JP4609182B2 - 圧電アクチュエータ、この圧電アクチュエータを備えたインクジェットヘッド、及び、圧電アクチュエータの製造方法 - Google Patents
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なお、第2の発明の圧電アクチュエータにおいて、前記補強部を設けることに代えて又はこれに加えて、前記第2配線部の幅を前記第1配線部の幅よりも広くしてもよい。
本発明の第1実施形態について説明する。本実施形態は、本発明をインクジェットヘッドに用いられる圧電アクチュエータに適用した一例である。
図1に示すように、インクジェットヘッド1は、内部にインク流路が形成された流路ユニット2と、この流路ユニット2の上面に積層された圧電アクチュエータ3とを備えている。
ドライバIC37に複数の配線部35を介して夫々接続された複数の個別電極32に対して、ドライバIC37から選択的に駆動電圧が供給されると、駆動電圧が供給された圧電層33下側の個別電極32とグランド電位に保持されている圧電層33上側の共通電極34の電位が異なった状態となり、両電極32,34の間に挟まれた圧電層33に上下方向の電界が生じる。すると、圧電層33のうち、駆動電圧が印加された個別電極32の直上の部分が、分極方向である上下方向と直交する水平方向に収縮する。ここで、圧電層33の下側の振動板50はキャビティプレート10に対して固定されているため、両電極32,34の間に挟まれた圧電層33の部分が圧力室14側に凸となるように変形し、この圧電層33の部分的な変形に伴い、振動板50の圧力室14を覆う部分も圧力室14側に凸となるように変形する。すると、圧力室14内の体積が減少するためにインク圧力が上昇し、圧力室14に連通するノズル20からインクが吐出される。
まず、図5に示すように、ステンレス製の3枚のプレート10〜12と、ステンレス板30とを拡散接合等により接合する。ここで、キャビティプレート10とステンレス板30とは同じステンレス製であるため、熱膨張係数が等しくなり、接合面における残留応力が小さいために、両者の接合強度は極めて良好なものとなる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、振動板がセラミックス板だけによって構成されている点を特徴とするものであって、この点のみにおいて第1実施形態と相違している。本実施形態において、第1実施形態と同様の部材については、同じ符号を付してその説明を省略する。
まず、図16に示すように、キャビティプレート10上に、エアロゾルデポジション法、CVD法、溶液塗布法、ゾルゲル法、水熱合成法、あるいは、スパッタ法等を用いて、アルミナ、ジルコニア、あるいは窒化ケイ素等のセラミックス材料により厚み1〜20μm程度のセラミックス板350を形成する。これにより、セラミックス板350だけによって構成された振動板が形成される(第1工程)。なお、キャビティプレート10は、セラミックス板350との間における熱膨張係数を整合させるために、セラミックス板350と同一のセラミックス材料からなることが好ましい。
1]前記第2実施形態では、共通電極34は全ての個別電極32に亙って形成されているが、図12及び図13に描かれた第1実施形態の変形例のように、複数の個別電極32が複数のグループに分けられており、各グループに対して1つの共通電極34が対応して形成されていてもよい。但し、当然のことながら、共通電極34とドライバIC37とを接続する配線部41の数をできるだけ少なくするために、区分された共通電極34の数は少ないことが好ましい。
2 流路ユニット
3 圧電アクチュエータ
14 圧力室
30 金属板
31 絶縁層
32 個別電極
33 圧電層
34 共通電極
35 配線部
36 端子部
37 ドライバIC
37a 出力端子
37b 入力端子
40 接続端子
41 配線部
42 端子部
50 振動板
Claims (16)
- 少なくとも一方の表面が絶縁性を有する振動板と、
前記振動板の前記一方の表面に当接して形成された複数の個別電極と、
これら複数の個別電極の前記振動板と当接する面と反対側に形成された圧電層と、
前記圧電層を挟んで前記複数の個別電極と対向する共通電極と、を備え、
前記振動板の前記一方の表面に、前記複数の個別電極に夫々対応する複数の第1端子部と、前記複数の個別電極と前記複数の第1端子部とを夫々電気的に接続する複数の第1配線部とが形成され、
前記第1配線部のすべての領域が前記振動板の前記一方の表面に形成されていることを特徴とする圧電アクチュエータ。 - 前記振動板の前記一方の表面に、前記共通電極に対応する第2端子部と、前記共通電極と前記第2端子部とを電気的に接続する第2配線部とが形成されており、
