JP2005027402A - Piezoelectric actuator and liquid discharger - Google Patents
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Abstract
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及び液体吐出装置に関し、特に、放熱性を高めることのできる圧電アクチュエータと、それを備えた液滴吐出装置に関する。
【0002】
【従来技術】
従来より、圧電セラミックスを利用した製品としては、例えば圧電アクチュエータ、フィルタ、圧電共振子(発信子を含む)、超音波振動子、超音波モーター、圧電センサ等がある。
【0003】
これらの中で、圧電アクチュエータは、電気信号に対する応答速度が10−6秒台と非常に高速であるため、半導体製造装置のXYステージの位置決め用やインクジェット記録ヘッド(液体吐出装置)として応用されている。
【0004】
図4は液体吐出装置の断面図である。インクジェット方式を利用した液体吐出装置は、例えば図4(a)に示したように、圧電アクチュエータ51が、流路部材53の上に設けられ構成されている。
【0005】
流路部材53は、複数の液体加圧室53aが隔壁53bによって仕切られ、液体加圧室53aは圧電アクチュエータ51に当接するように並設されている。
【0006】
圧電アクチュエータ51は、共通電極の役割を兼ねた導電性の振動板55上に圧電セラミック層54が設けられ、その圧電セラミック層54の上面側に個別電極56が設けられている。
【0007】
個別電極56は、図4(b)に示したように、圧電セラミック層54の表面に複数配列されることにより、複数の圧電変位部である変位素子57を形成するとともに、前記液体加圧室53aの直上に各々位置するように配置されている。
【0008】
上記のように構成された液体吐出装置は、共通電極55と所定の個別電極56との間に電圧を印加して該個別電極56直下の圧電セラミック層54を変位させることにより、液体加圧室53a内の液体を加圧して、流路部材53の底面に開口した液体吐出口58より液滴を吐出する(例えば、特許文献1)。
【0009】
【特許文献1】
特開平11−34321号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような液体吐出装置に用いられる圧電アクチュエータ51は、変位素子57が変位する際に発熱することが知られているが、特に駆動周波数の高まりによって発熱量が大きくなり、このため圧電セラミック層54に脱分極が起こり変位量が低下し耐久性が劣化するという問題があった。
【0011】
従って、本発明は、脱分極が起こり難くかつ高耐久性を有する圧電アクチュエータ及びそれを用いた液体吐出装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記のような課題について鋭意検討した結果、圧電アクチュエータを構成する振動板の少なくとも一部に放熱部材を設けることにより、変位素子を駆動する際の周波数を大きくしても、圧電アクチュエータの発熱による温度上昇を抑制し、圧電アクチュエータの脱分極による変位量の低下を防止することができ、また耐久性の高い圧電アクチュエータ及び液体吐出装置を提供するという目的を達成できることを見出した。
【0013】
即ち、本発明の圧電アクチュエータは、振動板上に複数の変位素子が設けられてなる圧電アクチュエータであって、前記振動板の少なくとも一部に放熱部材を設けたことを特徴とする。
【0014】
また、上記圧電アクチュエータでは、前記放熱部材は、前記複数の変位素子が配置されている領域よりも平面方向に広範囲に形成されていることが望ましく、熱伝導率は15W/mK以上であることが望ましい。
【0015】
また、上記圧電アクチュエータでは、前記変位素子が、表面に設けられた個別電極と内部電極とで圧電セラミック層を挟持してなることが好ましく、特に、変位素子の密度が50個/cm2以上であることが望ましい。
【0016】
本発明の液体吐出装置は、上記の圧電アクチュエータと、該圧電アクチュエータの有する少なくとも前記個別電極に接続されたフレキシブルフラットケーブルと、液体吐出口を有する液体液体が設けられ、該液体液体と前記個別電極との位置を揃えて、前記圧電アクチュエータの有する最下層の前記振動板に取り付けられた流路部材とを備えたことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の圧電アクチュエータおよび液体吐出装置について図面を参照して詳細に説明する。図1は本実施形態の圧電アクチュエータを示すものであり、(a)は平面図、(b)は(a)のX−X断面図である。
【0018】
