JPH10512106A - セラミック圧電変換器の電極化 - Google Patents

セラミック圧電変換器の電極化

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JPH10512106A JP10502936A JP50293698A JPH10512106A JP H10512106 A JPH10512106 A JP H10512106A JP 10502936 A JP10502936 A JP 10502936A JP 50293698 A JP50293698 A JP 50293698A JP H10512106 A JPH10512106 A JP H10512106A
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Abstract

(57)【要約】 本明細書に記載した実施例では、電極群(31)を、縮小した寸法を有する電極群をたわみ性の誘電膜(30)上に支持し且つ膜(30)と電極群(31)を引き伸ばすべくその誘電膜に張力をかけて電極群(31)をセラミック圧電層(10)上の所望の電極パターンに十分合致させることによって、セラミック圧電層(10)の表面に結合させる。次いで、その電極群(31)を、圧電層の表面全体に均一に分布されるように水圧で圧力をかけて接着性結合剤(22)を使って圧電層(10)に結合する。１実施例では、誘電膜(30)も、圧電層(10)の表面から離れた場所の遠隔駆動チップに電極群(31)を接続するための導線の配列群(35)を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】 セラミック圧電変換器の電極化 技術分野 本願発明は、セラミック圧電変換器に対する電極群の取付法に関する。背景技術 圧電（ピエゾ）変換器は、印加電位に応答して変換器の最大可能な変形を生成 できるよう、圧電変換器表面と十分電気的に結合した電極群を備えていなければ ならない。インクジェット系に用いられる方式のセラミック圧電変換器、例えば 、チタン酸ジルコニウム鉛(PZT)のようなセラミック材料から成る薄い板又は層 の形をした歪モード変換器は、一方又は両表面上に密に間隔をとった一組の電極 群を備えていなければならない。従来は、前述のセラミック材料が粒状表面構造 であるため、圧電層に電界をかけて圧電材料を分極（ポーリング）する以前に、 高容量結合を形成できるよう、それらの表面上に銅又は金のような金属の薄層を 蒸着するか又はスパッタすることにより表面上に電極群を取り付ける必要があっ た。 前述の圧電変換器を対象とした従来のポーリング技術では、最大の分極を得る ためには、前述のように電極金属を付けることが必要である。そのために、圧電 層の反対表面上の所望の場所に電極群を設けるべく、前もって付けた電極金属を ホトグラフィーエッチング技術でパターン化してもよい。 しかし、最近、圧電変換器表面に金属層を予め取り付ける必要のない、圧電変 換器を分極するためのポーリング技術が幾つか開発された。例えば、共同申請中 のMoynihan等の出願 Serial No.08/460,393（1995年6月2日提出）及びその親出 願Serial No.08/406,297（1995年3月17日提出）（いずれの開示も参考として本 明細書に引用）において、圧力ポーリングとコロナポーリング技術が開示されて おり、これらは、材料をポーリングするのに変換器材料の表面上に電極群が存在 する必要性を排除するものである。 さらに、従来の蒸着又はスパッタリング技術によって、圧電材料の表面に電極 材料を取り付けることは、手順が複雑な上、電極化圧電変換器を作るコストのか なりの分に相当する故、そのような複雑且つ高価な処理を要しないで、圧電変換 器を電極化できるようにすることは有益であろう。加えて、在来の圧電変換器に は、変換器の表面領域を越えて拡張することができない電極群があり、従って、 別の電線によって遠隔動作回路に接続しなければならず、このことが製造上の複 雑さと費用をさらに増すことになる。発明の開示 従って、本願発明の目的は、従来技術のもつ諸々の不便さを克服する、圧電変 換器を電極化する方法を提供することにある。 発明の別の目的は、電極化圧電変換器と、従来技術の複雑且つ高価な電極化処 理を必要としないような変換器を組込んだインクジェット用プリントヘッドとを 提供することにある。 発明のさらに別の目的は、圧電変換器の表面上での配線接続の必要性を排除す るところの、圧電変換器の電極化方法を提供することにある。 