JP2014177099A - Piezoelectric actuator, piezoelectric actuator manufacturing method, droplet discharge head, and image formation device - Google Patents
Piezoelectric actuator, piezoelectric actuator manufacturing method, droplet discharge head, and image formation device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014177099A JP2014177099A JP2013054290A JP2013054290A JP2014177099A JP 2014177099 A JP2014177099 A JP 2014177099A JP 2013054290 A JP2013054290 A JP 2013054290A JP 2013054290 A JP2013054290 A JP 2013054290A JP 2014177099 A JP2014177099 A JP 2014177099A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piezoelectric
- piezoelectric actuator
- layer portion
- electrode
- liquid
- 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
Links
Images
Landscapes
- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、圧電アクチュエータと、圧電アクチュエータの製造方法、その圧電アクチュエータを用いて液滴を吐出する液滴吐出ヘッド、及び、その液滴吐出ヘッドを採用した画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric actuator, a method for manufacturing the piezoelectric actuator, a droplet discharge head that discharges droplets using the piezoelectric actuator, and an image forming apparatus that employs the droplet discharge head.
一般に、プリンタ、ファックス、複写機、プロッタ、或いはこれらの内の複数の機能を複合した画像形成装置としては、例えばインクの液滴(以下、インク滴という)を、吐出する液滴吐出ヘッドを備えたインクジェット記録装置がある。インクジェット記録装置では、媒体を搬送しながら液滴吐出ヘッドによりインク滴を用紙に付着させて画像形成を行う。ここでの媒体は「用紙」ともいうが材質を限定するものではなく、被記録媒体、記録媒体、転写材、記録紙なども同義で使用する。また、インクジェット記録装置は、紙、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等の媒体に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味する。そして、画像形成とは、文字や図形等の意味を持つ画像を媒体に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を媒体に付与する(単に液滴を吐出する)ことをも意味する。また、インクとは、所謂インクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えばDNA試料、レジスト、パターン材料なども含まれる液体の総称として用いる。 In general, a printer, a fax machine, a copier, a plotter, or an image forming apparatus that combines a plurality of these functions includes, for example, a droplet discharge head that discharges ink droplets (hereinafter referred to as ink droplets). Inkjet recording apparatus. In an ink jet recording apparatus, an image is formed by adhering ink droplets to a sheet by a droplet discharge head while conveying a medium. The medium here is also referred to as “paper”, but the material is not limited, and a recording medium, a recording medium, a transfer material, a recording paper, and the like are also used synonymously. Further, the ink jet recording apparatus means an apparatus for forming an image by discharging a liquid onto a medium such as paper, thread, fiber, fabric, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics or the like. The image formation is not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to the medium but also giving an image having no meaning such as a pattern to the medium (simply ejecting a droplet). Also means. The ink is not limited to so-called ink, and is not particularly limited as long as it becomes liquid when ejected. For example, the ink is a generic term for liquids including DNA samples, resists, pattern materials, and the like. Use.
液滴吐出ヘッドでは、ノズルに連通する液室に、振動板と圧電素子とからなる圧電アクチェータを設け、圧電アクチュエータにより液室内に圧力変動を発生させることにより、ノズルから液滴を吐出する構成が知られている。圧電アクチュエータとしては、振動板上に、圧電体と電極とを交互に複数個積層した積層構造の圧電素子を設け、振動板に垂直な方向に電界を加え、電界に対して平行な方向(d33方向)の変形を直接振動板に伝達して振動板を変位させるものが実用化されている。また、振動板上に、2枚の電極に挟まれた圧電体からなる圧電素子を設け、振動板に垂直な方向に電界を加え、電界に対して垂直な方向(d31方向)の変形により振動板を撓ませるユニモルフ構造のものが実用化されている。 In the liquid droplet ejection head, a piezoelectric actuator composed of a diaphragm and a piezoelectric element is provided in a liquid chamber communicating with the nozzle, and a pressure fluctuation is generated in the liquid chamber by a piezoelectric actuator, thereby ejecting liquid droplets from the nozzle. Are known. As a piezoelectric actuator, a piezoelectric element having a laminated structure in which a plurality of piezoelectric bodies and electrodes are alternately stacked is provided on a diaphragm, an electric field is applied in a direction perpendicular to the diaphragm, and a direction parallel to the electric field (d33 (Direction) is directly transmitted to the diaphragm to displace the diaphragm. In addition, a piezoelectric element made of a piezoelectric body sandwiched between two electrodes is provided on the diaphragm, an electric field is applied in a direction perpendicular to the diaphragm, and vibration is caused by deformation in a direction perpendicular to the electric field (d31 direction). A unimorph structure that bends the plate has been put into practical use.
特許文献1には、液室の隔壁を形成するSi基板上に、直接、振動板と、2枚の電極に挟まれた圧電体の薄膜からなるユニモルフ構造の圧電アクチュエータを形成した液滴吐出ヘッドが記載されている。このような液滴吐出ヘッドは、小型で低コストにできることが評価されて、近年、製品に採用される例が増加している。
In
また、近年、インクジェット記録装置の高画質、高速の要求から、液滴吐出ヘッドの高集積化が求められている。高集積化の方法としては、1列での集積度は従来と変わらないが多列に並べて見かけ上の集積度を上げる方法と、1列で集積度を上げる方法がある。多列で見かけ上の集積度を上げる方法は、1列で集積度を上げる方法に比べて圧電アクチュエータの面積が大きくなる。MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術により、1枚のSi基板上に複数の圧電アクチェータを形成し、個別のアクチュエータに切り分ける工法では、1枚のSi基板からつくることのできる圧電アクチュエータの数が少なくなる。このため、多列で見かけ上の集積度を上げた液滴吐出ヘッドは高コストとなってしまい、低コスト化のためには1列で集積度を上げる方法が好ましい。 In recent years, high integration of a droplet discharge head has been demanded from the demand for high image quality and high speed of an ink jet recording apparatus. As a method of high integration, there are a method of increasing the integration degree in one row, while a method of increasing the integration degree in one row is a method of increasing the apparent integration degree by arranging in multiple rows, although the integration degree in one row is not different from the conventional one. The method of increasing the apparent degree of integration in multiple rows increases the area of the piezoelectric actuator compared to the method of increasing the degree of integration in one row. In the method of forming a plurality of piezoelectric actuators on a single Si substrate by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology and separating them into individual actuators, the number of piezoelectric actuators that can be made from a single Si substrate is reduced. . For this reason, a droplet discharge head having an apparent degree of integration in multiple rows is expensive, and a method of increasing the degree of integration in one row is preferable for reducing the cost.
1列で集積度を上げるためには、液室を高密度に配列することが必要であり、並び方向の幅を小さく作ることが必要になる。しかし、d31方向の変形を利用したユニモルフ構造の圧電アクチュエータを用いる液滴吐出ヘッドで、液室の幅を小さくすると圧電アクチュエータの変位量も小さくなり吐出特性が劣化するという不具合が発生する。 In order to increase the integration degree in one row, it is necessary to arrange the liquid chambers at a high density, and it is necessary to make the width in the arrangement direction small. However, in a droplet discharge head using a piezoelectric actuator having a unimorph structure utilizing deformation in the d31 direction, if the width of the liquid chamber is reduced, the displacement amount of the piezoelectric actuator is also reduced, resulting in a deterioration in discharge characteristics.
