圧電アクチュエータ装置及びそれを備えた液滴噴射装置
【課題】マイグレーションの発生を防ぐことができる圧電アクチュエータ装置及びそれを備えた液滴噴射装置を提供すること。
【解決手段】圧電アクチュエータ装置９０は、圧電層７１と、圧電層７１の両面にそれぞれ設けられ、圧電層７１を挟んで相対向する共通電極７３及び個別電極７２とを備えた圧電アクチュエータ３２と、個別電極７２に共通電極７３よりも高い電位を付与して、個別電極７２から共通電極７３に向かう方向に電界を発生させるドライバＩＣ８０とを備えている。そして、個別電極７２は、共通電極７３に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されている。
【解決手段】圧電アクチュエータ装置９０は、圧電層７１と、圧電層７１の両面にそれぞれ設けられ、圧電層７１を挟んで相対向する共通電極７３及び個別電極７２とを備えた圧電アクチュエータ３２と、個別電極７２に共通電極７３よりも高い電位を付与して、個別電極７２から共通電極７３に向かう方向に電界を発生させるドライバＩＣ８０とを備えている。そして、個別電極７２は、共通電極７３に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイグレーションの発生を防ぐことができる圧電アクチュエータ装置及びそれを備えた液滴噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電界が作用したときの圧電層の変形（圧電歪）を利用して、様々な対象を駆動する圧電アクチュエータが知られている。例えば、特許文献１には、ノズルからインクの液滴を噴射するインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータが開示されている。この特許文献１の圧電アクチュエータは、圧力室を含むインク流路が形成されたインク流路基板に設けられており、圧電層と、この圧電層の一方の面において圧力室と対向するように配置された個別電極と、個別電極との間で圧電層を挟むように、圧電層の他方の面に設けられた共通電極とを有する。
【０００３】
そして、個別電極に共通電極の電位よりも高い電位が付与されて、両電極間に所定の電位が付与されたときには、これらの電極に挟まれる圧電層に厚み方向の電界が作用する。このとき、圧電層が面方向に収縮することによって、振動板が撓むことになり、圧力室の容積が変化して、圧力室内のインクに圧力が付与される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３８８９９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧電層に設けられた２つの電極に異なる電位が付与されたときには、２つの電極間でマイグレーションが生じる。なお、この場合のマイグレーションとは、高い電位が付与される電極から、低い電位が付与される電極へ、圧電層中を電極材料が電界方向に沿って移動し、結晶として析出される現象のことを指す。このマイグレーションが進行すると、圧電層の絶縁抵抗が低下し、絶縁不良や、さらには、２つの電極間でのショートを引き起こすことになる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、マイグレーションの発生を防ぐことができる圧電アクチュエータ装置及びそれを備えた液滴噴射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明の圧電アクチュエータ装置は、圧電層と、前記圧電層の両面にそれぞれ設けられ、前記圧電層を挟んで相対向する第１電極及び第２電極とを備えた圧電アクチュエータと、前記第２電極に前記第１電極よりも高い電位を付与して、前記第２電極から前記第１電極に向かう方向に電界を発生させる電位付与手段とを備え、前記第２電極は、前記第１電極に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
圧電層及びその圧電層を挟む２つの電極を持つ圧電アクチュエータ装置において、電位を付与し電界を発生させた場合、高電位が付与される電極に使用された材料が電界方向に沿って電離し、両電極間に挟まれた圧電層の中を電界方向に移動し、結晶として析出されることにより、絶縁不良を起こす場合がある（マイグレーション）。そこで、上記発明により、高電位が付与される第２電極に低電位が付与される第１電極よりも相対的にマイグレーションしにくい材料を使用することで、両電極への電位の付与の際、高電位が付与される第２電極に使用されたマイグレーションしにくい材料が、電界方向に電離するのを防ぎ、マイグレーションを起こすことを防止することができる。
【０００９】
また、第２の発明の圧電アクチュエータ装置は、上記の第１の発明において、前記第２電極は、前記圧電層の一方の面に設けられた表面電極と、この表面電極に導通するとともに前記電位付与手段と接続される接合電極とを有するものであり、前記接合電極は、前記圧電層の一方の面の前記第１電極と対向する領域に設けられるとともに、前記第１電極に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
一般に、圧電アクチュエータ装置において、圧電アクチュエータの電極に電位を付与する電位付与手段と接続される接合電極が設けられることがある。そして、係る接合電極も、第２電極への電位付与の際に前述した第１電極との間でマイグレーションを引き起こす場合がある。そこで、上記発明により、圧電層を挟んで第１電極に対向する領域に設けられた接合電極を、第１電極に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成することにより、接合電極のマイグレーションを防止することができる。
【００１１】
また、第３の発明の圧電アクチュエータ装置は、上記の第２の発明において、前記第２電極のうちの前記接合電極と導通する前記表面電極と、前記第１電極とが、同じ材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
上記発明によれば、電気的特性・コスト削減の面等で、第２電極のうちの接合電極と導通する表面電極及び第１電極に使用される材料と接合電極に使用する材料とが異なる場合でも、接合電極に使用された材料がマイグレーションを起こすことを防止することができる。
【００１３】
また、第４の発明の圧電アクチュエータ装置は、積層された２枚の圧電層と、前記２枚の圧電層をそれぞれ挟むように配置された所定の高電位が付与される高電位電極と、前記高電位よりも低い所定の低電位が付与される低電位電極と、前記高電位と前記低電位との間で電位が切り替えられる駆動電極とを備えた圧電アクチュエータと、前記高電位電極、前記低電位電極及び前記駆動電極の３つの電極にそれぞれ前記所定の電位を付与して、高電位が付与される電極から低電位が付与される電極に向かう方向に電界を発生させる電位付与手段とを備え、前記３つの電極のうちの少なくとも２つの電極間において発生させた電界方向の上流側に位置する電極は、前記電界方向の下流側に位置する電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
高電位電極と低電位電極と駆動電極を含む３層構造の圧電アクチュエータにおいても上述したマイグレーションが発生する場合がある。そこで、本発明によれば、高電位電極と低電位電極と駆動電極の３つの電極のうちの少なくとも２つの電極間において発生させた電界方向の上流側に位置する電極は、電界方向の下流側に位置する電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成することにより、電界方向の上流側に位置する電極が、マイグレーションを起こすのを防止することができる。
【００１５】
また、第５の発明の圧電アクチュエータ装置は、上記の第４の発明において、前記高電位電極は、前記低電位電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
第４の発明に示す３層構造の圧電アクチュエータでは、高電位電極が、常時高い電位に維持されているため、高電位電極のマイグレーションが常時進行する状態にある。そこで、本発明により、高電位電極と低電位電極との関係で、高電位電極を、マイグレーションしにくい材料にすることで、高電位電極がマイグレーションを起こすことを防ぐことができる。
【００１７】
また、第６の発明の圧電アクチュエータ装置は、上記の第４又は第５の発明において、前記高電位電極は、前記駆動電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
上記の発明によれば、高電位電極が、常時高い電位に維持されているため、高電位電極から駆動電極へのマイグレーションが進行するおそれがある。そこで、高電位電極と駆動電極との関係で、高電位電極を、マイグレーションしにくい材料にして、高電位電極がマイグレーションを起こすことを防ぐことができる。
【００１９】
また、第７の発明の圧電アクチュエータ装置は、上記の第４〜第６の発明のいずれかにおいて、前記駆動電極は、前記低電位電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
上記の発明によれば、駆動電極が、高電位に切り替えられたときに、駆動電極から低電位電極へのマイグレーションが進行するおそれがある。そこで、駆動電極と低電位電極との関係で、高電位に切り替えられる駆動電極を、マイグレーションしにくい材料にして、駆動電極がマイグレーションを起こすことを防ぐことができる。
【００２１】
また、第８の発明の圧電アクチュエータ装置は、上記の第４の発明において、前記駆動電極は、前記積層された圧電層の表面に設けられた表面電極と、この表面電極に導通するとともに前記電位付与手段と接続される接合電極とを有するものであり、前記接合電極は、前記高電位電極及び低電位電極に比べて相対的にマイグレーションしやすい材料により形成されるとともに、前記圧電層の表面の前記高電位電極と対向する領域に設けられていることを特徴とするものである。
【００２２】
上記の発明によれば、接合電極は、高電位電極及び低電位電極に比べて相対的にマイグレーションしやすい材料により形成される場合に、圧電層の表面の高電位電極と対向する領域に設けられることにより、接合電極がマイグレーションを起こすのを防止することができる。
【００２３】
また、第９の発明の液滴噴射装置は、液滴を噴射する複数のノズルと、前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットに、前記圧力室を覆うように設けられた第１〜第８の発明のいずれかに係る圧電アクチュエータ装置と、を備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
上記の発明によれば、液滴噴射装置に第１〜第８の発明のいずれかに係る圧電アクチュエータ装置を備えることで、マイグレーションを防止することができる液滴噴射装置を提供することができる。
【００２５】
また、第１０の発明の圧電アクチュエータは、圧電層と、前記圧電層の両面にそれぞれ設けられ、前記圧電層を挟んで相対向する第１電極及び第２電極を備え、前記圧電層は、第２電極から第１電極に向かう方向に分極されており、前記第２電極は、前記第１電極に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００２６】
圧電層に施される分極処理による分極方向と同じ方向に電界が作用するように電位を付与するのが一般的である。そこで、第１の発明を分極方向によって説明した上記の発明によれば、分極された圧電層の分極方向上流側に配置された電極に分極方向下流側に配置された電極よりも相対的にマイグレーションしにくい材料を使用し、分極方向下流側に配置された電極に分極方向上流側に配置された電極よりも相対的にマイグレーションしやすい材料を使用することで、両電極への電位付与の際、分極方向上流側に配置されたマイグレーションしにくい材料がマイグレーションを起こすのを防止し、分極方向下流側に配置されたマイグレーションしやすい材料が、電界によるマイグレーションの影響を受けることを防止することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、圧電層及びその圧電層を挟む２つの電極を持つ圧電アクチュエータ装置において、高電位が付与される第２電極に低電位が付与される第１電極よりも相対的にマイグレーションしにくい材料を使用することで、２つの電極への電位の付与の際、高電位が付与される第２電極に使用されたマイグレーションしにくい材料が、電界方向に電離するのを防ぎ、マイグレーションを起こすことを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（実施の形態１）