発明の前記の及びその他の目的は、導体と圧電材料の表面との間で均一且つ高 い電気結合を確保するのに十分な圧力下で、所望の電極パターンに対応して変形 可能な電極材料のパターンを圧電材料の表面に付けることによって達成されるも のである。１実施例では、電極導体のパターンを誘電膜の１つの表面上に形成し 、圧電板表面の粒状のでこぼこ部分に電極材料を合致させるべく十分均一に圧力 をかけてその電極パターンをセラミック圧電電極板の表面に結合させ、電極パタ ーンと圧電板表面の局在化した隆起部分(asperities)との間で導通接続が確保で きるようにしている。この目的のため、弾性又は粘弾性層を通して圧力をかけて もよい。 好ましくは、誘導膜と電極膜は、エポキシ樹脂のような、接着性材料の薄層を 使って圧電層の表面に結合させる。接着層は、電極層と圧電層間の容量結合に大 きな影響を及ぼす故、該接着層は、十分な結合性を確保しながら、できるだけ薄 くすべきである。必要なら、結合材料は、圧電板の表面に沿って表面伝導を生ず ることなく圧電板の表面と電極間で高い容量結合又は局在化伝導を実現できるよ う、適当なサイズと分布をもった高い誘電性又は伝導性の材料から成る微粒子を 含んでいてもよい。さらに、必要なら、電極材料と圧電層間の結合を誘電層と電 極材料間の結合より強くして電極を圧電板に結合し終わった後で誘電膜を電極群 から取り除いてもよい。 圧電板の表面上の電極群を離れた駆動電圧源に直接接続できるようにするため に、誘電層は、圧電板の端を越えて延びてよく、且つ誘電膜に付着できる上、圧 電層の選択部分に配置された電極群のための駆動素子群を包含できる、例えば、 集積回路又は駆動チップのような、遠隔駆動部品に圧電層上の電極パターンを接 続するところの電極材料から形成される導体を含んでもよい。 インクジェットヘッドに使えるよう、圧電変換器の１つの表面に適用される電 極化に対応するインク圧力チャンバーで形成されるチャンバー板に電極化圧電変 換器を付着してよく、且つ該チャンバー板は、圧力チャンバーから液滴射出オリ フィスに至る通路を含んでもよい。幾つかの実施例において、インクジェットヘ ッドは、上に引用したMoynihan等の出願に記載されているようなカーボンから作 ったチャンバー板を包含してよい。さらに、チャンバー板は、両側にインクチャ ンバー群が形成されてよく、且つ電極群が付着された圧電変換器を、その板に形 成されたチャンバー群に合致して電極群が配置されたカーボン板の両側に載せて もよい。図面の簡単な説明 発明のそれ以外の目的と利点は、以下に挙げる添付図と共に以後の説明を読む ことで明らかとなろう： 図１は、発明の代表的実施例による圧電変換器の表面とその表面に取り付けら れる電極層の一部分を大きく拡大した形で図解する部分断面の略図であり； 図２は、発明により圧電層に電極層を付けた後の、図１の圧電層と電極層の両 表面の噛み合いを図解する部分断面の略図であり； 図３は、発明の別の実施例による圧電層の表面とその表面に付けられた電極層 を図解する部分的な且つ大きく拡大した断面略図であり； 図４は、表面に電極層を結合した後の、図３の圧電層の表面と電極層を図解す る部分断面の略図であり； 図５は、発明に従いセラミック圧電部材に電極群を付けるための代表的方法の 処理順序を示す工程系統図であり； 図６は、発明に従いそこに電極群が付着された圧電変換器を包含するインクジ ェットプリントヘッドの一部分を図解する断面略図であり； 図７ー９は、図６に示した配置構成の変形を示す。好ましい実施例の説明 図１は、例えば、約1乃至数ミクロンの高さと間隔を有する粒状隆起部分12に よって特徴付けられる上方表面11を有し、且つその表面にマクロ変化を生ずる窪 み14によって分離された周期的棟部13を有するチタン酸ジルコニウム鉛(PZT)か ら作った在来型のセラミック圧電変換器10の一部分を大きく拡大して図解したも のである。典型的な場合、窪み14は、約10乃至数10ミクロンの深さがあってよく 、且つ棟部は、約100乃至数100ミクロンの間隔をもっていてもよい。 電極材料の伝導層を十分な電気結合をもたせて表面11に付けるには、その層は 、実質的に全ての隆起部分12と電気接触をしなければならない。この目的のため 、伝導層は、破壊しないで表面11のマクロ変化に合致し、且つ隆起部分を押しつ ぶすか又はセラミック材料を砕くほど十分大きいであろう圧力を加えることを要 せずに良好な電気接触を十分確保できる程度まで隆起部分12による局所変形を可 能にするよう十分変形できなければならない。さらに、セラミック材料の表面へ の伝導層の確実な結合が、隆起部分と伝導材料間の電気接触と干渉することなく 且つその結合材料にわたって高い容量結合をもって達成されなければならない。 