KR100366767B1 - A method for manufacturing a piezo-electric actuator - Google Patents

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Abstract

본 발명의 의한 잉크젯 프린터 헤드에서의 압전 액츄에이터 제조방법은 유한 요소법을 이용하여 압전 상수에 대한 의존성, 전계 의존성, 구조물의 평면 크기에 대한 의존성, 종횡비에 대한 의존성, 압전막과 진동판의 폭 비율 및 두께에 대한 의존성을 파악하여 진동판의 중심 변위를 보다 크게 할 수 있는 압전 액츄에이터 제작 방법이다. 이와 같은 압전 액츄에이터 제작 방법에 의하여 보다 큰 진동판 중심의 변위를 얻을 수 있어 잉크 토출 전압을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 진동판의 크기를 더 줄일 수 있다.The piezoelectric actuator manufacturing method in the inkjet printer head of the present invention uses the finite element method to depend on the piezoelectric constant, electric field dependence, the plane size of the structure, the dependence on the aspect ratio, the width ratio and thickness of the piezoelectric film and the diaphragm. It is a piezoelectric actuator manufacturing method that can increase the center displacement of the diaphragm by identifying the dependence on the diaphragm. By the piezoelectric actuator manufacturing method as described above, a larger displacement of the center of the diaphragm can be obtained, thereby lowering ink discharge voltage and further reducing the size of the diaphragm.

Description

압전 액츄에이터 제작 방법{A METHOD FOR MANUFACTURING A PIEZO-ELECTRIC ACTUATOR}Piezoelectric actuator manufacturing method {A METHOD FOR MANUFACTURING A PIEZO-ELECTRIC ACTUATOR}

본 발명은 압전 잉크젯 프린터 헤드에 관한 것으로, 특히 보다 최적화된 잉크젯 프린터 헤드에서의 압전 액츄에이터를 제조하는 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to piezoelectric inkjet printer heads and, more particularly, to a method of manufacturing piezoelectric actuators in a more optimized inkjet printer head.

도1(a)은 일반적인 압전 액츄에이터의 정면도이고, 도1(b)은 일반적인 압전 액츄에이터의 단면도이다.Fig. 1 (a) is a front view of a general piezoelectric actuator, and Fig. 1 (b) is a sectional view of a general piezoelectric actuator.

도1(a)과 도1(b)에 도시된 바와 같이, 잉크가 저장되는 챔버(6)와 이 챔버(6)의 한 쪽면이 진동판(1)을 형성한다. 이 진동판(1) 위에 전계를 가하기 위한 제1 전극(3)이 형성되고 그 위에 압전체(2)가 형성된다. 그리고, 전계를 가하기 위한 제2 전극(4)이 압전체(2) 위에 형성되어 제1 전극(3)과 제2 전극(4)에 전압을 인가하면 압전체(2)의 모양이 변하면서 진동판(1)을 누르므로 챔버(6)에 있던 잉크가 노즐(7)을 통하여 분출된다. 따라서, 성능이 우수한 압전 액츄에이터를 제작하기 위해서는 제1 전극(3)과 제2 전극(4)을 통하여 전계를 인가하였을 경우 챔버(6) 내에 있던 잉크가 정확하게 분출되어야 하므로 진동판(1) 중심의 변위가 커야 한다.As shown in Figs. 1A and 1B, a chamber 6 in which ink is stored and one side of the chamber 6 form a diaphragm 1. The first electrode 3 for applying an electric field is formed on the diaphragm 1, and the piezoelectric element 2 is formed thereon. In addition, when the second electrode 4 for applying an electric field is formed on the piezoelectric body 2 and a voltage is applied to the first electrode 3 and the second electrode 4, the shape of the piezoelectric body 2 changes and the diaphragm 1 ), The ink in the chamber 6 is ejected through the nozzle 7. Therefore, in order to manufacture a piezoelectric actuator having excellent performance, when the electric field is applied through the first electrode 3 and the second electrode 4, the ink in the chamber 6 must be ejected accurately, so that the displacement of the center of the diaphragm 1 Should be large.

이 때, 폭 방향은 X축 방향이고 길이 방향은 Y축 방향이며 두께 방향은 Z축 방향이다.At this time, the width direction is the X-axis direction, the length direction is the Y-axis direction, and the thickness direction is the Z-axis direction.

유럽 특허 0 659 562 A2 에서는 이와 같은 구조에 대하여 세라믹과 금속판의적층 방법을 사용하여 잉크젯 프린터 헤드에서의 압전 액츄에이터 형성 방법을 설명하였다. 그리고, 미국 특허 4,525,728에서는 잉크젯 프린터 헤드에서의 압전 액츄에이터 형성에 있어서 각종 설계 변수들에 따른 잉크 토출 특성을 다음의 수학식1과 같은 간단한 바이모프 식을 사용하여 분석하였다.European Patent 0 659 562 A2 describes a method for forming a piezoelectric actuator in an inkjet printer head using the lamination method of ceramic and metal plate for such a structure. In US Pat. No. 4,525,728, ink ejection characteristics according to various design variables in piezoelectric actuator formation in an inkjet printer head were analyzed using a simple bimorph equation such as Equation 1 below.

(δ:진동판의 중심 변위,l:진동판의 길이, d31:압전상수, E3:전계, Tp:압전체 두께)(δ: center displacement of vibration plate, l : length of vibration plate, d 31 : piezoelectric constant, E3: electric field, Tp: piezoelectric thickness)

이 때, g(m,n)은 다음의 수학식2와 같은 함수이다.At this time, g (m, n) is a function as shown in Equation 2 below.

(m:진동판에 대한 압전체의 탄성 계수의 비, n:진동판에 대한 압전체의 두께의 비)(m: ratio of elastic modulus of piezoelectric body to vibration plate, n: ratio of thickness of piezoelectric body to vibration plate)

한편, 일본 공개 특허 8-252914에서는 진동판(1)의 재료를 세라믹에서 실리콘과 같은 단결정 물질을 사용하는 것으로 변화시켰으며, 압전체(2)도 박막 공정을 이용하였다. 또한 일본 공개 특허 8-267738에서는 미국 특허 4,525,728이 압전체(2), 진동판(1) 및 제1, 제2 전극(3,4) 등이 모두 같은 평면 칫수를 갖는 것으로 놓고 헤드 구동을 분석한데 비하여 보다 큰 진동판(1)의 변위를 위해 제1,제2 전극(3,4) 폭과 압력 챔버(6) 폭의 비율을 0.6에서 0.7로 하였다.On the other hand, Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-252914 changed the material of the diaphragm 1 to use a single crystal material such as silicon in ceramic, and the piezoelectric material 2 also used a thin film process. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-267738, U.S. Patent 4,525,728 sets the piezoelectric body 2, the diaphragm 1, and the first and second electrodes 3 and 4 to have the same planar dimensions, and compared with the head drive analysis. For the displacement of the large diaphragm 1, the ratio of the width of the first and second electrodes 3 and 4 to the width of the pressure chamber 6 was set from 0.6 to 0.7.

