JP2010214714A - Manufacturing method of piezoelectric actuator and manufacturing method of liquid transfer device - Google Patents
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Abstract
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知られている。このような圧電アクチュエータを製造する際に、振動板に圧電層を形成(成膜)する方法としては、従来から様々な方法が知られているが、その中でも圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを高速で振動板に噴きつけて圧電材料の粒子を堆積させて圧電層を形成する方法(エアロゾルデポジション法:AD法)がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a piezoelectric actuator that includes 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. When manufacturing such a piezoelectric actuator, various methods are conventionally known as a method for forming (depositing) a piezoelectric layer on a diaphragm. Among them, particles of a piezoelectric material and a carrier gas are used. There is a method (aerosol deposition method: AD method) in which the contained aerosol is sprayed onto the diaphragm at high speed to deposit particles of piezoelectric material to form a piezoelectric layer.
ところで、圧電アクチュエータの変形効率を高くする(すなわち、低い駆動電圧で振動板を大きく変形させる)という観点からは、振動板の厚みは薄いことが好ましい。しかしながら、上述したAD法によって振動板に圧電層を成膜する場合には、振動板の厚みが薄いほど、高速で噴きつけたエアロゾルが振動板に衝突する際の衝突エネルギーによって、この振動板が変形する。そして、振動板が変形した状態で成膜が行われると、均一な膜厚の圧電層を形成することが困難となる。 By the way, it is preferable that the thickness of the diaphragm is thin from the viewpoint of increasing the deformation efficiency of the piezoelectric actuator (that is, greatly deforming the diaphragm with a low driving voltage). However, when the piezoelectric layer is formed on the diaphragm by the above-described AD method, the thinner the diaphragm, the higher the velocity of the aerosol sprayed at high speed, the more the diaphragm is affected by the collision energy. Deform. When film formation is performed with the vibration plate deformed, it becomes difficult to form a piezoelectric layer having a uniform thickness.
そこで、振動板自体は剛性を低くして変形しやすいように比較的厚みを薄くして、振動板にエアロゾルを噴きつける際に、あらかじめ振動板に厚みのある補強部材を接合して剛性を高めることが行われている。例えば、圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットに圧電アクチュエータが接続されて、圧電アクチュエータの駆動により圧力室内のインクに圧力を付与するように構成されたインクジェットヘッドがある。このようなインクジェットヘッドでは、振動板に流路ユニットを接合した状態で、AD法により振動板に圧電層を形成することがある。この一例として、特許文献1に記載のインクジェットヘッドでは、流路ユニットの一部であり、圧力室が形成される比較的厚みが厚いキャビティプレートを振動板に接合して、AD法により振動板に圧電層を形成している。
Therefore, the diaphragm itself has a relatively thin thickness so that it can be easily deformed by reducing the rigidity, and when spraying aerosol onto the diaphragm, a thick reinforcing member is joined to the diaphragm in advance to increase the rigidity. Things have been done. For example, there is an ink jet head configured such that a piezoelectric actuator is connected to a flow path unit in which a liquid flow path including a pressure chamber is formed, and pressure is applied to ink in the pressure chamber by driving the piezoelectric actuator. In such an ink jet head, a piezoelectric layer may be formed on the diaphragm by the AD method with the flow path unit joined to the diaphragm. As an example of this, in the inkjet head described in
しかしながら、特許文献1に記載のように、振動板にキャビティプレートを接合して、AD法により圧電層を形成すると、振動板に噴きつけられた圧電材料の粒子の一部が、振動板に堆積せずに、圧力室などの液体流路内に侵入して残存してしまい、この残存した粒子によって流路詰まりが生じてしまうおそれがある。このように、製品時に振動板に接合される部材を補強部材として用いると、設計の自由度が低くなってしまう。また、製品としては必要のない補強部材を振動板に接合して、AD法によって圧電層を形成すると、この補強部材を取り外す工程が必要となり、製造工程が増えてしまう。
However, as described in
そこで、上述したような問題を解消しつつ、AD法による振動板への圧電層の成膜において、振動板の変形を抑制することが望まれている。 Therefore, it is desired to suppress deformation of the diaphragm in film formation of the piezoelectric layer on the diaphragm by the AD method while solving the above-described problems.
そこで、本発明の目的は、成膜工程においてエアロゾルが噴きつけられることによって振動板が変形するのを抑制することができ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。 SUMMARY OF THE INVENTION 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 that can suppress deformation of a diaphragm caused by spraying aerosol in a film forming process.
本発明の圧電アクチュエータの製造方法は、2枚の振動板を積層する積層工程と、積層された前記2枚の振動板のそれぞれの表面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを噴きつけて前記粒子を堆積させて、圧電層を形成する成膜工程と、前記圧電層が形成された前記2枚の振動板を分離させる分離工程と、を備えている。 The method for manufacturing a piezoelectric actuator of the present invention includes a laminating step of laminating two diaphragms, and an aerosol containing particles of piezoelectric material and a carrier gas on each surface of the two laminating diaphragms. A film forming step for forming the piezoelectric layer by spraying and depositing the particles; and a separation step for separating the two diaphragms on which the piezoelectric layer is formed.
