JP2010199508A - Method of manufacturing piezoelectric actuator, and method of manufacturing liquid transfer apparatus - Google Patents

Method of manufacturing piezoelectric actuator, and method of manufacturing liquid transfer apparatus Download PDF

Info

Publication number
JP2010199508A
JP2010199508A JP2009045884A JP2009045884A JP2010199508A JP 2010199508 A JP2010199508 A JP 2010199508A JP 2009045884 A JP2009045884 A JP 2009045884A JP 2009045884 A JP2009045884 A JP 2009045884A JP 2010199508 A JP2010199508 A JP 2010199508A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric layer
piezoelectric
film
manufacturing
flow path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009045884A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichiro Hara
光一郎 原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brother Industries Ltd filed Critical Brother Industries Ltd
Priority to JP2009045884A priority Critical patent/JP2010199508A/en
Publication of JP2010199508A publication Critical patent/JP2010199508A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily manufacture a piezoelectric actuator having a thin vibrating membrane as a single element. <P>SOLUTION: A separating membrane 81 (a base) formed of lead at a lower temperature than a predetermined temperature in an annealing treatment process is formed on a stage 80. Then, a piezoelectric layer 32 is formed by depositing particles of piezoelectric material on a surface of the separating membrane 81. The vibrating membrane 31 is formed by depositing particles of stainless steel on a surface of the piezoelectric layer 32 by an AD method. The separating membrane 81, vibrating membrane 31, and piezoelectric layer 32 are heated to a predetermined temperature, and heat treatment is carried out on the piezoelectric layer 32. At that time, the separating membrane 81 is molten in the annealing treatment process, the vibrating membrane 31 and piezoelectric layer 32 are removed from the stage 80, and are tilted to remove molten lead. After that, a plurality of individual electrodes 33 are respectively formed in regions opposite to a plurality of pressure chambers 14 on the piezoelectric layer 32. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧電アクチュエータの製造方法、及び、液体移送装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric actuator and a method for manufacturing a liquid transfer device.

従来から、振動板と振動板に形成された圧電層とを有し、電界が作用したときの圧電層の変形(圧電歪)を利用して対象を駆動する圧電アクチュエータがある。このような圧電アクチュエータの使用例としては、圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと接合されて、インクジェットヘッドを構成し、圧力室内の液体に圧力を付与するのに用いられることが知られている。このように圧電アクチュエータは、駆動対象に接続されて使用される。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is a piezoelectric actuator that has a diaphragm and a piezoelectric layer formed on the diaphragm and drives an object using deformation (piezoelectric strain) of the piezoelectric layer when an electric field is applied. As an example of use of such a piezoelectric actuator, it is used to apply pressure to liquid in a pressure chamber by being joined to a flow path unit in which a liquid flow path including a pressure chamber is formed to constitute an ink jet head. It has been known. As described above, the piezoelectric actuator is used by being connected to the drive target.

例えば、特許文献1及び特許文献2には、インクジェットヘッドの液体吐出用に圧電アクチュエータを使用した例が開示されている。この特許文献1及び特許文献2に記載したインクジェットヘッドの製造方法では、まず、流路ユニットの一部となり、圧力室が形成されることとなる金属プレート上に振動板を形成した後、振動板の金属プレートと反対側の面に圧電層を形成している。そして、この振動板及び圧電層が形成された金属プレートにエッチングにより圧力室を形成している。   For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 disclose examples in which a piezoelectric actuator is used for liquid ejection of an inkjet head. In the method of manufacturing an ink jet head described in Patent Document 1 and Patent Document 2, a diaphragm is first formed on a metal plate that is a part of a flow path unit and in which a pressure chamber is to be formed. A piezoelectric layer is formed on the surface opposite to the metal plate. A pressure chamber is formed by etching in the metal plate on which the vibration plate and the piezoelectric layer are formed.

特開2006−006096号公報(図14)Japanese Patent Laying-Open No. 2006-006096 (FIG. 14) 特開2006−175600号公報(図4)JP 2006-175600 A (FIG. 4)

しかしながら、特許文献1及び特許文献2に記載のインクジェットヘッドの製造方法では、圧電アクチュエータによって駆動される駆動対象である流路ユニットの一部となる金属プレート上に振動板及び圧電層を形成することで圧電アクチュエータを製造しており、振動板及び圧電層からなる圧電アクチュエータを単体で製造していない。つまり、圧電アクチュエータの製造工程中に、駆動対象の少なくとも一部が一体化されている。そのため、流路ユニットの形状材質や製造方法を考慮しながら、圧電アクチュエータを製造する必要があり、インクジェットヘッドの設計時の自由度が低くなってしまう。また、圧電アクチュエータ自体の形状材質や製造方法にも影響を及ぼしてしまい、インクジェットヘッドの設計時の自由度が低くなってしまう。   However, in the inkjet head manufacturing method described in Patent Document 1 and Patent Document 2, the diaphragm and the piezoelectric layer are formed on the metal plate that is a part of the flow path unit that is driven by the piezoelectric actuator. The piezoelectric actuator is manufactured by, and the piezoelectric actuator composed of the diaphragm and the piezoelectric layer is not manufactured alone. That is, at least a part of the drive target is integrated during the manufacturing process of the piezoelectric actuator. Therefore, it is necessary to manufacture the piezoelectric actuator while taking into consideration the shape material and manufacturing method of the flow path unit, and the degree of freedom in designing the inkjet head is reduced. In addition, the shape material and manufacturing method of the piezoelectric actuator itself are affected, and the degree of freedom in designing the ink jet head is reduced.

例えば、金属プレートに振動板と圧電層を形成した後に、金属プレートにエッチングにより圧力室を形成すると、振動板と圧電層もエッチングされるおそれがある。エッチングされないように形成することは、エッチングの制御が非常に困難なものとなる。また、振動板と圧電層の材料をエッチングされない材料にすることも考えられるが、その場合には、振動板と圧電層を形成可能な材料が限られてしまう。また、エッチング以外の方法で金属プレートに圧力室を形成しようとすると、金属プレートへの圧力室の形成方法が限られてしまう。   For example, if a pressure chamber is formed in a metal plate by etching after forming the vibration plate and the piezoelectric layer on the metal plate, the vibration plate and the piezoelectric layer may also be etched. Forming such that it is not etched makes it very difficult to control the etching. In addition, it is conceivable that the material of the diaphragm and the piezoelectric layer is a material that is not etched, but in this case, the materials that can form the diaphragm and the piezoelectric layer are limited. In addition, when a pressure chamber is formed on the metal plate by a method other than etching, the method for forming the pressure chamber on the metal plate is limited.

そこで、本発明の目的は、薄い振動膜を有する圧電アクチュエータを単体で容易に製造でき、自由度の高い設計が可能となる圧電アクチュエータの製造方法及び液体移送装置の製造方法を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a piezoelectric actuator and a method for manufacturing a liquid transfer device, in which a piezoelectric actuator having a thin vibration film can be easily manufactured as a single unit, and a highly flexible design is possible. .

本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、基材の一表面に前記基材の融点または熱分解温度よりも高い融点の材料で振動膜と圧電層を成膜して形成する成膜工程と、前記成膜工程の後に、前記振動膜及び前記圧電層の融点よりも低く、且つ、前記基材の融点または熱分解温度よりも高い所定温度に前記基材を加熱して除去する除去工程と、を備えている。   The method for manufacturing a piezoelectric actuator of the present invention includes a film forming step of forming a vibration film and a piezoelectric layer on one surface of a base material with a material having a melting point higher than the melting point or thermal decomposition temperature of the base material, After the film forming step, a removing step of removing the substrate by heating to a predetermined temperature lower than the melting point of the vibrating membrane and the piezoelectric layer and higher than the melting point or thermal decomposition temperature of the substrate. I have.

本発明の圧電アクチュエータの製造方法によると、成膜された振動膜及び圧電層を基材から容易に取り外すことができ、薄い振動膜を有する圧電アクチュエータを単体で製造することができる。このように、単体で製造された圧電アクチュエータを用いることで、圧電アクチュエータと接続されて駆動される駆動対象の形状材質や製造方法などに依存しない自由度の高い設計が可能となる。   According to the method for manufacturing a piezoelectric actuator of the present invention, the formed vibration film and piezoelectric layer can be easily detached from the base material, and a piezoelectric actuator having a thin vibration film can be manufactured alone. In this way, by using a piezoelectric actuator manufactured as a single unit, it is possible to design with a high degree of freedom without depending on the shape material or manufacturing method of the driving target connected to the piezoelectric actuator and driven.

