压电致动器、包含它的液体喷头、压电元件及其制造方法技术

一种压电致动器、包含它的液体喷头、压电元件及其制造方法。基片上具有一个带开口的腔，开口是由在第一方向上延伸的第一边缘和在垂直于第一方向的第二方向上延伸的第二边缘来确定，第一边缘具有第一尺寸，第二边缘具有小于第一尺寸的第二尺寸。在基片上面配置一个振荡板，用来密封开口。在振荡板上，形成要被保持在预定电位的第一公共电极。在第一公共电极上面，层叠第一压电层，与腔相对。第一压电层在第一方向上延伸，使其两个端部超过开口的第二边缘。在第一压电层上面，层叠一个驱动电极，驱动信号从外部提供给它。在驱动电极上面，层叠第二压电层，与腔相对。第二压电层在第一方向上延伸，使其两个端部在第一方向上超过开口的第二边缘。在第二压电层上，层叠要被保持在预定电位的第二公共电极。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用提供的驱动信号进行变形的压电元件作为驱动源的电致伸缩致动器、含有这种压电致动器的液体喷头以及该压电元件的制造方法。振荡板是一个非常薄的构件，厚度约为5μm～6μm，而压电元件具有一种已实际使用的单层结构，厚度约为15μm。因此，振荡板和压电元件的总厚度约为20μm。由于这个原因，压力腔变形部分的柔性，即振荡板和压电元件的柔性变大。因此，压力腔容积有可能会随着压力腔内液体压力的微小变化而改变。此外，如果变形部分的柔性大，还会恶化压电元件对所提供的驱动信号的响应能力(变形响应)，从而难以进行高频驱动。可以假设为了降低变形部分的柔性，给压电元件设定较大的厚度。如果简单地增大压电元件的厚度，则需要相应地升高驱动电压，不适于高频驱动。此外，变形部分难以弯曲。因此，液体压力的波动量变得不足。因此，假设压电元件采用日本特许公开No.2-289352A和日本特许公开No.10-34924A所揭示的多层结构。在压电元件中，压电层为具有一个上压电层和一个下压电层的双层结构，而且驱动电极是形成在上压电层与下压电层之间的边界上，此外，一个上公共电极形成在上压电层的外表面，而一个下公共电极形成在下压电层的外表面。该压电元件具有位于上压电层与下压电层之间的边界上的驱动电极。由于这个原因，一个电场施加于每一层的压电元件上，电场的强度取决于驱动电极到每个公共电极之间的距离(每个压电层的厚度)和驱动电极与每个公共电极之间的电位差。因此，与在公共电极与驱动电极之间有单个压电层的单层结构的传统压电元件相比，即与已实际使用的压电元件相比，该压电元件，即使为了提高刚性而整个压电元件厚度有稍许增大，在与传统元件相同的驱动电压下，也能够发生大的变形。但是，简单地使用每个公开中所描述的具有多层结构的压电元件，很难获得理想的特性。例如，液体的喷射特性或馈送特性被改变，或在压电元件的高频驱动与液体的喷射量(馈送量)之间不能取得平衡。此外，还有一个问题就是在电极上易于导致断路。由于这个原因，在公共电极与驱动电极之间插入一个具有包含单个压电层的单层结构的压电元件不可避免地被用作了实际产品。为了实现上述目的，根据本专利技术，提供了一种压电致动器，包括 一个基片，形成具有一个开口的腔，开口由在第一方向上延伸的第一边缘和在垂直于第一方向的第二方向上延伸的第二边缘确定，第一边缘具有第一尺寸，第二边缘具有小于第一尺寸的第二尺寸；一个振荡板，配备在基片上面，用来密封开口；第一公共电极，形成在振荡板上并要被保持在预定的电位上；第一压电层，层叠在第一公共电极上面，与腔相对，第一压电层在第一方向上延伸，使其两个端部在第一方向上超过开口的第二边缘；一个驱动电极，层叠在第一压电层上面，从外部给它提供驱动信号；第二压电层，层叠在驱动电极上面，与腔相对，第二压电层在第一方向上延伸，使其两个端部在第一方向上超过开口的第二边缘；以及第二公共电极，层叠在第二压电层上并要被保持在预定的电位上。在这种结构中，有可能减小由振荡板和压电元件所构成的腔的变形部分的柔性，借此可靠地抑制在稳态下腔容积的波动。