JP3106030B2 - Piezoelectric / electrostrictive actuator - Google Patents
Piezoelectric / electrostrictive actuatorInfo
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
- H04R17/04—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus
- H04R17/08—Gramophone pick-ups using a stylus; Recorders using a stylus signals being recorded or played back by vibration of a stylus in two orthogonal directions simultaneously
Landscapes
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- Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【技術分野】本発明は、圧電／電歪アクチュエータに係
り、特にインクジェットプリントヘッド、マイクロホ
ン、発音体（スピーカー等）、各種振動子や発振子、ポ
ンプ等に用いられるユニモルフ型やバイモルフ型等の屈
曲変位を発生させるタイプの圧電／電歪アクチュエータ
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric / electrostrictive actuator, and more particularly to a unimorph type or bimorph type bending used for an ink jet print head, a microphone, a sound generator (such as a speaker), various vibrators and oscillators, a pump and the like. The present invention relates to a piezoelectric / electrostrictive actuator that generates displacement.
【０００２】[0002]
【背景技術】近年、基体内部に設けた複数の空間にてそ
れぞれ振動壁部を形成し、該振動壁部の一部を該振動壁
部に設けた圧電／電歪素子の作動によって振動させるよ
うにした圧電／電歪アクチュエータが知られている。そ
して、そのようなアクチュエータは、例えばインクジェ
ットプリンタに使用されるプリントヘッドのインクポン
プ等として利用されており、インクが供給され、充填さ
れた空間内の圧力を圧電／電歪素子の変位によって上昇
させることにより、空間に連通するノズル孔からインク
粒子（液滴）を打ち出して、印字するようになってい
る。2. Description of the Related Art In recent years, a vibrating wall is formed in each of a plurality of spaces provided inside a substrate, and a part of the vibrating wall is vibrated by the operation of a piezoelectric / electrostrictive element provided on the vibrating wall. A known piezoelectric / electrostrictive actuator is known. Such an actuator is used, for example, as an ink pump for a print head used in an ink jet printer, and is supplied with ink to increase the pressure in a filled space by displacement of a piezoelectric / electrostrictive element. Thus, ink particles (droplets) are ejected from nozzle holes communicating with the space, and printing is performed.
【０００３】具体的に、図５及び図６には、このタイプ
のインクジェットプリントヘッドの一例が示されてい
る。それらの図において、１６は、インクノズル部材で
あり、複数のノズル孔２が設けられた金属製のノズルプ
レート４と、複数のオリフィス孔６が設けられた金属製
のオリフィスプレート８とが、流路プレート１０を挟ん
で積層、接合されることにより形成されており、その内
部に、前記ノズル孔２にインクを導くインク噴出用流路
１２と、前記オリフィス孔６にインクを導くインク供給
用流路１４とが形成されている。また、２５は、アクチ
ュエータであり、金属や合成樹脂からなる閉塞プレート
１８とスペーサプレート２０とが積層されて、形成され
た基体２４内に、前記インクノズル部材１６の各ノズル
孔２およびオリフィス孔６に対応する複数の空間２６が
設けられると共に、該空間２６にてそれぞれ振動壁部３
２が形成されている。そして、該閉塞プレート１８の外
面において、各振動壁部３２に対応する位置に、圧電／
電歪素子２８が固着されている。そして、それらインク
ノズル部材１６とアクチュエータ２５とが重ね合わされ
て、接着一体化されることにより、インクジェットプリ
ントヘッドが構成され、前記圧電／電歪素子２８を作動
させることによって、該振動壁部３２を変形させて、空
間２６内部に圧力を生ぜしめ得るようになっている。Specifically, FIGS. 5 and 6 show an example of this type of ink jet print head. In these figures, reference numeral 16 denotes an ink nozzle member, which is formed by a metal nozzle plate 4 having a plurality of nozzle holes 2 and a metal orifice plate 8 having a plurality of orifice holes 6. It is formed by laminating and joining with the passage plate 10 interposed therebetween. Inside the passage plate 12, an ink ejection flow passage 12 that guides ink to the nozzle hole 2 and an ink supply flow passage that guides ink to the orifice hole 6 are formed. A path 14 is formed. Reference numeral 25 denotes an actuator, in which a nozzle plate 2 and an orifice hole 6 of the ink nozzle member 16 are provided in a base 24 formed by laminating a closing plate 18 made of metal or synthetic resin and a spacer plate 20. Are provided, and the vibration wall portions 3 are respectively provided in the spaces 26.
2 are formed. Then, on the outer surface of the closing plate 18, the piezoelectric /
The electrostrictive element 28 is fixed. Then, the ink nozzle member 16 and the actuator 25 are overlapped and bonded and integrated to form an ink-jet print head, and by operating the piezoelectric / electrostrictive element 28, the vibration wall portion 32 is formed. The space 26 can be deformed to generate pressure inside the space 26.
【０００４】ところで、インクノズル部材１６とアクチ
ュエータ２５を接着一体化する際には、通常、接着性を
高めるために押圧操作が行なわれる。そして、アクチュ
エータ２５を加圧する場合、図７に示されているよう
に、基体２４の外面上において圧電／電歪素子２８がそ
の厚さの分だけ盛り上がっているため、該圧電／電歪素
子２８に押し当て力が加わり易くなる。然るに、圧電／
電歪素子２８は強度が低いため、そのような加圧によっ
て破損し易い問題を有しているのである。それ故に、接
着の際の押圧時には、圧電／電歪素子２８の破損を防止
するために、押し当て力が圧電／電歪素子２８以外の領
域のみに伝わるようにする必要があり、従来では、
（１）アクチュエータ２５の周辺部のみを押す方法や、
（２）圧電／電歪素子２８に当たる部分をくり貫いた押
し当て板をアクチュエータ２５にセットして、押す方法
等が採用されていた。When the ink nozzle member 16 and the actuator 25 are bonded and integrated, a pressing operation is usually performed to enhance the adhesiveness. When the actuator 25 is pressurized, as shown in FIG. 7, the piezoelectric / electrostrictive element 28 is raised on the outer surface of the base 24 by the thickness of the piezoelectric / electrostrictive element 28. , The pressing force is easily applied. But piezoelectric /
Since the electrostrictive element 28 has low strength, it has a problem that the electrostrictive element 28 is easily broken by such pressurization. Therefore, at the time of pressing at the time of bonding, in order to prevent breakage of the piezoelectric / electrostrictive element 28, it is necessary to transmit the pressing force only to a region other than the piezoelectric / electrostrictive element 28.
