JPH10181013A

JPH10181013A - 圧電アクチュエータとその製造方法

Info

Publication number: JPH10181013A
Application number: JP8349029A
Authority: JP
Inventors: Shin Okubo; 慎大久保
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 1998-07-07
Anticipated expiration: 2016-12-26
Also published as: JP3340043B2

Abstract

(57)【要約】【課題】良好なアクチュエータの駆動特性を実現しつ
つ、発生応力を低く抑えることを可能とし、信頼性の高
いアクチュエータを得る。【解決手段】基板１上に、電極を有する圧電素子２を備
えてなる圧電アクチュエータ１０において、上記圧電素
子２と基板１との接合部の側面に、曲率半径０．５〜８
０μｍの凹曲面部７を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を用いた
ユニモルフ型やバイモルフ型等の、屈折変位を発生させ
るタイプのアクチュエータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ユニモルフ型やバイモルフ型のアクチュ
エータは、基板に接合された圧電素子に電圧を印加する
ことにより、該圧電素子を基板と共に屈折変形させ、電
気的エネルギーを機械的エネルギーに容易に変換せしめ
るデバイスである。この圧電アクチュエータは、特に発
音体（スピーカー等）、インクジェットプリンタヘッ
ド、各種振動子等に用いられる。また、この圧電アクチ
ュエータは、圧電素子の変位を拡大して出力することが
可能であり、ミクロンオーダーの優れた位置決め精度を
有する。

【０００３】図４に、圧電アクチュエータ１０をインク
ポンプとして用いたインクジェットプリンターヘッドの
一例を示す。このヘッドの概略構造は、インク室２１と
これに連通するノズル２２を備えたヘッド基板２０に、
圧電アクチュエータ１０を接合してある。この圧電アク
チェータ１０は、各インク室２１に圧力を加える振動板
となる薄肉の基板１の表面に、上部電極４を有する圧電
素子２を接合層５を介して備えたものである。そして、
上記上部電極４と下部電極を成す基板１との間に電圧を
印加して圧電素子２と基板１を変形させ、インク室２１
内の圧力を上昇させることによって、インク（不図示）
をノズル２２より噴出させるようになっている。

【０００４】なお、上記基板１、ヘッド基板２０は金属
材で形成されており、図では１つのインク室２１しか示
していないが、同様のものが複数、一列に並んでインク
ジェットヘッドを構成している。

【０００５】また、特開平６−４００３０号、特開平６
−２１８９２９号公報等に示されるように、このインク
ジェットヘッドの材質としてセラミックスを用いること
も提案されている。

【０００６】例えば図４と同じ構造で、酸化アルミニウ
ム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウムのうちのいず
れか一種類を主成分とするセラミックスからなるヘッド
基板２０に、酸化ジルコニウムを主成分とするセラミッ
クスからなる基板１を備え、この基板１に、ＰＺＴなど
の圧電素子２を上部電極４と下部電極を成す接合層５と
により挟持して接合したものが知られている。

【０００７】これらの圧電アクチュエータ１０の製造方
法としては、予め所定形状に加工された圧電素子２を、
接着剤や低融点ガラスなどの接合層５により基板１上に
固着する方法や、あるいは上記各公報等に記されるよう
に、基板１を耐熱性に優れたセラミックスとし、その上
に圧電材料のセラミック粒子を主成分とするペーストや
スラリーを用いて、所定形状の膜を形成した後に、焼成
により基板上に結合する方法などが提案されている。

【０００８】なお、上記圧電アクチュエータ１０は、イ
ンクジェットヘッド以外に、発音体やその他の各種振動
体としても広く使用されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の例に
あげたインクジェットプリンターヘッド等においては、
印字品質・印字速度向上という観点から、圧電アクチュ
エータ１０の低電圧作動化、高速応答化が要求される。
かかる特性を実現するためには、振動板となる基板１上
の圧電素子２を高密度・高精度に配置し、かつ基板１上
に配される各々の圧電素子２を、ばらつき無く高精度に
小型化する必要がある。また、このような圧電素子２の
小型化は、ユニモルフ型、バイモルフ型の圧電アクチュ
エータ一般において、形状と動作の精密化に寄与するも
のである。

