、各内部電極部15に対応する小孔17が形成され、外部共通電極12における同小孔17に透過する光を遮らない位置にスリット20が形成されているので、一方から光を当てると、小孔17の位置から内部電極部15の位置を検出することができる。そして、各内部電極部15の位置を確認した状態で、各表面個別電極10を形成できるので、積層方向における各内部電極部15と各表面個別電極10との位置が合った圧電アクチュエータ1を得ることができる。
According to the method of manufacturing the
更に、上記本実施形態の圧電アクチュエータ1によれば、圧電アクチュエータ1が完成した後、各内部電極部15の位置を再確認することで当該各内部電極部15と各表面個別電極10との位置が合ったものを選別することができる。これにより、圧電アクチュエータ1の品質を向上させることができる。また、製造工程で内部電極部15の位置確認をせずに、上記本実施形態の圧電アクチュエータ1を製作し、完成した同圧電アクチュエータ1の各内部電極部15の位置ずれのデータをとっておく。そして、この位置ずれのデータを圧電アクチュエータ1の設計にフィードバックさせればよい。これにより、製造工程で、内部電極部15の位置を確認しなくても、当該各内部電極部15と各表面個別電極10との位置が積層方向で合った圧電アクチュエータ1を得ることができる。
Furthermore, according to the
図8は、本発明の第二実施形態に係る圧電アクチュエータ25の要部平面図である。本実施形態が上記実施形態と異なる点は、平面視で小孔17が電極用端子26と重なるように形成されている点である。トップ層7の上面における電極用端子26が形成された位置は第一実施形態と同様である。各小孔17は、各内部電極部15の真横方向の端部(前述した内部電極部15の延長部に対応する位置)に形成されており、電極用端子26が当該各小孔17の真上に形成されている。
FIG. 8 is a plan view of the main part of the
圧電アクチュエータ25が完成した状態では、各小孔17は各電極用端子26に覆われており、各電極用端子26の直下には内部電極部15も外部共通電極12も存在していない。これにより、各表面個別電極10を配線(配線部材の駆動用端子電極)と導通させるための電極用端子26と、小孔17を設けるために必要な内部電極部15の延長部との間の浮遊容量を小さくすることができる。電極用端子26と内部電極部15の延長部との間の容量は、圧力室13の容積の変化には寄与しないものであるため、これを小さくすることにより、無駄な電力消費を抑えることができる。
In a state where the
図9は、本発明の第三実施形態に係る圧電アクチュエータ28の断面図である。本実施形態が上記第一、第二実施形態と異なる点は、圧電アクチュエータ28が4層で構成され、流路ユニット3の圧力室13を変形させる活性部の形態が異なっている点である。本実施形態の圧電アクチュエータ28は、圧電体からなるトップ層29、第1中間層30、第2中間層31、及びボトム層32と、トップ層29の上面に形成された表面個別電極33と、トップ層29と第1中間層30との間に形成された第1共通電極34(第2の電極層;GND電極)と、第1中間層30と第2中間層31との間に形成された内部個別電極35(第1の電極層;内部電極)と、第2中間層31とボトム層32との間に形成された第2共通電極36(第2の電極層;GND電極)とを備えている。
FIG. 9 is a cross-sectional view of the piezoelectric actuator 28 according to the third embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the first and second embodiments in that the piezoelectric actuator 28 is composed of four layers and the form of the active portion that deforms the
圧電アクチュエータ1が流路ユニット3に接合された状態では、流路ユニット3の各圧力室13がボトム層32に覆われ、当該圧力室13と各内部個別電極35と各表面個別電極33とが積層方向で重なっている。図10はトップ層29の平面図であり、図11は第1中間層30の平面図であり、図12は第2中間層31の平面図であり、図13はボトム層32の平面図である。
In a state where the
トップ層29の上面には、矩形状の表面個別電極33が列状に8列配置されている。図10の両側に配置された表面個別電極33を除いて二列毎の表面個別電極33は、縦列列方向に沿って互いに千鳥状に配置されている。更に、トップ層29の上面には、各表面個別電極33に繋がる電極用端子37が当該表面個別電極33と同じ幅で形成されている。同電極用端子37に、トップ層29の上面に設けられる図示しない配線部材の駆動側電極が接合されることで、各表面個別電極33に電圧が印加される。
On the top surface of the
第1中間層30の上面には、全体に渡る第1共通電極34が形成されている。この第1共通電極34は、積層方向で表面個別電極33及び内部個別電極35と重なっている重複電極部34aを有している。また、同上面における上記表面個別電極33に積層方向で重ならない部分には、電極が形成されていない透過部39が設けられている。この透過部39は、横列方向に並ぶ四つの第1スリット40からなる。透過部39には、表面個別電極33と内部個別電極35とを図示しないスルーホールで導通させるための複数のランド41が各表面個別電極33の電極用端子37に積層方向で重なるように設けられている。