(1) A method of pressing only the periphery of the actuator 25,
(2) A method has been adopted in which a pressing plate having a portion that comes into contact with the piezoelectric / electrostrictive element 28 is set in the actuator 25 and pressed.
【０００５】しかしながら、本来、隣り合う空間２６，
２６同士の間は、インクがリークしないようにしっかり
と接着によりシールされる必要があるのに対して、前記
（１）の方法では、空間２６，２６間の隔壁部３０を押
し当てる力が不十分で、接着不良が生じて、リークが発
生し易い問題がある。また、前記（２）の方法では、押
し当て板を圧電／電歪素子２８に掛からないように精密
に位置決めする必要があるが、圧電／電歪素子２８を高
集積化して配置するために、空間２６，２６間の隔壁部
３０の幅は０．０５〜０．５mmと非常に狭いうえ、圧電
／電歪素子２８の方が突出しているために、位置決めし
難く、作業性が悪い問題がある。更には、押し当て板の
位置がずれた場合には、圧電／電歪素子２８を押してし
まい、破損させる恐れがあったのである。However, the originally adjacent spaces 26,
It is necessary that the space between the spaces 26 is tightly sealed by an adhesive so that the ink does not leak. On the other hand, in the method (1), a force for pressing the partition 30 between the spaces 26 is not sufficient. There is a problem that adhesion is insufficient and a leak easily occurs due to poor adhesion. In the method (2), it is necessary to precisely position the pressing plate so as not to be caught on the piezoelectric / electrostrictive element 28. However, in order to arrange the piezoelectric / electrostrictive element 28 in a highly integrated manner, The width of the partition 30 between the spaces 26, 26 is very narrow, 0.05 to 0.5 mm, and since the piezoelectric / electrostrictive element 28 protrudes, positioning is difficult and workability is poor. is there. Further, when the position of the pressing plate is shifted, the piezoelectric / electrostrictive element 28 is pushed and may be damaged.
【０００６】[0006]
【解決課題】ここにおいて、本発明は、かかる事情を背
景として為されたものであって、その解決課題とすると
ころは、基体の各振動壁部の位置に対応して、基体外面
に複数の圧電／電歪素子が設けられてなる圧電／電歪ア
クチュエータを、インクノズル部材等の他部材に接着さ
せるに際して、圧電／電歪素子の破損を防止しつつ、接
着性を高めると共に、接着作業性を改善することにあ
る。Here, the present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to solve the above problem by providing a plurality of vibrating walls on the outer surface of the base in correspondence with the positions of the respective vibrating walls of the base. When a piezoelectric / electrostrictive actuator provided with a piezoelectric / electrostrictive element is bonded to another member such as an ink nozzle member, the bonding property is improved while preventing damage to the piezoelectric / electrostrictive element while preventing the piezoelectric / electrostrictive element from being damaged. Is to improve.
【０００７】[0007]
【解決手段】そして、上記の課題を解決するために、本
発明にあっては、内部に設けた複数の空間にてそれぞれ
振動壁部が形成された基体と、該基体の各振動壁部に対
応する外面上の位置に、膜形成法によって順次形成され
た下部電極膜、圧電／電歪膜および上部電極膜からなる
圧電／電歪素子とからなり、該圧電／電歪素子によって
前記振動壁部の一部を振動させるようにした圧電／電歪
アクチュエータにおいて、前記基体の外面上の隣り合う
圧電／電歪素子の間に、該圧電／電歪素子よりも所定寸
法突出する高さで台地状干渉部を設けたことを特徴とす
る圧電／電歪アクチュエータを、その要旨とするもので
ある。In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, a base body having a plurality of vibrating wall portions formed in a plurality of spaces provided therein, A piezoelectric / electrostrictive element composed of a lower electrode film, a piezoelectric / electrostrictive film and an upper electrode film sequentially formed by a film forming method at a position on a corresponding outer surface, and the vibrating wall is formed by the piezoelectric / electrostrictive element. A piezoelectric / electrostrictive actuator configured to vibrate a part of a portion between adjacent piezoelectric / electrostrictive elements on an outer surface of the base at a height that protrudes by a predetermined dimension from the piezoelectric / electrostrictive element. The present invention provides a piezoelectric / electrostrictive actuator having a shape interference portion.