また、前記成膜工程においては、エアロゾルデポジション法により前記圧電層を形成しており、前記成膜工程の後に、前記圧電層のアニール処理可能な前記所定温度で前記圧電層を加熱する加熱工程をさらに備えており、前記加熱工程は、前記除去工程を兼ねており、前記基材もともに加熱して除去することが好ましい。成膜工程において、エアロゾルデポジション法によって圧電層を形成すると、圧電層の圧電特性を向上させるために、アニール処理として圧電層を加熱する工程が必要となる。これによると、加熱工程が除去工程を兼ねているため、製造工程を簡略化することができる。   In the film formation step, the piezoelectric layer is formed by an aerosol deposition method, and after the film formation step, the piezoelectric layer is heated at the predetermined temperature at which the piezoelectric layer can be annealed. The heating step also serves as the removal step, and it is preferable that both the base material be heated and removed. When the piezoelectric layer is formed by the aerosol deposition method in the film forming step, a step of heating the piezoelectric layer is necessary as an annealing process in order to improve the piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer. According to this, since the heating process also serves as the removal process, the manufacturing process can be simplified.

また、前記成膜工程においては、ゾルゲル法により前記圧電層を形成しており、前記成膜工程の後に、ゲル中の溶媒を除去可能な前記所定温度で前記圧電層を加熱する加熱工程をさらに備えており、前記加熱工程は、前記除去工程を兼ねており、前記基材もともに加熱して除去してもよい。成膜工程において、ゾルゲル法によって圧電層を形成すると、ゲル中の溶媒を揮発させて除去するために、圧電層を加熱する工程が必要となる。これによると、加熱工程が除去工程を兼ねているため、製造工程を簡略化することができる。   Further, in the film formation step, the piezoelectric layer is formed by a sol-gel method, and after the film formation step, a heating step of heating the piezoelectric layer at the predetermined temperature capable of removing the solvent in the gel is further included. The heating step also serves as the removing step, and both the substrate may be heated and removed. When the piezoelectric layer is formed by the sol-gel method in the film forming step, a step of heating the piezoelectric layer is required in order to volatilize and remove the solvent in the gel. According to this, since the heating process also serves as the removal process, the manufacturing process can be simplified.

また、前記成膜工程においては、前記基材の前記一表面に前記圧電層を形成した後、前記圧電層の前記基材と反対側の面に前記振動膜を形成することが好ましい。これによると、基材の表面が平滑であれば、圧電層の基材と対向する面を平滑に形成することができるとともに、圧電層の膜厚を面全体で均一にすることができる。   In the film forming step, it is preferable that the piezoelectric film is formed on the one surface of the base material, and then the vibration film is formed on a surface of the piezoelectric layer opposite to the base material. According to this, if the surface of the substrate is smooth, the surface of the piezoelectric layer facing the substrate can be formed smoothly, and the film thickness of the piezoelectric layer can be made uniform over the entire surface.

さらに、前記基材は、鉛を含有する材料で形成されており、前記成膜工程においては、前記基材の前記一表面に鉛を含有した圧電材料により前記圧電層を形成することが好ましい。基材と圧電層を加熱すると、基材を形成する材料が拡散し圧電層に達してしまう。これによると、鉛を含有した材料により形成された圧電層に対して、基材も鉛を含有する材料で形成されているため、この基材から拡散した鉛が圧電層に達してしまっても、他の材料が拡散する場合に比べて圧電層に対して悪影響を与えにくい。また、圧電層から基材に対して鉛が拡散するのを防止することができる。   Furthermore, the base material is formed of a lead-containing material, and in the film forming step, the piezoelectric layer is preferably formed of a piezoelectric material containing lead on the one surface of the base material. When the base material and the piezoelectric layer are heated, the material forming the base material diffuses and reaches the piezoelectric layer. According to this, since the base material is also made of a material containing lead in contrast to the piezoelectric layer made of a material containing lead, even if lead diffused from this base material reaches the piezoelectric layer. Compared with the case where other materials diffuse, the piezoelectric layer is hardly adversely affected. Moreover, it is possible to prevent lead from diffusing from the piezoelectric layer to the base material.

本発明の液体移送装置の製造方法は、圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニット上に少なくとも前記圧力室を覆うように配置された振動膜及び前記振動膜の前記圧力室と反対側に配置された圧電層を含んだ圧電アクチュエータと、を備えた液体移送装置の製造方法であって、基材の一表面に前記基材の融点または熱分解温度よりも高い融点の材料で振動膜及び圧電層を成膜して形成する成膜工程と、前記成膜工程の後に、前記振動膜及び前記圧電層の融点よりも低く、且つ、前記基材の融点または熱分解温度よりも高い所定温度で前記基材を加熱して除去する除去工程と、前記除去工程の後に、前記流路ユニット上に前記振動膜の前記圧電層が配置された面と反対側の面を対向させて、前記振動膜が前記圧力室を覆うように、前記振動膜と前記流路ユニットを接合する接合工程と、を備えている。   The liquid transfer device manufacturing method of the present invention includes a flow path unit in which a liquid flow path including a pressure chamber is formed, a vibration film disposed on the flow path unit so as to cover at least the pressure chamber, and the vibration film. A piezoelectric actuator including a piezoelectric layer disposed on the opposite side of the pressure chamber, and a method of manufacturing a liquid transfer device, wherein one surface of the substrate has a melting point or thermal decomposition temperature higher than that of the substrate. A film forming step of forming the vibration film and the piezoelectric layer with a material having a high melting point; and after the film forming step, the melting point of the base material is lower than the melting point of the vibration film and the piezoelectric layer and A removal step of heating and removing the base material at a predetermined temperature higher than a thermal decomposition temperature; and after the removal step, on the opposite side of the surface on which the piezoelectric layer of the vibrating membrane is disposed on the flow path unit The vibrating membrane makes the pressure chamber face to face The Migihitsuji, and a, a bonding step of bonding the flow path unit and the vibrating membrane.

本発明の液体移送装置の製造方法によると、成膜された振動膜及び圧電層を基材から容易に取り外すことができ、薄い振動膜を有する圧電アクチュエータを単体で製造することができる。また、圧電アクチュエータを製造後に流路ユニットと接合しているため、流路ユニットをその形状や材質、製造方法などに依存しない自由度の高い設計が可能となる。   According to the method for manufacturing a liquid transfer device of the present invention, the formed vibration film and piezoelectric layer can be easily detached from the substrate, and a piezoelectric actuator having a thin vibration film can be manufactured alone. Further, since the piezoelectric actuator is joined to the flow path unit after manufacturing, the flow path unit can be designed with a high degree of freedom without depending on its shape, material, manufacturing method, and the like.

また、前記成膜工程において、エアロゾルデポジション法により前記圧電層を形成した後に、前記接合工程を行うことが好ましい。これによると、成膜工程において振動膜に噴きつけられたものの、振動膜に堆積しなかった圧電材料の粒子が流路ユニットに形成された液体流路内に侵入するおそれがなく、仮に、液体流路内に粒子が侵入したときに行うような洗浄工程などの液体流路内の粒子を除去する工程が不要となる。   In the film formation step, it is preferable that the bonding step is performed after the piezoelectric layer is formed by an aerosol deposition method. According to this, there is no possibility that particles of the piezoelectric material that were sprayed on the vibration film in the film formation process but did not deposit on the vibration film enter the liquid flow path formed in the flow path unit. A step of removing particles in the liquid flow path, such as a cleaning process performed when particles enter the flow path, becomes unnecessary.

成膜された振動膜及び圧電層を基材から容易に取り外すことができ、薄い振動膜を有する圧電アクチュエータを単体で製造することができる。このように、単体で製造された圧電アクチュエータを用いることで、圧電アクチュエータと接続されて駆動される対象の形状材質や製造方法などに依存しない自由度の高い設計が可能となる。   The formed vibration film and piezoelectric layer can be easily detached from the substrate, and a piezoelectric actuator having a thin vibration film can be manufactured alone. Thus, by using a piezoelectric actuator manufactured as a single unit, it is possible to design with a high degree of freedom without depending on the shape material or manufacturing method of the target connected to the piezoelectric actuator and driven.