【００１０】ところが、上記図４に示す圧電アクチュエ
ータ１０では、基板１と圧電素子２との接合部の不均一
により、アクチュエータとしての駆動特性にばらつきが
生じたり、あるいは駆動時に接合層に過度の応力集中が
生じて、圧電素子２の破損や剥離が生じるという問題が
あった。

【００１１】また、上記の圧電アクチェータの製造方法
では、小型の圧電素子２を高精度に形成することが困難
であり、この結果、アクチュエータ駆動時の信頼性低下
を誘発するという問題があった。

【００１２】例えば、所定形状に形成した圧電素子２を
基板１に接合する製造方法の場合、圧電素子２を所定の
小型形状に加工すること自体が難しかった。特に圧電素
子２を薄くした場合、加工時や基板１に接合する際に破
損しやすいことから、製造工程全体を通じて、圧電アク
チュエータの歩留りが低下するという問題があった。さ
らに、多数の圧電素子２を基板１上に配する場合、これ
らの圧電素子２を精度良く位置決めすることが難しかっ
た。

【００１３】一方、圧電セラミックを主成分とするペー
ストやスラリーによる膜形成で圧電素子２を形成する製
造方法の場合は、圧電素子２の焼成前の状態における形
状が不安定であり、損傷を受けやすいという問題があっ
た。また、その後の焼成において、圧電素子２を成すセ
ラミック膜の収縮のコントロールが難しく、焼成後に得
られる圧電素子２の寸法上の不良により、歩留りが悪く
なるなどの問題があった。

【００１４】そのため、従来の圧電アクチュエータをイ
ンクジェットヘッドに用いた場合、基板１上に形成され
た各圧電素子２の寸法がばらつくことにより、ノズル毎
にインク吐出性能にばらつきが生じ、ヘッドの駆動性能
に影響を及ぼすという問題があった。

【００１５】本発明は、このような事情を背景に為され
たものであり、その課題とするところは、インクジェッ
トプリンタヘッド、発音体（スピーカー等）、各種振動
子等に用いられる、バイモルフ型、ユニモルフ型の圧電
アクチュエータにおいて、小型化・高精度化を可能とし
つつ、安定した特性を有する圧電アクチュエータと、そ
の安定した生産を実現する製造方法を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に、電
極を有する圧電素子を備えてなる圧電アクチュエータに
おいて、上記圧電素子と基板との境界部に、曲率半径
０．５〜８０μｍの凹曲面部を形成したことを特徴とす
る。

【００１７】また本発明は、上記圧電素子の側面が、垂
直方向に対して４５°以下の角度の斜面状となっている
ことを特徴とする。

【００１８】即ち、本発明によれば、基板と板状または
膜状の圧電素子の境界部に、曲率を半径０．５〜８０μ
ｍの凹曲面部を形成することにより、アクチュエータ駆
動時に、上記境界部における応力集中を少なくし、圧電
素子の破損や剥離を防止するようにしたものである。

【００１９】さらに、圧電素子の側面を垂直方向に対し
て４５°以下の斜面とすることにより、端部の破損を防
ぎながら、圧電素子の変形を容易とすることができる。

【００２０】また、本発明は、上記圧電素子が、ジルコ
ン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ系）、マグネシウムニオブ酸鉛
（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、マン
ガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、亜鉛ニオブ酸
鉛、チタン酸鉛などの一種又は二種以上を主成分とする
圧電セラミックスからなり、その厚さが１〜１００μｍ
であることを特徴とする。

【００２１】上記の圧電セラミックスは、圧電特性にす
ぐれるのみならず、ブラスト加工に対して、以下に示す
各種基板材料の多くより、良好な被加工性を有する。こ
れにより、基板上の圧電素子をブラスト加工する際に被
加工部の圧電素子を良好に除去することができる。

【００２２】さらに本発明は、上記基板が、ＺｒＯ₂、
Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄等を主成分とするセラミック
ス、ガラス、またはステンレス、チタン、ニッケル、
銅、アルミ合金などの金属材料、または高弾性の樹脂材
料のいずれかよりなることを特徴とする。

【００２３】なお、基板の材質としては、圧電素子より
もブラスト処理に対して高い耐久性を有する材料を用い
ることが好ましい。

【００２４】また、本発明は、基板上に板状または膜状
の圧電素子を接合した後、該圧電素子にマスクを形成
し、高精度微細ブラスト加工により非マスク部の圧電素
子を除去するとともに、圧電素子と薄肉基板との接合部
の側面を凹曲面状に加工する工程からなる圧電アクチュ
エータの製造方法を特徴とする。