次に、本発明の実施の形態１について説明する。
【００２９】
図１は、実施の形態１に係るプリンタ１の概略構成図である。図１に示すように、プリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３（液滴噴射装置）、搬送ローラ４などを備えている。
【００３０】
キャリッジ２は走査方向（図１の左右方向）に往復移動する。インクジェットヘッド３はキャリッジ２の下面に取り付けられており、その下面に形成されたノズル１５（図３及び図４参照）からインクを吐出する。搬送ローラ４は、印刷用紙Ｐを紙送り方向（図１の手前方向）に搬送する。そして、プリンタ１においては、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド３のノズル１５から、印刷用紙Ｐにインクが吐出されることにより、印刷用紙Ｐに印刷が行われる。また、印刷が完了した印刷用紙Ｐは、搬送ローラ４によって紙送り方向に排出される。
【００３１】
（インクジェットヘッド３の構成）
次にインクジェットヘッド３について詳細に説明する。図２は、図１のインクジェットヘッド３の分解斜視図である。図３は、図２のインクジェットヘッド３の平面図である。図４は、圧電アクチュエータ３２の図３のＶ−Ｖ’線断面図である。図５は、圧電アクチュエータ３２の分極方向を示す説明図である。
【００３２】
図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド３は、流路ユニット３１と圧電アクチュエータ装置９０とを備えている。流路ユニット３１は、複数のプレート２１〜２７が互いに積層されることによって、インク供給口９からインクが供給されるマニホールド流路１１、及び、マニホールド流路１１の出口からアパーチャ流路１２を経て圧力室１０に至り、さらに、圧力室１０からディセンダ流路１４を経てノズル１５に至る複数の個別インク流路を有するインク流路（液体流路）が形成されている。そして、後述するように、圧電アクチュエータ３２により、圧力室１０内のインクに圧力が付与されると、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。
【００３３】
複数の圧力室１０は、走査方向（図３の左右方向）を長手方向とする略楕円形の平面形状を有しており、紙送り方向（図３の上下方向）に沿って配列されて１つの圧力室列８を構成しており、このような圧力室列８が、走査方向に２列に配列されることによって１つの圧力室群７を構成している。さらに、このような圧力室群７が走査方向に沿って５つ配列されている。ここで、１つの圧力室列群７に含まれる２列の圧力室列８を構成する圧力室１０同士は、紙送り方向に関して互いにずれて配置されている。また、複数のノズル１５も、複数の圧力室１０と同様に配置されている。
【００３４】
次に、圧電アクチュエータ装置９０について説明する。図２に示すように、圧電アクチュエータ装置９０は、圧電アクチュエータ３２（圧電アクチュエータ）と、圧電アクチュエータ３２と電気的且つ機械的に接合されたフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）８１と、フレキシブル配線基板８１に実装されたドライバＩＣ８０（電位付与手段）とを備えている。
【００３５】
（圧電アクチュエータ３２の構成）
圧電アクチュエータ３２は、図３及び図４に示すように、複数の圧力室１０を覆うように流路ユニット３１の上面に接合された振動板７０と、振動板７０の上面に配置された共通電極７３（第１電極）と、共通電極７３の上面に配置された圧電層７１（圧電層）と、圧電層７１の上面に配置された複数の個別電極７２（第２電極）とを備えている。
【００３６】
振動板７０と圧電層７１は、共に、圧電材料（例えば、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料）により、略矩形の平面形状を有するシート状に形成されている。そして、振動板７０と圧電層７１は、互いに積層された状態で、流路ユニット３１上面に複数の圧力室１０を覆うように連続的に配置されている。また、図５に示すように、上層に位置する圧電層７１は、予め個別電極７２から共通電極７３に向かって下向きに分極されている（分極方向７５）。
【００３７】
複数の個別電極７２は、それぞれ、圧力室１０よりも一回り小さい略矩形の平面形状を有し、圧電層７１の上面の、複数の圧力室１０の略中央部と対向する領域に配置されている。また、共通電極７３は、振動板７０と圧電層７１の間に、それらの表面のほぼ全域にわたって形成されている。即ち、共通電極７３及び個別電極７２は、圧電層７１の両面に相対向するように配置されている。
【００３８】
圧電アクチュエータ３２における２つの電極（個別電極７２、共通電極７３）は、その電極を形成する材料を異ならせることが好ましい場合がある。例えば、圧電アクチュエータ３２の製造過程において、振動板４０の上面に共通電極７３を接着する際に焼成処理により接着をするが、この焼成処理の熱による形状変化の影響を受けにくい金属材料を共通電極７３に使用するのが好ましい。そこで、本実施例では、共通電極７３には、焼成処理の熱による形状変化の影響を受けにくい銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）を使用している。また、個別電極７２には、圧電アクチュエータ３２の構造上、外部の大気と接するため、防錆性がある金属材料を使用するのが好ましい。そして、防錆性がある材料として、例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などが上げられるが、銀（Ａｇ）は、銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）よりも、マイグレーションしやすく、金（Ａｕ）は、銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）よりも、マイグレーションしにくい金属材料である。このため、本実施例では、個別電極７２に、銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）よりもマイグレーションしにくい金属材料である金（Ａｕ）を使用している。
【００３９】
このように、個別電極７２と共通電極７３に使用される金属材料が異なる場合、マイグレーションのしにくさが異なる場合がある。この場合、高電位が付与される個別電極７２には、低電位が付与される共通電極７３よりもマイグレーションしにくい材料が使用される。ここで、マイグレーションしにくい材料とは、個別電極７２の使用される金属材料と共通電極７３に使用される金属材料との間で相対的に決定されるものである。そして、この相対的にマイグレーションしにくい金属材料の順序としては、金（Ａｕ）＞すず（Ｓｎ）＞銅（Ｃｕ）＞鉛（Ｐｂ）＞銀（Ａｇ）や、金（Ａｕ）＞銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）＞銀（Ａｇ）や、銀と銅の合金（Ａｇ−Ｃｕ）＞銅（Ｃｕ）などが上げられる。
【００４０】
次に、図２に示すように、圧電アクチュエータ３２の圧電層７１の上面には、本体側の基板から送信された印字データに従って圧電アクチュエータ３２を駆動するドライバＩＣ８０が、フレキシブル配線基板８１に実装され、フレキシブル配線基板８１が圧電アクチュエータ３２と電気的かつ機械的に接合されて、本体側と接続されている。そして、ドライバＩＣ８０から、複数の個別電極７２のそれぞれに対して、高電位と低電位（グランド電位）の一方が選択的に付与されるようになっている。一方、共通電極７３は、ドライバＩＣ８０内のグランド線に接続されることにより、常に低電位（グランド電位）に保持されている。即ち、ドライバＩＣ８０は、個別電極７２に共通電極７３よりも高い電位を付与して、個別電極７２から共通電極７３に向かう方向に電界を発生させるものである。
【００４１】
このように、振動板７０と圧電層７１は、共に、全ての圧力室１０を共通に覆うように配置された、圧電材料からなる層であるが、上層に位置する圧電層７１は、圧力室１０と対向する領域において個別電極７２と共通電極７３に上下両側から挟まれた構成となっている。即ち、この圧電層７１は、個別電極７２に所定の高電位が付与されたときに、分極方向７５と同じ方向に電界が印加されて圧電歪みが生じる活性層として働く。一方、下層に位置する振動板７０は、個別電極７２と共通電極７３に挟まれた構成となっておらず、この振動板７０は、圧電材料で構成されているものの、実際には圧電歪みが生じない非活性層である。
【００４２】
（圧電アクチュエータ３２の動作）
以上の圧電アクチュエータ３２の、インクの吐出時における動作について図６を参照して説明する。図６の（ａ）は、圧電アクチュエータ３２の動作前の状態を示す説明図である。また、図６の（ｂ）は、圧電アクチュエータ３２の動作時の状態を示す説明図である。
【００４３】
圧電アクチュエータ３２がインクを吐出させる動作を行う前の待機状態においては、図６の（ａ）に示すように、共通電極７３には、常時グランド電位が付与されている。また、個別電極７２には、待機状態において、グランド電位が付与されている。そして、インクを吐出させるべく圧電アクチュエータ３２を駆動させる際に、ドライバＩＣ８０から、個別電極７２に対して高電位（例えば、２０Ｖ）が付与されると、この高電位が付与された個別電極７２と、グランド電位に保持されている共通電極７３との間に電位差が生じ、図６の（ｂ）に示すように、これらの個別電極７２と共通電極７３との間に挟まれた圧電層７１に個別電極７２から共通電極７３の方向（分極方向７５と同じ方向）に電界が印加される（電界方向７６）。この電界方向７６は圧電層７１の分極方向７５と平行であるので、この圧電層７１は、電界が印加された部分において厚み方向に伸びて面方向に収縮する。一方、非活性層である振動板７０は、圧力室１０の周囲領域においてキャビティプレート２１に固定されていることから、上層の圧電層７１が面方向に収縮することによって、下層の振動板７０は、圧力室１０と対向する領域において、圧力室１０側に凸となるように変形する（ユニモルフ変形）。このとき、圧力室１０の容積が減少することから、その内部のインクの圧力が上昇し、圧力室１０に連通するノズル１５からインクの液滴が噴射される。
【００４４】
インクを吐出させるべく圧電アクチュエータ３２を駆動させる際に、ドライバＩＣ８０から、個別電極７２に対して高電位（２０Ｖ）が付与されると、この高電位が付与された個別電極７２と、グランド電位が付与されている共通電極７３との間に電位差が生じ、これらの個別電極７２と共通電極７３との間に挟まれた圧電層７１に個別電極７２から共通電極７３の方向に電界が発生する（電界方向７６）。そして、高電位が付与された個別電極７２に使用された材料が電界方向７６に沿って電離し、個別電極７２と共通電極７３との間に挟まれた圧電層７１の中を電界方向７６に移動し、結晶として析出されることにより、絶縁不良を起こす場合がある（マイグレーション）。
【００４５】
そこで、上記の構成によれば、高電位が付与される個別電極７２に低電位（グランド電位）が付与される共通電極７３よりも相対的にマイグレーションしにくい材料を使用し、低電位が付与される共通電極７３に高電位が付与される個別電極７２よりも相対的にマイグレーションしやすい材料を使用することで、個別電極７２及び共通電極７３への電位付与の際、高電位が付与される個別電極７２に使用されたマイグレーションしにくい材料が、電界方向７６に電離するのを防ぎ、マイグレーションを起こすことを防止することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る圧電アクチュエータ装置１９０について説明する。この圧電アクチュエータ装置１９０は、実施の形態１における圧電アクチュエータ装置９０の圧電アクチュエータ３２を３つの電極を持つ圧電アクチュエータ１３２に置き換えたものであるため圧電アクチュエータ１３２について詳しく説明する。なお、実施の形態１と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。図７は、実施の形態２に係る圧電アクチュエータ１３２の図３のＶ−Ｖ’線断面図である。図８は、実施の形態２に係る圧電アクチュエータ１３２の分極方向を示す説明図である。
