JPH0577431A - 積層形圧電変位素子の固定構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 積層形変位圧電変位素子を基台と接着して使
用する場合、基台と積層形圧電変位素子との間の接着層
にクラック及び剥離が入らず、変位の歪みの発生がない
単一方向へ振動の指向性があり、同一基板上の積層形圧
電変位素子同士の干渉が小さく、変位量及び変位速度の
ばらつきが小さく、接着剤のはみ出しによる変位の拘束
がない積層形圧電変位素子の固定構造を提供する。 【構成】 一方の電極を構成する導電層１と、他方の電
極を構成する導電層２とが、互いに平行になるように交
互に圧電体３をサンドイッチ状に配設する。前記各導電
層１、２に挟まれた部位が活性部６であり、挟まれない
部位５、５ａが不活性部である。変位部９（活性部６）
は矢印Ａ方向に振動し、不活性部５は張り出させて基台
４と接合部４ａにて接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インクジェットヘッド
などに用いられる積層形圧電変位素子の固定構造に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、積層形圧電変位素子と基台との固
定構造としては、例えば特開昭６３−２９５２６９号公
報に示されているように、電極と圧電体とを交互にサン
ドイッチ状に積層した積層形圧電変位素子の一端を基台
に接着した構造が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ように積層形圧電変位素子の一端を固定部としてこれを
基台に接着した構造であると、電圧を印加した場合、固
定部においても伸縮が生じる。このため、積層形圧電変
位素子と基台との間にある接着層にクラックが入り剥離
が生じ、さらに、積層形圧電変位素子の変位の歪みが起
こる。また、同一基台に数個の積層形圧電変位素子を固
定したとき、基台の振動により積層形圧電変位素子が互
いに干渉して、安定した変位量及び変位速度が得られな
い。なお、固定長さのばらつきにより、変位量及び変位
速度がばらつく。接着剤のはみ出しにより、変位が拘束
されるという問題がある。

【０００４】そこで本発明の目的とするところは、第１
に基台と積層形圧電変位素子との接着層にクラック及び
剥離の入らない積層形圧電変位素子の固定構造を提供す
ることにある。

【０００５】第２の目的は、基台と接着して使用する場
合、変位の歪みの発生がなく単一方向へ振動の指向性の
ある積層形圧電変位素子の固定構造を提供することにあ
る。

【０００６】第３の目的は、基台に数個の積層形圧電変
位素子を固定したとき、互いの干渉が小さい積層形変位
素子の固定構造を提供することにある。

【０００７】第４の目的は、固定長さのばらつきによ
り、変位量及び変位速度のばらつきが小さい積層形圧電
変位素子の固定構造を提供することにある。

【０００８】第５の目的は、接着剤のはみ出しに対し
て、変位が拘束されず要求されるだけの変位量及び変位
速度が得られる積層形圧電変位素子の固定構造を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の積層形圧電変位
素子の固定構造は、圧電体と電極とが交互に積層された
積層形圧電変位素子を基台に固定する構造であって、前
記積層形圧電変位素子に電圧印加時に変位する活性部と
変位しない不活性部とを設け、前記不活性部を基台から
張り出させて不活性部のみを基台と接着することを特徴
とする。

【００１０】

【作用】本発明の固定構造によると、不活性部のみが基
台に接着されているので、接着層における変位は殆ど生
じない。従って、接着層にクラックや剥離が生ずる事も
なくなる。