本発明の圧電アクチュエータの製造方法によると、2枚の振動板が互いを補強しあって全体として剛性を高めているため、特別な補強部材を必要とせず、成膜工程においてエアロゾルが噴きつけられることによって振動板が変形するのを抑制することができる。その結果、均一な厚みの圧電層を形成することができる。また、一連の工程で、圧電層が形成された振動板を簡単に複数作製することができ、製造時間の短縮化や製造工程の簡略化が図れ、生産性が高くなる。 According to the method of manufacturing a piezoelectric actuator of the present invention, the two diaphragms reinforce each other to increase the rigidity as a whole, so that no special reinforcing member is required and aerosol is sprayed in the film forming process. This can suppress the deformation of the diaphragm. As a result, a piezoelectric layer having a uniform thickness can be formed. In addition, a plurality of diaphragms on which a piezoelectric layer is formed can be easily manufactured in a series of steps, so that the manufacturing time can be shortened and the manufacturing process can be simplified, thereby increasing the productivity.
また、前記成膜工程において、前記2枚の振動板のそれぞれの前記表面に同時に前記圧電層を形成することが好ましい。これによると、2枚の振動板への圧電層の形成時間が短くなり、2枚の振動板に迅速に圧電層を形成することができる。 In the film forming step, it is preferable that the piezoelectric layer is simultaneously formed on the surfaces of the two diaphragms. According to this, the formation time of the piezoelectric layers on the two diaphragms is shortened, and the piezoelectric layers can be quickly formed on the two diaphragms.
さらに、前記圧電層形成工程においては、前記エアロゾルを噴射する噴射ノズルと前記振動板の相対位置を変化させながら、前記振動板の表面に前記圧電層を形成しており、前記圧電層形成工程において、前記振動板に直交する方向から見て、前記2枚の振動板の同じ位置に同時に前記エアロゾルを噴きつけて前記粒子を堆積させることが好ましい。これによると、振動板の直交する方向から見て同じ位置に同時にエアロゾルを噴きつけて粒子を堆積させるため、振動板の変形をより抑制することができる。その結果、より均一な厚みの圧電層を形成することができる。 Further, in the piezoelectric layer forming step, the piezoelectric layer is formed on the surface of the vibration plate while changing a relative position between the spray nozzle for injecting the aerosol and the vibration plate. In the piezoelectric layer forming step, Preferably, the particles are deposited by spraying the aerosol at the same position on the two diaphragms as viewed from the direction orthogonal to the diaphragms. According to this, since aerosol is sprayed simultaneously on the same position as seen from the direction orthogonal to the diaphragm to deposit particles, deformation of the diaphragm can be further suppressed. As a result, a piezoelectric layer having a more uniform thickness can be formed.
加えて、前記積層工程において、前記2枚の振動板を接着することが好ましい。これによると、2枚の振動板を強固に接着することで、積層された2枚の振動板が成膜中においても分離しにくくなる。 In addition, in the laminating step, it is preferable to bond the two diaphragms. According to this, by firmly bonding the two diaphragms, the two laminated diaphragms are difficult to separate even during film formation.
また、前記2枚の振動板は、強磁性体からなり、前記積層工程において、前記2枚の振動板の少なくとも一方に外部磁場を印加することにより、その少なくとも一方の前記振動板を磁化させ、この磁化された前記少なくとも一方の振動板の磁力によって、前記2枚の振動板を接着させ、前記分離工程において、磁化された振動板を消磁温度以上に加熱して、前記磁化された振動板の磁化の消磁を行うことが好ましい。これによると、磁化された少なくとも一方の振動板の磁力によって、2枚の振動板を積層して強固に接着することができる。また、分離工程において、磁化された振動板を消磁温度まで加熱することで、この振動板に生じた磁化を除去して、2枚の振動板を容易に分離することができる。 Further, the two diaphragms are made of a ferromagnetic material, and in the stacking step, an external magnetic field is applied to at least one of the two diaphragms to magnetize at least one of the diaphragms, The two diaphragms are bonded by the magnetized magnetic force of the at least one diaphragm, and in the separation step, the magnetized diaphragm is heated to a demagnetization temperature or higher so that the magnetized diaphragm It is preferable to demagnetize the magnetization. According to this, two diaphragms can be laminated and firmly bonded by the magnetic force of at least one magnetized diaphragm. In the separation step, the magnetized diaphragm is heated to the demagnetization temperature, so that the magnetization generated in the diaphragm can be removed and the two diaphragms can be easily separated.
また、前記積層工程において、液体を介して前記2枚の振動板の対向面を積層させた状態で、前記液体の固化温度まで前記液体の温度を下げて前記液体を固化させることによって、前記2枚の振動板を接着させ、前記成膜工程は、前記液体を固化させた状態で行い、前記分離工程において、前記液体を前記液体の融点以上に加熱して、前記液体を融解させてもよい。これによると、液体を固化させることで、2枚の振動板を積層して強固に接着することができる。また、分離工程において、液体を融解させることで、2枚の振動板を容易に分離することができる。 In the laminating step, the liquid is solidified by lowering the temperature of the liquid to the solidification temperature of the liquid in a state where the opposing surfaces of the two diaphragms are laminated via the liquid. The diaphragm may be bonded, and the film formation step may be performed in a state where the liquid is solidified, and in the separation step, the liquid may be heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the liquid to melt the liquid. . According to this, by solidifying the liquid, the two diaphragms can be stacked and firmly bonded. In the separation step, the two diaphragms can be easily separated by melting the liquid.
また、前記積層工程において、前記2枚の振動板を接着剤により接着させ、前記分離工程において、前記接着剤を前記接着剤の熱分解温度以上に加熱して、前記接着剤を除去してもよい。これによると、接着剤により、2枚の振動板を積層して強固に接着することができる。また、分離工程において、接着剤を除去することで、2枚の振動板を容易に分離することができる。 In the laminating step, the two diaphragms may be bonded with an adhesive, and in the separating step, the adhesive may be heated to a temperature higher than the thermal decomposition temperature of the adhesive to remove the adhesive. Good. According to this, two diaphragms can be laminated | stacked and firmly adhere | attached with an adhesive agent. In the separation step, the two diaphragms can be easily separated by removing the adhesive.