그러나, 미국 특허 4,525,728는 잉크젯 프린터 헤드의 실제 모양과는 큰 차이가 있는 바이모프를 기준으로 분석이 이루어졌기 때문에 어디까지나 정성적인 분석에 지나지 않다. 즉, 수학식1의 바이모프 식에서 진동판(1)의 길이는 마치 다이빙대 모양의 캔티레버(cantilever)의 길이를 의미하는 것으로 도1(a)와 도1(b)에 도시된 바와 같이 잉크젯 프린터 헤드의 실제 모양은 진동판(1)이 챔버(6)에 모두 연결되어 움직이는 형태이므로 수학식1을 사용하여 분석하는 것은 오차가 발생한다.However, U.S. Patent 4,525,728 is only a qualitative analysis since the analysis is based on bimorph, which is a big difference from the actual shape of the inkjet printer head. That is, in the bimorph equation of Equation 1, the length of the diaphragm 1 means the length of a cantilever in the shape of a diving platform, and as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), Since the actual shape is a form in which the diaphragm 1 is all connected to the chamber 6 and moving, the analysis using Equation 1 causes an error.

또한, 진동판(1)의 탄성계수를 하나로 적용하였으므로 실리콘과 같은 단결정 재료에서 탄성계수가 방향에 따라 다르게 나타날 경우에 대해서는 적용할 수 없다.In addition, since the elastic modulus of the diaphragm 1 is applied to one, the elastic modulus of the diaphragm 1 is not applicable to the case where the modulus of elasticity is different depending on the direction.

또한, 미국 특허 4,525,728는 압전체(2)와 진동판(1)의 두께 비율을 결정함에 있어서 산화 지르코늄과 PZT 계의 압전체(2)와 같은 특정 물질에 대한 최적화만 이루어져 있고, 상기 최적화는 압전체(2)의 두께를 상수로 보았을 때의 최적화이기 때문에 공정 상의 이유로 진동판(1)의 두께가 고정될 경우에는 적용할 수 없게 된다.In addition, U.S. Patent 4,525,728 only makes optimizations for specific materials such as zirconium oxide and PZT-based piezoelectric body 2 in determining the thickness ratio of the piezoelectric body 2 and the diaphragm 1, and the optimization is the piezoelectric body 2 Since the thickness of the diaphragm 1 is fixed because of optimization, it cannot be applied when the thickness of the diaphragm 1 is fixed.

일본 특허 공개 번호 8-267738는 제1, 제2 전극(3,4) 폭과 압력 챔버(6) 폭의 비율을 0.6에서 0.7로 하였으나 이는 압전체(2)의 폭이 거의 압력 챔버(6) 폭일 경우에 해당되는 것으로 압전체(2) 자체의 폭을 줄였을 경우에는 제1, 제2 전극(3,4)의 폭이 달라져야 최적 조건이 되는 문제점이 발생한다.Japanese Patent Laid-Open No. 8-267738 sets the ratio of the width of the first and second electrodes 3 and 4 to the width of the pressure chamber 6 from 0.6 to 0.7, but the width of the piezoelectric body 2 is almost the width of the pressure chamber 6. In this case, when the width of the piezoelectric body 2 itself is reduced, there is a problem in that the optimum conditions are required when the widths of the first and second electrodes 3 and 4 are changed.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 잉크젯 프린터 헤드에서의 압전 액츄에이터를 형성하는 방법에 있어서 압전체(2)와 진동판(1), 제1, 제2 전극(3,4) 등의 구조를 최적화하여 보다 큰 진동판(1)의 중심 변위를 얻기 위한 압전 액츄에이터 제작 방법을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and in the method of forming a piezoelectric actuator in an inkjet printer head, the piezoelectric body 2, the diaphragm 1, the first and second electrodes 3, 4, and the like are provided. It is to provide a piezoelectric actuator manufacturing method for optimizing to obtain a larger center displacement of the diaphragm (1).

도1(a)은 일반적인 압전 액츄에이터의 정면도이다.1A is a front view of a general piezoelectric actuator.

도1(b)은 일반적인 압전 액츄에이터의 단면도이다.Fig. 1 (b) is a sectional view of a general piezoelectric actuator.

도2는 진동판의 면적에 대한 진동판의 중심 변위를 도시한 것이다Fig. 2 shows the center displacement of the diaphragm with respect to the area of the diaphragm.

도3은 압전체와 진동판의 폭 비율에 따른 진동판의 중심 변위를 도시한 것이다.3 shows the center displacement of the diaphragm according to the width ratio of the piezoelectric body and the diaphragm.

도4는 진동판의 종횡비에 따른 진동판의 중심 변위를 도시한 것이다.4 shows the center displacement of the diaphragm according to the aspect ratio of the diaphragm.

도5는 진동판의 두께에 대한 압전체의 두께의 비율을 일정하게 하였을 때 진동판의 두께에 따른 진동판의 중심 변위를 도시한 것이다.5 shows the center displacement of the diaphragm according to the thickness of the diaphragm when the ratio of the thickness of the piezoelectric body to the thickness of the diaphragm is made constant.

도6은 압전체의 두께를 일정하게 하였을 때 진동판의 두께에 따른 진동판의 중심 변위를 도시한 것이다.6 shows the center displacement of the diaphragm according to the thickness of the diaphragm when the thickness of the piezoelectric body is made constant.

도7은 실리콘 기판일 경우 압전체의 두께와 진동판 중심 변위를 도시한 것이다.7 shows the thickness of the piezoelectric body and the diaphragm center displacement in the case of a silicon substrate.

도8은 압전체의 최대 두께가 결정되었을 때, 진동판의 두께와 진동판 중심 변위를 도시한 것이다.Fig. 8 shows the thickness of the diaphragm and the diaphragm center displacement when the maximum thickness of the piezoelectric body is determined.

도9는 진동판의 최소 두께가 결정되었을 때, 압전체와 진동판의 최적 두께비율을 도시한 것이다.Fig. 9 shows the optimum thickness ratio of the piezoelectric body and the diaphragm when the minimum thickness of the diaphragm is determined.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압전 액츄에이터 제작 방법은 유한 요소법(finite element method)을 이용하여 압전 상수에 대한 의존성, 전계 의존성, 구조물의 평면 크기에 대한 의존성, 종횡비에 대한 의존성, 압전막과 진동판(1)의 폭 비율 및 두께에 대한 의존성을 파악하여 진동판(1)의 중심 변위를 보다 크게 할 수 있는 압전 액츄에이터 제작 방법이다.The piezoelectric actuator manufacturing method of the present invention for achieving the above object is dependent on the piezoelectric constant, electric field dependence, the plane size of the structure, the aspect ratio, the piezoelectric film and the like by using the finite element method. It is a piezoelectric actuator manufacturing method which can grasp | depend the dependence on the width ratio and thickness of the diaphragm 1, and can make center displacement of the diaphragm 1 larger.

