JP5589811B2 - 圧電アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、圧電アクチュエータに関する。

従来から、様々な技術分野において、圧電層に電界が作用したときの圧電層の変形（圧電歪み）を利用して対象を駆動する、圧電アクチュエータが用いられている。例えば、特許文献１には、ノズルからインクを噴射するインクジェットヘッドに用いられる圧電式のアクチュエータユニットについて開示されている。

特許文献１のアクチュエータユニットは、積層型の圧電素子が平面的に複数配置されたものであり、各圧電素子からは２種類の電極が絶縁性の基板の上面にそれぞれスルーホール内に充填された充填材で引き出されている。そして、２種類の電極のうち一方の電極はは、基板に形成されたスルーホール内の充填材を介して基板の上面に引き出されて、基板の上面の中央領域に形成された個別引出電極の端部と接続されている。また、他方の電極は、基板に形成されたスルーホール内の充填材を介して基板の上面に引き出されて、基板の上面の上記中央領域の外側に形成された共通電極の端部と接続されている。この個別引出電極や共通電極などの各電極には、ＡｇＰｄ、ＡｇＰｔ、Ａｕなどが使用され、スルーホール内の充填材には、Ａｇが使用されている。

そして、共通電極には、常時グランド電位が付与され、個別引出電極には、高電位の駆動電位とグランド電位のいずれかの電位が選択的に付与される。個別引出電極に上記駆動電位が付与されると、複数の内部電極に挟まれた圧電層部分の積層方向に電界が発生して、複数の圧電層は積層方向に伸び、グランド電位が付与されると、元に戻る。この圧電素子の圧電歪みを利用して、圧電素子と接続された液室ユニット内のインクをノズルから噴射している。このように、絶縁性の基板の上面の個別引出電極と共通電極には、互いに異なる電位が付与されて、電位差が生じる。

特開２００１−７１４９０号公報（特に図６）

ところで、金属成分が電界の影響で非金属媒体の上を移動する現象として、マイグレーションが知られているが、一般的に、マイグレーションは、ＡｇＰｄ、ＡｇＰｔ、Ａｕ、Ａｇの材料を比較すると、Ａｇが最も生じやすい。このとき、特許文献１では、スルーホール内の充填材である導電性材料は、個別引出電極や共通電極などの各電極を形成する導電性材料よりも、マイグレーションが生じやすい材料となっており、高電位である駆動電位が付与されうる個別引出電極に接続されたスルーホール内の充填材から、絶縁性の基板の表面を介して、グランド電位の共通電極に対してマイグレーションが生じてしまう。

そこで、本発明の目的は、高い電位が付与されうる引出部からマイグレーションが生じるのを抑制した圧電アクチュエータ及びこれの製造方法を提供することである。

本発明の圧電アクチュエータは、圧電層と、前記圧電層の一面において所定方向に配列され、且つ、それぞれの電位が、第１電位とこの第１電位よりも低い第２電位の間で切り替えられる、複数の第１電極と、前記複数の第１電極に対向して配置され、前記第１電位が付与される第２電極と、前記複数の第１電極に対向して配置され、前記第２電位が付与される第３電極と、を備えており、
前記圧電層には、スルーホールが形成されるとともに、このスルーホール内に導電性の充填材が充填されることによって、前記第２電極を前記圧電層の前記一面に引き出す複数の第１引出部が設けられており、前記圧電層には、スルーホールが形成されるとともに、このスルーホール内に導電性の充填材が充填されることによって、前記第３電極を前記圧電層の前記一面に引き出す複数の第２引出部が設けられており、前記複数の第１引出部と前記複数の第２引出部とを形成する前記充填材は、前記第１電極を形成する導電性材料とは異なる材料であり、前記第１電極を形成する導電性材料は、前記充填材よりもマイグレーションが生じにくい材料であり、
前記圧電層の前記一面の、前記複数の第１電極と前記所定方向と直交する方向に隣接する領域において、前記複数の第１引出部が前記所定方向に配列され、且つ、前記複数の第２引出部も前記所定方向に配列され、さらに、前記複数の第１引出部と前記複数の第２引出部とが、前記所定方向に並んでおり、前記圧電層の前記一面には、前記第１電極と同じ導電性材料により、前記複数の第１引出部の露出部分と導通する第１引出電極と、前記複数の第２引出部の露出部分と導通する第２引出電極が形成され、前記第１引出電極は、前記複数の第１引出部の前記露出部分を取り囲み、前記第２引出電極の前記所定方向と直交する方向の幅は、前記第１引出電極の前記所定方向と直交する方向の幅よりも小さい。

本発明の圧電アクチュエータによると、第１引出部の露出部分を、この第１引出部よりもマイグレーションが生じにくい材料で形成された第１引出電極で取り囲むことで、高い電位が付与される第１引出部からこれよりも低い電位が付与される第１電極に対してマイグレーションが生じるのを抑制することができる。
また、第２電極を複数の第１引出部で複数箇所から引き出しているため、付与された正電位の降下を抑制することができる。そして、複数の第１引出部を１つの第１引出電極で導通させることで、例えば、配線部材との導通に用いるバンプを、引出部ごとに形成する必要がない。

また、前記複数の第１電極、前記第１引出電極、及び、前記第２引出電極には、電源に接続されるとともに前記圧電層の前記一面を覆うように配置された配線部材を接続するためのバンプが、それぞれ設けられていることが好ましい。

