JPH03197049A

JPH03197049A - 積層圧電アクチュエータ

Info

Publication number: JPH03197049A
Application number: JP33947589A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Matsumoto; 松本　修三; Osamu Naruse; 修成瀬; Hiromichi Komai; 博道駒井; Minoru Ameyama; 飴山　実; Toshitaka Hirata; 平田　俊敞; Tomoaki Nakano; 智昭中野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1991-08-28
Anticipated expiration: 2015-01-17
Also published as: JP2999492B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】技亙公国本発明は、積層圧電素子を備えたアクチュエータに関し
、より詳細には、積層圧電素子の内部電極構造に関する
。

灸末捉権本発明に係る従来技術が記載された公知文献としては以
下のものがある。

まず、特開昭６０−９０７７０号公報には、積層圧電素
子をアクチュエート手段として利用した一例が示されて
おり、この積層圧電素子は、実質的にアクチュエート部
のみを有し、非アクチュエート部を有しないものである
。

また、特開昭６３−４９５９号公報には、積層圧電素子
をアクチュエート手段として利用した他の一例が示され
ており、この積層圧電素子内の一部がアクチュエート部
として働き、内部電極は、アクチュエート部のみに配置
され、スルーホールによって電極のとり出しを行なうも
のであるが、そのため電極のとり出しが煩雑である。

第６図は、従来によるインクジェット記録装置の一実施
例を説明するための分解斜視図、第７図は、第６図の■
部拡大図、第８図は、第６図の側断面図で１図中、１は
基板、２は圧電素子（ＰＺＴ）、３は流路板、３ａはイ
ンク流路、４は液室、５はインク供給パイプ、６はノズ
ルプレート、６ａはノズル、７は銅線、８はリード線、
９はグランド用リード線、１０は充填剤、１１．１２は
保護板、ｌｌｂ、１２ｂは電極である。上記第６図乃至
第８図に示したインクジェット記録装置は、変位を大き
く得る為に、積層ＰＺＴを用い、アクチュエータが個別
駆動可能なように、積層されたＰＺＴの部分に溝加工Ｚ
ａ（分りやすくするために１箇所のみダブルハツチング
を施こして示しである）が施こされている。この溝の残
りの部分によって形成された凸部２ｂ（分りやすくする
ために１箇所のみダブルハンチングを施こして示しであ
る）が厚み変位することで、該凸部２ｂに対抗して設け
られた平行流路であるインク流路３ａが容積変化し、対
応するノズル６ａからインクを吐出する。又、溝部には
、隣接間の影響を受けないように、第７図に示すように
、充填剤１０が充填されているのが望ましい。

この実施例においては、第８図に示すように。

インクが噴射する側と、インクが供給される側の両方の
ＰＺＴ端部に、保護板１１．１２を設けている。

また、第９図および第１０図（ａ）、（ｂ）は。

従来のアクチュエート部と非アクチュエート部を有する
積層圧電素子の一例を示す０図中、Ａはアクチュエート
部、Ｂは非アクチュエート部である。

非アクチュエート部を有することによって積層圧電素子
上に直接他の構造物やＩＣドライバーチップ等を搭載で
きるようになっている。

第９図は、積層圧電素子の断面図であって、−対の内部
電極のうち、一方は積層圧電素子の実質的な全面に配置
されており、他の一方はアクチュエート部のみに配置さ
れている。これによってアクチュエート部と非アクチュ
エート部を有する構成としている。一対の電極は共に実
質的にアクチュエート部のみに配置されている例であり
、積層圧電素子内で選択的に区分した箇所にアクチュエ
ーションを与えることができる。このアクチュエータは
５固定条件によって厚み方向変位によるアクチュエーシ
ョン（第１０図（ｂ））と、長さ方向変位によるユニモ
ルフ状の７クチユエーシヨン（第１０図（ａ））等が行
なえる。

以上のような従来例においては、各積層厚み全体にわた
って、アクチュエーションの有無の分離が行なわれるた
め、各々の層の歪が加算されるような形となる。したが
って積層圧電素子のアクチュエーションによって、とく
に第９図のＸ部では圧力が高くなり、破壊強度に近くな
る。