本実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an inkjet printer according to an embodiment. インクジェットヘッドの平面図である。It is a top view of an inkjet head. 図2の部分拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2. 図3のA―A線断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3. インクジェットヘッドの製造工程を示す工程図であり、(a)は分離膜形成工程、(b)は圧電層形成工程、(c)は振動膜形成工程、(d)は除去工程、(e)は接合工程である。It is process drawing which shows the manufacturing process of an inkjet head, (a) is a separation membrane formation process, (b) is a piezoelectric layer formation process, (c) is a vibration film formation process, (d) is a removal process, (e) is a process It is a joining process. 圧電層形成工程時のチャンバー内の概略構成図である。It is a schematic block diagram in the chamber at the time of a piezoelectric layer formation process.

次に、本発明の好適な実施形態について説明する。本実施形態は、インク流路内においてインクをノズルまで移送しつつ、ノズルからインクを吐出する液体移送装置としてのインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。   Next, a preferred embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is an example in which the present invention is applied to an inkjet head as a liquid transfer device that discharges ink from a nozzle while transferring ink to the nozzle in an ink flow path.

まず、このインクジェットヘッドを有するインクジェットプリンタについて説明する。図1は、本実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。図1に示すように、インクジェットプリンタ100は、図1の左右方向(走査方向)に往復移動可能なキャリッジ2と、このキャリッジ2の下面に設けられ、記録用紙Pに対してインクを吐出するシリアル型のインクジェットヘッド1と、記録用紙Pを図1の前方へ搬送する搬送ローラ3などを有している。   First, an ink jet printer having this ink jet head will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ink jet printer according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, an inkjet printer 100 includes a carriage 2 that can reciprocate in the left-right direction (scanning direction) in FIG. 1, and a serial that is provided on the lower surface of the carriage 2 and that ejects ink onto recording paper P. The ink jet head 1 of a type | mold and the conveyance roller 3 etc. which convey the recording paper P to the front of FIG.

インクジェットプリンタ100は、キャリッジ2とともにインクジェットヘッド1を走査方向に往復移動させながら、インクジェットヘッド1のノズル20(図2〜図4参照)から記録用紙Pへインクを吐出させて、記録用紙Pに所定の画像や文字などを記録するとともに、画像などが記録された記録用紙Pを搬送ローラ3により前方へ排出する。   The ink jet printer 100 ejects ink onto the recording paper P from the nozzles 20 (see FIGS. 2 to 4) of the ink jet head 1 while reciprocating the ink jet head 1 together with the carriage 2 in the scanning direction. The recording paper P on which the image and the like are recorded is discharged forward by the conveying roller 3.

次に、インクジェットヘッド1について説明する。図2は、インクジェットヘッドの平面図である。図3は、図2の部分拡大図である。図4は、図3のA―A線断面図である。図2〜図4に示すように、インクジェットヘッド1は、多数のノズル20や圧力室14を含むインク流路が形成された流路ユニット4と、この流路ユニット4の上面に配置され、圧力室14内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ5とを有している。   Next, the inkjet head 1 will be described. FIG. 2 is a plan view of the inkjet head. FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. As shown in FIGS. 2 to 4, the inkjet head 1 is disposed on the upper surface of the flow path unit 4 in which an ink flow path including a number of nozzles 20 and pressure chambers 14 is formed, And a piezoelectric actuator 5 that applies pressure to the ink in the chamber 14.

まず、流路ユニット4について説明する。流路ユニット4は、上層から順にキャビティプレート41、ベースプレート42、アパーチャプレート43、2枚のマニホールドプレート44,45、ダンパープレート46、カバープレート47、及び、ノズルプレート48の、平面視で同じ外形を有する計8枚のプレート41〜48が積層状態で接合されている。   First, the flow path unit 4 will be described. The flow path unit 4 has the same outer shape in plan view of the cavity plate 41, the base plate 42, the aperture plate 43, the two manifold plates 44 and 45, the damper plate 46, the cover plate 47, and the nozzle plate 48 in order from the upper layer. A total of eight plates 41 to 48 are joined in a laminated state.

8枚のプレート41〜48のうち、最下層のノズルプレート48は、ポリイミドなどの合成樹脂材料で形成され、残り7枚のプレート41〜47は、それぞれ、ステンレス板などの金属プレートとなっている。7枚のプレート41〜47の各プレート間は、接着剤や金属拡散などにより互いに接合されている。また、プレート47,48間は、接着剤により互いに接合されている。   Of the eight plates 41 to 48, the lowermost nozzle plate 48 is formed of a synthetic resin material such as polyimide, and the remaining seven plates 41 to 47 are each a metal plate such as a stainless steel plate. . The seven plates 41 to 47 are joined to each other by an adhesive or metal diffusion. Further, the plates 47 and 48 are joined to each other by an adhesive.

8枚のプレート41〜48のうち、最上層に位置するキャビティプレート41には、複数の圧力室14が厚み方向に貫通して形成されている。各圧力室14は、走査方向を長手方向とする略楕円状の平面形状を有し、その上側に後述する振動膜31と下側にベースプレート42とが積層されたときに、圧力室14が形成される。複数の圧力室14は、紙送り方向(図2の上下方向)に2列に配列されている。   Among the eight plates 41 to 48, a plurality of pressure chambers 14 are formed penetrating in the thickness direction in the cavity plate 41 located in the uppermost layer. Each pressure chamber 14 has a substantially elliptical planar shape with the scanning direction as a longitudinal direction, and the pressure chamber 14 is formed when a vibration film 31 (to be described later) and a base plate 42 are stacked on the upper side. Is done. The plurality of pressure chambers 14 are arranged in two rows in the paper feeding direction (vertical direction in FIG. 2).

ベースプレート42には、圧力室14の長手方向の両端部にそれぞれ連通する貫通孔15,16が形成されている。アパーチャプレート43には、ベースプレート42の貫通孔15に連通するとともに圧力室14の長手方向に沿って延び、平面視で後述するマニホールド流路17と重なる位置にハーフエッチングにより形成された絞り流路52と、貫通孔16に連通する貫通孔58が形成されている。   The base plate 42 is formed with through holes 15 and 16 communicating with both end portions of the pressure chamber 14 in the longitudinal direction. The aperture plate 43 communicates with the through hole 15 of the base plate 42 and extends along the longitudinal direction of the pressure chamber 14, and is a throttle channel 52 formed by half etching at a position overlapping a manifold channel 17 described later in plan view. And a through hole 58 communicating with the through hole 16 is formed.

2枚のマニホールドプレート44,45には、紙送り方向に延在し、それぞれマニホールド流路17の一部をなすマニホールド形成孔17a,17bが、圧力室14の列に対応して形成されている。そして、これら2つのマニホールド形成孔17a,17bが上下に重なった状態で、アパーチャプレート43とダンパープレート46によって上下両側から塞がれることにより、マニホールド流路17が紙送り方向に2列形成されている。   In the two manifold plates 44 and 45, manifold forming holes 17 a and 17 b that extend in the paper feeding direction and respectively form part of the manifold channel 17 are formed corresponding to the rows of the pressure chambers 14. . Then, in a state where these two manifold forming holes 17a and 17b are vertically overlapped, the manifold plate 17 is formed in two rows in the paper feed direction by being blocked from the upper and lower sides by the aperture plate 43 and the damper plate 46. Yes.

これら2列のマニホールド流路17は、平面視で、2列に配列された圧力室14のマニホールド形成孔17a,17b側の部分と重なるように、紙送り方向に延びている。これら2列のマニホールド流路17は、キャビティプレート41に形成されたインク供給口18に連通しており、図示しないインクタンクからインク供給口18を介してマニホールド流路17へインクが供給される。マニホールド流路17に供給されたインクは、複数の圧力室14へ供給される。つまり、マニホールド流路17は、複数の圧力室14にインクを共通に供給する共通インク室となっている。さらに、2枚のマニホールドプレート44,45には、アパーチャプレート43の貫通孔58に連なる貫通孔59,60がそれぞれ形成されている。   These two rows of manifold channels 17 extend in the paper feed direction so as to overlap the manifold forming holes 17a, 17b side portions of the pressure chambers 14 arranged in two rows in plan view. These two rows of manifold channels 17 communicate with ink supply ports 18 formed in the cavity plate 41, and ink is supplied from an ink tank (not shown) to the manifold channels 17 via the ink supply ports 18. The ink supplied to the manifold channel 17 is supplied to the plurality of pressure chambers 14. That is, the manifold channel 17 is a common ink chamber that supplies ink to the plurality of pressure chambers 14 in common. Further, the two manifold plates 44 and 45 are formed with through holes 59 and 60 that are continuous with the through hole 58 of the aperture plate 43, respectively.