図１及び２に示す発明の実施例に従い電極材料の層を表面11に付けるには、ポ リエステル、ポリイミド、フッ素化エチレンプロピレンポリマー又はポリテトラ フルオロエチレンのような誘電材料の膜16を、圧延、電着、蒸着の類のような在 来技術により、例えば、適当な電極パターンを有するアニールされた銅又は金の 薄片から成る金属膜17で被覆し、次いで、その金属膜17を、例えば、噴霧により 、エポキシ接着剤のような、薄い接着性の層18で被覆する。金属膜17が1乃至数 ミクロン、即ち、ほぼ隆起部分12の寸法の厚さを有し、隆起部分12を構成する個 々の PZTグレンの圧縮強度より十分低い、約10,000 psi(704 kg/cm2)の降伏強度を有 する軟銅の膜である場合、銅膜は、約1000 psi(70.4 kg/cm2)の付加圧力で隆起 部分により変形させることができ、その結果、十分に隆起部分が酸化銅を接合し て銅材料との良好な接触を実現する。 しかし、セラミック圧電層10は、前述の負荷の下では、その負荷が弾性又は水 圧の形でかけられない限り、即ち、マクロ変化13及び14に起因する表面レベルの 不規則性にも関わらず全表面11にわたって均一にかけられない限り、塊状（バル ク）材料として存続できない。この目的のため、セラミック材料10の金属膜17と 表面11の間の変形及び結合圧は、セラミック材料を破損しないで良好な電気結合 を確実にできるよう、発明に従い図２に示すような弾力のある材料から作った弾 力性の層20を通してかけてもよい。このやり方で、金属膜17は変形されて、均一 な局所圧力で隆起部分12の上方表面と合致し、隆起部分と誘電膜16間の領域にお いてエポキシ接着層18を均一に分散させて、セラミック層を破壊するに足りる強 さとなるような局所力の印加を生ぜずにセラミック圧電層の表面11のマクロ変化 13及び14に正確に合致させることができる。表面11に対する金属層17の前述の合 致性により、隆起部分12の先端での良好な電気接触と、セラミック圧電材料の全 表面にわたる隆起部分間の領域の圧電層への電極材料の高い均一な容量結合が形 成され、よって、費用のかかる蒸着又はスパッタリング堆積又はリソグラフィに よるパターン化技術を要せずに必要な電気結合を達成できるのである。 セラミック圧電材料10の表面11が上述のタイプの局所隆起部分とマクロ変化を 有するところの、図１及び２に示した代表的実施例では、誘電膜16は、例えば、 約10乃至100ミクロン、好ましくは、約20乃至50ミクロン、及び理想的には、約2 5乃至30ミクロンの範囲の厚さの、商標Kaptonで識別される種類の従来型のポリ イミド膜から成ってよく、金属層17は、0.1乃至20ミクロン、好ましくは、約1乃 至10ミクロン、及び望ましくは、約2乃至5ミクロンの厚さを有するアニールされ た銅又は金の薄片から成る層であってよく、接着層18は、0.5乃至約5ミクロン、 好ましくは、約0.5乃至3ミクロン、及び望ましくは、約0.5乃至1ミクロンの厚さ を有する段階Bのエポキシ層であってよい。 図２に示すように、全表面11にわたって付加力を均一に分布させるために弾力 層20を使って、接着層18を保持し且つ誘電膜16によって支持された金属層17を、 層20を通して均一な圧力を加えることで、セラミック圧電層10の表面11に対して 押し付けて、誘電層16が可塑的に変形されて圧電層10の表面11のマクロ変化に合 致するようにし、エポキシ接着剤18を隆起部分12の間の空間に押し込み、且つ隆 起部分の先端の形状に合致するよう金属層17を隆起部分によって局部的に変形さ せる。弾力層20は、表面のマクロ変化にも関わらずセラミック圧電層10の表面に わたって均一な圧力として垂直に付加される少なくとも500 psi(35.2 kg/cm2)の 均一負荷を分布するところの、約1乃至10 mm厚の70 durometer Vitonの弾力のあ る材料の層であってよい。圧力が加えられている間に、接着層を少なくとも150 ℃及び好ましく約165℃まで加熱して硬化させる。温度は、約4分でそのレベルま で上げ、そして約2時間そこで保持する。必要なら、表面11に圧力が均一に分布 されている限りセラミック圧電層を破壊せずに3,750 psi(264 kg/cm2)程の高さ の圧力を加えることができる。 望まれるなら、金属層をセラミック層10に結合し終わった後、誘電膜16をその 金属層17から分離してもよい。前述の分離は、パターン化金属膜17の領域にわた って、その層とセラミック圧電層の表面11との間の結合がその層と誘電膜16との 間の結合より強いことを確認して行う。 