本発明の圧電アクチュエータ1は、振動板3上に、複数の変位素子5が設けられ構成されている。変位素子5は、共通電極7、圧電セラミック層9および個別電極11が、この順に積層され、圧電セラミック層9の表面上において2次元的かつ規則的に複数配列され構成されている。そして、振動板3は、少なくともその一部に放熱部材13を設けることが重要である。
【0019】
この放熱部材13は、圧電アクチュエータ1を構成する複数の変位素子5のいずれからの熱をも逃がしやすくするという点で前記複数の変位素子5が配置されている領域よりも広範囲に形成されていることが望ましい。
【0020】
また、この放熱部材13は、圧電アクチュエータ1からの熱を逃がしやすくするという点で、より変位素子5に近いところに配置されることが望ましいが、圧電アクチュエータ1の反りを抑制するという理由から、変位素子5を構成する共通電極7に対して厚み方向に略対称の配置とすることが望ましい。ここで本発明における略対称の配置とは、圧電アクチュエータの上面から共通電極7までの間隔t1と、下面からの放熱部材13までの間隔t2との比t1/t2が0.8〜1.2の範囲にある場合をいう。
【0021】
図2は、他の圧電アクチュエータを示す概略平面図であり、(a)は、本図(b)、(c)の該当箇所を示す圧電アクチュエータの概略平面図、(b)は振動板の周縁部に形成した放熱板を示す概略断面図、(c)は振動板の側面部に形成した放熱板を示す概略断面図である。図2に示すように、本発明では、放熱部材13は振動板3の略全面に形成するだけでなく、所望の放熱性が得られる範囲で一部の箇所に形成しても良い。例えば、振動板3の周縁部や側面部に形成することもできる。
【0022】
放熱部材13の厚みは、放熱性を高めるという点で、2μm以上、特に5μm以上、更には8μm以上であることが好ましいが、共通電極7との厚み方向の対称性を高め、圧電アクチュエータ1の反りを抑制するという理由から、上限としては、20μm以下、特に、10μm以下がより好ましい。
【0023】
放熱部材13の熱伝導率は、15W/mK以上、特に、150W/mK以上、さらには250W/mK以上であることが好ましい。
【0024】
このような放熱部材13としては、具体的には、Ag、Pd、Cu、Al等の金属又は合金、SiC、AlN、Al2O3等のセラミックスを好適に用いることができる。これらの中でも、高い熱伝導率を有しかつ低コストである点でCuが好ましい。また、共通電極としてAg−Pdを用い、製造コストの安価な大気中での焼成が行えるという理由から、AgやPd、あるいはそれらの合金を用いることが好ましい。さらには、高い熱伝導率を有するとともに熱膨張係数がPZTに近いという点でAlN又はAl2O3が好ましい。
【0025】
本発明の圧電アクチュエータ1の厚みは、振動板3、共通電極7、圧電セラミック層9および個別電極11を含めた厚みを示すものであり、100μm以下であることが好ましい。このように薄層にすることで、大きな変位を得ることができ、また、低電圧で高効率の駆動を実現できる。従って、特に最近のカラープリンタの性能向上に伴う高速化及び高精度化の要求に対して、本発明においては、100μm以下の厚みにすることにより、その要求に対応することができ、圧電アクチュエータ1及びそれを用いた液体吐出装置の高性能化に寄与することができる。特に、圧電アクチュエータ1としての特性をさらに高めるため、その厚みは80μm以下、更には65μm以下、より好適には50μm以下が好ましい。
【0026】
また、圧電アクチュエータ1の厚みの下限値は、十分な機械的強度を有し、取扱い及び作動中の破壊を防止するため、30μm、より好適には40μmであることが好ましい。
【0027】
圧電セラミック層9の厚みは、上記したように高い変位を有するという点および小型薄型化という点で、好ましくは20μm以下にするのがよく、取扱中や作動中に破損しない程度の機械的強度を有し、印加される電圧に耐えうるようにするために、より好ましくは10〜20μmの範囲であるのがよい。
【0028】
共通電極7の厚みは0.5μm以上、好ましくは、1μm以上であるのがよい。これにより、圧電アクチュエータ1の剛性を向上させて反り変形の抑制効果をさらに高めることができる。
【0029】
本発明の圧電アクチュエータ1を構成する圧電セラミック層9には、例えばチタン酸ジルコン酸鉛化合物(PbZrTiO3系化合物(PZT系))、チタン酸鉛化合物、チタン酸バリウム化合物などのペロブスカイト結晶構造型の圧電材料が好適に用いられる。これらのうち、大きな変位を得られるという点で、PZT系を用いるのが好ましい。
【0030】
