JP3692889B2 - Piezoelectric vibrator unit, ink jet recording head using the same, and method of manufacturing piezoelectric vibrator unit - Google Patents
Piezoelectric vibrator unit, ink jet recording head using the same, and method of manufacturing piezoelectric vibrator unit Download PDFInfo
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はインク滴を吐出させるのに好適な圧電振動子ユニット及びこれを用いたインクジェット式記録ヘッド、並びに圧電振動子ユニットの製造方法に関し、特に圧電振動子の位置決め構造を改良したものに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種のインクジェット式記録ヘッド(以下、記録ヘッドという)には、例えば、圧力室やリザーバ等を有する流路ユニットと、この流路ユニットの背面側に配置されて、圧力室の容積を変化させる振動子を複数有する圧電振動子ユニットと、内部に圧電振動子ユニットを収容可能な収容空部が形成されて、先端に流路ユニットが接合されるケースとを備えたものがある。
【0003】
この圧電振動子ユニットは、例えば、次の手順で造られている。まず、共通内部電極と個別内部電極とを圧電体を挟んで交互に積層して板状の積層体を作成し、共通内部電極に導通させた共通外部電極と個別内部電極に導通させた個別外部電極とを積層体の表面に形成する。そして、この積層体を焼成した後、その基端側部分を固定板上に接合し、ワイヤーソーやダイシングソー等によって積層体の先端側部分を50μm〜100μm程度の極めて細い幅で切り分けて櫛歯状の振動子群を形成する。
この振動子群における振動子列設方向の両端に位置する振動子は、ダミー振動子として機能している。このダミー振動子は、インク滴の吐出には関与しておらず、例えば、ケース内における圧電振動子ユニットの位置を規定するために使用される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ケースと流路ユニットとの接合は接着剤によって行われる。この接着時において、塗布した接着剤が過剰であった場合には、過剰の接着剤がケースと流路ユニットとの重合面から収容空部側に流出してしまうことがあり、この流出した接着剤によって、圧電振動子ユニットのケース内における取付位置が正規の位置からずれてしまう虞がある。例えば、流出した接着剤が固化し、ダミー振動子の先端面部と流路ユニットとの間に固化した接着剤が介在してしまった場合には、この接着剤の厚さ分だけ圧電振動子ユニットの取付位置が後側(つまり、流路ユニットから離隔する方向)にずれてしまう。
そして、圧電振動子ユニットの取付位置が後側にずれてしまうと、ダミー振動子の間に配置される駆動振動子に関して、駆動振動子の先端面部と流路ユニットの島部との間に許容範囲を越えた大きさの隙間が生じてしまい、製造不良の原因となる。
【0005】
また、上記のケースには合成樹脂による成型品が好適に使用されているが、金型の都合等により、上型と下型の合わせ面(パーティングライン)がケースにおける流路ユニットの固定面の位置と同じ位置となりがちである。このパーティングラインでは成型時のバリが生じ易く、このバリの形状によっては、圧電振動子ユニットをケース内に挿入した際に、ダミー振動子の先端面部と流路ユニットとの間にバリを挟み込んでしまい、このバリの厚さ分だけ圧電振動子ユニットの取付位置が後側にずれ、製造不良の原因となってしまう。
【0006】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、圧電振動子ユニットの位置ずれに起因する製造不良を防止することができる圧電振動子ユニット及びこれを用いたインクジェット式記録ヘッド、並びに圧電振動子ユニットの製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項1に記載の発明は、複数本の圧電振動子を列設した圧電振動子群を備えた圧電振動子ユニットにおいて、
列設方向端部の振動子を振動子位置決め用のダミー振動子として構成すると共に、該ダミー振動子先端部における列設方向外側の隅角部を面取り加工によって除去したことを特徴とする圧電振動子ユニットである。
【0009】
請求項2に記載の発明は、前記圧電振動子群は櫛歯状に歯割りされている櫛歯状振動子群であることを特徴とする請求項1に記載の圧電振動子ユニットである。
【0010】
請求項3に記載の発明は、前記ダミー振動子を、ダミー振動子本体と、このダミー振動子本体の列設方向外側に添設されたダミー振動子形成部材とから構成し、該ダミー振動子形成部材を圧電振動子の構成材料よりも靭性の高い材料によって構成したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧電振動子ユニットである。
【0011】
請求項4に記載の発明は、前記ダミー振動子形成部材の先端部分が面取り加工されていることを特徴とする請求項3に記載の圧電振動子ユニットである。
【0012】
請求項5に記載の発明は、前記ダミー振動子を、主ダミー振動子と、この主ダミー振動子よりも列設方向外側に設けた補助ダミー振動子とから構成し、該補助ダミー振動子を主ダミー振動子とともに面取り加工して、補助ダミー振動子よりも先端側の主ダミー振動子の外側面を位置決め用の面としたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧電振動子ユニットである。
【0013】
請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項5の何れかに記載の圧電振動子ユニットと、ノズル開口に連通した圧力室の封止材の一部を構成する弾性板を備えた流路ユニットと、圧電振動子ユニットを収容可能な収容空部を内部に形成し、流路ユニットが先端に接合されるケースとを備え、
前記ダミー振動子の外側面を収容空部の壁面に当接させることで位置決めを行って、圧電振動子ユニットをケースに取り付けたことを特徴とするインクジェット式記録ヘッドである。
【0014】
請求項7に記載の発明は、ダミー振動子が当接される収容空部の壁面に、ダミー振動子を案内する傾斜ガイド部を形成したことを特徴とする請求項6に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【0015】
請求項8に記載の発明は、ダミー振動子が当接される収容空部の壁面に、ダミー振動子の外側面と当接する位置決め段部を突設したことを特徴とする請求項6に記載のインクジェット式記録ヘッドである。
【0016】
請求項9に記載の発明は、圧電体を電極で挟んで板状の積層体を作成する積層体作成工程と、
該積層体における自由端部となる側の両隅角部を面取りする面取り工程と、
面取りされた積層体を焼成する焼成工程と、
焼成された積層体を切り分けて駆動振動子を作成すると共に、振動子列設方向端部に振動子位置決め用のダミー振動子を作成する振動子作成工程とを順次経ることを特徴とする圧電振動子ユニットの製造方法である。
【0017】
請求項10に記載の発明は、圧電体を電極で挟んで板状の積層体を作成する積層体作成工程と、