【００２５】即ち、本発明によれば、マスクを形成した
上でブラスト加工を行うことにより、ブラスト加工の条
件を調整することによって、圧電素子と基板の境界部を
所定の曲率半径を持った凹曲面状としたり、圧電素子の
側面を所定の斜面状とすることが容易となる。

【００２６】しかも、マスクパターンに従う任意の形状
の圧電素子を基板上に形成でき、多数の小型の圧電素子
を、基板上に高密度に精度よく配置することが容易に実
現可能となる。また、インクジェットヘッドに用いる圧
電アクチュエータに本製造方法を適用すれば、基板上に
配置される各圧電素子の寸法、位置決めを極めて高精度
とすることができ、各ノズルのインク吐出性能を均質化
できる。さらに本発明においては、圧電素子を基板上に
固定した後で加工をを行うことにより、圧電素子の基板
上への位置決めや接合時の破損という問題を解消でき
る。

【００２７】なお、前述した特開平６−１１３３９６号
あるいは特開平７−１１５２３２号公報には、ブラスト
加工を用いる製造方法が記載されているが、これは本発
明とは異なっている。即ち、上記公報に示される方法で
は、圧電素子自体の表面粗度や金属製基板の表面粗度を
調整するためにブラスト加工を施しており、本発明のよ
うに圧電素子を所定形状に加工するためのものではな
い。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態をインク
ジェットヘッドを例にとって図により説明する。

【００２９】図１に示すインクジェットヘッドは、イン
ク室２１とノズル２２が形成されたヘッド基板２０の上
面に、圧電アクチュエータ１０を接合した構造であり、
この圧電アクチュエータ１０は、薄肉の基板１上に接合
層５を介して圧電素子２が接合され、該圧電素子２の上
面に上部電極４が備えられている。なお、各圧電素子２
はインク室２１に対応する位置に備えられるとともに、
一方の端部２ａが連結した形状となっている。

【００３０】ここで、基板１を金属等の導電材で形成す
る場合は、基板１自体を下部電極とすることができる
が、その他の場合は、接合層５を導電材で形成して下部
電極と成すことができる。そして、これらの電極間に電
圧を印加すれば圧電素子２及び基板１が変形してインク
室２１を加圧し、ノズル２２よりインク（不図示）を噴
射させることができる。

【００３１】また、図３に拡大断面図を示すように、基
板１と圧電素子２との境界部には曲率半径Ｒが０．５〜
８０μｍの凹曲面部７が形成されており、圧電素子２の
側面２ｂは垂直方向に対する角度αが４５°以下の斜面
状となっている。そのため、圧電アクチュエータ１０の
駆動時に、基板１と圧電素子２の接合部に応力が加わっ
ても、凹曲面部７が存在し、圧電素子２の側面２ａが斜
面状となっていることから応力集中を緩和し、圧電素子
２の破損や剥離を防止できる。また、圧電素子２の側面
２ａが斜面状となっているため、圧電素子２の変形を容
易にすることもできる。

【００３２】なお、上記凹曲面部７の曲率半径Ｒを０．
５〜８０μｍとしたのは、曲率半径Ｒが０．５μｍ未満
では応力緩和の効果に乏しく、一方８０μｍを超えると
圧電素子２が充分に変形しにくくなるためである。

【００３３】また、この凹曲面部７の曲率半径Ｒの測定
は、所定の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用い
て２００〜２００００倍程度に拡大した写真を元にして
測定する。さらに、この凹曲面部７は接合層５及び圧電
素子２の基板１側端部に形成され、基板１と圧電素子２
の接合部の全ての範囲にわたって存在することが好まし
いが、部分的に存在していても良い。

【００３４】このような凹曲面部７は、詳細を後述する
ように、ブラスト加工を施すことによって、所定の曲率
半径Ｒとなるように容易に形成することができる。

【００３５】また、本発明は、上記圧電素子２の材質と
しては、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ系）、マグネシ
ウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、ニッケルニオブ酸鉛（Ｐ
ＮＮ系）、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、
亜鉛ニオブ酸鉛、チタン酸鉛などの一種又は二種以上を
主成分とする圧電セラミックスを用い、その厚さを１〜
１００μｍとすることが好ましい。