これによると、第１電極、第１引出電極、及び、第２引出電極は、同じ導電性材料で形成されているため、同じ形成方法を用いたときに、引出部に充填された充填材と比較して、その高さがほぼ同じである。そして、第２電極と導通するバンプと第３電極と導通するバンプとが、第１電極と同じ高さの第１引出電極、第２引出電極にそれぞれ形成されるため、第１電極上に形成されるバンプとその高さが同じになり、配線部材と確実に接続することができる。
また、前記第１電極に設けられているバンプは、この第１電極よりもマイグレーションが生じやすい材料で形成され、前記所定方向と直交する方向において、前記第２引出電極と前記第１電極のバンプとの距離が、前記第１引出電極と前記第１電極のバンプとの距離よりも大きいことが好ましい。
また、前記第１電極は、前記バンプが設けられる接点部を有し、前記バンプは、前記接点部に取り囲まれており、前記複数の第１電極のうち、前記第１引出電極よりも前記第２引出電極に近い位置にある前記第１電極の前記接点部は、前記第１引出電極に近い前記第１電極と比べて、前記バンプを大きく取り囲むように形成されていることが好ましい。

さらに、前記第１引出電極に設けられているバンプは、この第１引出電極よりもマイグレーションが生じやすい材料で形成され、前記第１引出電極に設けられた前記バンプは、前記第１引出電極に取り囲まれていることが好ましい。

これによると、第２電極と導通するバンプを、このバンプよりもマイグレーションが生じにくい第１引出電極で取り囲むことで、バンプから第１電極に対してマイグレーションが生じるのを抑制することができる。

引出部の露出部分を、この引出部よりもマイグレーションが生じにくいマイグレーション阻止部で取り囲むことで、高い電位が付与されうる引出部からこれよりも低い電位が付与される第１電極に対してマイグレーションが生じるのを抑制することができる。

本実施形態のインクジェットヘッドの斜視図である。 インクジェットヘッドの平面図である。 インクジェットヘッドの部分拡大図であり、（ａ）は図２の一部拡大平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図２の圧電アクチュエータの左端部の一部拡大平面図であり、（ａ）は第１圧電層（最上層）の上面から見た平面図であり、（ｂ）は第２圧電層（中間層）の上面から見た平面図であり、（ｃ）は第３圧電層（最下層）の上面から見た平面図である。 図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 圧電アクチュエータの製造工程について説明する図であり、（ａ）はスルーホール形成工程であり、（ｂ）は内部電極形成工程であり、（ｃ）は焼成工程であり、（ｄ）は引出部形成工程であり、（ｅ）は表面電極形成工程である。 導通検査工程について説明する圧電アクチュエータの断面図である。 変形例１での圧電アクチュエータの断面図である。 変形例１における圧電アクチュエータの製造工程について説明する図であり、（ａ）は引出部形成工程であり、（ｂ）は充填材検査及び不良判別工程であり、（ｃ）は電極形成工程であり、（ｄ）は導通検査工程である。 変形例２での圧電アクチュエータの断面図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、記録用紙に対してインクを噴射して画像や文字などを記録するインクジェットヘッドの圧電アクチュエータに、本発明を適用した一例である。

図１は、本実施形態のインクジェットヘッドの斜視図である。図２は、インクジェットヘッドの平面図である。なお、以下では、図１、図２の紙面手前側を上方、紙面向こう側を下方と定義して説明する。図１、図２に示すインクジェットヘッド３は、図中の走査方向に往復移動しつつ、この走査方向と直交する紙送り方向に搬送される記録用紙（図示省略）に対して、下面に開口する複数のノズル１５（図３参照）からインクを噴射する、いわゆる、シリアル式のインクジェットヘッドである。

図１、図２に示すように、インクジェットヘッド３は、ノズル１５や圧力室１０を含むインク流路が形成された流路ユニット３１と、この流路ユニット３１の上面に配置された圧電アクチュエータ３２とを有している。また、図１に示すように、圧電アクチュエータ３２の上面には、電源（図示省略）に接続され、ドライバＩＣ５１を実装したフレキシブル配線基板５０（ＦＰＣ）が接合される。

まず、流路ユニット３１について説明する。図１、図２に示すように、流路ユニット３１の上面には、インクジェットヘッド３で使用される４色のインク（ブラック、イエロー、シアン、マゼンタ）がそれぞれ供給される４つのインク供給口９が設けられている。そして、流路ユニット３１内には、インク供給口９に接続されたインク流路が形成されている。

図３はインクジェットヘッド３の部分拡大図であり、（ａ）は図２の一部拡大平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図３に示すように、流路ユニット３１は、互いに積層された４枚のプレート１１〜１４で構成されており、この流路ユニット３１には、インク供給口９に接続されたマニホールド１６と、マニホールド１６に連通した複数の圧力室１０と、複数の圧力室１０にそれぞれ連通する複数のノズル１５が形成されている。

図３（ｂ）に示されるマニホールド１６は、インク供給口９から紙送り方向（図３（ｂ）の紙面垂直方向）に延在している。図３（ａ）に示すように、複数の圧力室１０は、それぞれ、走査方向を長手方向とする略楕円形の平面形状を有する。また、図２に示すように、複数の圧力室１０は、紙送り方向に延在するマニホールド１６に沿って配列されることで、１つの圧力室列８が構成されている。さらに、走査方向に隣接する２つの圧力室列８によって１つの圧力室群７が構成され、流路ユニット３１には、合計５つの圧力室群７が設けられている。なお、５つの圧力室群７のうち、図２中右側に位置する２つの圧力室群７は、インク供給口９からブラックインクが供給される、ブラック用の圧力室群７である。また、図２中左側に位置する３つの圧力室群７は、３つのインク供給口９からそれぞれ３色のカラーインク（イエロー、マゼンタ、シアン）が供給される、カラー用の圧力室群７である。