【００４７】
（圧電アクチュエータ１３２の構成）
実施の形態２に係る圧電アクチュエータ１３２は、図７に示すように、振動板４０及び下部圧電層４１（２枚の圧電層の１つ）、上部圧電層４２（２枚の圧電層の１つ）、下部電極４３（低電位電極）、中間電極４４（高電位電極）及び上部電極４５（駆動電極）を備えている。振動板４０は、圧電材料からなり、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。
【００４８】
下部圧電層４１及び上部圧電層４２は、振動板４０と同様の圧電材料からなり、互いに積層されて振動板４０の上面に配置されている。
【００４９】
下部電極４３は、振動板４０と下部圧電層４１との間に配置されており、各圧力室群７に対応して、各圧力室群７を構成する２列の圧力室列８に沿って紙送り方向に延びており、これら２列の圧力室列８を構成する複数の圧力室１０と対向している。また、下部電極４３は、圧電アクチュエータ１３２の上方に配置されたフレキシブル配線基板８１を介してドライバＩＣ８０（電位付与手段）に接続されており、ドライバＩＣ８０により常に低電位に保持されている。
【００５０】
中間電極４４は、下部圧電層４１と上部圧電層４２との間に配置されており、圧力室群７毎に、それぞれ、複数の対向部分を有している。複数の対向部分は、紙送り方向に関する長さが圧力室１０よりも短い略矩形の平面形状を有しており、複数の圧力室１０の紙送り方向に関する略中央部と対向するように配置されている。また、中間電極４４は、フレキシブル配線基板８１を介してドライバＩＣ８０に接続されており、ドライバＩＣ８０により、常に高電位（例えば、２０Ｖ程度）に保持されている。
【００５１】
複数の上部電極４５は、上部圧電層４２の上面に、複数の圧力室１０に対応して、複数の圧力室１０のほぼ全域と対向するように配置されており、紙送り方向に関する長さが中間電極４４の対向部４４ａよりも長い、略矩形の平面形状を有している。また、上部電極４５は、フレキシブル配線基板８１を介してドライバＩＣ８０に接続されており、低電位（グランド電位）と高電位（例えば、２０Ｖ）との間でその電位が切り替えられる。
【００５２】
そして、このように下部電極４３、中間電極４４及び上部電極４５が配置されることにより、上部圧電層４２の圧力室１０の略中央部と対向する部分（第１活性部Ｒ１）が上部電極４５と中間電極４４とに挟まれることとなる。この第１活性部Ｒ１は、図８に示すように、中間電極４４から上部電極４５に向かって上向きに分極されている（分極方向９３）。
【００５３】
さらに、上部圧電層４２及び下部圧電層４１の圧力室１０と対向する部分が、上部電極４５と下部電極４３とに挟まれることとなる。そして、この部分のうち、中間電極４４と対向する部分の除いた部分（第２活性部Ｒ２）が、図８に示すように、上部電極４５から下部電極４３に向かって下向きに分極されている（分極方向９６）。
【００５４】
なお、下部圧電層４１のうち、中間電極４４と下部電極４３とに挟まれた部分は、中間電極４４から下部電極４３に向かって下向きに分極されている（分極方向９７）（図８参照）。
【００５５】
（圧電アクチュエータ１３２の動作）
ここで、図９に基づいて、圧電アクチュエータ１３２のインク吐出時の動作について説明する。図９の（ａ）は、圧電アクチュエータ１３２の待機状態の電位及び電界方向を示す説明図である。図９の（ｂ）は、圧電アクチュエータ１３２の動作時の電位及び電界方向を示す説明図である。
【００５６】
まず、圧電アクチュエータ１３２がインクを吐出させる動作を行う前の待機状態においては、図９の（ａ）に示すように、下部電極４３及び中間電極４４が、それぞれ、常に低電位（グランド電位）及び高電位（例えば、２０Ｖ）に保持されているとともに、上部電極４５の電位が予め低電位（グランド電位）に保持されている。この状態では、上部電極４５が中間電極４４よりも低電位になっているとともに、下部電極４３と同電位となっている。
【００５７】
これにより、上部電極４５と中間電極４４との間の電位差が生じ、第１活性部Ｒ１にはその分極方向９３と同じ上向きの電界が発生する（電界方向９４）。このため、第１活性部Ｒ１がこの電界と直交する水平方向に収縮する。これにより所謂ユニモルフ変形が生じ、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０に向かって凸となるように変形する。この状態では、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０が変形していない場合と比較して、圧力室１０の容積が小さくなっている。
【００５８】
そして、インクを吐出させるべく圧電アクチュエータ１３２を駆動させる際には、上部電極４５の電位を、一旦、図９の（ｂ）に示すように、高電位（例えば、２０Ｖ）に切り替えた後、図９の（ａ）に示すように、グランド電位に戻す。図９の（ｂ）に示すように、上部電極４５の電位を高電位に切り替えると、上部電極４５が中間電極４４と同電位となるとともに、下部電極４３よりも高電位となる。これにより、第１活性部Ｒ１の上記収縮が元に戻る。そしてこれと同時に、上部電極４５と下部電極４３との間に電位差が生じ、第２活性部２Ｒにはその分極方向９６と同じ下向きの電界が発生し（電界方向９５）、第２活性部Ｒ２が水平方向に収縮する。これにより、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０が全体として、圧力室１０と反対側に凸となるように変形し、圧力室１０の容積が増加する。
【００５９】
この後、図９の（ａ）に示すように、上部電極４５の電位をグランド電位に戻すと、前述したのと同様、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０に向かって凸となるように変形し、圧力室１０の容積が小さくなる。これにより、圧力室１０内のインクの圧力が上昇し、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。
【００６０】
なお、上述した待機状態及び圧電アクチュエータ１３２が駆動されている間においては、下部圧電層４１の中間電極４４と下部電極４３との間の部分には常に電位差が生じており、下部圧電層４１のこの部分には、その分極方向９７と同じ方向の電界が発生している（電界方向９８）。これにより、下部圧電層４１のこの部分は常に収縮した状態となっている。
【００６１】
上記のように高電位電極となる中間電極４４と低電位電極となる下部電極４３と駆動電極となる上部電極４５を含む３層構造の圧電アクチュエータ装置１９０においても上述したマイグレーションが発生する場合がある。そこで、上記構成において、中間電極４４と下部電極４３と上部電極４５の３つの電極のうちの少なくとも２つの電極間において発生させた電界方向の上流側に位置する電極は、電界方向の下流側に位置する電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成することにより、電界方向の上流側に位置する電極が、マイグレーションを起こすのを防止することができる。
【００６２】
具体的には、中間電極４４を、下部電極４３と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成する。
【００６３】
上記に示す３層構造の圧電アクチュエータ１３２では、待機時、中間電極４４が、常時高電位（例えば、２０Ｖ）に維持されているため、中間電極４４のマイグレーションが常時進行する状態にある。そこで、中間電極４４と下部電極４３との関係で、中間電極４４をマイグレーションしにくい材料にすることで、中間電極４４が電界によるマイグレーションを起こすことを防ぎ、下部電極４３を電界方向９７の下流側に配置することで、下部電極４３が電界によるマイグレーションの影響を受けることを防止することができる。
【００６４】
あるいは、中間電極４４を、上部電極４５と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成する。
【００６５】
この場合、待機時、上部電極４５は、グランド電位に維持され、中間電極４４が、常時高電位（例えば、２０Ｖ）に維持されているため、中間電極４４から上部電極４５へのマイグレーションが進行するおそれがある。そこで、中間電極４４と上部電極４５との関係で、中間電極４４をマイグレーションしにくい材料にすることで、中間電極４４が電界によるマイグレーションを起こすことを防ぎ、上部電極４５を電界方向９３の下流側に配置することで、上部電極４５が電界によるマイグレーションの影響を受けることを防止することができる。
【００６６】
あるいは、上部電極４５を、下部電極４３と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成する。
【００６７】
この場合、インクを吐出させるべく圧電アクチュエータ１３２を動作させる際には、上部電極４５の電位を、高電位（例えば、２０Ｖ）に切り替えた後、グランド電位に戻す。このように上部電極４５の電位を高電位に切り替えると、上部電極４５が下部電極４３よりも高電位となるため、上部電極４５から下部電極４３への電界によるマイグレーションが進行するおそれがある。そこで、下部電極４３と上部電極４５との関係で、上部電極４５をマイグレーションしにくい材料にすることで、上部電極４５が電界によるマイグレーションを起こすことを防ぎ、下部電極４３を電界方向９６の下流側に配置することで、下部電極４３が電界によるマイグレーションの影響を受けることを防止することができる。
【００６８】
（変形例）
次に、実施の形態１又は２に種々の変更を加えた変形例１及び２について説明する。ただし、実施の形態１又は２と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。図１０は、変形例１における図５相当図である。図１１は、変形例２において接合電極９９に銀を使用した場合の図８相当図である。図１２は、変形例２において接合電極９９に金を使用した場合の図８相当図である。
【００６９】
（変形例１）
図１０に示すように、実施の形態１の圧電アクチュエータ３２の個別電極７２において、圧電層７１の一方の面の共通電極７３（第１電極）と対向する位置に接合電極７４（接合電極）を設けてもよい。この場合、ドライバＩＣ８０が実装されたフレキシブル配線基板８１と、圧電アクチュエータ３２とが接合電極７４を介して電気的かつ機械的に接合されることになる。なお、変形例１では、個別電極７２は、表面電極に相当する。
【００７０】
ここで、圧電アクチュエータ３２の個別電極７２の上面に接合電極７４を設けた場合、フレキシブル配線基板８１と圧電アクチュエータ３２とを接続する際の電導性等の電気的特性の向上、加工のしやすさ、フレキシブル配線基板８１と圧電アクチュエータ３２との接地面積の確保、製造工程の簡易化等の観点から個別電極７２及び共通電極７３に使用される材料は同じものを使用し、接合電極７４には、共通電極７３に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料を使用する。例えば、接合電極７４には、伝導性が良好でマイグレーションしにくい材料として金を使用し、個別電極７２及び共通電極７３には、圧電アクチュエータ１３２の製造過程における焼成処理において、焼成に耐性がある銀とパラジウムの合金（Ａｇ―Ｐｄ）を使用している。ここで、金は、銀とパラジウムの合金に比べてマイグレーションしにくい材料である。
【００７１】
