KR100282662B1 - 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압전체를 먼저 형성한 후 그 위에 진동판을 도금 등의 방법으로 형성함으로써, 구조, 공정, 소재 모든 면에서 선택의 폭이 넓고 자유로워서 제작이 쉽고 또한 우수한 물성의 재료를 형성할수 있으며, 결과적으로 우수한 성능의 엑츄에이터를 경제적으로 제작할수 있는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법에 관한 것으로서, 특히 전체 금속성분 함유량의 40% 이상 60% 이하가 Pb또는 Ba로 구성된 페로브스카이트 결정구조를 가지는 판형의 압전체와 이 압전체의 상부면과 하부면에 형성된 상부전극과 하부전극, 그리고 상기 전극이 형성된 압전체판의 하부에 형성되어 압전체의 길이방향 신축운동을 휨운동으로 바꾸어주는 진동판으로 형성된 1개 이상의 압전체 엑츄에이터를 제작함에 있어서, 원료 파우더를 얇은 형태로 컴팩팅하고 소결하여 압전체 박판을 형성한 다음 상기 압전체 박판의 하부에 상기 진동판을 도금 등의 방법으로 형성하고 상기 진동판의 하부에 유로를 갖는 액실을 도금 등의 방법으로 형성한 특징이 있다.
Description
본 발명은 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압전체의 표면에 진동판을 도금 등의 방법으로 형성하고 계속해서 잉크 통로를 구성하는 챔버 등을 형성함으로써, 제작이 쉽고 재료 선택의 폭이 넓은 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 압전소자(Piezo-Electric : PZT)를 이용하여 액체를 액적의 상태로 분사하는 장치는 잉크젯헤드 등에 사용된다. 이러한 압전체를 이용한 잉크젯헤드는 액체를 저장하는 챔버(액실)의 상부에 엑츄에이터가 구비된다. 엑츄에이터는 빠른 속도로 진동을 하는 과정에서 액실의 내압을 증가시키며 이때 액체를 액적의 상태로 분사하는 기능을 갖는다. 이러한 엑츄에이터는 진동판과 진동판의 상부에 결합되어 폴링(polling:전기장을 가하면 압전체에 방향성이 형성됨)된 상태에 따라 변형을 일으키는 압전체가 구비된다.
종래에는 진동판의 상부에 압전체를 형성하는 방법이 다수 제안된바 있다.
첫 번째 방법은, 압전체 패스트(paste)를 스크린 프린트 방법으로 얇은 ZrO2박판위에 형성하고 이를 고온(∼1000℃)에서 소성하여 제조하는 것으로 이때 ZrO2판이 진동판의 역할을 하게된다. 좀더 상세히 설명하면, ZrO2를 얇은 그린시트(green sheet)형태로 만든후 필요한 부분에 구멍을 뚫고 이후 알맞은 크기로 잘라서 고온(1000℃ 이상)에서 소성한다. 얇고( 20㎛ 이상) 정확한 크기로 형성된 ZrO2판에 하부전극을 형성한다. 하부전극이 형성된 ZrO2판에 압전체 패스트를 정확히 정열하여 스크린 프린팅 한다. ZrO2판 위에 스크린 프린팅된 압전체를 고온에서 소성하고 압전체위에 상부전극을 형성한다.
이같은 방법으로 제조된 엑츄에이터는 압전체의 상단과 하단에 형성된 전극에 강한 전압을 인가하여 압전체를 폴링시킨다. 그리고 압전체의 상단과 하단에 형성된 전극에 전압을 인가하여 압전체와 진동판(ZrO2)으로 이루어진 부분이 기계적 변형을 일으키도록 한다.
그러나 매우 얇고 정확한 크기의 ZrO2판을 고온 소성 공정으로 제조하기는 매우 어려우며 압전체 패스트를 스크린 프린팅하여 미세한 패턴(200㎛ 이상)을 정확히 구성하기는 매우 어려운 단점이 있다. 또한 압전체 패스트를 소성하여 압전성이 우수한 압전체를 형성하기는 매우 어려운 등의 단점이 있다.