因此，能够稳定液体喷射特性和馈送特性。此外，由于能够减小变形部分的柔性，因此，本专利技术还适用于高频驱动。此外，由于压电元件具有多层结构，还有可能提高变形效率。因此，能够补偿变形部分因为柔性降低所造成的变形量的减小。因此，有可能在进行高频驱动时，喷射或输送必需量的液体。最好是第一公共电极和第二公共电极在第一区域电气上连接，第一区域在第一方向上位于第二边缘中的一条的外侧；而且朝着第一区域延伸超过第二边缘中的一条的第一压电层的长度大于朝着第一区域方向延伸超过第二边缘中的一条的第二压电层的长度。在这种结构中，能够防止第二公共电极的断路，而且能够提高成品率。此外，第一区域还能够在非变形区域形成，从而，能够长期保持连接的可靠性。此外，最好是第一压电层的一个端面位于第二边缘中的一条的外侧，第二压电层的一个端面也位于第二边缘中的一条的外侧，第一压电层的端面和第二压电层的端面构成连续斜坡。根据本专利技术，还提供了一种压电致动器，包括一个基片，形成具有一个开口的腔，开口由在第一方向上延伸的第一边缘和在垂直于第一方向的第二方向上延伸的第二边缘确定，第一边缘具有第一尺寸，第二边缘具有小于第一尺寸的第二尺寸；一个振荡板，配备在基片上面密封开口；第一公共电极，形成在振荡板上并要被保持在预定的电位上；第一压电层，层叠在第一公共电极上面，与腔相对；一个驱动电极，层叠在第一压电层上面，从外部给它提供驱动信号；第二压电层，层叠在驱动电极上面，与腔相对，第二压电层在第一方向上延伸，使其端部中的每一个都在第一方向上覆盖住第一压电层在第一方向上的相应端部；以及第二公共电极，层叠在第二压电层上并要被保持在预定的电位上。在这样的结构中，在形成第二公共电极的第二压电层的表面上，很难产生一个阶梯，因此，能够保证形成同一个平滑表面。从而，能够均匀配备第二公共电极，而且能够防止产生缺陷区域，从而能够提高制造的可靠性。最好是，第一压电层在第一方向上的每个端部的厚度都朝着其每一端逐渐减小。最好是，第一压电层和第二压电层在第一方向上延伸，使第一压电层和第二压电层在第一方向上的两个端部都超过开口的第二边缘。在上述结构中，最好是驱动电极在第一方向上延伸超过第二边缘中的一条。在此，最好是压电致动器还包括一个连接电极，它形成在振荡板上，而且在一条第二边缘以外的区域内电气连接到驱动电极上。驱动信号通过连接电极提供给驱动电极。在这种结构中，由于连接电极和驱动电极在在非变形区域电气连接，因此，能够防止断路，从而，能够长期保持连接的可靠性。还最好是，连接电极的一部分被第一压电层所覆盖。还最好是，第一公共电极和连接电极由相同导电材料构成。在上述结构中，最好是驱动电极、以及第一公共电极和第二公共电极中的至少一个电极在第一方向上延伸，使其两个端部在第一方向上至少到达开口的第二边缘。在这种结构中，面对开口的整个振荡板能够发生变形，而且能够确保足够的喷射量(液体馈送量)。在上述结构中，最好是第一压电层在第二方向上的长度大于第一公共电极在第二方向上的长度；第二压电层在第二方向上的长度大于驱动电极在第二方向上的长度；而且第一压电层和第二压电层中的至少一个在第二方向上的每个端部的厚度小于其在第二方向上的中央部分的厚度。在这种结构中，能够提高变形部分的变形效率，而且能够确保足够的喷射量(液体馈送量)。在上述结构中，最好是多个压电元件，每个都含有第一公共电极、第一压电层、驱动电极、第二压电层和第二公共电极，被排列在第二方向上。此外，还最好是压电致动器还含有一个在第二方向上延伸的邻近公共电极，每个压电元件中的第一公共电极和第二公共电极都电气连接到邻近公共电极。根据本专利技术，还提供了一种液体喷头，它含有上述压电致动器，从而，振荡板变形引起容纳在腔内的液体的压力波动，以便从与腔连通的喷嘴喷射出液滴。