JP2004096068A - 圧電素子、圧電アクチュエータ、及び、液体噴射ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】多層構造の圧電素子について、その変形効率を向上させる。
【解決手段】上層圧電体３４の厚さｔｐ１を下層圧電体３５の厚さｔｐ２の３／４以下にして、上層圧電体３４に付与される電場を下層圧電体３５に付与される電場よりも強くし、駆動信号の供給に伴う上層圧電体３４の変形度合いを、下層圧電体３５の変形度合いよりも大きくする。また、上層圧電体３４を下層圧電体３５よりも圧電定数の高い材料によって構成し、駆動信号の供給に伴う上層圧電体３４の変形度合いを、下層圧電体３５の変形度合いよりも大きくする。
【選択図】　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動信号の供給によって変形する圧電素子、この圧電素子を駆動源として用いた圧電アクチュエータ、及び、液体噴射ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧電素子は、圧電効果を示す圧電材料である、ＢａＴｉＯ３、ＰｂＺｒＯ３、ＰｂＴｉＯ３などの金属酸化物の粉末を圧縮焼成した圧電セラミックス、または高分子化合物を利用した圧電性高分子膜などから成る電気エネルギーの供給によって変形するものであり、例えば、液体噴射ヘッド、マイクロポンプ、発音体（スピーカ等）用の駆動素子として広く用いられている。ここで、液体噴射ヘッドは、圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出させるものであり、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレーの製造に用いられる液晶噴射ヘッド、カラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド等がある。また、マイクロポンプは、極く微量の液体を扱うことができる超小型のポンプであり、例えば、極く少量の薬液を送出する際に用いられる。
【０００３】
このような液体噴射ヘッドやマイクロポンプに用いられる重要な部品の一つに、振動板の表面に圧電素子を設けた圧電アクチュエータがある。この圧電アクチュエータは圧力室となる空部を有する圧力室形成基板に取り付けられ、圧力室の一部を振動板で区画する。そして、液滴を吐出したり、液体を送出したりする際には、圧電素子に駆動パルスを供給してこの圧電素子及び振動板（即ち、圧力室の変形部分）を変形させ、圧力室の容積を変化させる。
【０００４】
これらの液体噴射ヘッドやマイクロポンプにおいては、圧電素子の高周波駆動に対する強い要請がある。これは、液滴の高周波吐出を実現したり、送液能力を高めたりするためである。そして、圧電素子の高周波駆動を実現するためには、上記変形部分のコンプライアンスを従来よりも小さくし、且つ、圧電素子の変形量を従来よりも大きくする必要がある。これは、変形部分のコンプライアンスを小さくすると応答性が向上するため、従来よりも高い周波数での駆動が可能となること、及び、圧電素子の変形量を大きくすると圧力室の容積変化量が大きくなるため、吐出される液滴の量や送出される液体の量を増やすことができることによる。
【０００５】
そして、変形部分のコンプライアンスと圧電素子の変形量の相反する特性を充足するものとして、多層構造の圧電素子が提案されている。例えば、圧電体層を上層圧電体と下層圧電体の２層構造とし、上層圧電体と下層圧電体の境界に駆動電極（個別電極）を形成すると共に、上層圧電体の外表面と下層圧電体の外表面とにそれぞれ共通電極を形成した構造の圧電素子が提案されている（例えば、特許文献１，２）。
【０００６】
上記多層構造の圧電素子では、上層圧電体と下層圧電体の境界に駆動電極が設けられているので、各層の圧電体には、駆動電極から各共通電極までの間隔（即ち、各層圧電体の厚さ）と、駆動電極と各共通電極の電位差とによって定まる強さの電場が付与される。このため、共通電極と駆動電極とで単層の圧電体を挟んだ単層構造の圧電素子と比べた場合、圧電素子全体の厚さを多少厚くして変形部分のコンプライアンスを小さくしても、従来と同じ駆動電圧で大きく変形させることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平２−２８９３５２号公報（第６頁，第５図）
【特許文献２】
特開平１０−３４９２４号公報（第５頁，第９図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記多層構造の圧電素子を単に用いただけでは、近年の高い要請に応え得る程度の特性は得られなかった。このため、実際の製品としては、単層の圧電体を共通電極と駆動電極とで挟んだ単層構造の圧電素子を用いることを余儀なくされている。これには種々の要因が考えられるが、圧電素子の変形効率が十分でなかったことも一因と考えられる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、多層構造の圧電素子における変形効率を向上させることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、電場に応じて変形する圧電体層と、該圧電体層に付与される電場を発生する電極層とを備え、
前記圧電体層を、互いに積層された上層圧電体と下層圧電体とから構成すると共に、前記電極層を、共通上電極及び共通下電極と、駆動信号の供給源に導通される駆動電極とから構成し、
下層圧電体と上層圧電体との間に駆動電極を形成すると共に、駆動電極とは反対側の下層圧電体の表面には共通下電極を、駆動電極とは反対側の上層圧電体の表面には共通上電極をそれぞれ形成した圧電素子に関し、
前記駆動電極と共通上電極との間に生じる電場を駆動電極と共通下電極との間に生じる電場よりも強くすることで、駆動信号の供給に伴う上層圧電体の変形度合いを、下層圧電体の変形度合いよりも大きくしたことを特徴とする。
この発明において、上層圧電体を下層圧電体よりも圧電定数が大きい圧電材料とする構成が好ましい。
【００１１】
ここで、「上、下」とあるのは、圧電素子が設けられる振動板等の支持部材を基準とした位置関係を示している。換言すれば、支持部材に接合される作用面（変形により生じる力を出力する面）を基準とした位置関係を示している。即ち、支持部材から近い側を「下」とし、支持部材から遠い側を「上」として示している。
これらの発明によれば、駆動信号の供給に伴う上層圧電体の変形度合いを、下層圧電体の変形度合いよりも大きくしたので、圧電素子や振動板を効率よく変形させることができる。
【００１２】