【００１１】また不活性部だけが基台に接着されている
ので、活性部の振動運動が妨害されず、歪みのない単一
方向へ振動の指向性のある変位が得られる。

【００１２】不活性部を張り出させることにより、基台
を振動が伝わって積層形圧電変位素子が互いに干渉する
ことが少なくなる。

【００１３】また、張り出させて固定することにより、
変位量及び変位速度のばらつきは活性部の長さばらつき
によるもののみとなり、固定長さのばらつきによるもの
は小さくなる。さらに、接着剤のはみ出しによって活性
部が拘束されることがないので、変位が拘束されず要求
されるだけの変位量及び変位速度が得られる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の積層形圧電変位素子の固定
構造図を示す部分斜視図である。図中１は、それぞれ一
方の電極を構成する導電層である。２は、他方の電極を
構成する導電層で、各導電層は互いに平行となるように
交互に圧電体３、例えばチタン酸・ジルコン酸鉛系複合
ペロブスカイトセラミックス内にサンドイッチ状に配設
されている。 また、一方の電極となる導電層１は一方
の端面５３に露出され、また他方の電極となる導電層２
は他方の端面５４に露出するように構成されている。こ
れらの電極の露出されている面５３、５４には、共通導
電層７、８（図２（ｆ）参照）が形成されていて、導電
層１、２は正または負となり、電気的に並列となってい
る。

【００１５】前記各導電層１、２に挟まれた部位が活性
部６であり、挟まれない部位５、５ａが不活性部であ
る。

【００１６】こうして作られた積層形圧電変位素子ブロ
ックを、不活性部張り出し部５０だけ張り出して基台４
と接着する。また、固定のライン５１と活性部６の終端
に位置する電極のライン５２及び変位方向の端面５３は
平行になっていて、導電層１、２と接合部４ａも平行に
なるように配設されている。こうして接合した積層形圧
電変位素子ブロックを所定の幅で切断し、一定間隔で配
列して積層形圧電変位素子列を構成する。

【００１７】このように構成された前記積層形圧電変位
素子列に、電気的信号を印加すると、活性部６の変位に
より変位部９のみが矢印Ａ方向に振動する。こうして、
変位領域である変位部９と基台４の間に、変位の生じな
い不活性部５が存在し、これがバッファとなる。もとよ
り、圧電体３は電極や基台４と比較して弾性率が大きい
が、活性部６の変位は、不活性部５に緩衝されて基台４
に伝達される為に、接合部４ａでの変位や応力が極めて
小さくなる。

【００１８】このことから、不活性部５を基台４から張
り出させて接着して使用することにより、基台４と接着
部の剥離を少なくし、歪みのない単一方向へ振動の指向
性のある変位を得ることができる。基台４の振動も小さ
くなるため、積層形圧電変位素子間の干渉も小さくな
る。さらに、実際に変形をする活性部６の長さのばらつ
きによる変位量及び変位速度のばらつきはあるが、固定
長さがばらつくことによる変位量及び変位速度のばらつ
きは小さくなる。

【００１９】なお、好ましくは、活性部６に対する不活
性部５の長さの比率が、１０倍から０．５倍が望まし
く、さらに、接着強度および変位量から１倍から３倍が
より好ましい。不活性部張り出し部５０は０〜０．５mm
ぐらいが接着剤のはみ出しが不活性領域内となり、活性
領域に及んで変位を拘束することもなく、不活性部張り
出し部５０の固有振動が変位に乗ってくることもないの
で好ましい。

【００２０】次に、積層形圧電変位素子の製造方法を図
２を使って説明する。まず、定板１０の上にペースト状
に調整した圧電体、例えばチタン酸・ジルコン酸鉛系複
合ペロブスカイトセラミックス材料を薄く塗布して第１
の圧電体層３１を形成する（同図 （ａ））。

【００２１】この表面に蒸着や導電性塗料により一方の
電極となる第１の導電層１１を形成する（ｂ）。

【００２２】さらに、この導電層１１、及び第１の圧電
体層３１の表面に圧電体を薄く塗布して第２の圧電体層
３２を形成する（ｃ）。

【００２３】この表面に他方の電極となる導電層２１を
上述の方法で形成する（ｄ）。

【００２４】この様な作業を必要とする積層数だけ繰り
返す。

【００２５】このようにして、所定の層数を形成した段
階で、乾燥させ、これに圧力を加えた状態で温度１００
０乃至１２００℃で１時間程度焼成することにより直方
体状のセラミックに仕上がる（ｅ）。