複数の圧力室１０にそれぞれ連通する複数のノズル１５は、流路ユニット３１の下面（最下層に位置するプレート１４の下面）に開口している。また、図示は省略するが、これら複数のノズル１５も、複数の圧力室１０と同様に配列されており、図２中右側には、２つの圧力室群７にそれぞれ対応した、ブラックインクを噴射する２つのノズル群が配置され、図２中左側には、３つの圧力室群７にそれぞれ対応した、３色のカラーインク用を噴射する３つのノズル群が配置されている。

そして、図３（ｂ）に示すように、流路ユニット３１内には、インク供給口９に接続されたマニホールド１６から分岐して、圧力室１０を経てノズル１５に至る、複数の個別インク流路１７が形成されている。

次に、圧電アクチュエータ３２について説明する。圧電アクチュエータ３２は、３枚の圧電層（第１圧電層４０、第２圧電層４１、第３圧電層４２）、複数の個別電極４３、第１共通電極４４、及び、第２共通電極４５を有する。図４は、図２の圧電アクチュエータ３２の左端部の一部拡大平面図であり、（ａ）は第１圧電層４０（最上層）の上面から見た平面図であり、（ｂ）は第２圧電層４１（中間層）の上面から見た平面図であり、（ｃ）は第３圧電層４２（最下層）の上面から見た平面図である。図５は、図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図４（ａ）〜（ｃ）において、ハッチングされた部分は電極が形成されている領域と引出部が形成されている領域を示している。

３枚の圧電層４０〜４２は、それぞれ、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする強誘電性の圧電材料によって形成されており、互いに積層された状態で、複数の圧力室１０を覆うように流路ユニット３１の上面に配置されている。

複数の個別電極４３は、最上層の第１圧電層４０の上面における、複数の圧力室１０とそれぞれ対向する領域に設けられ、第１圧電層４０の上面において平面的に配置されている。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、各個別電極４３は、圧力室１０とほぼ同じ平面形状を有し、最上層の圧電層４０の上面の、１つの圧力室１０と対向する領域全体に設けられている。また、各個別電極４３からは、圧力室１０と対向しない領域へ、個別電極４３をＦＰＣ５０（図１参照）と接続するための接点部４３ａが引き出されている。そして、接点部４３ａ上の中央には、バンプ６１が配置されている。バンプ６１は、接点部４３ａの径よりも小さな径となっており、接点部４３ａを形成する電極に取り囲まれており、ＦＰＣ５０と接続されている。

第１共通電極４４は、第１圧電層４０と中間層の第２圧電層４１との間に配置されている。この第１共通電極４４は、複数の圧力室１０の短手方向（図３（ｃ）における左右方向）に関する中央部とそれぞれ対向する複数の電極部分４４ａを含んでいる。また、電極部分４４ａは、第１圧電層４０を挟んで個別電極４３と対向している。さらに、図４（ｂ）に示すように、複数の電極部分４４ａは互いに導通している。

第２共通電極４５は、第２圧電層４１と最下層の第３圧電層４２との間に配置されている。この第２共通電極４５は、複数の圧力室１０の短手方向端部とそれぞれ対向する複数の電極部分４５ａを含んでいる。また、電極部分４５ａは、第１圧電層４０及び第２圧電層４１を挟んで個別電極４３と対向している。さらに、図４（ｃ）に示すように、複数の電極部分４５ａは互いに導通している。

図４（ｂ）に示すように、第２圧電層４１の図中左上部分の上面には、第１共通電極４４の複数の電極部分４４ａに導通するとともに、平面的に広がった大きな電極面積を有する第１導通電極部４４ｂが形成されている。また、図４（ａ）に示すように、第１圧電層４０の上面には、この第１圧電層４０を挟んで第１導通電極部４４ｂと対向する、第１引出電極４６が形成されている。そして、第１引出電極４６上には、複数（ここでは３つ）のバンプ６２が配置されている。複数のバンプ６２は、第１引出電極４６に取り囲まれており、ＦＰＣ５０と接続されている。

また、図５に示すように、第１圧電層４０の第１引出電極４６が配置されている部分には複数（ここでは６つ）のスルーホール３７が形成され、これら複数のスルーホール３７にはそれぞれペースト状の導電性材料からなる充填材６５が充填されており、複数の第１引出部６８を構成している。これら複数の第１引出部６８は、複数のバンプ６２と平面的にずれて配置されており、スルーホール３７内の充填材６５は第１圧電層４０の上面から露出して、１つの大きな第１引出電極４６に取り囲まれている。以上により、第１共通電極４４の第１導通電極部４４ｂと第１引出電極４６とが、複数の第１引出部６８により接続されている。このように、第１共通電極４４を複数の第１引出部６８で複数箇所から引き出していることで、第１引出電極４６と第１共通電極４４との間における電圧降下を抑制することができる。