본 발명의 실시예에 따른 압전 액츄에이터 제작 방법은 a) 압전체의 압전 상수 및 상기 전극에 가해지는 전계에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; b) 진동판의 면적에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; c) 상기 압전체의 폭과 진동판의 폭의 비율에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; d) 상기 진동판의 종횡비에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; e) 상기 진동판의 두께에 대한 압전체의 두께의 비율을 설정 비율로 고정시키고, 상기 진동판의 두께를 가변시키면서 상기 진동판의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; f) 상기 압전체의 두께를 설정 두께로 고정하고, 상기 진동판의 두께를 가변시키면서 상기 진동판의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; g) 상기 압전체의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; h) 상기 압전체의 최대 두께를 결정하고, 상기 진동판의 두께를 가변시키면서 상기 압전체의 최대 두께 및 진동판의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; i) 상기 진동판의 최소 두께를 결정하고, 상기 압전체의 두께를 가변시키면서 상기 진동판의 최소 두께 및 압전체의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; 및 j) 상기 각 단계에서 검출된 결과를 토대로 상기 압전체의 압전상수, 폭, 두께, 최대 두께를 결정하고, 상기 진동판의 폭, 종횡비, 두께 및 중심을 검출하여, 상기 압전 액츄에이터를 제작하는 단계를 포함한다.A piezoelectric actuator manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes the steps of: a) detecting the dependence of the piezoelectric constant of the piezoelectric body and the diaphragm center displacement on the electric field applied to the electrode; b) detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the area of the diaphragm; c) detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the ratio of the width of the piezoelectric member to the width of the diaphragm; d) detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the aspect ratio of the diaphragm; e) fixing a ratio of the thickness of the piezoelectric body to the thickness of the diaphragm at a predetermined ratio, and detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the thickness of the diaphragm while varying the thickness of the diaphragm; f) fixing the thickness of the piezoelectric body to a set thickness, and detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the thickness of the diaphragm while varying the thickness of the diaphragm; g) detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the thickness of the piezoelectric body; h) determining a maximum thickness of the piezoelectric body and detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the maximum thickness of the piezoelectric body and the thickness of the diaphragm while varying the thickness of the diaphragm; i) determining a minimum thickness of the diaphragm and detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the minimum thickness of the diaphragm and the thickness of the piezoelectric body while varying the thickness of the piezoelectric body; And j) determining the piezoelectric constant, width, thickness, and maximum thickness of the piezoelectric body based on the results detected in each step, and detecting the width, aspect ratio, thickness, and center of the diaphragm to produce the piezoelectric actuator. Include.

이 때, 본 발명의 특징에 따른 압전 액츄에이터 제작 방법에서 진동판의 중심 변위는 압전 상수 d31및 전계에 대해서 선형적인 비례 관계를 갖는다.At this time, the center displacement of the diaphragm in the piezoelectric actuator manufacturing method according to the characteristics of the present invention has a linear proportionality with respect to the piezoelectric constant d 31 and the electric field.

본 발명의 특징에 따른 압전 액츄에이터 제작 방법에서 진동판의 중심 변위는 진동판의 두께와 진동판의 폭과 길이의 비율을 고정시키고 진동판의 면적을 증가시킬 경우 진동판 길이의 1.9승에 비례한다.In the piezoelectric actuator manufacturing method according to the characteristics of the present invention, the center displacement of the diaphragm is proportional to the 1.9 power of the diaphragm length when the ratio of the thickness of the diaphragm to the width and length of the diaphragm is fixed and the area of the diaphragm is increased.

본 발명의 특징에 따른 압전 액츄에이터 제작 방법에서 진동판의 중심 변위는 진동판의 폭을 고정시키고 진동판의 길이를 늘려 갈 경우 진동판의 종횡비가 3:1을 지나가면서 최대값에 거의 도달하게 된다.In the piezoelectric actuator manufacturing method according to the characteristics of the present invention, the center displacement of the diaphragm is fixed when the width of the diaphragm increases and the length of the diaphragm increases the aspect ratio of the diaphragm to almost the maximum value of 3: 1.

본 발명의 특징에 따른 압전 액츄에이터 제작 방법에서 진동판의 중심 변위는 진동판의 폭에 대한 압전체의 폭의 비율이 0.72일 때 최대가 된다.In the piezoelectric actuator manufacturing method according to the feature of the present invention, the center displacement of the diaphragm becomes maximum when the ratio of the width of the piezoelectric member to the width of the diaphragm is 0.72.

본 발명의 특징에 따른 압전 액츄에이터 제작 방법에서 진동판의 중심 변위는 압전체와 진동판의 두께 비율을 고정시켰을 경우 전체 두께의 -0.9승에 비례하는 것을 특징으로 한다.In the piezoelectric actuator manufacturing method according to the characteristics of the present invention, the center displacement of the diaphragm is characterized in that it is proportional to -0.9 power of the total thickness when the thickness ratio of the piezoelectric body and the diaphragm is fixed.

본 발명의 특징에 따른 압전 액츄에이터 제작 방법에서 진동판의 중심 변위는 압전체의 두께, 진동판의 면적 및 진동판의 폭에 대한 압전체의 폭 비율을 고정시켰을 때, 진동판의 두께에 대한 압전체의 두께의 비율을 3.6으로 했을 때 최대가 된다.In the piezoelectric actuator manufacturing method according to the characteristics of the present invention, when the center displacement of the diaphragm is fixed to the thickness of the piezoelectric body, the area of the diaphragm, and the width ratio of the piezoelectric body to the width of the diaphragm, the ratio of the thickness of the piezoelectric body to the thickness of the diaphragm is 3.6. When it is set to the maximum.

이하, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있는 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 압전 액츄에이터 제작 방법은 a) 압전체의 압전 상수 및 상기 전극에 가해지는 전계에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; b) 진동판의 면적에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; c) 상기 압전체의 폭과 진동판의 폭의 비율에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; d) 상기 진동판의 종횡비에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; e) 상기 진동판의 두께에 대한 압전체의 두께의 비율을 설정 비율로 고정시키고, 상기 진동판의 두께를 가변시키면서 상기 진동판의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; f) 상기 압전체의 두께를 설정 두께로 고정하고, 상기 진동판의 두께를 가변시키면서 상기 진동판의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; g) 상기 압전체의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; h) 상기 압전체의 최대 두께를 결정하고, 상기 진동판의 두께를 가변시키면서 상기 압전체의 최대 두께 및 진동판의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; i) 상기 진동판의 최소 두께를 결정하고, 상기 압전체의 두께를 가변시키면서 상기 진동판의 최소 두께 및 압전체의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; 및 j) 상기 각 단계에서 검출된 결과를 토대로 상기 압전체의 압전상수, 폭, 두께, 최대 두께를 결정하고, 상기 진동판의 폭, 종횡비, 두께 및 중심을 검출하여, 상기 압전 액츄에이터를 제작하는 단계를 포함한다.The piezoelectric actuator fabrication method of the present invention comprises the steps of: a) detecting the dependence of the piezoelectric constant of the piezoelectric body and the diaphragm center displacement on the electric field applied to the electrode; b) detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the area of the diaphragm; c) detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the ratio of the width of the piezoelectric member to the width of the diaphragm; d) detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the aspect ratio of the diaphragm; e) fixing a ratio of the thickness of the piezoelectric body to the thickness of the diaphragm at a predetermined ratio, and detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the thickness of the diaphragm while varying the thickness of the diaphragm; f) fixing the thickness of the piezoelectric body to a set thickness, and detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the thickness of the diaphragm while varying the thickness of the diaphragm; g) detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the thickness of the piezoelectric body; h) determining a maximum thickness of the piezoelectric body and detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the maximum thickness of the piezoelectric body and the thickness of the diaphragm while varying the thickness of the diaphragm; i) determining a minimum thickness of the diaphragm and detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the minimum thickness of the diaphragm and the thickness of the piezoelectric body while varying the thickness of the piezoelectric body; And j) determining the piezoelectric constant, width, thickness, and maximum thickness of the piezoelectric body based on the results detected in each step, and detecting the width, aspect ratio, thickness, and center of the diaphragm to produce the piezoelectric actuator. Include.