特許文献2には、圧電体層の表面の中央部以外の縁部に配置された環状の上電極と、圧電体層の下面に配置された下電極と、下電極から圧電体層の中央部を貫通する柱部及び上電極と離間した表面部からなる中央電極とを有するユニモルフ構造の圧電アクチュエータが記載されている。
特許文献3には、下電極、圧電体、上電極のうち少なくとも一つの平面形状を櫛歯形状に配列したユニモルフ構造の圧電アクチュエータが記載されている。
ユニモルフ構造の液滴吐出ヘッドにおいて、圧電アクチュエータの変位量を高めるためには、振動板を薄くする方法が考えられる。しかし、振動板を薄くすると、振動板の剛性が低下して吐出特性が悪くなり、応答周波数が低下したり、粘度の高いインクが吐出できなくなったりするなどの不具合が生じる。また、駆動電圧を高くする方法も考えられるが、消費電力が大きくなるという不具合が生じる。 In order to increase the displacement amount of the piezoelectric actuator in the unimorph liquid droplet ejection head, a method of thinning the diaphragm can be considered. However, if the diaphragm is made thin, the rigidity of the diaphragm is lowered and ejection characteristics are deteriorated, resulting in problems such as a response frequency being lowered and ink having high viscosity cannot be ejected. Although a method of increasing the drive voltage is also conceivable, there is a problem that power consumption increases.
特許文献2の圧電アクチュエータでは、下電極と上電極との間に生じる電界に加え、中央電極と上電極とに生じる電界により振動板の変位量を高めている。しかし、この電界は圧電体層の表層部のみに形成されるものであり、変位量の格別な増大は期待できない。
特許文献3の圧電アクチュエータでは、下電極、圧電体、上電極のうち少なくとも一つの平面形状を櫛歯形状に配列することにより、液室幅方向の剛性を低くして変位量を高めている。しかしながら、アクチュエータの剛性が低くなるため、上述の振動板の剛性が低下した場合と同様の、剛性不足による不具合が発生することは否めない。
このように、従来のユニモルフ構造の圧電アクチュエータは、剛性を確保し、駆動電圧を抑えつつ、変位量を高めることは難しい。
In the piezoelectric actuator of
In the piezoelectric actuator of
Thus, it is difficult for the conventional unimorph-structured piezoelectric actuator to ensure rigidity and suppress the drive voltage while increasing the amount of displacement.
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、剛性を確保し、駆動電力を抑えつつ変位量の高めることのできる、小型で低コストの圧電アクチュエータ、圧電アクチュエータの製造方法、液滴吐出ヘッド、及び、画像形成装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and a purpose thereof is a compact and low-cost piezoelectric actuator capable of increasing rigidity while ensuring rigidity and suppressing driving power, and a method for manufacturing the piezoelectric actuator. And a droplet discharge head and an image forming apparatus.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、面方向に圧電体と電極とを交互に複数配置した第1層部分と、該面方向にわたって延在するように厚み方向に該第1層部分と一体的に形成された第2層部分とからなり、該第1層部分の電極への電圧印加で該第1層部分が面方向変形して、両層全体が撓むことを特徴とする圧電アクチュエータである。
In order to achieve the above object, the invention of
本発明においては、第1層部分の電極への電圧印加により、電極に挟まれた個々の圧電体が変位することにより、第1層部分全体が面方向変形する。この第1層部分の面方向変形により、第1層部分と、厚み方向に第1層部分に一体的に形成された第2層部分との両層全体が撓む、新しい圧電アクチェータである。この構成では、電極に挟まれる圧電体の個数を増加させように第1層部分の圧電体と電極を設けることで、第1層部分全体の面方向変形を大きくして、両層全体の撓み量を大きくすることができる。このため、従来のユニモルフ構造の圧電アクチュエータのように、アクチュエータ自体の剛性を低下させたり、駆動電圧を上げたりしなくとも、変位量を高めることができる。 In the present invention, by applying a voltage to the electrode of the first layer portion, the individual piezoelectric bodies sandwiched between the electrodes are displaced, so that the entire first layer portion is deformed in the surface direction. Due to the deformation in the surface direction of the first layer portion, a new piezoelectric actuator in which both the first layer portion and the second layer portion integrally formed with the first layer portion in the thickness direction are bent. In this configuration, by providing the piezoelectric body and the electrodes of the first layer portion so as to increase the number of piezoelectric bodies sandwiched between the electrodes, the deformation in the surface direction of the entire first layer portion is increased, and the deflection of the whole of both layers is increased. The amount can be increased. For this reason, the amount of displacement can be increased without lowering the rigidity of the actuator itself or increasing the drive voltage as in a conventional unimorph piezoelectric actuator.
本発明によれば、剛性を確保し、駆動電力を抑えつつ変位量の高めることのできる、小型で低コストの圧電アクチュエータを提供することができるという優れた効果がある。 According to the present invention, there is an excellent effect that it is possible to provide a small-sized and low-cost piezoelectric actuator that can ensure rigidity and increase the amount of displacement while suppressing drive power.
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は本実施形態の圧電アクチュエータの表わす模式図であり、(a)は上面図、(b)は断面図、(c)は拡大断面図である。図1の圧電アクチュエータ37は、面方向に圧電体の壁8と電極3とを交互に複数配置した第1層部分と、振動板1からなる第2層部分とにより構成された圧電アクチュエータである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the piezoelectric actuator of the present embodiment, where (a) is a top view, (b) is a cross-sectional view, and (c) is an enlarged cross-sectional view. The
図2は、図1の圧電アクチェータの製造工程の一例の説明図である。
この圧電アクチュエータ37は、金属板またはシリコン基板、ガラス板などで構成された振動板1の一面にピエゾで代表される圧電体薄膜2を形成する(図2(a))。圧電体薄膜2は、接着またはスパッタなどの成膜技術で振動板1に積層する。また、振動板1はSiO2、SiN、PS(ポリシリコン)、SiONなど比較的ヤング率が高い材料で成膜されているものが好ましい。ただし、振動板1は数μm程度以下の厚みのため、後述するように液滴吐出ヘッドの液室基板15などの基体上に振動板1を成膜し、圧電体薄膜2の活性部の基体を除去し、隔壁19として残すことが必要となる(図2(e))参照)。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an example of a manufacturing process of the piezoelectric actuator of FIG.
