JP3738895B2

JP3738895B2 - Piezoelectric vibrator unit, liquid jet head, and method of manufacturing piezoelectric vibrator unit

Info

Publication number: JP3738895B2
Application number: JP2001030365A
Authority: JP
Inventors: 強北原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2001-02-07
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2021-02-07
Also published as: JP2001293869A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製造装置、捺染装置、及び、マイクロディスペンサなどの産業機械やプリンタやプロッタなどの画像記録装置などの液体噴射装置、詳しくは、ノズル開口から液滴を吐出可能な液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置、及び、液体噴射ヘッドに用いる圧電振動子ユニットに関し、特に各圧電振動子の固有振動周期を揃えるようにしたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業機械や画像記録装置には、液体を液滴の状態で噴射する液体噴射ヘッドを備えたものがある。例えば、産業機械としては、噴射ヘッド（液体噴射ヘッドの一種）から吐出させた液滴状の色材をフィルタ基材上に着弾させて光学フィルタを製造する製造装置、噴射ヘッドから吐出させた液滴状の色材を布地等の繊維製品に着弾させて図柄を印刷する捺染装置、或いは、極く少量の液体を噴射ヘッドから吐出させることでこの液体を所定の場所に供給するマイクロディスペンサ等が知られている。また、画像記録装置としては、記録ヘッド（液体噴射ヘッドの一種）から吐出させたインク滴を紙等の印刷記録媒体上に着弾させて画像を記録するプリンタやプロッタ等が知られている。
【０００３】
これらの産業機械や画像記録装置では、噴射する液滴の量や速度に高い精度が要求される。例えば、上記の製造装置で製造される光学フィルタは、液晶ディスプレイ等に用いられるため、色材の着弾位置や色材の量（つまり、液体の噴射量）に高い精度が要求される。一方、画像記録装置では、画質向上と記録の高速化を図るため、インク滴の着弾位置やインク量に高い精度が要求される。
【０００４】
これらの産業機械や画像記録装置に用いられる液体噴射ヘッドには、例えば、圧電振動子ユニットが備える圧電振動子に電界を作用させることにより、その振動特性（固有振動周期）を利用して圧電振動子を変位（伸縮）させ、ノズル開口部に連通する圧力室に圧力変動を生じさせてノズル開口部から液滴を吐出させるものが知られている。
【０００５】
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製し、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、これらの外部電極が形成された積層体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、複数の圧電振動子を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、圧電振動子ユニットが備える複数の圧電振動子は、上記したように、極めて細い幅で機械的に切り分けられているため、各圧電振動子の幅には多少のばらつきが生じてしまう。また、積層体を固定板に接合するときの精度によって、圧電振動子の自由端部の長さ（自由長）がばらつく可能性もある。このように、個々の圧電振動子の固有振動周期が不揃いになってしまうと、液体噴射ヘッドを作製した際に、個々の圧電振動子の固有振動周期のばらつきに応じて、吐出する液滴の量や液滴の着弾位置が各ノズル開口で相違してしまう。
【０００７】
しかしながら、従来は、固定板に接合されて切り分けられた後に、圧電振動子の固有振動周期を調整するための有効な方法がなかった。このため、吐出される液滴の量が各ノズル開口で揃えられた液体噴射ヘッドを作製するためには、多数作製された圧電振動子ユニットの中から、圧電振動子の固有振動周期が揃っている圧電振動子ユニットを選別する必要があり、製造上の歩留まりの低下が避けられなかった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、個々の圧電振動子の固有振動周期を高い精度で揃えることができる圧電振動子ユニット、液体噴射ヘッド、及び、圧電振動子ユニットの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、自由端部に活性領域が形成されるように第１内部電極と第２内部電極とを圧電体を挟んで交互に積層すると共に、第１内部電極に導通された第１外部電極及び第２内部電極に導通された第２外部電極を表面に形成した圧電振動子を複数列設し、第１外部電極及び第２外部電極を通じて活性領域の圧電体に電位差を与えることで当該圧電体を作動させ、自由端部を変位可能に構成した圧電振動子ユニットにおいて、
圧電振動子の最外層の自由端部における両表面に質量付加部材を接合すると共に、該質量付加部材をトリミングによって局所凹を形成するトリミング部とし、
前記局所凹の自由端部における形成位置に応じて固有振動周期を調整可能に構成したことを特徴とする圧電振動子ユニットである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記質量付加部材は、圧電体よりも高密度の材料で形成されてい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。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記圧電振動子は、圧電体と内部電極とを交互に積層した積層体を、櫛歯状に歯割りすることで作製された振動子群によって構成されている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。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記圧電振動子は、自由端部を積層方向と直交する方向に変位可能な縦振動横効果の圧電振動子であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の圧電振動子ユニットである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４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を具備し、
圧電振動子の先端面部を弾性板に接合させた状態で圧電振動子ユニットを取り付けたことを特徴とする液体噴射ヘッドである。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記圧電振動子ユニットを収納し得る収納空部を形成したケースを備え、
該ケースには、ケースの外側と収納空部とを連通する調整処理用開口を各圧電振動子に臨ませて開設し、この調整処理用開口を通じて前記局所凹をケースの外側から形成可能に構成したことを特徴とする請求項５に記載の液体噴射ヘッドである。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、自由端部に活性領域が形成されるように共通内部電極となる電極層と個別内部電極となる電極層とを圧電体を挟んで交互に積層した後、共通内部電極に導通させた共通外部電極及び個別内部電極に導通させた個別外部電極を表面に形成して板状の積層体を作製する積層体作製工程と、
積層体作製工程で作製された積層体の固定端部を固定板に接合するユニット作製工程と、
固定板に取り付けられた積層体を切り分けて複数の圧電振動子を列設する振動子作製工程と、
切り分けられた圧電振動子の自由端部における積層方向最外層の両表面の質量付加部材を局所的にトリミングすることで局所凹を形成し、該局所凹の自由端部における形成位置を調整することで、各圧電振動子の固有振動周期を揃える調整工程とを経て製造す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。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施形態では、液体噴射ヘッドとして、インクジェット式プリンタに搭載された記録ヘッドを例に挙げて説明するが、本発明は、プロッタやファクシミリなどの画像記録装置に用いられる記録ヘッドにも適用できるし、製造装置、捺染装置、及び、マイクロディスペンサなどの産業機械に用いられる噴射ヘッドにも適用できる。
【００１７】
まず、図１を参照して、記録ヘッド１の全体構成について説明する。この記録ヘッド１は、ケース２、流路ユニット３、圧電振動子ユニット４等を備えて構成されている。なお、この記録ヘッド１の説明では、便宜上、図１における上側を先端側（正面側）と称し、下側を基端側（背面側）と称する。
【００１８】
ケース２は、先端と後端が共に開放した収容空部５を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の先端面には流路ユニット３が接合されている。また、収容空部５内には、振動子群２１の櫛歯状先端を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。また、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を設けている。
【００１９】
流路ユニット３は、流路形成板７と、ノズルプレート８と、弾性板（圧力板）９とから概略構成されている。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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ド）等の高分子膜を弾性体膜１４としてステンレス鋼製の支持板１５上にラミネートした二重構造である。そして、支持板１５は、リザーバ１１に対応するコンプライアンス部や圧力室１５に対応するダイヤフラム部１７がエッチング処理によって除去されており、これらの部分を弾性体膜１４だけにしてある。なお、ダイヤフラム部１７には、中心部分を残すように支持板１５を環状に除去して島部１６を形成する。この島部１６は、後述する駆動振動子２９の先端面部が背面側から接合される部分である。また、この島部１６は、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複数設けてあり、ノズル配列方向に対応する幅が狭く、駆動振動子２９における積層方向（後述）に対応する長さを長くしたブロック状に形成してある。
【００２３】
そして、ノズルプレート８を流路形成板７の正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。従って、この流路ユニット３では、リザーバ１１から圧力室１２を通ってノズル開口１０に至る一連のインク流路（つまり、液体噴射ヘッドにおける液流路）が、ノズル開口１０毎に形成される。
【００２４】
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、櫛歯状に列設されており、圧電振動子の列設方向（配列方向）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。そして、これらの駆動振動子２９…は、圧力室１０…と同じ数だけ設けられる。また、ダミー振動子２８はインク滴の吐出に関与しない圧電振動子であり、必要な剛性が確保できるように駆動振動子２９よりも十分に広い幅に形成されている。なお、本実施形態における圧電振動子２８，２９は、図３に示すように、圧電体３１と内部電極３２，３３の積層方向に対して直交する方向に伸縮するいわゆる縦振動横効果の圧電振動子である。
【００２５】
次に、図３を参照して、駆動振動子２９について説明する。
【００２６】
この駆動振動子２９は、共通内部電極（本発明の第１内部電極に相当）３２と、個別内部電極（本発明の第２内部電極に相当）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、この自由端部２３ａの基端から振動子基端までの部分を基端部２３ｂとしている。
【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（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（本発明の第１外部電極に相当）３７に導通しており、また、個別内部電極３３の先端は駆動振動子２９の先端面部で個別外部電極（本発明の第２外部電極に相当）３６に導通している。なお、共通内部電極３２の先端は振動子先端面部よりも少し手前に位置しており、個別内部電極３３の基端は自由端部２３ａと基端部２３ｂの境界に位置している。
【００２８】
個別外部電極３６は、駆動振動子２９の先端面部と、駆動振動子２９における積層方向の一側面である配線接続面（図３における上側の面）とに一連に形成された電極であり、フレキシブルケーブル２４（本発明の配線部材に相当）の配線パターンと各個別内部電極３３とを導通する。そして、この個別外部電極３６の配線接続面側の部分は、振動子の基端部２３ｂ上の位置から先端側に向けて連続的に形成されている。
共通外部電極３７は、駆動振動子２９の基端面部と、上記の配線接続面とに一連に形成された電極であり、フレキシブルケーブル２４の配線パターンと共通内部電極３２との間を導通する。そして、この共通外部電極３７における配線接続面側の部分は個別外部電極３６の固定板２２側の端部よりも少し基端寄りの位置から基端面部側に向けて連続的に形成されている。
【００２９】
そして、本実施形態では、外部電極３６，３７が形成されていない自由端部２３ａに配置される最外層の圧電体３１ａ（本発明の最外層圧電体に相当し、以下最外層圧電体３１ａという）を、トリミング部として用いている。このトリミング部は、トリミング、すなわち、最外層圧電体３１ａの局部的な削除（穿孔或いは除去）である局所凹を形成する部分である。従って、このトリミング部は、本発明において、局所凹凸からなる局部質量加減部の形成対象となる部分である。