図４（ｃ）に示すように、第３圧電層４２の図中左下部分の上面には、第２共通電極４５の複数の電極部分４５ａに導通するとともに、平面的に広がった大きな電極面積を有する第２導通電極部４５ｂが形成されている。また、図４（ａ）に示すように、第１圧電層４０の上面には、第１圧電層４０、第２圧電層４１を挟んで第２導通電極部４５ｂと対向する、第２引出電極４７が形成されている。そして、第２引出電極４７上には、複数（ここでは３つ）のバンプ６３が配置されている。複数のバンプ６３は、第２引出電極４７に取り囲まれており、ＦＰＣ５０と接続されている。

図２、図４（ａ）に示すように、第２引出電極４７の幅は、第１引出電極４６の幅よりも狭くなっている。また、第２引出電極４７に近接する個別電極４３の接点部４３ａは、第１引出電極４６に近接する個別電極４３の接点部４３ａに比べて、大きく形成されている。

また、図５に示すように、第１圧電層４０、第２圧電層４１の第２引出電極４７が配置されている部分と重なる部分には複数（ここでは６つ）のスルーホール３８が形成され、これら複数のスルーホール３８にはそれぞれペースト状の導電性材料からなる充填材６６が充填されており、複数の第２引出部６９を構成している。これら複数の第２引出部６９は、複数のバンプ６３と平面的にずれて配置されており、スルーホール３８内の充填材６６は第１圧電層４０の上面から露出して、１つの大きな第２引出電極４７に取り囲まれている。以上により、第２共通電極４５の第２導通電極部４５ｂと第２引出電極４７とが、複数の第２引出部６９により接続されている。

また、第１圧電層４０の、個別電極４３と第１共通電極４４の電極部分４４ａとに挟まれた圧電層部分（図３（ｃ）における圧力室１０の中央部と対向する部分：第１活性部３５という）は、あらかじめ、その厚み方向に分極されている。また、第１圧電層４０及び第２圧電層４１の、個別電極４３と第２共通電極４５の電極部分４５ａとに挟まれた圧電層部分（図３（ｃ）における圧力室１０の左右両端部と対向する部分：第２活性部３６という）も、あらかじめ、その厚み方向に分極されている。

なお、図１のように、圧電アクチュエータ３２の上面（第１圧電層４０の上面）にはＦＰＣ５０が配置される。そして、第１圧電層４０の上面に位置する複数の個別電極４３は、それぞれから引き出された接点部４３ａ上のバンプ６１を介してＦＰＣ５０と接続される。また、第１圧電層４０と第２圧電層４１の間に位置する第１共通電極４４は、第１圧電層４０の上面に形成された第１引出電極４６上のバンプ６２を介してＦＰＣ５０と接続される。さらに、第２圧電層４１と第３圧電層４２の間に位置する第２共通電極４５も、第１圧電層４０の上面に形成された第２引出電極４７上のバンプ６３を介してＦＰＣ５０と接続される。

これにより、複数の個別電極４３、第１共通電極４４、及び、第２共通電極４５は、それぞれ、ＦＰＣ５０に実装されたドライバＩＣ５１と接続されることになる。そして、ドライバＩＣ５１により、個別電極４３の電位は、所定の駆動電位とグランド電位の間で切り替えられるようになっている。また、第１共通電極４４は常に前記駆動電位に保持される一方、第２共通電極４５は常にグランド電位に保持される。

以上説明した圧電アクチュエータ３２の、インク噴射時における動作について述べる。インクを噴射しない待機状態においては、ドライバＩＣ５１によって、複数の個別電極４３にはそれぞれグランド電位が付与されている。また、ドライバＩＣ５１によって、第１共通電極４４は常時駆動電位に保持されるとともに、第２共通電極４５は常時グランド電位に保持されている。したがって、待機状態では、個別電極４３と第１共通電極４４の間に電圧が印加されることになり、電極４３、４４の間に挟まれる第１活性部３５に厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は第１活性部３５の分極方向と平行であるから、この第１活性部３５は厚み方向と直交する面方向に収縮する。これにより、圧電層４０〜４２の圧力室１０と対向する部分が、圧力室１０側（図３（ｃ）における下側）に凸となるように変形した状態となっている。このとき、圧力室１０は、圧電層４０が変形していない状態と比較して、その容積が小さくなっている。

この状態から、ドライバＩＣ５１によって、ある個別電極４３の電位がグランド電位から前記所定の駆動電位に切り換えられると、この個別電極４３と第１共通電極４４の間に電圧が印加されなくなり、変形していた第１活性部３５が元に戻る。同時に、個別電極４３と第２共通電極４５との間には電圧が印加されることになるため、電極４３、４５の間に挟まれる第２活性部３６に厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は第２活性部３６の分極方向と平行であるから、第２活性部３６は厚み方向と直交する面方向に収縮する。これにより、圧電層４０〜４２の圧力室１０の略中央部と対向する部分が上方に引っ張られることとなり、圧電層４０〜４２の圧力室１０と対向する部分は全体として圧力室１０と反対側（図３（ｃ）上側）に凸となるように変形して、圧力室１０の容積が増加する。

その後、ドライバＩＣ５１によって、個別電極４３の電位が再びグランド電位に戻されると、個別電極４３と第２共通電極４５の間に電圧が印加されなくなり、第２活性部３６の変形が元に戻る。同時に、第１活性部３５が再び面方向に収縮して、圧電層４０〜４２の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０側に凸となる。このときに、圧力室１０の容積が大きく減少するため、圧力室１０内のインクの圧力が増加して、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが噴射される。