また、前記成膜工程の後に、前記2枚の振動板にそれぞれ形成された前記圧電層を加熱するアニール処理工程をさらに備えており、前記アニール処理工程は、前記分離工程を兼ねており、前記2枚の振動板もともに加熱することが好ましい。成膜工程において、エアロゾルを噴きつけて粒子を堆積させ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の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。このとき、アニール処理工程が分離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 addition, after the film formation step, further comprising an annealing treatment step of heating the piezoelectric layer formed on each of the two diaphragms, the annealing treatment step also serves as the separation step, It is preferable to heat both the two diaphragms. When a piezoelectric layer is formed by spraying aerosol and depositing particles in the film forming step, a step of heating the piezoelectric layer is required as an annealing process for improving the piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer. At this time, since the annealing process also serves as the separation process, the manufacturing process can be simplified.
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、前記流路ユニットの一表面に少なくとも前記圧力室を覆うように配置された振動板及び前記振動板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、前記圧電アクチュエータの製造工程は、2枚の前記振動板を積層する積層工程と、積層された前記2枚の振動板のそれぞれの表面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを噴きつけて前記粒子を堆積させて、前記圧電層を成膜する成膜工程と、前記圧電層が形成された前記2枚の振動板を分離させる分離工程と、備えている。 The method for manufacturing a liquid transfer device of the present invention includes a flow path unit in which a liquid flow path including a pressure chamber is formed, a vibration plate disposed on one surface of the flow path unit so as to cover at least the pressure chamber, And a piezoelectric actuator including a piezoelectric layer disposed on a side of the diaphragm opposite to the pressure chamber, wherein the piezoelectric actuator manufacturing process includes two diaphragms. Laminating step for laminating, and spraying aerosol containing piezoelectric material particles and carrier gas on each surface of the two laminated diaphragms to deposit the particles to form the piezoelectric layer And a separation step of separating the two diaphragms on which the piezoelectric layer is formed.
本発明の液体移送装置の製造方法によると、2枚の振動板が互いに補強しあって全体として剛性を高めているため、特別な補強部材を必要とせず、成膜工程においてエアロゾルが噴きつけられることによって振動板が変形するのを抑制することができる。その結果、均一な厚みの圧電層を形成することができる。また、一連の工程で、2つの圧電層が形成された振動板を簡単に作製することができ、製造時間の短縮化や製造工程の簡略化が図れ、生産性が高くなる。 According to the method for manufacturing a liquid transfer device of the present invention, the two diaphragms reinforce each other to increase the rigidity as a whole, so that no special reinforcing member is required and aerosol is sprayed in the film forming process. This can suppress the deformation of the diaphragm. As a result, a piezoelectric layer having a uniform thickness can be formed. In addition, a diaphragm in which two piezoelectric layers are formed can be easily manufactured through a series of steps, so that the manufacturing time can be shortened and the manufacturing process can be simplified, thereby increasing the productivity.
2枚の振動板が互いに補強しあって全体として剛性を高めているため、特別な補強部材を必要とせず、成膜工程においてエアロゾルが噴きつけられることによって振動板が変形するのを抑制することができる。 Since the two diaphragms reinforce each other to increase the rigidity as a whole, no special reinforcing member is required, and deformation of the diaphragm due to the spraying of aerosol in the film forming process is suppressed. Can do.
次に、本発明の実施形態について説明する。本実施形態は、記録用紙に対してインクを噴射するインクジェットヘッド(液体移送装置)を備えた、インクジェットプリンタに本発明を適用した一例である。 Next, an embodiment of the present invention will be described. This embodiment is an example in which the present invention is applied to an inkjet printer that includes an inkjet head (liquid transfer device) that ejects ink onto a recording sheet.
