TWI543416B - A piezoelectric element and an ink jet apparatus using the same, and a coating method therefor - Google Patents

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Description

壓電元件及使用其之噴墨裝置及其塗布方法
本發明係關於一種壓電元件及使用其之噴墨裝置及其方法。
近年來，使用噴墨技術製造電子元件之方法備受注目。
專利文獻1之壓電元件係可將設置於壓電元件之短邊方向之兩端之電極自一側取出之壓電元件。以下，說明其構造。
圖7(a)係第1陶瓷生片30之平面圖。圖7(b)係第2陶瓷生片40之平面圖。以下，將第1陶瓷生片30稱為第1片材，將第2陶瓷生片40稱為第2片材。
先前之壓電元件係將該等第1片材30、第2片材40如圖8所示般積層於下部90上，進行加壓並煅燒而成者。
於第1片材30上以導電膏形成有第1電極50。於第2片材40上形成有第2電極60。又，於各者中存在未形成電極之第1非電極區域51、第2非電極區域61。
藉由積層該等第1、第2片材30、40，進行加壓並煅燒，可獲得圖8(a)所示之中間品之塊狀物20。圖8(a)係塊狀物20之立體圖。設近前側之面為正面20a、背面側之面為背面20c、右側之側面為右側面20b、左側之側面為左側面20d。
第1電極50僅於壓電元件20之正面20a露出。第1電極50未於壓電元件20之右側面20b、左側面20d、背面20c露出。
另一方面，第2電極60於背面20c露出，未於正面20a、右側面20b、 左側面20d露出。又，連接用電極70於壓電元件之正面20a、右側面20b、背面20c露出。即，連接用電極70以到達壓電元件20之相對向之正面20a、背面20c之方式形成。
另一方面，圖8(b)表示壓電元件20之背面20c。連接用電極70、第2電極60、第2非電極區域61於表面露出。
如圖8(c)所示，於該背面20c之表面整體形成有導電層100，進而，為製成更多壓電元件，如圖9所示，形成複數個狹縫91而構成壓電元件20。
該壓電元件20由於藉由導電層100使連接用電極70與第2電極60在背面20c電性連接，故於正面20a之1面，藉由將第1電極50與連接用電極70連接於外部電極而使壓電體發揮功能。結果，於該壓電元件20中，可僅以1個面與外部連接。藉由將具有較多外部連接電極之配線基板連接於該1面，可驅動各壓電元件。在用於噴墨之壓電元件20中，需要非常多壓電體，需要自壓電元件20之1個面(正面20a)取出複數個外部電極。
此處，對壓電元件20施加電壓時之移位可如自圖10(a)至圖10(c)所示。即，上側之圖為壓電元件20之剖面，下側之圖為該狀態下之移位。此處，剖面為垂直於圖8之壓電元件20之正面20a與背面20c之面。
於圖10(a)之情形時，若將積層之壓電元件20之兩端之第2非電極區域61、第1非電極區域51之寬度設為d2、d1，則d1=d2時，移位成為左右對稱。
另一方面，於如圖10(b)所示般「d1>d2」時，較小之d2側之移位變得大於較大之d1側之移位。於如圖10(c)所示般「d1<d2」時，較小之d1側之移位變得大於較大之d2側之移位。
如此般根據非電極區域51、61之寬度d1、d2，壓電元件20之最大移位之場所不同。即，根據非電極區域之寬度值之大小，壓電元件20 之最大移位位置與最大移位量不同。
引起該非電極區域之寬度值之大小不同的因素有電極形成時之形成精度、陶瓷生片之積層時之位置偏移、煅燒時之收縮程度等各種。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平11-320881號公報