ダンパープレート46の下面の、平面視でマニホールド流路17とそれぞれ重なる位置には、ハーフエッチングにより凹部61が形成されている。つまり、ダンパープレート46は、凹部61が形成された部分において厚みが局所的に薄くなっており、この薄肉部分が、マニホールド流路17内のインクの圧力変動を減衰させるダンパー部として働く。また、ダンパープレート46には、マニホールドプレート45の貫通孔60に連なる貫通孔62が形成されている。カバープレート47には、ダンパープレート46の貫通孔62に連通する貫通孔63が形成されている。   A recess 61 is formed by half-etching at a position on the lower surface of the damper plate 46 that overlaps the manifold channel 17 in plan view. That is, the damper plate 46 is locally thin at the portion where the recess 61 is formed, and this thin portion functions as a damper portion that attenuates ink pressure fluctuations in the manifold channel 17. Further, the damper plate 46 is formed with a through hole 62 that is continuous with the through hole 60 of the manifold plate 45. The cover plate 47 is formed with a through hole 63 communicating with the through hole 62 of the damper plate 46.

8枚のプレート41〜48のうち、最下層に位置するノズルプレート48には、カバープレート47の貫通孔63に連通するノズル20が形成されている。図2に示すように、複数のノズル20は、紙送り方向に2列配列された複数の圧力室14のマニホールド流路17と反対側の端部とそれぞれ重なるように配置されて、紙送り方向に2列のノズル列を構成している。   Of the eight plates 41 to 48, the nozzle 20 that communicates with the through hole 63 of the cover plate 47 is formed in the nozzle plate 48 that is positioned at the lowest layer. As shown in FIG. 2, the plurality of nozzles 20 are disposed so as to overlap with the ends of the plurality of pressure chambers 14 arranged in two rows in the paper feeding direction on the opposite side to the manifold channel 17, respectively. Two nozzle rows are configured.

以上説明した8枚のプレート41〜48が積層した状態で接合されることにより、流路ユニット4内に、インク供給口18に連通するマニホールド流路17から分岐して圧力室14を経由してノズル20に至るインク流路が形成されている。   When the eight plates 41 to 48 described above are joined in a stacked state, the flow path unit 4 branches from the manifold flow path 17 communicating with the ink supply port 18 and passes through the pressure chamber 14. An ink flow path reaching the nozzle 20 is formed.

次に、圧電アクチュエータ5について説明する。図4に示すように、圧電アクチュエータ5は、振動膜31、圧電層32及び複数の個別電極33を有している。   Next, the piezoelectric actuator 5 will be described. As shown in FIG. 4, the piezoelectric actuator 5 includes a vibration film 31, a piezoelectric layer 32, and a plurality of individual electrodes 33.

振動膜31は、ステンレスから形成された薄い金属膜となっている。この振動膜31は、キャビティプレート41の上面に配置されており、図示しない位置で接地されグランド電位に保持されている。   The vibration film 31 is a thin metal film made of stainless steel. The vibration film 31 is disposed on the upper surface of the cavity plate 41, and is grounded at a position not shown and held at the ground potential.

圧電層32は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料を含む層であり、振動膜31の上面(圧力室14と反対側)に、複数の圧力室14にまたがって連続的に配置されている。また、圧電層32は、予めその厚み方向に分極されている。   The piezoelectric layer 32 is a layer containing a piezoelectric material mainly composed of lead zirconate titanate, which is a mixed crystal of lead titanate and lead zirconate, and is formed on the upper surface (opposite to the pressure chamber 14) of the vibration film 31. , And are continuously arranged across the plurality of pressure chambers 14. The piezoelectric layer 32 is previously polarized in the thickness direction.

複数の個別電極33は、圧力室14より一回り小さい略楕円形の平面形状を有し、圧電層32の上面であって、平面視で複数の圧力室14の略中央部と重なる位置に配置されている。個別電極33は、白金、パラジウム、金、銀などの導電性材料からなる。個別電極33の長手方向に関するノズル20と反対側の端部は、走査方向に圧力室14と対向しない部分まで延びており、その先端部が、図示しないFPCに接続される接続端子となっている。個別電極33には、図示しないドライバICによりFPCを介して駆動電位が付与される。   The plurality of individual electrodes 33 have a substantially elliptical planar shape that is slightly smaller than the pressure chamber 14, and are arranged on the upper surface of the piezoelectric layer 32 so as to overlap with substantially central portions of the plurality of pressure chambers 14 in plan view. Has been. The individual electrode 33 is made of a conductive material such as platinum, palladium, gold, or silver. The end of the individual electrode 33 on the opposite side to the nozzle 20 in the longitudinal direction extends to a portion not facing the pressure chamber 14 in the scanning direction, and the tip thereof serves as a connection terminal connected to an FPC (not shown). . A driving potential is applied to the individual electrode 33 via an FPC by a driver IC (not shown).

ここで、圧電アクチュエータ5のインク吐出時における作用について説明する。あるノズル20からインクを吐出させる場合には、このノズル20に連通する圧力室14に対応する個別電極33に、ドライバICから駆動電位が付与される。すると、駆動電位が付与された個別電極33とグランド電位に保持されている振動膜31との間に電位差が生じ、両者に挟まれた圧電層32に厚み方向に平行な電界が発生する。この電界の方向は、圧電層32の分極方向と一致するので、厚み方向に分極された圧電層32は、電界の方向と直交する水平方向に収縮する(圧電横効果)。これによって、振動膜31の圧力室14と対向する部分が圧力室14側に凸となるように変形する(ユニモルフ変形)。このとき、圧力室14の容積が減少することになり、その内部のインクの圧力が上昇し、圧力室14に連通するノズル20からインクが吐出される。   Here, the operation of the piezoelectric actuator 5 during ink ejection will be described. When ink is ejected from a certain nozzle 20, a driving potential is applied from the driver IC to the individual electrode 33 corresponding to the pressure chamber 14 communicating with the nozzle 20. Then, a potential difference is generated between the individual electrode 33 to which the driving potential is applied and the vibration film 31 held at the ground potential, and an electric field parallel to the thickness direction is generated in the piezoelectric layer 32 sandwiched between the two. Since the direction of the electric field coincides with the polarization direction of the piezoelectric layer 32, the piezoelectric layer 32 polarized in the thickness direction contracts in a horizontal direction perpendicular to the direction of the electric field (piezoelectric lateral effect). As a result, the portion of the vibrating membrane 31 facing the pressure chamber 14 is deformed so as to protrude toward the pressure chamber 14 (unimorph deformation). At this time, the volume of the pressure chamber 14 decreases, the pressure of the ink inside the pressure chamber 14 increases, and ink is ejected from the nozzle 20 communicating with the pressure chamber 14.

次に、インクジェットヘッド1の製造方法について説明する。図5はインクジェットヘッドの製造工程を示す工程図であり、(a)は分離膜形成工程、(b)は圧電層形成工程、(c)は振動膜形成工程、(d)は除去工程、(e)は接合工程である。図6は、圧電層形成工程時のチャンバー内の概略構成図である。本実施形態におけるインクジェットヘッド1は、まず、圧電アクチュエータ5を単体で製造した後、流路ユニット4と接合して製造している。   Next, a method for manufacturing the inkjet head 1 will be described. 5A and 5B are process diagrams showing the manufacturing process of the inkjet head, in which FIG. 5A is a separation film forming process, FIG. 5B is a piezoelectric layer forming process, FIG. 5C is a vibration film forming process, FIG. e) is a joining process. FIG. 6 is a schematic configuration diagram in the chamber during the piezoelectric layer forming step. The inkjet head 1 according to the present embodiment is manufactured by first manufacturing the piezoelectric actuator 5 alone and then joining the flow path unit 4.

