JP3622484B2

JP3622484B2 - Piezoelectric actuator and inkjet head using the same

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Publication number: JP3622484B2
Application number: JP6486598A
Authority: JP
Inventors: 裕之山本
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 2005-02-23
Anticipated expiration: 2018-03-16
Also published as: JPH11254680A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電アクチュエータとこの圧電アクチュエータを用いたインクジェットヘッドに関し、高分解能化、低コスト化をはかった圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９（ａ）、（ｂ）は従来より用いられているインクジェットヘッドの一例を示すもので（ａ）は組立図、（ｂ）図は（ａ）図の分解斜視図である。図に示すインクジェットヘッドでは、オリフィス吐出孔１１を有するオリフィス板１と、圧力室２１，共通インク室２２及びインク供給口２３を有するベース板２と、圧力室２１の形状に対応して形成された貫通孔１２及び連通流路３１が形成された流路板３と、振動板４と、ＰＺＴ等の圧電材からなる小片５と、絶縁シート６４上に電極６１，６２及びこれら電極を結ぶリード線６３が形成されたフレキシブルプリント基板（以下、単にＦＰＣという）６が接着剤等で接着されて（ａ）図の斜視図で示すように積層されている。
【０００３】
上記各部材のうち、オリフィス板１，流路板３，振動板４は例えば数十から２００μｍ程度の厚さのステンレス板を適宜使い分けて金属エッチング、金属プレス等により形成される。また、オリフィス吐出孔１１の径は３０〜１００μｍ程度であるが、ここではオリフイス板１をエッチングして形成する際に同時に形成している。
【０００４】
圧電材からなる小片５への給電用配線は、通常ワイヤ、フレキシブル印刷配線板（ＦＰＣ）等をボンディング、ハンダ付けすることにより行う。ここでは、ＦＰＣ６上に形成された端子６２を小片５に形成された表面電極５２にハンダ付け（図９（ａ）参照）している。なお、振動板４は図示せぬ別経路の配線により接地電位となるようにされている。
【０００５】
そして、各部材を図９（ａ）のように積層した後、インク供給口２３からインクを入れ共通インク室２２から流路３１，圧力室２１を経てオリフィス吐出孔に至るまでをインクで満たした後、圧電材５に電圧パルスを印加してインクを吐出させる。
以下吐出動作について図１０（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。これらの図において図（ａ）は組立て断面図、図（ｂ）はパルス印加により振動板４が歪んだ状態を示している。
【０００６】
図１０（ａ）において、圧電材５の電極５１，５２にはインク吐出が指令されるタイミング毎に、図示せぬ駆動回路から駆動電圧パルスがＦＰＣ６の端子６１，６２を介して印加される（印加電圧は例えば５０Ｖ，１００μ／秒程度）。
その結果、圧電材５内には図の上下方向に電界が発生し、これと直交した平面方向に収縮方向の歪み（応力）が発生する。
【０００７】
圧電材５は振動板４に接合されてユニモルフ型のアクチュエータを構成しており、この応力は図（ｂ）のような太鼓状の変位を生じさせる。発生した太鼓状変位は圧力室２１内の圧力を上昇させ、オリフィス板１のオリフィス吐出孔１１よりインクを吐出させる。
【０００８】
目的とするインク量が吐出した後、圧電材５への電圧印加が終了しアクチュエータの変位が元に戻って圧力室内２１の圧力も一度負圧に転じた後大気圧に戻る。このとき図示せぬインクタンクから、インク供給口２３，共通インク室２２，連通流路３１を経由して圧力室２１へインクが補給される。
【０００９】
なお、このようなユニモルフ型のアクチュエータを構成する場合、圧電材と流路板の弾性係数及び厚さは次式に示す関係に選定することが駆動効率の上から望ましい。
Ｅ１（ｔ１）^２＝Ｅ２（ｔ２）^２…▲１▼
ここで、Ｅ１，Ｅ２は圧電材，振動板の弾性係数
ｔ１，ｔ２は圧電材，振動板の厚み
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで上述の従来例においては、圧電材５の小片を振動板４に接着することでアクチュエータを構成しているため、
▲１▼ 圧電材５の振動板４への接着
▲２▼ 各圧電材５への電気配線６３
を必要とする。
そして、このような構成のインクジェットヘッドでは記録分解能及び記録速度を向上させるための手段としてインクジェット吐出部（アクチュエータ、圧力室、オリフィス吐出孔の一対）を狭いピッチで多数形成することが要求される。
しかしながら、例えば数十〜数百μｍのピッチで数百の吐出口をならべて形成しようとすると、以下のような問題があった。
【００１１】
吐出部を狭ピッチで形成するには、圧電材自体の寸法を小さくする必要があり、また、同時にヘッド駆動電圧を小さくするため圧電材の厚みを数十〜２００μｍ程度と薄く製作する必要がある。しかし圧電材（ＰＺＴ等）は粉体を焼成したセラミックスで形成された非常に脆い材質であり、そのような材質で微小片を作製することは、加工法，取り扱い上困難である。また、加工できたとしてもコスト，精度的に問題がある。
【００１２】
また、脆く微少な圧電材片は接着時の取り扱いや加圧等で破壊しやすく、力をかけずにハンドリングし振動板に対して精密に位置決めすることが難しい（位置合わせが不十分だと、吐出効率が低下する）。また、圧電材は有極性部品であるため接着に際してその上下面を識別する必要があるが、微小片では識別が困難である。更に接着に際し接着剤が圧電材の周辺から漏れ出すのでこれを除去するのは難しい。
【００１３】
以上のような困難な接着作業を一つのヘッドに対して数百と行うのは製造コストの点で問題がある。
また、圧電材への給電の方法としては、半田付けまたは配線材の融着（または単なる押し付け）によっているが、例えばＦＰＣのような配線材を用いる場合、微少なピッチで配線パターンや端子部を設けねばならず製造が困難である。
【００１４】
配線パターンと圧電材を接続するには半田コテ等の配線ツールを用いるが、半田コテが圧電材の大きさより大きく半田が圧電材から漏れ出たり配線材が圧電材と導電体である振動板の両者に接触する等して、駆動側と接地側が短絡するという不具合が生じ易くなる。
【００１５】
また、圧電材は一旦キュリー点（通常１５０〜３５０℃程度）以上の温度に昇温されると、その圧電性が消滅し記録ヘッドがインク吐出不能状態になる（圧電材への配線として半田付けを使用する場合大きな圧電材を振動板に接合した後に半田付けするものでは圧電材から熱容量の大きな振動板へ熱伝導するので圧電材への熱的影響はないか、若しくは一部の特性が損なわれるにとどまるが、小さな圧電材では瞬時に全体に熱が行き渡り圧電材全体の圧電性が損なわれる）。
【００１６】
このような問題を解決する手段として、振動板の上に圧電材の平板を接着後、ダイシング・ソウ等で、圧電材を小さな片に切り離していく製造方法が実用化されているが、この方法においても以下のような問題がある。
１）脆い圧電材の切削加工は寸法の下限値に限度がある。
２）振動板に傷をつけないで、薄い圧電材のみを切削することは困難である。
３）加工法の制限から、切り取られる形は直線的な形状に限られる。
４）一つ一つ機械加工を行うため長い工作時間を要し、コストが高くなる。
５）上述した配線時の問題は何ら解決されない。