이 때, 본 발명에서는 잉크젯 프린터 헤드에서의 압전 액츄에이터의 실제 모양에 가깝도록 모델링하기 위하여 유한 요소법을 사용하였다.At this time, in the present invention, the finite element method was used to model the piezoelectric actuator in the inkjet printer head to be close to the actual shape.

압전 상수 및 전계와 진동판(1) 중심 변위와의 관계를 파악하는 단계에서 압전 상수와 진동판(1) 중심 변위와의 관계를 살펴보면 PZT계 압전 세라믹스의 경우 압전 세라믹의 조성에 따라 압전 상수()는 매우 다양한 값을 가지기 때문에 압전 상수가 진동판(1)의 중심 변위에 있어서 가장 중요한 변수가 된다.Looking at the relationship between the piezoelectric constant and the electric field and the center displacement of the diaphragm (1), the relationship between the piezoelectric constant and the center displacement of the diaphragm (1) is based on the piezoelectric constant ( The piezoelectric constant is the most important variable in the center displacement of the diaphragm 1 because of the various values.

유한 요소법을 이용하여 해석한 결과 압전 상수와 전계에 대해서 진동판(1)의 중심 변위가 막의 두께보다 충분히 작은 영역에서는 단순한 선형 비례 관계가 나타났다. 따라서 임의의 한 변수 집합에 대해 해석을 하면 압전 상수나 전계 변화에 대해선 단순 비례 관계를 이용하여 진동판(1)의 중심 변위를 알 수 있다.Analysis using the finite element method showed a simple linear proportional relationship in the region where the center displacement of the diaphragm 1 was sufficiently smaller than the thickness of the membrane with respect to the piezoelectric constant and the electric field. Therefore, if any one set of variables is analyzed, the center displacement of the diaphragm 1 can be known by using a simple proportional relationship with respect to the piezoelectric constant or the electric field change.

도2는 진동판의 면적에 대한 진동판의 중심 변위를 도시한 것으로 진동판의 면적과 진동판 중심 변위와의 관계를 파악하는 단계에서의 결과이다.Figure 2 shows the center displacement of the diaphragm with respect to the area of the diaphragm, which is the result of the step of grasping the relationship between the diaphragm area and the diaphragm center displacement.

이 때, 진동판(1)의 면적에 대한 진동판(1)의 중심 변위의 관계를 파악함에 있어서 진동판의 가로와 세로의 길이를 각각 1.3mm와 2.8mm로 하여 그 면적을 1로 보았으며 압전체(2)와 진동판(1)의 두께를 일정치로 하고 진동판(1)의 폭에 대한 압전체(2)의 폭의 비율을 일정하게 하였다. 또한, 진동판(1)의 종횡비를 일정하게 유지하였다.At this time, in grasping the relationship of the center displacement of the diaphragm 1 with respect to the area of the diaphragm 1, the length and width of the diaphragm were 1.3 mm and 2.8 mm, respectively. ) And the thickness of the diaphragm 1 were made constant, and the ratio of the width | variety of the piezoelectric body 2 with respect to the width | variety of the diaphragm 1 was made constant. In addition, the aspect ratio of the diaphragm 1 was kept constant.

도2에 도시된 바와 같이, 이런 조건하에서 진동판(1) 면적을 늘리거나 줄여가며 진동판(1)의 면적 변화에 대한 진동판(1)의 중심 변위를 유한 요소법을 이용하여 해석하면, 수학식1의 바이모프 식에서는 진동판 길이의 2승에 비례하지만 선형 회귀 결과 길이의 1.9승에 비례한다는 것을 알 수 있다. 즉, 길이 비례 상수가 10일 때 진동판(1)의 중심변위는 길이 비례 상수가 1일 때 진동판(1)의 중심변위의 101.9배이다.As shown in Fig. 2, under such conditions, the center displacement of the diaphragm 1 with respect to the area change of the diaphragm 1 while increasing or decreasing the area of the diaphragm 1 is analyzed using the finite element method. The bimorph equation is proportional to the square of the diaphragm length but is proportional to the 1.9 power of the linear regression result. That is, the central displacement of the diaphragm 1 when the length proportional constant is 10 is 10 1.9 times the central displacement of the diaphragm 1 when the length proportional constant is 1.

도3은 진동판(1)의 폭에 대한 압전체(2)의 폭의 비율에 따른 진동판(1)의 중심 변위를 도시한 것으로 압전체(2)와 진동판(1)의 폭 비율과 진동판(1) 중심의 변위관계를 파악하는 단계에서의 결과이다.FIG. 3 shows the center displacement of the diaphragm 1 according to the ratio of the width of the piezoelectric element 2 to the width of the diaphragm 1, the width ratio of the piezoelectric element 2 and the diaphragm 1 and the center of the diaphragm 1. This is the result at the stage of grasping the displacement relationship of.

이 때, 진동판의 가로와 세로의 길이는 각각 1.3mm와 2.8mm이며 진동판과 압전체의 두께는 모두 20㎛이다.At this time, the length of the diaphragm is 1.3 mm and the length of 2.8 mm, respectively, and the thickness of the diaphragm and the piezoelectric body is 20 micrometers, respectively.

도3에 도시한 바와 같이, 진동판(1)의 중심 변위는 진동판(1)의 폭에 대한 압전체(2)의 폭의 비율에 따라 매우 크게 달라진다. 진동판(1)의 중심 변위는 이 비율에 따라 계속 증가하다 비율이 0.72를 지나면서 급격히 감소해서 상기 폭 비율이 1.2가 되었을 때는 최대값의 2%밖에 나오지 않는다.As shown in Fig. 3, the center displacement of the diaphragm 1 varies greatly depending on the ratio of the width of the piezoelectric element 2 to the width of the diaphragm 1. The center displacement of the diaphragm 1 continues to increase with this ratio, but when the ratio decreases rapidly after 0.72, when the width ratio reaches 1.2, only 2% of the maximum value is obtained.