【０００８】[0008]
【作用・効果】要するに本発明に係る圧電／電歪アクチ
ュエータにあっては、基体外面において隣り合う圧電／
電歪素子の間にそれより高い台地状干渉部が設けられて
いるのである。それにより、該アクチュエータをインク
ノズル部材等の他部材に押し当てて接着する際に、最も
突出している台地状干渉部に押圧力を加え易く、圧電／
電歪素子には力が加わり難くなって、圧電／電歪素子を
保護することができる。そして、圧電／電歪素子に当た
る部分をくり貫いた押し当て板をセットする場合には、
位置決めをラフに行なうことができ、接着作業性が改善
されるのであり、また、くり貫きのない単純な平板状の
押し当て板を使用して、台地状干渉部のみを押すことも
可能となり、接着が容易となる。加えて、台地状干渉部
に効果的に押圧力を掛けて、基体内部の隣り合う空間同
士の間の隔壁部の接着が良好に行なわれ得ると共に、圧
電／電歪素子の破損が効果的に防止されることにより、
本発明に係る圧電／電歪アクチュエータにおいては、優
れた作動特性が安定して発揮され得ることとなるのであ
る。[Operation and Effect] In short, in the piezoelectric / electrostrictive actuator according to the present invention, the piezoelectric / electrostrictive actuator adjacent to the piezoelectric / electrostrictive
A higher plateau-shaped interference portion is provided between the electrostrictive elements. Accordingly, when the actuator is pressed against and adhered to another member such as an ink nozzle member, it is easy to apply a pressing force to the most protruding plateau-shaped interference portion, and the piezoelectric /
The force is hardly applied to the electrostrictive element, and the piezoelectric / electrostrictive element can be protected. Then, when setting a pressing plate that penetrates the part corresponding to the piezoelectric / electrostrictive element,
Positioning can be performed roughly, bonding workability is improved, and it is also possible to press only plateau-shaped interference parts using a simple flat pressing plate without hollowing out, Adhesion becomes easy. In addition, by applying a pressing force to the plateau-shaped interference portion effectively, the partition walls between the adjacent spaces inside the base can be bonded well, and the breakage of the piezoelectric / electrostrictive element can be effectively prevented. By being prevented,
In the piezoelectric / electrostrictive actuator according to the present invention, excellent operating characteristics can be stably exhibited.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、本発明を更に具体的に明らかにするた
めに、本発明に係る圧電／電歪アクチュエータをインク
ジェットプリントヘッドのインクポンプとして用いた実
施例について、図面を参照しつつ、詳細に説明すること
とする。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, in order to clarify the present invention more specifically, an embodiment using a piezoelectric / electrostrictive actuator according to the present invention as an ink pump of an ink jet print head will be described in detail with reference to the drawings. It will be explained.
【００１０】先ず、図１及び図２には、本発明に係る圧
電／電歪アクチュエータが用いられたインクジェットプ
リントヘッドの一例が概略的に示されており、また、図
３には、その分解斜視図が示されている。そこに示され
るインクジェットプリントヘッド４０は、インクノズル
部材４２とアクチュエータ４４とが接合一体化されるこ
とによって、形成されており、該アクチュエータ４４の
基体７０内部の空間４６に供給されたインクが、該イン
クノズル部材４２に設けられたノズル孔５４を通じて、
噴出されるようになっている。First, FIGS. 1 and 2 schematically show an example of an ink-jet printhead using a piezoelectric / electrostrictive actuator according to the present invention, and FIG. 3 shows an exploded perspective view thereof. The figure is shown. The ink jet print head 40 shown therein is formed by joining and integrating the ink nozzle member 42 and the actuator 44, and the ink supplied to the space 46 inside the base 70 of the actuator 44 is Through a nozzle hole 54 provided in the ink nozzle member 42,
It is squirting.
【００１１】より詳細には、前記インクノズル部材４２
は、それぞれ薄肉の平板形状を呈するノズルプレート４
８とオリフィスプレート５０が、それらの間に流路プレ
ート５２を挟んで重ね合わされ、接着剤によって一体的
に接合された構造を有している。More specifically, the ink nozzle member 42
Is a nozzle plate 4 having a thin plate shape.
The orifice plate 8 and the orifice plate 50 are overlapped with a flow path plate 52 therebetween, and are integrally joined by an adhesive.
【００１２】そして、ノズルプレート４８に、インク噴
出用のノズル孔５４が複数個（本実施例では３個）形成
されていると共に、オリフィスプレート５０および流路
プレート５２には、各ノズル孔５４に対応する位置にお
いて、板厚方向に貫通する通孔５６，５７が、該ノズル
孔５４よりも所定寸法大きな内径をもって形成されてい
る。また、オリフィスプレート５０に、インク供給用の
オリフィス孔５８が複数個（本実施例では３個）形成さ
れていると共に、流路プレート５２に設けられた窓部６
０が、ノズルプレート４８およびオリフィスプレート５
０にて、両側から覆蓋されることにより、各オリフィス
孔５８に連通せしめられたインク供給流路６２が形成さ
れている。更に、オリフィスプレート５０には、インク
タンクから導かれるインクを、かかるインク供給流路６
２に対して供給する供給口６４が設けられている。A plurality of (three in this embodiment) nozzle holes 54 for ejecting ink are formed in the nozzle plate 48, and the orifice plate 50 and the flow path plate 52 are provided with respective nozzle holes 54. At corresponding positions, through holes 56 and 57 penetrating in the plate thickness direction are formed with an inner diameter larger than the nozzle holes 54 by a predetermined dimension. The orifice plate 50 is provided with a plurality of ink supply orifice holes 58 (three in this embodiment), and the window 6 provided in the flow path plate 52.
0 is the nozzle plate 48 and the orifice plate 5
At 0, an ink supply channel 62 is formed that is covered from both sides to communicate with each orifice hole 58. Further, the ink guided from the ink tank is supplied to the orifice plate 50 with the ink supply flow path 6.
2 is provided with a supply port 64 for supplying.
【００１３】なお、かかるインクノズル部材４２を構成
する各プレート４８，５０，５２の材質は、特に限定さ
れるものではないが、ノズル孔５４およびオリフィス孔
５８を高い寸法精度で形成するうえで、一般にプラスチ
ックや、ニッケル乃至ステンレスといった金属が好適に
採用される。また、オリフィス孔５８は、供給されるイ
ンクに対して逆止弁の如き作用を為さしめるため、例え
ば、図示されているように、インク流通方向に向って小
径化するテーパ形状をもって、形成することが望まし
い。The material of each of the plates 48, 50, and 52 constituting the ink nozzle member 42 is not particularly limited. However, in forming the nozzle hole 54 and the orifice hole 58 with high dimensional accuracy, Generally, plastics or metals such as nickel and stainless steel are preferably used. Further, the orifice hole 58 is formed, for example, in a tapered shape having a smaller diameter in the ink flowing direction as shown in the drawing, in order to perform an action like a check valve on the supplied ink. It is desirable.