A first
第2中間層31の上面には、各表面個別電極33に積層方向で各々対応する位置に内部個別電極35が列状に形成されている。同内部個別電極35は、積層方向で表面個別電極33と重なる電極部35aと、表面個別電極33からはみ出している延長部35bとからなる。延長部35bは、横列方向で隣り合う端から二つ毎の各内部個別電極35の内側に向かって延設されている。内部個別電極35のうち、電極部35aは電界を付与する部分であり、延長部35bは電極用端子37に繋がる接続端子となる部分である。そして、全ての延長部35bには、光を透過できる小孔44が形成されている。
On the upper surface of the second
ボトム層32の上面には、全体に渡る第2共通電極36が形成されている。この第2共通電極36は、積層方向で表面個別電極33及び内部個別電極35と重なっている重複電極部36aを有している。また、同上面における上記表面個別電極33に積層方向で重ならない部分には、電極が形成されていない透過部42が設けられている。透過部42は、横列方向に並ぶ四つの第2スリット43からなる。第1中間層30の第1スリット40及びボトム層32の第2スリット43は、いずれも第2中間層31の各小孔44に積層方向で重なっていない。
A second
図14は、圧電アクチュエータ28の要部平面図である。第2共通電極36、内部個別電極35、第1共通電極34、表面個別電極33が、積層方向で重なっている。内部個別電極35は、表面個別電極33よりも延長部35bだけ横方向に伸びている。この延長部35bと積層方向で重なる部分には、表面個別電極33に繋がる電極用端子37が位置している。延長部35bに形成された小孔44は、積層方向で表面個別電極33に近接した位置に形成されている。第1中間層30のランド41は、積層方向で電極用端子37と重なり且つ小孔44を避ける位置に形成されている。
FIG. 14 is a plan view of the main part of the piezoelectric actuator 28. The second
また、トップ層29、第1、第2中間層30,31、及びボトム層32を積層した本発明に係る圧電アクチュエータ用積層体45(以下、積層体という)の状態(表面個別電極33及び電極用端子37が形成されていない状態)では、全ての小孔44の位置には積層方向で第1、第2スリット40、43が位置しており、当該積層体45を透かして見たときに各小孔44が見えるようになっている。
Further, the piezoelectric actuator laminate 45 (hereinafter referred to as a laminate) according to the present invention in which the
次に圧電アクチュエータ28が圧力室13の容積を変化させることについて説明する。内部個別電極35と第1、第2共通電極34,36に挟まれた、第1、第2中間層30、31には、積層方向で圧力室13に対応する活性部46が構成されている。また、表面個別電極33と第1共通電極34に挟まれたトップ層29にも、積層方向で圧力室13に対応する活性部46が構成されている。圧力室13の容積を変化させるために、内部個別電極35には、表面個別電極33を通じて第1の電位が印加され、第1、第2共通電極34,36には、第2の電位(グランド電位)が常時付与される。これにより、圧電アクチュエータ28は、内部個別電極35に駆動信号としての第1の電位が印加されることで、圧力室13の容積を変化させることができるようになっている。
Next, how the piezoelectric actuator 28 changes the volume of the
次に、圧電アクチュエータ28の製造方法を説明する。グリーンシート上に、各電極となる導電材料をスクリーン印刷により印刷するまでは、第一実施形態と同様である。トップ層29、第1中間層30、第2中間層32、ボトム層32を積層して焼結し、本発明に係る積層体45を得る。この積層体45に積層方向から光を当てる。当てられた光は、圧電体を透過するが電極を透過しない。
Next, a method for manufacturing the piezoelectric actuator 28 will be described. The process is the same as in the first embodiment until the conductive material to be each electrode is printed on the green sheet by screen printing. The
本実施形態の積層体45には、延長部35bに小孔44が形成され、第1、第2共通電極34,36の積層方向で各小孔44に重なる位置には第1、第2スリット40,43が形成されているため、光を一方から当該積層体45に当てることで小孔44の位置を確認することができる。各小孔44の位置は、各内部個別電極35の位置に対応している。従って、積層体45が成形された後でも、各内部個別電極35の位置を検出することができる。
In the
この内部個別電極35の位置情報に基づき、当該各内部個別電極35との位置を合わせるようにして、積層体45の一方の外表面に複数の表面個別電極33をスクリーン印刷により形成する。その後、トップ層29の上面に電極用端子37をスクリーン印刷により形成する。最後に、内部個別電極35と第1、第2共通電極34,36との間、及び表面個別電極33と第1共通電極34との間に、分極処理用の高電圧が印加され、両電極に挟まれたセラミックシートが分極処理されて圧電特性が付与される。これにより圧電アクチュエータ28を得る。