図３と４に図解した代替実施例においては、エポキシ接着層22をセラミック圧 電層10の表面11に付けて、隆起部分12及びその表面のマクロ変化とほぼ合致する ようにする。この場合、粘可塑性の合致層23を金属層17と誘電膜16との間に挿入 し、そして、図４に示すように、表面11に対して金属層17を押し付けるべく均一 な圧力が誘電膜にかけられると、粘可塑性の層23が変形されて金属層を表面11の 形状と隆起部分12の先端とに合致させると共に、図１と２の実施例におけるよう に、エポキシ接着剤22を隆起部分間の空間に押し付ける。 図１と２の実施例におけるように、図３及び４の配置により、電極材料の層と 隆起部分の先端との間で優れた電気接続が得られると共に、隆起部分間の領域の 電極層17とセラミック圧電材料10との間に、セラミック圧電材料の破壊を生じ得 るかもしれない局在化力の印加を要せずに均一な容量結合が形成されるのである 。 図３と４に示した代表的実施例では、粘可塑性の層23は、約1乃至10ミクロン 、 好ましくは、約2乃至5ミクロン、及び望ましくは、約3乃至4ミクロンの厚さを有 するフッ素化エチレンプロピレンポリマー層であってよく、一方、接着層22は、 約0.5乃至2ミクロン及び好ましくは0.5乃至1ミクロンの厚さをもっていてよく、 電極層は、約0.1乃至2ミクロン及び好ましくは約0.2乃至1ミクロンの厚さを有す る軟銅層であってよい。 熱及び圧力下で、フッ素化エチレンプロピレンポリマー層は、粘可塑性的にセ ラミック圧電層10の形状に合致し、そして金属層と表面11との間の良好な結合を 確保するため、結合接着剤の流れと硬化は、結合条件下でフッ素化エチレンプロ ピレンポリマー材料の流れと釣り合うべきである。例えば、Shell Epon 826のよ うなビスフェノールAエポキシ樹脂は、Air Products Ancamine 2264のような脂 環式アミン硬化剤と共に、200℃で30分間加熱される時、1,000 psi(70.4 kg/cm2 )の圧力でフッ素化エチレンプロピレンポリマー材料の流れと釣り合う。 代替実施例では、伝導性の又は極めて高い誘電率の材料の粒子を、層17の噛み 合い面の及びセラミック圧電層10の１つの上に分布させるか又は接着層18もしく は22に分散させてその層を通しての容量結合を強めるようにする。結合を助長す るために付加される高誘電率の粒子は、約0.1乃至2ミクロンの粒子サイズと接着 性材料における重量で約10乃至15パーセントの濃度を有する、PZT、チタン酸バ リウム、又はその類であってよい。炭素粒子のような伝導性粒子が用いられる場 合、接着層の側方向に連続接触を生じないようにそれらを分布させねばならない 。１実施例に従い、接着層は、金属層17とセラミック圧電層の表面11間の結合線 を広げるに十分な大きさのサイズを有する小分散炭素粒子を、但し、粒子ー対ー 粒子の伝導を避けられる程十分に低濃度で含有する。 また、その層が電極とセラミック材料間に高い容量結合を生ずるほど十分に薄 い場合、圧電層の表面を完全に覆う非伝導性接着層を使うことも可能である。例 えば、圧電材料の誘電率が2000であり且つ接着材料の誘電率が4であり且つ0.1% の渦流損が許容できるなら、例えば、金薄片の金属膜とそれが接着層によってそ こに結合されるところのセラミック圧電層の表面11との間の十分な容量結合は、 もし接着性結合層が、ほぼエポキシ粒子のサイズであるところの、約0.5ミクロ ン厚であるなら、実現することができる。 図５は、発明により圧電変換器を電極化するための代表的方法を略図で図解す るものである。誘電膜16の１つの表面上に支持される金属層17における電極群は 、圧電変換器が後で付着される圧力チャンバー板における対応圧力チャンバーの 配置に正確に合致するようセラミック圧電層10上に精確に配置されなければなら ない。例えば、誘電膜16は、温度及び湿度の変化によって寸法が変わる故、圧電 層上での電極群の所望の配置精度は、温度と湿度を極めて密に制御しても達成で きない。 発明に従いこの問題を克服するには、電極群を動作させる変換器の１つ以上の パターン31を誘電膜30に設け、この場合、その寸法は、セラミック圧電層10に付 けようとする電極パターンの寸法より数パーセント、例えば、ほぼ2パーセント 小さいものである。起点マーク32も、セラミック圧電層10の表面上電極パターン 31の所望の寸法に対応する位置に置かれた起点マーク33に対応する誘電膜30上の 位置に付ける。接着層22をセラミック圧電層10に付けた後、電極パターン31付き 圧電層の上にその圧電層に面して誘電膜30を載せ、そして、起点マーク32が圧電 層上の起点マーク33と正確に軸が合うまで、図５の矢印34に示されているように 、その誘電膜を引っ張る。