前記第2配線部の前記圧電層の前記共通電極が形成された面と前記振動板の前記一方の面とを接続する部分に、前記第2配線部を補強するための補強部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータ。 - 前記振動板の前記一方の表面に、前記共通電極に対応する第2端子部と、前記共通電極と前記第2端子部とを電気的に接続する第2配線部とが形成されており、
前記第2配線部の幅が前記第1配線部の幅よりも広いことを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータ。 - 前記振動板の前記一方の表面に、前記第1端子部及び前記第2端子部に接合される複数の出力端子を有し、前記複数の個別電極に対して選択的に駆動電圧を供給する駆動装置が配置されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記振動板の前記一方の表面に、前記駆動装置の入力端子と接合される接続端子であって、前記駆動装置とこの駆動装置を制御する制御装置とを電気的に接続する為の接続端子が形成されていることを特徴とする請求項4に記載の圧電アクチュエータ。
- 前記振動板が、絶縁材料からなる板であることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
- 前記振動板が、金属板と、前記金属板の表面に形成された絶縁層とを含んでいることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
- 前記絶縁層がセラミックス材料からなることを特徴とする請求項7に記載の圧電アクチュエータ。
- インクを吐出するノズルに連通した複数の圧力室を有し、その表面においてこれら複数の圧力室が夫々開口した流路ユニットと、前記複数の圧力室に夫々対応する前記複数の個別電極を有する請求項7又は8に記載の圧電アクチュエータとを備えたインクジェットヘッドであって、
前記金属板は鉄系合金、ニッケル系合金、チタン系合金、及び、アルミニウム系合金の何れかの材料で形成され、且つ、前記流路ユニットの表面に積層されており、
前記流路ユニットの少なくとも前記金属板が積層される部分が、鉄系合金、ニッケル系合金、チタン系合金、及び、アルミニウム系合金の何れかの材料で形成されていることを特徴とするインクジェットヘッド。 - 前記金属板と、前記流路ユニットの少なくとも前記金属板が積層される部分とが、同じ種類の材料で形成されていることを特徴とする請求項9に記載のインクジェットヘッド。
- 前記金属板と、前記流路ユニットの少なくとも前記金属板が積層される部分とが、ステンレス鋼で形成されていることを特徴とする請求項10に記載のインクジェットヘッド。
- 前記個別電極と前記第1端子部と前記第1配線部のそれぞれのすべての領域が前記振動板の前記一方の表面に形成されていることを特徴とする請求項1〜11の何れかに記載の圧電アクチュエータ。
- 少なくとも一方の表面が絶縁性を有する振動板を形成する第1工程と、
前記振動板の前記一方の表面に当接して複数の個別電極を形成する第2工程と、
これら複数の個別電極の前記振動板と当接する面と反対側に圧電層を形成する第3工程と、
前記圧電層を挟んで前記複数の個別電極と対向する共通電極を形成する第4工程と、を備え、
前記第2工程において、前記振動板の前記一方の表面に、前記複数の個別電極とともに、複数の個別電極に夫々対応する複数の第1端子部と、前記複数の個別電極と前記複数の第1端子部とを夫々電気的に接続する複数の第1配線部とを形成し、
前記第2工程において、前記第1配線部のすべての領域を前記振動板の前記一方の表面に形成することを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。 - 前記第4工程において、前記振動板の前記一方の表面に、前記共通電極とともに、この共通電極に対応する第2端子部と、前記共通電極と前記第2端子部とを電気的に接続する第2配線部とを形成することを特徴とする請求項13に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
- 前記振動板の前記一方の表面に、前記複数の個別電極に対して選択的に駆動電圧を供給する駆動装置を配置するとともに、前記第1端子部及び前記第2端子部と前記駆動装置の出力端子とを接合する第5工程をさらに備えたことを特徴とする請求項14に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
- 前記第2工程において、前記振動板の前記一方の表面に、前記駆動装置の入力端子と接合される接続端子であって、前記駆動装置とこの駆動装置を制御する制御装置とを電気的に接続する為の接続端子をさらに形成することを特徴とする請求項15に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
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