根据本专利技术，还提供了一种压电元件，包括第一公共电极，要被保持在预定的电位上；第一压电层，层叠在第一公共电极上，并在第一方向上延伸；一个驱动电极，层叠在第一压电层上，从外部给它提供驱动信号；第二压电层，层叠在驱动电极上并在第一方向上延伸，使其每一个端部都在第一方向上覆盖住第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电致动器，其中包括： 一个基片，形成具有一个开口的腔，开口由在第一方向上延伸的第一边缘和在垂直于第一方向的第二方向上延伸的第二边缘确定，第一边缘具有第一尺寸，第二边缘具有小于第一尺寸的第二尺寸； 一个振荡板，配备在基片上面密封开口； 第一公共电极，形成在振荡板上并要被保持在预定的电位上； 第一压电层，层叠在第一公共电极上面，与腔相对，第一压电层在第一方向上延伸，使其两个端部在第一方向上超过开口的第二边缘； 一个驱动电极，层叠在第一压电层上面，从外部给它提供驱动信号； 第二压电层，层叠在驱动电极上面，与腔相对，第二压电层在第一方向上延伸，使其两个端部在第一方向上超过开口的第二边缘；以及 第二公共电极，层叠在第二压电层上并要被保持在预定的电位上。

【技术特征摘要】
JP 2003-3-14 070545/2003;JP 2002-3-18 075089/2002;1.一种压电致动器，其中包括一个基片，形成具有一个开口的腔，开口由在第一方向上延伸的第一边缘和在垂直于第一方向的第二方向上延伸的第二边缘确定，第一边缘具有第一尺寸，第二边缘具有小于第一尺寸的第二尺寸；一个振荡板，配备在基片上面密封开口；第一公共电极，形成在振荡板上并要被保持在预定的电位上；第一压电层，层叠在第一公共电极上面，与腔相对，第一压电层在第一方向上延伸，使其两个端部在第一方向上超过开口的第二边缘；一个驱动电极，层叠在第一压电层上面，从外部给它提供驱动信号；第二压电层，层叠在驱动电极上面，与腔相对，第二压电层在第一方向上延伸，使其两个端部在第一方向上超过开口的第二边缘；以及第二公共电极，层叠在第二压电层上并要被保持在预定的电位上。2.根据权利要求1所述的压电致动器，其中第一公共电极和第二公共电极在第一区域电气上连接，第一区域在第一方向上位于第二边缘中的一条的外侧；以及朝着第一区域延伸超过第二边缘中的一条的第一压电层的长度大于朝着第一区域方向延伸超过第二边缘中的一条的第二压电层的长度。3.根据权利要求2所述的压电致动器，其中，第一压电层的一个端面位于第二边缘中的一条的外侧，第二压电层的一个端面也位于第二边缘中的一条的外侧，第一压电层的端面和第二压电层的端面构成连续斜坡。4.一种压电致动器，包括一个基片，形成具有一个开口的腔，开口由在第一方向上延伸的第一边缘和在垂直于第一方向的第二方向上延伸的第二边缘确定，第一边缘具有第一尺寸，第二边缘具有小于第一尺寸的第二尺寸；一个振荡板，配备在基片上面密封开口；第一公共电极，形成在振荡板上并要被保持在预定的电位上；第一压电层，层叠在第一公共电极上面，与腔相对；一个驱动电极，层叠在第一压电层上面，从外部给它提供驱动信号；第二压电层，层叠在驱动电极上面，与腔相对，第二压电层在第一方向上延伸，使其端部中的每一个都在第一方向上覆盖住第一压电层在第一方向上的相应端部；以及第二公共电极，层叠在第二压电层上并要被保持在预定的电位上。5.根据权利要求4所述的压电致动器，其中，第一压电层在第一方向上的每个端部的厚度都朝着其每一端逐渐减小。6.根据权利要求4所述的压电致动器，其中，第一压电层和第二压电层是在第一方向上延伸，使第一压电层和第二压电层在第一方向上的两个端部都是超过开口的第二边缘。7.根据权利要求1或4所述的压电致动器，其中，驱动电极在第一方向上延伸超过第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊华，片仓孝浩，奥村资纪，
申请(专利权)人：精工爱普生株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]