ここで、個別電極４３、第１共通電極４４、第２共通電極４５、第１引出電極４６及び第２引出電極４７の各電極は、各圧電層４０〜４２との密着性の高い導電性材料を選定しており、本実施形態ではＡｕを使用している。また、スルーホール３７、３８内の充填材６５、６６は、多くの量を必要とするため、Ａｕより安価な導電性材料を選定しており、本実施形態ではＡｇを使用している。さらに、バンプ６１〜６３も、厚み（高さ）があり多くの量を必要するため、スルーホール３７、３８内の充填材６５、６６と同様に、本実施形態ではＡｇを使用している。そして、一般的に、ＡｕとＡｇを比較すると、ＡｕはＡｇよりもマイグレーションが生じにくい材料と言われている。このマイグレーションの生じやすさの差は、イオン化の電気化学列の順序と異なり、明確な説明はなされていないが、Ａｇ＞Ｐｂ≧Ｃｕ＞Ｓｎ＞Ａｕの順であり、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｐｔは生じにくいと言われている。また、Ａｇ−Ｐｄ、Ａｇ−Ｃｕのように合金化することによってマイグレーションの発生を遅くすることができる例も報告されている。

ところで、第１圧電層４０の表面に配置された各導電性材料に着眼すると、第１引出電極４６及び第１引出部６８には、グランド電位よりも高い駆動電位が常に付与される。また、個別電極４３にも、グランド電位よりも高い駆動電位が付与されうる。一方、第２引出電極４７及び第２引出部６９には、グランド電位が常に付与される。すると、第１圧電層４０の表面において、互いに隣接し、電位差が生じた２つの導電性材料の間でマイグレーションが生じるおそれがある。具体的には、個別電極４３にグランド電位が付与されているときには、第１引出電極４６及び第１引出部６８と、個別電極４３との間で電位差が生じる。また、個別電極４３に駆動電位が付与されているときには、個別電極４３と、第２引出電極４７及び第２引出部６９との間で電位差が生じる。

そこで、本実施形態では、グランド電位よりも高い駆動電位が常に付与される、第１圧電層４０の表面から露出し、第１引出部６８のＡｇからなる充填材６５を、Ａｕからなる第１引出電極４６で取り囲んでいる。これにより、第１引出部６８の、駆動電位が付与され、Ａｇからなる充填材６５と、グランド電位が付与され、Ａｕからなる個別電極４３との間に、駆動電位分の電位差が発生するが、Ａｇよりもマイグレーションが生じにくいＡｕからなる第１引出電極４６が配置されていることで、第１引出部６８の充填材６５から個別電極４３に対してマイグレーションが生じるのを抑制することができる。

一方、グランド電位が常に付与される第２共通電極４５の第２引出部６９を、Ａｕからなる第２引出電極４７で取り囲む必要はないが、複数の充填材６６に接続される第２共通電極４５において、付与される電圧のばらつきが生じないように、第２引出電極４７は、複数の充填材６６を互いに導通させている。

また、上述では、スルーホール３７内の充填材６５が、マイグレーションの生じやすいＡｇで形成されているので、このスルーホール３７内の充填材６５を、マイグレーションの生じにくいＡｕからなる第１引出電極４６で取り囲んで、マイグレーションが生じるのを抑制していたが、これは、Ａｇで形成されたバンプ６１〜６３についても同様のことが言える。

具体的には、個別電極４３の接点部４３ａと接続されたバンプ６１には、グランド電位よりも高い駆動電位が付与されうる。また、第１引出電極４６と接続されたバンプ６２には、グランド電位よりも高い駆動電位が付与される。一方、第２引出電極４７と接続されたバンプ６３には、グランド電位が付与される。そのため、バンプ６１に駆動電位が付与されているときには、バンプ６１と第２引出電極４７との間で電位差が生じる。また、バンプ６１にグランド電位が付与されているときには、バンプ６２と個別電極４３との間で電位差が生じる。

そこで、本実施形態では、グランド電位よりも高い駆動電位が付与される、Ａｇからなるバンプ６１を、Ａｕからなる個別電極４３で取り囲むとともに、よりマイグレーションが生じやすい第２引出電極４７に近接する個別電極４３のバンプ６１を、それ以外のバンプ６１よりも大きく取り囲むように接点部４３ａが形成されている。また、バンプ６１と同様に、Ａｇからなるバンプ６２を、Ａｕからなる第１引出電極４６で取り囲んでいる。これにより、駆動電位が付与され、Ａｇからなるバンプ６１と、グランド電位が付与され、Ａｕからなる第２引出電極４７との間に、駆動電位が付与され、Ａｇよりもマイグレーションが生じにくいＡｕからなる個別電極４３が配置されることになり、バンプ６１から第２引出電極４７に対してマイグレーションが生じるのを抑制することができる。また、駆動電位が付与され、Ａｇからなるバンプ６２と、グランド電位が付与され、Ａｕからなる個別電極４３との間に、駆動電位が付与され、Ａｕからなる第１引出電極４６が配置されることになり、バンプ６２から個別電極４３に対してマイグレーションが生じるのを抑制することができる。

また、各種電極は、同じ導電性材料であるＡｕで形成されているため、例えばスクリーン印刷などの同じ形成方法を用いたときに、スルーホール３７、３８内に充填された充填材６５、６６と比較して、その高さがほぼ同じになりやすい。例えば、各種電極を、Ａｕで形成した場合と、Ａｇで形成した場合では、同じスクリーン印刷で形成したとしても、粘性などの物性の違いから、同じ高さにするのは困難である。そして、共通電極４４、４５と導通するバンプ６２、６３は、個別電極４３上に形成されるバンプ６１と同じ高さの引出電極４６、４７に形成されるため、バンプ高さが同じになり、ＦＰＣ５０と確実に接続することができる。