두 번째 방법은 스테인레스 스틸 박판위에 PZT 박판의 압전체를 접착하고 이를 기계가공하여 다수의 엑츄에이터로 만드는 방법이 있으며, 세 번째 방법은 스테인레스 스틸 박판위에 1개의 엑츄에이터에 적합한 크기로 잘라진 압전체를 붙여서 엑츄에이터로 만드는 방법이 제안된바 있다.
그러나 이들 방법은 기계가공의 경우 정밀도가 나쁘고, 신뢰성이 낮아서 경제적이지 못하다. 그리고 단수의 엑츄에이터 수율이 낮으므로 완전히 동작하는 복수의 엑츄에이터를 형성하기 어려운 등의 단점이 있다.
본 발명은 종래의 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 압전체를 먼저 형성한 후 그 위에 진동판을 도금 등의 방법으로 형성함으로써, 구조, 공정, 소재 모든 면에서 선택의 폭이 넓고 자유로워서 제작이 쉽고 또한 우수한 물성의 재료를 형성할수 있으며, 결과적으로 우수한 성능의 엑츄에이터를 경제적으로 제작할수 있는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명에 따른 엑츄에이터 제조과정을 나타낸 공정도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 압전체 2 : 상부전극
3 : 진동판 4 : 하부전극
5 : 액실
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전체 금속성분 함유량의 40% 이상 60% 이하가 Pb또는 Ba로 구성된 페로브스카이트 결정구조를 가지는 판형의 압전체와 이 압전체의 상부면과 하부면에 형성된 상부전극과 하부전극, 그리고 상기 전극이 형성된 압전체판의 하부에 형성되어 압전체의 길이방향 신축운동을 휨운동으로 바꾸어주는 진동판으로 형성된 1개 이상의 압전체 엑츄에이터를 제작함에 있어서, 원료 파우더를 얇은 형태로 컴팩팅하고 소결하여 압전체 박판을 형성한 다음 상기 압전체 박판의 하부에 상기 진동판을 도금 등의 방법으로 형성하고 상기 진동판의 하부에 유로를 갖는 액실을 도금 등의 방법으로 형성한 특징이 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
압전체(1)를 10㎛이상 300㎛이하의 얇은 판 형태로 제작한다. 제작하는 방법에는 소성가공하는 방법이 있으며 또한 커다란 압전체(1)를 얇게 자른후에 양면을 래핑하여 얇은 판 형태로 제작하는 방법이 있다. 압전체로 대표적인 물질은 PZT(Pb(Zr1/2Ti1/2)O3),PLZT(Pb1-xLax(Zr1/2Ti1/2)O3),BaTiO3, PbTiO3등이 있으며 이들은 페로브스카이트(perovskite) 결정구조를 가진다.
PZT는 구성성분의 95% 이상이며 단, 4/6 ＜ Zr/Ti ＜ 6/4 이다. PLZT는 구성성분의 95% 이상이며 단, La의 함유량은 5% 미만이고, 4/6 ＜ Zr/Ti ＜ 6/4 이다. PbTiO3는 구성성분의 95% 이상이며 단, 4/6 ＜ Zr/Ti ＜ 6/4 이다. BaTiO3는 구성성분의 95% 이상이며 단, 4/6 ＜ Zr/Ti ＜ 6/4 이다. 그리고 소량 첨가되는 원소로는 Sr, Mn, Nb 등이 있으며 전체의 5% 미만이다.
또한 비교적 두꺼운 압전체를 래핑 또는 화학적 처리를 통하여 얇게 만드는 방법이 있다. 그리고 원료 파우더를 얇은 형태로 컴팩팅하고 소결하여 압전체를 제작하는 방법, 벌크 압전체를 얇게 슬라이싱(slicing)하여 압전체를 제작하는 방법, 압전체 패스트(paste)를 스크린 프린팅하여 기판위에 압전체 박막을 제작하고 기판을 진동판 형성전 또는 후에 제거하는 방법, 압전체 패스트를 스크린 프린팅하여 기판위에 압전체 박판을 제작하고 기판을 압전체의 전극으로 활용하는 방법 등이 있다.
압전체(1)위에 상부전극(2)을 형성하고 그 위에 진동판(3)을 형성하는 방법은 다음과 같다.