진동판(1)의 중심 변위가 크게 나타나기 위해서는 도1에 도시된 바와 같이 압전체(2)로 덮여있지 않은 진동판(1) 윗부분이 자유롭게 늘어나야 하는데 상기 폭 비율이 커지면서 압전체(2)에 의해 압축 응력을 받기 때문에 진동판(1)의 중심 변위가 줄어들게 된다.In order for the center displacement of the diaphragm 1 to be large, the upper part of the diaphragm 1, which is not covered with the piezoelectric body 2, must be freely stretched as shown in FIG. 1, and the compressive stress is received by the piezoelectric body 2 as the width ratio increases. Therefore, the center displacement of the diaphragm 1 is reduced.

따라서, 진동판(1) 중심 변위를 최대로 하기 위해서는 진동판(1)의 폭에 대한 압전체(2)의 폭의 비율을 0.72로 최적화하여야 한다.Therefore, in order to maximize the displacement of the diaphragm 1, the ratio of the width of the piezoelectric element 2 to the width of the diaphragm 1 should be optimized to 0.72.

도4는 진동판(1) 종횡비의 변화에 대한 진동판(1)의 중심 변위의 변화를 도시한 것으로 진동판(1)의 종횡비와 진동판(1)의 중심 변위의 관계를 파악하는 단계에서의 결과이다.FIG. 4 shows the change in the center displacement of the diaphragm 1 with respect to the change in the aspect ratio of the diaphragm 1, which is a result in the step of grasping the relationship between the aspect ratio of the diaphragm 1 and the center displacement of the diaphragm 1.

이 때, 진동판과 압전체의 두께를 각각 20㎛,25㎛이고, 진동판(1)의 폭에 대한 압전체(2)의 폭을 0.75하며, 진동판의 폭을 1.3mm로 고정시키고 진동판의 길이만 1.3mm에서 10.4mm까지 변화시켰다.At this time, the thickness of the diaphragm and the piezoelectric body was 20 μm and 25 μm, respectively, and the width of the piezoelectric body 2 was 0.75 with respect to the width of the diaphragm 1, the width of the diaphragm was fixed at 1.3 mm, and only the length of the diaphragm was 1.3 mm. At 10.4 mm.

도4에 도시된 바와 같이, 진동판(1)의 길이가 폭보다 약간 클 때는 진동판(1)의 중심 변위가 급격히 증가하지만 일단 길이 대 폭의 비가 3:1 정도 되면 더 이상 증가하지 않는다. 따라서 이러한 압전체(2)와 진동판(1)의 체적 변화에서 종횡비가 어느 이상이 되면 진동판(1)의 중심 변위는 대체로 길이에 비례한다.As shown in Fig. 4, when the length of the diaphragm 1 is slightly larger than the width, the center displacement of the diaphragm 1 increases rapidly, but once the length-to-width ratio is about 3: 1, it no longer increases. Therefore, when the aspect ratio becomes more than the volume change of the piezoelectric member 2 and the diaphragm 1, the center displacement of the diaphragm 1 is generally proportional to the length.

따라서, 진동판(1) 중심 변위를 최대로 하기 위해서는 진동판(1)의 종횡비를 3:1이상에서 최적화하여야 한다.Therefore, in order to maximize the center displacement of the diaphragm 1, the aspect ratio of the diaphragm 1 should be optimized at 3: 1 or more.

도5는 진동판(1)의 두께에 따른 진동판(1)의 중심 변위를 도시한 것으로 압전체(2)와 진동판(1)의 두께비를 고정시킬 경우 진동판(1)의 두께와 진동판(1)의 중심 변위의 관계를 파악하는 단계에서의 결과이다.5 shows the center displacement of the diaphragm 1 according to the thickness of the diaphragm 1, and when the thickness ratio of the piezoelectric body 2 and the diaphragm 1 is fixed, the thickness of the diaphragm 1 and the center of the diaphragm 1 are shown. This is the result at the stage of figuring out the relationship of displacement.

이 때, 진동판의 가로와 세로의 길이는 1.3mm와 2.8mm로 하고, 진동판(1)의 폭에 대한 압전체(2) 폭의 비율은 0.75 그리고 진동판(1)과 압전체(2)의 두께비를 1:1로 유지한 상태에서 압전체와 진동판의 두께를 2.5㎛에서 160㎛로 바꿔가며 중심 변위의 변화를 조사하였다.At this time, the length and width of the diaphragm are 1.3 mm and 2.8 mm, and the ratio of the width of the piezoelectric member 2 to the width of the diaphragm 1 is 0.75 and the thickness ratio of the diaphragm 1 and the piezoelectric member 2 is 1. The change of the center displacement was investigated by changing the thickness of the piezoelectric body and the diaphragm from 2.5 μm to 160 μm while maintaining the ratio at 1: 1.

도5에 도시한 바와 같이, 수학식1의 바이모프 식에서는 두께의 -1승에 비례하지만 위와 같은 조건에서 유한 요소 해석의 방법을 이용하여 선형 회귀시키면 그 결과는 진동판과 압전체 두께 합의 -0.9승에 비례하는 것으로 나타난다.As shown in FIG. 5, the bimorph equation of Equation 1 is proportional to the −1 power of the thickness, but when the linear regression is performed using the finite element method under the above conditions, the result is -0.9 power of the sum of the diaphragm and the piezoelectric thickness. Appears to be proportional to.

도6은 진동판의 두께에 따른 진동판 중심 변위의 변화를 도시한 것으로 압전체의 두께를 일정하게 하였을 때, 진동판의 두께에 따른 진동판의 중심 변위의 관계를 파악하는 단계에서의 결과이다.FIG. 6 shows the change of the center displacement of the diaphragm according to the thickness of the diaphragm. When the thickness of the piezoelectric body is constant, the result of the step of grasping the relationship between the center displacement of the diaphragm according to the thickness of the diaphragm is shown.

이 때, 진동판(1)의 크기를 가로 1.3mm, 세로 2.8mm로 하였으며, 압전체(2)의 두께를 25㎛, 진동판(2)의 폭에 대한 압전체(2)의 폭 비율을 0.75로 고정시켰다. 이때 진동판에 대한 압전체의 탄성 계수 비율은 0.376이었다.At this time, the size of the diaphragm 1 was 1.3 mm in width and 2.8 mm in length, and the thickness of the piezoelectric body 2 was 25 μm and the width ratio of the piezoelectric material 2 to the width of the diaphragm 2 was fixed at 0.75. . At this time, the elastic modulus ratio of the piezoelectric body to the diaphragm was 0.376.

도6에 도시된 바와 같이, 두께비가 3.6이 될 때까지 즉, 진동판(1)의 두께가 6.94㎛일 때까지 급격하게 변위가 증가하다 그 뒤로는 완만하게 감소하는 것을 볼 수 있다.As shown in Fig. 6, it can be seen that the displacement rapidly increases until the thickness ratio becomes 3.6, that is, until the thickness of the diaphragm 1 is 6.94 mu m, and then gradually decreases thereafter.