The
圧電体薄膜2に、フォトリソグラフィイを用いたエッジング工法(以下、フォトリソ工法という)等により、所定のピッチで溝7を形成することで、残部としての圧電体の壁8が形成する(図2(b))。Ti,SRO、Pt,Alまたはこれらの組み合わせ等で、溝7に電極3を埋設し(図2(c))、その後、圧電体薄膜2の表面にSiN、SiO2,SiN、SiO2などで保護膜4を形成する(図2(d))。
The
電極3は、図1(a)に示すように、交互に極性が変わる櫛歯状の電極として形成する。同極性となる電極3同士は、それぞれ第1電極5または第2電極6に接続され、第1電極5と第2電極6とは電源12に接続する。このような構成により、電極3に挟まれた圧電体の壁8に電界を形成することができる。ここで、圧電体の壁8に電界をかける溝7の電極3はTi,SRO,Ptで成膜し、導電体として使用する第1電極5と第2電極6とはAlで成膜することがコスト的に有利である。
As shown in FIG. 1A, the
この圧電アクチュエータ37では、複数の圧電体の壁8の両側の電極3に電圧を印加することにより、複数の圧電体の壁8に振動板1と平行な方向に電界が形成され、複数の圧電体の壁8にそれぞれ電界方向と平行な方向(d33方向)の変位(伸び)が生じる。図1(c)は、圧電体の壁8の変位(伸び)を説明するための拡大断面図である。このような変位(伸び)が各圧電体の壁8に発生すると、全体としては複数の壁8で発生した変位(伸び)を合わせた変位力で、図1(b)の円弧に示すように振動板1を撓ませる。このため、圧電体の壁8の数を増加させように溝7を形成することで、振動板1の撓み量を増大できる。また、d31方向に比べて、大きな変位量が得られるd33方向の変位を利用して振動板の撓みに変換しているので強い変位力を得ることができる。
In this
なお、図面は圧電体の壁8と電極3との配置を模式的に表したものであり、本発明における電極3の幅及び誘電体の壁8の幅は図面に示すものとは限らない。公知の技術では、圧電体薄層2に1[μm]〜サブミクロンの幅、間隔を有する溝7が形成し、溝7に1[μm]〜サブミクロンの幅となる電極3を埋設することが可能である。これより、後述する具体例のように、1[μm]〜サブミクロンの任意の幅を有する圧電体の壁8と、1[μm]〜サブミクロンの任意の幅を有する電極3と構成することができる。
The drawing schematically shows the arrangement of the
以下、より具体的に説明する。
まず、比較例として、ユニモルフ構造の圧電アクチュエータについて説明する。図21(a)は、従来のユニモルフ構造の圧電アクチュエータ137の断面図である。従来のユニモルフ構造の圧電アクチュエータ137は、振動板1上に、下電極102、圧電体薄膜2、上電極103を順次積層した圧電素子を形成している。このユニモルフ構造の圧電アクチュエータ137では、下電極102または上電極103に電圧を印加することで、圧電体薄膜2に振動板1と垂直な方向の電界が形成され、電界方向と垂直なd31方向に変位(縮み)が生じる。これを利用しての、図21(b)の円弧にしめすよう振動板1を撓ませる。
More specific description will be given below.
First, a unimorph piezoelectric actuator will be described as a comparative example. FIG. 21A is a sectional view of a piezoelectric actuator 137 having a conventional unimorph structure. A conventional piezoelectric actuator 137 having a unimorph structure has a piezoelectric element in which a lower electrode 102, a piezoelectric
ここで、圧電体薄膜2の幅をL、厚みをt、印加電圧をVとすると、圧電体薄膜2自身の変位量ΔL31は、ΔL31=L×d31×V/T (d31は、圧電体のd31方向の比例係数)であらわされる。例えば、L=60[μm]、t=20[μm]、V=30[V]とし、d31=−200[pm/m]とすると、圧電体薄膜2自身はΔL31=−1.8×10−7[m]縮むことになる。
Here, when the width of the piezoelectric
一方、図1の圧電アクチュエータにおいては、一つの圧電体の壁8に発生する変位量ΔL33は、ΔL33=d33×V (d33は、圧電体のd33方向の比例係数)であらわされる。例えば、壁8の幅Lkを2[μm]とすると、d33=400[pm/m]とすると、圧電体の壁8自身はΔL33=1.2×10−8[m]伸びることになる。仮に、電極3の幅Weを0として、Lk=2[μm]の圧電体の壁8を幅方向に重ねたL=60[μm]の圧電体薄膜2とすると、60÷2=30で、30個の圧電体の壁8を有することになる。圧電体薄膜2全体のΔL33=一つの圧電体の壁8に発生する変位量ΔL33×(圧電体の壁8の数) であり、圧電体薄膜2全体のΔL33=1.2×10−8×30=3.6×10−7[m]の伸びが得られる。L=60[μm]の圧電体薄膜2としてのΔL31とΔL33の比をとると、ΔL31/ΔL33=(−1.8×10−7)/(3.6×10−7=−1/2 となる。これは、d31=−200[pm/m]とd33=400[pm/m]の比率に対応している。
On the other hand, in the piezoelectric actuator of FIG. 1, the displacement amount ΔL 33 generated in the
実際の図1の圧電アクチュエータにおいては、電極3は幅Weを有している。L=60[μm]の圧電体薄膜2に、壁8の幅Lkを2[μm]、電極の幅We=2[μm]となるよう溝7を形成すると、壁8の数は15個になる。この時の、圧電体薄膜2としてのΔL33=1.2×10−8×15=1.8×10−7[m]となり、ΔL31と同じ変位量となる。圧電体の壁8の幅Lk=1[μm]、電極の幅We=1[μm]となるよう溝7を形成すると、壁8の数は30個になる。この時の、圧電体薄膜2としてのΔL33=1.2×10−8×30=3.6×10−7[m]となり、ΔL31の倍の変位量となる。このように、本時実施形態では、圧電体の壁8の数を増加させように溝7を形成して電極3を設けることで、圧電体薄膜2全体としての変位量を大きくして、振動板1の撓み量を増大できる。
In the actual piezoelectric actuator of FIG. 1, the
図3は、本実施形態の他の例の圧電アクチュエータの断面を表わす模式図である。圧電体薄膜2に形成する溝の形状は、下部になるに従い狭くなるような傾斜角9を付けて形成することが好ましい。これにより、電極3の埋設が容易とすることができる。傾斜角9としては、45度以上90度以下が好ましい。また、このような傾斜角9を有することで、圧電体の壁8の厚さ方向に変位による力が効率よく伝えられる。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross section of another example of the piezoelectric actuator of the present embodiment. The shape of the groove formed in the piezoelectric
図4は、本実施形態の他の例の圧電アクチュエータの断面を表わす模式図である。電極3はスパッタなどで成膜する時、図5に示すように、溝7の上部が凹状になる場合がある。このような場合は、凹状の部分を埋めるようにSiO2などの絶縁体11を形成し、平坦化処理などで平面性を向上させることが良い。平面性が良いと、後述する液滴吐出ヘッドの形成時に、支持基板21との接合時の隙間設定が容易になる。逆に、圧電体薄膜2より上部に電極3が成膜される場合は、少なくとも圧電体の壁8の上部の電極3はエッチング等で除去する必要がある。隣り合う電極3は絶縁性を保つ必要がある。このため、電極3を成膜後、溝7からはみ出した電極3は前述のようにエッチングで除去するか、平坦化処理をすることにより、確実な縁面距離を確保することが重要である。これにより、圧電アクチュエータ37の、信頼性、歩留まりを向上できる。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross section of another example of the piezoelectric actuator of the present embodiment. When the