上記のように、圧電アクチュエータ装置９０において、圧電アクチュエータ３２の上面に、圧電アクチュエータ３２に駆動信号を付与するドライバＩＣ８０が実装されたフレキシブル配線基板８１と接続される接合電極７４が設けられることがある。そして、係る接合電極７４も、電位が付与された際に前述したマイグレーションを引き起こす場合がある。そこで、上記構成により、圧電層７１を挟んで共通電極７３に対向する領域に設けられた接合電極７４を、共通電極７３に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成することにより、電界による接合電極７４のマイグレーションを防止することができる。
【００７２】
また、上記の構成によれば、電導性等の電気的特性の向上、加工のしやすさ、接面積の確保、製造工程の簡易化等の観点から、接合電極７４と導通する個別電極７２及び共通電極７３に使用される材料と接合電極７４に使用する材料とが異なる場合でも、接合電極７４に使用された材料がマイグレーションを起こすことを防止することができる。
【００７３】
（変形例２）
図１１に示すように、実施の形態２の圧電アクチュエータ１３２の上部電極４５（表面電極）において、上部圧電層４２の一方の面の中間電極４４と対向する位置に接合電極９９（接合電極）を設けてもよい。この場合、ドライバＩＣ８０（電位付与手段）が実装されたフレキシブル配線基板８１と、圧電アクチュエータ１３２とが接合電極９９を介して電気的かつ機械的に接合されることになる。なお、接合電極９９を中間電極４４と対向する位置に設けた場合における「対向」とは、他の電極を挟むことなく圧電層のみを介して対向している状態をいう。
【００７４】
ここで、圧電アクチュエータ１３２の製造過程において、下部電極４３、中間電極４４及び上部電極４５を下部圧電層４１及び下部電極４３に接着する際に焼成処理により接着をするが、この焼成処理の熱による形状変化の影響を受けにくい金属材料を下部電極４３、中間電極４４及び上部電極４５に使用するのが好ましい。そこで、本変形例において、下部電極４３、中間電極４４及び上部電極４５には、焼成処理の熱による形状変化の影響を受けにくい銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）を使用している。また、接合電極９９には、圧電アクチュエータ３２とドライバＩＣ８０を備えたフレキシブル配線基板８１とを接触させる際の接触性の良さ（軟性がある）、電気的伝導性の良い金属材料を使用するのが好ましい。そして、接触性の良さ・電気的伝導性の良い金属材料として、例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などが上げられるが、銀（Ａｇ）は、銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）よりも、マイグレーションしやすく、金（Ａｕ）は、銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）よりも、マイグレーションしにくい金属材料である。
【００７５】
そこで、銀（相対的にマイグレーションしやすい材料）で形成された接合電極９９を、銀とパラジウムの合金（相対的にマイグレーションしにくい材料）で形成された中間電極４４と対向させて、圧電アクチュエータ１３２がインクを吐出させる動作を行う前の待機状態において、接合電極９９に中間電極４４よりも低電位が付与されるようにする（図１１参照）。
【００７６】
逆に、図１２に示すように、接合電極９９に相対的にマイグレーションしにくい材料である金を使用した場合は、接合電極９９を銀とパラジウムの合金（相対的にマイグレーションしにくい材料）で形成された下部電極４３と対向させて、圧電アクチュエータ１３２がインクを吐出させる動作を行う際において、接合電極９９に下部電極４３よりも高電位が付与されるようにする（図１２参照）。
【００７７】
上記のように、圧電アクチュエータ装置１９０において、圧電アクチュエータ１３２の上面に、圧電アクチュエータ１３２に駆動信号を付与するドライバＩＣ８０が実装されたフレキシブル配線基板８１と接続される接合電極９９が設けられることがある。そして、係る接合電極９９も、電位付与の際に前述したマイグレーションを引き起こす場合がある。そこで、上記構成により、上部電極４５において、上部圧電層４２を挟んで中間電極４４に対向する領域に設けられた接合電極９９を、中間電極４４に比べて相対的にマイグレーションしやすい材料により形成される場合に、電界により接合電極９９がマイグレーションを起こすのを防止することができる。
【００７８】
また、上記の構成によれば、電導性等の電気的特性の向上、加工のしやすさ、接面積の確保、製造工程の簡易化等の観点から、接合電極９９と導通する上部電極４５、中間電極４４及び下部電極４３に使用される材料と接合電極９９に使用する材料とが異なる場合でも、接合電極９９に使用された材料がマイグレーションを起こすことを防止することができる。
【００７９】
また、上記の説明では、圧電アクチュエータ装置９０及び圧電アクチュエータ装置１９０を中心に説明したが、上記の圧電アクチュエータ装置９０及び圧電アクチュエータ装置１９０を備えたインクジェットヘッド３によれば、マイグレーションによる電極の絶縁抵抗が低下することによるショートや絶縁不良を防止することができるインクジェットヘッド３を提供することができる。
【００８０】
また、上記の説明では、電極間のマイグレーションを防止するために、相対的にマイグレーションしにくい材料を使用する電極及び相対的にマイグレーションしやすい材料を使用する電極の位置関係を、電極間の高電位から低電位方向に発生する電界方向によって説明したが、一般に、圧電層に施される分極処理による分極方向と同じ方向に電界が作用するように電位を付与するのが一般的である。そこで、圧電層に施される分極処理による分極方向によっても本発明は、説明することができる。
【００８１】
例えば、図５を参照して、圧電アクチュエータ３２は、圧電層７１と、圧電層７１の両面にそれぞれ設けられ、圧電層７１を挟んで相対向する共通電極７３及び個別電極７２を備えている。そして、圧電層７１は、個別電極７２から共通電極７３に向かう方向に分極されており、個別電極７２は、共通電極７３に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていてもよい。
【００８２】
上記の構成によれば、分極された圧電層７１の分極方向７５上流側に配置された個別電極７２に分極方向７５下流側に配置された共通電極７３よりも相対的にマイグレーションしにくい材料を使用し、分極方向７５下流側に配置された共通電極７３に分極方向７５上流側に配置された個別電極７２よりも相対的にマイグレーションしやすい材料を使用することで、個別電極７２及び共通電極７３への電位付与の際、分極方向上流側に配置されたマイグレーションしにくい材料がマイグレーションを起こすのを防止し、分極方向７５下流側に配置されたマイグレーションしやすい材料が、マイグレーションを起こすことを防止することができる。
【００８３】
以上説明した実施の形態及びその変形例は、インクの液滴を吐出して対象物に文字や画像等を印刷するインクジェットヘッド３に本発明を適用した例であるが、圧電アクチュエータ装置を備えた様々な分野で用いられる装置にも本発明を適用することももちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】プリンタの概略構成図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図３】図２のインクジェットヘッドの平面図である。
【図４】実施の形態１に係る圧電アクチュエータの図３のＶ−Ｖ’線断面図である。
【図５】実施の形態１に係る圧電アクチュエータの分極方向を示す説明図である。
【図６】（ａ）実施の形態１に係る圧電アクチュエータの動作前の状態を示す説明図である。（ｂ）実施の形態２に係る圧電アクチュエータの動作時の状態を示す説明図である。
【図７】実施の形態２に係る圧電アクチュエータの図３のＶ−Ｖ’線断面図である。
【図８】実施の形態２に係る圧電アクチュエータの分極方向を示す説明図である。
【図９】（ａ）実施の形態２に係る圧電アクチュエータの待機状態の電位及び電界方向を示す説明図である。（ｂ）実施の形態２に係る圧電アクチュエータの動作時の電位及び電界方向を示す説明図である。
【図１０】変形例１における図５相当図である。
【図１１】変形例２において接合電極に銀を使用した場合の図８相当図である。
【図１２】変形例２において接合電極に金を使用した場合の図８相当図である。
【符号の説明】
【００８５】
３ インクジェットヘッド
１０ 圧力室
１５ ノズル
３１ 流路ユニット
３２ 圧電アクチュエータ
４１ 下部圧電層
４２ 上部圧電層
４３ 下部電極
４４ 中間電極
４５ 上部電極
７１ 圧電層
７２ 個別電極
７３ 共通電極
７４ 接合電極
８０ ドライバＩＣ
９０ 圧電アクチュエータ装置
９９ 接合電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイグレーションの発生を防ぐことができる圧電アクチュエータ装置及びそれを備えた液滴噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電界が作用したときの圧電層の変形（圧電歪）を利用して、様々な対象を駆動する圧電アクチュエータが知られている。例えば、特許文献１には、ノズルからインクの液滴を噴射するインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータが開示されている。この特許文献１の圧電アクチュエータは、圧力室を含むインク流路が形成されたインク流路基板に設けられており、圧電層と、この圧電層の一方の面において圧力室と対向するように配置された個別電極と、個別電極との間で圧電層を挟むように、圧電層の他方の面に設けられた共通電極とを有する。
【０００３】
そして、個別電極に共通電極の電位よりも高い電位が付与されて、両電極間に所定の電位が付与されたときには、これらの電極に挟まれる圧電層に厚み方向の電界が作用する。このとき、圧電層が面方向に収縮することによって、振動板が撓むことになり、圧力室の容積が変化して、圧力室内のインクに圧力が付与される。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３８８９９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧電層に設けられた２つの電極に異なる電位が付与されたときには、２つの電極間でマイグレーションが生じる。なお、この場合のマイグレーションとは、高い電位が付与される電極から、低い電位が付与される電極へ、圧電層中を電極材料が電界方向に沿って移動し、結晶として析出される現象のことを指す。このマイグレーションが進行すると、圧電層の絶縁抵抗が低下し、絶縁不良や、さらには、２つの電極間でのショートを引き起こすことになる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、マイグレーションの発生を防ぐことができる圧電アクチュエータ装置及びそれを備えた液滴噴射装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明の圧電アクチュエータ装置は、圧電層と、前記圧電層の両面にそれぞれ設けられ、前記圧電層を挟んで相対向する第１電極及び第２電極とを備えた圧電アクチュエータと、前記第２電極に前記第１電極よりも高い電位を付与して、前記第２電極から前記第１電極に向かう方向に電界を発生させる電位付与手段とを備え、前記第２電極は、前記第１電極に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
圧電層及びその圧電層を挟む２つの電極を持つ圧電アクチュエータ装置において、電位を付与し電界を発生させた場合、高電位が付与される電極に使用された材料が電界方向に沿って電離し、両電極間に挟まれた圧電層の中を電界方向に移動し、結晶として析出されることにより、絶縁不良を起こす場合がある（マイグレーション）。そこで、上記発明により、高電位が付与される第２電極に低電位が付与される第１電極よりも相対的にマイグレーションしにくい材料を使用することで、両電極への電位の付与の際、高電位が付与される第２電極に使用されたマイグレーションしにくい材料が、電界方向に電離するのを防ぎ、マイグレーションを起こすことを防止することができる。