まず、図5(a)に示すように、後述するAD法を行うチャンバー内のステージ80の表面に、融点が後述するアニール処理工程での所定の温度(例えば、800℃:以下、アニール処理温度と称す)よりも低い鉛からなる平板状の分離膜81(基材)をスパッタ法により形成する。なお、ステージ80への分離膜81の形成は、AD法を行うチャンバー内で行ってもよいし、AD法とスパッタ法を行うチャンバーが別々のチャンバーであれば、スパッタ法に用いるチャンバー内にステージ80を取り付けて分離膜81を形成してから、ステージ80を取り外してAD法を行うチャンバー内に取り付けてもよい。   First, as shown in FIG. 5 (a), a predetermined temperature (for example, 800 ° C .: below, annealing treatment temperature) having a melting point on the surface of a stage 80 in a chamber in which an AD method described later is performed will be described later. A flat plate-like separation membrane 81 (base material) made of lead lower than the above is formed by sputtering. The formation of the separation film 81 on the stage 80 may be performed in a chamber where the AD method is performed, or if the chamber where the AD method and the sputtering method are separate chambers, the stage is placed in the chamber used for the sputtering method. After 80 is attached to form the separation membrane 81, the stage 80 may be removed and attached to the chamber in which the AD method is performed.

次に、図5(b)に示すように、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との混晶であるチタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料を用いて、エアロゾルデポジション法(AD法)により圧電材料の粒子を分離膜81の表面に堆積させることにより圧電層32を形成する(圧電層形成工程)。   Next, as shown in FIG. 5B, an aerosol deposition method (AD method) using a piezoelectric material mainly composed of lead zirconate titanate which is a mixed crystal of lead titanate and lead zirconate. Thus, the piezoelectric layer 32 is formed by depositing particles of the piezoelectric material on the surface of the separation film 81 (piezoelectric layer forming step).

AD法は、図6に示すように、チャンバー70内を真空にして、チャンバーと圧電層32を形成する粒子と気体(キャリアガス)との混合物(エアロゾル)が封入された図示しないエアロゾル室との間の気圧差により、エアロゾル室に連通する噴射ノズル73からエアロゾルを振動膜31に噴きつけて、粒子を高速で分離膜81に衝突させるとともに、ステージを水平方向に往復移動させることにより分離膜81上に圧電材料の粒子を堆積させる成膜法である。   In the AD method, as shown in FIG. 6, the inside of the chamber 70 is evacuated, and an aerosol chamber (not shown) in which a mixture (aerosol) of particles and gas (carrier gas) forming the chamber and the piezoelectric layer 32 is enclosed. Due to the pressure difference between them, the aerosol is sprayed onto the vibrating membrane 31 from the spray nozzle 73 communicating with the aerosol chamber, the particles collide with the separation membrane 81 at a high speed, and the stage is reciprocated in the horizontal direction to separate the separation membrane 81. This is a film forming method in which particles of piezoelectric material are deposited.

続いて、図5(c)に示すように、AD法によりステンレスの粒子を圧電層32の表面に堆積させることにより振動膜31を形成する(振動膜形成工程)。本実施形態における圧電層形成工程及び振動膜形成工程は、本発明における成膜工程に相当する。   Subsequently, as shown in FIG. 5C, the vibration film 31 is formed by depositing stainless particles on the surface of the piezoelectric layer 32 by the AD method (vibration film forming step). The piezoelectric layer forming step and the vibration film forming step in the present embodiment correspond to the film forming step in the present invention.

なお、エアロゾル室に封入された圧電材料の粒子と気体とのエアロゾルを、ステンレスの粒子と気体とのエアロゾルに入れ替えることか、もしくは、噴射ノズル73の連通先を圧電材料の粒子と気体とのエアロゾルが封入されたエアロゾル室からステンレスの粒子と気体とのエアロゾルが封入されたエアロゾル室に切り換えることで、同じチャンバー内でAD法により圧電層形成工程と振動膜形成工程を行うことができる。また、チャンバー70内のステージ80を取り外し自在にして、圧電材料の粒子と気体とのエアロゾルが封入されたエアロゾル室を備えたチャンバー内にこのステージ80を取り付けて、圧電層形成工程を行った後、ステージ80を取り外して、このステージ80をステンレスの粒子と気体とのエアロゾルが封入されたエアロゾル室を備えたチャンバー内に取り付けて、振動膜形成工程を行ってもよい。   The aerosol of piezoelectric material particles and gas sealed in the aerosol chamber is replaced with an aerosol of stainless steel particles and gas, or the spray nozzle 73 is connected to the aerosol of piezoelectric material particles and gas. By switching from the aerosol chamber in which is encapsulated to the aerosol chamber in which the aerosol of stainless particles and gas is encapsulated, the piezoelectric layer forming step and the vibration film forming step can be performed by the AD method in the same chamber. Further, after the stage 80 in the chamber 70 is made detachable, the stage 80 is attached in a chamber having an aerosol chamber in which aerosol of piezoelectric material particles and gas is sealed, and the piezoelectric layer forming step is performed. Alternatively, the stage 80 may be removed, and the stage 80 may be attached to a chamber having an aerosol chamber in which an aerosol of stainless particles and gas is sealed, and the vibration film forming process may be performed.

AD法により圧電層32を形成した場合に、圧電層32中に粒子の微細化や格子欠陥などが生じていると、振動膜31を変形させるのに必要な圧電特性を得られない。そこで、圧電材料の粒子結晶を成長させるとともに結晶中の格子欠陥を修復して、圧電特性を向上させるために、分離膜81、振動膜31及び圧電層32をアニール処理温度に加熱して、圧電層32に対して熱処理を施す(アニール処理工程)。   When the piezoelectric layer 32 is formed by the AD method, the piezoelectric characteristics necessary for deforming the vibration film 31 cannot be obtained if particle miniaturization or lattice defects occur in the piezoelectric layer 32. Therefore, in order to grow the particle crystal of the piezoelectric material and repair the lattice defects in the crystal to improve the piezoelectric characteristics, the separation film 81, the vibration film 31 and the piezoelectric layer 32 are heated to the annealing temperature to thereby reduce the piezoelectricity. A heat treatment is performed on the layer 32 (annealing process).

このとき、図5(d)に示すように、鉛からなる分離膜81の融点は約327℃であり、アニール処理温度よりも低いため、アニール処理工程で溶けて、振動膜31及び圧電層32はステージ80から取り外され、振動膜31及び圧電層32を傾けるなどして、溶けた鉛を除去する。このとき、振動膜31単体では薄いため、持ち運びが困難である。また、チタン酸ジルコン酸鉛からなる圧電層32は、脆性材料であるため壊れやすい。しかし、振動膜31と圧電層32が積層されて一体となっているため、持ち運びが容易となる。つまり、振動膜31単体での持ち運びがないため、持ち運び可能な厚みなどを考慮せずに所望の薄い振動膜31を形成することができ、圧電層32を振動膜31が補強しているため、圧電層32を壊れにくくすることができる。また、振動膜31は薄いと変形しやすく、圧力室14の変形量が大きくなるため、圧力室14内のインクに高い圧力を付与することができ、ドライバICから印加する駆動電圧を低電圧にすることができる。また、アニール処理工程が、分離膜81を加熱して除去する除去工程を兼ねているため、製造工程を簡略化することができる。   At this time, as shown in FIG. 5D, since the melting point of the separation film 81 made of lead is about 327 ° C. and lower than the annealing temperature, it melts in the annealing process, and the vibration film 31 and the piezoelectric layer 32 are melted. Is removed from the stage 80 and the dissolved lead is removed by tilting the vibration film 31 and the piezoelectric layer 32. At this time, since the diaphragm 31 is thin, it is difficult to carry. In addition, the piezoelectric layer 32 made of lead zirconate titanate is fragile and easily broken. However, since the vibration film 31 and the piezoelectric layer 32 are laminated and integrated, it is easy to carry. That is, since the vibrating membrane 31 is not carried alone, a desired thin vibrating membrane 31 can be formed without considering the portable thickness, and the vibrating membrane 31 reinforces the piezoelectric layer 32. The piezoelectric layer 32 can be made difficult to break. Further, if the vibration film 31 is thin, it easily deforms, and the amount of deformation of the pressure chamber 14 increases. Therefore, a high pressure can be applied to the ink in the pressure chamber 14, and the drive voltage applied from the driver IC is set to a low voltage. can do. Moreover, since the annealing process also serves as a removal process for heating and removing the separation membrane 81, the manufacturing process can be simplified.

その後、圧電層32上の複数の圧力室14と対向する領域に、複数の個別電極33をそれぞれ形成する。複数の個別電極33は、スクリーン印刷、蒸着法、スパッタ法などにより一度に形成する。これにより圧電アクチュエータ5が完成する。   Thereafter, a plurality of individual electrodes 33 are formed in regions facing the plurality of pressure chambers 14 on the piezoelectric layer 32. The plurality of individual electrodes 33 are formed at a time by screen printing, vapor deposition, sputtering, or the like. Thereby, the piezoelectric actuator 5 is completed.