【００１７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、圧電材を用いたインクジェットヘッドを狭ピッチ化するに際して発生する種々の問題点を本質的に解決した圧電アクチュエータ及びこれを用いたインクジェットを実現することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明は、
１．板状圧電材の所定個所に少なくとも一つの電圧印加部材を設け、その板状圧電材の所定個所を選択的に駆動するように構成した圧電アクチュエータであって、該アクチュエータを構成する電圧印加部材は、前記板状圧電材の表面に導電性を有する膜により形成すると共にこの導電性膜により構成される振動膜として機能する部分とリード線として機能する部分のうち振動膜として機能する部分の膜厚を厚く形成したことを特徴とする圧電アクチュエータ。
２．振動膜として機能する部分を複数個形成し、それぞれの振動膜の厚さを異なる厚さに形成したことを特徴とする請求項１記載の圧電アクチュエータ。
３．電圧印加部材が形成された部分以外の表面にこの電圧印加部材とは電気的に絶縁された補強膜を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電アクチュエータ。
４．電圧印加部材が形成された板状圧電材の裏面に前記板状圧電材の補強膜を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。
５．インクタンクから流路を介して圧力室にインクが供給され、所要時に圧力印加手段により前記圧力室に圧力が印加されてオリフィス吐出孔よりインクの粒子を噴射するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力印加手段として請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電アクチュエータを用いたことを特徴とするインクジェットヘッド。
６．インクタンクから流路を介して圧力室にインクが供給され、所要時に圧力印加手段により前記圧力室に圧力が印加されてオリフィス吐出孔よりインクの粒子を噴射するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力印加手段として請求項４に記載の圧電アクチュエータを用い、前記板状圧電材の裏面に形成された補強膜に前記インクが供給される流路若しくは圧力室の少なくとも一方を形成したことを特徴とするインクジェットヘッド。
７．圧電アクチュエータとオリフィス吐出孔が形成されたオリフィス板を両面接着テープで固定したことを特徴とする請求項６記載のインクジェットヘッド。
を構成したものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態の一例を示すアクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッドであり、（ａ）は組み立て完成図、（ｂ）図は（ａ）図の分解斜視図である。図１（ａ）、（ｂ）に示すインクジェットヘッドにおいて、オリフィス板１と、ベース板２と、流路板３は従来のものと同様であり、アクチュエータ部分のみが異なっている。
【００２１】
本発明では平板状圧電材７の表面の所定の個所に複数（図では４個）の振動膜（電圧印加部材）８２、リード線８３及び電極端子８１をフォトリソグラフィとエッチングの技術により一体として形成する。
【００２２】
ここで、アクチュエータを構成する平板状圧電材（以下、単に圧電材という）７に電圧印加部材（以下、単に振動膜という）８２を形成する過程について図２（ａ）〜（ｇ）の製作工程例を用いて説明する。
図２（ａ）において、圧電材７の表面に銀電極７ａを印刷する。
【００２３】
図２（ｂ）において、図（ａ）で形成した印刷銀電極７ａ上にスピンコート等の方法により均一にレジスト７ｂを塗布する。
図２（ｃ）において、レジスト７ｂを塗布した圧電材７上に電極端子８１，振動膜８２，リード線８３の部分以外を覆うフォトマスク７ｃを用いてレジスト７ｂに選択的に光を照射する。
【００２４】
図２（ｄ）において、光が照射されないレジスト部分（非露光部）を現像液により除去する。
図２（ｅ）において、銀用エッチング液（例えば熱濃硫酸や硝酸）を用いてレジストで覆われていない部分の銀電極を除去する。
【００２５】
図２（ｆ）において、レジストを溶剤により除去する。
図２（ｇ）において、エッチングで残った銀パターンに通電して銀パターン上に適当な厚みとなるように電気メッキ（例えばニッケルメッキ）を施す。
【００２６】
上述の過程により圧電材７の表面に振動膜８２を精密に形成したユニモルフ型アクチュエータを実現することができる。なおこの場合、圧電材７と振動板８２の厚さおよび弾性係数は前述の▲１▼式をほぼ満足するように選定することが望ましい。
また、電極の形成方法としては上記実施例に限ることなく、例えばドライプレーティング，無電解メッキ等を含む公知の製膜技術，パターン形成技術を適宜組み合せて使用することで形成可能である。
【００２７】
次に図３を用いてインク吐出の過程を説明する。（なお、図中の符合は図１に示す符合と同一部品である）。（ａ）図は圧力室２１内にインクを満たした状態の断面図である。
【００２８】
図３（ａ）において、振動させる部分の振動膜８２のいずれか（ここでは８２ａとする）にインク吐出が指令されるタイミング毎に、図示せぬ駆動回路から振動膜８２上の端子８１ａを経由して駆動電圧パルスが印加される。なお、裏面電極７１は図では省略するが接地されているものとする。
その結果、（ｂ）図に示すように振動膜８２ａ直下の圧電材７内に図の上下方向に電界が発生し、これと直交した平面内に拡張方向の歪みが発生する。
【００２９】
振動板８２ａは圧電材７に接合されているため、その部分にほぼ振動膜８２の大きさのユニモルフ型のアクチュエータが構成されており、このアクチュエータにより発生した歪みにより圧電材７が部分的に太鼓状に変位する。この変位は圧力室２１内の圧力を上昇させ、オリフィス板１のオリフィス吐出孔１１よりインクを吐出させる。
【００３０】
目的とするインク量が吐出した後、圧電材７への電圧印加が終了しアクチュエータの変位が元に戻って圧力室内２１の圧力も一度負圧に転じた後大気圧に戻る。このとき図示せぬインクタンクから、インク供給口２３，共通インク室２２，連通流路３１を経由して圧力室２１へインクが補給される。
【００３１】
上記において、図３（ｃ）で示すように圧電材の振動膜直下以外の周辺部にも電界が発生するので歪みが生じるが、
１）電界方向が圧電材７の電気軸とずれていること。
２）圧電材７の厚みが薄い場合、その影響が及ぶ範囲が僅かであること。
３）ユニモルフ構造となっていない部分の歪みは大きな太鼓状変位を発生しないこと。
【００３２】
４）周辺部の下面はベース部材の上面の平面部が接合されていて変形が抑制されること。
等から無視することができ、ほぼ従来例と同様の変形を得ることができる。
なお、このアクチュエータでは圧電材の歪み方向が拡張方向となっているが、これは圧電材７の極性を逆にしたり、印加する電圧の極性を逆にすることにより実現することができる。
【００３３】
次にその他の実施例について説明する。
図２に示すアクチュエータを用いたインクジェットヘッドでは、リード線８３と流路板の流路３１が重なっている。そのため、この部分にも歪みが発生する。
その結果、図４に示すように一点鎖線（理想的な変形）のようであることが望ましいアクチュエータの変位が実線（実際の変形）のような変位となり、
【００３４】
１）基本振動モードの太鼓状振動の端点の状態や端点間の長さが変わり、固有振動数が低下して減衰率が上がる。
２）変形が単なる太鼓状ではなく高次の形を含むことから、振動変位に高周波数成分が重畳される。