該積層体を焼成する焼成工程と、
焼成された積層体の自由端部となる側の両隅角部を面取りし、この積層体を切り分けて駆動振動子を作成すると共に、振動子列設方向端部に振動子位置決め用のダミー振動子を作成する振動子作成工程とを順次経ることを特徴とする圧電振動子ユニットの製造方法である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図1は本発明の第1実施形態を適用したインクジェット式の記録ヘッド1の要部を拡大して示した断面図であり、図2はそのA−A線矢視図である。
【0019】
この記録ヘッド1は、ケース2、流路ユニット3、及び、圧電振動子ユニット4等によって構成してある。なお、この記録ヘッド1の説明では、便宜上、図1の上方を先端側(前方側)と称し、図1の下側を基端側(後方側)と称する。
【0020】
ケース2は、先端と後端が共に開放し、開口形状がノズル列方向、即ち振動子列設方向(後述)に細長い長方形の収容空部5を内部に設けた合成樹脂製のブロック状部材である。このケース2の先端には流路ユニット3が接着によって接合されており、収容空部5内には、振動子群21の先端面部を収容空部5の先端側開口に臨ませた状態で圧電振動子ユニット4が収容され固定されている。この収容空部5の側方には、基端側にてインクカートリッジに連通しているインク供給管6を設ける。また、収容空部5の壁面(ケース2の内壁面)であって開口短辺側の壁面5aにおける先端側部分には、図2に示すように、圧電振動子ユニット4のダミー振動子28を案内する傾斜ガイド部43を設ける。なお、この傾斜ガイド部43については後述する。
【0021】
流路ユニット3は、流路形成板7、ノズルプレート8、及び、弾性板(圧力板)9から概略構成されている。
【0022】
ノズルプレート8は、ドット形成密度に対応したピッチで多数(例えば、96個)のノズル開口10…を列状に開設した薄い板状部材であり、例えば、ステンレス板によって構成してある。このノズルプレート8に積層される流路形成板7には、インク供給管6を通して供給されたインクが流入するリザーバ11、ノズル開口10からインクを吐出させるために必要なインク圧力を発生させる圧力室12、これらのリザーバ11と圧力室12を連通するインク供給口13等が形成されている。そして、本実施形態では、これらの各部を、シリコンウェハーをエッチング処理することにより形成する。
【0023】
弾性板9は、本実施形態では、PPS(ポリフェニレンサルファイト)等の高分子膜を弾性体膜14としてステンレス板15上にラミネートした二重構造である。そして、ステンレス板15は、リザーバ11に対応する部分など不要部分をエッチング処理により除去して島部16(厚肉部)を形成し、この島部16の周囲を弾性体膜14(薄肉部)だけにして弾性部17を構成する。この島部16は、背面側に駆動振動子29(後述)が当接される当接面を設けたブロック形状であり、ノズル開口10と同様にドット形成密度に対応したピッチで多数設けられる。
【0024】
そして、ノズルプレート8を流路形成板7の前面側に配置すると共に、弾性板9を背面側に配置し、ノズルプレート8と弾性板9とで流路形成板7を挟み、接着等により一体化することで、流路ユニット3が形成されている。なお、この流路ユニット3において、上記の弾性板9は、圧力室12やリザーバ11の天井面を封止する封止材の一部を構成している。
【0025】
上記の圧電振動子ユニット4は、振動子群21と固定板22とにより概略構成されている。この振動子群21は、図2に示すように、固定板22に基端部分が接合されることで櫛歯状に列設されており、振動子列設方向(面方向)における両端部に位置するダミー振動子28,28と、これらのダミー振動子28,28の間に配置された多数の駆動振動子29…とから成っている。ここで、駆動振動子29はインク滴の吐出に関与する圧電振動子であり、例えば、50μm〜100μm程度の極めて細い幅のニードル状に切り分けられている。また、ダミー振動子28,28はインク滴の吐出に関与しない圧電振動子であり、圧電振動子ユニット4のケース2内における位置を規定するために形成されている。なお、本実施形態における圧電振動子28,29は、いわゆる縦振動モードの圧電振動子である。
【0026】
次に、駆動振動子29について説明する。図3に示すように、この駆動振動子29は、共通内部電極32と個別内部電極33とを圧電体31を挟んで交互に積層してある。ここで、共通内部電極32は全ての駆動振動子29に対して同じ電位レベルに設定される電極であり、個別内部電極33は各駆動振動子29毎に電位レベルが設定される電極である。そして、この駆動振動子29における振動子先端から振動子長手方向(積層方向と直交する方向)の半分程度まで若しくは3分の2程度までの部分を自由端部23aとし、残りの部分を基端部23bとしている。この基端部23bには、固定板22を接合してある。要するに、この駆動振動子29はいわゆる片持梁のような状態で固定板22に固定されている。
【0027】
自由端部23aには、共通内部電極32と個別内部電極33とが重なり合った活性領域L(オーバーラップ部分)を形成してある。これらの内部電極32,33に電位差を与えると、活性領域Lの圧電体31が変形(作動)して自由端部23aが振動子長手方向に変位して伸縮する。そして、共通内部電極32の基端は駆動振動子29の基端面部で共通外部電極37に導通しており、個別内部電極33の先端は駆動振動子29の先端面部29aで個別外部電極36に導通している。ここで、個別外部電極36は、フレキシブルケーブル24と各個別内部電極33とを導通する電極であり、共通外部電極37はフレキシブルケーブル24と共通内部電極32との間を導通する電極である。
【0028】
フレキシブルケーブル24は、上記の基端部23bの配線接続面側に配置されており、基端部23b上で個別外部電極36及び共通外部電極37と電気的に接続される。そして、このフレキシブルケーブル24を通して駆動パルスが各電極32,33,36,37に供給される。
【0029】
図1及び図2に示すように、圧電振動子ユニット4の取付状態において、駆動振動子29の先端面部29aは、弾性板9の島部16に背面側から当接されており、この先端面部29aと島部16とは接着剤によって接着されている。そして、駆動振動子29に駆動パルスが供給されると、駆動振動子29は振動子長手方向に伸縮し、弾性部17を構成する弾性体膜14を前後方向に変形させる。この弾性部17の前後方向の移動に伴って圧力室12は、膨張或いは収縮して容積を変化させる。ノズル開口10からインク滴を吐出させる場合には、インク滴を吐出させる駆動振動子29に対して選択的に駆動信号を印加し、例えば、圧力室12を一旦膨張させてから収縮させる。このようにすると、圧力室12の膨張に伴ってリザーバ11内のインクが圧力室12に流入し、圧力室12の収縮に伴って圧力室12内のインクの圧力が高まる。そして、ノズル開口10から押し出されたインクがインク滴として吐出される。
【0030】
次に、ダミー振動子28について説明する。本実施形態におけるダミー振動子28は、ワイヤーソーやダイシングソー等によって積層体41(図8参照)を複数の駆動振動子29…に歯割り形成する際に、振動子列設方向の両端部に形成される。そして、このダミー振動子28の列設方向の外側の面28cも歯割り形成時にワイヤーソーやダイシングソー等によって切断され、この外側面28cが振動子列設方向の位置決めをするための第1の位置決め面となる。また、ダミー振動子28の先端面部28dは、前後方向の位置決めをするための第2の位置決め面となる。