ここで、多数のノズル１５から同時にインクを噴射させる場合に、第１共通電極４４や第２共通電極４５に大きな電流が流れやすくなるように、ドライバＩＣ５１から共通電極４４、４５の電極部分４４ａ、４５ａまでの電気抵抗はできるだけ小さくすることが好ましい。そのために、引出電極４６、４７は大きな面積を有する、ベタ電極に形成されている。また、引出部６８、６９が複数形成されている。このように、引出部６８、６９が複数形成されていることで、引出電極４６、４７と共通電極４４、４５の間の引出部６８、６９での電圧降下を抑制することができる。また、引出電極４６、４７が、複数の引出部６８、６９を導通させていることで、バンプを引出部６８、６９ごとにそれぞれ形成する必要がない。

次に、圧電アクチュエータの製造方法について説明する。図６は、圧電アクチュエータの製造工程について説明する図であり、（ａ）はスルーホール形成工程であり、（ｂ）は内部電極形成工程であり、（ｃ）は焼成工程であり、（ｄ）は引出部形成工程であり、（ｅ）は表面電極形成工程である。図７は、導通検査工程について説明する圧電アクチュエータの断面図である。なお、図６においては、図２のＤ部の断面を図示している。

まず、圧電層４０〜４２となる３枚のグリーンシートを形成した後、図６（ａ）に示すように、第１圧電層４０となるグリーンシートにスルーホール３７、３８ａを形成し、且つ、第２圧電層４１となるグリーンシートにスルーホール３８ｂを形成する（スルーホール形成工程）。次に、図６（ｂ）に示すように、第１圧電層４０となるグリーンシートの一方の面に第１共通電極４４、第２圧電層４１となるグリーンシートの一方の面に第２共通電極４５をＡｕを電極材料として用いてスクリーン印刷で形成する（内部電極形成工程）。このとき、スルーホール３７、３８ａの開口近傍の内周面にも電極が形成されている。

その後、図６（ｃ）に示すように、３枚のグリーンシートを積層して、焼成する（焼成工程）。このとき、スルーホール３８ａとスルーホール３８ｂとを重ならせて連通させる。

続いて、図６（ｄ）に示すように、第１圧電層４０の上面からスルーホール３７、３８内にＡｇを充填材６５、６６として充填して、引出部６８、６９を形成する（引出部形成工程）。その後、スルーホール３７、３８内の充填材６５、６６の導通状態、すなわち、充填材６５、６６と共通電極４４、４５の電気抵抗を検査する（導通検査工程）。このスルーホール３７内の充填材６５と第１共通電極４４の導通状態の検査方法について具体的に説明し、スルーホール３８内の充填材６６と第２共通電極４５の導通状態の検査方法については同様であるため、その説明を省略する。

図７に示すように、２つのプローブ８１ａ、８１ｂの間の電気抵抗を測定するテスター８０を用いて、テスター８０の一方のプローブ８１ａをあるスルーホール３７（ここでは、スルーホール３７ａ）内の充填材６５の露出部分に接触させ、他方のプローブ８１ｂを上記スルーホール３７とは異なるスルーホール（ここでは、スルーホール３７ｂ）内の充填材６５の露出部分に接触させる。このとき、２つのプローブ８１ａ、８１ｂの間の電気抵抗が非常に小さく、導通していると判定したときには、テスター８０のどちらのプローブ８１ａ、８１ｂに接続された充填材６５も第１共通電極４４と導通状態であることを検出することができる。その後、一方のプローブ８１ａは、そのまま同じスルーホール３７ａ内の充填材６５の露出部分に接触させたまま、他方のプローブ８１ｂを残りのスルーホール３７内の充填材６５の露出部分に順に接触させて、２つのプローブ８１ａ、８１ｂの間の電気抵抗が非常に大きく、絶縁していると判定したときには、他方のプローブ８１ｂに接触したスルーホール３７内の充填材６５と第１共通電極４４が絶縁状態であることを検出することができる。

一方、テスター８０の一方のプローブ８１ａをスルーホール３７ａ内の充填材６５の露出部分に接触させ、他方のプローブ８１ｂをスルーホール３７ｂ内の充填材６５の露出部分に接触させたときに、２つのプローブ８１ａ、８１ｂの間の電気抵抗が非常に大きく、絶縁していると判定したときには、一方のプローブ８１ａは、そのまま同じスルーホール３７ａ内の充填材６５の露出部分に接触させたまま、他方のプローブ８１ｂを残りのスルーホール３７内の充填材６５の露出部分に順に接触させていき、２つのプローブ８１ａ、８１ｂの間の電気抵抗が非常に小さく、導通していると判定したときに、他方のプローブ８１ｂに接触したスルーホール３７内の充填材６５が第１共通電極４４と導通状態であることを検出することができる。

そして、上述したような導通検査工程において、複数のスルーホール３７のうち、２以上のスルーホール３７内の充填材６５が第１共通電極４４と絶縁状態である、または、複数のスルーホール３８のうち、２以上のスルーホール３８内の充填材６６が第２共通電極４５と絶縁状態であると検出した場合に、この製造途中の圧電アクチュエータ３２を不良と判別する（不良判別工程）。