【００３０】
このトリミング部に対して、最外層圧電体３１ａの自由端部２３ａの先端側、例えば、図３に例示する自由端部２３ａの先端から手前のＸ１の位置をトリミングして局部凹を形成すると、駆動振動子２９の変位の大きいところが軽くなるので固有振動周期は短くなる。一方、最外層圧電体３１ａの自由端部２３ａの基端側、例えば、図３に例示する自由端部２３ａの先端からＸ２の位置（自由端部２３ａの基端の手前の位置）をトリミングすると、駆動振動子２９の剛性が低下するので固有振動周期は長くなる。
【００３１】
この駆動振動子２９の固有振動周期は、図４の符号Ｄの線分で示すように、最外層圧電体３１ａのトリミングの位置が自由端部２３ａの基端側から先端側に向かうに従って、ほぼ直線的に固有振動周期が短くなる。このことから、最外層圧電体３１ａのトリミングを行う位置次第で、駆動振動子２９の固有振動周期を調整できることが判る。また、トリミングの深さや範囲を調整することによっても固有振動周期の微調整が可能である。そして、トリミング部のトリミングによって、個々の駆動振動子２９の固有振動周期のばらつきを許容範囲以内に収めることができ、固有振動周期を揃えることができる。
【００３２】
さらに、本実施形態では、外部電極３６、３７をトリミング部とするのではなく、外部電極３６，３７から外れた自由端部２３ａの最外層圧電体３１ａをトリミング部としているので、トリミング時の不注意により外部電極３６，３７を分断して外部電極３６，３７に面する圧電体３１の活性を損なわせることがない。
【００３３】
なお、トリミングによって削除する深さ方向（積層方向）の限度は最外層圧電体３１ａの厚みまでとする。すなわち、最外層圧電体３１ａの裏面に配置される個別内部電極３３を損傷しない範囲までを限度とする。これは最外層圧電体３１ａの裏面側に配置される圧電体３１の活性を損なわせないためである。
【００３４】
ところで、上記した最外層圧電体３１ａは、他の圧電体３１とその厚さを同一に構成したものであるが、最外層圧電体３１ａの厚さは任意に設定可能である。このため、最外層圧電体３１ａを他の圧電体３１より厚く構成してもよい。
そして、最外層圧電体３１ａ、すなわちトリミング部を厚くすると、トリミング可能な量が増えるので、固有振動周期の調整範囲が拡がるとともに、最外層圧電体３１ａの裏面に配置される個別内部電極３３の損傷を抑制できる。その結果、不注意で万一トリミング部を削除し過ぎたとしても、トリミング部が十分に厚いので個別内部電極３３を損傷することを防止でき、製造の歩留りを高めることができる。
【００３５】
また、最外層圧電体３１ａをトリミング部とする構成のものに限らず、最外層圧電体３１ａにトリミング部として別部材を設けてもよい。
【００３６】
例えば、図５に例示する圧電振動子ユニット４ａの第１の変形例は、駆動振動子２９の最外層圧電体３１ａの表面に、圧電体３１よりも高密度材料で形成される質量付加部材４０を一連に接合して、質量付加部材４０をトリミング部として構成したものである。この質量付加部材４０は、例えばステンレスやタングステン等の金属材料から構成される。
【００３７】
この変形例では、最外層圧電体３１ａに接合される質量付加部材４０をトリミング部として用いているので、このトリミング部に対するトリミングによって個々の駆動振動子２９…の固有振動周期を調整して揃えることができる。この場合、質量付加部が接合される最外層圧電体３１ａは、その裏面に配置される個別内部電極３３の損傷を抑制する電極損傷防止材として機能する。
なお、質量付加部材４０と最外層圧電体３１ａの積層する２層をトリミング部として機能させてもよい。この場合には、最外層圧電体３１ａの裏面に配置される個別内部電極３３に対して、質量付加部材４０及び最外層圧電体３１ａの２層による厚みがあるので、調整範囲を拡大できるし、個別内部電極３３の損傷を抑制することもできる。
【００３８】
また、質量付加部材４０は、第１の変形例のものに限らない。例えば、図６や図７に示すように、質量付加部材４０を、第１の変形例のものよりも振動子長手方向に短く設けて配置してもよい。
【００３９】
図６に例示する第２の変形例の圧電振動子ユニット４ｂは、固定板２２との間を少し空けて、自由端部２３ａの先端までの最外層圧電体３１ａの表面に、質量付加部材４０を一連に接合した駆動振動子２９を備えたものである。
また、図７に例示する第３の変形例の圧電振動子ユニット４ｃは、自由端部２３ａの先端から手前に所定間隔空けた位置から駆動振動子２９の基端までの最外層圧電体３１ａの表面に、質量付加部材４０を一連に接合した駆動振動子２９を備えたものである。
これら第２及び第３の変形例も、質量付加部材４０の配置を異にするだけで図５に例示した第１の変形例同様の作用、効果を奏する。
【００４０】
ところで、上記した各変形例は、駆動振動子２９の一側面に質量付加部材４０を接合する構成なので、質量付加部材４０の剛性に起因して駆動振動子２９の伸縮時にベンディングモード（撓みモード）が励起される虞があるが、駆動振動子２９の先端が島部１６に接合されているので、振動子長手方向に伸縮する振動モードには影響を与え難い。
【００４１】
しかし、このベンディングモードの励起を抑制することにより、吐出されるインク滴のインク量や速度のばらつきを一層抑えることができる。そこで、駆動振動子２９の積層方向の対向する表面に対してそれぞれ質量付加部材４０を接合し、駆動振動子２９の剛性バランスをとるようにしてもよい。
【００４２】
例えば、図８に例示するように、第４の変形例の圧電振動子ユニット４ｄは、駆動振動子２９の自由端部２３ａの基端から手前に所定間隔空けた位置から自由端部２３ａの先端まで、最外層圧電体３１ａの表面及び個別外部電極３６の表面にそれぞれ質量付加部材４０を対応させて一連に接合し、駆動振動子２９を構成したものである。言い換えれば、図６に例示した第２の変形例における質量付加部材４０に対応させて、個別外部電極３６の表面に同一の質量付加部材４０を接合したものである。
このように、駆動振動子２９の積層方向の対向する表面に対して、それぞれ質量付加部材４０を対応するように接合することで、駆動振動子２９の剛性バランスがとれ、ベンディングモードの励起を抑制することができる。
【００４３】
なお、上記した各変形例において、質量付加部材４０の厚さは適宜設定変更可能であり、圧電振動子ユニット４の調整範囲に合わせて設定すればよい。
【００４４】
ところで、このような構成の駆動振動子２９において、基端部２３ｂは、活性領域の圧電体３１の作動時においても伸縮しない非作動部となる。そして、本実施形態では、この非作動部を配線接続部として用いると共に、固定板接続部として用いている。
【００４５】
即ち、この基端部２３ｂの配線接続面側にはフレキシブルケーブル２４が配置されており、基端部２３ｂ上で個別外部電極３６及び共通外部電極３７とフレキシブルケーブル２４とが電気的に接続される。具体的には、図２に示す共通電極配線部３０と個別電極配線部３８の上にフレキシブルケーブル２４の接続端部が載置されて、半田付け等によってフレキシブルケーブル２４が実装される。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。一方、配線接続面とは反対側となる基端部２３ｂの固定板取付面には固定板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。
【００４６】
以上の構成を有する圧電振動子４は、図１に示すように、圧電振動子２８，２９の先端側を流路ユニット３側に向けて取り付けられており、この取付状態において、駆動振動子２９の自由端部２３ａの先端面部は、弾性板９の島部１６に背面側から当接されており、この先端面部と島部１６とは接着剤によって接着されている。
このため、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、ダイヤフラム部１７を構成する弾性体膜１４を前後方向に変形させる。このダイヤフラム部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。
【００４７】
そして、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。
【００４８】
次に、圧電振動子ユニット４の製造手順について説明する。
【００４９】
まず、板状の積層体を作製する（積層体作製工程）。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を作製する。
【００５０】
板状の積層体を作製したならば、この積層体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を作製する。
【００５１】
ところで、上記した変形例の圧電振動子ユニット４を製造する場合は、積層体作製工程において、質量付加部材４０の接合工程が加わる。すなわち、外部電極付きの積層体を作製した段階で、外部電極３６，３７が形成されていない最外層圧電体３１ａの表面に質量付加部材４０を一連に接合する工程を加えて積層体が作製される。なお、質量付加部材４０の接合工程は、外部電極付きの積層体を作製した後に限らず、内部電極３２，３３と圧電体３１を交互に積層して積層体を作製した後に行ってもよい。
【００５２】
そして、外部電極付きの積層体を作製したならば、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（ユニット作製工程）。そして、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、図２に示すように、板状の積層体を櫛歯状に歯割りし、細長いニードル状の個別の圧電振動子２８、２９に切り分けて複数本の振動子を作製する（振動子作製工程）。
このとき、図１及び図２に示すように、溝３９を斜めに形成して、固定板２２側では固定板２２の先端位置までが、配線接続面側では基端面部までがそれぞれ切り込まれるようにする。
なお、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。
【００５３】
このようにして作製された圧電振動子ユニット４において、駆動振動子２９は、５０μｍ〜１００μｍ程度のかなり細い幅に切り分けられているので、機械的な加工方法を採用していることから駆動振動子２９の幅がばらついてしまう可能性がある。また、圧電振動子を固定板２２に接合するときの精度によって、圧電振動子の自由端部２３ａの長さがばらつく可能性もある。このような事情により、歯割り後の個々の駆動振動子２９の固有振動周期が不揃いになっている可能性がある。
【００５４】
そこで、本実施形態においては、板状の積層体を切り分けて圧電振動子２８，２９を作製した後に、前記した手法により各駆動振動子２９の固有振動周期を揃えている（調整工程）。この調整工程では、調整を要する駆動振動子２９のトリミング部にレーザービームを照射して部分的に削除することで、各駆動振動子２９の固有振動周期を揃える。これにより、全体として個々の振動子の固有振動周期を同じに揃えることができる。
【００５５】
以下、調整工程について、図９のフローチャートに基づいて説明する。
【００５６】
この調整工程では、まず、各駆動振動子２９の固有振動周期を測定する（Ｓ１）。例えば、レーザドップラー振動計とオシロスコープを使用して駆動振動子２９の固有振動周期を測定する。そして、測定した駆動振動子２９の固有振動周期と目標値との差を計算し（Ｓ２）、その差から、トリミング部のトリミングする位置、深さを計算する（Ｓ３）。この計算は、例えば、制御装置を構成するマイクロコンピュータのメモリ中に、図４のグラフに示すようなトリミングの位置と固有振動周期との関係を示すデータテーブルを持たせておき、それを利用することにより行うことができる。
【００５７】
トリミングの位置、深さを計算したならば、レーザービームを用いてトリミングを行い、トリミング部の一部を削除し（Ｓ４）、調整を終了して次の駆動振動子２９の調整を行う。また、トリミング部の一部を削除した後、トリミングした駆動振動子２９の固有振動周期を測定し、目標値の許容範囲に収まっているか否かを判定する確認処理を設けてもよい。この確認処理により、駆動振動周期が許容範囲内に収まっていないと判定した場合には、再度上記した各処理（Ｓ１〜Ｓ４）を繰り返し行うことで、調整精度を高めることができる。
【００５８】
ここで、トリミングする加工方法として、高精度で容易にトリミングを行うことができるレーザービーム加工を用いたが、これに限らず、他の公知の機械的な加工方法や放電加工法を用いることもできる。特に、上記した各変形例の場合は、質量付加部材４０をトリミングするので、レーザービーム加工に比べて精度の落ちるプラズマ加工によってトリミングを行っても個別内部電極３３に損傷を与えることがなく、固有振動周期を調整することができる。すなわち、トリミング加工装置の選択範囲を拡げることができる。
【００５９】
上記した製造方法の利点は、圧電振動子ユニット４の製造工程の最終的な段階において、トリミング部を調整することで、個々の駆動振動子２９の固有振動周期の不揃いをなくすことができる点である。これにより、従来では、不良扱いとせざるを得なかった圧電振動子ユニット４であっても、調整により製品に搭載できるものが得られ、製造の歩留りを高めることができる。
また、圧電振動子の固有振動周期のばらつきを抑えることができるので、インク滴の吐出特性（例えば、インク滴の量や速度等）を各ノズル開口１０同士の間で精度良く揃えることができる。これにより、画質の向上が図れる。
さらに、駆動振動周期の調整が製造工程の最終的な段階で行われるため、調整後に駆動振動子２９の駆動振動周期が変わってしまう可能性は低い。従って、再調整などの無駄な工程を行わなくて済み、製造の効率化が図れる。
【００６０】
ところで、上記の第１実施形態では、駆動振動子２９のトリミング部をトリミングすることによって、すなわち局所凹を形成することにより質量を減少させると共にその位置を調整することによって固有振動周期を調整したが、駆動振動子２９に局所凸として質点４１を付加することで質量を増加するとともにその位置を調整することによって固有振動周期を調整するようにしてもよい。
【００６１】
例えば、図１０に例示する第２実施形態の圧電振動子ユニット４ｅは、駆動振動子２９の積層方向の自由端部２３ａの表面を、質点４１を付加する質点付加部として構成したものである。具体的には、質点付加部は、自由端部２３ａの先端から基端までを範囲として、最外層圧電体３１ａの表面及び個別外部電極３６の表面に構成される。また、どちらか一方を質点付加部として構成してもよい。