このように、ダミー振動子28の外側面28cを位置決め用の面とすると、積層体41を振動子28,29に歯割りするのと同じプロセスで位置合わせ面も形成できるので、非常に高い精度を得ることができる。
【0031】
そして、このダミー振動子28もまた、固定板22の縁から突出した自由端部28aと固定板22に接合された基端部28bとから構成されており、いわゆる片持梁のような状態で固定板22に固定されている。なお、このダミー振動子28の自由端部28a及び基端部28bは、伸縮しない構成とされる。
【0032】
これらのダミー振動子28,28の先端部分には面取り部42が形成されている。この面取り部42は、ダミー振動子28,28の先端部分における列設方向外側の隅角部を、面取り加工等によって斜めに除去することで形成されている。なお、除去部分の形状は本実施形態に限られない。例えば、円弧形状に除去してもよいし、L字状に除去してもよい。
【0033】
この面取り部42を設けたのは、この面取り部42によって形成された空部を、接着剤やバリ用の逃げ領域Sとするためである。即ち、このダミー振動子28は、流路ユニット3を取り付けたケース2へ圧電振動子ユニット4を装着する際に、外側面28cがケース2の傾斜ガイド部43に当接され、ダミー振動子28の先端面部28dが流路ユニット3のステンレス板15と当接される。この当接状態において、面取り部42を設けたことにより、ダミー振動子28の先端部分における列設方向外側には逃げ領域Sが形成される。
そして、ケース2と流路ユニット3との重合面から流出した過剰分の接着剤Xを、この逃げ領域S内に収めることができる。つまり、この逃げ領域Sを接着剤Xを収めるためのバッファ領域として使用することができる。
【0034】
これにより、先端面部28dとステンレス板15との間に固化した接着剤Xが介在することに起因する不具合、例えば、圧電振動子ユニット4の取付位置が正規の位置よりも後側にずれることによる駆動振動子29の先端面部29aと島部16の接着不良を確実に防止することができる。その結果、圧電振動子ユニット4を正規の位置に取り付けることができるので、駆動振動子29の先端面部29aと島部16とを確実に接着することができる
【0035】
なお、面取り部42の傾斜角度θ2は、必要な容積の逃げ領域Sが形成できて、ダミー振動子28に必要な剛性が確保できる角度に適宜設定可能である。例えば、5度〜45度の範囲が好適に使用でき、さらに好適には、10度〜20度の範囲が使用できる。
【0036】
また、ケース2の成型時におけるパーティングライン44がケース2と流路ユニット3との固定面と略一致する位置とされて、収容空部5の開口縁部にバリが生じてしまったとしても、上記と同様に逃げ領域S内にバリを収めることができ、バリの挟み込みを防止することができる。これにより、ダミー振動子28,28をステンレス板15に確実に当接させることができる。従って、圧電振動子ユニット4を正規の位置に固定することができ、駆動振動子29…の接着不良を防止することができる。
【0037】
次に、上記の傾斜ガイド部43について説明する。この傾斜ガイド部43は、収納空部5の開口短辺側となる内壁面5aに、対向する開口短辺側に向けて突設してある。この傾斜ガイド部43は、傾斜案内面43aと当接面43bとを備えている。当接面43bは、収納空部5内に挿入されたダミー振動子43の外側面28cが当接する面である。また、傾斜案内面43aは、ダミー振動子28の先端部を当接面43bに案内するための傾斜面であり、ケース2の先端側に行くにつれて対向する開口短辺側に向かうように形成している。
【0038】
そして、圧電振動子ユニット4を収容空部5に収容する際には、振動子群21の先端を先頭にした状態で、収納空部5の背面側開口から挿入する。このとき、ダミー振動子28の外側面28c側を、上記の内壁面5a側に寄せた状態で挿入する。
ここで、傾斜案内面43aの傾斜角度θ1は、面取り部42の傾斜角度θ2と同じか、この傾斜角度θ2よりも小さい角度に設定することが好ましい。このように設定すると、ダミー振動子28の面取り部42と傾斜案内面43aとが面で当接したり、或いは、面取り部42と先端面部28dとによって形成される頂部が傾斜案内面43aに当接したりするので、挿入に伴うダミー振動子28への衝撃を緩和することができる。
そして、この当接状態から圧電振動子ユニット4を流路ユニット3側に押し込んでゆくと、先端面部28dと面取り部42との頂部が傾斜案内面43aに沿って移動する。これにより、収容空部5への圧電振動子ユニット4の挿入が円滑に行われる。
【0039】
このようにダミー振動子28,28の先端部分の面方向外側角部を斜めに切り落として面取り部42を形成し、ダミー振動子28を案内する傾斜ガイド部43を設けることにより、ケース2の収容空部5への圧電振動子ユニット4の挿入性を向上させることができ、ダミー振動子28,28の破損を有効に防止することができる。
【0040】
次に、圧電振動子ユニット4の製造方法について説明する。圧電振動子ユニット4を製造するにあたり、まず、板状の積層体41(図8(a)参照)を作成する(積層体作成工程)。この工程では、最初に、自由端部23aとなる先端側部分では共通内部電極32と個別内部電極33とが重ね合わせられ、基端部23bとなる基端側部分では共通内部電極32のみの非重合領域が形成されるように、共通内部電極32と個別内部電極33とを圧電体31を挟んで交互に積層して板状の積層体41を作成する。つまり、圧電体31を電極32,33で挟んで積層することにより積層体41を作成している。
【0041】
板状の積層体41を作成したならば、この積層体41の先端面部と配線接続面における先端から基端部23b上までの範囲とに個別外部電極36を一連に形成すると共に、積層体の基端面部と配線接続面における基端から基端部23b上までの範囲と固定板取付面とに共通外部電極37を一連に形成して外部電極付きの積層体41を作成する。
【0042】
本実施形態では、この積層体41を焼成する前に面取り工程を行う。この面取り工程では、図8(a)に示すように、該積層体41の自由端部側の両側角部91,91を面取り加工する。即ち、この面取り工程では、ダミー振動子28,28の隅角部を切除する。このように、焼成行う前にの積層体41に面取り加工を施すと、この焼成前の積層体41は靭性を有しているため、例えばプレス装置やシャーリング装置等を用いて容易に面取り加工を行うことができ、製造工数を最低限に抑えることができる。
【0043】
次に、面取り加工した積層体41を、例えば焼成炉内へ導入し、積層体41を焼成する焼成工程を行う。
【0044】
その後、板状の積層体を切り分けて複数本の振動子を作成する振動子作成工程を行う。この工程では、まず、図8(b)に示すように、積層体の基端部23bの固定板取付面に固定板22を接着等によって接合する。固定板22を接合したならば、ワイヤーソーやダイシングソー等を使用して、板状の積層体を歯割りし、細長いニードル状の圧電振動子29…、ダミー振動子28,28に切り分ける。このとき、各振動子28,29が固定板22上で完全に切り分けられるように切断する。
また、板状の積層体を固定板22へ固定してから歯割りするのは、歯割りを安定して行われるようにし、その後の取扱いを容易にするためである。従って、安定して歯割りすることができるのであれば、歯割りした後の積層体を固定板22へ固定しても良い。
【0045】