또한, 도6에 도시된 실선은 수학식1과 수학식2와 같은 바이모프 식에서 진동판(1)의 길이를 진동판(1) 폭의 1/2로 하고 x축 방향의 탄성 계수를 사용하여 얻은 그래프이고, 점선은 수학식1과 수학식2에서 진동판의 길이(1)를 압전체(2) 폭의 1/2로 계산한 그래프이다.6 is a graph obtained by using the elastic modulus in the x-axis direction with the length of the diaphragm 1 being 1/2 the width of the diaphragm 1 in the bimorph equations such as the equations (1) and (2). The dotted line is a graph in which the length 1 of the diaphragm is calculated by 1/2 of the width of the piezoelectric body 2 in the equations (1) and (2).

진동판(1) 중심의 최대 변위를 만드는 두께비가 수학식1과 수학식2와 같은 바이모프 식의 경우 3.1로, 유한 요소법에 의한 해석 결과인 3.6과는 약간의 차이를 보이지만 진동판(1)이 두꺼운 영역에서 바이모프 식의 진동판 길이를 압전체(2) 폭의 1/2로 한 그래프와, 진동판(1)이 얇은 영역에서, 진동판(1) 폭의 1/2로 길이를 택한 경우와 잘 일치하였다.The thickness ratio that makes the maximum displacement of the center of the diaphragm 1 is 3.1 in the case of the bimorph equations such as Equations 1 and 2, which is slightly different from 3.6, which is a result of analysis by the finite element method, but the diaphragm 1 is thick. The graph shows the bimorph diaphragm length being 1/2 of the piezoelectric body width in the region, and the diaphragm 1 was thin in the thin region, and the length was half the width of the diaphragm 1. .

따라서, 진동판(1) 중심 변위를 최대로 하기 위해서는 진동판(1)의 두께에 대한 압전체(2)의 두께의 비를 3.6으로 해야 한다. 또한, 진동판(1)의 가장 자리가 고정된 평면형 액츄에이터의 설계에 있어서는 두께 비율의 경우 바이모프식을 이용하여 간단히 그 변위 경향을 알아볼 수 있다.Therefore, in order to maximize the center displacement of the diaphragm 1, the ratio of the thickness of the piezoelectric material 2 to the thickness of the diaphragm 1 should be 3.6. In addition, in the design of the planar actuator in which the edge of the diaphragm 1 is fixed, the displacement tendency can be simply recognized using the bimorph equation in the case of the thickness ratio.

도7은 압전체의 두께와 진동판 중심 변위의 관계를 도시한 것으로, 실리콘 기판일 경우 압전체의 두께와 진동판 중심 변위의 관계를 파악하는 단계에서의 결과이다.FIG. 7 illustrates the relationship between the thickness of the piezoelectric body and the diaphragm center displacement, which is a result of determining the relationship between the thickness of the piezoelectric body and the diaphragm center displacement in the case of a silicon substrate.

일반적으로는 압전체와 진동판의 두께비가 일정할 경우 앞서 언급한 바와같이 전체 두께가 줄어듦에따라 진동판의 변위가 증가하지만 실리콘 기판을 사용하여 압전 액츄에이터를 제작할 경우 기계적인 강도와 안정성 문제로 인해 진동판(1)의 두께를 자유로이 줄이기 어려우므로 진동판(1) 두께의 최소값이 존재하게 된다. 그러므로 도7에서와 같이 압전체(2)의 두께를 조절하여 유한 요소법을 사용하여 분석하면 진동판에대한 압전체의 탄성계수 비율이 0.376일 때 진동판에 대한 압전체(2)의 두께비가 1.25 배인 경우에서 진동판(1) 중심의 최대 변위를 얻을 수 있다.In general, when the thickness ratio of the piezoelectric member and the diaphragm is constant, the displacement of the diaphragm increases as the overall thickness decreases as mentioned above, but when the piezoelectric actuator is manufactured using a silicon substrate, the diaphragm (1 Since it is difficult to freely reduce the thickness of the diaphragm, the minimum value of the thickness of the diaphragm 1 exists. Therefore, when the thickness of the piezoelectric element 2 is analyzed using the finite element method as shown in FIG. 7, when the ratio of the elastic modulus of the piezoelectric element to the diaphragm is 0.376, the diaphragm 2 is 1.25 times the thickness ratio of the piezoelectric element 2 to the diaphragm. 1) The maximum displacement of the center can be obtained.

다음으로 유한요소법을 사용하지 않고 간단히 바이모프 식을 사용하여 변위 경향을 파악할 경우의 방법을 설명한다.Next, the method in the case of determining the displacement tendency by using the bimorph equation without using the finite element method will be described.

압전체의 최대 두께가 결정되었을 때, 진동판의 두께와 진동판 중심 변위와의 관계를 파악하는 단계이다.When the maximum thickness of the piezoelectric body is determined, it is a step of grasping the relationship between the thickness of the diaphragm and the diaphragm center displacement.

공정 상의 이유 등으로 인해 압전체(2)의 최대 두께가 결정된다면 진동판(1)의 두께를 조절하여 최대 변위를 얻어야 한다. 이때 소재로 인해 탄성계수 비율 m이 정해지면 그때 최대변위를 내는 두께 비율 n은 수학식1을 두께 비율 n에 대하여 미분하는 다음의 수학식3으로부터 계산된다.If the maximum thickness of the piezoelectric body 2 is determined due to process reasons or the like, the maximum displacement must be obtained by adjusting the thickness of the diaphragm 1. In this case, when the elastic modulus ratio m is determined due to the material, the thickness ratio n which gives the maximum displacement at that time is calculated from Equation 3 which differentiates Equation 1 from the thickness ratio n.

그 가운데서 양의 m값에 대해 양의 해를 갖는 방정식은 다음의 수학식4와 같다.Among them, an equation having a positive solution for a positive m value is shown in Equation 4 below.

실근을 선택하면 다음의 수학식5를 얻을 수 있다.If the real root is selected, the following equation (5) can be obtained.

(m<1 인 경우에도 허수가 아니다)(even if m <1, not imaginary)

도8은 수학식5에 따른 그래프를 도시한 것이다.8 shows a graph according to equation (5).

다음은 진동판의 최소 두께가 결정될 경우 압전체의 두께와 진동판 중심 변위와의 관계를 파악하는 단계이다.Next, when the minimum thickness of the diaphragm is determined, the relationship between the piezoelectric thickness and the diaphragm center displacement is determined.

실리콘 기판을 식각하여 진동판(1)을 제작하는 경우 등은 진동판(1)의 두께를 조절하는데 있어 두꺼운 경우는 관계없으나 얇은 경우는 공정상의 이유로 어느 최소값 이상으로 제한되므로 압전체(2)의 두께가 상수가 아니므로 수학식1을 이용하여 다음의 수학식6같이 최적화를 하여야 한다.In the case of manufacturing the diaphragm 1 by etching the silicon substrate, the thickness of the piezoelectric element 2 is constant because the thickness of the diaphragm 1 is not limited to the thickness of the diaphragm 1. Since the equation 1 is not used, the following equation 6 should be optimized.

따라서 이 경우 수학식6의의 값은 상수이므로의 최대값을 얻는 조건을 찾아야 한다. 이러한 조건을 찾기 위하여 다음의 수학식7을 사용한다.Therefore, in this case, The value of is a constant We need to find a condition to get the maximum of. In order to find such a condition, the following equation (7) is used.