という影響が現れ、記録ヘッドの記録特性、特にサテライトドットの発生状況や吐出効率を悪化させることになる。
【００３５】
インクジェット記録方式における階調表現の方法として、記録させるドット径を変化させる方法がある。そして、ドット径を変える一手段として同一ヘッド内において、部分的に圧電材、または振動膜の厚みを変えることで各吐出口毎のインク滴量を変化させて記録ドット径を変化させる方法が知られている。
【００３６】
しかしながら、図２に示す製造方法では板状圧電材や振動板の厚みがすべて同一になるため、前記階調表現方法を適用することができない。
従ってここでは、振動板の厚みを変えたアクチュエータを実現する。
【００３７】
図５は振動膜８２とリード線８３，電極端子８１の膜厚を変えるための製作工程を示しており、図２に示す工程（ｆ）に引き続いて行う。
図５（ａ）において、図２（ｆ）で形成した銀パターン上にスピンコート等の方法により均一にレジスト７ｂを塗布する。
【００３８】
図５（ｂ）において、レジスト７ｂを塗布した圧電材７上に振動膜８２の上部に相当する部分以外を露出させ，フォトマスク７ｃを用いてレジスト７ｂに光を照射する。
図５（ｃ）において、光が照射されないレジスト部分（非露光部）を現像液により除去する。
【００３９】
図５（ｄ）において、レジストが除去された振動膜の部分の銀パターンに通電して銀パターン上に適当な厚みに電気メッキ（例えばニッケルメッキ）を施す。
図５（ｅ）において、レジストを溶剤により除去する。
上記の製作工程によれば、振動板８２の部分のみを厚く他の部分を薄く形成できるので図４に示す弊害を少なくしたユニモルフ型アクチュエータを実現することができる。なおこの場合、圧電材７と振動板８２の厚さおよび弾性係数は前述の▲１▼式を満足するように選定することが望ましい。
また、電極の形成方法としては上記実施例に限ることなく、例えばドライプレーティング，無電解メッキ等を含む公知の製膜技術，パターン形成技術を適宜組み合せて使用することで形成可能である。
【００４０】
なお、図５に示す製作工程を踏まえて４つの振動膜を選択的にフォトマスクで覆い、電気メッキの厚さを制御することにより、膜厚の異なる振動膜を形成することができ、前述の階調表現方法を適用することができる。
【００４１】
更にその他の実施例に付いて説明する。
圧電材は、脆い材料であり薄く、かつ大きな平面形状の部品は割れやすく、部品そのものの取り扱いに慎重さが要求されると共に、ベース板２への接合作業も熟練を要する。また、圧電材７と流路板３が別部品であることから、アクチュエータ部の振動膜８２とその周辺支持部の相対的な位置精度が高くない。この両者の位置関係に差があると、吐出効率が大幅に落ち、記録特性を損なうこととなる。
従ってここでは、圧電材７に補強を施すとともに位置精度が高く部品点数の削減を図ったアクチュエータを実現する。
【００４２】
図６（a）〜（k）はこのようなアクチュエータの製作工程の一例を示す図である。工程に従って説明する図６（a）において、厚さ０．１ｍｍ程度の圧電材７の表，裏面に銀電極７aを印刷する。
【００４３】
図６（ｂ）において、図（ａ）で形成した印刷銀電極７ａ上にスピンコート等の方法により均一にレジスト７ｂを塗布する。
図６（ｃ）において、レジスト７ｂを塗布した圧電材７上に電極端子８１，振動膜８２，リード線８３の部分の周囲の僅かな部分（例えば０．２ｍｍ程度の幅）を覆って露光する。
【００４４】
図６（ｄ）において、光が照射されないレジスト部分（０．２ｍｍ程度の非露光部）を現像液により除去する。
図６（ｅ）において、銀用エッチング液（例えば熱濃硫酸や硝酸）を用いてレジストで覆われていない部分（０．２ｍｍ程度の非露光部）の銀電極を除去する。
【００４５】
図６（ｆ）において、レジストを溶剤により除去する。
図６（ｇ）において、表面に再びレジストを塗布する
図６（ｈ）において、振動膜８２，リード線８３，電極端子８１及び図６（ｅ）において銀電極を除去した部分以外を覆うフォトマスクを用いて露光する。
【００４６】
図６（ｉ）において、現像リンスを行って振動膜８２，リード線８３，電極端子８１の部分の銀電極を露出させる。
図６（ｊ）において、銀パターンに通電して銀パターン上に適当な厚みに電気メッキ（例えばニッケルメッキ）を施す。
【００４７】
図６（ｋ）において、表面のレジストを除去する。
上記の製作方法によれば、振動膜８２，リード線８３，電極端子８１の部分と同時にこれらとは電気的には絶縁した状態で保護膜を電気メッキにより形成したので圧電材７に補強を施すとともに位置精度が高く部品点数の削減を図ったユニモルフ型アクチュエータを実現することができる。
なおこの場合も、圧電材７と振動板８２の厚さおよび弾性係数は前述の▲１▼式を満足するように選定することが望ましい。
また、電極の形成方法としては上記実施例に限ることなく、例えばドライプレーティング，無電解メッキ等を含む公知の製膜技術，パターン形成技術を適宜組み合せて使用することで形成可能である。
【００４８】
次に圧電材７の裏面に保護膜を形成すると共に図１に示すベース板２及び流路板３を不要としたインクジェットヘッドの製作工程の一例について図７，図８を用いて説明する。
図７（ａ）において、圧電材７の表面には先に説明した方法により振動膜，リード線，電極端子が形成されている（図示省略）ものとし、裏面には銀電極７ａが印刷されている。
【００４９】
図７（ｂ）において、図（ａ）で形成した印刷銀電極７ａ上にスピンコート等の方法により均一にレジスト７ｂを塗布する。
図７（ｃ）において、レジスト７ｂを塗布した圧電材７上に、表面の振動膜８２に対応する位置７１ａの部分と、図１に示す流路３１に相当する３１ａの部分、インク供給口２３ａ及び共通インク室２２に相当する２２ａの部分以外の部分をフォトマスク７ｃで覆って露光する。
【００５０】
図７（ｄ）において、光が照射されない非露光部のレジストを現像液により除去する。
図７（ｅ）において、露出した銀パターンに通電してこの上に電気メッキ（例えば厚さ０．１ｍｍ以上にニッケルメッキ）７ｅを施すことにより、図１に示す流路３１に相当する３１ｂの部分、インク供給口に相当する２３ｂ及び共通インク室２２に相当する２２ｂの部分を形成することができる。
図７（ｆ）において、レジストを溶剤により剥離する。
【００５１】
次に、図８を用いて圧電材７の裏面に保護膜を形成すると共に図１に示すベース板２及び流路板３を不要としたインクジェットヘッドの他の製作工程について説明する。
図８（ａ）において、圧電材７の表面には先に説明した方法により振動膜，リード線，電極端子が形成されている（図示省略）ものとし、裏面には銀電極７ａが印刷されている。
【００５２】
図８（ｂ）において、図８（ａ）で形成した印刷銀電極７ａ上に通電してこの上に電気メッキ（例えば厚さ０．１ｍｍ以上にニッケルメッキ）７ｅを施す。
図８（ｃ）において、スピンコート等の方法により均一にレジスト７ｂを塗布する。
【００５３】
図８（ｄ）において、レジスト７ｂを塗布した圧電材７上に、表面の振動膜に対応する位置７１ａの部分と、図１に示す流路３１に相当する３１ａの部分、インク供給口２３及び共通インク室２２に相当する２２ａ，２３ａの部分以外の部分をフォトマスク７ｃで覆って露光する。
図８（ｅ）において、光が照射されない非露光部のレジストを現像液により除去する。
【００５４】
図８（ｆ）において、エッチングによりレジストで覆われていない２２ａ，３１ａ，７１ａの部分のニッケルメッキを除去する。
図８（ｇ）において、レジスト７ｂを溶剤により除去する。従って、圧電材７の裏面に２２ａ，３１ａ，７１ａの部分のみ電気メッキが除去された状態となり、図１に示す流路３１に相当する３１ｂの部分、インク供給口２３に相当する２３ｂ及び共通インク室２２に相当する２２ｂの部分を形成することができる。