【００３６】上記の圧電セラミックスは、圧電特性にす
ぐれるのみならず、ブラスト加工に対して、以下に示す
基板１の各種材料の多くより、良好な被加工性を有す
る。これにより、基板１上の圧電素子２をブラスト加工
する際に被加工部の圧電素子２を良好に除去することが
できる。

【００３７】一方、上記基板１の材質としては、ＺｒＯ
₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄等を主成分とするセラミッ
クス、ガラス、またはステンレス、チタン、ニッケル、
銅、アルミ合金などの金属材料、または高弾性の樹脂材
料等を用いる。いずれの場合も、上記圧電素子２よりも
ブラスト処理に対して高い耐久性を有する材料を用いる
ことが好ましい。

【００３８】また、上部電極４及び下部電極を兼用する
場合の接合層５の材質としては、プラチナ、銀、銀−パ
ラジウム等を用い、下部電極を兼用しない場合の接合層
５の材質としてはガラス、接着剤、各種カップリング剤
等を用いる。

【００３９】次に、本発明の圧電アクチュエータ１０と
して、基板１が下部電極を成す場合の製造方法を説明す
る。

【００４０】まず、図２（ａ）に示すように、基板１の
表面に接合層５を介して板状の圧電素子２を接合した
後、図２（ｂ）に示すように圧電素子２上に、櫛状パタ
ーンのマスク３を形成する。このマスク３上からＳｉＣ
又はＡｌ₂Ｏ₃等の微粒子６を噴射するブラスト加工を
行えば、マスク３のない部分圧電素子２及び接合層５を
除去することができる。その後、マスク３を除去すれ
ば、図２（ｃ）に示すように、圧電素子２の形状をマス
ク３と同じ櫛状とすることができ、この圧電素子２の上
に上部電極４を形成すれば、図１に示す圧電アクチュエ
ータ１０を得ることができる。

【００４１】以下、上記各工程を詳細に説明する。ま
ず、図２（ａ）に示す工程では、接合層５を成すガラ
ス、接着剤、各種カップリング剤などを、公知の各種の
厚膜形成法、例えばスクリーン印刷、スプレー、ディッ
ピング、塗布などの厚膜形成手法により、基板１の表面
に形成した後、板状の圧電素子２を接合する。この時、
接合層５がガラスの場合は圧電素子２を熱接合し、接合
層５が接着剤やカップリング剤の場合は圧電素子２を接
着する。

【００４２】次に、図２（ｂ）に示す工程では、圧電素
子２上に感光性樹脂や金属板等からなるマスク３を形成
する。マスク３として感光性樹脂を用いる場合は、圧電
素子２上の全面に、上記の厚膜形成法により感光性樹脂
を塗布するか、又は予め所定の厚さに形成された感光性
樹脂シートを貼付後、該感光性樹脂層上に所定形状の遮
蔽物を設け、露光させることにより、所定形状のマスク
パターンを形成する。このような方法によれば、極めて
微細な形状のマスク３を高精度で形成することができ、
その結果、微細な形状の圧電素子２を高精度で形成する
ことができる。また、マスク３に金属を用いる場合、あ
らかじめ打ち抜きなどで所定のパターンを形成し、これ
を接着剤などで圧電素子２上に固定する。

【００４３】この後、マスク３の上からブラスト加工を
施し、圧電素子２を所定形状に加工した後、図２（ｃ）
に示すようにマスク３を除去するが、必要であれば空気
噴射や超音波洗浄により、加工に使用した微粒子６や、
加工した圧電素子２の微粉を除去する。

【００４４】その後、圧電素子２の表面に上部電極４を
形成するが、この上部電極４の形成方法は、公知の各種
の膜形成法を用いることができる。例えばスクリーン印
刷、スプレー、ディッピング、塗布などの厚膜形成手
法、イオンビーム、スパッタリング、真空蒸着、イオン
プレーティング、ＣＶＤ、メッキなどの薄膜形成手法に
よって形成することができる。いずれの方法を用いるか
ということは、基板１の材料、あるいは接合層５の材料
特性、特にその耐熱温度に依存して決定される。