また、上記の製造方法では、焼成工程を行う前において積層体の面取り工程を行っているが、面取り工程を行わずに焼成工程へと移行し、その後の振動子作成工程において、焼成後の板状積層体41の自由端部となる側の両隅角部を面取りし、この積層体を固定板22に接合して切り分け、駆動振動子29及びダミー振動子28を作成するようにしてもよい。
このように焼成工程を行った後、板状の積層体を櫛歯状に歯割りする振動子作成工程の中で面取り加工を行うことにより、製造工程を増加させることなくダミー振動子28,28に面取り加工を施すことができる。
【0046】
なお、上記の面取り加工に関し、プレスによる打ち抜き加工によって隅角部を切除する方法、又、ワイヤーソーやダイシングソーによって隅角部を切除する方法を例示したが、これに限らず、例えば隅角部を研磨によって除去するようにしても良い。
【0047】
ところで、本発明のダミー振動子28は、上記の構成に限定されるものではない。例えば、ダミー振動子28を、ダミー振動子本体と、このダミー振動子本体の列設方向外側に添設されたダミー振動子形成部材とから構成してもよい。以下、このように構成した第2実施形態について説明する。
【0048】
図4に示すように、本実施形態では、振動子群21の両端部に位置するダミー振動子本体70,70の振動子列設方向の外側に、圧電振動子とは別体のダミー振動子形成部材71,71が添設され、これらのダミー振動子本体70とダミー振動子形成部材71とによってダミー振動子28,28が構成されている。このダミー振動子形成部材71は、先端がダミー振動子本体70の先端より段差D分だけ後方側(固定基板22側)にずらされた状態で固定されている。
【0049】
このダミー振動子形成部材71は、圧電振動子の構成材料であるセラミックスよりも靭性の高い材料、例えば金属材料やセラミックス材料等を用いて構成する。また、このダミー振動子形成部材71の先端部分には、面取り部72を形成してある。この面取り部72は、ダミー振動子形成部材71,71の先端部における振動子の列設方向外側の隅角部を斜めに切り落としたような形状に面取り加工したものであり、上記の面取り部42と同様な作用効果を発揮する部分である。なお、面取りの形状は本実施形態のように一直線の形状に限らず、曲線形状でもよい。
【0050】
このようにダミー振動子本体70の振動子列列方向の外側に、圧電振動子29とは別体のダミー振動子形成部材71を添設するとともに、該ダミー振動子形成部材71を圧電振動子の構成材料よりも靭性の高い材料で構成することにより、ダミー振動子28の折れ強度が増大する。加えて、ダミー振動子形成部材71の先端部分に上記の面取り部72を形成しているので、ケース2の収容空部5への圧電振動子ユニット4の挿入性を向上させることができ、ダミー振動子28の破損を一層確実に防止することができる。
【0051】
さらに、ダミー振動子形成部材71の先端が、ダミー振動子本体70の先端よりも段差D分だけ後方側に位置するようにダミー振動子形成部材71を取り付けてあるので、この段差Dによって生じる空部と、面取り部72によって生じる空部とにより、逃げ領域Sを構成することができる。
そして、この逃げ領域Sにより、過剰な接着剤や開口縁部のバリに起因する不具合を確実に防止することができる。
【0052】
なお、このように、ダミー振動子本体70とダミー振動子形成部材71とからダミー振動子28を構成した場合には、振動子列設方向外側となる積層体41の両サイドに、ダミー振動子形成部材71となる部材を予め貼り合わせておき、振動子28,29を櫛歯加工するプロセスで面取り加工し、隅角部を切り落とす。
【0053】
次に、第3の実施形態におけるダミー振動子28について説明する。本実施形態は、ダミー振動子28を、主ダミー振動子と、この主ダミー振動子よりも列設方向外側に設けた補助ダミー振動子とから構成し、該補助ダミー振動子を主ダミー振動子とともに面取り加工したものである。
【0054】
前述したように、ダミー振動子28は、櫛歯状の振動子群21の振動子列設方向における両端に位置し、圧電振動子となる積層体41を複数の振動子28,29に歯割り形成することによって形成される。ところが、振動子列設方向における最外面は、上記したように、ケース2の内壁面(5a,43b)との当接面となるので、ワイヤーソーやダイシングソー等で切断して平面を形成する必要がある。このため、通常は、振動子28,29を歯割り形成した際に、振動子列設方向の最外部に位置する振動子については、余分な振動子として折り落とす等して除去し、最外部から2番目の振動子をダミー振動子28として用いている。
【0055】
本実施形態では、この点に着目し、図5に示すように、この余分な歯割り部分を補助ダミー振動子51として残存させる構成とした。すなわち、ダミー振動子28を、主体となる主ダミー振動子50と、この主ダミー振動子50よりも振動子列設方向外側に位置する補助ダミー振動子51とから構成する。そして、主ダミー振動子50と補助ダミー振動子51とを同時に面取り加工して、主ダミー振動子50には面取り部42を、補助ダミー振動子51には面取り部52をそれぞれ形成する。これらの面取り部42,52は、主ダミー振動子50の先端部分、および補助ダミー振動子51の先端部分における列設方向外側の隅角部を斜めに切り落としたような形状である。この構成により、補助ダミー振動子51よりも先端側に位置する主ダミー振動子50の外側面50aを位置決め用の面としている。
なお、本実施形態では、主ダミー振動子50の面取り部42と、補助ダミー振動子51の面取り部52とが斜めに面取りされ、直線上に位置しているが、面取りの形状は本実施形態に限られない。
【0056】
この構成では、振動子28,29を歯割り形成する際において、従来除去されていた振動子列設方向の最外部の振動子を補助ダミー振動子51として用いているので、振動子列設方向の最外部に位置する振動子を折り落として除去する工程を省くことができ、生産性を向上させることができる。
【0057】
また、本実施形態では、ダミー振動子28を構成する主ダミー振動子50が当接される収容空部5の壁面5aに、主ダミー振動子50の外側面50aと当接する位置決め段部53を突設している。そして、位置決め段部53の当接面53aに主ダミー振動子50の外側面50aを当接させることで、圧電振動子ユニット4の位置決めが行われるように構成している。これにより、補助ダミー振動子51を残しつつも圧電振動子ユニット4の位置決めを行うことができる。
【0058】
ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、圧電振動子群21に関し、上記の各実施形態では、各振動子28,29同士は、完全に切り分けられており、基端部が固定板22上に接合されることで櫛歯状に構成されていたが、各振動子28,29の基端部分に切り残し部を設けて櫛歯状の振動子群として構成するようにしてもよい。例えば、図6(a)に示すように、振動子の自由端側から基端側へ切断する場合において、固定板22との接合端部から圧電振動子の基端部まで斜めにカット面61が存在するように基端部分を切り残してもよい。また、図6(b)に示すように、固定板22との接合部までカット面62が存在するように、自由端部のみを振動子に切り分けて基端部分を切り残してもよい。
このように、圧電振動子を櫛歯状に歯割りする際に、固定板22への接合面を残して切り分けることにより、駆動振動子29…の変形の特性を阻害することなく、当該駆動振動子29…やダミー振動子28,28の固定強度を高めることができる。
【0059】