次に、流路ユニット4を構成するプレートのうちの金属プレートである、キャビティプレート41、ベースプレート42、アパーチャプレート43、2枚のマニホールドプレート44,45、ダンパープレート46、カバープレート47に圧力室14やマニホールド流路17などのインク流路を構成する厚み方向に貫通した孔を形成する。これらのプレート41〜47は、金属材料からなるため、エッチングによりインク流路を構成する厚み方向に貫通した孔を容易に形成することができる。また、アパーチャプレート43に絞り流路52、及び、ダンパープレート46に凹部61をハーフエッチングにより形成する。また、合成樹脂製のノズルプレート48に複数のノズル20をレーザ加工などで形成する。   Next, the pressure chamber 14 is added to the cavity plate 41, the base plate 42, the aperture plate 43, the two manifold plates 44 and 45, the damper plate 46, and the cover plate 47, which are metal plates among the plates constituting the flow path unit 4. And a hole penetrating in the thickness direction constituting the ink flow path such as the manifold flow path 17 is formed. Since these plates 41 to 47 are made of a metal material, holes penetrating in the thickness direction constituting the ink flow path can be easily formed by etching. In addition, a throttle channel 52 is formed in the aperture plate 43 and a recess 61 is formed in the damper plate 46 by half etching. A plurality of nozzles 20 are formed on a synthetic resin nozzle plate 48 by laser processing or the like.

そして、図5(e)に示すように、圧電アクチュエータ5、及び、流路ユニット4を構成する8枚のプレート41〜48を積層して接着剤などで接合して(接合工程)、インクジェットヘッド1が完成する。なお、金属プレートである、キャビティプレート41、ベースプレート42、アパーチャプレート43、2枚のマニホールドプレート44,45、ダンパープレート46、カバープレート47の7枚のプレート41〜47をあらかじめ積層して金属拡散接合により接合しておいて、圧電層32の形成された振動膜31にすでに接合された7枚のプレート41〜47とノズルプレート48を積層して接着剤で接合してもよい。また、ノズルプレート48を、流路ユニット4を構成する他の7枚のプレート41〜47と同様にステンレス鋼などの金属材料で形成してもよく、その場合には、ノズルプレート48も7枚のプレート41〜47と同時に積層して金属拡散接合により接合してもよい。   Then, as shown in FIG. 5E, the piezoelectric actuator 5 and the eight plates 41 to 48 constituting the flow path unit 4 are laminated and bonded with an adhesive or the like (bonding step), and the inkjet head 1 is completed. It should be noted that metal plates such as a cavity plate 41, a base plate 42, an aperture plate 43, two manifold plates 44 and 45, a damper plate 46, and a cover plate 47 are laminated in advance to form metal diffusion bonding. Alternatively, the seven plates 41 to 47 and the nozzle plate 48 that are already bonded to the vibration film 31 on which the piezoelectric layer 32 is formed may be laminated and bonded with an adhesive. Further, the nozzle plate 48 may be formed of a metal material such as stainless steel in the same manner as the other seven plates 41 to 47 constituting the flow path unit 4, and in that case, the nozzle plate 48 is also formed of seven pieces. These plates 41 to 47 may be laminated simultaneously and joined by metal diffusion bonding.

以上、説明したインクジェットヘッド1の製造方法によると、分離膜81から成膜された振動膜31及び圧電層32を容易に取り外すことができ、薄い振動膜31を有する圧電アクチュエータ5を単体で製造することができる。このように、単体で製造された圧電アクチュエータ5をインクジェットヘッド1の製造に用いることで、流路ユニットの形状材質や製造方法などに依存しない自由度の高い設計が可能となる。   As described above, according to the manufacturing method of the ink jet head 1 described above, the vibration film 31 and the piezoelectric layer 32 formed from the separation film 81 can be easily removed, and the piezoelectric actuator 5 having the thin vibration film 31 is manufactured alone. be able to. Thus, by using the piezoelectric actuator 5 manufactured as a single unit for manufacturing the inkjet head 1, a highly flexible design that does not depend on the shape material of the flow path unit, the manufacturing method, or the like is possible.

また、流路ユニット4を構成する8枚のプレート41〜48は圧電層形成工程後に行われる接合工程で接合されるため、この8枚のプレート41〜48はチャンバー内に存在しない。したがって、圧電層形成工程において分離膜81に噴きつけられたものの、分離膜81に堆積しなかった圧電材料の粒子が8枚のプレート41〜48に形成されたインク流路内に侵入するおそれがなく、仮に、インク流路内に粒子が侵入したときに行うような洗浄工程などのインク流路内の粒子を除去する工程が不要となる。   Further, since the eight plates 41 to 48 constituting the flow path unit 4 are joined in the joining step performed after the piezoelectric layer forming step, the eight plates 41 to 48 do not exist in the chamber. Therefore, there is a possibility that particles of the piezoelectric material that have been sprayed on the separation film 81 in the piezoelectric layer forming step but not deposited on the separation film 81 may enter the ink flow paths formed on the eight plates 41 to 48. In other words, a step of removing particles in the ink flow path such as a cleaning process that is performed when the particles enter the ink flow path is not necessary.

また、分離膜81がスパッタ法により形成されていることで、分離膜81の表面が平滑な面となっている。すると、圧電層形成工程において、圧電層32の分離膜81と対向する面を平滑に形成することができるとともに、圧電層32の膜厚を面全体で均一にすることができる。これにより、圧電層32の分極された各領域の収縮量が均一となり、流路ユニット4の各圧力室14内のインクに付与される圧力にばらつきがなくなる。また、この圧電層32の平滑な面は、複数の個別電極33が形成される面であり、複数の個別電極33を容易に形成することができる。   Further, since the separation film 81 is formed by the sputtering method, the surface of the separation film 81 is a smooth surface. Then, in the piezoelectric layer forming step, the surface of the piezoelectric layer 32 facing the separation film 81 can be formed smoothly, and the film thickness of the piezoelectric layer 32 can be made uniform over the entire surface. As a result, the amount of contraction of each polarized region of the piezoelectric layer 32 becomes uniform, and there is no variation in the pressure applied to the ink in each pressure chamber 14 of the flow path unit 4. Further, the smooth surface of the piezoelectric layer 32 is a surface on which the plurality of individual electrodes 33 are formed, and the plurality of individual electrodes 33 can be easily formed.

さらに、分離膜81が金属材料により形成されていると、アニール処理工程における加熱によって融解するまでの間、この分離膜81から拡散した金属材料が圧電層32に達してしまう。そこで、本実施形態においては、鉛を含有した材料により形成された圧電層32に対して、分離膜81が鉛で形成されているため、この分離膜81から拡散した鉛が圧電層32に達してしまっても、他の金属材料が拡散する場合に比べて圧電層32に対して悪影響を与えにくい。また、圧電層32から分離膜81に対して鉛が拡散するのを防止することができる。   Further, when the separation film 81 is formed of a metal material, the metal material diffused from the separation film 81 reaches the piezoelectric layer 32 until it is melted by heating in the annealing process. Therefore, in the present embodiment, since the separation film 81 is formed of lead with respect to the piezoelectric layer 32 formed of a material containing lead, the lead diffused from the separation film 81 reaches the piezoelectric layer 32. Even if other metal materials are diffused, the piezoelectric layer 32 is less likely to be adversely affected. Further, it is possible to prevent lead from diffusing from the piezoelectric layer 32 to the separation membrane 81.

次に、本実施の形態に種々の変更を加えた変形例について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。   Next, modified examples in which various changes are made to the present embodiment will be described. However, components having the same configuration as in the above embodiment are given the same reference numerals and description thereof is omitted as appropriate.