【００４５】なお、製造方法の他の形態として、予め図
２（ａ）の段階で上部電極４まで形成しておき、この上
にマスク３を形成した後、ブラスト加工を施すこともで
きる。この場合、図３に示すようにマスク３のない部分
の上部電極４、圧電素子２、接合層５を除去し、加工後
にマスク３を除去すれば圧電アクチュエータ１０を得る
ことができる。

【００４６】さらに製造方法の他の形態として、基板１
を絶縁体で形成し、接合層５を下部電極と兼用させる場
合の製造方法は以下の通りである。

【００４７】まず、耐熱絶縁材料からなる基板１上に、
下部電極を兼用する接合層５を成す電極ペーストを上記
各種の膜形成法により塗布し、この上に圧電素子２を成
す圧電セラミックスのペーストまたはスラリーを上記各
種の膜形成方法で形成し、その後、これらを同時焼成す
ることにより、図２（ａ）に示すように、基板１上に下
部電極を兼用する接合層５と圧電素子２を積層した構造
体を得ることができる。その後は、前述した方法と同様
にすればよい。

【００４８】以上のいずれの製造方法においても、図３
に示すように微粒子６でブラスト加工を施す際に、基板
１と圧電素子２との境界部が凹曲面状となりやすく、凹
曲面部７を容易に形成できる。同様に、圧電素子２の側
面２ｂを容易に斜面状に形成できる。このとき、微粒子
６の粒径やブラスト加工の条件等を変化させれば、所定
の曲率半径Ｒを持った凹曲面部７や所定の角度αの側面
２ｂを形成することができる。

【００４９】なお、この時図３（ｂ）に示すように、接
合層５を完全に分断せず、一部がつながった状態として
も良い。

【００５０】また、図１に示すインクジェットヘッドの
ように、基板１の下にヘッド基板２０を接合する場合
は、予めインク室２１及びノズル２２を形成したヘッド
基板２０を基板１に接合しておき、しかるのち、上記の
方法で基板１上に圧電素子２を形成することができる。

【００５１】この場合、基板１のインク室２１を覆う部
分で、ブラスト加工の気体圧力により、基板１が損傷を
受ける可能性がある。このような場合は、予め非圧縮性
の液体を注入してインク室２１を満たし、インク流路と
ノズル２２を塞ぐことによって、インク室２１内の液体
によってブラスト加工時の気体圧力を支持することがで
きる。なお、ブラスト加工後には、インク流路とノズル
２２を開放し、インク室２１内の液体を低温で加熱、ま
たは自然蒸発させれば良い。

【００５２】なお、本発明の圧電アクチュエータ１０の
構造や形状は、上記の内容に限定されるものではない。
また、上記実施形態ではインクジェットヘッドに用いた
例について説明したが、本発明の圧電アクチェータ１０
は、発音体やその他の各種振動体としてさまざまな分野
に用いることができる。

【００５３】

【実施例】本発明の圧電アクチェータ１０を図２に示す
製造方法で作製した。

【００５４】チタン酸ジルコン酸塩（ＰＺＴ）を主成分
とする厚み３０μｍのセラミックグリーンシートを、金
型により板状に打ち抜いた後、焼成し、板状の圧電素子
２を作製した。なお、このとき、そりを防ぐために、重
りをのせて脱バインダー及び焼成を行った。

【００５５】次に、図２（ａ）に示すように、厚み１０
μｍのステンレス製の基板１の表面に、融点が５００℃
以下の低融点ガラスのペーストによる接合層５をスクリ
ーン印刷により形成し、乾燥後、上記板状の圧電素子２
を重ね合わせ、重りをのせて約５００℃で約５分間の熱
処理を行い、両者を接合させた。

【００５６】次に、圧電素子板２上に感光性樹脂シート
を貼付し、所定のマスクパターンを残すように感光性樹
脂を露光させることによって、図２（ｂ）に示すよう
に、圧電素子２上にマスク３を形成した。このマスク３
の上から、ブラスト加工を施すことにより、マスク３の
内部分の圧電素子２及び接合層５を除去した後、残った
マスク３を除去して、図２（ｃ）に示す形状の圧電素子
２を得た。