【００１４】一方、前記アクチュエータ４４は、それぞ
れ薄肉の平板形状を呈する閉塞プレート６６とスペーサ
プレート６８とが重ね合わされてなる基体７０と、該閉
塞プレート６６の外面上に膜形成された圧電／電歪素子
８０とからなる。そして、該基体７０の内部に所定大き
さの空間４６を有している。On the other hand, the actuator 44 includes a base 70 in which a closing plate 66 and a spacer plate 68 each having a thin flat plate shape are overlapped, and a piezoelectric / electrostrictive film formed on the outer surface of the closing plate 66. And an element 80. A space 46 having a predetermined size is provided inside the base 70.
【００１５】より具体的には、前記基体７０を構成する
スペーサプレート６８には、前記インクノズル部材４２
のオリフィスプレート５０に形成された通孔５６および
オリフィス孔５８に対応する位置に、長手矩形状の窓部
７２が複数個（本実施例では３個）形成されている。ま
た、隣り合う窓部７２，７２間の隔壁部７３は、圧電／
電歪素子８０を高集積化して配置するために、好ましく
は０．０３〜０．５mm程度の幅に設定される。そして、
該スペーサプレート６８に閉塞プレート６６が重ね合わ
されることにより、スペーサプレート６８の窓部７２の
開口が覆蓋されて、基体７０内部に空間４６が設けら
れ、更に該空間４６に対応する閉塞プレート６６の部位
にて振動壁部６７が形成されることとなる。More specifically, the ink nozzle member 42 is provided on the spacer plate 68 constituting the base 70.
A plurality (three in this embodiment) of rectangular long windows 72 are formed at positions corresponding to the through holes 56 and the orifice holes 58 formed in the orifice plate 50. In addition, the partition 73 between the adjacent windows 72, 72
In order to arrange the electrostrictive elements 80 with high integration, the width is preferably set to about 0.03 to 0.5 mm. And
When the closing plate 66 is overlaid on the spacer plate 68, the opening of the window 72 of the spacer plate 68 is covered, and a space 46 is provided inside the base 70. Further, the space of the closing plate 66 corresponding to the space 46 is provided. The vibrating wall 67 is formed at the site.
【００１６】また、かかる基体７０は、従来と同様に金
属や合成樹脂等にて形成される他、セラミックスの一体
焼成品としても形成され得る。そして、セラミックス基
体を採用する場合には、特別な接着処理等を加えること
なく、各プレート６６，６８の重ね合わせ面において、
完全なシール性を安定して得ることができる。The substrate 70 is formed of a metal, a synthetic resin, or the like, as in the prior art, or may be formed as an integrally fired product of ceramics. When a ceramic substrate is used, the surface of the plates 66 and 68 can be overlapped without any special bonding treatment.
Complete sealing properties can be stably obtained.
【００１７】なお、セラミックス基体の具体的な製造方
法は、先ず、セラミックス原料とバインダー並びに液媒
等から調製されるセラミックスのスラリーから、ドクタ
ーブレード装置やリバースロールコーター装置等の一般
的な装置を用いて、グリーンシートを成形する。次い
で、必要に応じて、かかるグリーンシートに切断・切削
・打ち抜き等の加工を施して、窓部７２等を形成し、各
プレート６６，６８の前駆体を形成する。そして、それ
ら各前駆体を積層し、焼成することによって、一体的な
セラミックス基体が得られるのである。A specific method of manufacturing a ceramic substrate is as follows: first, a ceramic slurry prepared from a ceramic raw material, a binder, a liquid medium, and the like is used to form a general device such as a doctor blade device or a reverse roll coater device. To form a green sheet. Next, if necessary, the green sheet is subjected to processing such as cutting, cutting, and punching to form the window 72 and the like, and to form precursors for the plates 66 and 68. Then, by laminating and firing each of these precursors, an integrated ceramic substrate is obtained.
【００１８】また、セラミックスの材質は、特に限定さ
れるものではないが、成形性等の点から、アルミナ、ジ
ルコニア等を主成分とするものが、好適に採用される。
また、閉塞プレート６６およびスペーサプレート６８に
は、その焼結性や熱膨張マッチングの観点より、略同じ
セラミックス組成及び粒度分布のグリーンシートを用い
ることが望ましい。更に、かかるセラミックス基体にお
いて、その閉塞プレート６６の板厚は、好ましくは５０
μｍ以下、更に好ましくは３〜１２μｍ程度とされ、そ
のスペーサプレート６８の板厚は、好ましくは５０μｍ
以上、より好ましくは１００μｍ以上とされる。The material of the ceramic is not particularly limited, but a material containing alumina, zirconia, or the like as a main component is preferably employed from the viewpoint of moldability and the like.
Further, it is desirable to use green sheets having substantially the same ceramic composition and particle size distribution as the closing plate 66 and the spacer plate 68 from the viewpoint of sinterability and thermal expansion matching. Further, in such a ceramic base, the plate thickness of the closing plate 66 is preferably 50
μm or less, more preferably about 3 to 12 μm, and the thickness of the spacer plate 68 is preferably 50 μm
The thickness is more preferably 100 μm or more.
【００１９】そして、かかる基体７０の閉塞プレート６
６の各振動壁部６７に対応する外面上の部位には、それ
ぞれ、下部電極膜７４，圧電／電歪膜７６および上部電
極膜７８からなる圧電／電歪素子８０が、膜形成法によ
って設けられている。また、それら圧電／電歪素子８０
の隣り合うもの同士の間には、該圧電／電歪素子８０よ
りも所定寸法突出する高さで台地状干渉部８２が、膜形
成法によって設けられている。なお、圧電／電歪素子８
０として、特に好適には、本願出願人が、先に、特願平
３−２０３８３１号、特願平４−９４７４２号において
提案した、圧電／電歪素子が採用されることとなる。The closing plate 6 of the base 70 is
6, a piezoelectric / electrostrictive element 80 including a lower electrode film 74, a piezoelectric / electrostrictive film 76, and an upper electrode film 78 is provided on a portion on the outer surface corresponding to each vibration wall portion 67 by a film forming method. Have been. Further, the piezoelectric / electrostrictive elements 80
A plateau-shaped interference portion 82 is provided between adjacent ones by a film forming method at a height projecting from the piezoelectric / electrostrictive element 80 by a predetermined dimension. The piezoelectric / electrostrictive element 8
Particularly preferably, the piezoelectric / electrostrictive element proposed by the applicant of the present invention in Japanese Patent Application Nos. 3-203831 and 4-94742 is adopted.