本発明の圧電アクチュエータ1を構成する振動板3としては、種々のセラミックスや金属あるいはこれらの複合体を用いることができるが、前記圧電セラミック層9との接合強度を高めかつ熱膨張係数差を小さくできるという点で、振動板3にも前記圧電セラミック層9と同一材料を使用することが望ましく、特に、これらの変位素子5および振動板3を構成する圧電セラミック層9は同時焼成により形成されることが両層の振動モードを単一化するという点および両層の接合強度を高めるという点から望ましい。
【0031】
変位素子5および振動板3を構成する圧電セラミック層9は、それぞれ1層で構成されていてもよく、複数の層から構成されていてもよい。
【0032】
本発明の圧電アクチュエータ1では、上記放熱部材13の放熱性を高めるために、接合されている振動板3中に、SiC、AlN、Al2O3の群から選ばれる少なくとも1種のフィラー粉末を含有させることもできる。
【0033】
個別電極11としては、例えばAu、Ag、Cu、Cr、Pd、Ptなどの金属またはこれらの少なくとも1種以上を主成分とする合金などを用いるのが好ましく、薄層化しても高い導電性が得られるという点で、特にAuを用いるのがより好ましい。
【0034】
共通電極7としても、個別電極11も同様、例えばAu、Ag、Cu、Cr、Pd、Ptなどの金属またはこれらの少なくとも1種以上を主成分とする合金などを用いるのが好ましいが、密着強度を高めるという点で、特にAg−Pd合金に、さらに、圧電セラミック層9と同一材料を添加して用いるのがより好ましい。
【0035】
次に、本発明の圧電アクチュエータの製造方法について説明する。
【0036】
まず、前記したチタン酸ジルコン酸鉛化合物、チタン酸鉛化合物、チタン酸バリウム化合物などを主成分とする圧電セラミック粉体を準備する。この圧電セラミック粉体の平均粒径は1μm以下であることが望ましく、特に0.7μm以下、更には0.5μm以下であることが好ましい。圧電セラミック粉体の平均粒径を1μm以下にすることにより焼結時の均一な焼成収縮が得られ均質な圧電セラミック層を得ることができる。この圧電セラミック粉末と有機バインダ成分を混合し、シート成形用のスラリを調製する。ついで、この成形用スラリを用いてロールコータ法、スリットコータ法、ドクターブレード法等の一般的なシート成形法によりグリーンシートを作製する(成形工程)。
【0037】
次に、成形工程で得られたグリーンシートを加圧する(加圧工程)。加圧法として公知の手法を採用することができるが、均一な厚みにすることが容易である点で、加圧には特にロール加圧法、平面加圧法、静水圧加圧法等を用いることができる。このように、シート成形後にグリーンシートの加圧処理を行うことで、シートの密度を高め、厚みばらつきや密度ばらつきを低減することができる。
【0038】
加圧圧力は、材料組成、有機バインダ量、グリーンシート厚み等によって異なるが10〜100MPa、特に、20〜50MPa、更には、30〜40MPaの圧力で加圧することが好ましい。ここで加圧工程によって得られた各グリーンシートの厚みばらつきは15%以下、特に10%以下にすることが、焼成後に形成される圧電セラミック層9の厚みばらつきや、それらが積層されて形成される変位素子5の厚みばらつきを低減するとともに反り変形を防止することが容易となる。
【0039】
次に、前記した電極材料からなる導体ペーストを用いて、加圧工程で得られたグリーンシートの一方の面に、焼成後に、共通電極7となる金属パターンをスクリーン印刷により形成する。この場合の厚みは2〜5μm、厚みばらつき(あるいは差)は1〜2μmになるように調整することが望ましい。
【0040】
本発明において、圧電アクチュエータ1を構成する放熱部材13は、振動板3として圧電セラミックス層7を適用する場合、焼成後に振動板3の圧電セラミック層7となるグリーンシート上に放熱部材13を介装させて前記変位素子5の圧電セラミックス層9となるグリーンシートと同時焼成して形成される。つまり、焼成後に圧電セラミックス層9となるグリーンシート上に、焼成後に放熱部材13となるペーストを印刷する。この場合の放熱部材13となるペースト膜は、面一な膜状であることが放熱性を高めるという点で望ましいが、所望の放熱性が得られる範囲でペースト膜をグリーンシート上に点在させても良い。
【0041】
次に、得られたグリーンシートを例えば図1に示す構成で積層し、密着させて積層成形体を得る(積層工程)。なお、密着を行う手法としては、接着成分の含まれた密着液使用による方法、加熱によりグリーンシート中の有機バインダ成分に接着性を持たせて密着する方法、加圧だけで密着させる方法等を例示できる。
【0042】
積層工程で得られた積層成形体は、所望の脱脂処理により積層成形体中の有機成分の除去を行った後、酸素雰囲気中において、900〜1200℃において焼成し、図1に示したような圧電アクチュエータ1を得る(焼成工程)。
【0043】