【００５７】その後、圧電素子２上に銀からなる上部電
極４を蒸着し、配線を施して圧電素子２の分極を施し
て、圧電アクチュエータ１０を得た。

【００５８】以上のようにして作製された圧電アクチュ
エータ１０は、良好に作動し、特に圧電素子２と基板１
の接合面における剥離や圧電素子２縁部の破損が減少
し、信頼性に優れるアクチュエータが実現できた。ま
た、複数の圧電素子２を一枚の基板１上に形成する場合
においても、圧電素子２の形状および駆動特性にばらつ
きが少なくなった。また、圧電素子２を基板１と一体に
して加工することから、取扱いが容易になり、製品の歩
留りが向上した。

【００５９】特に、本発明の圧電アクチュエータ１０を
インクジェットヘッドに適用した場合、小型の圧電素子
２を精度よく配置することが可能となり、インクジェッ
トヘッドの高密度化が実現された。

【００６０】実験例１次に、上記の圧電アクチュエータ１０を図１に示すイン
クジェットヘッドに適用し、基板１と圧電素子２との境
界部の凹曲面部の曲率半径Ｒを変化させる実験を行っ
た。

【００６１】図１のインク室２１に対応する基板１及び
圧電素子２の幅（図面の左右方向）は２６０μｍ、長さ
（図面の奥行き方向）は３ｍｍとし、基板１は厚み２０
μｍのステンレス、接合層５は厚み２０μｍの低融点ガ
ラスとし、圧電素子２は厚み７０μｍのＰＺＴで形成し
た。

【００６２】また、ブラスト加工の条件を変化させて、
凹曲面部７の曲率半径Ｒを表１に示すように０〜９０μ
ｍの範囲で変化させた。なお、曲率半径Ｒの測定は、断
面を走査型顕微鏡で２００〜２００００倍に拡大した写
真から求めた。各圧電アクチュエータ１０に、電圧を１
００Ｖ印加した際に、圧電素子２及びに接合層５に生じ
る最大応力をコンピュータシミュレーションによって算
出し、同時に変位量を測定した。

【００６３】結果は表１に示す通りである。この結果よ
り、曲率半径Ｒを０．５μｍ以上に大きくすると、応力
集中が抑制されるため、圧電素子２及び接合層５に発生
する応力が１１０ＭＰａ以下に低下する傾向が見られ
た。その一方で、曲率半径Ｒを８０μｍよりも大きくす
ると基板１に固定される圧電素子２の非活性部の面積が
増えるため、基板１の変位量が０．５μｍ以下に小さく
なる傾向が見られる。

【００６４】また、ブラストの加工能力から、０．５μ
ｍ以下の曲率半径Ｒをつけることは困難であり、その一
方で加工できる圧電素子２の厚みは１００μｍ程度が限
界である。また、曲率半径Ｒが極端に大きくなる場合、
形状のコントロールが難しくなり、圧電素子２の駆動特
性に影響を及ぼすこととなる。

【００６５】以上の条件を考慮し、応力集中を防ぎ、適
当な変位が得られ、かつ加工を可能とするには、凹曲面
部７の曲率半径Ｒを０．５〜８０μｍとすれば良い。

【００６６】

【表１】

【００６７】実験例２次に、圧電素子２の側面２ｂの垂直方向に対する角度α
を変化させた場合の発生応力と変位の関係を調べた。

【００６８】上記と同様の圧電アクチュエータ１０にお
いて、凹曲面部７の曲率半径Ｒを０とし、基板１側との
接合面の幅を一定にして、圧電素子２の側面２ｂの垂直
方向に対する角度αを０〜６０°まで変化させた場合
の、各条件における基板１の変位とアクチュエータに生
じる最大応力の関係を表２に示す。

【００６９】表２に示すように、角度αの増大に伴って
最大変位量は増加し、角度αが４５°を過ぎた後減少に
転じた。一方、最大発生応力は漸次減少していった。こ
れは、圧電素子２の側面２ｂが斜面状になると、圧電素
子２が基板１側に凸となるように曲がりやすくなる傾向
が現れ、その後角度αが大きくなりすぎると、圧電素子
２の接合面積に対する上部電極４の面積が小さくなり、
圧電素子２の駆動効率が低下するためであると考えられ
る。また、この間の応力の低下傾向は、斜面による圧電
素子２の剛性低下と、後には変位量の減少が同時に影響
したものと考えられる。

【００７０】以上の結果より、圧電アクチュエータ１０
の発生応力を低減せしめ、同時に変形特性を確保するに
は、圧電素子２の側面２ｂを斜面状とし、その角度αを
４５°以下の範囲とすればよい。