그 가운데서 양의 m값에 대해 양의 해를 갖는 방정식은 다음의 수학식8과 같다.Among them, an equation having a positive solution for a positive m value is shown in Equation 8 below.

이 방정식의 실근을 선택하면 다음의 수학식과 같다.Selecting the real root of this equation gives the following equation.

(m<1 인 경우도 허수가 아니다.)(If m <1, it's not an imaginary number.)

이 때, 도9는 수학식9의 그래프이다.9 is a graph of equation (9).

이와 같은 단계들을 통하여 압전 액츄에이터를 최적의 제작 조건하에서 제작할 수 있다.Through these steps, the piezoelectric actuator can be manufactured under optimal manufacturing conditions.

이 발명은 다음의 기술되는 청구 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 실시가 가능하다.This invention is capable of various modifications and implementations without departing from the scope of the following claims.

예를 들어 잉크젯 프린터 헤드와 같은 구조에서 잉크 주입구와 노즐 부분에 각각 유체의 출입을 조절할 수 있는 밸브를 부착하면 압전 액츄에이터의 진동에 의해 압력 챔버 내의 부피 변화가 생기고 이때 밸브의 작용으로 유체의 흐름을 한쪽으로 조절할 수 있어 초소형 마이크로 펌프를 구성할 수 있다.For example, in a structure such as an inkjet printer head, when a valve for controlling the flow of fluid is attached to the ink inlet and the nozzle, respectively, a volume change in the pressure chamber occurs due to the vibration of the piezoelectric actuator. Adjustable to one side, it is possible to construct a very small micro pump.

또한, 잉크 대신 연소용 연료를 유체로 사용하고 노즐 바깥 쪽에 점화 스위치를 부착한다. 그리고 노즐을 통해 토출된 연료에 점화 스위치를 이용하여 불꽃을 인가하면 연료를 연소시킬 수 있으며 연속적인 액츄에이터의 작용에 의해 연료가 계속 미세한 액적 형태로 토출되기 때문에 노즐 부분에서 화염이 발생하고 이것을 히터로 사용하게 된다. 이럴 경우 단순한 구조로 불꽃의 크기를 자유로이 조절할 수 있다.It also uses fuel for combustion instead of ink and attaches an ignition switch on the outside of the nozzle. And when the flame is applied to the fuel discharged through the nozzle by using the ignition switch, the fuel can be combusted. Since the fuel is continuously discharged in the form of fine droplets by the action of a continuous actuator, a flame is generated in the nozzle part and the flame is generated by the heater. Will be used. In this case, the size of the flame can be freely adjusted with a simple structure.

그리고 분석하고자 하는 혈액, 화학약품 등의 유체 시료의 공급 장치로 잉크 공급부를 사용하고, 노즐 부분을 시료 분석 압력 챔버에 연결하면, 시료의 양을 자유로이 조절하여 각 미소 분석 압력 챔버로 보낼 수 있는 마이크로 분석 시스템을 이룰 수 있다.When the ink supply unit is used as a device for supplying a fluid sample such as blood or chemicals to be analyzed, and the nozzle part is connected to the sample analysis pressure chamber, the micros can be freely controlled and sent to each microanalysis pressure chamber. Analytical systems can be achieved.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 압전 액츄에이터의 제작 방법에 의하여 최적화된 액츄에이터는 보다 큰 변위를 얻을 수 있으므로 잉크 토출 전압을 낮출 수 있고, 동일 전압에서 진동판의 크기를 줄여 더 높은 집적도를 갖는 잉크젯 프린터 헤드의 제조가 가능하다.As described above, the actuator optimized by the method of manufacturing the piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention can obtain a larger displacement, thereby lowering the ink discharge voltage, and reducing the size of the diaphragm at the same voltage, thereby providing a higher density inkjet printer. The manufacture of the head is possible.

Claims (12)