まず、本実施形態のインクジェットプリンタ1の概略構成について説明する。図1は、本実施形態のインクジェットプリンタの概略平面図である。図1に示すように、プリンタ1は、所定の走査方向(図1の左右方向)に沿って往復移動可能に構成されたキャリッジ2と、このキャリッジ2に搭載されたインクジェットヘッド3と、記録用紙Pを走査方向と直交する搬送方向に搬送する搬送機構4などを備えている。
First, a schematic configuration of the
キャリッジ2は、走査方向(図1の左右方向)に平行に延びる2本のガイド軸17に沿って往復移動可能に構成されている。また、キャリッジ2には、無端ベルト18が連結されており、キャリッジ駆動モータ19によって無端ベルト18が走行駆動されたときに、キャリッジ2は、無端ベルト18の走行に伴って走査方向に移動するようになっている。なお、プリンタ1には、走査方向に間隔を空けて配列された多数の透光部(スリット)を有するリニアエンコーダ10が設けられている。一方、キャリッジ2には、発光素子と受光素子とを有する透過型のフォトセンサ11が設けられている。そして、プリンタ1は、キャリッジ2の移動中にフォトセンサ11が検出したリニアエンコーダ10の透光部の計数値(検出回数)から、キャリッジ2の走査方向に関する現在位置を認識できるようになっている。
The
このキャリッジ2には、インクジェットヘッド3が搭載されている。インクジェットヘッド3は、その下面(図1の紙面向こう側の面)に多数のノズル30(図2参照)を備えている。このインクジェットヘッド3は、搬送機構4により図1の下方(搬送方向)に搬送される記録用紙Pに対して、図示しないインクカートリッジから供給されたインクを多数のノズル30から噴射するように構成されている。
An
搬送機構4は、インクジェットヘッド3よりも搬送方向上流側に配置された給紙ローラ12と、インクジェットヘッド3よりも搬送方向下流側に配置された排紙ローラ13と、を有している。給紙ローラ12と排紙ローラ13は、それぞれ、給紙モータ14と排紙モータ15により回転駆動される。そして、この搬送機構4は、給紙ローラ12により、記録用紙Pを図1の上方からインクジェットヘッド3へ搬送するとともに、排紙ローラ13により、インクジェットヘッド3によって画像や文字などが記録された記録用紙Pを図1の下方へ排出する。
The transport mechanism 4 includes a
次に、インクジェットヘッド3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の一部拡大図である。図4は、図3のIV−IV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3は、ノズル30や圧力室24を含むインク流路が形成された流路ユニット6と、圧力室24内のインクに圧力を付与する圧電アクチュエータ7と、を有している。
Next, the
まず、流路ユニット6について説明する。図4に示すように、流路ユニット6はキャビティプレート20、ベースプレート21、マニホールドプレート22、及びノズルプレート23を有しており、これら4枚のプレート20〜23が積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート20、ベースプレート21及びマニホールドプレート22は、それぞれ、ステンレス鋼などの金属材料からなる平面視で略矩形状の板である。そのため、これら3枚のプレート20〜22に、後述するマニホールド27や圧力室24などのインク流路をエッチングにより容易に形成することができるようになっている。また、ノズルプレート23は、例えば、ポリイミドなどの高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート22の下面に接着剤で接合される。
First, the
図2〜図4に示すように、4枚のプレート20〜23のうち、最も上方に位置するキャビティプレート20には、平面に沿って配列された複数の圧力室24がプレート20を貫通する孔により形成されている。また、複数の圧力室24は、搬送方向(図2の上下方向)に千鳥状に2列に配列されている。また、図4に示すように、複数の圧力室24は上下両側から後述の振動板40及びベースプレート21によりそれぞれ覆われている。さらに、各圧力室24は、平面視で走査方向(図2の左右方向)に長い、略楕円形状に形成されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, among the four
図3及び図4に示すように、ベースプレート21の、平面視で圧力室24の長手方向両端部と重なる位置には、それぞれ連通孔25、26が形成されている。また、マニホールドプレート22には、平面視で、2列に配列された圧力室24の連通孔25側の部分と重なるように、搬送方向に延びる2つのマニホールド27が形成されている。これら2つのマニホールド27は、後述する振動板40に形成されたインク供給口28(図2参照)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28を介してマニホールド27へインクが供給される。さらに、マニホールドプレート22の、平面視で複数の圧力室24のマニホールド27と反対側の端部と重なる位置には、それぞれ、複数の連通孔26に連なる複数の連通孔29も形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, communication holes 25 and 26 are formed at positions where the
さらに、ノズルプレート23の、平面視で複数の連通孔29にそれぞれ重なる位置には、複数のノズル30が形成されている。図2に示すように、複数のノズル30は、搬送方向に沿って2列に配列された複数の圧力室24の、マニホールド27と反対側の端部とそれぞれ重なるように配置されている。
Further, a plurality of
そして、図4に示すように、マニホールド27は連通孔25を介して圧力室24に連通し、さらに、圧力室24は、連通孔26,29を介してノズル30に連通している。このように、流路ユニット6内には、マニホールド27から圧力室24を経てノズル30に至る個別インク流路31が複数形成されている。
As shown in FIG. 4, the manifold 27 communicates with the
次に、圧電アクチュエータ7について説明する。図2〜図4に示すように、圧電アクチュエータ7は、複数の圧力室24を覆うように流路ユニット6(キャビティプレート20)の上面に配置された振動板40と、この振動板40の上面に、複数の圧力室24と対向するように配置された圧電層41と、圧電層41の上面に配置された複数の個別電極42と、を有している。
Next, the
振動板40は、平面視で略矩形状の金属板であり、例えば、フェライト系ステンレス鋼(SUS430)などの強磁性金属材料からなる。この振動板40は、キャビティプレート20の上面に複数の圧力室24を覆うように配設された状態で、キャビティプレート20に接合されている。また、導電性を有する振動板40の上面は、圧電層41の下面側に配置されることによって、上面の複数の個別電極42との間で圧電層41に厚み方向の電界を生じさせる、共通電極を兼ねている。この共通電極としての振動板40は、圧電アクチュエータ7を駆動するヘッドドライバ(図示省略)のグランド配線に接続されて、常にグランド電位に保持される。
The