その後、その層を押し付けて接触させ、そして図１ー ４に関連して上述した方法で結合する。 図５に示すように、誘電膜30は、圧電層10より大きく且つ誘電膜30に付けられ ているメタライゼーションには、圧電層の領域を越えて延びる導線群の配列35が 含まれる。これらの導線群は、遠隔場所から電極パターン31に動作電位を印加で きるよう電極パターン31に接続する。 図６に図解した実施例では、インクジェットプリントヘッド40は、圧電層10と 、上述の方法で層10の１つの表面に結合されるところの図５に示した種類の電極 パターンを含み且つ遠隔場所から電極パターン31に電気接続できるよう圧電層10 上に電極パターン31から離れて延びる導線35の配列を有している誘電膜30とを包 含する。インクジェットヘッド40は、例えば、Hoisington等の1989年5月30日付 け特許No.4,835,554（その開示は参考として本明細書に引用）に記述されたよう な、オリフィス板41と、インク圧力チャンバー板42と、その圧力チャンバー板42 のチャンバー群にインクを供給し且つそこからインクをオリフィス板41に導くた めの インク通路を含んでいるさらに別の板43とを包含する、従来型のプレート実装設 計(plate package design)のものであってよい。加えて、背面板44は誘電膜30と 噛み合い且つプリントヘッド40にホットメルトインクが使われる場合に熱延展体 を構成できるよう付加ヒータを備えていてもよい。 図７に示した実施例では、プリントヘッド50は、上述のMoynihan等の出願（そ の開示は参考として本明細書に引用）に記述された種類の炭素圧力チャンバー板 51に付着された圧電変換器10を包含する。炭素板51は、インク圧力チャンバーを 含むと共に、その圧力チャンバーからオリフィス板52の対応するオリフィスに至 る通路も含む。圧電変換器10を作動させ且つオリフィス板のオリフィスを通して インク液滴を選択的に射出するために、圧電変換器10は、上述の方法で圧電層に 付けられている誘電膜30の１つの表面上に形成された電極群で作動されるように 配置する。選択的な変換器動作信号は、変換器から間隔を開けた位置にある集積 回路駆動チップ53によって生成され、そして図６に示した方式の誘電膜30上の導 線配列35を通して変換器に伝送される。 上述の方法で圧電板10に付着された電極群を有する誘電膜16は、インパルスエ ネルギーの実質的損失無しでインパルスを圧電層から炭素板51の圧力チャンバー 群へ伝送できるほど十分薄く且つしなやかであってよい。この場合、図８に示す ように、上述の方法で動作電極パターンと接続導線群とを備えた付着誘電膜16付 き圧電変換器10は炭素板51に付着させてよく、その結果、誘電膜16が、圧電層10 と炭素板51に形成される圧力チャンバー群と間に挟まれることになる。さらに、 圧電層10の動作を強めるため、電極パターンを有する第二の誘電膜54を、上述の 方法で、誘電膜16の電極群が付着される側とは反対側の圧電層10の側に付着して もよく、その場合、各誘電膜上の電極群は、板51の圧力チャンバー群に合わせて 軸調整する。この構成配置で与えられる圧電層10の偏向が増強されるので、比較 的低い変換器動作ポテンシャルで即ち同じ動作ポテンシャルに対して大きい液滴 サイズ射出によりプリントヘッドを動作させることができる。 図７と８に示すように遠隔駆動チップ53に動作電極を接続できるようにするこ とに加えて、圧電層の表面から離れて延びる誘電膜上に導線配列35を設けること によって、接地用として又は、例えば、ヒータ又はサーミスタへの電力の印加用 としての、さらに別の導線群を包含させることもできる。 図９に示す別の実施例では、上述のMoynihan等の出願に記述されているように 、炭素圧力チャンバー板55は、両側にインク圧力チャンバーが形成される。この 場合、板55はまた、炭素板の端に付着されるオリフィス板にある対応オリフィス にインクを導くべく圧力チャンバーから炭素板の端に至る内部オリフィスの通路 56も備えている。この配置では、図６に示した方式の電極群と導線配列群を有す る対応誘電膜30付きセラミック圧電変換器10は、そこにある圧力チャンバー群と 合致して炭素板の両側に付着される。 本発明は、本明細書において特定実施例を参照して記述されているが、そこに おける多くの修正と変更も、熟練した当業者にとっては難なく考え付くことであ ろう。従って、前述の変更並びに修正は全て本発明の意図された範囲内に含まれ る。