積層圧電素子において、電極の欠損部等で圧電素子内部
に圧電的に伸びないような部分が存在すると、この不活
性部が歪の発生を抑圧すると同時に応力の発生原因とな
る問題を生ずる。このとき最大の引張および圧縮応力は
圧電素子の破壊強度に近くなることがある。アクチュエ
ート部と非アクチュエート部を有する積層圧電素子にお
いては、その圧電素子内部に構造的にこのような電極の
欠損部が存在する。したがって、応力を緩和する手段が
望まれている。

１−一匁本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
小型化、高信頼化を図るために、積層圧電素子上に直接
他の構造物やＩＣドライバーチップ等を搭載することが
できるような構成としたとき、必要な部分の変位のみを
確保して、電気容量の低減化を図ることができ、電極の
とり出しが容易で簡易に行なうことのできる積層圧電素
子を備えたアクチュエータを提供することを目的として
なされたものである。

膿−−」逸本発明は、上記目的を達成するために、（１）アクチュ
エート手段として積層圧電素子を使用する積層圧電アク
チュエータにおいて、該積層圧電素子の一対の内部電極
にはアクチュエート部のみに一対の電極が対向するよう
に配設され、アクチュエート部と非アクチュエート部と
を有する積層圧電素子を備えたこと、更には、（２）前
記積層圧電素子の一対の内部電極の一方は、積層圧電素
子の実質的な全面に配設されており、他の一方はアクチ
ュエート部のみに配設されることによって。

アクチュエート部と非アクチュエート部とを有すること
、或いは、（３）前記アクチュエート部と前記非アクチ
ュエート部を有する積層圧電素子における一対の内部電
極において、少なくともその一方の電極の各層の電極面
積が漸次変化していることを特徴としたものである。以
下、本発明の実施例に基づいて説明する。

第１図は、本発明による積層圧電素子を備えたアクチュ
エータの一実施例を説明するための構成図で、図中、２
１は基板、２２は積層圧電素子、２３は流路板、２３ａ
はインク流路、２４は液室、２５はインク供給パイプ、
２６はノズルプレート。

２６ａはノズル、２７は銅線、２８はリード線、２９は
グランド用リード線、３１．３２は保護板、３１ｂ、３
２ｂは電極、Ａはアクチュエート部、Ｂは非アクチュエ
ート部である。

積層圧電素子２２の一対の電極３１ｂ、３２ｂのうち、
一方の電極（ここではホット側：３２ｂ）は、実質的に
圧電素子の全面に配置され、他の一方の電極（ここでは
グランド側：３１ｂ）は、インク流路２３ａに対応する
部分にだけ配置するようにして、アクチュエート部Ａと
非アクチュエート部Ｂとを有するような構成をしている
。これによると、電極のとり出し等は従来と全く同等に
容易に行える。

第２図は、積層圧電素子２２上に駆動ＩＣドライバーチ
ップ３３を搭載した例で、直接駆動素子の端子を接続す
ることを図ったものである。

このように、内部電極３１ｂ、３２ｂは、第１図と同様
に一方の電極のみアクチュエート部のみに配設し、外部
電極を電極とり出し等の構成にあわせて一部非アクチュ
エート部まで延伸させてもよい。

第３図は、アクチュエート部Ａを中央部に配置した構成
例で、ｌｌｂはグランド側電極、１２ｂはホット側電極
となっている。ところで１１ｂ。

１２ｂの一対の電極は、積層圧電素子に実質的に全面配
置になっている。これによると、電気容量が著しく増加
するため駆動時の電流が大となり、ドライバー側の負担
が増加する。ところが、インク吐出に寄与するアクチュ
エート部はインク流路に対応する部分だけである。そこ
で素子における必要部分のみをアクチュエート部とする
ことで電気容量の低減化が図れる。

第４図（ａ）、（ｂ）は、アクチュエート部と非アクチ
ュエート部との間を長さ方向で稼ぐことにより、応力緩
和を図れるようにしたものである。

第４図（ａ）、（ｂ）において、一対の内部電極のうち
一方は第９図と同様で実質的に全面配置となっている。

他の一方は、全層の電極は、アクチュエート部Ａまで配
置され、さらに、各層の電極ごとに漸次変化して、非ア
クチュエート部Ｂまで形成されている。したがって、図
のように、アクチュエート部Ａと非アクチュエート部Ｂ
に、半アクチュエート部Ｃが設けられている。これによ
って従来例に示した第９図のＸ部での著しかった応力上
昇を、半アクチュエート部Ｃの長さ方向全体で応力緩和
することができるようになる。