そして、この質点付加部に質点４１を付加することで駆動振動子２９の固有振動周期を調整する。ここで、質点４１とは、金属粒を混練した接着剤若しくはワックス、又は、半田（以下、質点材という）のような、ある程度質量のある液状体を自由端部２３ａの表面において固化させたものである。なお、質点４１は、付加した後に離脱しない止着力を有する。
【００６２】
この圧電振動子ユニット４ｅは次のようにして製造される。まず、共通内部電極３２と個別内部電極３３とを共通内部電極３２のみの非重合領域が残るように圧電体３１を挟んで交互に積層して積層体を作製する。次に、積層体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上までの範囲に共通外部電極３７を一連に形成する。
【００６３】
外部電極３６，３７を形成したならば、積層体における基端部２３ｂの固定板取付面に固定板２２を接合し、積層体を櫛歯状に歯割りした後、歯割りされた各駆動振動子２９の固有振動周期を揃える調整工程を行う。
この調整工程は、質点付加部に対して、例えばホットメルトインクジェットヘッドを備えた吐出装置（以下、吐出装置という）を利用して質点材を吐出し、質点付加部に着弾した質点材を固化させ質点４１を付加することで、各駆動振動子２９の固有振動周期を揃えるものである。これにより、全体として個々の駆動振動子２９の固有振動周期を同じに揃えることができる。
【００６４】
また、固有振動周期を調整する具体的手順は、図９に例示したトリミングの場合と同様であるが、以下の手順が相違する。すなわち、測定した駆動振動子２９の固有振動周期と目標値との差から、質点を付加する位置と固有振動周期との関係を示すデータテーブルに基づいて、質点付加部の質点を付加する位置、付加する量を計算し、この計算値から吐出装置により質点を付加して調整する手順である。
【００６５】
この第２の実施形態の場合は、質点４１を付加するため、すなわち自由端部２３ａに部分的に質量を加えるため、固有振動周期を長くする方向に調整可能である。従って、調整する際には、個々の駆動振動子２９の内で一番長い固有振動周期を目標値として各駆動振動子２９の固有振動周期が揃えられる。
【００６６】
ところで、上記した第１実施形態及び第２実施形態では、圧電体３１の積層方向に直交する方向に伸縮する縦振動横効果の圧電振動子を備えた圧電振動子ユニット４について説明したが、図１１に例示するように、圧電体３１の積層方向に沿った方向に変形する縦振動縦効果の圧電振動子を備えた圧電振動子ユニット４ｆにおいても本発明を適用することができる。
【００６７】
図１１に例示する第３実施形態の圧電振動子ユニット４ｆは、駆動振動子２９に活性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、共通内部電極３２に導通された共通外部電極３７を一方の側面に、また個別内部電極３３に導通された個別外部電極３６を他方の側面に形成して構成される。そして、この駆動振動子２９は、その最外層圧電体３１ａ（最上層の圧電体３１）の先端が圧力室１２の一部を構成する弾性板９に接合され、内部電極３２，３３に電位差を与えることにより積層方向（図１１の上下方向）に変位して弾性板９が作動し、これに連動して圧力室１２が作動しインク滴が吐出される。
【００６８】
この駆動振動子２９の固有振動周期を調整するには、積層方向の最も外層となる最外層圧電体３１ａをトリミング部とし、このトリミング部をトリミングする。また、自由端部２３ａの表面となる個別外部電極３６の表面及び共通外部電極３７の表面を質点付加部とし、この質点付加部に質点４１を付加することによっても固有振動周期を調整することができる。なお、最外層圧電体３１ａの表面に質量付加部材４０を接合してトリミング部としてもよい。
【００６９】
ところで、上記した各実施形態では、駆動振動子２９の固有振動周期を調整するのに、トリミング部に対するトリミングと、質点付加部に対する質点４１の付加とを個別に行う場合について説明したが、調整方法はこれに限定されない。例えば、駆動振動子２９にトリミング部及び質点付加部を構成して、トリミング部に対するトリミングと質点付加部に対する質点４１の付加を併せて行うことで、駆動振動子２９の固有振動周期を調整してもよい。要するに、局所凹凸からなる局部質量加減部を形成することにより、圧電振動子の固定振動周期を調整することができる。
このようにトリミングと質点４１の付加を併せて行うと、駆動振動子２９の調整範囲を拡げることができる。
【００７０】
また、上記した各実施形態では、圧電振動子ユニット４の単体で各駆動振動子２９…の固有振動周期を調整する場合について説明したが、記録ヘッド１に組み立てた状態で各駆動振動子２９…の固有振動周期を調整してもよい。以下、この方法を採った第４実施形態について説明する。
【００７１】
この第４実施形態では、図１２に一点鎖線で示すように、ケース２の外側と収納空部５とを連通する調整処理用開口４２をケース２に開設する。この調整処理用開口４２は、駆動振動子２９…に対する固有振動周期の調整処理、つまり、局部質量加減部の形成をケース２の外側から行うためのものであり、ケース２内に取り付けられた各駆動振動子２９…の自由端部に臨ませて開設している。
従って、この調整処理用開口４２を通じてトリミング部に対するトリミングや質点付加部に対する質点４１の付加を行うことにより、記録ヘッド１に圧電振動子ユニット４を組み付けた状態で局部質量加減部を形成でき、各駆動振動子２９…の固有振動周期の調整が行える。
【００７２】
この第４実施形態では、次の手順で記録ヘッド１が製造される。まず、圧電振動子ユニット４を作製する。簡単に説明すると、自由端部２３ａに活性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基材を作製し、この積層体基材の表面に個別外部電極３６と共通外部電極３７とを形成して外部電極付きの積層体を作製する。積層体を作製したならば、積層体の固定板取付面に固定板２２を接合し、積層体を櫛歯状に切り分けて複数本の圧電振動子２８，２９を作製する。
【００７３】
圧電振動子ユニット４を作製したならば、別途作製された流路ユニット３とケース２とを接合し、この接合体の内部、つまり、収納空部５に圧電振動子ユニット４を収容する。収納空部５内に圧電振動子ユニット４を収容したならば、各駆動振動子２９…の固有振動周期を調整する。この調整は、固有振動周期測定工程と、振動周期調整工程とからなる。
【００７４】
固有振動周期測定工程は、全ての駆動振動子２９…に調整用駆動信号を印加することにより、島部１６に接合された状態の駆動振動子２９の固有振動周期を測定する工程である。この測定は、上記した実施形態と同様に、例えば、レーザドップラー振動計とオシロスコープを使用して行う。
また、振動周期調整工程は、各駆動振動子２９…における固有振動周期を揃える工程である。即ち、固有振動周期測定工程での測定結果に基づいて個々の駆動振動子２９に対する処理条件を設定し、設定した処理条件に基づいて当該駆動振動子２９の自由端部表面に局部質量加減部を形成する。即ち、トリミングによる局所凹或いは質点４１の付加による局所凸を、調整処理用開口４２を通じてケース２の外部から適宜形成する。
【００７５】
この調整方法では、記録ヘッド１に組み立てた状態で駆動振動子２９の固有振動周期を調整するので、駆動振動子２９以外のばらつき要因についても調整できる。例えば、駆動振動子２９と島部１６との接合状態のばらつきなども含めて調整できる。また、固有振動周期の調整が記録ヘッド１の製造工程における最終的な段階で行われるため、再調整などの無駄な工程を行わなくて済み、製造の効率化が図れる。
【００７６】
また、上記した各実施形態では、液体噴射ヘッドとして画像記録装置に用いられるインクジェット式記録ヘッド１を例示したが、本発明の適用対象は、この記録ヘッド１に限定されるものではない。例えば、光学フィルタの製造装置、捺染装置或いはマイクロディスペンサといった産業機械用の噴射ヘッドにも適用できる。そして、何れの液体噴射ヘッドについても、耐久性の高い圧電振動子を用いているため、長期間に亘って安定して使用することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下の効果を奏する。
即ち、圧電振動子の最外層の自由端部における両表面に質量付加部材を接合すると共に、該質量付加部材をトリミングによって局所凹を形成するトリミング部としたので、局所凹の自由端部における形成位置に応じて、当該圧電振動子の固有振動周期を調整することができる。そして、圧電振動子の固有振動周期は、局所凹の位置が自由端部の基端側から先端側に向かうに従って、ほぼ直線的に変化する。このことから、局所凹を設ける位置次第で、圧電振動子の固有振動周期を調整できる。また、局所凹の大きさを調整することによっても固有振動周期を微調整することができる。
これにより、当該圧電振動子の固有振動周期を他の固有振動周期と揃えることができる。したがって、各ノズル開口から吐出する液滴の吐出特性を揃えることができる。そして、固有振動周期を調整できるので、従来では不良扱いとせざるを得なかった圧電振動子ユニットであっても、調整により製品に搭載できるものが得られ、製造の歩留りを高めることができる。
【００７８】
また、固有振動周期の調整は、振動子に切り分けられた後に行われるため、調整後に圧電振動子の固有振動周期が変わってしまう可能性は低い。このため、再調整などの無駄な工程を行わなくて済み、製造の効率化が図れる。
【００７９】
さらに、質量付加部材を自由端部における両表面に接合しているので、ベンディングモードの励起を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る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拡大して示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る圧電振動子ユニットの外観斜視図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る圧電振動子ユニットのトリミングの位置とその固有振動周期との関係を示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る圧電振動子ユニットの第１の変形例の断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る圧電振動子ユニットの第２の変形例の断面図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る圧電振動子ユニットの第３の変形例の断面図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る圧電振動子ユニットの第４の変形例の断面図である。
【図９】本発明の製造方法における調整工程の一例を示したフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る圧電振動子ユニットの断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る圧電振動子ユニットの断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る記録ヘッドの要部断面図である。
【符号の説明】
１記録ヘッド
３流路ユニット
４圧電振動子ユニット
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ変形例の圧電振動子ユニット
７流路形成板
８ノズルプレート
９弾性板
１０ノズル開口
１６島部
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（配線部材）
２９駆動振動子
３１圧電体
３１ａ最外層の圧電体（最外層圧電体）
３２共通内部電極（第１内部電極）
３３個別内部電極（第２内部電極）
３６個別外部電極（第２外部電極）
３７共通外部電極（第１外部電極）
３９溝
４０質量付加部材
４１質点
４２調整処理用開口[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes a liquid ejecting apparatus such as a manufacturing apparatus, a textile printing apparatus, an industrial machine such as a microdispenser, an image recording apparatus such as a printer or a plotter, and more specifically, a liquid ejecting head capable of ejecting liquid droplets from a nozzle opening. In particular, the present invention relates to a piezoelectric vibrator unit used for a liquid ejecting apparatus and a liquid ejecting head, and more particularly to a piezoelectric vibrator unit in which the natural vibration period of each piezoelectric vibrator is made uniform.
[0002]
[Prior art]
Some industrial machines and image recording apparatuses include a liquid ejecting head that ejects liquid in the form of droplets. For example, as an industrial machine, a manufacturing apparatus that manufactures an optical filter by landing droplet-shaped color materials ejected from an ejection head (a type of liquid ejection head) on a filter base material, liquid ejected from the ejection head A printing device that prints a pattern by landing a drop-like color material on a textile product such as a fabric, or a micro dispenser that discharges a very small amount of liquid from a jet head to a predetermined place. Are known. In addition, as an image recording apparatus, a printer, a plotter, or the like that records an image by causing ink droplets ejected from a recording head (a type of liquid ejecting head) to land on a print recording medium such as paper is known.