本実施形態においては、分離膜81上に圧電層32を形成した後、この圧電層32上に振動膜31を形成していたが、分離膜81上に振動膜31を形成した後、この振動膜31上に圧電層32を形成してもよい。なお、AD法による圧電層32及び振動膜31の成膜工程では、分離膜81の表面に、先に形成された圧電層32または振動膜31に、次に形成される圧電層32または振動膜31の材料となるエアロゾルが高速で衝突するため、圧電層32または振動膜31のうち厚みがあり硬い方を分離膜81の表面に先に形成した後、その形成された圧電層32または振動膜31の表面に、残りの圧電層32または振動膜31のうち薄い方を形成するのが好ましい。   In this embodiment, after the piezoelectric layer 32 is formed on the separation film 81, the vibration film 31 is formed on the piezoelectric layer 32. However, after the vibration film 31 is formed on the separation film 81, the vibration film 31 is formed. A piezoelectric layer 32 may be formed on the film 31. In the film formation process of the piezoelectric layer 32 and the vibration film 31 by the AD method, the piezoelectric layer 32 or the vibration film formed next on the piezoelectric layer 32 or the vibration film 31 previously formed on the surface of the separation film 81. Since the aerosol that is the material of the material 31 collides at high speed, after the piezoelectric layer 32 or the vibrating membrane 31 is formed first on the surface of the separation membrane 81, the piezoelectric layer 32 or the vibrating membrane is formed. It is preferable to form the thinner one of the remaining piezoelectric layer 32 or vibration film 31 on the surface of 31.

また、本実施形態においては、圧電層32をAD法により形成していたが、ゾルゲル法により形成してもよい。このとき、ゲル中の溶媒を揮発させるため、600〜700℃で加熱する工程が必要となり、この工程が本発明における加熱工程に相当する。つまり、この加熱工程において、分離膜81を除去することができる。また、圧電層32をAD法やゾルゲル法以外のスパッタ法、化学蒸着法、または、水熱合成法などの他の成膜方法により形成してもよい。このとき、分離膜81を加熱除去する工程を圧電層32及び振動膜31の形成工程後に行う。   In the present embodiment, the piezoelectric layer 32 is formed by the AD method, but may be formed by a sol-gel method. At this time, in order to volatilize the solvent in the gel, a step of heating at 600 to 700 ° C. is necessary, and this step corresponds to the heating step in the present invention. That is, the separation membrane 81 can be removed in this heating step. Further, the piezoelectric layer 32 may be formed by other film forming methods such as a sputtering method other than the AD method or the sol-gel method, a chemical vapor deposition method, or a hydrothermal synthesis method. At this time, the step of heating and removing the separation film 81 is performed after the step of forming the piezoelectric layer 32 and the vibration film 31.

また、圧電層32は複数の圧力室14にまたがって連続的に配置されていたが、複数の圧力室14のそれぞれに個別に配置されていてもよい。これによれば、複数の圧電層32がある場合に、一の圧電層32に電位を与えたときに生じる圧電歪が他の圧電層32に影響を与えるいわゆるクロストークを防止することができる。このとき、複数の圧電層32形成した後、その圧電層32を振動膜31上に複数の圧力室14のそれぞれに対応する位置に配置させる必要がなく、同一の成膜工程で容易に製造できる。   Further, although the piezoelectric layer 32 is continuously disposed across the plurality of pressure chambers 14, it may be disposed individually in each of the plurality of pressure chambers 14. According to this, in the case where there are a plurality of piezoelectric layers 32, it is possible to prevent so-called crosstalk in which the piezoelectric strain generated when a potential is applied to one piezoelectric layer 32 affects the other piezoelectric layers 32. At this time, after forming the plurality of piezoelectric layers 32, it is not necessary to arrange the piezoelectric layers 32 on the vibration film 31 at positions corresponding to the plurality of pressure chambers 14, respectively, and can be easily manufactured in the same film forming process. .

さらに、本実施形態においては、薄い振動膜31をAD法により形成していたが、無電解めっきから形成する方法や、CVDやPVDなどの蒸着させる方法などの成膜方法で形成してもよい。また、振動膜31は、ステンレスに限らず、アニール処理工程において融解しない材料であれば、セラミックスなどいかなる材料で形成されてもよい。   Furthermore, in the present embodiment, the thin vibration film 31 is formed by the AD method, but may be formed by a film forming method such as a method of forming from electroless plating or a method of vapor deposition such as CVD or PVD. . The vibration film 31 is not limited to stainless steel, and may be formed of any material such as ceramics as long as it does not melt in the annealing process.

また、分離膜81は、鉛に限らず、アルミニウムやジュラルミンなどのアニール処理温度で融解する金属材料で形成されていればよい。また、金属材料に限らず、セラミックスや樹脂など、AD法による成膜に耐えうる硬さを有する材料であればいかなる材料で形成されていてもよい。さらに、鉛のようにアニール処理温度で融解する材料に限らず、樹脂などのようにアニール処理工程で熱分解する材料であってもよい。また、アニール処理温度は800℃としていたが、圧電層32の圧電特性を向上させるためのアニール処理が可能であれば、いかなる温度でもよく、この場合に分離膜81は、そのアニール処理温度よりで融解または、熱分解する材料であればよい。   Further, the separation membrane 81 is not limited to lead, and may be formed of a metal material that melts at an annealing temperature such as aluminum or duralumin. Further, the material is not limited to a metal material, and may be formed of any material, such as ceramics or resin, as long as it has a hardness that can withstand film formation by the AD method. Furthermore, it is not limited to a material that melts at an annealing temperature such as lead, but may be a material that thermally decomposes in an annealing process, such as a resin. In addition, although the annealing temperature is 800 ° C., any temperature may be used as long as the annealing for improving the piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer 32 is possible. In this case, the separation film 81 has a temperature higher than the annealing temperature. Any material that melts or thermally decomposes may be used.

加えて、本実施形態においては、分離膜81をスパッタ法により形成していたが、AD法により形成してもよい。この場合、噴射ノズル73に連通するエアロゾル室を切り換えるだけで、同一チャンバー内で分離膜形成工程及び成膜工程を行うことができる。また、その他の成膜方法(ゾルゲル法、蒸着など)で形成してもよい。さらに、アニール処理工程において溶融するような板状部材をステージ80に貼り付けて、この板状部材に圧電層32及び振動膜31を成膜してもよい。   In addition, in the present embodiment, the separation film 81 is formed by the sputtering method, but may be formed by the AD method. In this case, the separation membrane forming process and the film forming process can be performed in the same chamber only by switching the aerosol chamber communicating with the spray nozzle 73. Moreover, you may form by other film-forming methods (sol-gel method, vapor deposition, etc.). Further, a plate member that melts in the annealing process may be attached to the stage 80, and the piezoelectric layer 32 and the vibration film 31 may be formed on the plate member.

また、流路ユニットに接合され、圧力室内の液体に圧力を付与する圧電アクチュエータのように、複数の個別電極(活性部)を有する圧電アクチュエータの製造方法に限られず、例えば、スピーカーなどのように一つの活性部のみを有するものであって、所定の動部を有する駆動対象に接合され、この駆動対象を駆動させるための圧電アクチュエータの製造方法に本発明を適用することも可能である。   Further, the present invention is not limited to a method for manufacturing a piezoelectric actuator having a plurality of individual electrodes (active parts), such as a piezoelectric actuator that is bonded to a flow path unit and applies pressure to a liquid in a pressure chamber. It is also possible to apply the present invention to a method of manufacturing a piezoelectric actuator that has only one active part and is joined to a driving target having a predetermined moving part and drives the driving target.

さらに、ノズルからインク以外の液体を吐出する液体吐出ヘッドなど、圧力室内の液体に圧力を付与することによって圧力室を含む液体移送流路内の液体を移送する液体移送装置の製造方法に本発明を適用することも可能である。   Furthermore, the present invention relates to a method for manufacturing a liquid transfer device that transfers liquid in a liquid transfer channel including a pressure chamber by applying pressure to the liquid in the pressure chamber, such as a liquid discharge head that discharges liquid other than ink from a nozzle. It is also possible to apply.