また、上記の逃げ領域Sをケース2側にも設けるようにしてもよい。例えば、図7に示すように、ケース2がステンレス板15と当接する先端面部に収容空部5と連通させた状態で基端側に向かうほど収納空部5側に縮幅させたテーパー形状の窪部81を形成する。このように窪部81を設けることにより、過剰な接着剤をこの窪部81によって形成される逃げ領域S´(バッファ領域)内に収めることができ、過剰な接着剤の流出を一層確実に防止することができる。その結果、圧電振動子ユニット4(圧電振動子28,29)の接着不良を確実に防止できる。
【0060】
さらに、この構成では、ケース2の成型時におけるパーティングライン44は、窪部81の基端(流路ユニット3側とは反対側の端部)に位置する。従って、成型時のバリはダミー振動子28の先端面部28dとステンレス板15との当接位置よりも後方側で形成されることとなり、ダミー振動子28とステンレス板15(流路ユニット3)との間でバリを挟み込んでしまう不具合を防止することもできる。
【0061】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
すなわち、列設方向端部の振動子を振動子位置決め用のダミー振動子として構成すると共に、該ダミー振動子先端部における列設方向外側の隅角部を除去したので、この除去により形成される空部を逃げ領域とすることができ、この逃げ領域内に、ケースと流路ユニットとの重合面から収納空部側に流出した接着剤や、成型時に収納空部の開口縁に生じたバリ等を収めることができる。このため、流出した接着剤やバリ等を挟み込んでしまうこと防止でき、圧電振動子ユニットを収納空部内の正規の位置に確実に取り付けることができる。従って、振動子を確実に接着することができる。
【0062】
また、面取り加工によって前記隅角部を除去したので、ケース内への圧電振動子ユニットの挿入性を向上させることができ、ダミー振動子の破損を有効に防止することができる。
【0063】
また、ダミー振動子の面方向外側に、圧電振動子とは別体のダミー振動子形成部材を設けるとともに、該ダミー振動子形成部材を圧電振動子の構成材料よりも靭性の高い材料で構成することにより、ダミー振動子の折れ強度が増大する。さらに、ダミー振動子形成部材の先端部分を面取り加工することにより、ケース内への圧電振動子ユニットの挿入性を向上させることができ、ダミー振動子の破損を一層確実に防止することができる。
【0064】
また、圧電振動子ユニットを収容可能な収容空部を内部に形成したケースを備えて、ダミー振動子が当接される収容空部の壁面にダミー振動子を案内する傾斜ガイド部を形成した場合には、ダミー振動子がこの傾斜ガイド部に沿って案内されるので、圧電振動子ユニットを収納空部内の所定位置に確実に位置付けることができる。
【0065】
また、圧電振動子ユニットの製造方法では、焼成工程を行う前に面取り工程を行うと、積層体は靭性を有しているため、例えばプレス装置やシャーリング装置等を用いて容易に面取り加工を行うことができ、製造工数を最低限に抑えることができる。また、焼成工程を行った後、板状の積層体を櫛歯状に歯割りする振動子作成工程において面取り工程を行うと、製造工程を増加させることなくダミー振動子に面取り加工を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の圧電振動子ユニット及びインクジェット式記録ヘッドの要部を示す断面図である。
【図2】図1のA−A線矢視図である。
【図3】圧電振動子ユニットの積層構造を示す断面図である。
【図4】第2実施形態の圧電振動子ユニットの要部を示す概略図である。
【図5】第3実施形態の圧電振動子ユニットの要部を示す概略図である。
【図6】(a)及び(b)はそれぞれ、歯割り時におけるカットラインを説明する図である。
【図7】ケースに窪部を設けた実施形態を示す断面図である。
【図8】(a)及び(b)はそれぞれ、本発明の圧電振動子ユニットの製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
1 記録ヘッド
2 ケース
3 流路ユニット
4 圧電振動子ユニット
5 収容空部
6 インク供給管
7 流路形成板
8 ノズルプレート
9 弾性板
10 ノズル開口
11 リザーバ
12 圧力室
13 インク供給口
14 弾性体膜
15 ステンレス板
16 島部
17 弾性部
21 振動子群
22 固定板
23a 自由端部
23b 基端部
24 フレキシブルケーブル
28 ダミー振動子
29 駆動振動子
31 圧電体
32 共通内部電極
33 個別内部電極
36 個別外部電極
37 共通外部電極
41 積層体
42 面取り部
43 傾斜ガイド部
44 パーティングライン
50 主ダミー振動子
51 補助ダミー振動子
52 面取り部
53 位置決め段部
61 カット面
62 カット面
70 ダミー振動子本体
71 ダミー振動子形成部材
72 面取り部
81 窪部
91 積層体自由端部側の両隅角部
92 面取り部
S,S´ 逃げ領域
D 段差
θ1,θ2 傾斜角度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric vibrator unit suitable for ejecting ink droplets, an ink jet recording head using the same, and a method of manufacturing the piezoelectric vibrator unit, and more particularly to an improved piezoelectric vibrator positioning structure.
[0002]
[Prior art]
In this type of ink jet recording head (hereinafter referred to as recording head), for example, a flow path unit having a pressure chamber, a reservoir, and the like, and a back surface side of the flow path unit are arranged to change the volume of the pressure chamber. Some include a piezoelectric vibrator unit having a plurality of vibrators, and a case in which an accommodation space capable of housing the piezoelectric vibrator unit is formed, and a flow path unit is joined to the tip.
[0003]