圧電材の裏面にベース板及び流路板を作り込む際は表面と裏面の位置合わせを半導体製造技術を用いた正確な位置合わせが可能である。
【００５５】
上記図７，８に示す工程で製作したユニモルフ型アクチュエータによれば、圧電材７の裏面に保護膜を形成すると共に図１に示すベース板２及び流路板３を不要としたインクジェットヘッドを実現することができる。
【００５６】
なお、上記図１に示す圧電材７と流路板３，流路板３とベース板２，ベース板２とオリフイス板１の接着の少なくとも１個所、及び図７，８に示すアクチュエータとオリフィス板１の接着に関して両面接着剤を用いれば、通常の接着材を用いる場合に比較して接着剤がインク流路やオリフィス吐出孔に入り込んで閉塞させることがなく、歩留まりを向上させることができる。
【００５７】
なお、本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。
【００５８】
本発明のアクチュエータはユニモルフ構造の振動子を圧電体上に複数形成する一般的な構成として使用可能であり、例えば、単一圧電体上に複数のユニモルフを作って、複数の音階を持つブザーを形成することも可能である。
また、本実施例ではインク滴が振動部と対向したヘッド面から吐出する「サイドシュータ型」のインクジェットヘッドについて説明しているが、インク滴が振動板と直交するヘッド側面から射出する「エッジシュータ型」のヘッドにも適用可能である。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に記載の圧電アクチュエータによれば、
板状圧電材の所定個所に少なくとも一つの電圧印加部材を設け、その板状圧電材の所定個所を選択的に駆動するように構成した圧電アクチュエータであって、該アクチュエータを構成する電圧印加部材は、前記板状圧電材の表面に導電性を有する膜により形成すると共にこの導電性膜により構成される振動膜として機能する部分とリード線として機能する部分のうち振動膜として機能する部分の膜厚を厚く形成したので、インクジェットヘッドとしてこのアクチュエータを用いた場合、配線部の歪みの影響によって生じる振動変位に高周波数成分が重畳する現象を少なくすることができる。
その結果、記録ヘッドの記録特性、特にサテライトドットの発生状況や吐出効率を悪化させることがない。
請求項２に記載の圧電アクチュエータによれば、
振動膜として機能する部分を複数個形成し、それぞれの振動膜の厚さを異なる厚さに形成したので、インクジェットヘッドとしてこのアクチュエータを用いた場合、出力の異なるインクジェットヘッドを得ることができる。
請求項３，４に記載の圧電アクチュエータによれば、
電圧印加部材が形成された部分以外の表面及び裏面にこの電圧印加部材とは電気的に絶縁された補強膜を形成したので、圧電アクチュエータの割れや欠けが減少し信頼性が向上する。
請求項５に記載のインクジェットヘッドによれば、
インクタンクから流路を介して圧力室にインクが供給され、所要時に圧力印加手段により前記圧力室に圧力が印加されてオリフィス吐出孔よりインクの粒子を噴射するインクジェットヘッドにおいて、前記圧力印加手段として請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電アクチュエータを用い、また、請求項６に記載のインクジェットヘッドように板状圧電材の裏面に形成された補強膜に前記インクが供給される流路若しくは圧力室の少なくとも一方を形成したので、部品点数が少なく安価なインクジェットヘッドを実現することができる。
請求項７に記載のインクジェットヘッドによれば、
圧電アクチュエータとオリフィス吐出孔が形成されたオリフィス板を両面接着テープで固定したので、製作の容易なインクジェットヘッドを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すアクチュエータ及びこれを用いたインクジェットヘッドの斜視図（ａ）及び分解斜視図（ｂ）である。
【図２】本発明の実施の形態の一例を示すアクチュエータの形成過程を示す斜視図である。
【図３】本発明のインクジェットヘッドのインク吐出状態を示す断面図である。
【図４】本発明のアクチュエータをインクジェットヘッドに適用した場合の動作状態を示す断面図である。
【図５】本発明のアクチュエータの他の製作実施例を示す工程図である。
【図６】表面に保護膜を形成する本発明のアクチュエータの製作実施例を示す工程図である。
【図７】裏面に保護膜及び流路板とベース板を作り込む本発明のアクチュエータの製作実施例を示す工程図である。
【図８】裏面に保護膜及び流路板とベース板を作り込む本発明のアクチュエータの他の製作実施例を示す工程図である。
【図９】従来のインクジェットヘッドの斜視図（ａ）及び分解斜視図（ｂ）である。
【図１０】従来のインクジェットヘッドのインク吐出状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１オリフィス板
２ベース板
３流路板
４振動板
５小片（圧電材）
６給電板（フレキシブル印刷配線板 …ＦＰＣ）
７圧電材（平板状圧電材）
１１オリフィス孔
１２貫通孔
２１圧力室
２２共通インク室
２３インク供給口
３１流路
８１電極端子
８２振動膜（電圧印加部材）
８３リード線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric actuator and an inkjet head using the piezoelectric actuator, and more particularly to a piezoelectric actuator that achieves high resolution and low cost, and an inkjet head using the piezoelectric actuator.
[0002]
[Prior art]
FIGS. 9A and 9B show an example of a conventional ink jet head. FIG. 9A is an assembly view, and FIG. 9B is an exploded perspective view of FIG. In the ink jet head shown in the drawing, the orifice plate 1 having the orifice discharge hole 11, the pressure plate 21, the base plate 2 having the common ink chamber 22 and the ink supply port 23, and the pressure chamber 21 are formed. The flow path plate 3 in which the through-hole 12 and the communication flow path 31 are formed, the vibration plate 4, the small piece 5 made of a piezoelectric material such as PZT, the electrodes 61 and 62 on the insulating sheet 64, and the lead wires connecting these electrodes A flexible printed circuit board (hereinafter simply referred to as FPC) 6 on which 63 is formed is bonded with an adhesive or the like and laminated as shown in the perspective view of FIG.