なお、本発明の圧電アクチュエータ1を作製する焼成工程においては、積層工程で得られた積層成形体をジルコニアもしくはマグネシアからなる試料台板を介して複数段積みにし、さらに、この段積みされた積層成形体上に重しを置いて焼成することが望ましい。このような工程を具備する製造方法を採用することにより、圧電アクチュエータ1の反り変形が抑制され、厚み100μm以下の薄層の焼結体からなる圧電アクチュエータ1を提供できる。
【0044】
なお、本発明の圧電アクチュエータ1を構成する個別電極11は、上記したように共通電極7とともに同時焼成する場合に限らず、共通電極7を内層した積層成形体を焼成した後に、個別電極11を焼き付けで形成することもできる。この場合も、金属成分としては上記した種々の金属を好適に用いることができる。
【0045】
また、変位素子5と振動板3に同じく圧電セラミックス層9を用いる場合においては、予め別々に焼成して形成した変位素子5と振動板3とを、放熱板13とともに接合剤を用いて接合して形成することもできる。
【0046】
さらには、上記のように変位素子5と振動板3とを焼成後に接合する工法においては、振動板3として、熱膨張係数が近ければ、圧電セラミックス層9以外のセラミックスや金属の部材を用いることもできる。
【0047】
この場合のセラミックスとしては、例えば、SiC、AlN、Al2O3等、金属としては、W、Mo、4−2アロイ等が挙げられる。
【0048】
図3は、本発明の圧電アクチュエータを備えた液体吐出装置を示す断面図である。同図に示すように、この液体吐出装置は、圧電アクチュエータ1を構成する振動板3側を、液体吐出口21を有する複数の液体加圧室23が隔壁24を介して配列された流路部材25上に、液体加圧室23と個別電極11との位置を揃えて取り付けられ、一方。個別電極11側には制御回路と結線するフレキシブルフラットケーブル(図示なし)が設けられている。
【0049】
そして、この圧電アクチュエータ1では圧電振動に伴って振動板3も変位素子5に当接する部位を中心にして変位をし、液体加圧室23の容積を変化させるため、その時に発生する圧力で液体加圧室23に溜めてある液体を液体吐出口21から吐出させることができる。
【0050】
流路部材25は、厚さ30〜100μm程度の複数の金属箔で構成される積層体からなり、各金属箔にエッチングや金型による打ち抜き等によって液体加圧室23、液体吐出口21、隔壁24等がそれぞれ形成される。使用する金属箔としては、例えばステンレス箔、アルミニウム箔、モリブデン箔などがあげられる。このような液体吐出装置では、薄型であっても反り変形が矯正された圧電アクチュエータ1を備えているので、液体吐出量のばらつきを低減することができる。
【0051】
以上、本発明の実施形態について示したが、本発明は上述した実施形態のみに限らず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更や改良したものにも適用できることは言うまでもない。
【0052】
例えば、上記実施形態では、共通電極7を1層設けた場合について説明したが、
必要に応じて2層以上設けることもできる。同様に、放熱部材13も2層以上設けてもよい。
【0053】
【実施例】
以下のようにして試料No.1〜11の圧電アクチュエータを作製した。
【0054】
まず、平均粒径が0.5μmのPbZrTiO3系粉末とバインダとそのバインダを溶解する有機溶剤とを所定量混合してスラリを調製し、このスラリを用いてロールコータ法にて厚み25μmのグリーンシートを作製した。ついで、Ag−Pd(混合比は質量比で7:3)粉末と有機粘結剤と溶媒とを所定量混合して導電性ペーストを調製した。
【0055】
次に、得られたグリーンシートの表面に導電性ペーストを印刷して、焼成後に共通電極となるパターンを形成した。
【0056】
次に、振動板として上記のグリーンシートを用い、このグリーンシートを同時焼成して得られる複数の圧電セラミックス層間、あるいは、この圧電セラミックス層の側面に放熱部材を形成する場合には、表1に示す成分を同表に示す形状になるようにスクリーン印刷、もしくは履け塗りにて形成した。尚、本実施例にて使用した放熱部材の熱伝導率(W/mK)は、Ag−Pdが250、Cuが380、Al2O3が15、AlNが180およびSiCが150であった。
【0057】
次いで、上記のグリーンシートを、変位素子を構成する圧電セラミックス層の層数を1層、振動板を構成する圧電セラミックス層の層数を2層とした母体積層体を形成し、この母体積層体を切断して積層体を形成し、酸素雰囲気中、1000℃、2時間の焼成を行い圧電アクチュエータ本体を形成した。このとき圧電セラミックス層の厚みは20μm、共通電極の厚みは2μmであった。放熱部材の厚みは表1に示す厚みになるように調整した。また、圧電アクチュエータの上面から共通電極7までの間隔t1と、下面からの放熱部材13までの間隔t2との比t1/t2を1とした。