【００２０】ところで、圧電／電歪素子８０の各電極膜
（上下電極膜７８，７４）および圧電／電歪膜７６は、
公知の各種の膜形成法、例えば、スクリーン印刷、スプ
レー、ディッピング、塗布等の厚膜形成手法、イオンビ
ーム、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティン
グ、ＣＶＤ、メッキ等の薄膜形成手法によって形成され
る。そして、本実施例では、図４に示されているよう
に、下部電極膜７４および圧電／電歪膜７６を膜形成し
た後、隣り合う圧電／電歪膜７６の間に台地状干渉部８
２を膜形成法によって形成し、それら圧電／電歪膜７６
および台地状干渉部８２の表面を覆うようにして、上部
電極膜７８が形成されているのである。The electrode films (upper and lower electrode films 78 and 74) and the piezoelectric / electrostrictive film 76 of the piezoelectric / electrostrictive element 80 are
It is formed by various known film forming methods, for example, a thick film forming method such as screen printing, spraying, dipping, and coating, and a thin film forming method such as ion beam, sputtering, vacuum deposition, ion plating, CVD, and plating. In this embodiment, as shown in FIG. 4, after the lower electrode film 74 and the piezoelectric / electrostrictive film 76 are formed, the plateau-shaped interference portion 8 is formed between the adjacent piezoelectric / electrostrictive films 76.
2 are formed by a film forming method, and the piezoelectric / electrostrictive films 76 are formed.
The upper electrode film 78 is formed so as to cover the surface of the plateau-shaped interference portion 82.
【００２１】なお、前記基体７０がセラミックス製であ
る場合において、それらの膜形成は、閉塞プレート６６
（基体７０）の焼結前に行なうことも、或いは焼結後に
行なうことも可能である。更に、圧電／電歪素子８０の
上部電極膜７８，下部電極膜７４および圧電／電歪膜７
６は、必要に応じて熱処理されることとなるが、かかる
熱処理は、それぞれの膜の形成の都度、行なっても良
く、或いは全部の膜を形成した後、同時に行なっても良
い。When the substrate 70 is made of ceramics, these films are formed on the closing plate 66.
It can be performed before or after sintering the (base 70). Further, the upper electrode film 78, the lower electrode film 74, and the piezoelectric / electrostrictive film 7 of the piezoelectric / electrostrictive element 80.
6 is subjected to a heat treatment as needed. Such a heat treatment may be carried out each time each film is formed, or may be carried out simultaneously after forming all the films.
【００２２】また、圧電／電歪素子８０を構成する電極
膜（上下電極膜７８，７４）の材料としては、熱処理温
度や焼成温度（基体７０がセラミックス製である場合）
程度の高温酸化雰囲気に耐えられる導体であれば、特に
規制されるものではなく、例えば金属単体であっても、
合金であっても良い。更に、絶縁性セラミックスやガラ
ス等と、金属や合金との混合物であっても、更には導電
性セラミックスであっても、何等差し支えない。一方、
圧電／電歪膜７６の材料としては、圧電或いは電歪効果
等の電界誘起歪を示す材料であれば、何れの材料であっ
ても採用され得るものであり、結晶質の材料であって
も、非晶質の材料であっても良い。また、半導体材料で
あっても、誘電体セラミックス材料や強誘電体セラミッ
クス材料であっても、何等差し支えなく、更には分極処
理が必要な材料であっても、またそれが不必要な材料で
あっても良いのである。The material of the electrode films (upper and lower electrode films 78, 74) constituting the piezoelectric / electrostrictive element 80 may be a heat treatment temperature or a firing temperature (when the base 70 is made of ceramics).
As long as the conductor can withstand a high-temperature oxidizing atmosphere, it is not particularly limited.
It may be an alloy. Furthermore, a mixture of insulating ceramics, glass, or the like, a metal or an alloy, or even a conductive ceramic may be used. on the other hand,
As the material of the piezoelectric / electrostrictive film 76, any material can be employed as long as it exhibits an electric field-induced strain such as a piezoelectric or electrostrictive effect. Alternatively, an amorphous material may be used. In addition, it does not matter at all whether the material is a semiconductor material, a dielectric ceramic material or a ferroelectric ceramic material. You can.
【００２３】さらに、圧電／電歪素子８０の厚さは、一
般に、１００μm 以下とされる。また、各電極膜（上下
電極膜７８，７４）の厚さは、一般に２０μｍ以下、好
ましくは５μｍ以下とされることが望ましく、圧電／電
歪膜７６の厚さは、低作動電圧で大きな変位等を得るた
めに、好ましくは５０μm 以下、更に好ましくは３μm
以上４０μm 以下とされることが望ましい。Further, the thickness of the piezoelectric / electrostrictive element 80 is generally set to 100 μm or less. The thickness of each electrode film (upper and lower electrode films 78, 74) is generally desirably 20 μm or less, preferably 5 μm or less, and the thickness of the piezoelectric / electrostrictive film 76 is large at low operating voltage and large displacement. Etc., is preferably 50 μm or less, more preferably 3 μm
It is desirable that the thickness be at least 40 μm.
【００２４】このようにして形成される圧電／電歪素子
８０は、閉塞プレート６６を基板としていることから、
薄い板厚においても機械的強度および靭性を有利に確保
することができる。加えて、膜形成法によって形成され
ることから、閉塞プレート６６上に多数個、微細な間隔
を隔てて、接着剤等を用いずに同時に且つ容易に形成す
ることができる。The piezoelectric / electrostrictive element 80 thus formed uses the closing plate 66 as a substrate.