[0003]
Of the above members, the orifice plate 1, the flow path plate 3, and the vibration plate 4 are formed by metal etching, metal press, or the like by appropriately using, for example, a stainless plate having a thickness of about several tens to 200 μm. Further, the diameter of the orifice discharge hole 11 is about 30 to 100 μm, but here, it is formed at the same time when the orifice plate 1 is formed by etching.
[0004]
The power supply wiring to the small piece 5 made of a piezoelectric material is usually performed by bonding and soldering a wire, a flexible printed wiring board (FPC) or the like. Here, the terminal 62 formed on the FPC 6 is soldered to the surface electrode 52 formed on the small piece 5 (see FIG. 9A). The diaphragm 4 is set to a ground potential by wiring of another path (not shown).
[0005]
Then, after laminating each member as shown in FIG. 9A, ink is filled from the ink supply port 23 and filled with ink from the common ink chamber 22 through the flow path 31 and the pressure chamber 21 to the orifice discharge hole. Thereafter, a voltage pulse is applied to the piezoelectric material 5 to eject ink.
Hereinafter, the discharge operation will be described with reference to FIGS. In these drawings, FIG. (A) shows an assembled cross-sectional view, and FIG. (B) shows a state in which the diaphragm 4 is distorted by pulse application.
[0006]
In FIG. 10A, a drive voltage pulse is applied from the drive circuit (not shown) to the electrodes 51 and 52 of the piezoelectric material 5 via the terminals 61 and 62 of the FPC 6 at every timing when ink ejection is commanded ( The applied voltage is, for example, about 50 V, 100 μ / second).
As a result, an electric field is generated in the piezoelectric material 5 in the vertical direction in the figure, and a distortion (stress) in the contraction direction is generated in a plane direction perpendicular to the electric field.
[0007]
The piezoelectric material 5 is joined to the diaphragm 4 to constitute a unimorph type actuator, and this stress causes a drum-like displacement as shown in FIG. The generated drum-like displacement increases the pressure in the pressure chamber 21 and causes ink to be ejected from the orifice ejection holes 11 of the orifice plate 1.
[0008]
After the target ink amount is ejected, the voltage application to the piezoelectric material 5 is completed, the displacement of the actuator is restored, the pressure in the pressure chamber 21 is once changed to a negative pressure, and then returned to the atmospheric pressure. At this time, ink is supplied from an ink tank (not shown) to the pressure chamber 21 via the ink supply port 23, the common ink chamber 22, and the communication channel 31.
[0009]
When configuring such a unimorph type actuator, it is desirable from the viewpoint of driving efficiency that the elastic coefficient and thickness of the piezoelectric material and the flow path plate are selected according to the relationship shown in the following equation.
E1 (t1)²= E2 (t2)²… ▲ 1 ▼
Where E1 and E2 are the elastic modulus of the piezoelectric material and diaphragm
t1 and t2 are the thickness of piezoelectric material and diaphragm
[Problems to be solved by the invention]
[0010]
By the way, in the above-described conventional example, the actuator is configured by adhering a small piece of the piezoelectric material 5 to the diaphragm 4.
(1) Adhesion of piezoelectric material 5 to diaphragm 4
(2) Electric wiring 63 to each piezoelectric material 5
Need.
In the ink jet head having such a configuration, it is required to form a large number of ink jet discharge portions (a pair of an actuator, a pressure chamber, and an orifice discharge hole) at a narrow pitch as means for improving the recording resolution and the recording speed.
However, when trying to form several hundreds of ejection openings with a pitch of several tens to several hundreds of μm, for example, there are the following problems.
[0011]
In order to form the discharge portions at a narrow pitch, it is necessary to reduce the size of the piezoelectric material itself, and at the same time, it is necessary to manufacture the piezoelectric material as thin as several tens to 200 μm in order to reduce the head drive voltage. . However, a piezoelectric material (PZT or the like) is a very brittle material formed of ceramics obtained by firing powder, and it is difficult to manufacture a minute piece with such a material in terms of processing method and handling. Even if it can be processed, there are problems in terms of cost and accuracy.
[0012]
In addition, brittle and minute pieces of piezoelectric material are easily broken by handling and pressure during bonding, and it is difficult to handle them without applying force and to precisely position them with respect to the diaphragm (if positioning is insufficient, Discharge efficiency decreases). In addition, since the piezoelectric material is a polar part, it is necessary to identify the upper and lower surfaces when bonding, but it is difficult to identify with a small piece. Further, since the adhesive leaks out from the periphery of the piezoelectric material at the time of bonding, it is difficult to remove it.
[0013]
It is problematic in terms of manufacturing cost to perform such difficult bonding operations as several hundreds on one head.
In addition, as a method of supplying power to the piezoelectric material, soldering or wiring material fusion (or simple pressing) is used. However, when a wiring material such as FPC is used, wiring patterns and terminal portions are arranged at a very small pitch. It must be provided and is difficult to manufacture.
[0014]
A wiring tool such as a soldering iron is used to connect the wiring pattern and the piezoelectric material. The soldering iron is larger than the size of the piezoelectric material, solder leaks out of the piezoelectric material, or the diaphragm is made of a piezoelectric material and a conductor. It is easy to cause a problem that the drive side and the ground side are short-circuited due to contact with both.
[0015]
Also, once the piezoelectric material is heated to a temperature above the Curie point (usually about 150 to 350 ° C.), the piezoelectricity disappears and the recording head becomes incapable of ejecting ink (soldering as a wiring to the piezoelectric material) If a large piezoelectric material is joined to the diaphragm after soldering, heat conduction from the piezoelectric material to the diaphragm with a large heat capacity will have no thermal effect on the piezoelectric material, or some characteristics may be impaired. However, with a small piezoelectric material, heat is spread over the entire instant and the piezoelectricity of the entire piezoelectric material is impaired.
[0016]
As a means for solving such a problem, a manufacturing method in which a piezoelectric material plate is bonded on a vibration plate and then separated into small pieces by dicing saw or the like has been put into practical use. However, there are the following problems.
1) Cutting of brittle piezoelectric materials has a limit on the lower limit of dimensions.
2) It is difficult to cut only a thin piezoelectric material without damaging the diaphragm.
3) Due to limitations of the processing method, the shape to be cut out is limited to a linear shape.
4) Long machining time is required to perform machining one by one, resulting in high cost.
5) The wiring problem described above cannot be solved at all.
[0017]
The present invention has been made to solve the above-described problems. A piezoelectric actuator that essentially solves various problems that occur when narrowing the pitch of an inkjet head using a piezoelectric material, and an inkjet using the same are disclosed. It is intended to be realized.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the present invention
1. At least one voltage application member is provided at a predetermined position of the plate-shaped piezoelectric material, and the plate-shaped piezoelectric materialA piezoelectric actuator configured to selectively drive a fixed point, and a voltage applying member constituting the actuator is formed by a conductive film on the surface of the plate-shaped piezoelectric materialIn addition, the part that functions as the vibration film and the part that functions as the lead wire among the part that functions as the vibration film constituted by the conductive film are formed thick.A piezoelectric actuator characterized by that.
2.A plurality of parts functioning as vibrating membranes are formed, and the thickness of each vibrating membrane is formed to a different thickness.The piezoelectric actuator according to claim 1.
