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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung
und ein piezoelektrisches Betätigungsglied,
das eine derartige piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung umfaßt.
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Allgemein
wird bei einem Druckkopf eines Tintenstrahldruckers oft ein piezoelektrisches
Betätigungsglied
verwendet, das einen piezoelektrischen Effekt nutzt. Wie in 8 gezeigt
ist, weist ein piezoelektrisches Betätigungsglied 1o eine
piezoelektrische Eigenschaft auf, die bewirkt, daß es in
einer sogenannten d31-Richtung, das heißt in einer Richtung, die zu
der Dickenrichtung einer piezoelektrischen Vorrichtung senkrecht
ist, verschoben wird. Ein Abschnitt der unteren Oberfläche des
piezoelektrischen Betätigungsglieds 1o wird an ein Fixierungssubstrat 2 angeklebt,
und eine Druckerzeugungskammer 3 wird in Kontakt mit dem
Endabschnitt des piezoelektrischen Betätigungsglieds 1o , der nicht an dem Fixierungssubstrat 2 angeklebt
ist, angeordnet. Ein Ende einer flexiblen gedruckten Signaleingabe-Schaltungsplatine
(hiernach als „FPC” bezeichnet) 4 ist
mit der oberen Oberfläche
des piezoelektrischen Betätigungsglieds 1o verbunden. Wenn ein Signal von der
FPC 4 eingegeben wird, wird dementsprechend das piezoelektrische-Betätigungsglied 1o in einer Richtung verschoben, die
zu der Dickenrichtung desselben senkrecht ist, was bewirkt, daß ein Druck
auf Tinte in der Druckerzeugungskammer 3 ausgeübt wird,
so daß die
Tinte außerhalb
der Druckerzeugungskammer 3 abgegeben wird.
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Die
in
9 und
10 gezeigte Struktur ist als
eine Struktur einer piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung
6o be kannt, die in einem piezoelektrischen
Betätigungsglied
1o enthalten ist. (Siehe beispielsweise
die ungeprüfte
japanische Patentanmeldung
JP
11-10875 A .)
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Genauer
gesagt umfaßt
die bekannte piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung 6o ein rechtwinkliges piezoelektrisches
Substrat 7. Kurze Innenelektroden 8 und lange
Innenelektroden 9, die unterschiedliche Längen aufweisen,
sind so angeordnet, daß sich
die kurzen Innenelektroden 8 von einer Seitenoberfläche 7b hin
zu einer gegenüberliegenden Seitenoberfläche 7c erstrecken,
und daß sich
die langen Innenelektroden von der Seitenoberfläche 7c zu der gegenüberliegenden
Seitenoberfläche 7b erstrecken.
Ferner sind die kurzen Innenelektroden 8 und die langen
Innenelektroden 9 abwechselnd in dem piezoelektrischen
Substrat 7 gestapelt. Die Seitenoberflächen 7b und 7c liegen
einander in der Richtung einer kurzen Seite des piezoelektrischen
Substrats 7 gegenüber.
Mit anderen Worten weisen die Elektroden 8 und 9 in
der Richtung einer langen Seite (Längsseite) des piezoelektrischen
Substrats 7 Längen
auf, die im wesentlichen gleich der Gesamtbreite des piezoelektrischen
Substrats 7 sind. Andererseits sind die kurzen Innenelektroden 8 in
der Richtung einer kurzen Seite des piezoelektrischen Substrats 7 kürzer als
die langen Innenelektroden 9. Aktive Abschnitte 10,
die in einer zu der Laminierungsrichtung senkrechten Richtung verschoben
sind, sind an den Abschnitten angeordnet, bei denen sich die Elektroden 8 und
die entsprechenden Elektroden 9 überlappen. Wie in 10 gezeigt
ist, sind die aktiven Abschnitte 10 deshalb zu der linksseitigen
Oberfläche 7b der
beiden Seitenoberflächen 7b und 7c,
die einander in der Richtung einer kurzen Seite des piezoelektrischen
Substrats 7 gegenüberliegen,
benachbart und weisen Formen auf, die in der horizontalen Richtung
asymmetrisch sind.
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Jede
der kurzen Innenelektroden 8 befindet sich in einem ausgefahrenen
Zustand an der Seitenoberfläche 7b des
piezoelektrischen Substrats 7, die sich in der Nähe der aktiven Abschnitte 10 befindet,
und jede der langen Innenelektroden 9 befindet sich in
einem ausgefahrenen Zustand an der Seitenoberfläche 7c des piezoelektrischen
Substrats 7, die von den aktiven Abschnitten 10 entfernt
ist. Eine erste Außenelektrode 13o bzw. eine zweite Außenelektrode 14o sind mit den ausgefahrenen kurzen
Innenelektroden 8 bzw. den ausgefahrenen langen Innenelektroden 9 elektrisch
verbunden.