【0058】
次に、この圧電アクチュエータ本体の一方の面にAuを主成分とする金属ペーストを印刷して730℃で焼付けを行い、図1に示したような圧電アクチュエータを作製した。個別電極の厚みは1μmであった。また、試料面積は15mm×20mmであった。個別電極の密度は50個/cm2とした。
【0059】
この後、共通電極と個別電極間に3kV/mmの直流電界を15分間印加して分極処理を行った。圧電アクチュエータの変位量は共通電極と個別電極間に20Vの直流電圧を印加し、さらにこの圧電アクチュエータに室温において0〜+20VのSin駆動波形を20kHzの周波数にて印加して1×109サイクルまで駆動した際の変位量を測定すると共に、そのばらつき(σ/x)を求めた。その結果を表1に示す。
【0060】
なお、比較のため、振動板の少なくとも一部に放熱部材を形成していない試料を作製して本発明の試料と同様の評価を行い、その結果を表1に併せて示した。
【0061】
【表1】
【0062】
表1から明らかなように、振動板の少なくとも一部に放熱部材を設けた試料No.2〜11では、最大変位量を69nm以上、変位量のばらつきを13%以下とすることができた。特に、放熱部材の熱伝導率を150W/mK以上とした試料No.2〜8、10、11では、最大変位量を72nm以上、変位量のばらつきを10%以下にまで低減できた。一方、振動板の少なくとも一部に放熱部材を設けなかった試料No.1では、最大変位量が66nmと小さく、変位量のばらつきが30%と高かった。
【0063】
【発明の効果】
本発明によれば、圧電アクチュエータを構成する振動板の少なくとも一部に放熱部材を設けることにより、変位素子を駆動する際の周波数を大きくしても、圧電アクチュエータの発熱による温度上昇を抑制し、圧電アクチュエータの脱分極による変位量の低下を防止することができ、また耐久性の高い圧電アクチュエータ及び液体吐出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本実施形態の圧電アクチュエータを示すものであり、(a)は平面図、(b)は(a)のX−X断面図である。
【図2】図2は、他の圧電アクチュエータを示す概略平面図であり、(a)は、本図(b)、(c)の該当箇所を示す圧電アクチュエータの概略平面図、(b)は振動板の周縁部に形成した放熱板を示す概略断面図、(c)は振動板の側面部に形成した放熱板を示す概略断面図である。
【図3】本発明の液体吐出装置の概略断面図である。
【図4】従来の液体吐出装置の構造を示すもので、(a)概略断面図、(b)平面図である。
【符号の説明】
1、51・・・圧電アクチュエータ
3、55・・・振動板
5、57・・・変位素子
7・・・・・・共通電極
9、54・・・圧電セラミック層
11、56・・個別電極
13・・・・・放熱部材
21、58・・液体吐出口
23、53a・液体加圧室
24、53b・隔壁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric actuator and a liquid ejecting apparatus, and more particularly to a piezoelectric actuator capable of improving heat dissipation and a droplet ejecting apparatus including the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, products using piezoelectric ceramics include, for example, piezoelectric actuators, filters, piezoelectric resonators (including oscillators), ultrasonic vibrators, ultrasonic motors, piezoelectric sensors, and the like.
[0003]
Among these, the piezoelectric actuator has a very high response speed with respect to an electric signal of the order of 10 −6 seconds. Therefore , the piezoelectric actuator is used for positioning of an XY stage of a semiconductor manufacturing apparatus or as an ink jet recording head (liquid ejecting apparatus). Yes.