【００２６】この直方体状のものの導電層１１が露出し
ている面と導電層１１、２１が露出している面にそれぞ
れ導電塗料を塗布して導電層７、８を形成する（ｆ）。

【００２７】この一方の電極を接続している導電層７に
は、独立のリード部材を接続し、また、他方の電極を接
続している導電層８には共通のリード部材を接続する。

【００２８】このように構成した積層形圧電変位素子に
電気信号が印加されると、導電層７、８を介して電極を
形成する導電層間に、同一の電圧が同時に印加される。

【００２９】このため、導電層１１、２１に挟まれてい
る部位間である活性部だけは、電極間の圧電体層３２、
３２、３２‥‥が同時に伸縮し、各層の圧電体層３２、
３２、３２‥‥の変位が足し合わされて、自由端側が矢
印方向へ変位する積層形圧電変位素子が形成される。

【００３０】前記積層形圧電変位素子を図３に示すイン
クジェット記録装置であるカイザータイプの積層形圧電
変位素子縦振動型ヘッドに適用した場合、歪みのない単
一方向へ振動の指向性のある変位を得ることができる。
そこで、図３を平面Ａで切りＺ方向から見た場合の駆動
部の拡大図を図４に示し、ノズル開口部４４からインク
滴が吐出するまでの過程を説明する。

【００３１】図４において、ドットを形成すべきノズル
プレート４４ａに形成されたノズル開口部に対向する積
層形圧電素子４１に電圧を印加すると、積層形圧電素子
４１が弾性に富むバネ板材４５を変形させながら伸長し
て、積層形圧電素子の対向面に配置した隔壁４２と隔壁
中のインク４３を押出し、ノズル開口部からインク滴と
して吐出させることができる。

【００３２】

【発明の効果】本発明による積層形圧電変位素子の固定
構造は、基台における接着層で剥離が生じず、歪みのな
い単一方向へ振動の指向性のある変位を得ることができ
る。また同一基台上の積層圧電変位素子同士の干渉が小
さい。変位量及び変位速度のばらつきが小さい。接着剤
のはみ出しによる変位の拘束がないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の積層型圧電変位素子の固定構
造の一実施例を示す部分斜視図。

【図２】（ａ）乃至（ｆ）は、それぞれ図１に用いられ
ている積層形圧電変位素子の製造方法を示す説明図。

【図３】図１の層構造を持つ積層形圧電変位素子を使っ
たカイザータイプの積層形圧電変位素子縦振動型のイン
クジェットヘッド部を表した構造図。

【図４】図３のカイザータイプの積層形圧電変位素子縦
振動型のインクジェットヘッド構造図を平面Ａで切りＺ
方向から見た時の駆動部拡大図。

【符号の説明】

１ ・・・・ 一方の電極を構成する導電層 ２ ・・・・ 他方の電極を構成する導電層 ３ ・・・・ 圧電体 ４ ・・・・ 基台 ４ａ・・・・ 接合部 ５ ・・・・ 不活性部 ５ａ・・・・ 不活性部 ６ ・・・・ 活性部 ７ ・・・・ 導電層 ８ ・・・・ 導電層 ９ ・・・・ 変位部 １０ ・・・・ 定板 １１ ・・・・ 一方の電極となる第１の導電層 ２１ ・・・・ 他方の電極となる導電層 ３１ ・・・・ 第１の圧電体層 ３２ ・・・・ 第２の圧電体層 ４１ ・・・・ 積層形圧電変位素子 ４２ ・・・・ 隔壁 ４３ ・・・・ インク ４４ ・・・・ ノズル開口部 ４４ａ・・・・ ノズルプレート ４５ ・・・・ バネ板材 ５０ ・・・・ 不活性部張り出し部 ５１ ・・・・ 固定のライン ５２ ・・・・ 活性層終端の電極のライン ５３ ・・・・ 変位方向の端面

フロントページの続き (72)発明者 阿部 知明 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電体と電極とが交互に積層された積層
   形圧電変位素子を基台に固定する構造であって、前記積
   層形圧電変位素子に電圧印加時に変位する活性部と変位
   しない不活性部とを設け、前記不活性部を基台から張り
   出させて不活性部のみを基台に接着したことを特徴とす
   る積層形圧電変位素子の固定構造。