【手続補正書】 【提出日】 【補正内容】１９９８年４月８日 請求の範囲 １．セラミック圧電層の表面に電極群を付ける方法において、変形可能な膜の表 面上に変形可能な電極材料のパターンを形成することと、変形可能な電極材料の パターンとセラミック圧電層の表面との間に接着層を挿入することと、セラミッ ク圧電層の表面上にほぼ均一に加えれる圧力を使って変形可能な電極材料のパタ ーンをセラミック圧電層の表面に押し付けることから成る方法。２． セラミック圧電層の表面がマクロ変化を有し、且つ変形可能な膜と変形可能 な電極材料のパターンが、変形可能な電極材料のパターンと変形可能な膜とを変 形させてセラミック圧電層の表面のマクロ変化に合致させるのに十分な圧力をも ってセラミック圧電層の表面に押し付けられることを特徴とする請求項１記載の 方法。３． 変形可能な膜が、セラミック圧電層の表面より大きく、且つ変形可能な電極 材料のパターンが、セラミック圧電層の表面に結合される電極群のパターンと、 遠隔駆動成分に電極群のパターンを接続するべくセラミック圧電層の表面を越え て延びる導線群のパターンとを包含することを特徴とする請求項１記載の方法。４． 変形可能な膜の表面上に形成された変形可能な電極材料のパターンが、セラ ミック圧電層の表面上の電極パターンの所望の寸法より小さい寸法を有し、且つ セラミック圧電層の表面に押し付ける前に電極パターンをセラミック圧電層の表 面の所望の寸法に合致させるべく変形可能な電極材料を引き伸ばすステップを包 含することを特徴とする請求項１記載の方法。５． 別の変形可能な電極材料のパターンと別の挿入接着層とを有する別の変形可 能な膜を、変形可能な電極材料のパターンが既に付けられている表面とは反対の 別のセラミック圧電層の表面に押し付けるステップを包含する請求項１記載の方 法。６． 変形可能な電極材料のパターンとセラミック圧電層の表面との間に高誘電率 の又は伝導性材料の微粒子を配するステップを包含する請求項１記載の方法。７． 粒状隆起部分を含む表面を有しているセラミック圧電層と、粒状隆起部分の 先端の形状に合致させるべく変形される部分を有する変形可能な電極材料のパタ ーンと、粒状隆起部分の先端間の領域において変形可能な電極材料の表面とセラ ミック圧電層の表面とを結合する接着層とを含んで成る電極化圧電変換器。８． さらに、変形可能な電極材料のパターンが付着される表面を有する変形可能 な膜を包含する請求項７記載の電極化圧電変換器。９． 変形可能な膜の層が対応するセラミック圧電層の表面の寸法より大きい寸法 を有し、該変形可能な膜の層の表面に付着された導線群の配列を包含し、且つ変 形可能な電極材料のパターン中の電極群をセラミック圧電層の表面から離れた駆 動成分に接続できるようセラミック圧電層の表面を越えて延びることを特徴とす る請求項８記載の電極化圧電変換器。10 ． セラミック圧電層の表面が、約１０ミクロン乃至約１００ミクロンの範囲の 高さの差と約１００ミクロン乃至約１０００ミクロンの範囲の間隔とを有するマ クロ変化を含むことを特徴とする請求項７記載の電極化圧電変換器。11 ． セラミック圧電層と、該セラミック圧電層の表面に接着剤で結合された変形 可能な電極材料のパターンと、該セラミック圧電層に付着されたインク圧力チャ ンバー群で形成された表面を有するチャンバー板とを含んで成り、該インク圧力 チャンバー群が変形可能な電極材料のパターン中の電極群の位置に対応する位置 で配列されることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。12 ． さらに、変形可能な電極材料のパターンに付着され且つセラミック圧電層の 表面の端を越えて延びる誘電膜と、セラミック圧電層の表面に結合された変形可 能な電極材料のパターン中の対応する電極群に接続され且つセラミック圧電層の 表面の端を越えて延びる誘電膜の表面上の導線のパターンと、セラミック圧電層 の表面から離れた位置で導線のパターンに接続された駆動成分とを包含すること を特徴とする請求項１１記載のインクジェットプリントヘッド。13 ． チャンバー板が炭素板である請求項１１記載のインクジェットプリントヘッ ド。14 ． チャンバー板がインク圧力チャンバー群で形成された対向表面群を有し、且 つ圧力チャンバー群で形成された該チャンバー板の表面群の各々に付着されたセ ラミック圧電変換器の層を包含していて、該セラミック圧電変換器の層の各 々が、チャンバー板における隣接したインク圧力チャンバー群の位置に対応する 位置に配列された電極群を含むセラミック圧電層の表面に接着剤で結合された変 形可能な電極材料のパターンを有することを特徴とする請求項１３記載のインク ジェットプリントヘッド。