Based on the position information of the internal
上記本実施形態の積層体45を用いた圧電アクチュエータ28の製造方法によれば、各内部個別電極35に対応する小孔44が形成され、第1、第2共通電極34,36における同小孔44に透過する光を遮らない位置に第1、第2スリット40,43が形成されているので、一方から光を当てると、小孔44の位置から内部個別電極35の位置を検出することができる。そして、各内部個別電極35の位置を確認した状態で、各表面個別電極33を形成できるので、積層方向における各内部個別電極35と各表面個別電極33との位置が合った圧電アクチュエータ28を得ることができる。
According to the method for manufacturing the piezoelectric actuator 28 using the
更に、上記本実施形態の圧電アクチュエータ28によれば、圧電アクチュエータ28が完成した後、各内部個別電極35の位置を再確認することで当該各内部個別電極35と各表面個別電極33との位置が合ったものを選別することができる。これにより、圧電アクチュエータ128品質を向上させることができる。また、製造工程で内部個別電極35の位置確認をせずに、上記本実施形態の圧電アクチュエータ28を製作し、完成した同圧電アクチュエータ1の各内部個別電極35の位置ずれのデータをとっておく。そして、この位置ずれのデータを圧電アクチュエータ28の設計にフィードバックさせればよい。これにより、製造工程で、内部個別電極35の位置を確認しなくても、当該各内部個別電極35と各表面個別電極33との位置が積層方向で合った圧電アクチュエータ28を得ることができる。
Furthermore, according to the piezoelectric actuator 28 of the present embodiment, the position of each internal
また、上記圧電アクチュエータの内部個別電極35には延長部35bが延設されているため、非活性部に対応する延長部35bと第2共通電極との間、及び電極用端子37と第2共通電極との間に浮遊容量が存在し得る領域ができる。しかし、延長部35bに小孔が形成されているため、上記浮遊容量を極力小さなものとすることができる。
Further, since the
図15は、本発明の第四実施形態に係る圧電アクチュエータの要部平面図である。本実施形態が上記第三実施形態と異なる点は、内部個別電極52の延長部52bを長くしている点と、この長くした部分に小孔53が形成されている点である。なお、内部個別電極以外の構成は、上記第三実施形態と同様である。
FIG. 15 is a plan view of the main part of the piezoelectric actuator according to the fourth embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the third embodiment in that the
内部個別電極52の延長部52bは、積層方向で第三実施形態の延長部よりも更に横方向に延びており、トップ層29の電極用端子37の外側へはみ出している。ランド41の位置は上記第三実施形態と同様となっており、小孔53は延長部52bにおける積層方向で電極用端子37からはみ出した端部に形成されている。従って、圧電アクチュエータ51が完成した状態では、各小孔53は各電極用端子37に覆われていない状態となっている。
The
図16(a)、(b)は、本発明の第五実施形態に係る圧電アクチュエータ55の要部平面図である。本実施形態が上記第三実施形態と異なる点は、圧電アクチュエータ55が6層構造とされ、積層方向で二層の内部個別電極56,57が設けられている点である。図16(a)は、二つの内部個別電極56,57のみの平面図を表している。積層方向で流路ユニット側に位置するのが、同図の上側に図示した第1内部個別電極56であり、第1内部個別電極56の流路ユニットと反対側に位置するのが、同図の下側に図示した第2内部個別電極57である。なお、第1、第2内部個別電極56,57以外の構成は図示及び説明を省略する。
16A and 16B are plan views of the main part of a
両内部個別電極56,57には、それぞれ延長部56b、57bが延設されている。第1内部個別電極56の延長部56bには、第1小孔58が形成されており、第2内部個別電極の延長部57bには、第2小孔59が形成されている。第1小孔58は、第1内部個別電極の幅寸法の約三分の一程度の幅寸法で形成されている。第2小孔59は、第1小孔58よりも一回り以上大きい寸法で形成されている。
図16(b)は、積層方向で第1、第2内部個別電極56,57が重なっている状態を示す平面図である。なお、図示しないが、当該圧電アクチュエータ55に形成されている複数の共通電極には、第1、第2小孔58,59を通る光を遮らないように形成されたスリットが設けられている。積層方向から見ると第2小孔59の内側に第1小孔58が位置するため、積層体の一方から光を当てることで第1小孔58に光が透過し、第1内部個別電極56及び第2内部個別電極57の位置を検出することができる。これにより、トップ層に形成する表面個別電極と第1、第2内部個別電極56,57の積層方向における位置を正確に合わせることができる。