図6は、本実施形態の他の例の圧電アクチュエータの断面を表わす模式図である。この圧電アクチュエータは、圧電体薄層2の下部に圧電体を残して上部に複数の溝7を設けたものであり、振動板1を設けない構成である。
図6の圧電アクチュエータおいては、圧電体薄層2の下部に圧電体を残して、上部に複数の溝7を設け、圧電体薄層2上部に溝7により挟まれた圧電体の壁8を複数形成する。そして、壁8の両側の溝7に埋設した電極3に電圧を印加する。この構成では、溝7が形成されていない圧電体薄層2の下部2aは、ほぼ不活性領域となって、振動板1の機能を有する。このため、図6に示すように、振動板1を設けずに、溝7が形成されていない圧電体薄層2の下部2aを振動板1の代わりに用いることが可能である。すなわち、この圧電アクチュエータ37は、圧電体薄膜2の上部が第1層部分、圧電体薄層2の下部2aが第2層部分である。この構成では、圧電体薄層2の下部2aと圧電体薄膜の壁8が一体に構成されることで、強度を確保することができる。さらに、振動板製作工程を省略できるので、低コスト化が図れる。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a cross section of another example of the piezoelectric actuator of the present embodiment. In this piezoelectric actuator, a piezoelectric body is left below the piezoelectric
In the piezoelectric actuator of FIG. 6, the piezoelectric body is left below the piezoelectric
また、図5に示すように、振動板1上の圧電体薄層2の下部2aに圧電体を残して、上部に複数の溝7を設けた構成とすることもできる。この圧電アクチュエータ37は、圧電体薄膜2の上部が第1層部分、中間層部分となる圧電体薄層2の下部2aと振動板1とで本発明の第2層部分を構成する。図5の圧電アクチュエータにおいては、上記形状の溝7を設けることにより、中間層部分を剛性の調整、圧電体薄膜2の成膜時の熱による残留応力によるそりの調整等で自由度が増える効果が得られる。
Further, as shown in FIG. 5, the piezoelectric body may be left in the
図7、8、9は、本実施形態の他の例の圧電アクチュエータの上面を表わす模式図である。なお、図7、8,9においては、保護膜4を省略して示している。本実施形態の圧電アクチュエータにおける電極3は、直線状とは限らない。例えば、図7に示すように円弧状であったり、図8に示すように波型であったりしても良い。異型(楕円、平行四辺形など)なアクチュエータの形状でも曲線と直線を組み合わせることにより電極3の面積効率が良い高出力の圧電アクチュエータ37を構成できる。例えば、図9では、楕円形状のアクチュエータから第1電極5と第2電極6を取り出すため、中央部から引き出し線5a、6aを左右に形成する。それぞれの引き出し線5a、6aと同極性の電極3は接続し、異極性の電極3は溝7を形成しない圧電体薄膜2でそれぞれを絶縁している。図7、8の構成では圧電体の壁8の変位方向は楕円の主に短辺方向であるが、図9の構成では円周全体に変位する電極形状となっている。このように、効率的な電極3の配置とすることで、変位量が大きい圧電アクチュエータ37を作ることができる。また、電極3を両側に取り出せる構成であり、実用的な配線となっている。
7, 8, and 9 are schematic views showing the upper surface of another example of the piezoelectric actuator of the present embodiment. In FIGS. 7, 8, and 9, the
次に、本実施形態の圧電アクチュエータ37を採用した液滴吐出ヘッド40について図に基づき説明する。図10は本実施形態の液滴吐出ヘッドにおける圧電アクチュエータの上面図である。なお、液滴吐出ヘッド40の圧電アクチュエータ37は左右対称に構成されているが、図10ではその右半分のみを示している。図11(a)は本実施形態の液滴吐出ヘッドにおける圧電アクチュエータの液室並び方向断面図であり、図10のA−A断面をしめしたものである。図12(b)、本実施形態の液滴吐出ヘッドにおける圧電アクチュエータの液室長さ方向の断面図であり、図10のB−B断面図を示している。
Next, a
図11(a)、(b)に示すように、液滴吐出ヘッドは、個別の液室18の側壁部を形成するSi基板からなる液室基板15の片側に、液室18の一壁面となる振動板1と、振動板1上にスパッタ、Solgel法等で成膜した圧電体薄膜2を有している。この圧電体薄膜2は、複数の溝7を形成し、その溝7にスパッタ等で電極3が埋設され、圧電アクチュエータ37が形成される。液室基板15の振動板1と反対側には、ノズルを有するノズル板16が接合され、ノズルに連通する各液室18が形成される。
As shown in FIGS. 11A and 11B, the droplet discharge head has one wall surface of the
圧電アクチュエータ37の配線について、図10を参照して説明する。圧電アクチュエータ37は各液室(図10では不図示)18の上部にそれぞれが配設されている。各圧電アクチュエータ37の第1電極5は個別電極として、第2電極6は他の圧電アクチュエータ37との共通の電極として配線されている。各液室18で個別電極となる第1電極5には駆動IC23を接続するハンダ又は金などで形成されるバンプ14が設けられている。圧電アクチュエータ37の一部である保護膜4は液室18の投影部及び液体導入口13は振動板1とともにエッチング等で除去されている。なお、図10中、C、D部は切り欠き部を示し、保護膜4の下部を表している。
Wiring of the
本実施形態の圧電アクチュエータ37では、第1電極(個別電極)5と第2電極(共通電極)は、上下に圧電体薄膜2を挟む構成ではないので、同一面上に同時に第1電極(個別電極)5と第2電極(共通電極)を成膜できる。このため、従来の上下の電極で圧電体薄膜2を挟むユニモルフ構造の圧電アクチュエータで必要な層間絶縁膜や、層間絶縁膜を介して電極と接続するための配線部材等が不要になり、成膜プロセスが大幅に簡略化できる。
In the
図11(a)のA−A断面図に示すように、液室18の投影部の保護膜4は除去され、各液室を分けている隔壁19に対応する圧電体2の上部に形成された保護膜4は残されている。また、図11(b)のB−B断面図に示すように、液体導入口13は流体抵抗20を介して液室18と連通している。
As shown in the AA sectional view of FIG. 11A, the
図12(a)、(b)は、アクチュエータ基板38の断面図であり、(a)は液室並び方向の断面図、(b)は液室幅方向の断面図である。図11(a)、(b)にしめす圧電アクチュエータ37を形成した液室基板15上に支持基板21を接合したものをアクチュエータ基板38という。支持基板21には液体導入口13と連通する液体供給口22が形成されている。支持基板21は、保護膜4と接合され、電極3とは保護膜4の厚さ分の隙間を有する。また、図示しないが、保護膜4の下部に薄い絶縁膜を全面に形成し、バンプ14の上部と周辺及び液体導入口13の開口部分は絶縁膜を除去し、電極3及び壁8の上部には絶縁膜を残した構成でも良い。
12A and 12B are cross-sectional views of the
従来、圧電アクチュエータを形成した液室基板15上へ支持基板21を接合する際は、特許3690098号公報に記載されるように、圧電素子に接触しないように各圧電素子を区切る区画壁を有する裏打ち材を接着する方法が用いられる。300dpi/列以上の高集積ヘッドになると、部品精度、組立て精度が要求されて高コストになり、場合によっては製作が困難になる。本実施形態の液滴吐出ヘッドでは、図12(a)、(b)に示すように、圧電体薄膜2の上部に形成した保護膜4に支持基板21を接合する。このため、支持基板21に特別高精度の接着部を設ける必要や、圧電アクチュエータ37側に特別に接着するための加工や部品は必要がなく、電極3の絶縁性を高める保護膜4を利用するだけでよい。組み立て精度も支持基板21の液体供給口22と液室基板15の液体導入口13の位置合わせをするだけでよく、格段に組み立て性が向上する。