[0004]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the liquid ejection device. As shown in FIG. 4A, for example, the liquid ejection device using the ink jet system is configured such that the piezoelectric actuator 51 is provided on the
[0005]
In the
[0006]
In the piezoelectric actuator 51, a piezoelectric
[0007]
As shown in FIG. 4B, a plurality of
[0008]
The liquid ejection apparatus configured as described above applies a voltage between the
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-34321
[Problems to be solved by the invention]
However, it is known that the piezoelectric actuator 51 used in such a liquid ejecting apparatus generates heat when the
[0011]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator that hardly causes depolarization and has high durability, and a liquid ejection apparatus using the piezoelectric actuator.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies on the above problems, the present inventor has provided a heat dissipating member on at least a part of the diaphragm constituting the piezoelectric actuator, so that the piezoelectric element can be driven even when the frequency when driving the displacement element is increased. It has been found that the temperature rise due to the heat generation of the actuator can be suppressed, the displacement amount can be prevented from being lowered due to the depolarization of the piezoelectric actuator, and the purpose of providing a highly durable piezoelectric actuator and liquid ejection device can be achieved.
[0013]
That is, the piezoelectric actuator of the present invention is a piezoelectric actuator in which a plurality of displacement elements are provided on a vibration plate, and is characterized in that a heat radiating member is provided on at least a part of the vibration plate.
[0014]
In the piezoelectric actuator, it is desirable that the heat dissipating member is formed in a wider range in a plane direction than a region where the plurality of displacement elements are arranged, and the thermal conductivity is 15 W / mK or more. desirable.
[0015]
In the piezoelectric actuator, the displacement element is preferably formed by sandwiching a piezoelectric ceramic layer between an individual electrode provided on the surface and an internal electrode, and in particular, the density of the displacement element is 50 pieces / cm 2 or more. It is desirable to be.
[0016]
The liquid ejection apparatus of the present invention is provided with the above-described piezoelectric actuator, a flexible flat cable connected to at least the individual electrode of the piezoelectric actuator, and a liquid liquid having a liquid ejection port. The liquid liquid and the individual electrode And a flow path member attached to the diaphragm of the lowermost layer of the piezoelectric actuator.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a piezoelectric actuator and a liquid ejection device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1A and 1B show a piezoelectric actuator according to the present embodiment, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a sectional view taken along line XX in FIG.
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
In addition, the
[0021]
2A and 2B are schematic plan views showing other piezoelectric actuators, wherein FIG. 2A is a schematic plan view of the piezoelectric actuator showing the corresponding portions of FIGS. 2B and 2C, and FIG. 2B is a peripheral edge of the diaphragm. FIG. 3C is a schematic cross-sectional view showing a heat sink formed on the side surface of the diaphragm, and FIG. As shown in FIG. 2, in the present invention, the
[0022]
The thickness of the
[0023]
The thermal conductivity of the
[0024]
Specifically, as such a
[0025]
The thickness of the
[0026]
In addition, the lower limit value of the thickness of the
[0027]
The thickness of the piezoelectric
[0028]
The thickness of the
[0029]
The piezoelectric
[0030]
As the
[0031]
Each of the piezoelectric
[0032]
In the
[0033]
As the individual electrode 11, it is preferable to use a metal such as Au, Ag, Cu, Cr, Pd, or Pt, or an alloy containing at least one of these as a main component. In particular, it is more preferable to use Au in that it can be obtained.
[0034]
Similarly to the
[0035]
Next, the manufacturing method of the piezoelectric actuator of this invention is demonstrated.
[0036]
First, a piezoelectric ceramic powder whose main component is the aforementioned lead zirconate titanate compound, lead titanate compound, barium titanate compound or the like is prepared. The average particle size of the piezoelectric ceramic powder is preferably 1 μm or less, particularly 0.7 μm or less, more preferably 0.5 μm or less. By setting the average particle size of the piezoelectric ceramic powder to 1 μm or less, uniform firing shrinkage at the time of sintering can be obtained, and a uniform piezoelectric ceramic layer can be obtained. This piezoelectric ceramic powder and an organic binder component are mixed to prepare a slurry for sheet forming. Next, a green sheet is prepared by a general sheet forming method such as a roll coater method, a slit coater method, or a doctor blade method using this forming slurry (forming step).