上記発明において、駆動電極と共通上電極との間に生じる電場を、駆動電極と共通下電極との間に生じる電場よりも強くするにあたっては、上層圧電体の厚さを下層圧電体の厚さの３／４以下にする構成が好ましい。また、バイアス電位供給部を通じて共通下電極に供給されるバイアス電位を、共通電位供給部を通じて共通上電極に供給される共通電位よりも高く設定する構成が好ましい。なお、これらの構成を組み合わせてもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、プリンタやプロッタ等の画像記録装置に搭載される記録ヘッド（液体噴射ヘッドの一種）を例に挙げて説明する。この記録ヘッドは、例えば、図１５に示すように、複数個のヘッド本体１を備え、これらのヘッド本体１を取付ベース６１に取り付けて構成されている。
【００１４】
まず、ヘッド本体１の基本構造について説明する。図１に示すように、このヘッド本体１は、流路ユニット２とアクチュエータユニット３とから概略構成されている。
【００１５】
流路ユニット２は、インク供給口（オリフィス）４となる通孔及びノズル連通口５の一部となる通孔を開設した供給口形成基板６と、共通インク室７となる通孔及びノズル連通口５の一部となる通孔を開設したインク室形成基板８と、ノズル開口９を副走査方向（即ち、記録ヘッドの移動方向である主走査方向に直交する方向）に沿って開設したノズルプレート１０から構成されている。これらの供給口形成基板６、インク室形成基板８、及び、ノズルプレート１０は、例えば、ステンレス製の板材をプレス加工することで作製されている。
そして、流路ユニット２は、インク室形成基板８の一方の表面（図中下側）にノズルプレート１０を、他方の表面（同上側）に供給口形成基板６をそれぞれ配置し、これらの供給口形成基板６、インク室形成基板８、及び、ノズルプレート１０を接合することで作製される。例えば、シート状の接着剤によって各部材６，８，１０を接着することで作製される。
【００１６】
上記のノズル開口９は、図２に示すように、所定ピッチで複数個列状に開設される。そして、列設された複数のノズル開口９によってノズル列１１が構成される。例えば、９２個のノズル開口９で１つのノズル列１１が構成される。そして、このノズル列１１が横並びに２列形成される。
【００１７】
アクチュエータユニット３は、ヘッドチップとも呼ばれる部材である。このアクチュエータユニット３は、圧力室１２となる通孔を開設した圧力室形成基板１３と、圧力室１２の一部を区画する振動板１４と、供給側連通口１５となる通孔及びノズル連通口５の一部となる通孔を開設した蓋部材１６と、圧電素子１７とによって構成される。これら各部材１３，１４，１６の板厚に関し、圧力室形成基板１３、及び、蓋部材１６は、好ましくは５０μｍ以上、より好ましくは１００μｍ以上である。また、振動板１４は、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３〜１２μｍ程度である。
【００１８】
なお、このアクチュエータユニット３において、振動板１４と圧電素子１７が本発明の圧電アクチュエータを構成する。また、振動板１４は、圧電素子１７が設けられる支持部材の一種である。
【００１９】
このアクチュエータユニット３は、圧力室形成基板１３の一方の表面に蓋部材１６を、他方の表面に振動板１４をそれぞれ配置して各部材を接合し、その後、振動板１４の表面に圧電素子１７を形成することで作製される。これらの中で圧力室形成基板１３、振動板１４、及び、蓋部材１６は、アルミナや酸化ジルコニウム等のセラミックスで作製されており、焼成によって接合される。
【００２０】
これらの圧力室形成基板１３，振動板１４，蓋部材１６の接合は、例えば次の手順で行われる。まず、セラミックス原料、バインダー及び液媒等によってセラミックスのスラリーを調整する。次に、ドクターブレード装置やリバースロールコーター装置等の一般的な装置を用いて、スラリーをグリーンシート（未焼成のシート材）に成形する。その後、このグリーンシートに対して切削や打ち抜き等の加工を施して必要な通孔等を形成し、圧力室形成基板１３、振動板１４、及び、蓋部材１６の各シート状前駆体を形成する。そして、各シート状前駆体を積層及び焼成することにより、各シート状前駆体を一体化して１枚のシート状部材を得る。この場合、各シート状前駆体は一体焼成されるので、特別な接着処理が不要である。また、各シート状前駆体の接合面において高いシール性を得ることもできる。
【００２１】
また、１枚のシート状部材には、複数ユニット分の圧力室１２やノズル連通口５等が形成されている。換言すれば、１枚のシート状部材からから複数のアクチュエータユニット（ヘッドチップ）３が作製される。例えば、１つのアクチュエータユニット３となるチップ領域１９（図１３参照）を、１枚のシート状部材内にマトリクス状に複数設定し、圧電素子１７等の必要な部材を各チップ領域１９毎に形成する。そして、必要な部材が形成されたシート状部材（セラミックスシート１８）をチップ領域１９毎に切断することで、複数のアクチュエータユニット３を得る。なお、アクチュエータユニット３の製造方法については、後で説明する。
【００２２】
上記の圧力室１２は、ノズル列１１とは直交する方向に細長い空部であり、ノズル開口９に対応する複数形成されている。即ち、図２に示すように、ノズル列方向に列設されている。そして、各圧力室１２の一端は、ノズル連通口５を通じて対応するノズル開口９に連通する。また、ノズル連通口５とは反対側の圧力室１２の他端は、供給側連通口１５及びインク供給口４を通じて共通インク室７に連通している。さらに、この圧力室１２の一部は、振動板１４によって区画されている。
【００２３】
上記の圧電素子１７は、所謂撓み振動モードの圧電素子であり、圧力室１２とは反対側の振動板表面に圧力室１２毎に形成されている。この圧電素子１７の幅は圧力室１２の幅と略等しく、長さは圧力室１２の長さよりも多少長い。即ち、圧電素子１７は、圧力室１２の長手方向を覆うように形成されている。この圧電素子１７は、例えば、図３に示すように、圧電体層３１と共通電極３２と駆動電極３３等によって構成される多層構造であり、駆動電極３３と共通電極３２とによって圧電体層３１を挟んでいる。なお、この圧電素子１７の詳細な構造については、後で説明する。
【００２４】
上記の駆動電極３３には駆動信号の供給源（図示せず）が導通、即ち、電気的に接続される。そして、共通電極３２は一定電位（例えば接地電位）に調整される。駆動電極３３に駆動信号が供給されると、駆動電極３３と共通電極３２との間には電位差に応じた強さの電場が発生される。この電場は圧電体層３１に付与されるので、圧電体層３１は付与された電場の強さに応じて変形する。即ち、駆動電極３３の電位を高くする程、圧電体層３１は電場と直交する方向に収縮し、圧力室１２の容積を少なくするように振動板１４を変形させる。一方、駆動電極３３の電位を低くする程、圧電体層３１は電界と直交する方向に伸長し、圧力室１２の容積を増やすように振動板１４を変形させる。
【００２５】
そして、このアクチュエータユニット３と上記の流路ユニット２とは、互いに接合される。例えば、供給口形成基板６と蓋部材１６との間にシート状接着剤を介在させ、この状態でアクチュエータユニット３を流路ユニット２側に加圧することで接着される。