3.A reinforcing film that is electrically insulated from the voltage application member is provided on the surface other than the portion where the voltage application member is formed.The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric actuator is formed.
4).The reinforcing film for the plate-like piezoelectric material is formed on the back surface of the plate-like piezoelectric material on which the voltage application member is formed.The piezoelectric actuator as described.
5).In the ink jet head in which ink is supplied from an ink tank to a pressure chamber through a flow path, and pressure is applied to the pressure chamber by a pressure application unit when necessary, and ejects ink particles from an orifice discharge hole, the pressure application unit An ink jet head using the piezoelectric actuator according to claim 1.
6).In the ink jet head in which ink is supplied from an ink tank to a pressure chamber through a flow path, and pressure is applied to the pressure chamber by a pressure application unit when necessary, and ejects ink particles from an orifice discharge hole, the pressure application unit 5. The piezoelectric actuator according to claim 4, wherein at least one of a flow path and a pressure chamber in which the ink is supplied to a reinforcing film formed on a back surface of the plate-shaped piezoelectric material.FormedAn inkjet head characterized by that.
7).7. A piezoelectric actuator and an orifice plate in which an orifice discharge hole is formed are fixed with a double-sided adhesive tape.Inkjet head.
Is configured.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1A and 1B are an actuator and an ink jet head using the same according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is an assembled view, and FIG. 1B is an exploded view of FIG. It is a perspective view. In the ink jet head shown in FIGS. 1A and 1B, the orifice plate 1, the base plate 2, and the flow path plate 3 are the same as the conventional one, and only the actuator portion is different.
[0021]
In the present invention, a plurality (four in the figure) of vibration films (voltage application members) 82, lead wires 83 and electrode terminals 81 are integrally formed at predetermined locations on the surface of the plate-like piezoelectric material 7 by photolithography and etching techniques. To do.
[0022]
Here, a process of forming a voltage application member (hereinafter simply referred to as a vibration film) 82 on a plate-shaped piezoelectric material (hereinafter simply referred to as a piezoelectric material) 7 constituting the actuator will be described with reference to FIGS. This will be described using an example.
In FIG. 2A, a silver electrode 7 a is printed on the surface of the piezoelectric material 7.
[0023]
In FIG. 2 (b), a resist 7b is uniformly coated on the printed silver electrode 7a formed in FIG. 2 (a) by a method such as spin coating.
In FIG. 2C, the resist 7b is selectively irradiated with light using a photomask 7c covering the piezoelectric material 7 coated with the resist 7b except for the electrode terminal 81, the vibration film 82, and the lead wire 83. To do.
[0024]
In FIG. 2D, the resist portion (non-exposed portion) that is not irradiated with light is removed with a developer.
In FIG. 2 (e), the silver electrode in a portion not covered with the resist is removed using a silver etching solution (for example, hot concentrated sulfuric acid or nitric acid).
[0025]
In FIG. 2F, the resist is removed with a solvent.
In FIG. 2G, the silver pattern remaining after the etching is energized and electroplating (for example, nickel plating) is performed on the silver pattern so as to have an appropriate thickness.
[0026]
Through the above-described process, a unimorph actuator in which the vibration film 82 is precisely formed on the surface of the piezoelectric material 7 can be realized. In this case, it is desirable to select the thickness and the elastic coefficient of the piezoelectric material 7 and the diaphragm 82 so as to substantially satisfy the above-described equation (1).
Further, the method for forming the electrode is not limited to the above-described embodiment, and the electrode can be formed by appropriately combining known film forming techniques and pattern forming techniques including, for example, dry plating and electroless plating.
[0027]
Next, the ink ejection process will be described with reference to FIG. (The reference numerals in the figure are the same parts as the reference numerals shown in FIG. 1). FIG. 3A is a cross-sectional view of the pressure chamber 21 filled with ink.
[0028]
In FIG. 3A, at each timing when ink ejection is commanded to any one of the vibrating membranes 82 to be vibrated (here 82a), the drive circuit (not shown) passes through the terminal 81a on the vibrating membrane 82. Then, a driving voltage pulse is applied. Note that the back electrode 71 is grounded although not shown in the figure.
As a result, as shown in FIG. 6B, an electric field is generated in the piezoelectric material 7 directly below the vibration film 82a in the vertical direction of the drawing, and distortion in the expansion direction is generated in a plane orthogonal to the piezoelectric material 7.
[0029]
Since the vibration plate 82a is joined to the piezoelectric material 7, a unimorph type actuator having a size approximately equal to that of the vibration film 82 is formed at the portion. Displace to shape. This displacement increases the pressure in the pressure chamber 21 and causes ink to be ejected from the orifice ejection holes 11 of the orifice plate 1.
[0030]
After the target ink amount is ejected, the voltage application to the piezoelectric material 7 is completed, the displacement of the actuator is restored, the pressure in the pressure chamber 21 is once changed to a negative pressure, and then returned to the atmospheric pressure. At this time, ink is supplied from an ink tank (not shown) to the pressure chamber 21 via the ink supply port 23, the common ink chamber 22, and the communication channel 31.
[0031]
In the above, as shown in FIG. 3 (c), since an electric field is generated in the peripheral portion other than directly below the vibration film of the piezoelectric material, distortion occurs.
1) The electric field direction is deviated from the electric axis of the piezoelectric material 7.
2) When the thickness of the piezoelectric material 7 is thin, the influence range is slight.
3) The distortion of the part that does not have a unimorph structure does not generate a large drum-like displacement.
[0032]
4) The lower surface of the peripheral portion is joined to the flat surface portion of the upper surface of the base member, so that deformation is suppressed.
Therefore, it is possible to obtain almost the same deformation as the conventional example.
In this actuator, the distortion direction of the piezoelectric material is the expansion direction, but this can be realized by reversing the polarity of the piezoelectric material 7 or reversing the polarity of the applied voltage.
[0033]
Next, other embodiments will be described.
In the ink jet head using the actuator shown in FIG. 2, the lead wire 83 and the flow path 31 of the flow path plate overlap. Therefore, distortion also occurs in this portion.
As a result, as shown in FIG. 4, the displacement of the actuator, which preferably has a one-dot chain line (ideal deformation), becomes a displacement like a solid line (actual deformation),
[0034]
1) The state of the end point of the drum-like vibration in the fundamental vibration mode and the length between the end points change, the natural frequency decreases, and the damping rate increases.
2) Since the deformation includes a higher order shape rather than a simple drum shape, a high frequency component is superimposed on the vibration displacement.
As a result, the recording characteristics of the recording head, particularly the satellite dot generation status and ejection efficiency, are deteriorated.
[0035]
As a gradation expression method in the ink jet recording method, there is a method of changing the dot diameter to be recorded. As a means of changing the dot diameter, a method of changing the recording dot diameter by changing the ink droplet amount for each ejection port by partially changing the thickness of the piezoelectric material or the vibration film within the same head is known. It has been.
[0036]
However, in the manufacturing method shown in FIG. 2, the plate-like piezoelectric material and the diaphragm all have the same thickness, and thus the gradation expression method cannot be applied.
Therefore, here, an actuator in which the thickness of the diaphragm is changed is realized.