무전해 도금을 이용하여 진동판을 원하는 두께로 형성하는 방법, 전해 도금을 이용하는 방법, 스퍼터링(sputtering)을 이용하는 방법, 이베퍼레이숀(Evaporation)을 이용하는 방법, 화학기상증착(CVD)를 이용하는 방법 등이 있다. 그리고 진동판의 형성과정에서 진동판을 전극의 일부로 활용하는 방법이 있다.
진동판의 소재는 다음과 같다.
Ni 또는 Ni 합금, Cu 또는 Cu 합금, Cr 또는 Cr 합금, Mo 또는 Mo 합금, Fe 또는 Fe 합금 등으로 구성된다.
그리고 진동판 위에 부분적으로 두께를 증가시켜 유로를 갖는 액실을 형성하는 방법은 다음과 같다.
전해도금 또는 무전해 도금으로 유로를 갖는 액실을 형성하는 방법, 진공증착법(Sputtering, Evaporation, CVD)을 이용하는 방법, 스크린 프린팅을 이용하여 액실을 형성하는 방법 등이 있다.
그리고 진동판과 압전체의 접착력을 높이기 위해 중간 접착층(adhesion layer)를 형성한 후에 진동판을 형성하는 방법이 있으며 이는 중간접착층을 전극의 일부로 이용할수 있다. 그리고 중간접착층을 진공증착법으로 형성하거나, 또는 중간접착층을 Ti, Ni, Cr, Al등 산화물을 가지는 금속 박막으로 형성할수 있다.
또한 액실(5)을 형성하기 전에 하부전극(4)을 먼저 형성한 다음 액실 형성공정이 수행되며 본 발명에서는 완성된 진동판과 압전체의 두께가 3㎛ 이상 300㎛ 이하이다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면 압전체를 슬라이싱 또는 기계적 래핑 등의 과정을 거쳐 먼저 형성한다. 그리고 압전체의 상부에 전극과 진동판 및 액실을 도금 등의 공정으로 형성함으로써, 압전체의 두께관리가 쉽고 고온 공정이 생략됨으로 재료 선택의 폭이 넓으며 생산성이 향상되는 등의 효과가 있다.
Claims (11)
- 전체 금속성분 함유량의 40% 이상 60% 이하가 Pb또는 Ba로 구성된 페로브스카이트 결정구조를 가지는 판형의 압전체와 이 압전체의 상부면과 하부면에 형성된 상부전극과 하부전극, 그리고 상기 전극이 형성된 압전체판의 하부에 형성되어 압전체의 길이방향 신축운동을 휨운동으로 바꾸어주는 진동판으로 형성된 1개 이상의 압전체 엑츄에이터를 제작함에 있어서,원료 파우더를 얇은 형태로 컴팩팅하고 소결하여 압전체 박판을 형성한 다음 상기 압전체 박판의 하부에 상기 진동판을 도금 등의 방법으로 형성하고 상기 진동판의 하부에 유로를 갖는 액실을 도금 등의 방법으로 형성한 것을 특징으로 하는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 벌크 압전체를 얇게 슬라이싱하여 압전체 박판을 제조함을 특징으로 하는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 압전체 박판을 래핑하여 원하는 두께와 평탄도가 얻어지도록함을 특징으로 하는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 압전체 패스트를 스크린 프린팅하여 기판위에 압전체 박판을 제작하고 기판을 압전체의 전극으로 사용함을 특징으로 하는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진동판을 무전해 도금 또는 전해 도금을 이용하여 형성함을 특징으로 하는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진동판을 스퍼터링으로 형성함을 특징으로 하는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진동판을 이베퍼레이숀을 이용하여 형성함을 특징으로 하는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진동판은 Ni 또는 Ni 합금을 이용한 것을 특징으로하는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진동판은 Cu 또는 Cu 합금을 이용한 것을 특징으로하는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진동판은 Mo 또는 Mo 합금을 이용한 것을 특징으로하는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상기 진동판은 Fe 또는 Fe 합금을 이용한 것을 특징으로 하는 프린트헤드의 엑츄에이터 제조방법.
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