【００２６】
このように構成されたヘッド本体１には、共通インク室７からインク供給口４、供給側連通口１５、圧力室１２、及び、ノズル連通口５を通じてノズル開口９に至る一連のインク流路がノズル開口９毎に形成されている。使用時において、このインク流路内はインク（液体の一種）で満たされており、圧電素子１７を変形させることで対応する圧力室１２が収縮或いは膨張し、圧力室１２内のインクに圧力変動が生じる。このインク圧力を制御することで、ノズル開口９からインク滴を吐出させることができる。例えば、定常容積の圧力室１２を一旦膨張させた後に急激に収縮させると、圧力室１２の膨張に伴ってインクが充填され、その後の急激な収縮によって圧力室１２内のインクが加圧されてインク滴が吐出される。
【００２７】
ここで、高速記録のためには、より多くのインク滴を短時間で吐出させる必要がある。この要求に応えるためには、圧力室１２を区画している部分の振動板１４及び圧電素子１７（即ち、圧力室１２における変形部分）のコンプライアンスと、圧電素子１７の変形量とを考慮する必要がある。即ち、この変形部分のコンプライアンスが大きくなる程、変形に対する応答性が悪くなり、高い周波数での駆動が困難になるからである。また、変形部分のコンプライアンスが小さくなる程に変形し難くなり、圧力室１２の収縮量が少なくなって１滴のインク量が減ってしまうからである。
【００２８】
このような観点から、既に実用化されている撓み振動モードの圧電素子を用いた記録ヘッドでは、圧電素子は単層の圧電体を共通電極と駆動電極とで挟んだ単層構造のものが用いられており、最大応答周波数は２５ｋＨｚ程度、最大インク滴量は１３ｐＬ（ピコリットル）程度であった。
【００２９】
そして、本実施形態では、多層構造の圧電素子１７を用いて振動板１４のコンプライアンスを小さくし、さらに、この圧電素子１７を改良することで、必要量のインク滴を従来よりも効率よく吐出可能にしている。以下、この点について説明する。
【００３０】
まず、圧電素子１７の構造について詳細に説明する。図３に示すように、圧電体層３１は、互いに積層された上層圧電体（外側圧電体）３４及び下層圧電体（内側圧電体）３５から構成される。また、共通電極３２は、共通上電極（共通外電極）３６及び共通下電極（共通内電極）３７から構成される。そして、この共通電極３２と駆動電極（個別電極）３３とが電極層を構成する。
【００３１】
なお、ここでいう「上（外）」或いは「下（内）」とは、振動板１４を基準とした位置関係を示している。換言すれば、圧電素子１７における振動板１４との接合面（圧電素子１７の変形を出力するための作用面とも表現できる。）を基準とした位置関係を示している。そして、「上（外）」とあるのは振動板１４から遠い側を示し、「下（内）」とあるのは振動板１４に近い側を示している。
【００３２】
上記の駆動電極３３は、上層圧電体３４と下層圧電体３５の境界に形成され、共通下電極３７は下層圧電体３５と振動板１４との間に形成される。また、共通上電極３６は下層圧電体３５とは反対側の上層圧電体３４の表面に形成される。即ち、この圧電素子１７は、振動板１４側から、共通下電極３７、下層圧電体３５、駆動電極３３、上層圧電体３４、共通上電極３６の順で積層された多層構造である。そして、圧電体層３１の厚さは上層圧電体３４と下層圧電体３５の２層を合計して約１７μｍであり、共通電極３２を含めた圧電素子１７の全体の厚さは約２０μｍである。
なお、従来の単層構造の圧電素子１７にあっては、素子全体の厚さが約１５μｍである。従って、圧電素子１７の厚さが増したことから、その分だけ振動板１４のコンプライアンスが小さくなっている。
【００３３】
上記の共通上電極３６と共通下電極３７は、駆動信号に拘わらず一定の電位に調整され、上記したように共通電極として機能する。本実施形態において、これらの共通上電極３６と共通下電極３７は互いに導通され、接地電位に調整される。上記の駆動電極３３は駆動信号の供給源に導通され、供給された駆動信号に応じて電位を変化させる。従って、駆動信号の供給によって、駆動電極３３と共通上電極３６との間、及び、駆動電極３３と共通下電極３７との間には、それぞれ向きが反対の電場が生じる。
【００３４】
そして、これらの各電極３３，３６，３７を構成する材料としては、例えば、金属単体、合金、電気絶縁性セラミックスと金属との混合物等の各種導体が選択されるが、焼成温度において変質等の不具合が生じないことが要求される。本実施形態では、共通上電極３６に金を用い、共通下電極３７及び駆動電極３３に白金を用いている。
【００３５】
上記の上層圧電体３４と下層圧電体３５は、例えばジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を主成分とする圧電材料によって作製されている。そして、上層圧電体３４と下層圧電体３５とは分極方向が反対である。このため、駆動信号印加時の伸縮方向が上層圧電体３４と下層圧電体３５とで揃い、支障なく変形することができる。即ち、上層圧電体３４及び下層圧電体３５は、駆動電極３３の電位を高くする程に圧力室１２の容積を少なくするように振動板１４を変形させ、駆動電極３３の電位を低くする程に圧力室１２の容積を増やすように振動板１４を変形させる。
【００３６】
そして、この多層構造の圧電素子１７を効率よく変形させるべく、本実施形態では、駆動信号の供給に伴う上層圧電体３４の変形度合いを、下層圧電体３５の変形度合いよりも大きくしている。即ち、振動板１４から遠い側に位置する上層圧電体３４の変形度合いを、近い側に位置する下層圧電体３５の変形度合いよりも高くしている。
【００３７】
例えば、駆動電極３３と共通上電極３６との間に生じる電場を、駆動電極３３と共通下電極３７との間に生じる電場よりも強くすることにより、上層圧電体３４の変形度合いを下層圧電体３５の変形度合いよりも大きくすることができる。このため、上層圧電体３４の厚さｔｐ１と下層圧電体３５の厚さｔｐ２（図４参照）に関し、上層圧電体３４の厚さｔｐ１を下層圧電体３５の厚さｔｐ２の３／４以下に設定している。なお、全体の厚さ（ｔｐ１＋ｔｐ２）については、上記したように１７μｍである。
【００３８】
このように、上層圧電体３４の厚さを下層圧電体３５の厚さの３／４以下に設定すると、上層圧電体３４と下層圧電体３５の厚さの差に応じ、駆動電極３３から共通下電極３７までの間隔よりも駆動電極３３から共通上電極３６の間隔の方が狭くなる。従って、駆動電極３３と共通上電極３６との間で発生される電場が、駆動電極３３と共通下電極３７との間で発生される電場よりも強くなり、上層圧電体３４の方が下層圧電体３５よりも大きく撓む。
【００３９】
そして、上層圧電体３４の厚さを下層圧電体３５の厚さの３／４以下にしたのは、圧電素子１７の十分な変位量を確保するためである。ここで、図５は、各層圧電体３４，３５の厚さの比（ｔｐ１／ｔｐ２）を異ならせた場合における圧電素子１７の変位量を示すグラフであり、駆動電圧を一定にした場合の実験結果を示す。この図５から判るように、厚さの比が３／４よりも大きいと変位量について顕著な差は見られないが、厚さの比を３／４以下に設定すると変位量を大きくできるという顕著な効果を奏する。