[0003]
In these industrial machines and image recording apparatuses, high accuracy is required for the amount and speed of droplets to be ejected. For example, since the optical filter manufactured by the above manufacturing apparatus is used for a liquid crystal display or the like, high accuracy is required for the landing position of the color material and the amount of the color material (that is, the amount of liquid ejection). On the other hand, in an image recording apparatus, high accuracy is required for ink droplet landing positions and ink amounts in order to improve image quality and speed up recording.
[0004]
In the liquid ejecting heads used in these industrial machines and image recording apparatuses, for example, by applying an electric field to the piezoelectric vibrators included in the piezoelectric vibrator unit, the vibration characteristics (natural vibration period) of the piezoelectric vibrators are utilized. It is known that a child is displaced (expanded / contracted) to cause a pressure fluctuation in a pressure chamber communicating with a nozzle opening to discharge a droplet from the nozzle opening.
[0005]
This piezoelectric vibrator unit is manufactured by the following procedure, for example. First, the common internal electrode and the individual internal electrode are alternately laminated with the piezoelectric material interposed therebetween to produce 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. Then, the base end side portion of the laminate in which these external electrodes are formed is joined on the fixing plate, and the tip end portion of the laminate is cut with a very thin width of about 50 μm to 100 μm by a wire saw or a dicing saw, A plurality of piezoelectric vibrators are formed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described above, the plurality of piezoelectric vibrators provided in the piezoelectric vibrator unit are mechanically separated by an extremely narrow width, so that there is some variation in the width of each piezoelectric vibrator. Further, the length (free length) of the free end portion of the piezoelectric vibrator may vary depending on the accuracy when the laminated body is joined to the fixed plate. As described above, when the natural vibration periods of the individual piezoelectric vibrators become uneven, when the liquid ejecting head is manufactured, the liquid droplets to be ejected are changed according to variations in the natural vibration periods of the individual piezoelectric vibrators. The amount and the landing position of the droplet are different at each nozzle opening.
[0007]
However, conventionally, there has been no effective method for adjusting the natural vibration period of the piezoelectric vibrator after being bonded to a fixed plate and cut. For this reason, in order to produce a liquid jet head in which the amount of liquid droplets to be ejected is aligned at each nozzle opening, the natural vibration period of the piezoelectric vibrator is aligned from among a large number of produced piezoelectric vibrator units. It was necessary to sort out the piezoelectric vibrator units that were present, and it was inevitable that the manufacturing yield would decrease.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric vibrator unit, a liquid ejecting head, which can align the natural vibration period of each piezoelectric vibrator with high accuracy,as well as,Method for manufacturing piezoelectric vibrator unitTheIt is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that the first internal electrode and the second internal electrode are alternately stacked with the piezoelectric material interposed therebetween so that the active region is formed at the free end, A plurality of piezoelectric vibrators having a surface formed with a first external electrode connected to the first internal electrode and a second external electrode connected to the second internal electrode are arranged and activated through the first external electrode and the second external electrode. In the piezoelectric vibrator unit configured to actuate the piezoelectric body by applying a potential difference to the piezoelectric body in the region and displace the free end,
At the free end of the outermost layer of the piezoelectric vibratorBothOn the surfaceWhile joining the mass addition member, the mass addition member is a trimming part that forms a local recess by trimming,
Said local depressionA piezoelectric vibrator unit characterized in that the natural vibration period can be adjusted according to the formation position at the free end of the piezoelectric vibrator unit.
[0010]
The invention described in claim 22. The piezoelectric vibrator unit according to claim 1, wherein the mass adding member is made of a material having a higher density than that of the piezoelectric body.
[0011]
Claim 3According to the invention described in item 3, the piezoelectric vibrator is constituted by a vibrator group produced by splitting a laminated body in which piezoelectric bodies and internal electrodes are alternately laminated into a comb-teeth shape. Claim 1Or claim 2Is a piezoelectric vibrator unit.
[0012]
Claim 4The invention according to claim 1 is characterized in that the piezoelectric vibrator is a piezoelectric vibrator having a longitudinal vibration and a lateral effect in which a free end portion can be displaced in a direction orthogonal to the stacking direction.Claim 3The piezoelectric vibrator unit according to any one of the above.
[0013]
Claim 5The invention according to claim 1 is fromClaim 4A piezoelectric vibrator unit according to any one of the above, and a flow path unit including an elastic plate that constitutes a part of the sealing material of the pressure chamber communicating with the nozzle opening,
The liquid ejecting head is characterized in that the piezoelectric vibrator unit is attached in a state where the tip surface portion of the piezoelectric vibrator is bonded to an elastic plate.