Even with a small thickness, mechanical strength and toughness can be advantageously secured. In addition, since it is formed by the film forming method, it can be formed simultaneously and easily on the closing plate 66 without using an adhesive or the like at a fine interval.
【００２５】これに対して、台地状干渉部８２は、アク
チュエータ４４をインクノズル部材４２に対して接着す
る際の押圧力に耐えられるように、十分なヤング率を有
する材料で形成されることが望ましい。また、該台地状
干渉部８２が上部電極膜７８と下部電極膜７４に接触す
る場合には、ショートを防止するように、絶縁性樹脂等
の絶縁性材料が用いられることとなる。なお、使用され
得る絶縁性樹脂としては、所定の硬度を有し、スクリー
ン印刷等の膜形成法の適用が可能で、絶縁性を有する樹
脂ならば、特に限定されないが、好ましくは、ヤング率
について、１kg／mm2 以上、１０００kg／mm2 以下の材
料が選択されることとなり、その中でも、アクリル樹脂
やエポキシ樹脂等の熱硬化型樹脂が好適に採用される。
また、絶縁性と成膜性の点からは、例えば各種ソルダー
レジストも好適に用いられる。なお、該台地状干渉部８
２が上下両方の電極膜７８，７４に接触する恐れのない
場合には、金属材料等の導電性の材料も使用することが
できる。On the other hand, the plateau-shaped interference portion 82 may be formed of a material having a sufficient Young's modulus so as to withstand the pressing force when the actuator 44 is bonded to the ink nozzle member 42. desirable. When the plateau-shaped interference portion 82 contacts the upper electrode film 78 and the lower electrode film 74, an insulating material such as an insulating resin is used so as to prevent a short circuit. The insulating resin that can be used has a predetermined hardness, a film forming method such as screen printing can be applied, and any resin having an insulating property is not particularly limited, but preferably has a Young's modulus. A material of 1 kg / mm 2 or more and 1000 kg / mm 2 or less is selected, and among them, a thermosetting resin such as an acrylic resin or an epoxy resin is suitably used.
Further, from the viewpoint of insulating properties and film forming properties, for example, various solder resists are also preferably used. Note that the plateau-shaped interference section 8
If there is no possibility that the electrode 2 will contact the upper and lower electrode films 78, 74, a conductive material such as a metal material can be used.
【００２６】そして、該台地状干渉部８２は、前記圧電
／電歪素子８０よりも所定寸法突出する高さとなるよう
に形成されるのであり、特にアクチュエータ４４をイン
クノズル部材４２に対して接着する際の押圧時に圧電／
電歪素子８０が良好に保護されるようにするために、該
台地状干渉部８２は、圧電／電歪素子８０よりも５μｍ
以上、より望ましくは１０μｍ程度以上突出するように
形成されることとなる。The plateau-shaped interference portion 82 is formed so as to have a height protruding from the piezoelectric / electrostrictive element 80 by a predetermined dimension. In particular, the actuator 44 is bonded to the ink nozzle member 42. Piezoelectric /
To ensure that the electrostrictive element 80 is well protected, the plateau-shaped interference portion 82 is 5 μm larger than the piezoelectric / electrostrictive element 80.
As described above, more desirably, it is formed so as to protrude by about 10 μm or more.
【００２７】かくして、基体７０の閉塞プレート６６の
外面上に圧電／電歪素子８０および台地状干渉部８２が
一体に設けられることにより、目的とするアクチュエー
タ４４が構成されているのである。そして、該アクチュ
エータ４４が、図１に示されているように、前記インク
ノズル部材４２に対して重ね合わされ、適当な接着剤を
用いて、接合一体化せしめられることによって、目的と
するインクジェットプリントヘッド４０が形成されるの
である。Thus, the target actuator 44 is formed by integrally providing the piezoelectric / electrostrictive element 80 and the plateau-shaped interference portion 82 on the outer surface of the closing plate 66 of the base 70. Then, as shown in FIG. 1, the actuator 44 is overlapped with the ink nozzle member 42 and joined and integrated using an appropriate adhesive, thereby obtaining the desired ink jet print head. 40 is formed.
【００２８】その際に使用され得る接着剤としては、ビ
ニル系、アクリル系、ポリアミド系、フェノール系、レ
ゾルシノール系、ユリア系、メラミン系、ポリエステル
系、エポキシ系、フラン系、ポリウレタン系、シリコー
ン系、ゴム系、ポリイミド系、ポリオレフィン系等の何
れでも良い。但し、本実施例の如くプリントヘッドを構
成する場合には、インクに対する耐久性のある接着剤を
選択する。Examples of the adhesive that can be used at this time include vinyl, acrylic, polyamide, phenol, resorcinol, urea, melamine, polyester, epoxy, furan, polyurethane, silicone, and the like. Any of rubber type, polyimide type, polyolefin type and the like may be used. However, when a print head is configured as in the present embodiment, an adhesive having durability with respect to ink is selected.
【００２９】また、接着剤の形態は、量産性の点から、
ディスペンサーによる塗布が可能か、或いはスクリーン
印刷が可能な高粘性のペーストタイプか、打抜き加工が
可能なシートタイプが優れており、また加熱時間の短い
ホットメルト接着型か、或いは室温硬化接着型がより望
ましい。更に、高粘性のペーストタイプとしては、本来
の接着剤にフィラーを混入して粘度を上げたものも用い
ることができる。そして、以上の点から、スクリーン印
刷が可能な弾性エポキシ接着剤やシリコーン系接着剤、
或いは打抜き加工が可能なシート形状ホットメルトタイ
プのポリオレフィン系接着剤やポリエステル系接着剤等
が、特に好適に用いられることとなる。なお、それらの
各種接着剤を、接着面の一部分と他の部分とに、それぞ
れ使い分けて、適用することも可能である。The form of the adhesive is selected from the viewpoint of mass productivity.