This piezoelectric vibrator unit is manufactured by the following procedure, for example. First, common internal electrodes and individual internal electrodes are alternately stacked with a piezoelectric material interposed therebetween to create a plate-shaped laminate, and the common external electrode connected to the common internal electrode and the individual external electrode connected to the individual internal electrode An electrode is formed on the surface of the laminate. And after baking this laminated body, the base end side part is joined on a fixed board, and the front end side part of a laminated body is cut | disconnected by the very thin width | variety of about 50 micrometers-100 micrometers with a wire saw, a dicing saw, etc. A group of vibrators is formed.
The vibrators located at both ends in the vibrator arrangement direction in this vibrator group function as dummy vibrators. This dummy vibrator is not involved in ink droplet ejection, and is used, for example, to define the position of the piezoelectric vibrator unit in the case.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, joining of a case and a flow path unit is performed with an adhesive agent. At the time of bonding, if the applied adhesive is excessive, the excessive adhesive may flow out from the overlapping surface of the case and the flow path unit to the housing empty part side. Due to the agent, the attachment position of the piezoelectric vibrator unit in the case may be shifted from the normal position. For example, when the outflowing adhesive is solidified and the solidified adhesive is interposed between the tip surface portion of the dummy vibrator and the flow path unit, the piezoelectric vibrator unit is equal to the thickness of the adhesive. Is shifted to the rear side (that is, the direction away from the flow path unit).
If the mounting position of the piezoelectric vibrator unit is shifted to the rear side, the drive vibrator disposed between the dummy vibrators is allowed between the tip surface portion of the drive vibrator and the island portion of the flow path unit. A gap with a size exceeding the range is generated, which causes manufacturing defects.
[0005]
In addition, a molded product made of synthetic resin is preferably used in the above case, but due to the convenience of the mold, the mating surface (parting line) of the upper mold and the lower mold is the fixed surface of the flow path unit in the case It tends to be the same position as. In this parting line, burrs are likely to occur during molding. Depending on the shape of the burrs, when the piezoelectric vibrator unit is inserted into the case, the burrs are sandwiched between the tip surface portion of the dummy vibrator and the flow path unit. As a result, the mounting position of the piezoelectric vibrator unit is shifted to the rear side by the thickness of the burr, resulting in manufacturing failure.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and prevent a manufacturing defect caused by a positional deviation of the piezoelectric vibrator unit, an ink jet recording head using the same, and a piezoelectric vibrator. It is to provide a method for manufacturing a unit.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
The invention according to
Piezoelectric vibrations characterized in that the vibrator at the end in the row direction is configured as a dummy vibrator for positioning the vibrator, and the corner portion outside the row in the row direction at the tip of the dummy vibrator is removed by chamfering. It is a child unit.