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Die
erste Außenelektrode 13o erstreckt sich von der Seitenoberfläche 7b des
piezoelektrischen Substrats 7, die sich in der Nähe der aktiven
Abschnitte 10 befindet, hin zu der Seitenoberfläche 7c und
entfernt von den aktiven Abschnitten 10, indem sie sich
auf eine Hauptoberfläche 7a erstreckt
und endet, bevor sie die Seitenoberfläche 7c erreicht. Andererseits
erstreckt sich die zweite Außenelektrode 14o von der Seitenoberfläche 7c des
piezoelektrischen Substrats 7 und entfernt von den aktiven
Abschnitten 10 hin zu einer Stelle, die einem Endabschnitt
der ersten Außenelektrode 13o mit einem vorbestimmten Abstand d
von demselben gegenüberliegt,
indem sie sich auf die Hauptoberfläche 7a erstreckt.
Der gewisse Abstand d zwischen der ersten und der zweiten Außenelektrode 13o und 14o ist vorgesehen,
weil es notwendig ist, sie elektrisch zu isolieren.
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Wie
später
beschrieben wird, müssen
beim Bilden des piezoelektrischen Betätigungsglieds 1o unter Verwendung der piezoelektrischen
Mehrschicht-Vorrichtung 6o elektrische
Leiter auf der FPC 4 mit der ersten und der zweiten Außenelektrode 13o und 14o elektrisch
verbunden sein. Deshalb ist ein Bereich, der sich eine vorbestimmte
Entfernung L4 von der Seitenoberfläche 7c des
piezoelektrischen Substrats 7 und entfernt von den aktiven
Abschnitten 10 erstreckt, als ein vorbestimmter Lötabschnitt 16o bereitgestellt, der zum Löten benötigt wird.
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Eine
derartige piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung 6o und das piezoelektrische Betätigungsglied 1o , das die pie zoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung 6o umfaßt, werden beispielsweise auf
folgende Weise gebildet.
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Um
die piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung 6o zu
bilden, sind drei Typen von Grünschichten 31, 32 und 33 vorgesehen,
wie in 11 gezeigt ist. Mit anderen
Worten sind die Grünschichten 31 vorgesehen,
die auf denselben angeordnete elektrisch leitfähige Strukturen 41 aufweisen,
welche die kurzen Innenelektroden 8 definieren. Die Grünschichten 32,
die auf denselben angeordnete elektrisch leitfähige Strukturen 42 aufweisen,
welche die langen Innenelektroden 9 definieren, und die
Grünschichten 33,
die keine auf denselben gebildete elektrisch leitfähige Strukturen
aufweisen, sind ebenfalls vorgesehen. Diese Grünschichten 31, 32 und 33 werden
erzeugt, indem piezoelektrische Materialien, beispielsweise PZT-Materialien,
zu in der Draufsicht rechtwinkligen Formen gebildet werden. Die
elektrisch leitfähigen
Strukturen 41 und 42 werden durch ein Siebdrucken
einer elektrisch leitfähigen
Paste, deren Hauptkomponente beispielsweise Silber (Ag) ist, gebildet.
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Nachdem
eine vorbestimmte Anzahl sowohl der Grünschichten 31 als
auch der Grünschichten 32, die
die entsprechenden auf denselben gebildeten elektrisch leitfähigen Strukturen 41 und 42 aufweisen,
abwechselnd und nacheinander aufeinander platziert wurden, werden
die Grünschichten 33 auf dem
obersten und dem untersten Abschnitt des sich ergebenden geschichteten
Aufbaus angeordnet. Daraufhin werden alle diese Schichten 31, 32 und 33 entlang
der Laminierungsrichtung durch Pressen miteinander verbunden und
gebacken. Nach dem Backen werden die erste und die zweite Außenelektrode 13o und 14o durch
Verdampfung gebildet. Durch ein Polarisieren des piezoelektrischen
Substrats 7 wird daraufhin die piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung 6o erzeugt, die die aktiven Abschnitte 10 an den
Abschnitten, wo die kurzen Innenelektroden 8 und die entsprechenden
langen Innenelektroden 9 gestapelt sind, umfaßt.
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Unter
Verwendung der auf die oben beschriebene Weise gebildeten piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 6o wird als nächstes das piezoelektrische
Betätigungsglied 1o gebildet, wie in 12 gezeigt
ist. Als erstes wird die piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung 6o mit einem Haftmittel an das Fixierungssubstrat 2 angeklebt,
so daß ihre aktiven
Abschnitte 10 das Fixierungssubstrat 2 nicht überlappen.
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Unter
Verwendung einer Vereinzelungssäge werden
Schnitte vorbestimmter Größen bei
vorbestimmen Abständen
entlang der Längsrichtung
der piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 6o von der
Seitenoberfläche 7b hin
zu der Seitenoberfläche 7c gebildet,
um Schlitze 21 zu bilden. Folglich werden zwischen den
Schlitzen 21 bewegliche Abschnitte 22o gebildet,
die separat angesteuert werden können.
Ferner werden anschließend
an die entsprechenden Schlitze 21 Schnitte in der ersten
Außenelektrode 13o gebildet, um flache Rillen 23 zu
bilden, so daß die
erste Außenelektrode 13o von jedem beweglichen Abschnitt 22o elektrisch isoliert ist.