【００４０】
また、上層圧電体３４が下層圧電体３５よりも相対的に大きく撓むと、上層圧電体３４の方が振動板１４から離隔しているため、その変形量が増幅されて振動板１４に作用し、振動板１４の変形量を大きくすることができる。例えば、上層圧電体３４と下層圧電体３５の積層高さ（要するに圧電素子１７の高さ）、幅、及び長さが同じであって、上層圧電体３４の方が下層圧電体３５よりも厚い構造の圧電素子と比較すると、本実施形態の圧電素子１７は、相対的に変形量が大きい上層圧電体３４が振動板１４から離れて位置しているのに対し、比較例の圧電素子では相対的に変形量が大きい下層圧電体３５が振動板１４の間近に位置する。そして、変形量が大きい圧電体層が振動板１４から離れている方が振動板１４を大きく変形できるので、本実施形態の圧電素子１７の方がより振動板１４を大きく変形させることができる。
なお、圧電素子１７の高さ、幅、及び、長さが同じであることから、静電容量については、本実施形態の圧電素子１７と比較例の圧電素子で同じである。
【００４１】
そして、振動板１４を大きく変形できることから、収縮時における圧力室１２の容積をより小さくできる。従って、単に多層構造の圧電素子１７を用いた場合よりも、圧力室１２の膨張時と収縮時の容積差を広げることができ、インク滴の吐出量を増やすことができる。
【００４２】
ところで、上記の実施形態は、上層圧電体３４と下層圧電体３５に同じ変形特性の圧電材料（ジルコン酸チタン酸鉛）を用い、各層圧電体層３１（３４，３５）の厚さを変えることで、振動板１４をより大きく変形させる構成としたが、本発明は、この構成に限定されるものではない。例えば、上層圧電体３４を下層圧電体３５よりも圧電定数が大きい圧電材料で構成してもよい。このように構成した場合、各層圧電体の厚さが同じ（つまり、付与される電場が同じ強さ）であっても、上層圧電体３４の変形量を下層圧電体３５の変形量よりも大きくすることができ、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４３】
例えば、圧電材料の一種であるチタン酸ジルコン酸鉛［Ｐｂ（Ｚｒ_Ｘ・Ｔｉ_１−Ｘ）Ｏ_３］においては、ＺｒとＴｉの添加比率を変えることにより、圧電定数を変えることができる。一例を挙げると、ＺｒとＴｉを５２：４８の比率で添加した場合には、圧電定数（ｄ３１）は９３．５×１０^−１２となる。そして、ＺｒとＴｉを６０：４０の比率で添加した場合には、圧電定数は４４．２×１０^−１２となる。さらに、この圧電定数は、温度や湿度等の焼成環境の違いによっても変化する。
従って、所望の圧電定数に調整した２種類のチタン酸ジルコン酸鉛を、上層圧電体３４と下層圧電体３５とに用いることで、上層圧電体３４の変形量を下層圧電体３５の変形量よりも大きくすることができる。
【００４４】
また、圧電定数は、圧電材料の種類によっても相違する。このため、各層圧電体３４，３５を異なる圧電材料で構成してもよい。上記のチタン酸ジルコン酸鉛以外の圧電材料としては、例えば、マグネシウムニオブ酸鉛、ニッケルニオブ酸鉛、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、チタン酸鉛等があるが、これらの圧電材料の中から任意の２種類を選択し、選択した圧電材料によって各層圧電体３４，３５を作製してもよい。
【００４５】
また、後述するように、この圧電素子１７は、ペーストの塗布及び焼成を各層毎に繰り返し行うことで作製される。このため、上層圧電体３４に関し、焼成後の残留応力が少ない程、電場に対する変形量を大きくすることができる。この観点から、上層圧電体３４については、下層圧電体３５よりも熱収縮率の小さい材料、即ち、焼成後における残留応力の小さい材料で作製することが好ましい。
【００４６】
例えば、上記のチタン酸ジルコン酸鉛［Ｐｂ（Ｚｒ_Ｘ・Ｔｉ_１−Ｘ）Ｏ_３］では、ＺｒとＴｉの添加比率を変えることで収縮率も変えることができる。一例を挙げると、ＺｒとＴｉを２２：７８の比率で添加したものと、４０：６０の比率で添加したものとでは、２２：７８の比率の方が収縮率が大きい。また、この収縮率は、焼成温度によっても相違する。従って、上記の添加比率と焼成温度とを調整し、所望の収縮率としたチタン酸ジルコン酸鉛を上層圧電体３４に用いることで、その残留応力を制御することができる。
なお、この収縮率についても圧電材料毎に相違する。このため、所望の収縮率が得られる圧電材料を上層圧電体３４と下層圧電体３５とに用いることでも、同様の効果が得られる。
【００４７】
また、上記の共通上電極３６には、他の電極（駆動電極３３，共通下電極３７）よりも薄く、柔軟性が高い電極材料を用いている。これは、この共通上電極３６が他の電極よりも大きく変形することに起因する。即ち、この共通上電極３６は、上層圧電体３４の表面に形成されているので、他の電極よりも大きく変形する。このため、共通上電極３６については、他の電極よりも柔らかい材料を用い、及び／又は、層厚を薄くすることで、変形の繰り返しによる破損を防止できる。また、層厚を薄くしても電気抵抗が過度に高くならないように、導電性が良い電極材料を用いることが好ましい。
【００４８】
具体的に説明すると、電極材料に関しては、上記したように、共通上電極３６を金で作製し、駆動電極３３及び共通下電極３７を白金で作製している。そして、電極の厚さに関し、共通下電極３７及び駆動電極３３は２〜３μｍであるのに対し、共通上電極３６の厚さ（ｔｅ１）はその１／１０程度（例えば、０．３μｍ）にする。
この構成により、共通上電極３６を圧電素子１７に追従させて変形させることができ、圧電素子１７の変形量が損なわれてしまう不具合を防止できる。また、圧電素子１７の変形が繰り返し行われても断線等の故障が生じ難い。さらに、共通上電極３６を通じて電流を効率よく流すことができる。
【００４９】
そして、上記の駆動電極３３は、図６に示すように、素子長手方向の一端で圧電素子１７の外側に露出し、導通電極３９を通じて供給端子４０に導通されている。この供給端子４０は、駆動信号を供給するための接点端子であり、駆動電極３３毎に複数形成されている。各供給端子４０には、フレキシブル・フラット・ケーブル（ＦＦＣ）が備える駆動信号供給用の接点端子（図示せず）が導通される。従って、駆動信号は、供給端子４０及び導通電極３９を通じて、対応する駆動電極３３に供給される。
なお、導通電極３９は、圧電素子１７の端面、振動板１４の表面、及び、供給端子４０が設けられる端子基板４１の表面に一連に形成されている。そして、上記したように、共通下電極３７も振動板１４の表面に形成されているが、導通電極３９と共通下電極３７との間には電極が形成されない断線領域Ｘを設けてあるので、導通電極３９と共通下電極３７とは電気的に絶縁されている。