【００７１】

【表２】

【００７２】実験例３次に、ブラストによる材料毎の加工性の違いについて実
験を行った。

【００７３】圧電素子２を成す平滑なＰＺＴ板の表面
に、一辺１ｃｍの正方形部分を残して、感光製樹脂でマ
スクを施し、平均粒径６μｍのＳｉＣ微粉を、４ｋｇｆ
／ｃｍ²の気体圧力、４０ｇ／分のレートでこのＰＺＴ
板に１５秒間噴射して正方形の孔を形成した後、形成さ
れた正方形孔の四隅部と中心の深さをダイヤルゲージに
より測定し、その差の平均を求め、加工レートを算出し
た。

【００７４】一方、基板１を成す材質として、ステンレ
ス、アルミナセラミックス、ジルコニアセラミックスに
ついても上記と同じ実験を行った。

【００７５】結果は表３に示す通りである。この結果よ
り、ステンレス、アルミナ、ジルコニアの加工性はＰＺ
Ｔに劣るものであり、ブラスト加工に対する耐久性が高
いことがわかる。したがって、本発明の圧電アクチュエ
ータ１０において、好ましくは、ＰＺＴからなる圧電素
子２に対し、よりブラストに対する耐久性を有するステ
ンレス、アルミナ、ジルコニア等の材料を基板１として
使用することにより、ブラスト加工に際して基板１の損
耗をできるかぎり抑制することができる。

【００７６】

【表３】

【００７７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、基板上
に、電極を有する圧電素子を備えてなる圧電アクチュエ
ータにおいて、上記圧電素子と基板との境界部に、曲率
半径０．５〜８０μｍの凹曲面部を形成したことによっ
て、良好なアクチュエータの駆動特性を実現しつつ、発
生応力を低く抑えることを可能とし、この構造により、
信頼性の高いアクチュエータを得ることができる。

【００７８】また本発明によれば、基板上に板状または
膜状の圧電素子を接合した後、該圧電素子にマスキング
を施し、高精度微細ブラスト加工により非マスキング部
の圧電素子を除去するとともに、圧電素子と基板との接
合部の側面を凹曲面状に加工する工程から圧電アクチュ
エータを製造することによって、任意形状の圧電素子を
高密度に精度良く基板上に配置するとともに、加工時の
損傷が減り、安定した製造が可能となる。

【００７９】さらに本発明の圧電アクチュエータをイン
クジェットヘッドに用いることにより、インクジェット
ヘッドの高密度化が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電アクチェータを用いたインクジェ
ットヘッドを示す一部破断斜視図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の圧電アクチュエータ
の製造方法を説明するための斜視図である。

【図３】本発明の圧電アクチュエータの製造方法を説明
するための断面図である。

【図４】従来の圧電アクチュエータを用いたインクジェ
ットヘッドを示す断面図である。

【符号の説明】

１：基板２：圧電素子３：マスク４：上部電極５：接合層６：微粒子７：凹曲面部１０：圧電アクチュエータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、電極を有する圧電素子を備えて
なる圧電アクチュエータにおいて、上記圧電素子と基板
との境界部に、曲率半径０．５〜８０μｍの凹曲面部を
形成したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項２】上記圧電素子の側面が、垂直方向に対して
４５°以下の角度の斜面状となっていることを特徴とす
る請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】上記圧電素子が、ジルコン酸チタン酸鉛
（ＰＺＴ系）、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ系）、
ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ系）、マンガンニオブ酸
鉛、アンチモンスズ酸鉛、亜鉛ニオブ酸鉛、チタン酸鉛
などの一種又は二種以上を主成分とする圧電セラミック
スからなり、その厚さが１〜１００μｍであることを特
徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】上記基板が、ＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ
₃Ｎ₄等を主成分とするセラミックス、ガラス、または
ステンレス、チタン、ニッケル、銅、アルミ合金などの
金属材料、または高弾性の樹脂材料のいずれかよりなる
ことを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】基板上に板状または膜状の圧電素子を接合
した後、該圧電素子にマスクを形成し、高精度微細ブラ
スト加工により非マスク部の圧電素子を除去するととも
に、圧電素子と薄肉基板との境界部を凹曲面状に加工す
る工程からなる圧電アクチュエータの製造方法。