1 インクジェットヘッド
4 流路ユニット
5 圧電アクチュエータ
31 振動膜
32 圧電層
81 分離膜
100 インクジェットプリンタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inkjet head 4 Flow path unit 5 Piezoelectric actuator 31 Vibrating membrane 32 Piezoelectric layer 81 Separation membrane 100 Inkjet printer

Claims (7)

基材の一表面に前記基材の融点または熱分解温度よりも高い融点の材料で振動膜と圧電層を成膜して形成する成膜工程と、
前記成膜工程の後に、前記振動膜及び前記圧電層の融点よりも低く、且つ、前記基材の融点または熱分解温度よりも高い所定温度に前記基材を加熱して除去する除去工程と、を備えていることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
A film forming step of forming a vibration film and a piezoelectric layer on one surface of the substrate with a material having a melting point higher than the melting point or thermal decomposition temperature of the substrate;
After the film forming step, a removing step of removing the substrate by heating to a predetermined temperature lower than the melting point of the vibration film and the piezoelectric layer and higher than the melting point or thermal decomposition temperature of the substrate; A method of manufacturing a piezoelectric actuator comprising:
前記成膜工程においては、エアロゾルデポジション法により前記圧電層を形成しており、
前記成膜工程の後に、前記圧電層のアニール処理可能な前記所定温度で前記圧電層を加熱する加熱工程をさらに備えており、
前記加熱工程は、前記除去工程を兼ねており、前記基材もともに加熱して除去することを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
In the film formation step, the piezoelectric layer is formed by an aerosol deposition method,
A heating step of heating the piezoelectric layer at the predetermined temperature at which the piezoelectric layer can be annealed after the film-forming step;
The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the heating step also serves as the removing step, and the base material is also heated to be removed.
前記成膜工程においては、ゾルゲル法により前記圧電層を形成しており、
前記成膜工程の後に、ゲル中の溶媒を除去可能な前記所定温度で前記圧電層を加熱する加熱工程をさらに備えており、
前記加熱工程は、前記除去工程を兼ねており、前記基材もともに加熱して除去することを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
In the film forming step, the piezoelectric layer is formed by a sol-gel method,
A heating step of heating the piezoelectric layer at the predetermined temperature capable of removing the solvent in the gel after the film-forming step;
The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the heating step also serves as the removing step, and the base material is also heated to be removed.
前記成膜工程においては、前記基材の前記一表面に前記圧電層を形成した後、前記圧電層の前記基材と反対側の面に前記振動膜を形成していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の圧電アクチュエータの製造方法。   In the film forming step, after the piezoelectric layer is formed on the one surface of the base material, the vibration film is formed on a surface of the piezoelectric layer opposite to the base material. Item 4. The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to any one of Items 1 to 3. 前記基材は、鉛を含有する材料で形成されており、
前記成膜工程においては、前記基材の前記一表面に鉛を含有した圧電材料により前記圧電層を形成することを特徴とする請求項4に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
The base material is formed of a material containing lead,
5. The method of manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 4, wherein in the film forming step, the piezoelectric layer is formed of a piezoelectric material containing lead on the one surface of the base material.
圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、前記流路ユニット上に少なくとも前記圧力室を覆うように配置された振動膜及び前記振動膜の前記圧力室と反対側に配置された圧電層を含んだ圧電アクチュエータと、を備えた液体移送装置の製造方法であって、
基材の一表面に前記基材の融点または熱分解温度よりも高い融点の材料で振動膜及び圧電層を成膜して形成する成膜工程と、
前記成膜工程の後に、前記振動膜及び前記圧電層の融点よりも低く、且つ、前記基材の融点または熱分解温度よりも高い所定温度で前記基材を加熱して除去する除去工程と、
前記除去工程の後に、前記流路ユニット上に前記振動膜の前記圧電層が配置された面と反対側の面を対向させて、前記振動膜が前記圧力室を覆うように、前記振動膜と前記流路ユニットを接合する接合工程と、を備えていること特徴とする液体移送装置の製造方法。
A flow path unit in which a liquid flow path including a pressure chamber is formed; a vibration film disposed on the flow path unit so as to cover at least the pressure chamber; and a vibration film disposed on a side opposite to the pressure chamber. A method of manufacturing a liquid transfer device comprising a piezoelectric actuator including a piezoelectric layer,
A film forming step of forming a vibration film and a piezoelectric layer on one surface of the substrate with a material having a melting point higher than the melting point or thermal decomposition temperature of the substrate;
After the film forming step, a removing step of removing the substrate by heating at a predetermined temperature lower than the melting point of the vibration film and the piezoelectric layer and higher than the melting point or thermal decomposition temperature of the substrate;
After the removing step, the vibrating membrane and the vibrating membrane cover the pressure chamber so that the surface of the vibrating membrane opposite to the surface on which the piezoelectric layer is disposed is opposed to the flow path unit. And a joining step for joining the flow path units.
前記成膜工程において、エアロゾルデポジション法により前記圧電層を形成した後に、前記接合工程を行うことを特徴とする請求項6に記載の液体移送装置の製造方法。
The method of manufacturing a liquid transfer device according to claim 6, wherein, in the film forming step, the bonding step is performed after the piezoelectric layer is formed by an aerosol deposition method.
JP2009045884A 2009-02-27 2009-02-27 Method of manufacturing piezoelectric actuator, and method of manufacturing liquid transfer apparatus Pending JP2010199508A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009045884A JP2010199508A (en) 2009-02-27 2009-02-27 Method of manufacturing piezoelectric actuator, and method of manufacturing liquid transfer apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009045884A JP2010199508A (en) 2009-02-27 2009-02-27 Method of manufacturing piezoelectric actuator, and method of manufacturing liquid transfer apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010199508A true JP2010199508A (en) 2010-09-09

Family

ID=42823899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009045884A Pending JP2010199508A (en) 2009-02-27 2009-02-27 Method of manufacturing piezoelectric actuator, and method of manufacturing liquid transfer apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010199508A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021037692A (en) * 2019-09-03 2021-03-11 ブラザー工業株式会社 Liquid discharge device

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005286153A (en) * 2004-03-30 2005-10-13 Brother Ind Ltd Manufacturing method of piezoelectric film, laminate structure of substrate and piezoelectric film, piezoelectric actuator, and manufacturing method thereof
JP2007015378A (en) * 2005-06-07 2007-01-25 Fujifilm Holdings Corp Functional film-containing structure and manufacturing method of functional film

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005286153A (en) * 2004-03-30 2005-10-13 Brother Ind Ltd Manufacturing method of piezoelectric film, laminate structure of substrate and piezoelectric film, piezoelectric actuator, and manufacturing method thereof
JP2007015378A (en) * 2005-06-07 2007-01-25 Fujifilm Holdings Corp Functional film-containing structure and manufacturing method of functional film

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021037692A (en) * 2019-09-03 2021-03-11 ブラザー工業株式会社 Liquid discharge device
JP7500932B2 (en) 2019-09-03 2024-06-18 ブラザー工業株式会社 Liquid ejection device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1640163B1 (en) Liquid ejecting apparatus, method for manufacturing liquid ejecting apparatus, and ink-jet printer
JP5262237B2 (en) Piezoelectric actuator manufacturing method, liquid transfer device manufacturing method, piezoelectric actuator, and liquid transfer device
US20230182469A1 (en) Method for producing liquid transport apparatus
JP4985265B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric actuator
JP2008198960A (en) Method of manufacturing piezoelectric actuator and method of manufacturing liquid transporting apparatus
JP4765510B2 (en) Liquid ejecting apparatus and manufacturing method thereof
JP2008188927A (en) Method for manufacturing liquid transferring apparatus, liquid transferring apparatus, method for manufacturing liquid droplet jetting apparatus, and liquid droplet jetting apparatus
JP5262806B2 (en) Liquid transfer device and method for manufacturing liquid transfer device
JP4973377B2 (en) Liquid transfer device and method for manufacturing liquid transfer device
JP2009178982A (en) Method for manufacturing piezoelectric actuator and method for manufacturing liquid transferring device
JP2008198959A (en) Method of manufacturing piezoelectric actuator and method of manufacturing liquid transporting apparatus
JP2008244201A (en) Manufacturing method of piezoelectric actuator
JP6025052B2 (en) Droplet discharge head and image forming apparatus
JP2006116954A (en) Liquid ejecting apparatus, manufacturing method for liquid ejecting apparatus and inkjet printer
JP2010220348A (en) Manufacturing method of piezoelectric actuator and piezoelectric actuator
EP1958777B1 (en) Method of manufacturing piezoelectric actuator and method of manufacturing liquid transporting apparatus
JP2010199508A (en) Method of manufacturing piezoelectric actuator, and method of manufacturing liquid transfer apparatus
JP4957701B2 (en) Method for manufacturing liquid transfer device
JP5476901B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric actuator and piezoelectric actuator
JP2010214795A (en) Liquid droplet jetting apparatus, and manufacturing method for liquid droplet jetting apparatus
JP5061457B2 (en) Liquid transfer device and manufacturing method thereof
JP5218120B2 (en) Method for manufacturing piezoelectric actuator device and method for manufacturing liquid transfer device
JP2010173213A (en) Method of manufacturing device for transporting liquid
JP2010225709A (en) Method of manufacturing piezoelectric actuator
JP2010149371A (en) Method of manufacturing liquid transfer device

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121016

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121018

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130226