【０００９】
また、第２の発明の圧電アクチュエータ装置は、上記の第１の発明において、前記第２電極は、前記圧電層の一方の面に設けられた表面電極と、この表面電極に導通するとともに前記電位付与手段と接続される接合電極とを有するものであり、前記接合電極は、前記圧電層の一方の面の前記第１電極と対向する領域に設けられるとともに、前記第１電極に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
一般に、圧電アクチュエータ装置において、圧電アクチュエータの電極に電位を付与する電位付与手段と接続される接合電極が設けられることがある。そして、係る接合電極も、第２電極への電位付与の際に前述した第１電極との間でマイグレーションを引き起こす場合がある。そこで、上記発明により、圧電層を挟んで第１電極に対向する領域に設けられた接合電極を、第１電極に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成することにより、接合電極のマイグレーションを防止することができる。
【００１１】
また、第３の発明の圧電アクチュエータ装置は、上記の第２の発明において、前記第２電極のうちの前記接合電極と導通する前記表面電極と、前記第１電極とが、同じ材料で形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
上記発明によれば、電気的特性・コスト削減の面等で、第２電極のうちの接合電極と導通する表面電極及び第１電極に使用される材料と接合電極に使用する材料とが異なる場合でも、接合電極に使用された材料がマイグレーションを起こすことを防止することができる。
【００１３】
また、第４の発明の圧電アクチュエータ装置は、積層された２枚の圧電層と、前記２枚の圧電層をそれぞれ挟むように配置された所定の高電位が付与される高電位電極と、前記高電位よりも低い所定の低電位が付与される低電位電極と、前記高電位と前記低電位との間で電位が切り替えられる駆動電極とを備えた圧電アクチュエータと、前記高電位電極、前記低電位電極及び前記駆動電極の３つの電極にそれぞれ前記所定の電位を付与して、高電位が付与される電極から低電位が付与される電極に向かう方向に電界を発生させる電位付与手段とを備え、前記３つの電極のうちの少なくとも２つの電極間において発生させた電界方向の上流側に位置する電極は、前記電界方向の下流側に位置する電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
高電位電極と低電位電極と駆動電極を含む３層構造の圧電アクチュエータにおいても上述したマイグレーションが発生する場合がある。そこで、本発明によれば、高電位電極と低電位電極と駆動電極の３つの電極のうちの少なくとも２つの電極間において発生させた電界方向の上流側に位置する電極は、電界方向の下流側に位置する電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成することにより、電界方向の上流側に位置する電極が、マイグレーションを起こすのを防止することができる。
【００１５】
また、第５の発明の圧電アクチュエータ装置は、上記の第４の発明において、前記高電位電極は、前記低電位電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
第４の発明に示す３層構造の圧電アクチュエータでは、高電位電極が、常時高い電位に維持されているため、高電位電極のマイグレーションが常時進行する状態にある。そこで、本発明により、高電位電極と低電位電極との関係で、高電位電極を、マイグレーションしにくい材料にすることで、高電位電極がマイグレーションを起こすことを防ぐことができる。
【００１７】
また、第６の発明の圧電アクチュエータ装置は、上記の第４又は第５の発明において、前記高電位電極は、前記駆動電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
上記の発明によれば、高電位電極が、常時高い電位に維持されているため、高電位電極から駆動電極へのマイグレーションが進行するおそれがある。そこで、高電位電極と駆動電極との関係で、高電位電極を、マイグレーションしにくい材料にして、高電位電極がマイグレーションを起こすことを防ぐことができる。
【００１９】
また、第７の発明の圧電アクチュエータ装置は、上記の第４〜第６の発明のいずれかにおいて、前記駆動電極は、前記低電位電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
上記の発明によれば、駆動電極が、高電位に切り替えられたときに、駆動電極から低電位電極へのマイグレーションが進行するおそれがある。そこで、駆動電極と低電位電極との関係で、高電位に切り替えられる駆動電極を、マイグレーションしにくい材料にして、駆動電極がマイグレーションを起こすことを防ぐことができる。
【００２１】
また、第８の発明の圧電アクチュエータ装置は、上記の第４の発明において、前記駆動電極は、前記積層された圧電層の表面に設けられた表面電極と、この表面電極に導通するとともに前記電位付与手段と接続される接合電極とを有するものであり、前記接合電極は、前記高電位電極及び低電位電極に比べて相対的にマイグレーションしやすい材料により形成されるとともに、前記圧電層の表面の前記高電位電極と対向する領域に設けられていることを特徴とするものである。
【００２２】
上記の発明によれば、接合電極は、高電位電極及び低電位電極に比べて相対的にマイグレーションしやすい材料により形成される場合に、圧電層の表面の高電位電極と対向する領域に設けられることにより、接合電極がマイグレーションを起こすのを防止することができる。
【００２３】
また、第９の発明の液滴噴射装置は、液滴を噴射する複数のノズルと、前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニットに、前記圧力室を覆うように設けられた第１〜第８の発明のいずれかに係る圧電アクチュエータ装置と、を備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
上記の発明によれば、液滴噴射装置に第１〜第８の発明のいずれかに係る圧電アクチュエータ装置を備えることで、マイグレーションを防止することができる液滴噴射装置を提供することができる。
【００２５】
また、第１０の発明の圧電アクチュエータは、圧電層と、前記圧電層の両面にそれぞれ設けられ、前記圧電層を挟んで相対向する第１電極及び第２電極を備え、前記圧電層は、第２電極から第１電極に向かう方向に分極されており、前記第２電極は、前記第１電極に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とするものである。
【００２６】
圧電層に施される分極処理による分極方向と同じ方向に電界が作用するように電位を付与するのが一般的である。そこで、第１の発明を分極方向によって説明した上記の発明によれば、分極された圧電層の分極方向上流側に配置された電極に分極方向下流側に配置された電極よりも相対的にマイグレーションしにくい材料を使用し、分極方向下流側に配置された電極に分極方向上流側に配置された電極よりも相対的にマイグレーションしやすい材料を使用することで、両電極への電位付与の際、分極方向上流側に配置されたマイグレーションしにくい材料がマイグレーションを起こすのを防止し、分極方向下流側に配置されたマイグレーションしやすい材料が、電界によるマイグレーションの影響を受けることを防止することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、圧電層及びその圧電層を挟む２つの電極を持つ圧電アクチュエータ装置において、高電位が付与される第２電極に低電位が付与される第１電極よりも相対的にマイグレーションしにくい材料を使用することで、２つの電極への電位の付与の際、高電位が付与される第２電極に使用されたマイグレーションしにくい材料が、電界方向に電離するのを防ぎ、マイグレーションを起こすことを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（実施の形態１）
次に、本発明の実施の形態１について説明する。
【００２９】
図１は、実施の形態１に係るプリンタ１の概略構成図である。図１に示すように、プリンタ１は、キャリッジ２、インクジェットヘッド３（液滴噴射装置）、搬送ローラ４などを備えている。
【００３０】
キャリッジ２は走査方向（図１の左右方向）に往復移動する。インクジェットヘッド３はキャリッジ２の下面に取り付けられており、その下面に形成されたノズル１５（図３及び図４参照）からインクを吐出する。搬送ローラ４は、印刷用紙Ｐを紙送り方向（図１の手前方向）に搬送する。そして、プリンタ１においては、キャリッジ２とともに走査方向に往復移動するインクジェットヘッド３のノズル１５から、印刷用紙Ｐにインクが吐出されることにより、印刷用紙Ｐに印刷が行われる。また、印刷が完了した印刷用紙Ｐは、搬送ローラ４によって紙送り方向に排出される。
【００３１】
（インクジェットヘッド３の構成）
次にインクジェットヘッド３について詳細に説明する。図２は、図１のインクジェットヘッド３の分解斜視図である。図３は、図２のインクジェットヘッド３の平面図である。図４は、圧電アクチュエータ３２の図３のＶ−Ｖ’線断面図である。図５は、圧電アクチュエータ３２の分極方向を示す説明図である。
【００３２】
図２〜図４に示すように、インクジェットヘッド３は、流路ユニット３１と圧電アクチュエータ装置９０とを備えている。流路ユニット３１は、複数のプレート２１〜２７が互いに積層されることによって、インク供給口９からインクが供給されるマニホールド流路１１、及び、マニホールド流路１１の出口からアパーチャ流路１２を経て圧力室１０に至り、さらに、圧力室１０からディセンダ流路１４を経てノズル１５に至る複数の個別インク流路を有するインク流路（液体流路）が形成されている。そして、後述するように、圧電アクチュエータ３２により、圧力室１０内のインクに圧力が付与されると、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。
【００３３】
複数の圧力室１０は、走査方向（図３の左右方向）を長手方向とする略楕円形の平面形状を有しており、紙送り方向（図３の上下方向）に沿って配列されて１つの圧力室列８を構成しており、このような圧力室列８が、走査方向に２列に配列されることによって１つの圧力室群７を構成している。さらに、このような圧力室群７が走査方向に沿って５つ配列されている。ここで、１つの圧力室列群７に含まれる２列の圧力室列８を構成する圧力室１０同士は、紙送り方向に関して互いにずれて配置されている。また、複数のノズル１５も、複数の圧力室１０と同様に配置されている。
【００３４】
次に、圧電アクチュエータ装置９０について説明する。図２に示すように、圧電アクチュエータ装置９０は、圧電アクチュエータ３２（圧電アクチュエータ）と、圧電アクチュエータ３２と電気的且つ機械的に接合されたフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）８１と、フレキシブル配線基板８１に実装されたドライバＩＣ８０（電位付与手段）とを備えている。
【００３５】
（圧電アクチュエータ３２の構成）
圧電アクチュエータ３２は、図３及び図４に示すように、複数の圧力室１０を覆うように流路ユニット３１の上面に接合された振動板７０と、振動板７０の上面に配置された共通電極７３（第１電極）と、共通電極７３の上面に配置された圧電層７１（圧電層）と、圧電層７１の上面に配置された複数の個別電極７２（第２電極）とを備えている。
【００３６】
振動板７０と圧電層７１は、共に、圧電材料（例えば、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料）により、略矩形の平面形状を有するシート状に形成されている。そして、振動板７０と圧電層７１は、互いに積層された状態で、流路ユニット３１上面に複数の圧力室１０を覆うように連続的に配置されている。また、図５に示すように、上層に位置する圧電層７１は、予め個別電極７２から共通電極７３に向かって下向きに分極されている（分極方向７５）。