そして、図６（ｅ）に示すように、不良と判別されなかった第１圧電層４０の上面に、個別電極４３（図６（ｅ）には図示されていない）、及び、複数の引出部６８、６９のそれぞれを互いに接続させる引出電極４６、４７（接続部）をＡｕを電極材料として用いてスクリーン印刷で形成し（表面電極形成工程）、その後、個別電極４３、引出電極４６、４７の上面に、Ａｇを材料として、バンプ６１〜６３を形成し、圧電アクチュエータ３２が完成する。

本実施形態の圧電アクチュエータ３２の製造方法によると、スルーホール３７、３８内の充填材６５、６６と共通電極４４、４５の導通状態を検査することで、圧電層４０〜４２に挟まれた内部の共通電極４４、４５が第１圧電層４０の上面に引き出されているかを検査することができる。

また、仮に、引出電極４６、４７を形成した後に、上記導通検査工程を行うと、複数のスルーホール３７、３８内の充填材６５、６６が引出電極４６、４７を介して導通してしまい、スルーホール３７、３８内の充填材６５、６６ごとに共通電極４４、４５との導通状態を検査することが困難となる。そこで、引出電極４６、４７を形成する前に、導通検査工程を行うことで、スルーホール３７、３８内の充填材６５、６６ごとに共通電極４４、４５との導通状態を検査することができる。

さらに、共通電極４４、４５から複数箇所で引出部６８、６９が引き出されているため、いくつかのスルーホール３７、３８内に充填された充填材６５、６６と共通電極４４、４５が絶縁していたとしても、共通電極４４、４５は第１圧電層４０の上面に引き出される。そして、スルーホール３７、３８内の充填材６５、６６ごとに共通電極４４、４５との導通状態を検査して、不良数が２以上の場合には、電圧降下の影響により、それぞれの共通電極４４、４５の電位にばらつきが生じるため、圧電アクチュエータ３２を不良と判別する。このように、スルーホール３７、３８内の充填材６５、６６の絶縁数を検出して、この絶縁数から圧電アクチュエータ３２の不良を判別することで、圧電アクチュエータ３２の不良を簡単に判別することができる。

なお、内部電極形成工程が本発明における「第２電極形成工程」に相当する。また、表面電極形成工程が本発明における「第１電極形成工程」と「接続部形成工程」を同時に行った工程に相当する。

次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。ただし、上述した実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

本実施形態においては、第２引出電極４７の幅が第１引出電極４６の幅よりも狭くなっていたが、両引出電極４６、４７の幅が同じであってもよい。また、第２引出電極４７に近接する個別電極４３の接点部４３ａは、第１引出電極４６に近接する個別電極４３の接点部４３ａに比べて、大きく形成されていたが、これには限られず、すべての個別電極４３の接点部４３ａが同じ大きさであってもよい。

また、本実施形態においては、上記駆動電位が付与されるバンプ６２及びスルーホール３７は１つの大きな第１引出電極４６に取り囲まれていたが、それぞれ独立して電極に取り囲まれていてもよい。

また、本実施形態は、バンプやスルーホール内に充填される充填材が、これらを取り囲む電極よりもマイグレーションが生じやすい導電性材料であれば、ＡｇやＡｕに限られず、さまざまな導電性材料でも本効果を奏することができる。また、バンプとスルーホール内に充填される充填材は同じ導電性材料でなくてもよい。

また、本実施形態では、圧電アクチュエータ３２に第１共通電極４４と第２共通電極４５と２つの共通電極が設けられていたが、例えば、図８に示すように、１枚の圧電層１０３からなり、その両面を、駆動電位とグランド電位が選択的に付与される個別電極１０４と常にグランド電位に維持された共通電極１０５とで挟まれた、単純なユニモルフ型の圧電アクチュエータ１０６にも本発明を適用することができる（変形例１）。このとき、圧電層１０３の個別電極１０４が形成された面に、スルーホール１０７内の充填材１０８を介して共通電極１０５を引き出す。

この圧電アクチュエータの製造方法は、図９（ａ）に示すように、スルーホール１０７を形成したグリーンシートを焼成した後、スルーホール１０７内に充填材１０８を充填して、引出部を形成する（引出部形成工程）。その後、図９（ｂ）に示すように、圧電層１０３の上面から露出した充填材１０８にプローブ１８１ａを接触させ、圧電層１０３の下面から露出した充填材１０８にプローブ１８１ｂを接触させて、充填材１０８の充填状態を検査する（充填材検査工程）。スルーホール１０７に充填材１０８が充填不足で、プローブ１８１ａ、１８１ｂの間の電気抵抗が大きく導通していないと判定したときは、この圧電アクチュエータ１０６を不良と判別する（不良判別工程）。

その後、図９（ｃ）に示すように、不良と判別されなかった圧電層１０３の上面に、個別電極１０４を形成し、圧電層１０３の下面に、充填材１０８と導通するように共通電極１０５を形成する（電極形成工程）。その後、図９（ｄ）に示すように、圧電層１０３の上面から露出した充填材１０８と、圧電層１０３の下面に形成された共通電極１０５の導通を検査する（導通検査工程）。この製造方法によれば、不良判別工程の後に圧電層１０３の表面に電極を形成するため、不良と判別された圧電層１０３に電極を形成することなく、電極材を無駄にすることがない。