圧電層41は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を主成分とする圧電材料からなる。図2に示すように、この圧電層41は、振動板40の上面において、複数の圧力室24に跨って連続的に形成されている。また、この圧電層41は、少なくとも圧力室24と対向する領域において厚み方向に分極されている。
The
圧電層41の上面の、複数の圧力室24と対向する領域には、複数の個別電極42がそれぞれ配置されている。各々の個別電極42は圧力室24よりも一回り小さい略楕円形の平面形状を有し、圧力室24の中央部と対向している。また、複数の個別電極42の端部からは、複数の接点部45が個別電極42の長手方向に沿ってそれぞれ引き出されている。これら複数の接点部45は、図示しないフレキシブルプリント配線板(Flexible Printed Circuit:FPC)を介してヘッドドライバ(図示省略)と電気的に接続されている。これにより、ヘッドドライバから複数の個別電極42に対して、所定の駆動電位とグランド電位の2種類の電位のうち、何れか一方の電位を選択的に付与することが可能となっている。
A plurality of
次に、インク噴射時における圧電アクチュエータ7の作用について説明する。ある個別電極42に対して、ヘッドドライバから所定の駆動電位が付与されたときには、この駆動電位が付与された個別電極42とグランド電位に保持されている共通電極としての振動板40との間に電位差が生じ、個別電極42と振動板40の間に挟まれた圧電層41に厚み方向の電界が作用する。この電界の方向は圧電層41の分極方向と平行であるから、個別電極42と対向する領域(活性領域)の圧電層41が厚み方向と直交する面方向に収縮する。ここで、圧電層41の下側の振動板40はキャビティプレート20に固定されているため、この振動板40の上面に位置する圧電層41が面方向に収縮するのに伴って、振動板40の圧力室24を覆う部分が圧力室24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24内の容積が減少するために圧力室24内のインク圧力が上昇し、この圧力室24に連通するノズル30からインクが噴射される。
Next, the operation of the
次に、上述したインクジェットヘッド3の製造工程について説明する。図5は、インクジェットヘッド3の製造工程を概略的に説明する図である。図6は、圧電アクチュエータの製造工程における圧電層の成膜工程を説明する図である。本実施形態では、図5(a)に示すように、流路ユニット6と圧電アクチュエータ7とを別々の工程で製造した後、流路ユニット6の上面に圧電アクチュエータ7を接合して、図5(b)のインクジェットヘッド3を作製する。また、1度の圧電アクチュエータ7の製造工程で、圧電層41が形成された振動板40を2つ同時に作製することができる。
Next, the manufacturing process of the
(流路ユニット製造工程)
まず、流路ユニット6を構成する4枚のプレート20〜23のうち、金属製のキャビティプレート20、ベースプレート21、及び、マニホールドプレート22の3枚のプレートに、圧力室24やマニホールド27などのインク流路を構成する孔を、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23に、レーザー加工により複数のノズル30を形成する。そして、4枚のプレート20〜23を互いに積層した状態で接着剤で接合し、流路ユニット6を完成させる。
(Channel unit manufacturing process)
First, among the four
あるいは、3枚の金属製のプレート20〜23を積層した状態で、高温(例えば、900℃程度)に加熱しながらプレート積層方向に押圧することで、3枚のプレート20〜23を金属拡散接合により接合してもよい。この場合には、金属拡散接合によって得られた3枚のプレート20〜23の積層体に、合成樹脂製のノズルプレート23を接着剤で接合する。
Alternatively, in a state where the three
(圧電アクチュエータ製造工程)
この圧電アクチュエータ7の製造工程では、2枚の振動板40に圧電層41をそれぞれ同時に形成する。まず、2枚の振動板40を積層して接着する(積層工程)。2枚の振動板40の接着方法としては、磁化されてない強磁性体からなる2枚の振動板40のうち、一方の振動板40に面直交方向の磁束密度成分を有する外部磁場を印加することにより、この振動板40を磁化させる。そして、自発磁化を有する一方の振動板40に他方の振動板40を近づけると、この2枚の振動板40の間に磁力が作用することになり、この磁力によって2枚の振動板40を容易に且つ強固に接着することができる。
(Piezoelectric actuator manufacturing process)
In the manufacturing process of the
そして、接着された2枚の振動板40の対向していない側のそれぞれの表面に、エアロゾルデポジション法(AD法)により圧電層41を成膜する(成膜工程)。図6に示すように、振動板40に圧電層41を成膜する成膜装置50は、チャンバー51と、チャンバー51内に設けられ、接着された2枚の振動板40の外周を取り囲んで把持する枠状のフレーム52と、チャンバー51内に設けられ、フレーム52を振動板40の面と平行な方向(図6のY及びZ方向)に往復移動させる移動機構60と、成膜材料の粒子とキャリアガスとからなるエアロゾルが封入されたエアロゾル室54と、エアロゾル室54と接続され、フレーム52に把持された2枚の振動板40のそれぞれの表面に向けてエアロゾルを噴射する2つの噴射ノズル55と、を有している。
Then, the
移動機構60は、ネジがきられた軸61、65と、軸61、65をそれぞれ回転させるステッピングモータ62、66と、軸61、65にそれぞれ係合された金具63、67と、一方端部が金具63と連結されるとともに、他方端部がステッピングモータ66に連結された支持部材64と、を有している。ステッピングモータ62は、チャンバー51の内壁に固定されている。移動機構60は、ステッピングモータ62の駆動により、軸61を回転させて、金具63を図6の上下方向(Z方向)に往復移動させる。また、移動機構60は、ステッピングモータ66の駆動により、軸65を回転させて、金具67を図6の紙面に直交する方向(Y方向)に往復移動させる。金具67はフレーム52と連結されているため、金具67のY方向への移動に伴い、フレーム52はY方向へ移動する。また、金具63は、支持部材64、ステッピングモータ66及び軸65を介して金具67と連結されているため、金具63のZ方向への移動に伴い、フレーム52はZ方向へ移動する。このような構成により、フレーム52は、振動板40の面方向に往復移動可能となっている。
The moving
2つの噴射ノズル55は、フレーム52に把持された2枚の振動板40と直交する方向(X方向)から見て同じ位置に配置されている。この成膜装置50は、2つの噴射ノズル55の位置を固定して、フレーム52に把持された2枚の振動板40の位置を面方向に往復移動させながら、2つの噴射ノズル55から同じタイミングでエアロゾルを噴射して、2つの振動板40のX方向から見て同じ位置に粒子を堆積させることが可能となっている。
The two
このような成膜装置50の構成において、まず、2枚の接着された振動板40をフレーム52で把持する。次に、2枚の振動板40のそれぞれの表面に、AD法により圧電層41を形成する。より詳細には、まず、図示しない真空ポンプによりチャンバー51内をほぼ真空状態とする。その状態で、噴射ノズル55とエアロゾル室54との間に設けられたバルブ56を開くと、エアロゾル室54に封入された、圧電材料(PZT)の粒子と気体(キャリアガス)との混合物(エアロゾル)が、このエアロゾル室54とチャンバー51との間の気圧差によってチャンバー51内の2つの噴射ノズル55へ送られる。そして、2つの噴射ノズル55は、フレーム52に把持された2枚の振動板40のX方向から見た同じ位置に向けてエアロゾルを同時に高速で噴きつけて、粒子を堆積させる。