[0014]
Claim 6The invention described in (1) comprises a case in which a housing empty portion capable of housing the piezoelectric vibrator unit is formed,
In the case, an adjustment processing opening that communicates between the outside of the case and the housing empty portion is opened facing each piezoelectric vibrator, and the local recess can be formed from the outside of the case through the adjustment processing opening. Characterized byClaim 5The liquid ejecting head according to the above.
[0015]
Claim 7In the invention described in (1), an electrode layer serving as a common internal electrode and an electrode layer serving as an individual internal electrode are alternately stacked with a piezoelectric body interposed therebetween so that an active region is formed at a free end, and then the common internal electrode is formed. A laminate manufacturing step of forming a plate-like laminate by forming on the surface a common external electrode made conductive and an individual external electrode made conductive to the individual internal electrode;
A unit production step of joining the fixed end of the laminate produced in the laminate production step to a fixed plate;
A vibrator manufacturing process in which a laminated body attached to a fixed plate is cut and a plurality of piezoelectric vibrators are arranged, and
Of the separated piezoelectric vibratorMass addition members on both surfaces of the outermost layer in the stacking direction at the free endA local recess is formed by locally trimming, and the formation position at the free end of the local recess is adjusted, and then manufactured through an adjustment process that aligns the natural vibration period of each piezoelectric vibrator. This is a method for manufacturing a piezoelectric vibrator unit.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. In the following embodiments, a recording head mounted on an ink jet printer will be described as an example of a liquid ejecting head. However, the present invention also applies to a recording head used in an image recording apparatus such as a plotter or a facsimile. The present invention can be applied to a manufacturing apparatus, a textile printing apparatus, and an ejection head used in an industrial machine such as a microdispenser.
[0017]
First, the overall configuration of the recording head 1 will be described with reference to FIG. The recording head 1 includes a case 2, a flow path unit 3, a piezoelectric vibrator unit 4, and the like. In the description of the recording head 1, for the sake of convenience, the upper side in FIG. 1 is referred to as the front end side (front side), and the lower side is referred to as the base end side (back side).
[0018]
The case 2 is a block member made of synthetic resin provided with a housing cavity 5 whose front end and rear end are both open. A flow path unit 3 is joined to the front end surface of the case 2. In addition, the piezoelectric vibrator unit 4 is housed and fixed in the housing space 5 with the comb-like tips of the vibrator group 21 facing the opening on the tip side. Further, an ink supply pipe 6 communicating with the ink cartridge is provided on the side of the base end side on the side of the accommodation space 5.
[0019]
The flow path unit 3 includes a flow path forming plate 7, a nozzle plate 8, and an elastic plate (pressure plate) 9.
[0020]
The nozzle plate 8 is a thin plate-like member in which a large number (for example, 96) of nozzle openings 10 are opened in a row at a pitch corresponding to the dot formation density, and is constituted by, for example, a stainless steel plate.
[0021]
The flow path forming plate 7 stacked on the nozzle plate 8 includes a reservoir 11 into which ink supplied through the ink supply pipe 6 flows, and a pressure chamber for generating ink pressure necessary to eject ink from the nozzle opening 10. 12, an ink supply port 13 and the like for communicating the reservoir 11 and the pressure chamber 12 are formed. And in this embodiment, these each part is formed by etching a silicon wafer.
[0022]
In this embodiment, the elastic plate 9 has a double structure in which a polymer film such as PPS (polyphenylene sulfide) is laminated on a stainless steel support plate 15 as an elastic film 14. In the support plate 15, the compliance portion corresponding to the reservoir 11 and the diaphragm portion 17 corresponding to the pressure chamber 15 are removed by the etching process, and these portions are only the elastic film 14. In the diaphragm portion 17, the support plate 15 is removed in an annular shape so as to leave a central portion, and an island portion 16 is formed. The island portion 16 is a portion where a tip surface portion of a driving vibrator 29 described later is joined from the back side. Further, a plurality of island portions 16 are provided at a pitch corresponding to the dot formation density similarly to the nozzle openings 10, the width corresponding to the nozzle arrangement direction is narrow, and corresponds to the stacking direction (described later) in the drive vibrator 29. It is formed in a block shape with a longer length.
[0023]
The nozzle plate 8 is disposed on the front side of the flow path forming plate 7 and the elastic plate 9 is disposed on the back side. The flow path forming plate 7 is sandwiched between the nozzle plate 8 and the elastic plate 9 and integrated by adhesion or the like. As a result, the flow path unit 3 is formed. In the flow path unit 3, the elastic plate 9 constitutes part of a sealing material that seals the pressure chamber 12 and the ceiling surface of the reservoir 11. Therefore, in this flow path unit 3, a series of ink flow paths (that is, liquid flow paths in the liquid ejecting head) from the reservoir 11 through the pressure chamber 12 to the nozzle openings 10 are formed for each nozzle opening 10.
[0024]
The piezoelectric vibrator unit 4 is roughly constituted by a vibrator group 21 and a fixed plate 22. As shown in FIG. 2, the vibrator group 21 is arranged in a comb-teeth shape, and dummy vibrators 28 and 28 located at both ends in the arrangement direction (arrangement direction) of the piezoelectric vibrators, and these The plurality of drive vibrators 29 are arranged between the dummy vibrators 28 and 28. Here, the drive vibrator 29 is a piezoelectric vibrator involved in the ejection of ink droplets, and is divided into needles having an extremely narrow width of about 50 μm to 100 μm, for example. These drive vibrators 29 are provided in the same number as the pressure chambers 10. The dummy vibrator 28 is a piezoelectric vibrator that does not participate in the ejection of ink droplets, and is formed with a width that is sufficiently wider than the drive vibrator 29 so as to ensure the necessary rigidity. As shown in FIG. 3, the piezoelectric vibrators 28 and 29 in the present embodiment are so-called longitudinal vibration lateral effect piezoelectric vibrations that expand and contract in a direction perpendicular to the stacking direction of the piezoelectric body 31 and the internal electrodes 32 and 33. A child.
[0025]
Next, the drive vibrator 29 will be described with reference to FIG.
[0026]
This drive vibrator 29 is formed by alternately laminating a common internal electrode (corresponding to a first internal electrode of the present invention) 32 and individual internal electrodes (corresponding to a second internal electrode of the present invention) 33 with a piezoelectric body 31 interposed therebetween. It is. Here, the common internal electrode 32 is an electrode set at the same potential level for all the drive vibrators 29..., And the individual internal electrode 33 is an electrode at which the potential level is set for each drive vibrator 29. .
A portion of the drive vibrator 29 extending from the tip of the vibrator to about half or about two-thirds of the vibrator longitudinal direction (direction orthogonal to the stacking direction) is defined as a free end 23a. A portion from the proximal end to the transducer proximal end is defined as a proximal end portion 23b.
[0027]
An active region (overlap portion) in which the common internal electrode 32 and the individual internal electrode 33 overlap is formed in the free end portion 23a. When a potential difference is applied to these internal electrodes 32 and 33, the piezoelectric body 31 in the active region is deformed (actuated), and the free end portion 23a is displaced in the longitudinal direction of the vibrator to expand and contract.
The base end of the common internal electrode 32 is electrically connected to the common external electrode (corresponding to the first external electrode of the present invention) 37 at the base end face portion of the drive vibrator 29, and the tip of the individual internal electrode 33 is driven. The distal end portion of the vibrator 29 is electrically connected to an individual external electrode (corresponding to a second external electrode of the present invention) 36. The distal end of the common internal electrode 32 is located slightly before the transducer distal end surface portion, and the proximal end of the individual internal electrode 33 is located at the boundary between the free end portion 23a and the proximal end portion 23b.
[0028]
The individual external electrode 36 is an electrode formed in series on the tip surface portion of the drive vibrator 29 and a wiring connection surface (upper face in FIG. 3) which is one side surface of the drive vibrator 29 in the stacking direction. The wiring pattern of the cable 24 (corresponding to the wiring member of the present invention) and each individual internal electrode 33 are electrically connected. And the part by the side of the wiring connection surface of this separate external electrode 36 is continuously formed from the position on the base end part 23b of a vibrator toward the front end side.
The common external electrode 37 is an electrode formed in series on the base end surface portion of the drive vibrator 29 and the above-described wiring connection surface, and conducts between the wiring pattern of the flexible cable 24 and the common internal electrode 32. A portion of the common external electrode 37 on the wiring connection surface side is continuously formed from a position slightly closer to the base end to the base end surface portion side than the end portion of the individual external electrode 36 on the fixing plate 22 side. .
[0029]
In this embodiment, the outermost layer piezoelectric body 31a (corresponding to the outermost layer piezoelectric body of the present invention, hereinafter referred to as the outermost layer piezoelectric body 31a) disposed on the free end 23a where the external electrodes 36 and 37 are not formed. ) Is used as a trimming portion. This trimming portion is a portion that forms a local recess which is trimming, that is, local deletion (perforation or removal) of the outermost layer piezoelectric body 31a. Therefore, this trimming portion is a portion that is a target for forming a local mass adjusting portion composed of local irregularities in the present invention.
[0030]
With respect to this trimming portion, when the position of X1 in front of the free end portion 23a of the outermost layer piezoelectric body 31a, for example, the free end portion 23a illustrated in FIG. Since the place where the displacement of the drive vibrator 29 is large becomes light, the natural vibration period becomes short. On the other hand, when the base end side of the free end 23a of the outermost layer piezoelectric body 31a, for example, the position X2 from the front end of the free end 23a illustrated in FIG. 3 (position before the base end of the free end 23a) is trimmed. Since the rigidity of the drive vibrator 29 is lowered, the natural vibration period becomes longer.