Conventionally, when the
図13は本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの分解斜視図であり、図14は本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの組み立て斜視図である。液滴吐出ヘッド40は、ノズルカバー39、ノズル板16、アクチュエータ基板38、バッキングプレート26、ダンパプレート29、及び、ハウジング31等を含んで構成されている。また、記録画像に応じてインクジェット記録装置の制御部からの電気信号をアクチュエータ基板38に伝達するFPC(Flexible Printed Circuits)41を有している。なお、図13中に、液滴吐出ヘッド40の液室幅方向及び液室並び方向を示している。
FIG. 13 is an exploded perspective view of the droplet discharge head according to the present embodiment, and FIG. 14 is an assembled perspective view of the droplet discharge head according to the present embodiment. The
図15は、液滴吐出ヘッド40の全体の断面図である。なお、図15には、FPC41は示していない。液室基板15に接合された支持基板21の中央部には駆動IC23が配置される空間24が形成されている。この空間24に対応する位置の、圧電アクチュエータ37の第1電極5に形成されたバンプ14上に、金からなるスタッドバンプ(不図示)を形成し、駆動IC23をフリップチップ接合する。支持基板21の上部には、例えばSUS板の第1バッキングプレート25と第2バッキングプレート26が接合される。第1バッキングプレート25と第2バッキングプレート26にはそれぞれ共通液室27を形成する開口部を有しており、支持基板21の液体供給口22に連通している。第2バッキングプレート26上には、圧電アクチュエータ37の変位による液体の衝撃波を吸収する樹脂フィルムのダンパフィルムとSUS板のダンパプレート29が一体になって接合されている。ダンパプレート29には共通液室27に対応する部分に所定の穴を空けて空気室30を形成し、ダンパフィルム28が変位できるようになっている。さらに上部には、液体を共通液室27に供給するための通路(不図示)が形成されたハウジング31が接合されている。
FIG. 15 is a sectional view of the entire
図16は、圧電アクチュエータの製法としてIJPを用いた模式図である。圧電アクチュエータ37の圧電体薄膜2及び電極3の形成方法として好ましいIJP(インクジェットパターニング)工法を示す。圧電材料を分散したインクをIJヘッド32からインク滴33として吐出するIPJ工法を用いて、振動板1の上に壁8を形成し、電極材料を分散したインクをIJヘッド32からインク滴33として吐出して溝7に相当する電極3を形成し、その後乾燥焼成する。IJP工法で壁8と電極3を簡便に形成することにより、低コストを実現するものである。
FIG. 16 is a schematic diagram using IJP as a method of manufacturing a piezoelectric actuator. A preferred IJP (inkjet patterning) method will be described as a method for forming the piezoelectric
図17は、本実施形態の液滴吐出ヘッドの圧電アクチュエータを駆動する駆動波形の一例である。図18は、液滴吐出時に圧電アクチュエータをプリロードするための説明図である。圧電体が積層方向に変位する場合、一般的にプリロードをかけて振動させている。本実施形態の圧電アクチュエータ37においては、プリロードに相当する厚みが増える方向に電圧をかける駆動方法が信頼性、耐久性を確保する上で重要となる。プリロードするには、振動板1が上に凸になることが必要である。下に凹であると、中立点を超えてスタンバイすることが必要となる(図18参照)。本実施形態の圧電アクチュエータでは、図17のように基準電圧Vbを印加することにより、壁8の厚みが増えて所定のプリロードが設定できる。駆動信号により電圧をVtまで上げ、所定時間後電圧をVcまで下げて吐出する。さらに所定時間後、基準電圧Vbに戻す。なお、Vb=Vcでも良い。
FIG. 17 shows an example of a drive waveform for driving the piezoelectric actuator of the droplet discharge head of this embodiment. FIG. 18 is an explanatory diagram for preloading the piezoelectric actuator during droplet discharge. When the piezoelectric body is displaced in the stacking direction, it is generally vibrated by applying a preload. In the
このような波形は一般的に使われている駆動波形であるが、本実施形態の圧電アクチュエータ37に採用することにより、電極3と圧電体の壁8との界面の剥離が低減される。圧電アクチュエータ37では、電極3と圧電体との界面における剥離が、信頼性、耐久性の面から懸念されている。本実施形態において、プリロード電圧が加えられている時には、圧電体の壁8が電界が形成された方向に伸びている状態であり、電極3とは離れる方向とは逆となる(図1(c)参照)。このようにプリロード電圧を印加することで、壁8と電極3が離間する方向の力は発生しなくなるので、信頼性、耐久性の優れた高集積された圧電アクチュエータ、液滴吐出ヘッドが実現できる。
Such a waveform is a driving waveform that is generally used. However, when the waveform is employed in the
図19は、本実施形態の圧電アクチュエータの製法としてMEMS技術を用いた模式図である。これは、液滴吐出ヘッド40のアクチュエータ基板38を、液室基板ウェハ34と支持基板ウェハ35のウェハレベルで接合することにより製造するものであり、量産工法として優れ、低コストで提供できる。
概略の全体プロセスとしては、以下のプロセスが好ましい。
1、液室基板ウェハ34にSiO2、SiN、PS(ポリシリコン)、SiONなど比較的ヤング率が高い材料で振動板1をスパッタなどの成膜方法で形成する。
2、振動板1上に圧電体をスパッタ、Solgel工法又はIJP工法などで成膜し、エッチングで溝7を形成する。
3.溝7に電極3及び第1電極5、第2電極6をスパッタまたはIJP工法などで形成する。
4.電極面を平滑処理し、SiO2、SiNなどで保護膜4を形成し、不要部をエッチング除去する。
5.駆動IC23を接合するためのバンプをスパッタで成膜し、スタッドバンプ形成後、駆動IC23をフリップチップ接合する。
6.所定の厚さに研摩した支持基板ウェハ35に液体供給口22と空間24を形成し、液室基板ウェハ34に接合する。
7.液室基板ウェハ34を所定の厚さに研摩し、液室、流体抵抗、液体導入口をエッチング形成する。
8.ヘッドチップ36にダイシングし、ノズル板16を接合する。
FIG. 19 is a schematic view using the MEMS technology as a method for manufacturing the piezoelectric actuator of the present embodiment. This is manufactured by bonding the
As the general overall process, the following process is preferable.