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Als
nächstes
wird die FPC 4 auf den vorbestimmten Lötabschnitt 16o aufgelötet, so
daß die elektrischen
Leiter auf der FPC 4 mit jedem der Abschnitte der geteilten
ersten Außenelektrode 13o und mit der zweiten Außenelektrode 14o elektrisch verbunden sind. Beispielsweise
sind signaleingangsseitige elektrische Leiter auf der FPC 4 mit
den entsprechenden Abschnitten der geteilten ersten Außenelektrode 13o verbunden, und ein massenseitiger
elektrischer Leiter ist mit der zweiten Außenelektrode 14o verbunden. Die Druckerzeugungskammern 3 sind separat
an den entsprechenden beweglichen Abschnitten 22o des
piezoelektrischen Betätigungsglieds 1o angeordnet. Durch ein getrenntes Eingeben von
Signalen in jeden der Abschnitte der geteilten ersten Außenelektrode 13o werden dementsprechend die beweglichen
Abschnitte 22o separat angesteuert,
so daß eine
Tinte von jeder der Druckerzeugungskammern 3 separat abgegeben
wird.
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Wie
oben erwähnt
wurde, ist es bei der piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 6o , die in dem piezoelektrische Betätigungsglied 1o enthalten ist, notwendig, die FPC 4 mit
beiden Elektroden 13o und 14o elektrisch zu verbinden, während sich
die Endabschnitte der ersten und der zweiten Außenelektrode 13o und 14o an
der Hauptoberfläche 7a bei der
vorbestimmten Entfernung d zueinander gegenüberliegen. Bei der bekannten
piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 60 ist deshalb
eine relativ große
Länge L4, die sich von der Seitenoberfläche 7c des
piezoelektrischen Substrats 7 und entfernt von den aktiven
Abschnitten 10 erstreckt, als der vorbestimmte Lötabschnitt 16o erforderlich. Folglich ist der vorbestimmte
Lötabschnitt 16o in der Nähe der aktiven Abschnitte 10 angeordnet.
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Beim
Herstellen des piezoelektrischen Betätigungsglieds 10 befindet
sich die FPC-Lötstelle
in der Nähe
der aktiven Abschnitte 10, wenn die FPC 4 auf
den vorbestimmten Lötabschnitt 16o aufgelötet wird, so daß nicht
nur eine gleichmäßige Expansion und
Kontraktion jedes der beweglichen Abschnitte 22o verhindert
wird, sondern sich auch die folgenden Probleme aufgrund einer Übertragung
von Schwingungen, die durch die Verschiebung der beweglichen Abschnitte 22o zu anderen Abschnitten durch die FPC 4 entstehen,
ergeben.
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Wenn,
im einzelnen, ein Signal Vp, das eine angelegte Spannungswellenform,
wie beispielsweise diejenige, die durch eine Wellenform a dargestellt wird, über einen
Zeitraum t1 bis t2 in
einen vorbestimmten beweglichen Abschnitt 22o eingegeben wird,
wird die Schwingung innerhalb eines kurzen Zeitraums gedämpft, wie
durch Wellenform b gezeigt ist, falls die FPC-4-Lötstelle
ausreichend von dem aktiven Abschnitt 10 getrennt ist.
Im Gegensatz dazu wird die Schwingungsdämpfungszeit länger, wie durch
Wellenform c gezeigt ist, wenn sich die FPC-Lötstelle nahe bei dem aktiven
Abschnitt 10 befindet. Infolgedessen wird eine Tintenabgabe
unstabil, wodurch eine verringerte Bildqualität bewirkt wird.
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Wenn
sich die Lötstelle
nahe bei dem aktiven Abschnitt 10 befindet, verliert der
aktive Abschnitt 10 zudem seine Polarisierungseigenschaft,
da er durch eine während
des Lötens
erzeugte Wärme
beeinträchtigt
wird, wodurch beispielsweise das Problem verursacht wird, daß der aktive
Abschnitt 10 unfähig wird,
auf piezoelektrische Weise zu arbeiten.
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Um
diese Probleme zu lösen,
kann der vorbestimmte Lötabschnitt 16o weiter von den Positionen der aktiven
Abschnitte 10 wegbewegt werden, indem beispielsweise eine
Entfernung L5 von der Seitenoberfläche 7b des
piezoelektrischen Substrats 7, die sich in der Nähe der aktiven
Abschnitte 10 befindet, zu dem vorbestimmten Lötabschnitt 16o in der piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 6o groß gestaltet wird. Wenn dies
geschieht, wird jedoch eine Gesamtlänge L3 des
piezoelektrischen Substrats 7 in der Richtung einer kurzen
Seite desselben groß,
so daß es
nicht nur unmöglich
ist, die Größe der gesamten
piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 6o zu verringern, sondern so daß beispielsweise
auch die Kosten der piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 6o steigen. Somit ist es nicht ratsam,
die Gesamtlänge
L3 groß zu
gestalten.
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Die
JP 11-10875 A offenbart
einen piezoelektrischen Transducer, der eine erste und zweite interne
Elektrode aufweist. Die erste interne Elektrode erstreckt sich von
einer ersten Stirnfläche
zu einer zweiten gegenüberliegenden
Stirnfläche.