Extending
FIG. 16B is a plan view showing a state in which the first and second internal
なお、上記各実施形態は例示であり、制限的なものではない。本発明は、あらゆる圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータ用積層体、及びその製造方法に適用することができる。例えば、圧電アクチュエータの積層枚数や各圧電層上に形成される電極の形態を変更することができる。 In addition, each said embodiment is an illustration and is not restrictive. The present invention can be applied to all piezoelectric actuators, laminated bodies for piezoelectric actuators, and manufacturing methods thereof. For example, the number of stacked piezoelectric actuators and the form of electrodes formed on each piezoelectric layer can be changed.
本発明は、例えば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に適用することができる。 The present invention can be applied to, for example, a piezoelectric actuator used in an inkjet head or the like.
1 圧電アクチュエータ
2 インクジェットヘッド
3 流路ユニット
10 表面個別電極
12 共通電極
12a 重複電極部
13 圧力室
14 電極用端子
15 内部電極部
17 小孔
19 透過部
20 スリット
23 積層体
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記積層された複数の圧電層の一方の外表面が、複数の表面個別電極が設けられる面となるための圧電アクチュエータ用積層体であって、
各表面個別電極からは電極用端子が延出し、
前記第1の電極層は、平面視で前記複数の表面個別電極に各々対応する位置に配置された複数の内部電極を有し、これら複数の内部電極の各々には小孔が形成され、
前記第2の電極層は、平面視で前記複数の内部電極の各々と少なくとも一部重なるように形成された重複電極部と、前記小孔を覆うスリットである透過部とを有し、
前記各電極用端子が平面視で前記各小孔と重なっていることを特徴とする圧電アクチュエータ用積層体。 A plurality of stacked piezoelectric layers, a first electrode layer formed between two piezoelectric layers adjacent in the stacking direction of the plurality of piezoelectric layers, one piezoelectric layer of the two piezoelectric layers, and A second electrode layer formed between the piezoelectric layers other than the two piezoelectric layers,
One outer surface of the plurality of laminated piezoelectric layers is a laminate for a piezoelectric actuator for forming a surface on which a plurality of surface individual electrodes are provided,
Electrode terminals extend from each surface individual electrode,
The first electrode layer has a plurality of internal electrodes arranged at positions corresponding to the plurality of individual surface electrodes in plan view, and a small hole is formed in each of the plurality of internal electrodes,
The second electrode layer has an overlapping electrode portion formed so as to at least partially overlap each of the plurality of internal electrodes in a plan view, and a transmission portion that is a slit that covers the small hole,
The laminated body for piezoelectric actuators, wherein each electrode terminal overlaps with each small hole in a plan view.