[0037]
Next, the green sheet obtained in the molding process is pressurized (pressurizing process). A known method can be adopted as the pressurizing method, but a roll pressurizing method, a plane pressurizing method, a hydrostatic pressurizing method, etc. can be used for pressurization because it is easy to obtain a uniform thickness. . Thus, by performing the pressure treatment of the green sheet after forming the sheet, it is possible to increase the density of the sheet and reduce thickness variation and density variation.
[0038]
The pressurizing pressure varies depending on the material composition, the amount of the organic binder, the thickness of the green sheet, and the like, but it is preferable to pressurize at a pressure of 10 to 100 MPa, particularly 20 to 50 MPa, and further 30 to 40 MPa. Here, the thickness variation of each green sheet obtained by the pressurizing step is 15% or less, particularly 10% or less. The thickness variation of the piezoelectric
[0039]
Next, using the conductive paste made of the electrode material described above, a metal pattern to be the
[0040]
In the present invention, when the piezoelectric
[0041]
Next, the obtained green sheet is laminated | stacked by the structure shown, for example in FIG. 1, and it adhere | attaches and obtains a lamination | stacking molded object (lamination process). In addition, as a method of performing adhesion, a method using an adhesion liquid containing an adhesive component, a method of adhering to an organic binder component in a green sheet by heating, a method of adhering only by pressing, etc. It can be illustrated.
[0042]
The laminated molded body obtained in the laminating step is subjected to removal of organic components in the laminated molded body by a desired degreasing treatment, and then fired at 900 to 1200 ° C. in an oxygen atmosphere, as shown in FIG. The
[0043]
In the firing step for producing the
[0044]
Note that the individual electrode 11 constituting the
[0045]
When the piezoelectric
[0046]
Furthermore, in the method of joining the
[0047]
Examples of the ceramic in this case include SiC, AlN, and Al 2 O 3 , and examples of the metal include W, Mo, and 4-2 alloy.
[0048]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a liquid ejection apparatus provided with the piezoelectric actuator of the present invention. As shown in the figure, this liquid ejection device is provided with a flow path member in which a plurality of
[0049]
In the
[0050]
The
[0051]
As mentioned above, although embodiment of this invention was shown, it cannot be overemphasized that this invention is applicable not only to embodiment mentioned above but what was changed and improved in the range which does not deviate from the summary of this invention.
[0052]
For example, in the above embodiment, the case where one layer of the
Two or more layers can be provided as required. Similarly, two or more layers of the
[0053]
【Example】
Sample no. 1 to 11 piezoelectric actuators were produced.
[0054]
First, a predetermined amount of PbZrTiO 3 powder having an average particle size of 0.5 μm, a binder, and an organic solvent for dissolving the binder are mixed to prepare a slurry, and this slurry is used to form a green having a thickness of 25 μm by a roll coater method. A sheet was produced. Next, a predetermined amount of Ag—Pd (mixing ratio is 7: 3 by mass ratio) powder, organic binder and solvent was mixed to prepare a conductive paste.
[0055]
Next, the conductive paste was printed on the surface of the obtained green sheet, and the pattern used as a common electrode after baking was formed.
[0056]
Next, when the above-described green sheet is used as a diaphragm and a heat radiating member is formed on a plurality of piezoelectric ceramic layers obtained by co-firing the green sheets or on the side surfaces of the piezoelectric ceramic layers, Table 1 The components shown were formed by screen printing or shoe coating so as to have the shape shown in the table. The thermal conductivity (W / mK) of the heat radiating member used in this example was 250 for Ag—Pd, 380 for Cu, 15 for Al 2 O 3 , 180 for AlN and 150 for SiC.
[0057]
Next, a base laminate in which the number of piezoelectric ceramic layers constituting the displacement element is one layer and the number of piezoelectric ceramic layers constituting the diaphragm is two is formed on the green sheet, and the base laminate is formed. Was cut to form a laminate, and baked at 1000 ° C. for 2 hours in an oxygen atmosphere to form a piezoelectric actuator body. At this time, the thickness of the piezoelectric ceramic layer was 20 μm, and the thickness of the common electrode was 2 μm. The thickness of the heat radiating member was adjusted to the thickness shown in Table 1. Further, the ratio t1 / t2 between the distance t1 from the upper surface of the piezoelectric actuator to the
[0058]
Next, a metal paste mainly composed of Au was printed on one surface of the piezoelectric actuator main body and baked at 730 ° C. to produce a piezoelectric actuator as shown in FIG. The thickness of the individual electrode was 1 μm. The sample area was 15 mm × 20 mm. The density of the individual electrodes was 50 / cm 2 .