Die zweite kürzere
Elektrode erstreckt sich von der zweiten Stirnfläche zu der ersten Stirnfläche. Auf
einer Hauptoberfläche
und der zweiten Stirnfläche
ist eine Segmentelektrode angeordnet, die mit der zweiten internen
Elektrode verbunden ist. Ferner erstreckt sich eine Sammelelektrode
auf der ersten Stirnfläche sowie
teilweise auf der ersten Hauptfläche
und einer der ersten Hauptfläche
gegenüberliegenden
zweiten Hauptfläche,
wobei die Segmentelektrode und die Sammelelektrode auf der ersten
Hauptflä che
einander gegenüberliegen
und durch einen Abstand voneinander beabstandet sind.
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Die
US 6,140,749 A zeigt
eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung
mit einem piezoelektrischen Körper,
der erste und zweite interne Elektroden aufweist. Die ersten internen
Elektroden sind an einer ersten Seitenoberfläche freigelegt, und die zweiten
internen Elektroden sind an einer zweiten Seiteoberfläche, die
der ersten Seitenoberfläche
gegenüberliegt,
freigelegt. Die ersten internen Elektroden sind mit einer ersten
externen Elektrode verbunden, die auf der Seitenoberfläche, auf
der die ersten internen Elektroden freigelegt sind, angeordnet ist. Die
zweiten internen Elektroden sind ferner mit einer zweiten externen
Elektrode über
eine dritte Elektrode verbunden, die an einer Seitenoberfläche angeordnet
ist, auf der die zweiten Elektroden freigelegt sind. Ferner sind
Intern-Verbindungs-Elektroden vorgesehen, die mit den zweiten internen
Elektroden verbunden sind.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine piezoelektrische
Mehrschicht-Vorrichtung und ein piezoelektrisches Betätigungsglied
mit reduzierter Größe zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Um
die oben beschriebenen Probleme zu überwinden, schaffen bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung eine piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung,
deren Größe stark verringert
ist und die infolge dessen, daß es
ermöglicht
wird, bei der Herstellung eines piezoelektrischen Betätigungsglieds
eine ausreichende Entfernung zwischen ei nem aktiven Abschnitt und
einer Lötstelle bereitzustellen,
eine ausgezeichnete piezoelektrische Eigenschaft aufweist. Ferner
schaffen andere bevorzugte Ausführungsbeispiele
ein piezoelektrisches Betätigungsglied,
das eine solche neuartige piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung
enthält.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung umfaßt
eine piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung ein im wesentlichen rechtwinkliges
piezoelektrisches Substrat, lange Innenelektroden und kurze Innenelektroden.
Die langen Innenelektroden und die kurzen Innenelektroden weisen
unterschiedliche Längen
auf und sind so angeordnet, daß sich
die langen Innenelektroden und die kurzen Innenelektroden von einem
Paar von sich gegenüberliegenden
Seitenoberflächen
des piezoelektrischen Substrats hin zu den entsprechenden Seitenoberflächen des
piezoelektrischen Substrats erstrecken, die denjenigen Seitenflächen gegenüberliegen,
von denen sich die langen Innenelektroden und die kurzen Innenelektroden
erstrecken. Ferner sind die langen Innenelektroden und die kurzen
Innenelektroden derart angeordnet, daß die kurzen Innenelektroden
und die langen Innenelektroden in dem piezoelektrischen Substrat
abwechselnd gestapelt sind. Ferner umfaßt die piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung
aktive Abschnitte, die an Abschnitten angeordnet sind, bei denen
die langen Innenelektroden und die entsprechenden kurzen Innenelektroden
gestapelt sind, und die in einer Richtung verschoben sind, die zu
einer Richtung, in der die langen Innenelektroden und die entsprechenden kurzen
Innenelektroden gestapelt sind, im wesentlichen senkrecht ist, eine
erste Außenelektrode,
die mit den kurzen Innenelektroden an der ausgefahrenen Seitenoberfläche elektrisch
verbunden ist und eine zweite Außenelektrode, die mit den langen
Innenelektroden an der ausgefahrenen Seitenoberfläche elektrisch
verbunden ist. Die erste Außenelektrode
und die zweite Außenelektrode
sind separat auf einer Oberfläche
des piezoelektrischen Substrats gebildet. Ferner erstreckt sich
die erste Außenelektrode von
der Seitenoberfläche
des piezoelektrischen Sub strats, die sich in der Nähe der aktiven
Abschnitte befindet, auf eine Hauptoberfläche und erstreckt sich bis
zu einer Stelle, die zu der Seitenoberfläche, die von den aktiven Abschnitten,
bei denen die langen Innenelektroden ausgefahren sind, entfernt
ist, benachbart ist. Die zweite Außenelektrode erstreckt sich
auf die Hauptoberfläche,
um links und rechts von Stellen an der ersten Außenelektrode angeordnet zu sein,
die zu der Seitenoberfläche
des piezoelektrischen Substrats, die von den aktiven Abschnitten entfernt
ist, benachbart sind.
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Die
zweite Außenelektrode
kann angeordnet sein, um sich von der von den aktiven Abschnitten entfernten
Seitenoberfläche
des piezoelektrischen Substrats auf die Hauptoberfläche zu erstrecken.
Alternativ kann die zweite Außenelektrode
angeordnet sein, um sich von einer Seitenoberfläche des piezoelektrischen Substrats,
die zu der Seitenoberfläche des
piezoelektrischen Substrats, die von den aktiven Abschnitten entfernt
ist, im wesentlichen senkrecht ist, auf die Hauptoberfläche zu erstrecken.