A high-viscosity paste type that can be applied by a dispenser, a screen type that can be punched, and a high-viscosity paste type that can be screen-printed are also excellent. desirable. Further, as the high-viscosity paste type, a paste whose viscosity is increased by mixing a filler into an original adhesive can be used. And from the above points, screen printing elastic epoxy adhesive and silicone adhesive,
Alternatively, a sheet-shaped hot melt type polyolefin-based adhesive or a polyester-based adhesive that can be punched is particularly preferably used. In addition, it is also possible to apply these various adhesives separately to a part of the adhesive surface and another part.
【００３０】そして、それらアクチュエータ４４とイン
クノズル部材４２とを接着するに際して、アクチュエー
タ４４の接着面に接着剤を塗布し、インクノズル部材４
２に重ね合わせた後、良好な接着性を得るために押圧す
ることとなるが、前述した如きアクチュエータ４４にあ
っては、基体７０外面の圧電／電歪素子８０の間にそれ
より高い台地状干渉部８２が設けられていることから、
最も突出している台地状干渉部８２に効果的に力を加え
ることができる一方、圧電／電歪素子８０を有効に保護
することができるのである。また、圧電／電歪素子８０
に当たる部分をくり貫いた押し当て板をセットする場合
には、位置決めをラフに行なうことができ、また、くり
貫きのない単純な平板状の押し当て板を使用して、台地
状干渉部８２のみを押すことも可能となる。When bonding the actuator 44 and the ink nozzle member 42, an adhesive is applied to the bonding surface of the actuator 44, and the ink nozzle member 4
After superimposition, the actuator 44 is pressed to obtain good adhesiveness. However, in the case of the actuator 44 as described above, a higher plateau-like shape is formed between the piezoelectric / electrostrictive elements 80 on the outer surface of the base 70. Since the interference unit 82 is provided,
While the force can be effectively applied to the most protruding plateau-shaped interference portion 82, the piezoelectric / electrostrictive element 80 can be effectively protected. Further, the piezoelectric / electrostrictive element 80
When a pressing plate having a cut-out portion is set, rough positioning can be performed, and a simple flat pressing plate without a cut-out portion is used, and only the plateau-shaped interference portion 82 is used. Can also be pressed.
【００３１】従って、圧電／電歪素子８０の破損を防止
しつつ、台地状干渉部８２に有効な押圧力を掛けて、隣
り合う空間４６，４６同士の間の隔壁部７３の接着が良
好に行なわれ得ることとなり、接着作業性が高くなると
共に、良好な接着・シール性が得られるのである。かく
して圧電／電歪アクチュエータ４４において優れた作動
特性が安定して発揮され得ることに基づいて、インクジ
ェットプリントヘッド４０においては、優れたインク吐
出特性が安定して得られることとなるのである。Therefore, while preventing the piezoelectric / electrostrictive element 80 from being damaged, an effective pressing force is applied to the plateau-shaped interference portion 82, and the adhesion of the partition wall portion 73 between the adjacent spaces 46, 46 is excellent. Thus, the bonding workability is improved, and good bonding and sealing properties are obtained. Thus, based on the fact that excellent operation characteristics can be stably exhibited in the piezoelectric / electrostrictive actuator 44, the ink jet print head 40 can stably obtain excellent ink ejection characteristics.
【００３２】以上、本発明の代表的な実施例について詳
述してきたが、これらは文字通りの例示であって、本発
明は、そのような具体例にのみ限定して解釈されるもの
ではない。Although the typical embodiments of the present invention have been described in detail above, these are literal examples, and the present invention should not be construed as being limited to such specific examples.
【００３３】例えば、本発明の圧電／電歪アクチュエー
タは、上述の構造のもの以外にも、各種構造のインクジ
ェットプリントヘッドのインクポンプとして利用される
他、マイクロポンプ、圧電スピーカー、センサー、振動
子、発振子、フィルター等としても用いることができ
る。For example, the piezoelectric / electrostrictive actuator of the present invention may be used as an ink pump for an ink jet print head having various structures other than the above-described structures, as well as a micro pump, a piezoelectric speaker, a sensor, a vibrator, It can also be used as an oscillator, a filter, and the like.
【００３４】そして、前記実施例では、アクチュエータ
４４の基体７０が閉塞プレート６６とスペーサプレート
６８とから構成されていたが、スペーサプレート６８の
閉塞プレート６６とは反対側の面に更に一層重ね合わせ
た三層構造の基体を用いたアクチュエータに対しても、
本発明は適用できる。また、前記実施例では、圧電／電
歪素子８０の上部電極膜７８が、圧電／電歪膜７６およ
び台地状干渉部８２の表面を一体的に覆うように設けら
れていたが、そのような構成は必須ではなく、上部電極
膜７８は圧電／電歪膜７６の表面のみに形成しても良
い。In the above embodiment, the base body 70 of the actuator 44 is composed of the closing plate 66 and the spacer plate 68. However, the base plate 70 is further superimposed on the surface of the spacer plate 68 opposite to the closing plate 66. Even for actuators using a three-layer structure base,
The present invention is applicable. In the above-described embodiment, the upper electrode film 78 of the piezoelectric / electrostrictive element 80 is provided so as to integrally cover the surface of the piezoelectric / electrostrictive film 76 and the surface of the plateau-shaped interference portion 82. The configuration is not essential, and the upper electrode film 78 may be formed only on the surface of the piezoelectric / electrostrictive film 76.