[0059]
Thereafter, a polarization process was performed by applying a DC electric field of 3 kV / mm for 15 minutes between the common electrode and the individual electrodes. The displacement of the piezoelectric actuator is up to 1 × 10 9 cycles by applying a DC voltage of 20 V between the common electrode and the individual electrode, and further applying a Sin driving waveform of 0 to +20 V at a room temperature to the piezoelectric actuator at a frequency of 20 kHz. While measuring the amount of displacement at the time of driving, the variation (σ / x) was obtained. The results are shown in Table 1.
[0060]
For comparison, a sample in which a heat radiating member was not formed on at least a part of the diaphragm was prepared and evaluated in the same manner as the sample of the present invention. The results are also shown in Table 1.
[0061]
[Table 1]
[0062]
As is apparent from Table 1, sample No. 1 in which a heat radiating member was provided on at least a part of the diaphragm. 2 to 11, the maximum displacement amount was 69 nm or more, and the variation of the displacement amount was 13% or less. In particular, the sample No. 1 in which the heat conductivity of the heat dissipating member was 150 W / mK or more. In 2-8, 10 and 11, the maximum displacement amount could be reduced to 72 nm or more and the variation in displacement amount could be reduced to 10% or less. On the other hand, Sample No. in which at least a part of the diaphragm was not provided with a heat dissipating member. In No. 1, the maximum displacement amount was as small as 66 nm, and the variation of the displacement amount was as high as 30%.
[0063]
【The invention's effect】
According to the present invention, by providing a heat dissipating member on at least a part of the diaphragm constituting the piezoelectric actuator, even if the frequency when driving the displacement element is increased, the temperature rise due to heat generation of the piezoelectric actuator is suppressed, A decrease in displacement due to depolarization of the piezoelectric actuator can be prevented, and a highly durable piezoelectric actuator and liquid ejection device can be provided.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a sectional view taken along line XX in FIG.
FIG. 2 is a schematic plan view showing another piezoelectric actuator, (a) is a schematic plan view of the piezoelectric actuator showing the corresponding part of FIGS. (B) and (c), and (b) is a schematic plan view of the piezoelectric actuator. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a heat radiating plate formed on the peripheral portion of the diaphragm, and FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a liquid ejection apparatus according to the present invention.
FIGS. 4A and 4B show the structure of a conventional liquid ejection apparatus, where FIG. 4A is a schematic cross-sectional view, and FIG. 4B is a plan view.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007074826A (en) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Fujifilm Corp | Minute electromechanical element and minute electromechanical element array |
JP2007097280A (en) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Kyocera Corp | Piezoelectric actuator and its manufacturing method, and ink-jet recording head |
US8125307B2 (en) | 2008-01-25 | 2012-02-28 | Tdk Corporation | Aggregate substrate, production method of aggregate substrate, and varistor |
JP2017022814A (en) * | 2015-07-08 | 2017-01-26 | セイコーエプソン株式会社 | Piezoelectric drive device, robot, and driving method of piezoelectric drive device |
JPWO2015045987A1 (en) * | 2013-09-30 | 2017-03-09 | 日立金属株式会社 | Flow control valve and mass flow control device using the same |
-
2003
- 2003-06-30 JP JP2003188603A patent/JP2005027402A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007074826A (en) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Fujifilm Corp | Minute electromechanical element and minute electromechanical element array |
JP2007097280A (en) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Kyocera Corp | Piezoelectric actuator and its manufacturing method, and ink-jet recording head |
US8125307B2 (en) | 2008-01-25 | 2012-02-28 | Tdk Corporation | Aggregate substrate, production method of aggregate substrate, and varistor |
TWI385678B (en) * | 2008-01-25 | 2013-02-11 | Tdk Corp | A manufacturing method of a collective substrate, a collective substrate, and a varistor |
JPWO2015045987A1 (en) * | 2013-09-30 | 2017-03-09 | 日立金属株式会社 | Flow control valve and mass flow control device using the same |
JP2017022814A (en) * | 2015-07-08 | 2017-01-26 | セイコーエプソン株式会社 | Piezoelectric drive device, robot, and driving method of piezoelectric drive device |
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