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Gemäß bevorzugten
Ausführungsbeispielen der
vorliegenden Erfindung ist die piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu einer bekannten piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung,
bei der die Endoberflächen der
ersten und der zweiten Außenelektrode
einander zugewandt sind und einander gegenüberliegen, so aufgebaut, daß die zweite
Außenelektrode
sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite von Stellen
bei der ersten Außenelektrode
angeordnet ist, die zu der von den aktiven Abschnitten entfernten
Seitenoberfläche
benachbart sind. Somit ist es möglich, jede
der ersten und der zweiten Außenelektrode
benachbart zu der Seitenoberfläche
des piezoelektrischen Substrats und entfernt von den aktiven Abschnitten
anzuordnen. Deshalb muß die
Stelle, an der die FPC gelötet
werden soll, nicht mehr sehr weit von der Seitenoberfläche des
piezoelektrischen Substrats, die von den aktiven Abschnitten entfernt
ist, angeordnet sein, so daß die
Stelle, an der die FPC gelötet
werden soll, ausreichend von den Aktivabschnittbildungsstellen getrennt
sein kann. Wenn die piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung bevorzugter
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung mit einer bekannten piezoelektrischen
Mehrschicht-Vorrichtung verglichen wird, kann folglich die Gesamtlänge des
piezoelektrischen Substrats in der Richtung einer kurzen Seite desselben
kürzer
gestaltet werden. Zudem kann die gesamte piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung viel kleiner gestaltet werden als eine
bekannte piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist ein piezoelektrisches Betätigungsglied
vorgesehen, bei dem durch ein Bilden von Schlitzen, die sich von
der Seitenoberfläche,
die sich in der Nähe
der aktiven Abschnitte befindet, hin zu der derselben gegenüberliegenden
Seitenoberfläche
der piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung eines der oben beschriebenen
bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung mit einem vorbestimmten Abstand entlang
einer Richtung erstrecken, die zu der Erstreckungsrichtung der Schlitze
im wesentlichen senkrecht ist, separat ansteuerbare bewegliche Abschnitte
zwischen den entsprechenden Schlitzen vorgesehen sind und ein elektrischer
Leiter auf einer flexiblen gedruckten Schaltungsplatine mit der
durch die Schlitze geteilten ersten Außenelektrode und der zweiten
Außenelektrode
verbunden ist.
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Da
die FPC-Lötstelle
von den aktiven Abschnitten entfernt angeordnet ist, expandieren
und kontrahieren die beweglichen Abschnitte bei dem piezoelektrischen
Betätigungsglied
gleichmäßig, und eine Übertragung
von Schwingungen, die durch eine Verschiebung der beweglichen Abschnitte
erzeugt werden, zu anderen Abschnitten durch die FPC wird zuverlässig verhindert.
Daher wird eine Schwingung innerhalb eines kurzen Zeitraums gedämpft, so
daß eine
Tinte auf stabile Weise abgegeben wird, wodurch eine ausgezeichnete
Bildqualität
geliefert wird. Da der Lötabschnitt
von den aktiven Abschnitten entfernt angeordnet ist, besteht ferner
keine Möglichkeit, daß die Polarisierungseigenschaften
der aktiven Abschnitte durch eine während eines Lötens erzeugte Wärme verschlechtert
werden, so daß stabile
piezoelektrische Eigenschaften geliefert werden.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht der gesamten piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung eines
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Schnittansicht, die entlang der Linie A-A der 1 genommen
ist;
-
3 eine
perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Betätigungsglieds,
in dem die piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung des ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung enthalten ist;
-
4 eine
perspektivische Ansicht der gesamten piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung eines
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
-
5 eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die einen Prozeß zum Herstellen
der piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung des zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
-
6 eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die einen weiteren
Prozeß zum
Herstellen einer piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung gemäß bevorzugten
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
-
7 eine
vertikale Schnittansicht der durch den in
-
6 gezeigten
Herstellungsprozeß gebildeten
piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung;
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8 eine
Schnittansicht, die ein piezoelektrisches Betätigungsglied im Gebrauch zeigt;
-
9 eine
perspektivische Ansicht des gesamten bekannten piezoelektrischen
Betätigungsglieds
im Gebrauch;
-
10 eine
Schnittansicht, die entlang der Linie B-B der 8 genommen
ist;
-
11 eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die einen Prozeß zum Herstellen
der bekannten piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung veranschaulicht;
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12 eine
perspektivische Ansicht eines piezoelektrischen Betätigungsglieds,
in dem die bekannte piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung enthalten
ist.
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13 ein
Zeitdiagramm, das Schwingungsdämpfungscharakteristika,
wenn ein vorbestimmtes Ansteuersignal auf einen beweglichen Abschnitt
des piezoelektrischen Betätigungsglieds
angelegt wird, zeigt.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht der gesamten piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung
eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Schnittansicht, die
entlang der Linie A-A der 1 genommen ist.
Elemente, die denen der in den 9 und 10 gezeigten
bekannten piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet.