[0037]
FIG. 5 shows a manufacturing process for changing the film thickness of the vibration film 82, the lead wire 83, and the electrode terminal 81, which is performed following the process (f) shown in FIG.
In FIG. 5A, a resist 7b is uniformly applied on the silver pattern formed in FIG. 2F by a method such as spin coating.
[0038]
In FIG. 5B, the portion other than the portion corresponding to the upper portion of the vibration film 82 is exposed on the piezoelectric material 7 coated with the resist 7b, and light is irradiated to the resist 7b using a photomask 7c.
In FIG. 5C, the resist portion (non-exposed portion) that is not irradiated with light is removed with a developer.
[0039]
In FIG. 5D, the silver pattern of the vibration film portion from which the resist has been removed is energized and electroplating (for example, nickel plating) is performed on the silver pattern to an appropriate thickness.
In FIG. 5E, the resist is removed with a solvent.
According to the above manufacturing process, only the diaphragm 82 can be thickened and the other parts can be thinned, so that a unimorph actuator with less adverse effects shown in FIG. 4 can be realized. In this case, it is desirable to select the thickness and the elastic coefficient of the piezoelectric material 7 and the diaphragm 82 so as to satisfy the above-mentioned formula (1).
Further, the method for forming the electrode is not limited to the above-described embodiment, and the electrode can be formed by appropriately combining known film forming techniques and pattern forming techniques including, for example, dry plating and electroless plating.
[0040]
In addition, based on the manufacturing process shown in FIG. 5, by selectively covering the four vibration films with a photomask and controlling the thickness of electroplating, vibration films with different film thicknesses can be formed. A gradation expression method can be applied.
[0041]
Further, other embodiments will be described.
A piezoelectric material is a brittle material, thin, and a large planar part is easily broken. Careful handling of the part itself is required, and a joining operation to the base plate 2 requires skill. Further, since the piezoelectric material 7 and the flow path plate 3 are separate parts, the relative positional accuracy of the vibration film 82 of the actuator portion and its peripheral support portion is not high. If there is a difference in the positional relationship between the two, the ejection efficiency will drop significantly, and the recording characteristics will be impaired.
Therefore, here, an actuator is realized in which the piezoelectric material 7 is reinforced and the positional accuracy is high and the number of parts is reduced.
[0042]
6A to 6K are diagrams showing an example of a manufacturing process of such an actuator. In FIG. 6A described according to the process, the thickness is 0.1.mmThe silver electrode 7a is printed on the front and back surfaces of the piezoelectric material 7 of the degree.
[0043]
In FIG. 6B, a resist 7b is uniformly applied on the printed silver electrode 7a formed in FIG. 6A by a method such as spin coating.
In FIG. 6C, exposure is performed by covering a small portion (for example, a width of about 0.2 mm) around the electrode terminal 81, the vibration film 82, and the lead wire 83 on the piezoelectric material 7 coated with the resist 7b. To do.
[0044]
In FIG. 6D, the resist portion (non-exposed portion of about 0.2 mm) that is not irradiated with light is removed with a developer.
In FIG. 6 (e), the silver electrode in a portion (non-exposed portion of about 0.2 mm) not covered with the resist is removed using a silver etching solution (for example, hot concentrated sulfuric acid or nitric acid).
[0045]
In FIG. 6F, the resist is removed with a solvent.
In FIG. 6G, a resist is applied again on the surface.
In FIG. 6H, exposure is performed using the vibration film 82, the lead wire 83, the electrode terminal 81, and a photomask covering the portion other than the portion where the silver electrode is removed in FIG.
[0046]
In FIG. 6I, development rinsing is performed to expose the silver electrode in the portions of the vibration film 82, the lead wire 83, and the electrode terminal 81.
In FIG. 6 (j), the silver pattern is energized and electroplating (for example, nickel plating) is performed on the silver pattern to an appropriate thickness.
[0047]
In FIG. 6K, the resist on the surface is removed.
According to the above manufacturing method, since the protective film is formed by electroplating while being electrically insulated from the vibration film 82, the lead wire 83, and the electrode terminal 81, the piezoelectric material 7 is reinforced. At the same time, it is possible to realize a unimorph actuator with high positional accuracy and reduced number of parts.
In this case as well, it is desirable to select the thickness and the elastic coefficient of the piezoelectric material 7 and the diaphragm 82 so as to satisfy the above-mentioned formula (1).
Further, the method for forming the electrode is not limited to the above-described embodiment, and the electrode can be formed by appropriately combining known film forming techniques and pattern forming techniques including, for example, dry plating and electroless plating.
[0048]
Next, an example of an ink jet head manufacturing process in which a protective film is formed on the back surface of the piezoelectric material 7 and the base plate 2 and the flow path plate 3 shown in FIG. 1 are not necessary will be described with reference to FIGS.
In FIG. 7A, it is assumed that the vibration film, the lead wire, and the electrode terminal are formed on the surface of the piezoelectric material 7 by the method described above (not shown), and the silver electrode 7a is printed on the back surface. Yes.
[0049]
In FIG. 7 (b), a resist 7b is uniformly coated on the printed silver electrode 7a formed in FIG. 7 (a) by a method such as spin coating.
7C, on the piezoelectric material 7 coated with the resist 7b, the portion of the position 71a corresponding to the vibration film 82 on the surface, the portion of 31a corresponding to the flow path 31 shown in FIG. 1, the ink supply port A portion other than the portion 23a and the portion 22a corresponding to the common ink chamber 22 is covered with a photomask 7c and exposed.
[0050]
In FIG. 7D, the resist in the non-exposed area that is not irradiated with light is removed with a developer.
In FIG. 7 (e), the exposed silver pattern is energized and subjected to electroplating (for example, nickel plating with a thickness of 0.1 mm or more) 7e, whereby 31 b corresponding to the channel 31 shown in FIG. , 23b corresponding to the ink supply port and 22b corresponding to the common ink chamber 22 can be formed.
In FIG. 7F, the resist is stripped with a solvent.
[0051]
Next, another manufacturing process of the ink jet head in which the protective film is formed on the back surface of the piezoelectric material 7 and the base plate 2 and the flow path plate 3 shown in FIG.
In FIG. 8A, it is assumed that a vibration film, a lead wire, and an electrode terminal are formed on the surface of the piezoelectric material 7 by the method described above (not shown), and a silver electrode 7a is printed on the back surface. Yes.
[0052]
In FIG. 8B, electricity is applied to the printed silver electrode 7a formed in FIG. 8A, and electroplating (for example, nickel plating with a thickness of 0.1 mm or more) is applied thereon.
In FIG. 8C, a resist 7b is uniformly applied by a method such as spin coating.
[0053]
8D, on the piezoelectric material 7 coated with the resist 7b, the portion of the position 71a corresponding to the vibration film on the surface, the portion of 31a corresponding to the flow path 31 shown in FIG. The portions other than the portions 22a and 23a corresponding to the common ink chamber 22 are covered with a photomask 7c and exposed.
In FIG. 8E, the resist in the non-exposed area that is not irradiated with light is removed with a developer.
[0054]
In FIG. 8F, the nickel plating is removed from the portions 22a, 31a and 71a which are not covered with the resist by etching.