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．セラミック圧電層の表面に電極群を付ける方法において、変形可能な膜の表 面上に変形可能な電極材料のパターンを形成することと、変形可能な電極材料の パターンとセラミック圧電層の表面との間に接着層を挿入することと、セラミッ ク圧電層の表面上にほぼ均一に加えれる圧力を使って変形可能な電極材料のパタ ーンをセラミック圧電層の表面に押し付けることから成る方法。 ２．セラミック圧電層の表面に接着性材料を付けることにより、接着層が、変形 可能な電極材料のパターンとセラミック圧電層の表面との間に挟まれることを特 徴とする請求項1記載の方法。 ３．変形可能な電極材料のパターンに接着性材料を付けることにより、接着層が 、変形可能な電極材料のパターンとセラミック圧電層の表面との間に挟まれるこ とを特徴とする請求項1記載の方法。 ４．セラミック圧電材料の表面が粒状の隆起部分を有し、且つ変形可能な電極材 料のパターンが、電極材料を粒状の隆起部分で変形させるのに足りるだけの圧力 をもってセラミック圧電材料の表面に押し付けられることを特徴とする請求項1 記載の方法。 ５．変形可能な電極材料のパターンが、接着性材料の層における接着性材料を粒 状隆起部分の先端から隆起部分間の空間の中に移動させるのに十分な圧力をもっ てセラミック圧電層の表面に押し付けられることを特徴とする請求項4記載の方 法。 ６．セラミック圧電層の表面がマクロ変化を有し、且つ変形可能な膜と変形可能 な電極材料のパターンが、変形可能な電極材料のパターンと変形可能な膜とを変 形させてセラミック圧電層の表面のマクロ変化に合致させるのに十分な圧力をも ってセラミック圧電層の表面に押し付けられることを特徴とする請求項1記載の 方法。 ７．変形可能な膜が、セラミック圧電層の表面より大きく、且つ変形可能な電極 材料のパターンが、セラミック圧電層の表面に結合される電極群のパターンと、 遠隔駆動成分に電極群のパターンを接続するべくセラミック圧電層の表面を越 えて延びる導線群のパターンとを包含することを特徴とする請求項1記載の方法 。 ８．セラミック圧電層の表面から間隔をとった位置で導線群のパターンに電極駆 動成分を接続するステップを包含する請求項7記載の方法。 ９．変形可能な電極材料のパターンをセラミック圧電層の表面に結合し終わった 後、変形可能な電極材料のパターンから変形可能な膜を取り除くことを含む請求 項1記載の方法。 10．変形可能な膜の表面上に形成された変形可能な電極材料のパターンが、セラ ミック圧電層の表面上の電極パターンの所望の寸法より小さい寸法を有し、且つ セラミック圧電層の表面に押し付ける前に電極パターンをセラミック圧電層の表 面の所望の寸法に合致させるべく変形可能な電極材料を引き伸ばすステップを包 含することを特徴とする請求項1記載の方法。 11．別の変形可能な電極材料のパターンと別の挿入接着層とを有する別の変形可 能な膜を、変形可能な電極材料のパターンが既に付けられている表面とは反対の 別のセラミック圧電層の表面に押し付けるステップを包含する請求項1記載の方 法。 12．変形可能な電極材料のパターンと別の変形可能な電極材料のパターンとが、 動作時にセラミック圧電層の強い歪みを与えるべく配置された対応する電極パタ ーンを有することを特徴とする請求項11記載の方法。 13．弾力ある層を通して変形可能な膜に圧力を加えることにより変形可能な電極 材料のパターンにほぼ均一な圧力を加えることを包含する請求項1記載の方法。 14．変形可能な膜と変形可能な電極材料の層との間に挟まれた粘可塑性層を通し て圧力を加えることにより電極材料のパターンにほぼ均一な圧力を加えることを 包含する請求項1記載の方法。 15．変形可能な電極材料のパターンとセラミック圧電層の表面との間に高誘電率 の又は伝導性材料の微粒子を配するステップを包含する請求項1記載の方法。 16．高誘電率の又は伝導性材料の微粒子が接着層に分布されることを特徴とする 請求項15記載の方法。 17．高誘電率の又は伝導性材料の微粒子がセラミック圧電層の表面上に分布され ることを特徴とする請求項15記載の方法。 18．接着材料を硬化させるべくセラミック圧電層の表面に変形可能な電極材料を 押し付ける間に、変形可能な電極材料のパターン、接着層及びセラミック圧電層 を加熱するステップを包含する請求項1記載の方法。 19．接着材料を硬化させている間に、変形可能な電極材料、接着層及びセラミッ ク圧電層を少なくとも500 psi(35.2 kg/cm2)の圧力で一緒に押し付けることを特 徴とする請項18記載の方法。 