このように各層の電極面は半アクチュエート部によって
漸次変化させる。その変化量は、応力緩和の必要量と素
子全体の形状との関連によって適当に選定すればよいが
、第４図（ｃ）に示すように、電極面の変化量と各層の
厚みとの関係は各層の厚み：ｔに対し、一対の電極面の
変化長さ：Ｌは。

ｔ＜Ｌ／２とすることが望ましい。この第４図（Ｃ）は、第４図（
、）のＤ部の拡大図である。

また、一対の電極のうち、一方の電極を全面配置した例
をこれまで説明してきたが、スルーホールによる電極の
引き出し等により一対の電極は共にアクチュエート部の
みに配置するような構成とすることもできる。

また、第４図（ｃ）のように電極面の変化量（第４図（
ｃ）ではＬ）は一定でなくてもよく、各圧電素子層の厚
さ（第４図（ｃ）ではｔ）も必ずしも一定でない場合で
も応用可能となる。

また、第５図のように、アクチュエート部Ａを中央に配
設し、その両側に半アクチュエート部Ｃを介して非アク
チュエート部Ｂを形成するようにしてもよい。

劾ニーー釆− 以上の説明から明らかなように１本発明によると、以下
のような効果がある。

（１）積層圧電素子においては電気容量が著しく増加す
るため、駆動時の電流が大となり、ドライバー側の負担
が増加する。これをアクチュエート部の必要部分のみに
一対の電極を対向して配置させることにより電気容量の
増加を抑制できる。また、電極のとり出しも容易性を損
なうことがない（請求項１に対応）。

（２）内部電極面積を、漸次変化させたため、各層毎に
応力が緩和され、各層の歪が加算されるような形で応力
が集中されることを防ぐことができる。これによって積
層圧電素子内にアクチュエート部と非アクチュエート部
とを有する構造においても圧電素子の破壊を防ぐことが
できる。また、これによって、必要な部分の変位のみ確
保し、かつ電気容量を低減させることもできる（請求項
２に対応）。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による積層圧電素子を備えたアクチュ
エータの一実施例を説明するための構成図、第２図は、
積層圧電素子に駆動ＩＣドライバーチップを搭載した例
を示す図、第３図は、アクチュエート部を中央部に構成
した例を示す図、第４図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ア
クチュエート部と非アクチュエート部に半アクチュエー
ト部を設けた例を示す図、第５図は、第４図（ａ）のＤ
部の拡大図、第６図は、従来のインクジェット記録装置
の例を示す図、第７図は、第６図のＨ部拡大図、第８図
は、第６図の側断面図、第９図及び第１０図（ａ）、（
ｂ）は、従来のアクチュエート部と非アクチュエート部
とを有する積層圧電素子の例を示す図である。２１・・・基板、２２・・・積層圧電素子、２３・・・
流路板、２３ａ・・・インク流路、２４・・・液室、２
５・・・インク供給パイプ、２６・・・ノズルプレート
、２６ａ・・・ノズル、２７・・・銅線、２８・・・リ
ード線、２９・・・グランド用リード線、３１．３２・
・・保護板、３１ｂ。３２ｂ・・・電極。第４図ＣａンＣｂ＋（Ｃ）第図第６図第図第図第０図ｔＱ）（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】１、アクチュエート手段として積層圧電素子を使用する
積層圧電アクチュエータにおいて、該積層圧電素子の一
対の内部電極にはアクチュエート部のみに一対の電極が
対向するように配設され、アクチュエート部と非アクチ
ュエート部とを有する積層圧電素子を備えたことを特徴
とする積層圧電アクチュエータ。２、前記アクチュエート部と前記非アクチュエート部と
を有する積層圧電素子における一対の内部電極において
、少なくともその一方の電極の各層の電極面積が漸次変
化していることを特徴とする積層圧電素子を備えた積層
圧電アクチュエータ。