[0031]
The natural vibration period of the drive vibrator 29 is substantially as the trimming position of the outermost layer piezoelectric body 31a moves from the proximal end side to the distal end side of the free end portion 23a, as shown by the line D in FIG. The natural vibration period is linearly shortened. From this, it can be seen that the natural vibration period of the drive vibrator 29 can be adjusted depending on the position at which the outermost layer piezoelectric body 31a is trimmed. Further, the natural vibration period can be finely adjusted by adjusting the trimming depth and range. Then, by the trimming of the trimming unit, the variation of the natural vibration period of each drive vibrator 29 can be kept within an allowable range, and the natural vibration period can be made uniform.
[0032]
Furthermore, in this embodiment, the outer electrodes 36 and 37 are not used as trimming portions, but the outermost layer piezoelectric body 31a of the free end portion 23a that is separated from the external electrodes 36 and 37 is used as a trimming portion. The external electrodes 36 and 37 are not divided by caution and the activity of the piezoelectric body 31 facing the external electrodes 36 and 37 is not impaired.
[0033]
The limit in the depth direction (stacking direction) to be deleted by trimming is limited to the thickness of the outermost layer piezoelectric body 31a. That is, the range is limited to a range in which the individual internal electrodes 33 arranged on the back surface of the outermost layer piezoelectric body 31a are not damaged. This is because the activity of the piezoelectric body 31 disposed on the back surface side of the outermost layer piezoelectric body 31a is not impaired.
[0034]
The outermost layer piezoelectric body 31a has the same thickness as the other piezoelectric bodies 31, but the thickness of the outermost layer piezoelectric body 31a can be arbitrarily set. For this reason, the outermost layer piezoelectric body 31 a may be configured to be thicker than the other piezoelectric bodies 31.
When the outermost layer piezoelectric body 31a, that is, the trimming part is thickened, the trimming amount increases, so that the adjustment range of the natural vibration period is expanded and the individual internal electrode 33 disposed on the back surface of the outermost layer piezoelectric body 31a is damaged. Can be suppressed. As a result, even if the trimming part is inadvertently deleted excessively, the trimming part is sufficiently thick so that the individual internal electrodes 33 can be prevented from being damaged, and the manufacturing yield can be increased.
[0035]
The outermost layer piezoelectric body 31a is not limited to the trimming portion, and another member may be provided as the trimming portion on the outermost layer piezoelectric body 31a.
[0036]
For example, in the first modification of the piezoelectric vibrator unit 4 a illustrated in FIG. 5, the mass addition member 40 formed of a higher density material than the piezoelectric body 31 on the surface of the outermost layer piezoelectric body 31 a of the drive vibrator 29. The mass adding member 40 is configured as a trimming portion. The mass adding member 40 is made of a metal material such as stainless steel or tungsten.
[0037]
In this modified example, the mass adding member 40 bonded to the outermost layer piezoelectric body 31a is used as a trimming portion. Therefore, the natural vibration periods of the individual drive vibrators 29 are adjusted and aligned by trimming the trimming portion. Can do. In this case, the outermost layer piezoelectric body 31a to which the mass adding portion is bonded functions as an electrode damage preventing material that suppresses damage to the individual internal electrode 33 disposed on the back surface thereof.
Note that the two layers of the mass adding member 40 and the outermost layer piezoelectric body 31a may function as a trimming portion. In this case, the individual internal electrode 33 arranged on the back surface of the outermost layer piezoelectric body 31a has a thickness of two layers of the mass adding member 40 and the outermost layer piezoelectric body 31a. Damage to the individual internal electrode 33 can also be suppressed.
[0038]
Moreover, the mass addition member 40 is not restricted to the thing of the 1st modification. For example, as shown in FIGS. 6 and 7, the mass addition member 40 may be disposed shorter than the first modification in the vibrator longitudinal direction.
[0039]
The piezoelectric vibrator unit 4b of the second modified example illustrated in FIG. 6 is provided with a mass adding member 40 on the surface of the outermost layer piezoelectric body 31a up to the tip of the free end portion 23a with a little space between the fixed plate 22 and the piezoelectric vibrator unit 4b. Are provided with a drive vibrator 29 joined in series.
In addition, the piezoelectric vibrator unit 4c of the third modified example illustrated in FIG. 7 includes an outermost layer piezoelectric body 31a extending from a position spaced a predetermined distance forward from the tip of the free end 23a to the base end of the drive vibrator 29. A driving vibrator 29 having a mass addition member 40 joined in series is provided on the surface.
These 2nd and 3rd modifications also show the same operation and effect as the 1st modification illustrated in Drawing 5 only by changing the arrangement of mass addition member 40.
[0040]
By the way, each of the above-described modified examples has a configuration in which the mass addition member 40 is joined to one side surface of the drive vibrator 29. Therefore, due to the rigidity of the mass addition member 40, the bending mode (flexure mode) is caused when the drive vibrator 29 expands and contracts. However, since the tip of the drive vibrator 29 is joined to the island portion 16, it is difficult to affect the vibration mode that expands and contracts in the longitudinal direction of the vibrator.
[0041]
However, by suppressing the excitation of the bending mode, variations in the ink amount and speed of the ejected ink droplets can be further suppressed. Therefore, the mass adding members 40 may be bonded to the opposing surfaces of the driving vibrator 29 in the stacking direction so that the rigidity of the driving vibrator 29 is balanced.
[0042]
For example, as illustrated in FIG. 8, the piezoelectric vibrator unit 4 d of the fourth modified example has a distal end of the free end 23 a from a position spaced a predetermined distance from the proximal end of the free end 23 a of the drive vibrator 29. Up to this point, the mass adding member 40 is connected to the surface of the outermost layer piezoelectric body 31a and the surface of the individual external electrode 36 in series so as to form the drive vibrator 29. In other words, the same mass addition member 40 is joined to the surface of the individual external electrode 36 so as to correspond to the mass addition member 40 in the second modified example illustrated in FIG.
In this way, by joining the mass adding members 40 so as to correspond to the opposing surfaces of the drive vibrator 29 in the stacking direction, the rigidity of the drive vibrator 29 is balanced and the excitation of the bending mode is suppressed. can do.
[0043]
In each of the above-described modifications, the thickness of the mass addition member 40 can be appropriately changed and set according to the adjustment range of the piezoelectric vibrator unit 4.
[0044]
By the way, in the drive vibrator 29 having such a configuration, the base end portion 23b is a non-operating portion that does not expand and contract even when the piezoelectric body 31 in the active region is operated. And in this embodiment, while using this non-operation part as a wiring connection part, it is used as a fixed board connection part.
[0045]
That is, the flexible cable 24 is arranged on the wiring connection surface side of the base end portion 23b, and the individual external electrode 36 and the common external electrode 37 and the flexible cable 24 are electrically connected on the base end portion 23b. . Specifically, the connection end portion of the flexible cable 24 is placed on the common electrode wiring portion 30 and the individual electrode wiring portion 38 shown in FIG. 2, and the flexible cable 24 is mounted by soldering or the like. A driving pulse is supplied to each of the electrodes 32, 33, 36, and 37 through the flexible cable 24. On the other hand, the fixing plate 22 is joined to the fixing plate mounting surface of the base end portion 23b on the side opposite to the wiring connection surface. In short, the drive vibrator 29 is fixed to the fixing plate 22 in a so-called cantilever state.
[0046]
As shown in FIG. 1, the piezoelectric vibrator 4 having the above configuration is attached with the distal ends of the piezoelectric vibrators 28 and 29 facing the flow path unit 3, and in this attached state, the drive vibrator 29. The distal end surface portion of the free end portion 23a is in contact with the island portion 16 of the elastic plate 9 from the back side, and the distal end surface portion and the island portion 16 are bonded by an adhesive.
For this reason, when a drive pulse is supplied to the drive vibrator 29, the drive vibrator 29 expands and contracts in the longitudinal direction of the vibrator and deforms the elastic film 14 constituting the diaphragm portion 17 in the front-rear direction. As the diaphragm 17 moves in the front-rear direction, the pressure chamber 12 expands or contracts to change its volume.
[0047]
When ink droplets are ejected from the nozzle openings 10, a drive signal is selectively applied to the drive vibrator 29 that ejects ink droplets. For example, the pressure chamber 12 is once expanded and then contracted. In this way, the ink in the reservoir 11 flows into the pressure chamber 12 as the pressure chamber 12 expands, and the pressure of the ink in the pressure chamber 12 increases as the pressure chamber 12 contracts. Then, the ink pushed out from the nozzle opening 10 is ejected as ink droplets.
[0048]
Next, a manufacturing procedure of the piezoelectric vibrator unit 4 will be described.
[0049]
First, a plate-like laminate is produced (laminate production step). In this step, first, the common internal electrode 32 and the individual internal electrode 33 are overlapped at the distal end portion that becomes the free end portion 23a, and only the common internal electrode 32 is not covered at the proximal end portion that becomes the proximal end portion 23b. The common internal electrode 32 and the individual internal electrode 33 are alternately stacked with the piezoelectric body 31 interposed therebetween so that a superposed region is formed, thereby producing a plate-shaped stacked body.
[0050]
When the plate-shaped laminate is manufactured, the individual external electrodes 36 are formed in series in the distal end surface portion of the laminate and the range from the distal end to the proximal end portion 23b in the wiring connection surface, and the proximal end surface of the laminate is formed. A common external electrode 37 is successively formed in a range from the base end to the base end portion 23b on the part and the wiring connection surface to produce a laminate with external electrodes.
[0051]
By the way, when manufacturing the piezoelectric vibrator unit 4 of the modified example described above, a joining step of the mass adding member 40 is added in the laminate manufacturing step. That is, at the stage where the laminated body with external electrodes is produced, the laminated body is produced by adding a series of steps of joining the mass adding member 40 to the surface of the outermost layer piezoelectric body 31a where the external electrodes 36 and 37 are not formed. The Note that the joining step of the mass adding member 40 is not limited to after the laminated body with the external electrode is produced, but may be performed after the laminated body is produced by alternately laminating the internal electrodes 32 and 33 and the piezoelectric body 31.