(정정)압전체, 진동판 및 전극을 포함하는 압전 엑츄에이터를 제작하는 방법에 있어서,In the method of manufacturing a piezoelectric actuator comprising a piezoelectric body, a diaphragm and an electrode, a) 상기 압전체의 압전 상수 및 상기 전극에 가해지는 전계에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계;a) detecting the dependence of the piezoelectric constant of the piezoelectric body and the diaphragm center displacement on the electric field applied to the electrode; b) 상기 진동판의 면적에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계;b) detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the area of the diaphragm; c) 상기 압전체의 폭과 진동판의 폭의 비율에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계;c) detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the ratio of the width of the piezoelectric member to the width of the diaphragm; d) 상기 진동판의 종횡비에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계;d) detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the aspect ratio of the diaphragm; e) 상기 진동판의 두께에 대한 압전체의 두께의 비율을 설정 비율로 고정시키고, 상기 진동판의 두께를 가변시키면서 상기 진동판의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계;e) fixing a ratio of the thickness of the piezoelectric body to the thickness of the diaphragm at a predetermined ratio, and detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the thickness of the diaphragm while varying the thickness of the diaphragm; f) 상기 압전체의 두께를 설정 두께로 고정하고, 상기 진동판의 두께를 가변시키면서 상기 진동판의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계;f) fixing the thickness of the piezoelectric body to a set thickness, and detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the thickness of the diaphragm while varying the thickness of the diaphragm; g) 상기 압전체의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계;g) detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the thickness of the piezoelectric body; h) 상기 압전체의 최대 두께를 결정하고, 상기 진동판의 두께를 가변시키면서 상기 압전체의 최대 두께 및 진동판의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계;h) determining a maximum thickness of the piezoelectric body and detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the maximum thickness of the piezoelectric body and the thickness of the diaphragm while varying the thickness of the diaphragm; i) 상기 진동판의 최소 두께를 결정하고, 상기 압전체의 두께를 가변시키면서 상기 진동판의 최소 두께 및 압전체의 두께에 대한 진동판 중심 변위의 의존성을 검출하는 단계; 및i) determining a minimum thickness of the diaphragm and detecting the dependence of the diaphragm center displacement on the minimum thickness of the diaphragm and the thickness of the piezoelectric body while varying the thickness of the piezoelectric body; And j) 상기 각 단계에서 검출된 결과를 토대로 상기 압전체의 압전상수, 폭, 두께, 최대 두께를 결정하고, 상기 진동판의 폭, 종횡비, 두께 및 중심을 검출하여, 상기 압전 액츄에이터를 제작하는 단계;j) determining the piezoelectric constant, width, thickness, and maximum thickness of the piezoelectric body based on the results detected in each step, and detecting the width, aspect ratio, thickness, and center of the diaphragm to manufacture the piezoelectric actuator; 를 포함하는 압전 액츄에이터 제작 방법.Piezoelectric actuator manufacturing method comprising a. (정정)제1항에 있어서,(Correction) The method according to claim 1, 상기 a) 내지 g)단계는 유한 요소법을 이용하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제작 방법.The a) to g) step is a piezoelectric actuator manufacturing method characterized in that using the finite element method. (정정)제1항 또는 제2항에 있어서,(Correction) The method according to claim 1 or 2, 상기 a)단계와 e)단계는 각각의 진동판 중심 변위의 의존성을 유한 요소법으로 해석한 후 선형 회귀시키는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제작 방법.Steps a) and e) is a piezoelectric actuator manufacturing method characterized in that the linear regression after analyzing the dependence of the center displacement of each diaphragm by the finite element method. (정정)제1항 또는 제2항에 있어서,(Correction) The method according to claim 1 or 2, 상기 a)단계는 진동판의 두께가 최소 설정두께보다 작은 영역에서 상기 압전 상수와 전계에 대해서 상기 진동판의 중심 변위가 선형 비례 관계로 나타나는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제작 방법.In the step a), the center displacement of the diaphragm with respect to the piezoelectric constant and the electric field in a region where the thickness of the diaphragm is smaller than the minimum set thickness is linearly proportional to the piezoelectric actuator manufacturing method. (정정)제1항 또는 제2항에 있어서,(Correction) The method according to claim 1 or 2, 상기 c)단계는,Step c) is 상기 진동판의 가로 및 세로 길이를 설정 길이로 고정하고, 진동판과 압전체의 두께가 동일하면 상기 진동판의 폭에 대한 압전체의 폭의 비율이 0.72일 때 진동판 중심의 변위가 최대가 되는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제작 방법.The horizontal and vertical lengths of the diaphragm are fixed to a set length, and if the thickness of the diaphragm and the piezoelectric body is the same, the piezoelectric center is characterized in that the displacement of the center of the diaphragm becomes maximum when the ratio of the width of the piezoelectric body to the width of the diaphragm is 0.72. How to make an actuator. (정정)제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,(Correction) The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 b)단계는,Step b), 상기 진동판의 면적을 1로 하고, 상기 압전체와 상기 진동판의 두께를 설정 두께로 하며, 상기 진동판의 폭에 대한 상기 압전체 폭의 비율을 설정 비율로 하고 상기 진동판의 종횡비를 설정비로 고정하면, 상기 진동판 중심의 변위는 진동판 길이의 1.9승에 비례하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제작 방법.When the area of the diaphragm is 1, the thickness of the piezoelectric body and the diaphragm is a set thickness, the ratio of the width of the piezoelectric body to the width of the diaphragm is set to a set ratio, and the aspect ratio of the diaphragm is fixed to a set ratio. The center displacement is a piezoelectric actuator manufacturing method, characterized in that proportional to 1.9 times the length of the diaphragm. (정정)제1항 또는 제2항에 있어서,(Correction) The method according to claim 1 or 2, 상기 d)단계는,In step d), 상기 진동판 및 압전체의 두께와 상기 진동판의 폭에 대한 압전체의 폭을 설정값으로 고정하고 상기 진동판의 폭을 고정시키면, 상기 진동판의 길이에 대한 진동판의 폭의 비가 3:1 이상에서 진동판 중심 변위가 최대가 되는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제작 방법.When the thickness of the diaphragm and the piezoelectric body and the width of the piezoelectric body with respect to the width of the diaphragm are fixed to a set value, and the width of the diaphragm is fixed, the diaphragm center displacement is 3: 1 or more at a ratio of the width of the diaphragm to the length of the diaphragm. The piezoelectric actuator manufacturing method characterized in that the maximum. (정정)제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,(Correction) The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 e)단계는,In step e), 상기 진동판의 가로와 세로의 길이를 설정 길이로 고정하고, 상기 진동판의 두께에 대한 상기 압전체의 두께의 비를 1:1로 고정하고, 상기 진동판의 폭에 대한 상기 압전체 폭의 비율을 설정 비율로 고정하면, 상기 진동판의 중심 변위가 상기 진동판 과 압전체 두께 합의 -0.9승에 비례하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제작 방법.The length of the diaphragm and the length of the diaphragm are fixed to a set length, the ratio of the thickness of the piezoelectric member to the thickness of the diaphragm is fixed at 1: 1, and the ratio of the piezoelectric width to the width of the diaphragm is set at a predetermined ratio. When fixed, the piezoelectric actuator manufacturing method characterized in that the center displacement of the diaphragm is proportional to the -0.9 power of the sum of the thickness of the diaphragm and the piezoelectric body. (정정)제1항 또는 제2항에 있어서,(Correction) The method according to claim 1 or 2, 상기 f)단계는,In step f), 상기 진동판의 면적, 상기 압전체의 두께 및 상기 진동판의 폭에 대한 압전체의 폭 비율을 설정 비율로 고정시키면, 상기 진동판의 두께에 대한 압전체 두께의 비를 3.6일 때 상기 진동판의 중심 변위가 최대가 되는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터의 제작 방법.When the area of the diaphragm, the thickness of the piezoelectric body, and the width ratio of the piezoelectric body to the width of the diaphragm are fixed at a predetermined ratio, the center displacement of the diaphragm becomes maximum when the ratio of the piezoelectric thickness to the thickness of the diaphragm is 3.6. Method for producing a piezoelectric actuator, characterized in that. (정정)제1항과 제2항에 있어서,(Correction) According to claim 1 and 2, 상기 g)단계는,Step g), 상기 진동판에 대한 압전체의 탄성계수비율이 0.376이고, 진동판에 대한 압전체의 두께 비율이 1.25일 때 상기 진동판의 중심 변위가 최대가 되는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제작 방법.And the center displacement of the diaphragm becomes maximum when the elastic modulus ratio of the piezoelectric body to the diaphragm is 0.376 and the thickness ratio of the piezoelectric body to the diaphragm is 1.25. (정정)제1항에 있어서,(Correction) The method according to claim 1, 상기 h)단계는,In step h), 상기 진동판의 탄성계수에 대한 압전체의 탄성계수의 비율이 정해지면 진동판의 두께에 대한 압전체의 두께 비율은 다음 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제작 방법.When the ratio of the elastic modulus of the piezoelectric to the elastic modulus of the diaphragm is determined, the thickness ratio of the piezoelectric to the thickness of the diaphragm satisfies the following conditions. (m:진동판에 대한 압전체의 탄성 계수의 비, n:진동판에 대한 압전체의 두께의 비)(m: ratio of elastic modulus of piezoelectric body to vibration plate, n: ratio of thickness of piezoelectric body to vibration plate) (정정)제1항에 있어서,(Correction) The method according to claim 1, 상기 i)단계는,Step i), 상기 진동판의 탄성계수에 대한 압전체의 탄성계수의 비율과 진동판의 두께에 대한 압전체의 두께 비율의 관계가 다음 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 압전 액츄에이터 제작 방법.And a relationship between the ratio of the elastic modulus of the piezoelectric body to the elastic modulus of the diaphragm and the thickness ratio of the piezoelectric body to the thickness of the diaphragm satisfies the following conditions. (m:진동판에 대한 압전체의 탄성 계수의 비, n:진동판에 대한 압전체의 두께의 비)(m: ratio of elastic modulus of piezoelectric body to vibration plate, n: ratio of thickness of piezoelectric body to vibration plate)
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JPH10128976A (en) * 1996-10-31 1998-05-19 Kyocera Corp Ink jet printer head

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