【００３７】
複数の個別電極７２は、それぞれ、圧力室１０よりも一回り小さい略矩形の平面形状を有し、圧電層７１の上面の、複数の圧力室１０の略中央部と対向する領域に配置されている。また、共通電極７３は、振動板７０と圧電層７１の間に、それらの表面のほぼ全域にわたって形成されている。即ち、共通電極７３及び個別電極７２は、圧電層７１の両面に相対向するように配置されている。
【００３８】
圧電アクチュエータ３２における２つの電極（個別電極７２、共通電極７３）は、その電極を形成する材料を異ならせることが好ましい場合がある。例えば、圧電アクチュエータ３２の製造過程において、振動板４０の上面に共通電極７３を接着する際に焼成処理により接着をするが、この焼成処理の熱による形状変化の影響を受けにくい金属材料を共通電極７３に使用するのが好ましい。そこで、本実施例では、共通電極７３には、焼成処理の熱による形状変化の影響を受けにくい銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）を使用している。また、個別電極７２には、圧電アクチュエータ３２の構造上、外部の大気と接するため、防錆性がある金属材料を使用するのが好ましい。そして、防錆性がある材料として、例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などが上げられるが、銀（Ａｇ）は、銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）よりも、マイグレーションしやすく、金（Ａｕ）は、銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）よりも、マイグレーションしにくい金属材料である。このため、本実施例では、個別電極７２に、銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）よりもマイグレーションしにくい金属材料である金（Ａｕ）を使用している。
【００３９】
このように、個別電極７２と共通電極７３に使用される金属材料が異なる場合、マイグレーションのしにくさが異なる場合がある。この場合、高電位が付与される個別電極７２には、低電位が付与される共通電極７３よりもマイグレーションしにくい材料が使用される。ここで、マイグレーションしにくい材料とは、個別電極７２の使用される金属材料と共通電極７３に使用される金属材料との間で相対的に決定されるものである。そして、この相対的にマイグレーションしにくい金属材料の順序としては、金（Ａｕ）＞すず（Ｓｎ）＞銅（Ｃｕ）＞鉛（Ｐｂ）＞銀（Ａｇ）や、金（Ａｕ）＞銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）＞銀（Ａｇ）や、銀と銅の合金（Ａｇ−Ｃｕ）＞銅（Ｃｕ）などが上げられる。
【００４０】
次に、図２に示すように、圧電アクチュエータ３２の圧電層７１の上面には、本体側の基板から送信された印字データに従って圧電アクチュエータ３２を駆動するドライバＩＣ８０が、フレキシブル配線基板８１に実装され、フレキシブル配線基板８１が圧電アクチュエータ３２と電気的かつ機械的に接合されて、本体側と接続されている。そして、ドライバＩＣ８０から、複数の個別電極７２のそれぞれに対して、高電位と低電位（グランド電位）の一方が選択的に付与されるようになっている。一方、共通電極７３は、ドライバＩＣ８０内のグランド線に接続されることにより、常に低電位（グランド電位）に保持されている。即ち、ドライバＩＣ８０は、個別電極７２に共通電極７３よりも高い電位を付与して、個別電極７２から共通電極７３に向かう方向に電界を発生させるものである。
【００４１】
このように、振動板７０と圧電層７１は、共に、全ての圧力室１０を共通に覆うように配置された、圧電材料からなる層であるが、上層に位置する圧電層７１は、圧力室１０と対向する領域において個別電極７２と共通電極７３に上下両側から挟まれた構成となっている。即ち、この圧電層７１は、個別電極７２に所定の高電位が付与されたときに、分極方向７５と同じ方向に電界が印加されて圧電歪みが生じる活性層として働く。一方、下層に位置する振動板７０は、個別電極７２と共通電極７３に挟まれた構成となっておらず、この振動板７０は、圧電材料で構成されているものの、実際には圧電歪みが生じない非活性層である。
【００４２】
（圧電アクチュエータ３２の動作）
以上の圧電アクチュエータ３２の、インクの吐出時における動作について図６を参照して説明する。図６の（ａ）は、圧電アクチュエータ３２の動作前の状態を示す説明図である。また、図６の（ｂ）は、圧電アクチュエータ３２の動作時の状態を示す説明図である。
【００４３】
圧電アクチュエータ３２がインクを吐出させる動作を行う前の待機状態においては、図６の（ａ）に示すように、共通電極７３には、常時グランド電位が付与されている。また、個別電極７２には、待機状態において、グランド電位が付与されている。そして、インクを吐出させるべく圧電アクチュエータ３２を駆動させる際に、ドライバＩＣ８０から、個別電極７２に対して高電位（例えば、２０Ｖ）が付与されると、この高電位が付与された個別電極７２と、グランド電位に保持されている共通電極７３との間に電位差が生じ、図６の（ｂ）に示すように、これらの個別電極７２と共通電極７３との間に挟まれた圧電層７１に個別電極７２から共通電極７３の方向（分極方向７５と同じ方向）に電界が印加される（電界方向７６）。この電界方向７６は圧電層７１の分極方向７５と平行であるので、この圧電層７１は、電界が印加された部分において厚み方向に伸びて面方向に収縮する。一方、非活性層である振動板７０は、圧力室１０の周囲領域においてキャビティプレート２１に固定されていることから、上層の圧電層７１が面方向に収縮することによって、下層の振動板７０は、圧力室１０と対向する領域において、圧力室１０側に凸となるように変形する（ユニモルフ変形）。このとき、圧力室１０の容積が減少することから、その内部のインクの圧力が上昇し、圧力室１０に連通するノズル１５からインクの液滴が噴射される。
【００４４】
インクを吐出させるべく圧電アクチュエータ３２を駆動させる際に、ドライバＩＣ８０から、個別電極７２に対して高電位（２０Ｖ）が付与されると、この高電位が付与された個別電極７２と、グランド電位が付与されている共通電極７３との間に電位差が生じ、これらの個別電極７２と共通電極７３との間に挟まれた圧電層７１に個別電極７２から共通電極７３の方向に電界が発生する（電界方向７６）。そして、高電位が付与された個別電極７２に使用された材料が電界方向７６に沿って電離し、個別電極７２と共通電極７３との間に挟まれた圧電層７１の中を電界方向７６に移動し、結晶として析出されることにより、絶縁不良を起こす場合がある（マイグレーション）。
【００４５】
そこで、上記の構成によれば、高電位が付与される個別電極７２に低電位（グランド電位）が付与される共通電極７３よりも相対的にマイグレーションしにくい材料を使用し、低電位が付与される共通電極７３に高電位が付与される個別電極７２よりも相対的にマイグレーションしやすい材料を使用することで、個別電極７２及び共通電極７３への電位付与の際、高電位が付与される個別電極７２に使用されたマイグレーションしにくい材料が、電界方向７６に電離するのを防ぎ、マイグレーションを起こすことを防止することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る圧電アクチュエータ装置１９０について説明する。この圧電アクチュエータ装置１９０は、実施の形態１における圧電アクチュエータ装置９０の圧電アクチュエータ３２を３つの電極を持つ圧電アクチュエータ１３２に置き換えたものであるため圧電アクチュエータ１３２について詳しく説明する。なお、実施の形態１と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。図７は、実施の形態２に係る圧電アクチュエータ１３２の図３のＶ−Ｖ’線断面図である。図８は、実施の形態２に係る圧電アクチュエータ１３２の分極方向を示す説明図である。
【００４７】
（圧電アクチュエータ１３２の構成）
実施の形態２に係る圧電アクチュエータ１３２は、図７に示すように、振動板４０及び下部圧電層４１（２枚の圧電層の１つ）、上部圧電層４２（２枚の圧電層の１つ）、下部電極４３（低電位電極）、中間電極４４（高電位電極）及び上部電極４５（駆動電極）を備えている。振動板４０は、圧電材料からなり、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。
【００４８】
下部圧電層４１及び上部圧電層４２は、振動板４０と同様の圧電材料からなり、互いに積層されて振動板４０の上面に配置されている。
【００４９】
下部電極４３は、振動板４０と下部圧電層４１との間に配置されており、各圧力室群７に対応して、各圧力室群７を構成する２列の圧力室列８に沿って紙送り方向に延びており、これら２列の圧力室列８を構成する複数の圧力室１０と対向している。また、下部電極４３は、圧電アクチュエータ１３２の上方に配置されたフレキシブル配線基板８１を介してドライバＩＣ８０（電位付与手段）に接続されており、ドライバＩＣ８０により常に低電位に保持されている。
【００５０】
中間電極４４は、下部圧電層４１と上部圧電層４２との間に配置されており、圧力室群７毎に、それぞれ、複数の対向部分を有している。複数の対向部分は、紙送り方向に関する長さが圧力室１０よりも短い略矩形の平面形状を有しており、複数の圧力室１０の紙送り方向に関する略中央部と対向するように配置されている。また、中間電極４４は、フレキシブル配線基板８１を介してドライバＩＣ８０に接続されており、ドライバＩＣ８０により、常に高電位（例えば、２０Ｖ程度）に保持されている。
【００５１】
複数の上部電極４５は、上部圧電層４２の上面に、複数の圧力室１０に対応して、複数の圧力室１０のほぼ全域と対向するように配置されており、紙送り方向に関する長さが中間電極４４の対向部４４ａよりも長い、略矩形の平面形状を有している。また、上部電極４５は、フレキシブル配線基板８１を介してドライバＩＣ８０に接続されており、低電位（グランド電位）と高電位（例えば、２０Ｖ）との間でその電位が切り替えられる。
【００５２】
そして、このように下部電極４３、中間電極４４及び上部電極４５が配置されることにより、上部圧電層４２の圧力室１０の略中央部と対向する部分（第１活性部Ｒ１）が上部電極４５と中間電極４４とに挟まれることとなる。この第１活性部Ｒ１は、図８に示すように、中間電極４４から上部電極４５に向かって上向きに分極されている（分極方向９３）。
【００５３】
さらに、上部圧電層４２及び下部圧電層４１の圧力室１０と対向する部分が、上部電極４５と下部電極４３とに挟まれることとなる。そして、この部分のうち、中間電極４４と対向する部分の除いた部分（第２活性部Ｒ２）が、図８に示すように、上部電極４５から下部電極４３に向かって下向きに分極されている（分極方向９６）。
【００５４】
なお、下部圧電層４１のうち、中間電極４４と下部電極４３とに挟まれた部分は、中間電極４４から下部電極４３に向かって下向きに分極されている（分極方向９７）（図８参照）。
【００５５】
（圧電アクチュエータ１３２の動作）
ここで、図９に基づいて、圧電アクチュエータ１３２のインク吐出時の動作について説明する。図９の（ａ）は、圧電アクチュエータ１３２の待機状態の電位及び電界方向を示す説明図である。図９の（ｂ）は、圧電アクチュエータ１３２の動作時の電位及び電界方向を示す説明図である。
【００５６】
まず、圧電アクチュエータ１３２がインクを吐出させる動作を行う前の待機状態においては、図９の（ａ）に示すように、下部電極４３及び中間電極４４が、それぞれ、常に低電位（グランド電位）及び高電位（例えば、２０Ｖ）に保持されているとともに、上部電極４５の電位が予め低電位（グランド電位）に保持されている。この状態では、上部電極４５が中間電極４４よりも低電位になっているとともに、下部電極４３と同電位となっている。
【００５７】