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Im
einzelnen umfaßt
eine piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung 61 gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
ein im wesentlichen rechtwinkliges piezoelektrisches Substrat 7.
Kurze Innenelektroden 8 und lange Innenelektroden 9,
die unterschiedliche Längen
aufweisen, sind so angeordnet, daß sich die kurzen Innenelektroden 8 und die
langen Innenelektroden 9 von einem Paar von gegenüberliegenden
Seitenoberflächen 7b und 7c hin zu
den Seitenoberflächen
erstrecken, die den Seitenoberflächen,
von denen sich die kurzen Innenelektroden 8 und die langen
Innenelektroden 9 erstrecken, gegenüberliegen. Ferner sind die
kurzen Innenelektroden 8 und die langen Innenelektroden 9 angeordnet,
um in dem piezoelektrischen Substrat 7 abwechselnd gestapelt
zu sein. Die Seitenoberflächen 7b und 7c liegen
einander in der Richtung einer kurzen Seite des piezoelektrischen
Substrats 7 gegenüber.
Aktive Abschnitte 10, die in einer Richtung, die zu der
Laminierungsrichtung im wesentlichen senkrecht ist, verschoben sind,
sind an den Abschnitten angeordnet, an denen sich die Elektroden 8 und die
entsprechenden Elektroden 9 überlappen. Diese strukturellen
Merkmale sind dieselben wie diejenigen des in 9 und 10 gezeigten
bekannten piezoelektrischen Betätigungsglieds 6o .
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Ein
Merkmal des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels besteht darin,
daß eine
erste Außenelektrode 131 mit den kurzen Innenelektroden 8, die
zu der Seitenoberfläche 7b des
piezoelektrischen Substrats 7, die sich in der Nähe der aktiven
Abschnitte 10 befindet, hin ausgefahren sind, elektrisch verbunden
ist und daß ein
Paar einer linken und einer rechten zweiten Außenelektrode 141 und 141 mit
den langen Innenelektroden 9, die zu der Seitenoberfläche 7c des piezoelektrischen
Substrats 7, die von den aktiven Abschnitten 10 entfernt
ist, hin ausgefahren sind, elektrisch verbunden sind. Die erste
Außenelektrode 131 erstreckt sich von der Seitenoberfläche 7b des
piezoelektrischen Substrats 7, die sich in der Nähe der aktiven
Abschnitte 10 befindet, hin zu einer Stelle, die zu der
Seitenoberfläche 7c,
welche von den aktiven Abschnitten 10 entfernt ist, benachbart ist,
indem sie sich auf eine Hauptoberfläche 7a erstreckt.
Andererseits sind die zweiten Außenelektroden 141 und 141 angeordnet,
um sich von der Seitenoberfläche 7c auf
die Hauptoberfläche 7a zu
erstrecken, um auf der linken und der rechten Seite von Stellen
an der ersten Außenelektrode 131 angeordnet zu sein, die zu der Seitenoberfläche 7c,
die von den aktiven Abschnitten 10 entfernt ist, benachbart
sind.
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Da
das Paar von zweiten Außenelektroden 141 und 141 auf
der linken und rechten Seite von Stellen an der ersten Außenelektrode 131 angeordnet ist, die zu der Seitenoberfläche 7c,
die von den aktiven Abschnitten 10 entfernt ist, benachbart
sind, ist es dementsprechend bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
möglich,
die erste Außenelektrode 131 und die zweiten Außenelektroden 141 und 141 benachbart
zu der Seitenoberfläche 7c des
piezoelektrischen Substrats 7, die von den aktiven Abschnitten 10 entfernt
ist, anzuordnen. Deshalb muß für einen vorbestimmten
Lötabschnitt 161 , an den eine FPC 4 gelötet wird,
wenn ein piezoelektrisches Betätigungsglied 11 hergestellt wird, ein Bereich gebildet
werden, der sich lediglich eine geringe Entfernung L1 von
der Seitenoberfläche 7c des
piezoelektrischen Substrats 7, die von den aktiven Abschnitten 10 entfernt
ist, so daß es
im Gegensatz zu der Vorrichtung des Standes der Technik nicht notwendig
ist, diesen Bereich so zu gestalten, daß er sich eine große Entfernung
von der Seitenoberfläche 7c erstreckt.
Mit anderen Worten ist vorzugsweise die Bedingung L1 << L4 erfüllt. Bei
der Vorrichtung des Standes der Technik muß L4 beispielsweise
ca. 2,6 mm betragen, bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist L1 jedoch ein ausreichender Wert, wenn
es gleich etwa 1,0 mm ist. Deshalb kann die Länge des vorbestimmten Lötabschnitts 161 in der Richtung der kurzen Seite desselben
beträchtlich
kleiner ausgeführt
sein. Auch wenn eine Gesamtlänge
L0 des piezoelektrischen Substrats 7 in
der Richtung einer kurzen Seite geringer ist als die Gesamtlänge L3 des piezoelektrischen Substrats 7 des
Beispiels der bekannten Technik (L0 < L3), ist
es somit trotzdem möglich,
den vorbestimmten Lötabschnitt 161 von Stellen der aktiven Abschnitte 10 ausreichend
zu trennen. Folglich ist es möglich,
die gesamte piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung kleiner zu gestalten als die gesamte bekannte piezoelektrische
Mehrschicht-Vorrichtung.