【００５０】
ところで、上記したように、圧電素子１７はノズル開口９毎に形成されるので、圧電素子１７の数は１つのノズル列１１に対して９２個となる。そして、共通上電極３６と共通下電極３７は互いに導通されるが、両共通電極３６，３７を圧電素子１７毎に導通させたのでは作業効率が悪く生産性の向上が図れない。その一方で、共通電極３２（３６，３７）の形成時に両共通電極３６，３７を導通させてしまうと、その後の検査工程で圧電体層３１の静電容量を圧電素子１７毎（圧力室１２毎）に測定する際に、素子全体でしか測定できず、問題箇所の特定が困難である。また、上層圧電体３４と下層圧電体３５の一方について分極が不十分であった場合、対応も困難である。
【００５１】
このような事情に鑑み、本実施形態では、共通上電極３６及び共通下電極３７を、基電極と複数の枝電極とからなる櫛歯状電極によって構成し、圧電体層３１の静電容量を測定した後に基電極同士を導通させる構成としている。以下、この共通電極３２について説明する。
【００５２】
図６から図８に示すように、共通上電極３６は、ノズル列方向に細長い直線帯状の基電極（幹電極）４２と、この基電極４２の一側から圧電素子１７（上層圧電体３４）の表面を覆うように一連に形成された複数の枝電極４３とから構成され、櫛歯状に形成される。
【００５３】
上記の基電極４２は、振動板１４の表面に形成されており、その幅は全ての圧電素子１７に対して同時に駆動信号が供給されても支障なく電流を流せるように、枝電極４３の幅よりも十分に広く設定されている。そして、この基電極４２の長手方向端部には、図８（ａ）に点線で示すように、導通領域４２ａ（導通部の一種）を設けてある。この導通領域４２ａは、共通上電極３６と共通下電極３７とを導通させる際に用いられる（後述する）。また、各枝電極４３は、圧電体層３１の一端（基電極４２に近い側の端部）の傾斜面を通って上層圧電体３４の表面に形成される。
【００５４】
各枝電極４３の先端（基電極４２とは反対側の端部）は、図６に示すように、上層圧電体３４における他端の手前に位置している。これは、各枝電極４３の端部と駆動電極３３とを離隔して配置することにより、枝電極４３と駆動電極３３とが空中放電によって短絡してしまう不具合を防止するためである。
【００５５】
また、共通下電極３７は、その全体が振動板表面に形成され、図８（ｂ）に示すように、ノズル列方向に細長い直線帯状の基電極（幹電極）４４と、この基電極４４の一側から各圧電素子１７（下層圧電体３５）毎に形成された複数の枝電極４５と、基電極４４の一端から枝電極４５とは反対側に延設された導通帯部４６（導通部の一種）とから構成され、櫛歯状に形成される。
【００５６】
上記の基電極４４は、全ての圧電素子１７に対して同時に駆動信号が供給されても支障なく電流を流せるように、その幅が各枝電極４５よりも十分に広く設定されている。そして、上記の枝電極４５は、圧電体層３１（下層圧電体３５）と振動板１４の間に位置し、その先端（基電極４４とは反対側の端部）は、図６に示すように、共通上電極３６と揃えられている。また、上記の導通帯部４６は、この共通下電極３７を共通上電極３６に導通させる際に用いられる。即ち、この導通帯部４６は、共通上電極３６の導通領域４２ａに近接した位置に形成されており、図９（ｆ）に示すように、導通領域４２ａと導通帯部４６とを跨いだ状態で半田等の導通部材４７が設けられる。従って、これらの両共通電極３６，３７を導通させるにあたっては、導通領域４２ａと導通帯部４６の両方を跨がせて導通部材４７を形成するだけで足り、作業の簡素化が図れ、且つ、自動化にも適する。
【００５７】
次に、図９を参照して、共通上電極３６及び共通下電極３７の形成手順を説明する。なお、両共通電極３６，３７は、振動板１４上に圧電素子１７を形成する素子形成工程で形成されるため、この素子形成工程を説明する。
【００５８】
素子形成工程では、まず、図９（ａ）に示すように、振動板１４の表面に共通下電極３７を形成する（第１工程）。本実施形態では、この共通下電極３７の形成を印刷（厚膜印刷）によって行っている。従って、まず振動板１４上の所定位置にマスクを載置し、白金ペーストをこのマスクを介して振動板１４の表面に塗布する。白金ペーストを塗布したならば、この白金ペーストを焼成する。即ち、白金ペーストが塗布されたセラミックスシート１８を焼成炉に入れて所定温度で所定時間に亘って焼成する。この焼成により、振動板１４の表面には共通下電極３７が形成される。
【００５９】
共通下電極３７を形成したならば、次に、図９（ｂ）に示すように、下層圧電体３５を形成する（第２工程）。即ち、振動板１４上の所定位置にマスクを載置した後、圧電材料（例えば、ジルコン酸チタン酸鉛）のペーストを共通下電極３７に重ねて塗布する。そして、塗布したペースト状の圧電材料を焼成する。その後は、図９（ｃ）〜（ｅ）に示すように、同様な手順で、駆動電極３３、上層圧電体３４、共通上電極３６を順に形成する（第３工程〜第５工程）。即ち、第３工程では下層圧電体３５に積層させて駆動電極３３を形成し、第４工程では駆動電極３３を覆うように下層圧電体３５に積層させて上層圧電体３４を形成し、第５工程では上層圧電体３４の表面に共通上電極３６を形成する。
【００６０】
なお、この素子形成工程において、これらの各層、即ち、共通下電極３７、下層圧電体３５、駆動電極３３、上層圧電体３４、及び、共通上電極３６は、図１３に示す形成範囲Ｒ内に形成される。そして、この形成範囲Ｒは、チップ領域１９（太線で示す矩形状領域）よりも内側に設定される。
【００６１】
共通上電極３６まで形成したならば、即ち、素子形成工程が終了したならば、切断工程に移行する。この切断工程では、各チップ領域１９の縁を通る切断線Ｙ（図１３参照）に沿ってセラミックスシート１８を切断し、アクチュエータユニット３を得る。この場合において、上記したように、各電極層３３，３６，３７及び各層圧電体３４，３５や、導通電極３９及び供給端子４０が形成される形成領域Ｒは、チップ領域１９よりも内側に設定されているため、切断刃に電極材料が付着せずに良好な切れ味を長期間に亘って維持できる。また、各アクチュエータユニット３を寸法精度良く切り出すこともできる。
【００６２】
各アクチュエータユニット３に切断したならば検査工程に移行し、圧電素子１７を構成する各層が正常に作製されたことを検査する。本実施形態では、圧電体層（アクト）の寸法（例えば、厚さや幅）に相関のある静電容量を、各層圧電体３４，３５毎に測定する。即ち、この検査工程では、まだ両共通電極３６，３７は導通されていないので、各層圧電体３４，３５毎に静電容量を測定することができる。
【００６３】
そして、全ての圧電素子１７に対する検査が終わったならば、測定した静電容量に基づいて、そのアクチュエータユニット３が、良品、或いは、不良品であるのかを判断する。さらに、良品と判断されたアクチュエータユニット３については、測定された静電容量に基づいて分類する。例えば、アクチュエータユニット３毎の平均静電容量に基づくランク分けを行ったり、静電容量のばらつき範囲に基づくランク分けを行う。