1. The
2. A piezoelectric material is formed on the
3. The
4). The electrode surface is smoothed, the
5. Bumps for bonding the
6). The
7). The liquid
8). The
本実施形態では、液滴吐出ヘッドの液室18の高密度化に伴い、従来の圧電アクチュエータでは振動板1の撓みが得られなくなることに対して、d33方向の変位を用いて振動板1を撓ませたものである。液室18の高密度化と、振動板1の固定端の距離の減少は比例するので、高密度化により硬い振動板になると換言できる。上述のように、本実施形態の圧電アクチュエータ37では、圧電体薄層2に形成する溝7の数を増加させることで、振動板1の撓み量を増大できるので、特に、600dpi以上の集積化には必須の技術である。また、このような高密度化した液滴吐出ヘッド40では、硬い振動板1を変形させる必要があり、結果として振動板の固有振動数が上がる。固有振動数の向上は、高速な周波数に対する追随性を高め、結果として、結果として周波数特性の良好な、また固有振動数(Tc)の短い液滴吐出ヘッド40が達成できる。さらに、インクに与える衝撃波は力積に比例する。この場合の力積は、単位時間当たりの変位量であるので、高い周波数で、一定の変位が得られることは大きなエネルギーを生成する。従って、高粘度インクなどの吐出も可能になる。
In the present embodiment, as the
次に、上記液滴吐出ヘッド40を搭載する画像形成装置としてのインクジェット記録装置について説明する。
図20は液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置としてのライン型インクジェットプリンタ概略図である。ベルト駆動ローラ64とベルト従動ローラ63に巻回された搬送ベルト65が図示しないモータにより駆動される。搬送ベルト65の内側には搬送ベルトのガイドとしてプラテン66が設置されている。給紙カセット67に堆積されている記録紙61は給紙ローラ60により分離されガイド板68に沿って給送される。
プラテン66に対向する位置に、搬送ベルト65に向かって噴射ができるようにインクジェットラインヘッドの各色(Bk、C、M、Y)それぞれ50Bk,50C,50M,50Yが配設されている。これらのインクジェットラインヘッド50は通常いくつかの短いインクジェットヘッド、例えば、本実施形態の図15に示す液滴吐出ヘッド40を精度良く並べて紙幅以上の長さに構成されている。
Next, an ink jet recording apparatus as an image forming apparatus on which the
FIG. 20 is a schematic diagram of a line type ink jet printer as an image forming apparatus equipped with a droplet discharge head. A
50Bk, 50C, 50M, and 50Y of the respective colors (Bk, C, M, and Y) of the ink jet line head are disposed at positions facing the
さらに、記録紙に前処理を施す前処理ユニット51を設けても良い。前処理ユニット51は、例えば、記録紙61上にインクを定着できる前処理液を塗布するユニットである。また、55は記録紙61に付着したインクを乾燥させる後処理ユニットである。剥し爪56は搬送ベルト65から記録紙61を剥すように設置され、一対の排紙ローラ57,58に記録紙61は送り込まれ、排紙カセット59に堆積される。このように、小型、高集積、低コストのヘッドをアレイ化して構成するため、低コスト、高画質の画像形成装置を提供することができる。
Furthermore, a
なお、本実施形態の圧電アクチュエータ37は、上述の液滴吐出ヘッド40のみならず、ブザーやスピーカー、さらには液体を移送するポンプ等に用いることができる。本実施形態の圧電アクチュエータ37は、上述のように変位量を増大させることができるので、圧電アクチュエータ37の低電力駆動を行うことができる。例えば、ブザーに用いた場合は、音量は変位量に依存するため、変位量を増大させることにより、低電圧で大音量とすることができ、消費電力の低減が可能となる。
In addition, the
以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様ごとに特有の効果を奏する。
(態様A)
面方向に圧電体の壁8と電極3とを交互に複数配置した第1層部分と、面方向にわたって延在するように厚み方向に第1層部分と一体的に形成された第2層部分とからなり、第1層部分の電極への電圧印加で該第1層部分が面方向変形して、両層全体が撓むことを特徴とする圧電アクチュエータである。
この構成によれば、上記実施形態について説明したように、第1層部分の電極への電圧印加により、電極に挟まれた個々の圧電体が変位することにより、第1層部分全体が面方向変形する。この第1層部分の面方向変形により、第1層部分と、厚み方向に第1層部分に一体的に形成された第2層部分との両層全体が撓む、新しい圧電アクチェータである。この構成では、電極に挟まれる圧電体の個数を増加させように第1層部分の圧電体と電極を設けることで、第1層部分全体の面方向変形を大きくして、両層全体の撓み量を大きくすることができる。このため、従来のユニモルフ構造の圧電アクチュエータのように、アクチュエータ自体の剛性を低下させたり、駆動電圧を上げたりしなくとも、変位量を高めることができる。
What has been described above is merely an example, and the present invention has specific effects for each of the following modes.
(Aspect A)
A first layer portion in which a plurality of
According to this configuration, as described in the above embodiment, when the voltage applied to the electrodes of the first layer portion is displaced, the individual piezoelectric bodies sandwiched between the electrodes are displaced, so that the entire first layer portion is in the surface direction. Deform. Due to the deformation in the surface direction of the first layer portion, a new piezoelectric actuator in which both the first layer portion and the second layer portion integrally formed with the first layer portion in the thickness direction are bent. In this configuration, by providing the piezoelectric body and the electrodes of the first layer portion so as to increase the number of piezoelectric bodies sandwiched between the electrodes, the deformation in the surface direction of the entire first layer portion is increased, and the deflection of the whole of both layers is increased. The amount can be increased. For this reason, the amount of displacement can be increased without lowering the rigidity of the actuator itself or increasing the drive voltage as in a conventional unimorph piezoelectric actuator.