In such a configuration of the
なお、キャリアガスとしては、ヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガスや、空気、酸素などを使用することができる。また、このエアロゾルの噴射中に、移動機構60によってフレーム52を振動板40の面方向に往復移動させる。これにより、フレーム52に把持された2枚の振動板40のそれぞれの表面の所定領域に、エアロゾルに含まれる圧電材料の粒子が堆積していき、圧電層41がそれぞれ形成される。
As the carrier gas, an inert gas such as helium, argon or nitrogen, air, oxygen or the like can be used. Further, during the aerosol injection, the
振動板の表面に圧電材料の粒子が高速で衝突すると、振動板の表面が削られるなどして強度が下がる。それにより、振動板が薄い場合には、圧電材料の粒子が衝突した面側が凸となる変形が生じる。ここで、2枚の振動板40を接着してそれぞれの表面に圧電材料の粒子を衝突させると、各振動板40には、互いに離反する方向の力が働く。しかし、前述したように、2枚の振動板40は、磁力で強固に接着固定されている。そのため、噴射ノズル55から噴射されたエアロゾルの衝突を受けても、特別な補強部材を必要とせず、振動板1枚のみにエアロゾルを噴きつけて圧電層を成膜する場合よりも、成膜対象物である2枚の振動板40が全体として剛性が高くなっていることから、2枚の振動板40の変形を抑制することができる。2枚の振動板を変形させることなく平らに保持することで、2枚の振動板40の表面に均一な厚みの圧電層41を形成することができる。
When the piezoelectric material particles collide with the surface of the diaphragm at a high speed, the surface of the diaphragm is scraped and the strength is lowered. Thereby, when the diaphragm is thin, deformation occurs such that the surface side on which the particles of the piezoelectric material collide is convex. Here, when the two
2枚の振動板40を接着した場合であっても、それぞれの振動板40が薄い場合には、振動板40にエアロゾルを噴きつけて圧電層41を成膜する場合に、振動板40が変形するおそれがある。振動板40の端部を把持してエアロゾルを噴きつけると、エアロゾルを噴きつけた部分は噴きつけ面側に凸となる変形をするが、振動板40の端部が固定されているため、噴きつけた部分の周囲には噴きつけ面と反対側の面が凸となる変形が生じる。すなわち、2枚の振動板40の一方の振動板40にエアロゾルを噴きつけると、一方の振動板40のエアロゾルを噴きつけた部分は、他方の振動板40から離反する方向の力が生じ、エアロゾルを噴きつけた部分の周囲の部分は、他方の振動板40を押圧する方向の力が生じる。
Even when two
ここで、2枚の振動板40のX方向から見て同じ位置に同時にエアロゾルを噴きつけて粒子を堆積させるため、各振動板40に作用する上述した離反する方向の力と押圧する方向の力が、2枚の振動板40のX方向から見た同じ位置に同時に働き、一方の振動板40に作用する力を他方の振動板40に作用する力で相殺することができる。これにより、2枚の振動板40の変形をより抑制することができる。したがって、2枚の振動板40の表面により均一な厚みの圧電層41を形成することができる。また、2枚の振動板40を水平方向に配置せずに、鉛直方向に配置して、X方向から粒子を堆積させて圧電層41を形成していることで、エアロゾルを噴きつけるときのエアロゾルのX方向の速度は重力の影響を受けず、振動板40のそれぞれの表面に同じような厚みの圧電層41を形成することができる。
Here, in order to deposit particles by simultaneously spraying aerosol at the same position when viewed from the X direction of the two
ところで、上述したAD法によって圧電層41を成膜した場合、粒子の衝突時に粒子の微細化や格子欠陥が生じることがある。そこで、通常、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、前記成膜工程後に成膜装置50のフレーム52から取り外された、圧電層41がそれぞれ形成された2枚の振動板40を図示しない炉内に収容し、所定の温度(例えば、900℃)で熱処理を施す(アニール処理工程)。
By the way, when the
すると、この温度は、振動板40の消磁温度(フェライト系ステンレスのような鉄系金属の場合には、約770℃)以上の温度であるため、一方向に揃っていた原子の磁気モーメントの方向を、熱エネルギーの影響により揺らがせて、磁化を除去することができる。これにより、2枚の振動板40の間に作用していた磁化が除去され、2枚の振動板40を分離することができる。これにより、加熱工程において、圧電層41のアニール処理と振動板40の磁化の消磁による2枚の振動板40の分離とを同時に行うことができるため、全体の工程数を増やすことなく製造工程を簡略化して、2枚の振動板40の分離を行うことが可能となる。このように、一連の工程で、圧電層41が形成された振動板40を一度に2枚簡単に作製することができ、製造時間の短縮化や製造工程の簡略化が図れ、生産性が高くなる。
Then, this temperature is equal to or higher than the demagnetizing temperature of the vibration plate 40 (about 770 ° C. in the case of an iron-based metal such as ferritic stainless steel), so the direction of the magnetic moment of the atoms aligned in one direction Can be shaken by the influence of thermal energy to remove the magnetization. Thereby, the magnetization which acted between the two
加熱工程が終了すると、圧電層41の表面の、複数の圧力室24と対向する領域に、スクリーン印刷、蒸着法、スパッタ法などにより複数の個別電極42をそれぞれ形成し、圧電アクチュエータ7の製造を完了する。
When the heating step is completed, a plurality of
その後、図5(b)に示すように、流路ユニット6の、複数の圧力室24が開口した上面に、圧電アクチュエータ7の振動板40を接着剤により接合することで、インクジェットヘッド3の製造を完了する。
After that, as shown in FIG. 5B, the
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。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 embodiments in which various modifications are made to the 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.