In FIG. 8G, the resist 7b is removed with a solvent. Therefore, only the portions 22a, 31a and 71a are removed from the back surface of the piezoelectric material 7, and the portion 31b corresponding to the flow path 31 shown in FIG. A portion 22b corresponding to the common ink chamber 22 can be formed.
When the base plate and the flow path plate are formed on the back surface of the piezoelectric material, the front surface and the back surface can be accurately aligned using semiconductor manufacturing technology.
[0055]
According to the unimorph type actuator manufactured in the steps shown in FIGS. 7 and 8, an ink jet head in which a protective film is formed on the back surface of the piezoelectric material 7 and the base plate 2 and the flow path plate 3 shown in FIG. can do.
[0056]
1 and at least one point of adhesion between the base plate 2, the base plate 2 and the orifice plate 1, and the actuator and orifice plate shown in FIGS. If a double-sided adhesive is used with respect to the bonding of No. 1, the adhesive does not enter and close the ink flow path or the orifice discharge hole as compared with the case where a normal adhesive is used, and the yield can be improved.
[0057]
It should be noted that the above description of the present invention is merely a specific preferred embodiment for the purpose of explanation and illustration. Accordingly, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be modified and modified in many ways without departing from the essence thereof. The scope of the present invention defined by the description in the appended claims is intended to include modifications and variations within the scope.
[0058]
The actuator of the present invention can be used as a general configuration in which a plurality of vibrators having a unimorph structure are formed on a piezoelectric body. For example, a buzzer having a plurality of scales can be formed by forming a plurality of unimorphs on a single piezoelectric body. It is also possible to form.
Further, in this embodiment, a “side shooter type” ink jet head in which ink droplets are ejected from the head surface facing the vibrating portion has been described, but an “edge shooter” in which ink droplets are ejected from the side surface of the head orthogonal to the vibration plate. It can also be applied to a “type” head.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, the present inventionThe piezoelectric actuator according to claim 1.According to
A piezoelectric actuator configured to provide at least one voltage application member at a predetermined position of the plate-shaped piezoelectric material and selectively drive the predetermined position of the plate-shaped piezoelectric material, the voltage application member constituting the actuator being The film thickness of the portion that functions as a vibration film among the portion that functions as a vibration film and the portion that functions as a lead wire, which is formed by a conductive film on the surface of the plate-shaped piezoelectric material. Therefore, when this actuator is used as an ink jet head, it is possible to reduce the phenomenon in which high frequency components are superimposed on the vibration displacement caused by the distortion of the wiring portion.
As a result, the recording characteristics of the recording head, in particular, the generation status of satellite dots and the discharge efficiency are not deteriorated.
According to the piezoelectric actuator of claim 2,
Since a plurality of portions functioning as the vibration film are formed and the thicknesses of the vibration films are different from each other, when this actuator is used as the ink jet head, an ink jet head having different outputs can be obtained.
According to the piezoelectric actuator according to claim 3, 4.
Since the reinforcing film that is electrically insulated from the voltage application member is formed on the front surface and the back surface other than the portion where the voltage application member is formed, cracks and chips of the piezoelectric actuator are reduced and the reliability is improved.
According to the inkjet head of claim 5,
In the ink jet head in which ink is supplied from an ink tank to a pressure chamber through a flow path, and pressure is applied to the pressure chamber by a pressure application unit when necessary, and ejects ink particles from an orifice discharge hole, the pressure application unit A flow path in which the ink is supplied to a reinforcing film formed on the back surface of the plate-shaped piezoelectric material as in the ink jet head according to claim 6 using the piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 3. Since at least one of the pressure chambers is formed, an inexpensive inkjet head with a small number of parts can be realized.
According to the inkjet head of claim 7,
Since the piezoelectric actuator and the orifice plate in which the orifice discharge holes are formed are fixed with the double-sided adhesive tape, an easily manufactured inkjet head can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view (a) and an exploded perspective view (b) of an actuator showing an example of an embodiment of the present invention and an inkjet head using the actuator.
FIG. 2 is a perspective view showing a process of forming an actuator showing an example of an embodiment of the invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an ink discharge state of the ink jet head of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an operation state when the actuator of the present invention is applied to an inkjet head.
FIG. 5 is a process diagram showing another manufacturing embodiment of the actuator of the present invention.
FIG. 6 is a process diagram showing an embodiment of manufacturing an actuator of the present invention in which a protective film is formed on the surface.
FIG. 7 is a process diagram showing an embodiment of manufacturing an actuator of the present invention in which a protective film, a flow path plate, and a base plate are formed on the back surface.
FIG. 8 is a process diagram showing another manufacturing example of the actuator of the present invention in which a protective film, a flow path plate and a base plate are formed on the back surface.
FIG. 9 is a perspective view (a) and an exploded perspective view (b) of a conventional inkjet head.
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating an ink discharge state of a conventional inkjet head.
[Explanation of symbols]
1 Orifice plate
2 Base plate
3 Channel plate
4 Diaphragm
5 Small pieces (piezoelectric material)
6 Power supply board (flexible printed circuit board ... FPC)
7 Piezoelectric material (Plate-shaped piezoelectric material)
11 Orifice hole
12 Through hole
21 Pressure chamber
22 Common ink chamber
23 Ink supply port
31 channel
81 electrode terminal
82 Vibration membrane (voltage application member)
83 Lead wire

Claims

A piezoelectric actuator configured to provide at least one voltage applying member at a predetermined position of the plate-shaped piezoelectric material and selectively drive the predetermined position of the plate-shaped piezoelectric material, the voltage applying member constituting the actuator being The film thickness of a portion that functions as a vibration film among a portion that functions as a vibration film and a portion that functions as a lead wire is formed by a conductive film on the surface of the plate-shaped piezoelectric material. A piezoelectric actuator characterized in that is formed thick .

2. The piezoelectric actuator according to claim 1 , wherein a plurality of portions functioning as vibration films are formed, and the thicknesses of the vibration films are different from each other .

3. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a reinforcing film that is electrically insulated from the voltage applying member is formed on a surface other than the portion where the voltage applying member is formed .

4. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a reinforcing film of the plate-shaped piezoelectric material is formed on the back surface of the plate-shaped piezoelectric material on which the voltage application member is formed .

In the ink jet head in which ink is supplied from an ink tank to a pressure chamber through a flow path, and pressure is applied to the pressure chamber by a pressure application unit when necessary, and ejects ink particles from an orifice discharge hole, the pressure application unit An ink jet head using the piezoelectric actuator according to claim 1.

In the ink jet head in which ink is supplied from an ink tank to a pressure chamber through a flow path, and pressure is applied to the pressure chamber by a pressure application unit when necessary, and ejects ink particles from an orifice discharge hole, the pressure application unit An inkjet head using the piezoelectric actuator according to claim 4, wherein at least one of a flow path or a pressure chamber for supplying the ink is formed on a reinforcing film formed on a back surface of the plate-like piezoelectric material.

7. The ink jet head according to claim 6, wherein the piezoelectric actuator and the orifice plate in which the orifice discharge hole is formed are fixed with a double-sided adhesive tape .