[0009]
The invention according to
[0010]
According to a third aspect of the present invention, the dummy vibrator includes a dummy vibrator main body and a dummy vibrator forming member attached outside the dummy vibrator main body in the row direction. The piezoelectric vibrator unit according to claim 1 or 2, wherein the forming member is made of a material having higher toughness than a constituent material of the piezoelectric vibrator.
[0011]
The invention according to
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, the dummy vibrator includes a main dummy vibrator and an auxiliary dummy vibrator provided outside the main dummy vibrator in the row direction, and the auxiliary dummy vibrator is 3. The piezoelectric vibration according to
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, the piezoelectric vibrator unit according to any one of the first to fifth aspects of the present invention and an elastic plate that constitutes a part of the pressure chamber sealing material that communicates with the nozzle opening. A flow path unit and a housing that can accommodate a piezoelectric vibrator unit therein, and a case in which the flow path unit is joined to the tip.
The ink jet recording head is characterized in that positioning is performed by bringing the outer surface of the dummy vibrator into contact with the wall surface of the housing space, and the piezoelectric vibrator unit is attached to the case.
[0014]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the ink jet recording according to the sixth aspect, wherein an inclined guide portion that guides the dummy vibrator is formed on a wall surface of the accommodating space where the dummy vibrator contacts. Head.
[0015]
The invention according to
[0016]
The invention according to claim 9 is a laminate creation step of creating a plate-like laminate by sandwiching a piezoelectric body between electrodes,
A chamfering step of chamfering both corners on the side to be a free end in the laminate;
A firing step of firing the chamfered laminate,
Piezoelectric vibrations characterized in that a sintered vibrator is cut to create a drive vibrator and a vibrator creation process for creating a dummy vibrator for vibrator positioning at the end of the vibrator arrangement direction. It is a manufacturing method of a child unit.
[0017]
The invention according to
A firing step of firing the laminate;
Chamfer both corners on the side that will be the free end of the fired laminate, and cut this laminate to create a drive vibrator. At the end of the vibrator array, dummy vibration for positioning the vibrator A method of manufacturing a piezoelectric vibrator unit, wherein a vibrator creating process for creating a child is sequentially performed.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on the illustrated embodiments. FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of an ink
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
In this embodiment, the elastic plate 9 has a double structure in which a polymer film such as PPS (polyphenylene sulfite) is laminated on the
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
Next, the
[0027]
An active region L (overlap portion) in which the common
[0028]
The
[0029]
As shown in FIGS. 1 and 2, in the mounted state of the
[0030]
Next, the
As described above, when the
[0031]
The
[0032]
A chamfered
[0033]
The reason why the chamfered
Then, the excess adhesive X flowing out from the overlapping surface of the
[0034]
As a result, defects caused by the presence of the solidified adhesive X between the tip surface portion 28d and the
[0035]
Note that the inclination angle θ2 of the chamfered
[0036]
Further, even when the
[0037]
Next, the
[0038]
And when accommodating the
Here, the inclination angle θ1 of the inclined guide surface 43a is preferably set to the same angle as the inclination angle θ2 of the chamfered
When the
[0039]
In this manner, the outer corners in the surface direction of the tip portions of the
[0040]
Next, a method for manufacturing the
[0041]
When the plate-
[0042]
In the present embodiment, a chamfering process is performed before firing the
[0043]
Next, the
[0044]
After that, a vibrator creating step is performed in which a plate-shaped laminate is cut to create a plurality of vibrators. In this step, first, as shown in FIG. 8B, the fixing
The reason why the plate-like laminate is fixed to the fixing
[0045]
In the above manufacturing method, the laminate is chamfered before the firing process, but the process proceeds to the firing process without performing the chamfering process. The corners on the side that becomes the free end of the
After performing the firing process in this manner, the
[0046]
In addition, regarding the above chamfering process, a method of cutting a corner by punching with a press, and a method of cutting a corner by a wire saw or a dicing saw are exemplified. May be removed by polishing.
[0047]
Incidentally, the
[0048]
As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the dummy vibrators separate from the piezoelectric vibrators are disposed outside the vibrator arrangement direction of the
[0049]
The dummy
[0050]
As described above, the dummy
[0051]
Further, since the dummy
And this escape area S can prevent reliably the malfunction resulting from an excessive adhesive agent and the burr | flash of an opening edge part.
[0052]
As described above, when the
[0053]
Next, the
[0054]
As described above, the
[0055]
In this embodiment, paying attention to this point, as shown in FIG. 5, this extra tooth split portion is left as the
In the present embodiment, the chamfered
[0056]
In this configuration, when the
[0057]
Further, in the present embodiment, the
[0058]
By the way, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible. For example, with respect to the
As described above, when the piezoelectric vibrator is divided into comb-like teeth, the drive vibration is not disturbed by inhibiting the deformation characteristics of the
[0059]
Moreover, you may make it provide said escape area S also in the
[0060]
Further, in this configuration, the
[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following excellent effects can be obtained.
That is, the vibrator at the end in the row direction is configured as a dummy vibrator for positioning the vibrator, and the corner portion outside the row in the row direction at the tip of the dummy vibrator is removed. An empty area can be used as an escape area.In this escape area, adhesive that has flowed out from the overlapping surface of the case and the flow path unit toward the storage empty section, or burrs generated at the opening edge of the storage empty section during molding. Etc. can be stored. For this reason, it can prevent that the adhesive agent, a burr | flash, etc. which flowed out are inserted | pinched, and a piezoelectric vibrator unit can be reliably attached to the regular position in an accommodation empty part. Therefore, the vibrator can be securely bonded.