これにより、上部電極４５と中間電極４４との間の電位差が生じ、第１活性部Ｒ１にはその分極方向９３と同じ上向きの電界が発生する（電界方向９４）。このため、第１活性部Ｒ１がこの電界と直交する水平方向に収縮する。これにより所謂ユニモルフ変形が生じ、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０に向かって凸となるように変形する。この状態では、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０が変形していない場合と比較して、圧力室１０の容積が小さくなっている。
【００５８】
そして、インクを吐出させるべく圧電アクチュエータ１３２を駆動させる際には、上部電極４５の電位を、一旦、図９の（ｂ）に示すように、高電位（例えば、２０Ｖ）に切り替えた後、図９の（ａ）に示すように、グランド電位に戻す。図９の（ｂ）に示すように、上部電極４５の電位を高電位に切り替えると、上部電極４５が中間電極４４と同電位となるとともに、下部電極４３よりも高電位となる。これにより、第１活性部Ｒ１の上記収縮が元に戻る。そしてこれと同時に、上部電極４５と下部電極４３との間に電位差が生じ、第２活性部２Ｒにはその分極方向９６と同じ下向きの電界が発生し（電界方向９５）、第２活性部Ｒ２が水平方向に収縮する。これにより、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０が全体として、圧力室１０と反対側に凸となるように変形し、圧力室１０の容積が増加する。
【００５９】
この後、図９の（ａ）に示すように、上部電極４５の電位をグランド電位に戻すと、前述したのと同様、上部圧電層４２、下部圧電層４１及び振動板４０の圧力室１０と対向する部分が全体として圧力室１０に向かって凸となるように変形し、圧力室１０の容積が小さくなる。これにより、圧力室１０内のインクの圧力が上昇し、圧力室１０に連通するノズル１５からインクが吐出される。
【００６０】
なお、上述した待機状態及び圧電アクチュエータ１３２が駆動されている間においては、下部圧電層４１の中間電極４４と下部電極４３との間の部分には常に電位差が生じており、下部圧電層４１のこの部分には、その分極方向９７と同じ方向の電界が発生している（電界方向９８）。これにより、下部圧電層４１のこの部分は常に収縮した状態となっている。
【００６１】
上記のように高電位電極となる中間電極４４と低電位電極となる下部電極４３と駆動電極となる上部電極４５を含む３層構造の圧電アクチュエータ装置１９０においても上述したマイグレーションが発生する場合がある。そこで、上記構成において、中間電極４４と下部電極４３と上部電極４５の３つの電極のうちの少なくとも２つの電極間において発生させた電界方向の上流側に位置する電極は、電界方向の下流側に位置する電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成することにより、電界方向の上流側に位置する電極が、マイグレーションを起こすのを防止することができる。
【００６２】
具体的には、中間電極４４を、下部電極４３と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成する。
【００６３】
上記に示す３層構造の圧電アクチュエータ１３２では、待機時、中間電極４４が、常時高電位（例えば、２０Ｖ）に維持されているため、中間電極４４のマイグレーションが常時進行する状態にある。そこで、中間電極４４と下部電極４３との関係で、中間電極４４をマイグレーションしにくい材料にすることで、中間電極４４が電界によるマイグレーションを起こすことを防ぎ、下部電極４３を電界方向９７の下流側に配置することで、下部電極４３が電界によるマイグレーションの影響を受けることを防止することができる。
【００６４】
あるいは、中間電極４４を、上部電極４５と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成する。
【００６５】
この場合、待機時、上部電極４５は、グランド電位に維持され、中間電極４４が、常時高電位（例えば、２０Ｖ）に維持されているため、中間電極４４から上部電極４５へのマイグレーションが進行するおそれがある。そこで、中間電極４４と上部電極４５との関係で、中間電極４４をマイグレーションしにくい材料にすることで、中間電極４４が電界によるマイグレーションを起こすことを防ぎ、上部電極４５を電界方向９３の下流側に配置することで、上部電極４５が電界によるマイグレーションの影響を受けることを防止することができる。
【００６６】
あるいは、上部電極４５を、下部電極４３と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成する。
【００６７】
この場合、インクを吐出させるべく圧電アクチュエータ１３２を動作させる際には、上部電極４５の電位を、高電位（例えば、２０Ｖ）に切り替えた後、グランド電位に戻す。このように上部電極４５の電位を高電位に切り替えると、上部電極４５が下部電極４３よりも高電位となるため、上部電極４５から下部電極４３への電界によるマイグレーションが進行するおそれがある。そこで、下部電極４３と上部電極４５との関係で、上部電極４５をマイグレーションしにくい材料にすることで、上部電極４５が電界によるマイグレーションを起こすことを防ぎ、下部電極４３を電界方向９６の下流側に配置することで、下部電極４３が電界によるマイグレーションの影響を受けることを防止することができる。
【００６８】
（変形例）
次に、実施の形態１又は２に種々の変更を加えた変形例１及び２について説明する。ただし、実施の形態１又は２と同様の構成を有するものについては同じ符号を付し、適宜その説明を省略する。図１０は、変形例１における図５相当図である。図１１は、変形例２において接合電極９９に銀を使用した場合の図８相当図である。図１２は、変形例２において接合電極９９に金を使用した場合の図８相当図である。
【００６９】
（変形例１）
図１０に示すように、実施の形態１の圧電アクチュエータ３２の個別電極７２において、圧電層７１の一方の面の共通電極７３（第１電極）と対向する位置に接合電極７４（接合電極）を設けてもよい。この場合、ドライバＩＣ８０が実装されたフレキシブル配線基板８１と、圧電アクチュエータ３２とが接合電極７４を介して電気的かつ機械的に接合されることになる。なお、変形例１では、個別電極７２は、表面電極に相当する。
【００７０】
ここで、圧電アクチュエータ３２の個別電極７２の上面に接合電極７４を設けた場合、フレキシブル配線基板８１と圧電アクチュエータ３２とを接続する際の電導性等の電気的特性の向上、加工のしやすさ、フレキシブル配線基板８１と圧電アクチュエータ３２との接地面積の確保、製造工程の簡易化等の観点から個別電極７２及び共通電極７３に使用される材料は同じものを使用し、接合電極７４には、共通電極７３に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料を使用する。例えば、接合電極７４には、伝導性が良好でマイグレーションしにくい材料として金を使用し、個別電極７２及び共通電極７３には、圧電アクチュエータ１３２の製造過程における焼成処理において、焼成に耐性がある銀とパラジウムの合金（Ａｇ―Ｐｄ）を使用している。ここで、金は、銀とパラジウムの合金に比べてマイグレーションしにくい材料である。
【００７１】
上記のように、圧電アクチュエータ装置９０において、圧電アクチュエータ３２の上面に、圧電アクチュエータ３２に駆動信号を付与するドライバＩＣ８０が実装されたフレキシブル配線基板８１と接続される接合電極７４が設けられることがある。そして、係る接合電極７４も、電位が付与された際に前述したマイグレーションを引き起こす場合がある。そこで、上記構成により、圧電層７１を挟んで共通電極７３に対向する領域に設けられた接合電極７４を、共通電極７３に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成することにより、電界による接合電極７４のマイグレーションを防止することができる。
【００７２】
また、上記の構成によれば、電導性等の電気的特性の向上、加工のしやすさ、接面積の確保、製造工程の簡易化等の観点から、接合電極７４と導通する個別電極７２及び共通電極７３に使用される材料と接合電極７４に使用する材料とが異なる場合でも、接合電極７４に使用された材料がマイグレーションを起こすことを防止することができる。
【００７３】
（変形例２）
図１１に示すように、実施の形態２の圧電アクチュエータ１３２の上部電極４５（表面電極）において、上部圧電層４２の一方の面の中間電極４４と対向する位置に接合電極９９（接合電極）を設けてもよい。この場合、ドライバＩＣ８０（電位付与手段）が実装されたフレキシブル配線基板８１と、圧電アクチュエータ１３２とが接合電極９９を介して電気的かつ機械的に接合されることになる。なお、接合電極９９を中間電極４４と対向する位置に設けた場合における「対向」とは、他の電極を挟むことなく圧電層のみを介して対向している状態をいう。
【００７４】
ここで、圧電アクチュエータ１３２の製造過程において、下部電極４３、中間電極４４及び上部電極４５を下部圧電層４１及び下部電極４３に接着する際に焼成処理により接着をするが、この焼成処理の熱による形状変化の影響を受けにくい金属材料を下部電極４３、中間電極４４及び上部電極４５に使用するのが好ましい。そこで、本変形例において、下部電極４３、中間電極４４及び上部電極４５には、焼成処理の熱による形状変化の影響を受けにくい銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）を使用している。また、接合電極９９には、圧電アクチュエータ３２とドライバＩＣ８０を備えたフレキシブル配線基板８１とを接触させる際の接触性の良さ（軟性がある）、電気的伝導性の良い金属材料を使用するのが好ましい。そして、接触性の良さ・電気的伝導性の良い金属材料として、例えば、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などが上げられるが、銀（Ａｇ）は、銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）よりも、マイグレーションしやすく、金（Ａｕ）は、銀とパラジウムの合金（Ａｇ−Ｐｄ）よりも、マイグレーションしにくい金属材料である。
【００７５】
そこで、銀（相対的にマイグレーションしやすい材料）で形成された接合電極９９を、銀とパラジウムの合金（相対的にマイグレーションしにくい材料）で形成された中間電極４４と対向させて、圧電アクチュエータ１３２がインクを吐出させる動作を行う前の待機状態において、接合電極９９に中間電極４４よりも低電位が付与されるようにする（図１１参照）。
【００７６】
逆に、図１２に示すように、接合電極９９に相対的にマイグレーションしにくい材料である金を使用した場合は、接合電極９９を銀とパラジウムの合金（相対的にマイグレーションしにくい材料）で形成された下部電極４３と対向させて、圧電アクチュエータ１３２がインクを吐出させる動作を行う際において、接合電極９９に下部電極４３よりも高電位が付与されるようにする（図１２参照）。
【００７７】
上記のように、圧電アクチュエータ装置１９０において、圧電アクチュエータ１３２の上面に、圧電アクチュエータ１３２に駆動信号を付与するドライバＩＣ８０が実装されたフレキシブル配線基板８１と接続される接合電極９９が設けられることがある。そして、係る接合電極９９も、電位付与の際に前述したマイグレーションを引き起こす場合がある。そこで、上記構成により、上部電極４５において、上部圧電層４２を挟んで中間電極４４に対向する領域に設けられた接合電極９９を、中間電極４４に比べて相対的にマイグレーションしやすい材料により形成される場合に、電界により接合電極９９がマイグレーションを起こすのを防止することができる。
【００７８】
また、上記の構成によれば、電導性等の電気的特性の向上、加工のしやすさ、接面積の確保、製造工程の簡易化等の観点から、接合電極９９と導通する上部電極４５、中間電極４４及び下部電極４３に使用される材料と接合電極９９に使用する材料とが異なる場合でも、接合電極９９に使用された材料がマイグレーションを起こすことを防止することができる。
【００７９】
また、上記の説明では、圧電アクチュエータ装置９０及び圧電アクチュエータ装置１９０を中心に説明したが、上記の圧電アクチュエータ装置９０及び圧電アクチュエータ装置１９０を備えたインクジェットヘッド３によれば、マイグレーションによる電極の絶縁抵抗が低下することによるショートや絶縁不良を防止することができるインクジェットヘッド３を提供することができる。