【００６４】
アクチュエータユニット３を分類したならば、作製された圧電素子１７を分極する分極工程を行う。この分極工程では、例えば図１０に示すように、共通上電極３６及び共通下電極３７を共に接地し、駆動電極３３を電源に接続することで行う。この場合、分極電圧は、使用予定の駆動電圧よりも十分に高い電圧で行われる。本実施形態では、駆動電圧が３０Ｖ前後であるため、分極電圧は７０Ｖ前後に設定される。そして、この分極電圧を所定時間に亘って印加したならば、分極工程を終了する。
【００６５】
分極工程が終了したならば、導通工程に移行する。この導通工程では、図９（ｆ）に示すように、分極処理後のアクチュエータユニット３に対して半田付け等の導通処理を行い、共通上電極３６と共通下電極３７とを導通させる。例えば、導通領域４２ａと導通帯部４６とを跨いだ状態で半田やボンディングワイヤ等の導通部材４７を設ける。
【００６６】
この構成では、分極工程にて、駆動電極３３を通じて分極電圧を印加することで分極処理を行っているので、上層圧電体３４と下層圧電体３５とを纏めて分極できる。このため、作業性が良い。また、共通上電極３６と共通下電極３７とが電極形成時においては電気的に絶縁された状態にあり、検査工程の終了後に導通されるので、検査工程にて１つの圧電素子１７を上層圧電体側と下層圧電体側とに分けて検査できる。これにより、製造上の不具合を高い精度で発見できる。
【００６７】
また、上記したように、各電極層３３，３６，３７及び各層圧電体３４，３５の形成領域Ｒは、チップ領域１９よりも内側に設定されているため、切断刃に電極材料が付着せずに良好な切れ味を長期間に亘って維持できる。また、各アクチュエータユニット３を寸法精度良く切り出すこともできる。
【００６８】
なお、以上は、共通上電極３６と共通下電極３７の両方を櫛歯状電極によって構成した例を説明したが、少なくとも一方の共通電極３６，３７を圧電素子１７毎に個別に形成し、フレキシブル・フラット・ケーブル等の配線部材によって共通上電極３６と共通下電極３７とを導通させてもよい。
【００６９】
図１１（ａ）〜（ｃ）に示した例は、共通上電極３６´を圧電素子１７毎に個別に形成し、共通下電極３７´を櫛歯状に形成したものである。そして、共通上電極３６´と共通下電極３７´とを導通するにあたり、配線部材５１を用いている点に特徴がある。即ち、配線部材５１の接続部には導電層５２を面状に形成し、この導電層５２を共通下電極３７´（基電極）と各共通上電極３６´との間に架け渡した状態で接合すればよい。
このように構成しても、検査工程にて１つの圧電素子１７を上層圧電体３４側と下層圧電体３５側とに分けて検査できる。従って、製造上の不具合を高い精度で発見できる。
【００７０】
ところで、上記実施形態では、共通上電極３６と共通下電極３７とが互いに導通し、接地電位に調整されている。そして、上層圧電体３４に付与される電場と下層圧電体３５に付与される電場の強さを、各圧電体層３４，３５の厚さで調整していた。即ち、上層圧電体３４の厚さｔｐ１を下層圧電体３５の厚さｔｐ２よりも薄くすることで、上層圧電体３４に付与される電場を、下層圧電体３５に付与される電場よりも強くしている。
【００７１】
しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、共通上電極３６と共通下電極３７とを電気的に絶縁し、共通上電極３６については共通電位（例えば接地電位）に調整する一方、共通下電極３７についてはこの共通電位よりも所定電位高いバイアス電位に調整するようにしてもよい。この構成では、バイアス電位と共通電位の電位差の分だけ下層圧電体３５に付与される電場が上層圧電体３４に付与される電場よりも弱くなる。言い換えれば、この電位差によって、上層圧電体３４に付与される電場が下層圧電体３５に付与される電場よりも強くなる。以下、このように構成した他の実施形態について説明する。
【００７２】
図１２に示すように、本実施形態においては、上記実施形態における導通部材４７（図９（ｆ）参照）を設けず、共通上電極３６と共通下電極３７とを電気的に絶縁した状態にする。そして、共通上電極３６には共通電位を供給するための共通電位供給部３６ａを設け、共通下電極３７にはバイアス電位Ｖ′を供給するためのバイアス電位供給部３７ａを設ける。これらの共通電位供給部３６ａ、及び、バイアス電位供給部３７ａは、共通上電極３６及び共通下電極３７の中であれば任意の場所に設けることが可能である。本実施形態では、図１２（ｂ）に示すように、上記実施形態における導通領域４２ａに相当する部分と、導通帯部４６に相当する部分とに隣り合わせに設けている。
【００７３】
これは、配線作業の容易化を図るためである。即ち、上記の共通電位やバイアス電位Ｖ′は、例えば、配線部材５１（図１１参照）を介して共通上電極３６や共通下電極３７に供給される。このため、配線部材５１には、共通電位（例えば、ＧＮＤ）を供給するための配線と、バイアス電位Ｖ′を供給するための配線とを設けており、これらの配線の先端部分を露出させて半田を塗布している。
そして、この実施形態のように、共通電位供給部３６ａ、及び、バイアス電位供給部３７ａを隣接させて設けると、配線部材５１をヘッド本体１に半田付けする際に共通電位供給部３６ａ及びバイアス電位供給部３７ａと配線部材５１（配線）とを纏めて接続することができる。このため、作業が簡素化でき、作業性の向上が図れる。また、配線作業の自動化にも適する。
【００７４】
このような構成の本実施形態では、記録ヘッドの使用時において、共通上電極３６は共通電位に調整され、共通下電極３７はバイアス電位Ｖ′に調整される。そして、バイアス電位Ｖ′は共通電位よりも高い電位に設定されているため、圧電素子１７を駆動するための駆動信号が単一であっても、駆動電極３３と共通上電極３６の電位差は、駆動電極３３と共通下電極３７の電位差よりも大きくなる。その結果、共通上電極３６の変形量は、共通下電極３７の変形量よりも大きくなり、圧電素子１７の変形効率を向上させることができる。また、各圧電体層３４，３５や各電極層３６，３７に無理な機械的ストレスを与え難くすることができ、耐久性を向上させることができる。
【００７５】
この場合において、共通上電極３６の変形量と共通下電極３７の変形量のバランスは、バイアス電位Ｖ′の大きさによって規定される。本実施形態では、このバイアス電位を、駆動信号における駆動電圧（最大電位と最低電位の電位差）に基づいて定めている。例えば、バイアス電位Ｖ′をその５％〜２０％程度の範囲で規定する。このように構成することで、インク滴の吐出動作に支障を来すことなく、上層圧電体３４の変形量と下層圧電体３５の変形量を好適なバランスにすることができる。
【００７６】
なお、本実施形態における駆動電圧は、概ね３０Ｖ前後であるので、バイアス電位Ｖ′は１．５Ｖ（５％）〜６Ｖ（２０％）の範囲で規定される。ここで、バイアス電位Ｖ′に関し、上記範囲内の所定電圧（例えば５Ｖ）を定め、一律に印加してもよく、駆動電圧に係数を乗じて算出された電圧値としてもよい。