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Die
piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung 61 wird
vorzugsweise im Grunde durch dieselben Verfahren wie jene, die herkömmlicherweise durchgeführt werden,
wie in 11 gezeigt ist, hergestellt.
Unter Verwendung der piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 61 wird das piezoelektrische Betätigungsglied 11 vorzugsweise durch dieselben Verfahren
wie diejenigen, die herkömmlicherweise durchgeführt werden,
hergestellt.
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Dementsprechend,
wie in 3 gezeigt ist, wird das piezoelektrische Betätigungsglied 11 durch ein Bilden von Schnitten in
den aktiven Abschnitten 10 entlang der Längsrichtung
der piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 61 bei
vorbestimmten Abständen
von der Seitenoberfläche 7b,
die sich in der Nähe
der aktiven Abschnitte 10 befindet, hin zu der Seitenoberfläche 7c,
die der Seitenoberfläche 7b gegenüberliegt,
um sich erstreckende Schlitze 21 zu bilden, erzeugt. Zwischen
den entsprechenden Schlitzen 21 sind bewegliche Abschnitte 22,
die separat angesteuert werden können,
gebildet. Anschließend an
die entsprechenden Schlitze 21 werden flache Rillen 23 gebildet.
Elektrische Leiter auf der FPC 4 werden an den vorbestimmten
Lötabschnitt 161 angelötet, um die elektrischen Leiter
auf der FPC 4 mit Abschnitten der geteilten ersten Außenelektrode 131 und mit den zweiten Außenelektroden 141 elektrisch zu verbinden. An den entsprechenden
beweglichen Abschnitten 221 des
piezoelektrischen Betätigungsglieds 11 sind Druckerzeugungskammern 3 separat angeordnet.
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Bei
dem piezoelektrischen Betätigungsglied 11 , das diesen Aufbau aufweist, befindet
sich die FPC-Lötstelle
in einem Bereich, der in einer geringen Entfernung L1 von
der Seitenoberfläche 7c des
piezoelektrischen Substrats 7, die von den aktiven Abschnitten 10 entfernt
ist, und somit in einer ausreichenden Entfernung von den aktiven
Abschnitten 10 platziert ist. Somit expandieren und kontrahieren
die beweglichen Abschnitte 221 gleichmäßig, und
eine Übertragung
einer Schwingung, die durch eine Verschiebung der beweglichen Abschnitte 221 hervorgerufen wird, auf andere Abschnitte
durch die FPC 4 wird eingeschränkt. Daher wird eine Schwingung
innerhalb eines kurzen Zeitraums gedämpft, so daß eine Tinte auf stabile Weise
abgegeben wird, wodurch eine hervorragende Bildqualität geschaffen wird.
Da der Lötabschnitt
von den aktiven Abschnitten entfernt angeordnet ist, besteht ferner
keine Möglichkeit,
daß die
Polarisierungseigenschaften der aktiven Abschnitte durch eine während eines
Lötens
erzeugte Wärme
verschlechtert werden, so daß stabile piezoelektrische
Eigenschaften geliefert werden.
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Obwohl
die erste Außenelektrode 131 bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
von jedem beweglichen Abschnitt 221 elektrisch
isoliert ist, indem die flachen Rillen 23 bezüglich der
ersten Außenelektrode 131 gebildet werden, ist es möglich, die erste
Außenelektrode 131 zu einer Konfiguration zu bilden,
die es ihr ermöglicht,
mit einem vorbestimmten Abstand entlang der Längsrichtung des piezoelektrischen
Substrats 7 elektrisch isoliert zu sein, indem bei der
Bildung der ersten Außenelektrode 131 zuvor eine Maskierung durchgeführt wird.
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Bei
dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind signaleingangsseitige elektrische Leiter auf der FPC 4 bzw.
ein massenseitiger elektrischer Leiter mit der ersten Außenelektrode 131 bzw. den zweiten Außenelektroden 141 verbunden. Jedoch können der
massenseitige elektrische Leiter auf der FPC 4 bzw. die
signaleingangsseitigen elektrischen Leiter mit der ersten Außenelektrode 131 bzw. den zweiten Außenelektroden 141 verbunden sein, ohne funktionelle
Probleme zu verursachen.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht der gesamten piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung
eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung. 5 ist eine
auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein Verfahren zum
Erzeugen der piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung des zweiten
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Elemente, die denen
des in den 1 und 2 gezeigten
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels
entsprechen, sind durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Ein
Merkmal einer piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 62 des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
besteht darin, daß sich
ein Paar von zweiten Außenelektroden 142 von entsprechenden kurzseitigen Seitenoberflächen 7d und 7e,
(die zu einer Seitenoberfläche 7c eines
piezoelektrischen Substrats 7, die von aktiven Abschnitten
entfernt ist, im wesentlichen senkrecht sind) auf eine Hauptoberfläche 7a erstreckt
und daß die
Abschnitte der zweiten Außenelektroden 142 , die sich auf die Hauptoberfläche 7a erstrecken,
sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite von Stellen
an einer ersten Außenelektrode 132 angeordnet sind, die zu der Seitenoberfläche 7c,
die von den aktiven Abschnitten entfernt ist, benachbart sind.