【００８０】
また、上記の説明では、電極間のマイグレーションを防止するために、相対的にマイグレーションしにくい材料を使用する電極及び相対的にマイグレーションしやすい材料を使用する電極の位置関係を、電極間の高電位から低電位方向に発生する電界方向によって説明したが、一般に、圧電層に施される分極処理による分極方向と同じ方向に電界が作用するように電位を付与するのが一般的である。そこで、圧電層に施される分極処理による分極方向によっても本発明は、説明することができる。
【００８１】
例えば、図５を参照して、圧電アクチュエータ３２は、圧電層７１と、圧電層７１の両面にそれぞれ設けられ、圧電層７１を挟んで相対向する共通電極７３及び個別電極７２を備えている。そして、圧電層７１は、個別電極７２から共通電極７３に向かう方向に分極されており、個別電極７２は、共通電極７３に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていてもよい。
【００８２】
上記の構成によれば、分極された圧電層７１の分極方向７５上流側に配置された個別電極７２に分極方向７５下流側に配置された共通電極７３よりも相対的にマイグレーションしにくい材料を使用し、分極方向７５下流側に配置された共通電極７３に分極方向７５上流側に配置された個別電極７２よりも相対的にマイグレーションしやすい材料を使用することで、個別電極７２及び共通電極７３への電位付与の際、分極方向上流側に配置されたマイグレーションしにくい材料がマイグレーションを起こすのを防止し、分極方向７５下流側に配置されたマイグレーションしやすい材料が、マイグレーションを起こすことを防止することができる。
【００８３】
以上説明した実施の形態及びその変形例は、インクの液滴を吐出して対象物に文字や画像等を印刷するインクジェットヘッド３に本発明を適用した例であるが、圧電アクチュエータ装置を備えた様々な分野で用いられる装置にも本発明を適用することももちろん可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】プリンタの概略構成図である。
【図２】図１のインクジェットヘッドの分解斜視図である。
【図３】図２のインクジェットヘッドの平面図である。
【図４】実施の形態１に係る圧電アクチュエータの図３のＶ−Ｖ’線断面図である。
【図５】実施の形態１に係る圧電アクチュエータの分極方向を示す説明図である。
【図６】（ａ）実施の形態１に係る圧電アクチュエータの動作前の状態を示す説明図である。（ｂ）実施の形態２に係る圧電アクチュエータの動作時の状態を示す説明図である。
【図７】実施の形態２に係る圧電アクチュエータの図３のＶ−Ｖ’線断面図である。
【図８】実施の形態２に係る圧電アクチュエータの分極方向を示す説明図である。
【図９】（ａ）実施の形態２に係る圧電アクチュエータの待機状態の電位及び電界方向を示す説明図である。（ｂ）実施の形態２に係る圧電アクチュエータの動作時の電位及び電界方向を示す説明図である。
【図１０】変形例１における図５相当図である。
【図１１】変形例２において接合電極に銀を使用した場合の図８相当図である。
【図１２】変形例２において接合電極に金を使用した場合の図８相当図である。
【符号の説明】
【００８５】
３ インクジェットヘッド
１０ 圧力室
１５ ノズル
３１ 流路ユニット
３２ 圧電アクチュエータ
４１ 下部圧電層
４２ 上部圧電層
４３ 下部電極
４４ 中間電極
４５ 上部電極
７１ 圧電層
７２ 個別電極
７３ 共通電極
７４ 接合電極
８０ ドライバＩＣ
９０ 圧電アクチュエータ装置
９９ 接合電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電層と、前記圧電層の両面にそれぞれ設けられ、前記圧電層を挟んで相対向する第１電極及び第２電極とを備えた圧電アクチュエータと、
前記第２電極に前記第１電極よりも高い電位を付与して、前記第２電極から前記第１電極に向かう方向に電界を発生させる電位付与手段とを備え、
前記第２電極は、前記第１電極に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ装置。
【請求項２】
前記第２電極は、前記圧電層の一方の面に設けられた表面電極と、この表面電極に導通するとともに前記電位付与手段と接続される接合電極とを有するものであり、
前記接合電極は、前記圧電層の一方の面の前記第１電極と対向する領域に設けられるとともに、前記第１電極に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成さ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装置。
【請求項３】
前記第２電極のうちの前記接合電極と導通する前記表面電極と、前記第１電極とが、同じ材料で形成されている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装置。
【請求項４】
積層された２枚の圧電層と、前記２枚の圧電層をそれぞれ挟むように配置された所定の高電位が付与される高電位電極と、前記高電位よりも低い所定の低電位が付与される低電位電極と、前記高電位と前記低電位との間で電位が切り替えられる駆動電極とを備えた圧電アクチュエータと、
前記高電位電極、前記低電位電極及び前記駆動電極の３つの電極にそれぞれ前記所定の電位を付与して、高電位が付与される電極から低電位が付与される電極に向かう方向に電界を発生させる電位付与手段とを備え、
前記３つの電極のうちの少なくとも２つの電極間において発生させた電界方向の上流側に位置する電極は、前記電界方向の下流側に位置する電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ装置。
【請求項５】
前記高電位電極は、前記低電位電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項６】
前記高電位電極は、前記駆動電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項７】
前記駆動電極は、前記低電位電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項８】
前記駆動電極は、前記積層された圧電層の表面に設けられた表面電極と、この表面電極に導通するとともに前記電位付与手段と接続される接合電極とを有するものであり、
前記接合電極は、前記高電位電極及び低電位電極に比べて相対的にマイグレーションしやすい材料により形成されるとともに、前記圧電層の表面の前記高電位電極と対向する領域に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項９】
液滴を噴射する複数のノズルと、前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、
前記流路ユニットに、前記圧力室を覆うように設けられた請求項１〜８のいずれかに記載の圧電アクチュエータ装置と、
を備えたことを特徴とする液滴噴射装置。
【請求項１０】
圧電層と、
前記圧電層の両面にそれぞれ設けられ、前記圧電層を挟んで相対向する第１電極及び第２電極を備え、
前記圧電層は、第２電極から第１電極に向かう方向に分極されており、
前記第２電極は、前記第１電極に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【請求項１】
圧電層と、前記圧電層の両面にそれぞれ設けられ、前記圧電層を挟んで相対向する第１電極及び第２電極とを備えた圧電アクチュエータと、
前記第２電極に前記第１電極よりも高い電位を付与して、前記第２電極から前記第１電極に向かう方向に電界を発生させる電位付与手段とを備え、
前記第２電極は、前記第１電極に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ装置。
【請求項２】
前記第２電極は、前記圧電層の一方の面に設けられた表面電極と、この表面電極に導通するとともに前記電位付与手段と接続される接合電極とを有するものであり、
前記接合電極は、前記圧電層の一方の面の前記第１電極と対向する領域に設けられるとともに、前記第１電極に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成さ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装置。
【請求項３】
前記第２電極のうちの前記接合電極と導通する前記表面電極と、前記第１電極とが、同じ材料で形成されている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装置。
【請求項４】
積層された２枚の圧電層と、前記２枚の圧電層をそれぞれ挟むように配置された所定の高電位が付与される高電位電極と、前記高電位よりも低い所定の低電位が付与される低電位電極と、前記高電位と前記低電位との間で電位が切り替えられる駆動電極とを備えた圧電アクチュエータと、
前記高電位電極、前記低電位電極及び前記駆動電極の３つの電極にそれぞれ前記所定の電位を付与して、高電位が付与される電極から低電位が付与される電極に向かう方向に電界を発生させる電位付与手段とを備え、
前記３つの電極のうちの少なくとも２つの電極間において発生させた電界方向の上流側に位置する電極は、前記電界方向の下流側に位置する電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ装置。
【請求項５】
前記高電位電極は、前記低電位電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項６】
前記高電位電極は、前記駆動電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項７】
前記駆動電極は、前記低電位電極と比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とする請求項４〜６の何れかに記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項８】
前記駆動電極は、前記積層された圧電層の表面に設けられた表面電極と、この表面電極に導通するとともに前記電位付与手段と接続される接合電極とを有するものであり、
前記接合電極は、前記高電位電極及び低電位電極に比べて相対的にマイグレーションしやすい材料により形成されるとともに、前記圧電層の表面の前記高電位電極と対向する領域に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の圧電アクチュエータ装置。
【請求項９】
液滴を噴射する複数のノズルと、前記複数のノズルにそれぞれ連通する複数の圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、
前記流路ユニットに、前記圧力室を覆うように設けられた請求項１〜８のいずれかに記載の圧電アクチュエータ装置と、
を備えたことを特徴とする液滴噴射装置。
【請求項１０】
圧電層と、
前記圧電層の両面にそれぞれ設けられ、前記圧電層を挟んで相対向する第１電極及び第２電極を備え、
前記圧電層は、第２電極から第１電極に向かう方向に分極されており、
前記第２電極は、前記第１電極に比べて相対的にマイグレーションしにくい材料により形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１５５３８３（Ｐ２０１０−１５５３８３Ａ）
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３３４８３２（Ｐ２００８−３３４８３２）
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月２６日（２００８．１２．２６）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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