【００７７】
ところで、上記のヘッド本体１は２列のノズル列１１，１１を有しており、各列毎に異なる種類のインクを吐出可能であるが、一般的に、インクジェット式記録ヘッドでは、４色〜７色からなる複数色のインクを吐出する。このため、図１５に示すように、記録ヘッドは、複数個のヘッド本体１を備えている。そして、カラーバランスの良好な画像を記録するためには、各ヘッド本体１の吐出特性が揃っていることが好ましい。
【００７８】
しかし、ヘッド本体１の主要部を構成するアクチュエータユニット３は、例えば、図１３に示すように、１枚のセラミックスシート１８から複数個作製される。即ち、マトリクス状に設定された複数のチップ領域１９のそれぞれに対してアクチュエータユニット３の構成要素（圧力室１２や圧電素子１７等）を作製し、その後、セラミックスシート１８をチップ領域１９に沿って切断することでアクチュエータユニット３を得ている。このため、セラミックスシート１８の位置に応じてアクチュエータユニット３の特性がばらつくことがある。これは、シート状前駆体を焼成する際において、セラミックスシート１８の収縮度合いが一様でなく、その場所に応じて異なるからである。例えば、方形状のシートの場合、このシートの隅角部から焼成が始まり、その後、シート中心部分に向かって焼成が進行する傾向がある。
【００７９】
このような事情に鑑み、本実施形態では、同じ記録ヘッドに取り付ける複数のヘッド本体１は、同じセラミックスシート１８上にて収縮率が等しいチップ領域１９のヘッドチップから作製されたものにする。
【００８０】
例えば、図１４に示すように、１枚のセラミックスシート１８に、４行４列（合計１６領域）のチップ領域１９を設定した場合について説明する。
この例では、便宜上、行をＡ行からＤ行で、列を第１列から第４列でそれぞれ示す。このため、Ａ行第１列はチップ領域Ａ１といい、４行第４列はチップ領域Ｄ４という。
【００８１】
このように、チップ領域１９をマトリクス状に配置した場合、セラミックスシート１８の収縮率は行方向或いは列方向に揃う傾向がある。このため、収縮率が行方向に揃ったセラミックスシート１８では、同じ行、例えば、図中Ｇ１の枠で示すように、チップ領域Ａ１〜Ａ４のアクチュエータユニット（ヘッドチップ）３から作製された４つのヘッド本体１を同じ記録ヘッドに搭載する。即ち、組立工程にて、これらのヘッド本体１を取付ベース６１に取り付ける。また、同様に、チップ領域Ｂ１〜Ｂ４、チップ領域Ｃ１〜Ｃ４、或いは、チップ領域Ｄ１〜Ｄ４のヘッド本体１から作製された４つのヘッド本体１を同じ記録ヘッドに搭載する。一方、収縮率が列方向に揃ったセラミックスシート１８では、図中Ｇ２の枠で例示するように、同じ列（チップ領域Ａ１〜Ｄ１，Ａ２〜Ｄ２，Ａ３〜Ｄ３，Ａ４〜Ｄ４）のヘッド本体１から作製された４つのヘッド本体１を同じ記録ヘッドに搭載する。そして、同じセラミックスシート１８上にて収縮率が等しいチップ領域１９のヘッドチップから作製されたヘッド本体１を選択して記録ヘッドに搭載することで、各ヘッド本体１から吐出されるインク滴の吐出特性が揃い、高品質な画像を記録することができる。
【００８２】
なお、この場合において、セラミックスシート１８上におけるそのチップ領域１９の位置を示す識別情報を設けることが好ましい。これは、その識別情報を確認することで、ヘッド本体１の組み合わせを容易に把握できるからである。そして、この識別情報としては、例えば、電極層を塗布する際に、その電極材料によって同時に印刷することが好ましい。即ち、電極層用のマスクに、識別情報用のパターンを形成し、電極層の塗布で識別情報も印刷する。
【００８３】
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。以下、変形例について説明する。
【００８４】
図１６に示す第１の変形例は、圧電素子１７に関し、上層圧電体３４の幅ｗｐ１が下層圧電体３５の幅ｗｐ２よりも狭い点に特徴がある。なお、他の構成は、上記実施形態（図４参照）と同様であるので、その説明は省略する。この第１の変形例では、上層圧電体３４の幅ｗｐ１が下層圧電体３５の幅ｗｐ２よりも狭いので、上層圧電体３４は、幅方向中央部を積極的に変形させることになる。このため、振動板１４においても、幅方向中央部が側縁部よりも大きく変形することになる。その結果、圧力室１２を効率よく収縮させることができる。
【００８５】
図１７に示す第２の変形例は、上層圧電体３４の幅ｗｐ１が下層圧電体３５の幅ｗｐ２よりも広い点に特徴がある。なお、他の構成は、上記実施形態（図４参照）と同様であるので、説明は省略する。この第２の変形例では、上層圧電体３４の幅ｗｐ１が下層圧電体３５の幅ｗｐ２よりも広いので、駆動電極３３を圧電体層３１内に確実に埋設できる。従って、駆動電極３３と共通上電極３６との間の短絡を確実に防止することができる。
【００８６】
なお、以上は、液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド、並びに、この記録ヘッドに用いられる圧電素子及び圧電アクチュエータに本発明を適用した例を説明したが、これに限定されるものではない。本発明は、例えば、液晶噴射ヘッドや色材噴射ヘッド等といった他の液体噴射ヘッド、及び、この液体噴射ヘッド用の圧電素子及び圧電アクチュエータにも適用できる。また、マイクロポンプ用の圧電素子及び圧電アクチュエータにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヘッド本体の基本構造を説明する断面図である。
【図２】ヘッド本体をノズルプレート側から見た図である。
【図３】アクチュエータユニットの構造を説明する図であり、圧力室長手方向で切断した断面図である。
【図４】アクチュエータユニットの構造を説明する図であり、圧力室幅方向で切断した断面図である。
【図５】各層圧電体の厚さの比と変位量との相関関係を説明する図である。
【図６】駆動電極の端部構造を説明する断面図である。
【図７】共通電極の端部構造を説明する断面図である。
【図８】共通電極の構造を説明する図であり、（ａ）は共通上電極の平面図、（ｂ）は共通下電極の平面図である。
【図９】（ａ）〜（ｆ）は、圧電素子の作成過程を説明する模式図である。
【図１０】圧電素子に対する分極処理を説明する模式図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、共通上電極を圧電素子毎に形成し、配線部材によって共通上電極と共通下電極とを導通させた例を説明する図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）は、本発明の他の実施形態を説明する図である。
【図１３】セラミックスシートとチップ領域の位置関係を説明する模式図である。
【図１４】アクチュエータユニットの選択を説明する模式図である。