(態様B)
(態様A)において、第2層部分として振動板1を有する。これによれば、図1、3、4または5にしめす構成の圧電アクチュエータ37が得られる。
(Aspect B)
In (Aspect A), the
(態様C)
(態様B)において、第2層部分が振動板1によって構成され、第1層部分の電極3を第2層部分に接するよう配置する。これによれば、図1、3または4にしめす構成の圧電アクチュエータ37が得られる。
(Aspect C)
In (Aspect B), the second layer portion is constituted by the
(態様D)
(態様B)において、圧電体の壁8と電極3とからなる第1層部分と振動板1との間に、圧電体の壁8と連続する圧電体薄膜の下部2aなどの中間層部分を有し、第2層部分を振動板1と中間層部分とで構成する。これによれば、図5にしめす構成の圧電アクチュエータ37が得られる。この圧電アクチュエータにおいて、中間層部分は、ほぼ不活性領域となり、剛性の調整、成膜時の熱による残留応力によるそりの調整に用いることができる。このため、設計の自由度が増えるという効果が得られる。
(Aspect D)
In (Aspect B), an intermediate layer portion such as a
(態様E)
(態様A)において、圧電体の壁8と電極3とからなる第1層部分と、第1層部分の圧電体と連続する圧電体薄膜の下部2aなどの圧電体層部分を有し、第2層部分が圧電体薄膜の下部2aからなる。これによれば、図6にしめす構成の圧電アクチュエータ37が得られる。この圧電アクチュエータにおいて、圧電体薄層2の下部2aは、ほぼ不活性領域となって、振動板1の機能を有する。このため、振動板1を設けずに、圧電体薄層2の下部を振動板1の代わりに第2層部分として用いることが可能である。この構成では、圧電体薄層2の下部2aと圧電体の壁8が一体に構成されることで、強度を確保することができる。さらに、振動板製作工程を省略できるので、低コスト化が図れる。
(Aspect E)
(Aspect A) includes a first layer portion composed of the
(態様F)
(態様A)乃至(態様E)の何れかにおいて、電極3は振動板1などの第2層部分に近づくに従い、面方向長さが狭くなるような傾斜角9を有するものであり、傾斜角が45度以上90°以下である。これによれば、圧電体の壁8の変位を効率よく伝え振動板1などの第2層部分に伝えることができる。
(Aspect F)
In any one of (Aspect A) to (Aspect E), the
(態様G)
(態様A)乃至(態様F)の何れかにおいて、電極3の表面は平坦化処理が施されたものである。これによれば、電極表面は、凸部を研摩され、凹部を埋めて電極間の絶縁性を確保されたものとなるため、圧電体の変位を効率よく発生させることができる。
(Aspect G)
In any one of (Aspect A) to (Aspect F), the surface of the
(態様H)
(態様A)乃至(態様G)の何れかにおいて、複数の電極3のうち互いに隣接する一方の電極と、他方の電極とが、圧電体の薄膜と同一面上で対向配置される第1電極5と第2電極6等により櫛歯状の電極を形成する。これによれば、圧電体の壁8に電圧を印加する電極を効率的に配置することができる。
(Aspect H)
In any one of (Aspect A) to (Aspect G), a first electrode in which one electrode adjacent to each other among the plurality of
(態様I)
(態様A)乃至(態様H)の何れかにおいて、圧電体の壁8と電極3とが、円弧状、波型などの曲線状に配置される。これによれば、電極面積を大きく設定でき圧電体の変位力を増し、異型な積層体でも面積効率を上げることができる。
(Aspect I)
In any one of (Aspect A) to (Aspect H), the
(態様J)
(態様A)乃至(態様I)の何れかにおいて、圧電体の壁8と電極3とからなる第1層部分の表面に保護膜4を形成する。これによれば、電極間の絶縁性を高めるとともに電極の酸化等を防止することができる。
(Aspect J)
In any one of (Aspect A) to (Aspect I), the
(態様K)
(態様A)乃至(態様I)の何れかにおいて、第1層部分の圧電体の壁8が面方向に伸張する電圧が印加される。これによれば、変位効率の良い電界形成加方向と平行な方向の変位を用いて、圧電体の壁8の変位量を大きくすることができる。
(Aspect K)
In any one of (Aspect A) to (Aspect I), a voltage is applied so that the
(態様L)
(態様B)乃至(態様D)、または、(態様F)乃至(態様K)の何れかに記載の圧電アクチュエータの製造方法として、振動板1上に圧電体薄膜2を形成し、圧電体薄膜2に複数の溝7を形成し、溝部に電極3を埋設することで圧電体と電極とを交互に配置して第1層部分を形成する方法を用いる。これによれば、圧電体薄層2に高精細、高密度な溝7が形成し、溝7に電極3を埋設することが可能である。このため、多数の圧電体の壁8を容易に形成することができ、低コストを実現することができる。
(Aspect L)
As a method for manufacturing a piezoelectric actuator according to any one of (Aspect B) to (Aspect D) or (Aspect F) to (Aspect K), a piezoelectric
(態様M)
(態様D)または(態様E)に記載の圧電アクチュエータの製造方法として、圧電体薄膜2の上部に複数の溝7を形成し、溝部に電極3を埋設することで圧電体と電極とを交互に配置して第1層部分を形成する方法を用いる。これによれば、圧電体薄層2に高精細、高密度な溝7が形成し、溝7に電極3を埋設することが可能である。このため、多数の圧電体の壁8を容易に形成することができ、低コストを実現することができる。
(Aspect M)
As a method of manufacturing the piezoelectric actuator described in (Aspect D) or (Aspect E), a plurality of
(態様N)
(態様A)乃至(態様K)の何れかに記載の圧電アクチュエータの製造方法であって、圧電材料または電極材料を分散したインクをインクジェットヘッドで吐出し基板上に塗布するインクジェット工法を用いて、第1層部分を形成する。これによれば、IJP工法で壁と電極を簡便に形成することにより、低コストを実現することができる。
(Aspect N)
(Aspect A) A method for manufacturing a piezoelectric actuator according to any one of (Aspect K), using an inkjet method in which an ink in which a piezoelectric material or an electrode material is dispersed is ejected by an inkjet head and applied onto a substrate. A first layer portion is formed. According to this, low cost can be realized by simply forming the wall and the electrode by the IJP method.
(態様O)
ノズル17に連通する液室18を形成する液室基板15などの基板上に圧電アクチュエータを設け、圧電アクチュエータに電圧を印加して、液室に圧力を発生させることによりノズルから液滴を吐出する液滴吐出ヘッドにおいて、(態様A)乃至(態様K)の何れかの圧電アクチュエータを採用する。これによれば、上記実施形態について説明したように、剛性を確保し、駆動電力を抑えつつ、吐出性能の安定した高集積した液滴吐出ヘッドとすることができる。
(Aspect O)
A piezoelectric actuator is provided on a substrate such as the
(態様P)
(態様O)において、液室18と液室に連通する液体導入口の投影面上は圧電アクチュエータの保護膜4を除去し、且つ、残りの保護膜を用いて基板を支持する支持基板を接合する。これによれば、液室を形成する基板を補強する効果と、圧電体を外部環境から保護するための空間を簡便な成膜工程で形成することができる。
(Aspect P)
In (Aspect O), the
(態様Q)
(態様P)において、液室として2列の千鳥配置される液室列を有し、液室列の中央に上記電極に電圧を印加する駆動回路を配置し、支持基板は該駆動回路が隙間を持って収納される空間と該液体導入口と連通する液体供給口が設ける。これによれば、圧電アクチュエータの第1電極5などからの取り出し配線が簡便化し、取り出し配線の低抵抗化も実現できるという効果がある。
(Aspect Q)
In (Aspect P), the liquid chamber has two liquid chamber rows arranged in a staggered manner as the liquid chamber, and a drive circuit for applying a voltage to the electrode is arranged at the center of the liquid chamber row, and the drive circuit has a gap between the drive circuits. And a liquid supply port communicating with the liquid introduction port. According to this, there is an effect that the extraction wiring from the
(態様R)
(態様O)、(態様P)または(態様Q)において、圧電アクチュエータに圧電体の壁の厚みが増している状態に維持する第1の電圧Vbを印加し、次いで壁の厚みをさらに増す第2の電圧Vtを印加し、所定時間経過後、壁の厚みを戻す第3の電圧を印加することにより液滴を吐出をさせる。これによれば、積層方向にプリロードをかけて振動させるため、信頼性、耐久性を向上することができる。
(Aspect R)
In (Aspect O), (Aspect P), or (Aspect Q), a first voltage Vb is applied to the piezoelectric actuator to maintain the thickness of the wall of the piezoelectric body increasing, and then the thickness of the wall is further increased. A voltage Vt of 2 is applied, and after a lapse of a predetermined time, a third voltage for returning the wall thickness is applied to discharge the droplet. According to this, since preload is applied in the stacking direction to vibrate, reliability and durability can be improved.