前記実施形態では、成膜工程前に2枚の振動板40を接着する方法として、一方の振動板40を磁化させ、この一方の振動板40の磁力によって2枚の振動板40を接着する方法を例示したが、その他にも以下に例示するような様々な方法を採用できる。
In the embodiment, as a method of bonding the two
1)2枚の振動板40を積層した状態で、この積層された2枚の振動板40に面直交方向の磁束密度成分を有する外部磁場を印加して磁化させ、両者の磁力により強固に接着してもよい。この場合も、圧電層41の成膜工程後に行う加熱工程において、振動板40の消磁温度以上に加熱することで、振動板40の磁化を消し、2枚の振動板40を容易に分離することができる。
1) In a state where two
2)水を介して2枚の振動板40を積層する。そして、この積層された2枚の振動板40を成膜工程においてチャンバー51内に入れて、チャンバー51内を真空にすることで、2枚の振動板40の間に介在する水の沸点は下がり、水は沸騰する。そして、沸騰した水が水蒸気に変化する際には、水から気化熱が奪われ、気化熱が奪われることで水は冷却し固化する(凍る)。このように、水の温度を固化温度まで下げることで、水が固化して氷となり、2枚の振動板40を強固に接着してもよい。この場合、圧電層41の成膜工程後に行う加熱工程において、2枚の振動板40の間に介在していた氷は融解して水に戻り、2枚の振動板40を容易に分離することができる。また、加熱工程において、積極的に水の融点以上に加熱しなくとも、氷が介在した2枚の振動板40をチャンバー51の外に出して、常温下で氷を自然に水に戻して、2枚の振動板40を分離してもよい。さらに、水に限らず、成膜工程において固化して、温度を上げることで融解する材料であれば、いかなる液体であってもよい。
2) Two
3)2枚の振動板40を接着剤により接着してもよい。これにより、2枚の振動板40を強固に接着することができる。この場合、圧電層41の成膜工程後に行う加熱工程において、接着剤の熱分解温度以上に加熱することで、接着剤が熱分解して除去され、2枚の振動板40を容易に分離することができる。また、加熱工程において、熱分解により接着剤を除去しなくとも、接着剤を溶剤で溶かすなど化学的に除去して、2枚の振動板40を分離してもよい。
3) Two
4)2枚の振動板40は非常に薄いため、常圧下で接触させるだけで静電吸着して、強固に固定してもよい。この場合、圧電層形成工程時のチャンバー51内を常圧にして、チャンバー51内とエアロゾル室54との間にエアロゾルを高速で振動板40に対して衝突させることが可能な気圧差が生じるように、エアロゾル室54を加圧した状態にすればよい。
4) Since the two
(2)〜(4)のような磁力によって2枚の振動板40を接着しない場合には、振動板40の材質は、SUS430のような強磁性体に限らない。例えば、SUS304などの常磁性の金属材料であってもよい。また、ジルコニアなどのセラミックスでもよい。ただし、セラミックスからなる振動板の場合、この振動板では導電性がなく、共通電極を兼ねることができないため、振動板と圧電層の間に別個に共通電極を形成する必要がある。
When the two
本実施形態においては、2枚の振動板40のX方向から見て同じ位置に同時に圧電層41を形成していたが、2枚の振動板40のそれぞれ異なる位置に圧電層41を形成してもよい。例えば、1つの噴射ノズル55のみで、一方の振動板40に圧電層41を形成した後、他方の振動板40に圧電層41を形成してもよい。このとき、噴射ノズル55が1つでよいため、設備を簡略化することができる。ただし、2枚の振動板のX方向から見て同じ位置ではなく、違う位置に圧電層41を形成したとしても、2つの噴射ノズル55で2枚の振動板40の表面に同じ成膜時間で圧電層41を形成する方が、迅速に2枚の振動板40に圧電層41を形成することができるため好ましい。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においては、成膜工程において2枚の振動板40を把持したフレーム52を振動板40の面方向に往復移動させて、2つの噴射ノズル55の位置を固定させて、圧電層41を形成していたが、2枚の振動板40を把持したフレーム52を固定させて、2つの噴射ノズル55をフレーム52の移動機構60と同様の移動機構に連結させて、振動板40の面方向に往復移動させて、圧電層41を形成してもよい。
In the present embodiment, the
さらに、図7に示すように、面方向に複数枚の振動板40を形成可能な平面形状の板状部材140を2枚積層させて、この2枚の板状部材140のそれぞれの表面に複数の圧電層41を離間させて形成し、この2枚の板状部材140を分離させた後、それぞれ隣接する圧電層41間で板状部材を分割(裁断)することで、圧電層の形成された振動板を複数作製してもよい。このとき、板状部材の振動板とはならない領域をフレームへのネジ止めに使用することができる。また、圧電層がそれぞれ形成された複数枚の振動板を迅速に作製することができる。なお、2枚の板状部材を一方向に沿って移動させながら、成膜工程、加熱工程、板状部材を分割する工程を順に連続して行ってもよい。
Further, as shown in FIG. 7, two planar plate-
以上、説明した実施形態及びその変更形態では、本発明を、記録用紙にインクを噴射して画像などを記録するインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータの製造方法に適用したが、本発明の適用対象は、このようなインクジェットヘッド用の圧電アクチュエータに限られず、様々な用途に使用される圧電アクチュエータの製造方法に適用できる。また、本発明を、圧力室内のインクを吐出するインクジェットヘッドの製造方法に適用したが、本発明の適用対象は、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適用できる。 As described above, in the embodiment described above and the modifications thereof, the present invention is applied to a method for manufacturing a piezoelectric actuator for an inkjet head that records an image or the like by ejecting ink onto a recording sheet. The present invention is not limited to such a piezoelectric actuator for an ink jet head, and can be applied to a method for manufacturing a piezoelectric actuator used for various purposes. In addition, the present invention is applied to a method of manufacturing an ink jet head that discharges ink in a pressure chamber. However, the application target of the present invention is to apply pressure to a liquid in a pressure chamber such as a liquid discharge head that discharges liquid other than ink from a nozzle. Can be applied to a method of manufacturing a liquid transfer device that transfers liquid in a liquid transfer channel including a pressure chamber.