また、例えば、図１０に示すように、積層された複数枚の圧電層１１０を有し、これら複数枚の圧電層１１０の間に、駆動電位とグランド電位が選択的に付与される個別電極１１１と常にグランド電位に維持される共通電極１１２とが交互に配置された、いわゆる、積層型のアクチュエータにも本発明を適用させることができる（変形例２）。このとき、最上層の圧電層１１０の上面に、個別電極１１１と共通電極１１２を引き出す。この場合、共通電極１１２の引出部を複数設け、それらを互いに導通させる接続部を設けてもよい。

また、本実施形態においては、共通電極４４、４５から第１圧電層４０の上面に複数の引出部６８、６９で引き出されていたが、１つの引出部で引き出してもよい。この場合、上述した単純なユニモルフ型の圧電アクチュエータ１０６を例に挙げると、図８に示すようなテスター８０を用いて、テスター８０の一方のプローブ８１ａをスルーホール１０７内の充填材１０８の一方の表面に接触させ、他方のプローブ８１ｂを個別電極１０５に接触させて、充填材１０８と個別電極１０５の間の導通状態を検査する。充填材１０８が圧電層１０３内で充填不足である場合には、電気抵抗が非常に大きく、絶縁していることを検出することができる。

また、本実施形態においては、内部電極形成工程と表面電極形成工程を別工程で行っていたが、同じ工程で行ってもよい。すなわち、共通電極４４、４５を形成するのと同じ工程で、個別電極４３及び引出電極４６、４７を形成してもよい。また、導通検査工程は、接続部形成工程の後であってもよい。

また、本実施形態では、内部電極形成工程において、第１圧電層４０の下面に第１共通電極４４を形成しているが、第１圧電層４０の下面に重ね合わされる、第２圧電層４１の上面に第１共通電極４４を形成してもよい。また、第２圧電層４１の下面に第２共通電極４５を形成しているが、第２圧電層４１の下面に重ね合わされる、第３圧電層４２の上面に第２共通電極４５を形成してもよい。

以上、説明した実施形態及びその変更形態では、本発明を、記録用紙にインクを噴射して画像などを記録するインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータ及びこれの製造方法に適用したが、本発明の適用対象は、このようなインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータに限られず、様々な用途に使用される圧電アクチュエータ及びこれの製造方法に適用できる。

３２ 圧電アクチュエータ
３７、３８ スルーホール
４０〜４２ 圧電層
４３ 個別電極
４４ 第１共通電極
４５ 第２共通電極
４６ 第１引出電極
４７ 第２引出電極
６５、６６ 充填材
６８ 第１引出部
６９ 第２引出部

Claims (5)

1. 圧電層と、
   前記圧電層の一面において所定方向に配列され、且つ、それぞれの電位が、第１電位とこの第１電位よりも低い第２電位の間で切り替えられる、複数の第１電極と、
   前記複数の第１電極に対向して配置され、前記第１電位が付与される第２電極と、
   前記複数の第１電極に対向して配置され、前記第２電位が付与される第３電極と、を備えており、
   前記圧電層には、スルーホールが形成されるとともに、このスルーホール内に導電性の充填材が充填されることによって、前記第２電極を前記圧電層の前記一面に引き出す複数の第１引出部が設けられており、
   前記圧電層には、スルーホールが形成されるとともに、このスルーホール内に導電性の充填材が充填されることによって、前記第３電極を前記圧電層の前記一面に引き出す複数の第２引出部が設けられており、
   前記複数の第１引出部と前記複数の第２引出部とを形成する前記充填材は、前記第１電極を形成する導電性材料とは異なる材料であり、
   前記第１電極を形成する導電性材料は、前記充填材よりもマイグレーションが生じにくい材料であり、
   前記圧電層の前記一面の、前記複数の第１電極と前記所定方向と直交する方向に隣接する領域において、前記複数の第１引出部が前記所定方向に配列され、且つ、前記複数の第２引出部も前記所定方向に配列され、さらに、前記複数の第１引出部と前記複数の第２引出部とが、前記所定方向に並んでおり、
   前記圧電層の前記一面には、前記第１電極と同じ導電性材料により、前記複数の第１引出部の露出部分と導通する第１引出電極と、前記複数の第２引出部の露出部分と導通する第２引出電極が形成され、
   前記第１引出電極は、前記複数の第１引出部の前記露出部分を取り囲み、
   前記第２引出電極の前記所定方向と直交する方向の幅は、前記第１引出電極の前記所定方向と直交する方向の幅よりも小さいことを特徴とする圧電アクチュエータ。
2. 前記複数の第１電極、前記第１引出電極、及び、前記第２引出電極には、電源に接続されるとともに前記圧電層の前記一面を覆うように配置された配線部材を接続するためのバンプが、それぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
3. 前記第１電極に設けられているバンプは、この第１電極よりもマイグレーションが生じやすい材料で形成され、
   前記所定方向と直交する方向において、前記第２引出電極と前記第１電極のバンプとの距離が、前記第１引出電極と前記第１電極のバンプとの距離よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
4. 前記第１電極は、前記バンプが設けられる接点部を有し、
   前記バンプは、前記接点部に取り囲まれており、
   前記複数の第１電極のうち、前記第１引出電極よりも前記第２引出電極に近い位置にある前記第１電極の前記接点部は、前記第１引出電極に近い前記第１電極と比べて、前記バンプを大きく取り囲むように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電アクチュエータ。
5. 前記第１引出電極に設けられているバンプは、この第１引出電極よりもマイグレーションが生じやすい材料で形成され、
   前記第１引出電極に設けられた前記バンプは、前記第１引出電極に取り囲まれていることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の圧電アクチュエータ。

Images