(態様S)
(態様O)、(態様P)、(態様Q)または(態様R)において、液室を形成する基板上に圧電アクチュエータを複数形成した液室基板ウェハと、支持基板を複数形成した支持基板ウェハとをウェハをウェハレベルで接合した後、個別に切断したヘッドチップを搭載する。これによれば、MEMS技術で圧電アクチュエータを低コストで製作することができる。
(Aspect S)
In (Aspect O), (Aspect P), (Aspect Q) or (Aspect R), a liquid chamber substrate wafer in which a plurality of piezoelectric actuators are formed on a substrate in which a liquid chamber is formed, and a support substrate wafer in which a plurality of support substrates are formed After bonding the wafers at the wafer level, individually cut head chips are mounted. According to this, the piezoelectric actuator can be manufactured at low cost by the MEMS technology.
(態様T)
媒体を搬送しながら、液滴吐出手段により吐出した液滴を該媒体に付着させて画像形成を行う画像形成装置において、液滴吐出手段として(態様O)乃至(態様S)の何れかの液滴体吐出ヘッドを採用する。これによれば、高密度で、高品位な画像が得られる画像形成装置を提供できる。
(Aspect T)
In an image forming apparatus that forms an image by adhering droplets ejected by the droplet ejecting unit to the medium while transporting the medium, the liquid of any one of (Aspect O) to (Aspect S) is used as the droplet ejecting unit. Adopt a droplet discharge head. According to this, it is possible to provide an image forming apparatus capable of obtaining a high-density and high-quality image.
1 振動板
2 圧電体薄膜
2a 圧電体薄膜の下部
3 電極
4 保護膜
5 第1電極
6 第2電極
7 溝
9 傾斜角
8 圧電体の壁
12 電源
15 液室基板
16 ノズル基板
17 ノズル
18 液室
21 支持基板
37 圧電アクチュエータ
40 液滴吐出ヘッド
DESCRIPTION OF
Claims (20)
上記圧電アクチュエータとして請求項1乃至11の何れか1項に記載の圧電アクチュエータを採用することを特徴とする液滴吐出ヘッド。 In a liquid droplet ejection head, in which a piezoelectric actuator is provided on a substrate forming a liquid chamber communicating with a nozzle, and a voltage is applied to the piezoelectric actuator to generate pressure in the liquid chamber to eject liquid droplets from the nozzle ,
A liquid droplet ejection head, wherein the piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 11 is adopted as the piezoelectric actuator.
上記前記液滴吐出手段として請求項15乃至19の何れか1項に記載の液滴体吐出ヘッドを採用したことを特徴とする画像形成装置。 In an image forming apparatus for forming an image by adhering droplets ejected by droplet ejecting means to the medium while conveying the medium,
20. An image forming apparatus using the droplet discharge head according to claim 15 as the droplet discharge unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013054290A JP2014177099A (en) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | Piezoelectric actuator, piezoelectric actuator manufacturing method, droplet discharge head, and image formation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013054290A JP2014177099A (en) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | Piezoelectric actuator, piezoelectric actuator manufacturing method, droplet discharge head, and image formation device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014177099A true JP2014177099A (en) | 2014-09-25 |
Family
ID=51697527
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013054290A Pending JP2014177099A (en) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | Piezoelectric actuator, piezoelectric actuator manufacturing method, droplet discharge head, and image formation device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014177099A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115437183A (en) * | 2022-10-26 | 2022-12-06 | 惠科股份有限公司 | Display panel, manufacturing method of display panel and display device |
-
2013
- 2013-03-15 JP JP2013054290A patent/JP2014177099A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115437183A (en) * | 2022-10-26 | 2022-12-06 | 惠科股份有限公司 | Display panel, manufacturing method of display panel and display device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8414110B2 (en) | Inkjet head | |
JP5760475B2 (en) | Inkjet head | |
JP5432064B2 (en) | Liquid ejecting head and liquid ejecting apparatus | |
JP5871738B2 (en) | Inkjet head and inkjet recording apparatus | |
JP5899928B2 (en) | Inkjet head | |
JP2017124540A (en) | Wiring board, mems device, and liquid jet head | |
JP4329734B2 (en) | Inkjet head | |
JP3185434B2 (en) | Inkjet print head | |
JP2013059934A (en) | Liquid ejection head, and liquid ejection apparatus | |
JP2017113918A (en) | Through wiring, mems device, liquid injection head, manufacturing method for through wiring, manufacturing method for mems device and manufacturing method for liquid injection head | |
JP2014177099A (en) | Piezoelectric actuator, piezoelectric actuator manufacturing method, droplet discharge head, and image formation device | |
JP2004154987A (en) | Liquid injection head, its manufacturing process and liquid ejector | |
JP2007076129A (en) | Liquid droplet discharge head, recording liquid cartridge, and image forming device | |
JP7247556B2 (en) | Piezoelectric actuator and method for manufacturing piezoelectric actuator | |
JP6193727B2 (en) | Liquid discharge head and recording apparatus using the same | |
JP2011212869A (en) | Piezoelectric actuator, droplet discharge head, and droplet discharge device | |
JP3156411B2 (en) | Ink jet print head and method of manufacturing the same | |
JP5958002B2 (en) | Droplet discharge head | |
WO2012002131A1 (en) | Inkjet head | |
JP2007062251A (en) | Liquid discharge head, manufacturing method of liquid discharge head, recording liquid cartridge, and, image forming device | |
JP2014024275A (en) | Liquid discharge head, and image forming apparatus | |
JP3578190B2 (en) | Ink jet recording head driving piezoelectric vibrator unit and method of manufacturing the same | |
JP6359367B2 (en) | Inkjet head | |
JP7293655B2 (en) | piezoelectric actuator | |
JP2011218640A (en) | Inkjet head |