[0052]
And if the laminated body with an external electrode is produced, the fixing board 22 will be joined to the fixing board attachment surface of the base end part 23b of a laminated body by adhesion | attachment etc. (unit production process). When the fixing plate 22 is joined, a wire saw, a dicing saw, or the like is used to split the plate-like laminate into comb teeth, as shown in FIG. A plurality of vibrators are manufactured by cutting into the vibrators 28 and 29 (vibrator manufacturing step).
At this time, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, the groove 39 is formed obliquely and cut to the distal end position of the stationary plate 22 on the stationary plate 22 side and to the proximal end surface portion on the wiring connection surface side. Like that.
The reason why the plate-like laminate is fixed to the fixing plate 22 is that the teeth are split so that the teeth can be split stably and the subsequent handling is facilitated. Therefore, the laminated body after the tooth splitting may be fixed to the fixing plate 22 if the tooth splitting can be stably performed.
[0053]
In the piezoelectric vibrator unit 4 manufactured as described above, the drive vibrator 29 is cut into a considerably narrow width of about 50 μm to 100 μm, and therefore the drive vibrator is used because a mechanical processing method is employed. There is a possibility that the width of 29 may vary. Further, the length of the free end portion 23a of the piezoelectric vibrator may vary depending on the accuracy with which the piezoelectric vibrator is joined to the fixed plate 22. Under such circumstances, there is a possibility that the natural vibration periods of the individual drive vibrators 29 after the tooth splitting are uneven.
[0054]
Therefore, in the present embodiment, the piezoelectric vibrators 28 and 29 are manufactured by cutting a plate-shaped laminate, and then the natural vibration periods of the drive vibrators 29 are aligned by the above-described method (adjustment process). In this adjustment step, the trimming portion of the drive vibrator 29 that needs to be adjusted is irradiated with a laser beam to be partially deleted, thereby aligning the natural vibration period of each drive vibrator 29. As a result, the natural vibration periods of the individual vibrators can be made uniform as a whole.
[0055]
Hereinafter, an adjustment process is demonstrated based on the flowchart of FIG.
[0056]
In this adjustment step, first, the natural vibration period of each drive vibrator 29 is measured (S1). For example, the natural vibration period of the drive vibrator 29 is measured using a laser Doppler vibrometer and an oscilloscope. Then, the difference between the measured natural vibration period of the drive vibrator 29 and the target value is calculated (S2), and the trimming position and depth of the trimming unit are calculated from the difference (S3). For this calculation, for example, a data table indicating the relationship between the trimming position and the natural vibration period as shown in the graph of FIG. 4 is provided in the memory of the microcomputer constituting the control device, and this is used. Can be done.
[0057]
Once the trimming position and depth are calculated, trimming is performed using a laser beam, a part of the trimming portion is deleted (S4), the adjustment is finished, and the next drive vibrator 29 is adjusted. Moreover, after deleting a part of the trimming part, a natural vibration period of the trimmed drive vibrator 29 may be measured, and a confirmation process for determining whether or not the target value is within an allowable range may be provided. If it is determined by this confirmation process that the drive vibration period is not within the allowable range, the above-described processes (S1 to S4) are repeated again to increase the adjustment accuracy.
[0058]
Here, the laser beam machining that can be easily trimmed with high accuracy is used as a trimming processing method. However, the present invention is not limited to this, and other known mechanical machining methods and electric discharge machining methods may be used. it can. In particular, in each of the above-described modifications, the mass adding member 40 is trimmed, so that the individual internal electrode 33 is not damaged even if trimming is performed by plasma machining, which is less accurate than laser beam machining. The vibration period can be adjusted. That is, the selection range of the trimming apparatus can be expanded.
[0059]
The advantage of the manufacturing method described above is that irregularities in the natural vibration periods of the individual drive vibrators 29 can be eliminated by adjusting the trimming portion in the final stage of the manufacturing process of the piezoelectric vibrator unit 4. is there. As a result, even if the piezoelectric vibrator unit 4 had to be handled as a defect in the past, it can be mounted on the product by adjustment, and the manufacturing yield can be increased.
In addition, since variations in the natural vibration period of the piezoelectric vibrator can be suppressed, ink droplet ejection characteristics (for example, the amount and speed of ink droplets) can be accurately aligned between the nozzle openings 10. Thereby, the image quality can be improved.
Furthermore, since the adjustment of the drive vibration cycle is performed at the final stage of the manufacturing process, the possibility that the drive vibration cycle of the drive vibrator 29 changes after the adjustment is low. Therefore, it is not necessary to perform a useless process such as readjustment, and the manufacturing efficiency can be improved.
[0060]
By the way, in the first embodiment, the natural vibration period is adjusted by trimming the trimming portion of the drive vibrator 29, that is, by forming a local recess, thereby reducing the mass and adjusting the position thereof. Further, the natural vibration period may be adjusted by adding the mass point 41 as a local convex to the driving vibrator 29 to increase the mass and adjusting the position thereof.
[0061]
For example, in the piezoelectric vibrator unit 4e of the second embodiment illustrated in FIG. 10, the surface of the free end portion 23a in the stacking direction of the drive vibrator 29 is configured as a mass point adding portion for adding a mass point 41. Specifically, the mass point adding portion is configured on the surface of the outermost layer piezoelectric body 31a and the surface of the individual external electrode 36 in a range from the distal end to the proximal end of the free end portion 23a. Moreover, you may comprise either one as a mass point addition part.
Then, the natural vibration period of the drive vibrator 29 is adjusted by adding the mass point 41 to the mass point adding portion. Here, the mass point 41 is obtained by solidifying a liquid material having a certain mass, such as an adhesive or wax kneaded with metal particles, or solder (hereinafter referred to as mass material) on the surface of the free end portion 23a. It is. Note that the mass point 41 has a fastening force that does not leave after being added.
[0062]
The piezoelectric vibrator unit 4e is manufactured as follows. First, the common internal electrodes 32 and the individual internal electrodes 33 are alternately stacked with the piezoelectric bodies 31 sandwiched so that a non-polymerized region of only the common internal electrodes 32 remains, thereby producing a laminate. Next, the individual external electrodes 36 are formed in series in the distal end surface portion of the laminate and the range from the distal end to the base end portion 23b in the wiring connection surface, and from the proximal end surface portion of the laminate and the proximal end in the wiring connection surface. A common external electrode 37 is formed in series in the range up to the base end 23b.
[0063]
If the external electrodes 36 and 37 are formed, the fixing plate 22 is joined to the fixing plate mounting surface of the base end portion 23b in the laminated body, and the laminated body is divided into comb teeth, and then the drive vibrations that are divided. An adjustment process for aligning the natural vibration period of the child 29 is performed.
In this adjustment process, for example, a material is discharged to the mass point adding unit using a discharge device (hereinafter referred to as a discharge device) equipped with a hot melt ink jet head, for example, and the material that has landed on the mass point adding unit is solidified. By adding the mass point 41, the natural vibration period of each drive vibrator 29 is made uniform. As a result, the natural vibration periods of the individual drive vibrators 29 can be made uniform as a whole.
[0064]
The specific procedure for adjusting the natural vibration period is the same as that in the trimming exemplified in FIG. 9, but the following procedure is different. That is, based on the difference between the measured natural vibration period of the drive vibrator 29 and the target value, based on the data table indicating the relationship between the position where the mass point is added and the natural vibration period, the position where the mass point of the mass point adding unit is added, This is a procedure for calculating the amount to be added and adjusting the calculated value by adding a mass point by the discharge device.
[0065]
In the case of the second embodiment, in order to add the mass point 41, that is, to partially add mass to the free end portion 23a, the natural vibration period can be adjusted in the longer direction. Therefore, when adjusting, the natural vibration period of each drive vibrator 29 is aligned with the longest natural vibration period among the individual drive vibrators 29 as a target value.
[0066]
By the way, in the first embodiment and the second embodiment described above, the piezoelectric vibrator unit 4 including the piezoelectric vibrator having the longitudinal vibration lateral effect that expands and contracts in the direction orthogonal to the stacking direction of the piezoelectric bodies 31 has been described. 11, the present invention can also be applied to a piezoelectric vibrator unit 4f including a piezoelectric vibrator having a longitudinal vibration longitudinal effect that is deformed in a direction along the stacking direction of the piezoelectric bodies 31.
[0067]
In the piezoelectric vibrator unit 4 f of the third embodiment illustrated in FIG. 11, the common internal electrodes 32 and the individual internal electrodes 33 are alternately sandwiched between the piezoelectric bodies 31 so that an active region is formed in the drive vibrator 29. A common external electrode 37 that is laminated and conducted to the common internal electrode 32 is formed on one side surface, and an individual external electrode 36 that is conducted to the individual internal electrode 33 is formed on the other side surface. The driving vibrator 29 is joined to the elastic plate 9 constituting a part of the pressure chamber 12 at the tip of the outermost layer piezoelectric body 31 a (uppermost layer piezoelectric body 31), and causes a potential difference between the internal electrodes 32 and 33. As a result, the elastic plate 9 is moved in the stacking direction (vertical direction in FIG. 11), and the pressure chamber 12 is operated in conjunction with this to eject ink droplets.
[0068]
In order to adjust the natural vibration period of the drive vibrator 29, the outermost layer piezoelectric body 31a that is the outermost layer in the stacking direction is used as a trimming portion, and the trimming portion is trimmed. The natural vibration period can also be adjusted by adding the mass point 41 to the surface of the individual external electrode 36 and the surface of the common external electrode 37, which are the surfaces of the free end 23a, and adding the mass point 41 to the mass point addition portion. it can. The trimming portion may be formed by joining the mass adding member 40 to the surface of the outermost layer piezoelectric body 31a.
[0069]
By the way, in each of the above-described embodiments, the adjustment of the natural vibration period of the drive vibrator 29 has been described with respect to the case where trimming to the trimming unit and addition of the mass point 41 to the mass point adding unit are performed individually. Is not limited to this. For example, the trimming unit and the mass point adding unit are configured in the driving vibrator 29, and the trimming unit and the mass point 41 are added to the trimming unit and the mass point adding unit to adjust the natural vibration period of the driving vibrator 29. Also good. In short, the fixed vibration period of the piezoelectric vibrator can be adjusted by forming a local mass adjusting part composed of local irregularities.