1 インクジェットプリンタ
3 インクジェットヘッド
6 流路ユニット
7 圧電アクチュエータ
40 振動板
41 圧電層
DESCRIPTION OF
Claims (9)
積層された前記2枚の振動板のそれぞれの表面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを噴きつけて前記粒子を堆積させて、圧電層を形成する成膜工程と、
前記圧電層が形成された前記2枚の振動板を分離させる分離工程と、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 laminating step of laminating two diaphragms;
A film forming step of forming a piezoelectric layer by spraying aerosol containing particles of a piezoelectric material and a carrier gas on each surface of the two laminated diaphragms to deposit the particles;
And a separation step of separating the two diaphragms on which the piezoelectric layer is formed.
前記圧電層形成工程において、前記振動板に直交する方向から見て、前記2枚の振動板の同じ位置に同時に前記エアロゾルを噴きつけて前記粒子を堆積させることを特徴とする請求項2に記載の圧電アクチュエータの製造方法。 In the piezoelectric layer forming step, the piezoelectric layer is formed on the surface of the vibration plate while changing a relative position between the spray nozzle for spraying the aerosol and the vibration plate,
The said piezoelectric layer formation process WHEREIN: Seeing from the direction orthogonal to the said diaphragm, the said aerosol is simultaneously sprayed on the same position of the said 2 diaphragm, and the said particle | grain is deposited. Manufacturing method of the piezoelectric actuator.
前記積層工程において、前記2枚の振動板の少なくとも一方に外部磁場を印加することにより、その少なくとも一方の前記振動板を磁化させ、この磁化された前記少なくとも一方の振動板の磁力によって、前記2枚の振動板を接着させ、
前記分離工程において、磁化された振動板を消磁温度以上に加熱して、前記磁化された振動板の磁化の消磁を行う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 two diaphragms are made of a ferromagnetic material,
In the laminating step, by applying an external magnetic field to at least one of the two diaphragms, at least one of the diaphragms is magnetized, and by the magnetic force of the magnetized at least one diaphragm, the 2 Adhere the diaphragm of the sheet,
5. The method of manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 4, wherein in the separation step, the magnetized diaphragm is heated to a demagnetization temperature or higher to demagnetize the magnetization of the magnetized diaphragm.
前記成膜工程は、前記液体を固化させた状態で行い、
前記分離工程において、前記液体を前記液体の融点以上に加熱して、前記液体を融解させ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。 In the laminating step, the liquids are solidified by lowering the temperature of the liquid to the solidification temperature of the liquid in a state where the opposing surfaces of the two diaphragms are laminated via the liquid. Glue the diaphragm,
The film forming step is performed in a state where the liquid is solidified,
5. The method of manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 4, wherein in the separation step, the liquid is heated to a melting point or higher of the liquid to melt the liquid.
前記分離工程において、前記接着剤を前記接着剤の熱分解温度以上に加熱して、前記接着剤を除去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。 In the laminating step, the two diaphragms are bonded with an adhesive,
5. The method of manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 4, wherein, in the separation step, the adhesive is removed by heating the adhesive to a temperature equal to or higher than a thermal decomposition temperature of the adhesive.
前記アニール処理工程は、前記分離工程を兼ねており、前記2枚の振動板もともに加熱することを特徴とする請求項5〜7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。 After the film forming step, further comprising an annealing treatment step of heating the piezoelectric layer formed on each of the two diaphragms;
The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 5, wherein the annealing process also serves as the separation process, and the two diaphragms are also heated.
前記圧電アクチュエータの製造工程は、
2枚の前記振動板を積層する積層工程と、
積層された前記2枚の振動板のそれぞれの表面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを噴きつけて前記粒子を堆積させて、前記圧電層を成膜する成膜工程と、
前記圧電層が形成された前記2枚の振動板を分離させる分離工程と、備えていることを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 diaphragm disposed on at least one surface of the flow path unit so as to cover the pressure chamber; and a vibration plate disposed on the opposite side of the pressure chamber. A method of manufacturing a liquid transfer device comprising: a piezoelectric actuator including a piezoelectric layer formed;
The manufacturing process of the piezoelectric actuator is as follows:
A laminating step of laminating the two diaphragms;
A film forming step of forming the piezoelectric layer by spraying aerosol containing particles of a piezoelectric material and carrier gas on each surface of the laminated diaphragms to deposit the particles;
A separation step of separating the two diaphragms on which the piezoelectric layer is formed; and a method of manufacturing a liquid transfer device.
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