20．粒状隆起部分を含む表面を有しているセラミック圧電層と、粒状隆起部分の 先端の形状に合致させるべく変形される部分を有する変形可能な電極材料のパタ ーンと、粒状隆起部分の先端間の領域において変形可能な電極材料の表面とセラ ミック圧電層の表面とを結合する接着層とを含んで成る電極化圧電変換器。 21．さらに、変形可能な電極材料のパターンが付着される表面を有する変形可能 な膜を包含する請求項20記載の電極化圧電変換器。 22．変形可能な膜の層が対応するセラミック圧電層の表面の寸法より大きい寸法 を有し、該変形可能な膜の層の表面に付着された導線群の配列を包含し、且つ変 形可能な電極材料のパターン中の電極群をセラミック圧電層の表面から離れた駆 動成分に接続できるようセラミック圧電層の表面を越えて延びることを特徴とす る請求項21記載の電極化圧電変換器。 23．セラミック圧電層の表面が粒状隆起部分のそれらより大きい寸法を有するマ クロ変化を含み、且つ変形可能な膜の層がセラミック圧電層の表面のマクロ変化 に合致すべく変形されることを特徴とする請求項21記載の電極化圧電変換器。 24．変形可能な電極材料のパターンに噛み合う粘可塑性材料の層を含むことを特 徴とする請求項20記載の電極化圧電変換器。 25．セラミック圧電層がチタン酸ジルコニウム鉛の層から成り、且つ粒状表面の 隆起部分が約1ミクロン乃至10ミクロンの範囲の高さと間隔を有することを特徴 とする請求項20記載の電極化圧電変換器。 26．セラミック圧電層の表面が、約10ミクロン乃至約100ミクロンの範囲の高さ の差と約100ミクロン乃至約1000ミクロンの範囲の間隔とを有するマクロ変化を 含むことを特徴とする請求項20記載の電極化圧電変換器。 27．変形可能な電極材料が約0.1ミクロン乃至約20ミクロンの範囲の厚さを有す る ことを特徴とする請求項20記載の電極化圧電変換器。 28．変形可能な電極材料が約1ミクロン乃至約10ミクロンの範囲の厚さを有する ことを特徴とする請求項20記載の電極化圧電変換器。 29．変形可能な電極材料が約2ミクロン乃至約5ミクロンの範囲の厚さを有するこ とを特徴とする請求項20記載の電極化圧電変換器。 30．変形可能な電極材料がアニールされた銅であることを特徴とする請求項20記 載の電極化圧電変換器。 31．変形可能な電極材料が金の薄片であることを特徴とする請求項20記載の電極 化圧電変換器。 32．接着層がエポキシ樹脂を含むことを特徴とする請求項20記載の電極化圧電変 換器。 33．セラミック圧電層と、該セラミック圧電層の表面に接着剤で結合された変形 可能な電極材料のパターンと、該セラミック圧電層に付着されたインク圧力チャ ンバー群で形成された表面を有するチャンバー板とを含んで成り、該インク圧力 チャンバー群が変形可能な電極材料のパターン中の電極群の位置に対応する位置 で配列されることを特徴とするインクジェットプリントヘッド。 34．さらに、変形可能な電極材料のパターンに付着され且つセラミック圧電層の 表面の端を越えて延びる誘電膜と、セラミック圧電層の表面に結合された変形可 能な電極材料のパターン中の対応する電極群に接続され且つセラミック圧電層の 表面の端を越えて延びる誘電膜の表面上の導線のパターンと、セラミック圧電層 の表面から離れた位置で導線のパターンに接続された駆動成分とを包含すること を特徴とする請求項33記載のインクジェットプリントヘッド。 35．さらに、チャンバー板の圧力チャンバー群に対応する位置に配列された電極 群を含むセラミック圧電層の対向表面に接着剤で結合された変形可能な電極材料 のパターンを包含することを特徴とする請求項33記載のインクジェットプリント ヘッド。 36．セラミック圧電材料の表面とチャンバー板との間に配列された変形可能な電 極材料のパターンを保持する変形可能な誘電膜を含むことを特徴とする請求項33 記載のインクジェットプリントヘッド。 37．チャンバー板が炭素板である請求項33記載のインクジェットプリントヘッド 。 38．チャンバー板がインク圧力チャンバー群で形成された対向表面群を有し、且 つ圧力チャンバー群で形成された該チャンバー板の表面群の各々に付着されたセ ラミック圧電変換器の層を包含していて、該セラミック圧電変換器の層の各々が 、チャンバー板における隣接したインク圧力チャンバー群の位置に対応する位置 に配列された電極群を含むセラミック圧電層の表面に接着剤で結合された変形可 能な電極材料のパターンを有することを特徴とする請求項37記載のインクジェッ トプリントヘッド。
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