Thus, when trimming and addition of the mass point 41 are performed together, the adjustment range of the drive vibrator 29 can be expanded.
[0070]
In each of the above-described embodiments, the case where the natural vibration period of each drive vibrator 29 is adjusted by a single piezoelectric vibrator unit 4 has been described. However, each drive vibrator 29. The natural vibration period may be adjusted. Hereinafter, a fourth embodiment employing this method will be described.
[0071]
In the fourth embodiment, as shown by a one-dot chain line in FIG. 12, an opening 42 for adjustment processing that connects the outside of the case 2 and the storage empty space 5 is opened in the case 2. This adjustment processing opening 42 is used for adjusting the natural vibration period of the drive vibrators 29..., That is, for forming a local mass adjusting part from the outside of the case 2. It is opened facing the free end of the drive vibrator 29.
Accordingly, by performing trimming on the trimming portion and addition of the mass point 41 on the mass point adding portion through the adjustment processing opening 42, a local mass adjusting portion can be formed in a state where the piezoelectric vibrator unit 4 is assembled to the recording head 1. The natural vibration period of the drive vibrators 29 can be adjusted.
[0072]
In the fourth embodiment, the recording head 1 is manufactured by the following procedure. First, the piezoelectric vibrator unit 4 is produced. Briefly, a plate-like laminate base material is produced by alternately laminating the common internal electrodes 32 and the individual internal electrodes 33 with the piezoelectric bodies 31 interposed therebetween so that an active region is formed in the free end portion 23a. Then, the individual external electrode 36 and the common external electrode 37 are formed on the surface of the laminate base material to produce a laminate with external electrodes. When the laminated body is manufactured, the fixing plate 22 is joined to the fixing plate mounting surface of the laminated body, and the laminated body is cut into comb-like shapes to produce a plurality of piezoelectric vibrators 28 and 29.
[0073]
When the piezoelectric vibrator unit 4 is manufactured, the separately manufactured flow path unit 3 and the case 2 are joined, and the piezoelectric vibrator unit 4 is housed in the joined body, that is, in the housing space 5. If the piezoelectric vibrator unit 4 is housed in the housing space 5, the natural vibration period of each drive vibrator 29 is adjusted. This adjustment includes a natural vibration period measurement process and a vibration period adjustment process.
[0074]
The natural vibration period measurement step is a step of measuring the natural vibration period of the drive vibrator 29 in a state of being joined to the island portion 16 by applying an adjustment drive signal to all the drive vibrators 29. This measurement is performed using a laser Doppler vibrometer and an oscilloscope, for example, as in the above-described embodiment.
In addition, the vibration cycle adjustment step is a step of aligning the natural vibration cycle in each drive vibrator 29. That is, processing conditions for individual drive vibrators 29 are set based on the measurement results in the natural vibration period measurement step, and a local mass adjusting part is provided on the free end surface of the drive vibrator 29 based on the set processing conditions. Form. That is, a local concave by trimming or a local convex by adding a mass point 41 is appropriately formed from the outside of the case 2 through the adjustment processing opening 42.
[0075]
In this adjustment method, since the natural vibration period of the drive vibrator 29 is adjusted in the state assembled to the recording head 1, it is possible to adjust the variation factors other than the drive vibrator 29. For example, it is possible to make adjustments including variations in the bonding state between the drive vibrator 29 and the island 16. Further, since the natural vibration period is adjusted at the final stage in the manufacturing process of the recording head 1, it is not necessary to perform a useless process such as readjustment, and the manufacturing efficiency can be improved.
[0076]
In each of the above-described embodiments, the ink jet recording head 1 used in the image recording apparatus is exemplified as the liquid ejecting head. However, the application target of the present invention is not limited to the recording head 1. For example, the present invention can be applied to an ejection head for an industrial machine such as an optical filter manufacturing apparatus, a textile printing apparatus, or a micro dispenser. Since any liquid ejecting head uses a highly durable piezoelectric vibrator, it can be used stably over a long period of time.
[0077]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
That is, at the free end of the outermost layer of the piezoelectric vibratorBothOn the surfaceSince the mass adding member is joined and the mass adding member is used as a trimming portion that forms a local recess by trimming, depending on the formation position at the free end of the local recessThe natural vibration period of the piezoelectric vibrator can be adjusted. And the natural vibration period of the piezoelectric vibrator isLocal depressionThe position changes substantially linearly from the proximal end side to the distal end side of the free end portion. From this,Local depressionThe natural vibration period of the piezoelectric vibrator can be adjusted depending on the position where the position is provided. Also,Local depressionThe natural vibration period can also be finely adjusted by adjusting the magnitude of.
Thereby, the natural vibration period of the piezoelectric vibrator can be aligned with other natural vibration periods. Therefore, the discharge characteristics of the droplets discharged from the nozzle openings can be made uniform. Since the natural vibration period can be adjusted, even a piezoelectric vibrator unit that has been conventionally treated as defective can be mounted on the product by the adjustment, and the manufacturing yield can be increased.
[0078]
In addition, since the natural vibration period is adjusted after being divided into vibrators, it is unlikely that the natural vibration period of the piezoelectric vibrator will change after the adjustment. For this reason, it is not necessary to perform a useless process such as readjustment, and the manufacturing efficiency can be improved.
[0079]
Furthermore, since the mass addition member is joined to both surfaces at the free end, the excitation of the bending mode can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged 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.
FIG. 2 is an external perspective view of the piezoelectric vibrator unit according to the first embodiment of the invention.
3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a trimming position of the piezoelectric vibrator unit according to the first embodiment of the present invention and its natural vibration period.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a first modification of the piezoelectric vibrator unit according to the first embodiment of the invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a second modification of the piezoelectric vibrator unit according to the first embodiment of the invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a third modification of the piezoelectric vibrator unit according to the first embodiment of the invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a fourth modification of the piezoelectric vibrator unit according to the first embodiment of the invention.
FIG. 9 is a flowchart showing an example of an adjustment process in the manufacturing method of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a piezoelectric vibrator unit according to a second embodiment of the invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a piezoelectric vibrator unit according to a third embodiment of the invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of main parts of a recording head according to a fourth embodiment of the invention.
[Explanation of symbols]
1 Recording head
3 Channel unit
4 Piezoelectric vibrator unit
4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f Modified piezoelectric vibrator unit
7 Flow path forming plate
8 Nozzle plate
9 Elastic plate
10 Nozzle opening
16 island
21 transducer group
22 Fixing plate
23a Free end
23b Base end
24 Flexible cable (wiring member)
29 Drive vibrator
31 Piezoelectric material
31a Outermost layer piezoelectric body (outermost layer piezoelectric body)
32 Common internal electrode (first internal electrode)
33 Individual internal electrode (second internal electrode)
36 Individual external electrode (second external electrode)
37 Common external electrode (first external electrode)
39 groove
40 Mass-added member
41 mass points
42 Opening for adjustment processing

Claims

The first internal electrode and the second internal electrode are alternately stacked with the piezoelectric material interposed therebetween so that the active region is formed at the free end, and the first external electrode and the second internal electrode connected to the first internal electrode A plurality of piezoelectric vibrators each having a second external electrode connected to the electrode are formed on the surface, and a potential difference is applied to the piezoelectric body in the active region through the first external electrode and the second external electrode to operate the piezoelectric body. In the piezoelectric vibrator unit configured to displace the free end,
A mass adding member is bonded to both surfaces of the free end portion of the outermost layer of the piezoelectric vibrator, and the mass adding member is used as a trimming portion that forms a local recess by trimming.
A piezoelectric vibrator unit characterized in that the natural vibration period can be adjusted according to the formation position at the free end of the local recess .

The piezoelectric vibrator unit according to claim 1, wherein the mass adding member is made of a material having a higher density than the piezoelectric body.

The piezoelectric vibrator, a laminate formed by laminating a piezoelectric material and internal electrodes are alternately claim 1 or, characterized in that it is constituted by a fabricated transducer group by teeth split into comb-like The piezoelectric vibrator unit according to claim 2 .

The piezoelectric vibration according to any one of claims 1 to 3 , wherein the piezoelectric vibrator is a piezoelectric vibrator having a longitudinal vibration and a lateral effect capable of displacing a free end portion in a direction orthogonal to the stacking direction. Child unit.

A piezoelectric vibrator unit according to any one of claims 1 to 4 and a flow path unit including an elastic plate that constitutes a part of a sealing material for a pressure chamber communicating with a nozzle opening,
A liquid ejecting head, wherein a piezoelectric vibrator unit is attached in a state where a tip surface portion of the piezoelectric vibrator is bonded to an elastic plate.

A case in which a housing empty portion capable of housing the piezoelectric vibrator unit is formed;
In the case, an adjustment processing opening that communicates between the outside of the case and the housing empty portion is opened facing each piezoelectric vibrator, and the local recess can be formed from the outside of the case through the adjustment processing opening. The liquid ejecting head according to claim 5 , wherein the liquid ejecting head is provided.

A common external electrode in which an electrode layer serving as a common internal electrode and an electrode layer serving as an individual internal electrode are alternately stacked with a piezoelectric material interposed therebetween so that an active region is formed at a free end, and then conducted to the common internal electrode And a laminate production step of producing a plate-like laminate by forming individual external electrodes conducted to the individual internal electrodes on the surface,
A unit production step of joining the fixed end of the laminate produced in the laminate production step to a fixed plate;
A vibrator manufacturing process in which a laminate attached to a fixed plate is cut and a plurality of piezoelectric vibrators are arranged, and
A local recess is formed by locally trimming mass-added members on both surfaces of the outermost layer in the stacking direction at the free end of the separated piezoelectric vibrator, and the formation position of the local recess at the free end is adjusted. A method of manufacturing a piezoelectric vibrator unit, wherein the piezoelectric vibrator unit is manufactured through an adjustment step of aligning the natural vibration period of each piezoelectric vibrator.