【００３５】さらに、インクノズル部材４２の構造や材
質は、前記実施例のものに限定されるものでは決してな
く、合成樹脂材料等の射出成形、その他の成形方法によ
り、全体乃至は一部を一体成形したものを用いることも
可能である。更にまた、インクノズル部材４２のノズル
孔５４やオリフィス孔５８の形成位置や形成数等、並び
にアクチュエータ４４の空間４６、振動壁部６７の形成
位置や形成数等は、前記実施例のものに限定されるもの
ではない。Further, the structure and material of the ink nozzle member 42 are not limited to those of the above-described embodiment, and the whole or a part thereof is integrally formed by injection molding of a synthetic resin material or the like or other molding methods. It is also possible to use a molded product. Furthermore, the formation position and the number of the nozzle holes 54 and the orifice holes 58 of the ink nozzle member 42, the space 46 of the actuator 44, the formation position and the number of the vibration wall portions 67, and the like are limited to those in the above embodiment. It is not something to be done.
【００３６】その他、一々列挙はしないが、本発明は、
当業者の知識に基づいて、種々なる変更、修正、改良等
を加えた態様において実施され得るものであり、また、
そのような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限
り、何れも、本発明の範囲内に含まれるものであること
は、言うまでもないところである。In addition, although not enumerated one by one, the present invention
Based on the knowledge of those skilled in the art, various changes, modifications, improvements and the like can be implemented in an embodiment,
It goes without saying that all such embodiments are included within the scope of the present invention, without departing from the spirit of the present invention.
【図１】本発明係る圧電／電歪アクチュエータを用いた
インクジェットプリントヘッドの一例を示す縦断面説明
図である。FIG. 1 is an explanatory longitudinal sectional view showing an example of an ink jet print head using a piezoelectric / electrostrictive actuator according to the present invention.
【図２】図１におけるII−II線断面説明図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
【図３】図１のインクジェットプリントヘッドの構造を
説明するための分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating the structure of the inkjet print head of FIG. 1;
【図４】図１のインクジェットプリントヘッドを構成す
るアクチュエータについて、図２におけるIV−IV線断面
を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a cross section taken along line IV-IV in FIG. 2 of an actuator constituting the ink jet print head of FIG. 1;
【図５】従来のインクジェットプリントヘッドの一具体
例を示す縦断面説明図である。FIG. 5 is an explanatory longitudinal sectional view showing a specific example of a conventional ink jet print head.
【図６】図５におけるVI−VI線断面説明図である。FIG. 6 is an explanatory sectional view taken along line VI-VI in FIG. 5;
【図７】図５のインクジェットプリントヘッドを構成す
るアクチュエータについて、図６におけるVII −VII 線
断面を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a cross section taken along line VII-VII in FIG. 6 of an actuator constituting the ink jet print head of FIG. 5;
４０ インクジェットプリントヘッド ４２ インクノズル部材 ４４ アクチュエータ ４６ 空間 ４８ ノズルプレート ５０ オリフィスプレート ５２ 流路プレート ５４ ノズル孔 ５８ オリフィス孔 ６２ インク供給流路 ６６ 閉塞プレート ６７ 振動壁部 ６８ スペーサプレート ７０ 基体 ７３ 隔壁部 ８０ 圧電／電歪素子 ８２ 台地状干渉部 REFERENCE SIGNS LIST 40 inkjet print head 42 ink nozzle member 44 actuator 46 space 48 nozzle plate 50 orifice plate 52 flow path plate 54 nozzle hole 58 orifice hole 62 ink supply flow path 66 closing plate 67 vibrating wall 68 spacer plate 70 base 73 partition 80 piezoelectric / Electrostrictive element 82 Plateau-shaped interference part
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 徹 三重県四日市市蒔田三丁目７番４号 (72)発明者 高橋 伸夫 愛知県尾張旭市東栄町四丁目６番地の２ 東栄パークハイツ305号 審査官 小野田 誠 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 41/08 B41J 3/04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Toru Ogawa 3-74, Makita, Yokkaichi-shi, Mie (72) Inventor Nobuo Takahashi 4-305, Toei-cho, Toei-cho, Owariasahi-shi, Aichi Examiner at 305 Makoto Onoda (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 41/08 B41J 3/04
Claims (1)
動壁部が形成された基体と、該基体の各振動壁部に対応
する外面上の位置に、膜形成法によって順次形成された
下部電極膜、圧電／電歪膜および上部電極膜からなる圧
電／電歪素子とからなり、該圧電／電歪素子によって前
記振動壁部の一部を振動させるようにした圧電／電歪ア
クチュエータにおいて、 前記基体の外面上の隣り合う圧電／電歪素子の間に、該
圧電／電歪素子よりも所定寸法突出する高さで台地状干
渉部を設けたことを特徴とする圧電／電歪アクチュエー
タ。1. A base in which a plurality of spaces are provided inside each of which has a vibrating wall portion, and a lower portion sequentially formed by a film forming method at a position on an outer surface corresponding to each of the vibrating wall portions of the base. A piezoelectric / electrostrictive actuator comprising a piezoelectric / electrostrictive element comprising an electrode film, a piezoelectric / electrostrictive film, and an upper electrode film, wherein the piezoelectric / electrostrictive element causes a part of the vibrating wall to vibrate. A piezoelectric / electrostrictive actuator, wherein a plateau-shaped interference portion is provided between adjacent piezoelectric / electrostrictive elements on the outer surface of the base at a height protruding by a predetermined dimension from the piezoelectric / electrostrictive element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05087885A JP3106030B2 (en) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | Piezoelectric / electrostrictive actuator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05087885A JP3106030B2 (en) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | Piezoelectric / electrostrictive actuator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06275883A JPH06275883A (en) | 1994-09-30 |
| JP3106030B2 true JP3106030B2 (en) | 2000-11-06 |
Family
ID=13927333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05087885A Expired - Lifetime JP3106030B2 (en) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | Piezoelectric / electrostrictive actuator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3106030B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2953641B1 (en) * | 2009-12-08 | 2012-02-10 | S O I Tec Silicon On Insulator Tech | HOMOGENEOUS TRANSISTOR CIRCUIT ON SEOI WITH REAR CONTROL CHANNEL BURED UNDER THE INSULATING LAYER |
-
1993
- 1993-03-23 JP JP05087885A patent/JP3106030B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06275883A (en) | 1994-09-30 |
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