[0062]
Further, since the corner portion is removed by chamfering, the insertion property of the piezoelectric vibrator unit into the case can be improved, and damage to the dummy vibrator can be effectively prevented.
[0063]
Further, a dummy vibrator forming member separate from the piezoelectric vibrator is provided on the outer side in the plane of the dummy vibrator, and the dummy vibrator forming member is made of a material having higher toughness than the constituent material of the piezoelectric vibrator. As a result, the bending strength of the dummy vibrator increases. Furthermore, by chamfering the tip portion of the dummy vibrator forming member, the insertion property of the piezoelectric vibrator unit into the case can be improved, and damage to the dummy vibrator can be prevented more reliably.
[0064]
In addition, a case in which an accommodation space that can accommodate the piezoelectric vibrator unit is provided, and an inclined guide portion that guides the dummy vibrator is formed on the wall surface of the accommodation space where the dummy vibrator abuts. In this case, since the dummy vibrator is guided along the inclined guide portion, the piezoelectric vibrator unit can be reliably positioned at a predetermined position in the housing empty portion.
[0065]
Further, in the method for manufacturing a piezoelectric vibrator unit, when the chamfering process is performed before the firing process, the laminate has toughness, and therefore, the chamfering process is easily performed using, for example, a press apparatus or a shearing apparatus. And manufacturing man-hours can be minimized. In addition, after performing the firing process, if the chamfering process is performed in the vibrator creating process in which the plate-shaped laminate is divided into comb teeth, the dummy vibrator can be chamfered without increasing the manufacturing process. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing main parts of a piezoelectric vibrator unit and an ink jet recording head according to a first embodiment of the present invention.
2 is a view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a laminated structure of piezoelectric vibrator units.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a main part of a piezoelectric vibrator unit according to a second embodiment.
FIG. 5 is a schematic view illustrating a main part of a piezoelectric vibrator unit according to a third embodiment.
FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining a cut line at the time of tooth splitting. FIGS.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an embodiment in which a recess is provided in a case.
FIGS. 8A and 8B are explanatory views showing a method of manufacturing a piezoelectric vibrator unit according to the present invention, respectively.
[Explanation of symbols]
1 Recording head
2 cases
3 Channel unit
4 Piezoelectric vibrator unit
5 accommodation space
6 Ink supply pipe
7 Flow path forming plate
8 Nozzle plate
9 Elastic plate
10 Nozzle opening
11 Reservoir
12 Pressure chamber
13 Ink supply port
14 Elastic membrane
15 Stainless steel plate
16 island
17 Elastic part
21 transducer group
22 Fixing plate
23a Free end
23b Base end
24 Flexible cable
28 Dummy vibrator
29 Drive vibrator
31 Piezoelectric material
32 Common internal electrodes
33 Individual internal electrodes
36 Individual external electrodes
37 Common external electrode
41 Laminate
42 Chamfer
43 Inclination guide
44 Parting line
50 Main dummy vibrator
51 Auxiliary dummy vibrator
52 Chamfer
53 Positioning step
61 Cut surface
62 Cut surface
70 Dummy vibrator body
71 Dummy vibrator forming member
72 Chamfer
81 depression
91 Both corners on the free end of the laminate
92 Chamfer
S, S 'escape area
D Step
θ1, θ2 tilt angle
Claims (10)
列設方向端部の振動子を振動子位置決め用のダミー振動子として構成すると共に、該ダミー振動子先端部における列設方向外側の隅角部を面取り加工によって除去したことを特徴とする圧電振動子ユニット。In a piezoelectric vibrator unit including a piezoelectric vibrator group in which a plurality of piezoelectric vibrators are arranged in a row,
Piezoelectric vibrations characterized in that the vibrator at the end in the row direction is configured as a dummy vibrator for positioning the vibrator, and the corner portion outside the row in the row direction at the tip of the dummy vibrator is removed by chamfering. Child unit.
前記ダミー振動子の外側面を収容空部の壁面に当接させることで位置決めを行って、圧電振動子ユニットをケースに取り付けたことを特徴とするインクジェット式記録ヘッド。A piezoelectric vibrator unit according to any one of claims 1 to 5, a flow path unit including an elastic plate constituting a part of a sealing member for a pressure chamber communicating with a nozzle opening, and a piezoelectric vibrator unit And a case where the flow path unit is joined to the tip.
An ink jet recording head, wherein positioning is performed by bringing the outer surface of the dummy vibrator into contact with the wall surface of the housing space, and the piezoelectric vibrator unit is attached to the case.
該積層体における自由端部となる側の両隅角部を面取りする面取り工程と、
面取りされた積層体を焼成する焼成工程と、
焼成された積層体を切り分けて駆動振動子を作成すると共に、振動子列設方向端部に振動子位置決め用のダミー振動子を作成する振動子作成工程とを順次経ることを特徴とする圧電振動子ユニットの製造方法。A laminate creation step of creating a plate-like laminate by sandwiching a piezoelectric body between electrodes;
A chamfering step of chamfering both corners on the side to be a free end in the laminate;
A firing step of firing the chamfered laminate,
Piezoelectric vibrations characterized in that a sintered vibrator is cut to create a drive vibrator and a vibrator creation process for creating a dummy vibrator for vibrator positioning at the end of the vibrator arrangement direction. Child unit manufacturing method.
該積層体を焼成する焼成工程と、
焼成された積層体の自由端部となる側の両隅角部を面取りし、この積層体を切り分けて駆動振動子を作成すると共に、振動子列設方向端部に振動子位置決め用のダミー振動子を作成する振動子作成工程とを順次経ることを特徴とする圧電振動子ユニットの製造方法。A laminate creation step of creating a plate-like laminate by sandwiching a piezoelectric body between electrodes;
A firing step of firing the laminate;
Chamfer both corners on the side that will be the free end of the fired laminate, and cut this laminate to create a drive vibrator. At the end of the vibrator array, dummy vibration for positioning the vibrator A method of manufacturing a piezoelectric vibrator unit, wherein a vibrator creating process for creating a child is sequentially performed.
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