【図１５】複数のヘッド本体を備えた記録ヘッドを説明する図である。
【図１６】第１の変形例を説明する図である。
【図１７】第２の変形例を説明する図である。
【符号の説明】
１…ヘッド本体，２…流路ユニット，３…アクチュエータユニット，４…インク供給口，５…ノズル連通口，６…供給口形成基板，７…共通インク室，８…インク室形成基板，９…ノズル開口，１０…ノズルプレート，１１…ノズル列，１２…圧力室，１３…圧力室形成基板，１４…振動板，１５…供給側連通口，１６…蓋部材，１７…圧電素子，１８…セラミックスシート，１９…チップ領域，３１…圧電体層，３２…共通電極，３３…駆動電極，３４…上層圧電体，３５…下層圧電体，３６…共通上電極，３７…共通下電極，３８…圧力室隔壁，３９…導通電極，４０…供給端子，４１…端子基板，４２…共通上電極の基電極，４３…共通上電極の枝電極，４４…共通下電極の基電極，４５…共通下電極の枝電極，４６…共通下電極の導通帯部，４７…導通部材，５１…配線部材，５２…導電層，６１…取付ベース

Claims (15)

1. 電場に応じて変形する圧電体層と、該圧電体層に付与される電場を発生する電極層とを備え、
   前記圧電体層を、互いに積層された上層圧電体と下層圧電体とから構成すると共に、前記電極層を、定電位に調整される共通上電極及び共通下電極と、駆動信号の供給源に導通される駆動電極とから構成し、
   下層圧電体と上層圧電体との間に駆動電極を形成すると共に、駆動電極とは反対側の下層圧電体の表面には共通下電極を、駆動電極とは反対側の上層圧電体の表面には共通上電極をそれぞれ形成した圧電素子であって、
   前記駆動電極と共通上電極との間に生じる電場を駆動電極と共通下電極との間に生じる電場よりも強くすることで、駆動信号の供給に伴う上層圧電体の変形度合いを、下層圧電体の変形度合いよりも大きくしたことを特徴とする圧電素子。
2. 前記上層圧電体の厚さを下層圧電体の厚さの３／４以下としたことを特徴とする請求項１に記載の圧電素子。
3. 前記上層圧電体を下層圧電体よりも圧電定数が大きい圧電材料で構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧電素子。
4. 前記共通上電極と共通下電極とを導通させて同電位としたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の圧電素子。
5. 前記共通上電極と共通下電極とを電気的に絶縁し、共通下電極にはバイアス電位を供給するためのバイアス電位供給部を設ける一方、共通上電極には共通電位を供給するための共通電位供給部を設け、
   前記バイアス電位を前記共通電位よりも高く設定したことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の圧電素子。
6. 駆動源としての圧電素子を振動板の表面に形成してなる圧電アクチュエータにおいて、
   前記圧電素子は、電場に応じて変形する圧電体層と該圧電体層に付与される電場を発生する電極層とを備え、
   前記圧電体層を、互いに積層された上層圧電体と下層圧電体とから構成すると共に、前記電極層を、定電位に調整される共通上電極及び共通下電極と、駆動信号の供給源に導通される駆動電極とから構成し、
   下層圧電体と上層圧電体との間に駆動電極を形成すると共に、下層圧電体と振動板との間に共通下電極を、駆動電極とは反対側の上層圧電体の表面に共通上電極をそれぞれ形成し、
   前記駆動電極と共通上電極との間に生じる電場を駆動電極と共通下電極との間に生じる電場よりも強くすることで、駆動信号の供給に伴う上層圧電体の変形度合いを、下層圧電体の変形度合いよりも大きくしたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
7. 前記上層圧電体の厚さを下層圧電体の厚さの３／４以下としたことを特徴とする請求項６に記載の圧電アクチュエータ。
8. 前記上層圧電体を下層圧電体よりも圧電定数が大きい圧電材料で構成したことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の圧電アクチュエータ。
9. 前記共通上電極と共通下電極とを導通させて同電位としたことを特徴とする請求項６から請求項８の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
10. 前記共通上電極と共通下電極とを電気的に絶縁し、共通下電極にはバイアス電位を供給するためのバイアス電位供給部を設ける一方、共通上電極には共通電位を供給するための共通電位供給部を設け、
    前記バイアス電位を前記共通電位よりも高く設定したことを特徴とする請求項６から請求項８の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
11. ノズル開口に連通された圧力室と、該圧力室の一部を区画する振動板と、前記圧力室とは反対側の振動板表面に設けられた圧電素子とを備え、圧電素子の変形によって圧力室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドにおいて、
    前記圧電素子は、電場に応じて変形する圧電体層と該圧電体層に付与される電場を発生する電極層とを備え、
    前記圧電体層を、互いに積層された上層圧電体と下層圧電体とから構成すると共に、前記電極層を、定電位に調整される共通上電極及び共通下電極と、駆動信号の供給源に導通される駆動電極とから構成し、
    下層圧電体と上層圧電体との間に駆動電極を形成すると共に、下層圧電体と振動板との間に共通下電極を、駆動電極とは反対側の上層圧電体の表面に共通上電極をそれぞれ形成し、
    前記駆動電極と共通上電極との間に生じる電場を駆動電極と共通下電極との間に生じる電場よりも強くすることで、駆動信号の供給に伴う上層圧電体の変形度合いを、下層圧電体の変形度合いよりも大きくしたことを特徴とする液体噴射ヘッド。
12. 前記上層圧電体の厚さを下層圧電体の厚さの３／４以下としたことを特徴とする請求項１１に記載の液体噴射ヘッド。
13. 前記上層圧電体を下層圧電体よりも圧電定数が大きい圧電材料で構成したことを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の液体噴射ヘッド。
14. 前記共通上電極と共通下電極とを導通させて同電位としたことを特徴とする請求項１１から請求項１３の何れかに記載の液体噴射ヘッド。
15. 前記共通上電極と共通下電極とを電気的に絶縁し、共通下電極にはバイアス電位を供給するためのバイアス電位供給部を設ける一方、共通上電極には共通電位を供給するための共通電位供給部を設け、
    前記バイアス電位を前記共通電位よりも高く設定したことを特徴とする請求項１１から請求項１３の何れかに記載の液体噴射ヘッド。

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