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Die
anderen strukturellen Merkmale sind vorzugsweise dieselben wie die
des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels,
weshalb sie im folgenden nicht ausführlich beschrieben werden.
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Die
piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung 62 des
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
wird wie in 5 gezeigt erzeugt. Es werden drei
Typen von Grünschichten
bereitgestellt, die Grünschichten 36,
welche auf denselben angeordnete elektrisch leitfähige Strukturen 46 aufweisen,
die kurze Innenelektroden 8 definieren, Grünschichten 37,
die auf denselben angeordnete elektrisch leitfähige Strukturen 47 aufweisen,
die lange Innenelektroden 9 definieren, und Grünschichten 38,
die keine auf denselben angeordnete elektrisch leitfähige Strukturen
aufweisen, umfassen. Anschließend
werden Verfahren durchgeführt,
die im Grunde dieselben sind wie diejenigen, die bei dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
verwendet werden. Die elektrisch leitfähigen Strukturen 47,
die die langen Innenelektroden 9 werden, erreichen jedoch
eine der langen Seiten der Grünschicht 37,
so daß sie
mit den zweiten Außenelektroden 142 verbunden werden können. Ferner erstrecken sich
Abschnitte der elektrisch leitfähigen
Strukturen 47 entlang der kurzen Seiten der Grünschicht 37,
um sich erstreckende Abschnitte 47a zu definieren. Auch
hier werden, wenn das piezoelektrische Betätigungsglied unter Verwendung der
auf diese Weise erzeugten piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 62 erzeugt wird, dieselben Verfahren
wie diejenigen des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels durchgeführt, so
daß diese
im folgenden nicht ausführlich
beschrieben werden.
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Wie
bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die erste Außenelektrode 132 und die zweiten Außenelektroden 142 bei der piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 62 des
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
zu der Seitenoberfläche 7c des
piezoelektrischen Substrats 7, die von den aktiven Abschnitten
entfernt ist, benachbart, so daß es
möglich
ist, einen vorbestimmten Lötabschnitt 162 von den Positionen der aktiven Abschnitte
ausreichend zu trennen. Daher ist es möglich, die gesamte piezoelektrische
Mehrschicht-Vorrichtung 62 kleiner als
eine bekannte piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung zu gestalten.
Wenn das piezoelektrische Betätigungsglied
unter Verwendung der piezo elektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 62 erzeugt wird, ist die Lötstelle
ferner ausreichend von den aktiven Abschnitten 10 getrennt,
so daß eine
Tinte auf stabile Weise abgegeben wird, wodurch eine hervorragende Bildqualität bereitgestellt
wird, und es besteht keine Möglichkeit,
daß die
Polarisierungseigenschaften der aktiven Abschnitte 10 durch
eine während
eines Lötens
erzeugte Wärme
verschlechtert werden, so daß stabile
piezoelektrische Eigenschaften erreicht werden.
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Bei
dem ersten und dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die gewünschten
piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtungen 61 und 62 vorzugsweise
durch Herstellen von drei Typen von Grünschichten 31, 32 und 33 bzw. 36, 37 und 38 und durch
ein Backen des sich ergebenden geschichteten Aufbaus, nachdem die
entsprechenden Grünschichten
abwechselnd und nacheinander aufeinander platziert wurden, erzeugt.
Jedoch kann eine piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung auch auf folgende Weise
erzeugt werden.
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Wie
in 6 gezeigt ist, wird im einzelnen eine Mehrzahl
eines Typs von Grünschichten 39,
die auf denselben angeordnete elektrisch leitfähige Strukturen 49 derselben
Form aufweisen, hergestellt.
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Die
Grünschichten 39 werden
derart aufeinander gestapelt, daß sie in der horizontalen Richtung abwechselnd
voneinander verschoben sind, und der sich ergebende geschichtete
Aufbau wird einem Backvorgang unterzogen. Danach wird durch ein Schneiden
entlang gestrichelter Linien, die in 6 gezeigt
sind, eine piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung 63 erzeugt. Wie in 7 gezeigt
ist, verbleiben Kanten 11 und 12 bei der durch
dieses Verfahren erzeugten piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 63 dementsprechend nach dem Schneiden
zusätzlich
zu den kurzen Innenelektroden 8 und den langen Innenelektroden 9 in
einem piezoelektrischen Substrat 7. In bezug auf die Eigenschaft
der piezoelektrischen Mehrschicht-Vorrichtung 63 ist
dies jedoch kein Pro blem. Anstatt eines Aufeinanderplazierens der
Grünschichten 39,
die die elektrisch leitfähigen
Strukturen 49 derselben Formen aufweisen, so daß sie in
der horizontalen Richtung abwechselnd voneinander verschoben sind,
können
auf den Grünschichten 39 elektrisch
leitfähige
Strukturen 49 gebildet sein, wobei die Druckpositionen
voneinander verschoben sind, und anschließend können die Grünschichten 39 aufeinander
platziert werden, ohne sie voneinander zu verschieben, um auf ähnliche
Weise eine piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung wie die in 7 gezeigte
piezoelektrische Mehrschicht-Vorrichtung 63 zu
erzeugen.