前記各表面個別電極に第1電位を印加することで当該各表面個別電極と前記第1定電位電極との間に第1の活性部が形成され、前記各表面個別電極に第2電位を印加することで当該各表面個別電極と前記第2定電位電極との間に第2の活性部が形成される請求項1〜3のいずれかに記載の圧電アクチュエータ用積層体。 The plurality of internal electrodes of the first electrode layer are first constant potential electrodes to which a constant potential is applied, and the electrode portion of the second electrode layer has a potential different from the potential of the first constant potential electrode. Is a second constant potential electrode to which is applied,
By applying a first potential to each surface individual electrode, a first active portion is formed between each surface individual electrode and the first constant potential electrode, and a second potential is applied to each surface individual electrode. The laminated body for piezoelectric actuators according to any one of claims 1 to 3, wherein a second active portion is formed between each surface individual electrode and the second constant potential electrode .
前記圧電アクチュエータ用積層体に積層方向から光を当てて前記各小孔の位置を確認し、当該各小孔の位置から前記各内部電極の位置を検出し、この各内部電極の位置情報に基づき、当該各内部電極との位置を合わせるようにして前記一方の外表面に複数の表面個別電極を形成することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。 A method for manufacturing a piezoelectric actuator, wherein a plurality of individual surface electrodes are provided on the one outer surface of the piezoelectric actuator laminate according to any one of claims 1 to 4,
The position of each small hole is confirmed by applying light from the stacking direction to the piezoelectric actuator laminate, and the position of each internal electrode is detected from the position of each small hole. Based on the position information of each internal electrode A method of manufacturing a piezoelectric actuator, wherein a plurality of individual surface electrodes are formed on the one outer surface so as to be aligned with the internal electrodes.
前記第1の電極層は、平面視で前記複数の個別電極に各々対応する位置に配置された複数の内部電極を有し、これら複数の内部電極の各々には小孔が形成され、
前記第2の電極層は、平面視で前記複数の内部電極の各々と少なくとも一部重なるように形成された重複電極部と、前記小孔を覆うスリットである透過部とを有し、
前記複数の圧電層の一方の外表面には、配線部材の駆動側端子電極と接続するための複数の電極用端子が前記複数の個別電極からそれぞれ延出するように設けられ、
前記各電極用端子が平面視で前記各小孔と重なっていることを特徴とする圧電アクチュエータ。 A plurality of stacked piezoelectric layers; a first electrode layer formed between two piezoelectric layers adjacent in the stacking direction of the plurality of piezoelectric layers; one piezoelectric layer of the two piezoelectric layers; A piezoelectric actuator comprising: a second electrode layer formed between the piezoelectric layers; and a plurality of individual electrodes provided on one outer surface of the plurality of stacked piezoelectric layers,
The first electrode layer has a plurality of internal electrodes arranged at positions corresponding to the plurality of individual electrodes in plan view, and a small hole is formed in each of the plurality of internal electrodes,
The second electrode layer has an overlapping electrode portion formed so as to at least partially overlap each of the plurality of internal electrodes in a plan view, and a transmission portion that is a slit that covers the small hole,
On one outer surface of the plurality of piezoelectric layers, a plurality of electrode terminals for connecting to the drive side terminal electrode of the wiring member are provided so as to extend from the plurality of individual electrodes, respectively.
Each of the electrode terminals overlaps with each of the small holes in plan view.
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