伴隨著今後電子元件之高密度化，需要正確地控制施加電壓時之壓電元件20之移位量與移位位置。
因此，需要在壓電元件20中，自1面取出用以與外部連接之電極，且於裝配前檢查非電極區域之寬度。
在先前之構成中，如由圖7與圖8可知，非電極區域51、61之區域雖存在於3個方向，但由於僅1邊露出於外部，故僅能確認1部分。因此，如圖10所示，無法根據非電極區域之寬度特定壓電元件20之最大移位之場所。其結果，成為使用該壓電元件20之噴墨頭之噴出體積不均一之原因。
本發明係解決上述先前之問題者，其目的在於提供一種可確認非電極區域之寬度，且可自壓電元件之1個面引出電極之構造。
為達成上述目的，本發明之壓電元件之特徵在於：其係將第1片材及第2片材以該等之主面成為上方或下方之方式將第1長邊與第3長邊、第1短邊與第3短邊對齊而積層之長方體之塊狀物，上述第1片材其主面為長方形，於上述主面上，第1電極形成至上述長方形之第1短邊與第2短邊中至少一方之第1短邊之僅一部分、及上述長方形之第1長邊與第2長邊中僅一方之第2長邊，上述第2片材其主面為長方形，於上述 主面上，第2電極形成至上述長方形之第3短邊與第4短邊中至少一方之第3短邊之僅一部分、及上述長方形之第3長邊與第4長邊中僅一方之第3長邊；該壓電元件包含於上述塊狀物之上述第1長邊之方向上以特定間隔與上述第1長邊垂直而形成之複數個狹縫；且形成有導電膜，該導電膜將上述塊狀物之包含上述第2長邊之面、上述塊狀物之包含上述第1長邊之面的上述第1長邊方向之兩端中之至少一端部、及上述塊狀物之包含上述第1短邊與上述第3短邊之面電性連接。
又，本發明之壓電元件之特徵在於：其係將第1片材及第2片材以該等之主面成為上方或下方之方式將第1長邊與第3長邊、第1短邊與第3短邊對齊而積層之長方體之塊狀物，上述第1片材其主面為長方形，於上述主面上，第1電極形成至上述長方形之第1短邊與第2短邊中至少一方之第1短邊之僅一部分、及上述長方形之第1長邊與第2長邊中僅一方之第2長邊，上述第2片材其主面為長方形，於上述主面上，第2電極形成至上述長方形之第3短邊與第4短邊中至少一方之第3短邊之僅一部分、及上述長方形之第3長邊與第4長邊中僅一方之第3長邊；該壓電元件包含於上述塊狀物之上述第1長邊之方向上以特定間隔與上述第1長邊垂直而形成之複數個狹縫；且形成有導電膜，該導電膜將上述塊狀物之包含上述第2長邊之面、上述塊狀物之包含上述第1長邊之面的上述第1長邊方向之兩端中之至少一端部、及上述塊狀物之上表面或底面電性連接。
根據本發明，於積層、煅燒陶瓷生片後，藉由表面觀察，可知電極之寬度、非電極部分之寬度，從而可以非破壞方式評估。故而，可預測壓電元件之最大移位之場所與最大移位量。因此，在用於噴墨等之情形時，可藉由該等值挑選壓電元件，而可抑制噴墨之液滴量之不均一，可實現高精度之塗佈。
且，可僅自1面取出外部電極。可與形成有較多外部電極之基板連接。
又，藉由將如此般獲得之壓電元件應用於噴墨頭，可實現每個噴墨頭之液滴量之不均一均較少之高精度塗佈。
20‧‧‧塊狀物
20a‧‧‧正面
20ab‧‧‧端部
20ad‧‧‧端部
20b‧‧‧右側面
20c‧‧‧背面
20d‧‧‧左側面
20e‧‧‧上表面
20f‧‧‧底面
25a‧‧‧左部角隅部
25b‧‧‧右部角隅部
26‧‧‧角部
27‧‧‧角部
30‧‧‧第1片材
30a‧‧‧第1長邊
30b‧‧‧第1短邊
30c‧‧‧第2長邊
30d‧‧‧第2短邊
40‧‧‧第2片材
40a‧‧‧第3長邊
40b‧‧‧第3短邊
40c‧‧‧第4長邊
40d‧‧‧第4短邊
50‧‧‧第1電極
51‧‧‧第1非電極區域
52‧‧‧第3非電極區域
53‧‧‧第3電極
60‧‧‧第2電極
61‧‧‧第2非電極區域
62‧‧‧第4非電極區域
63‧‧‧第4電極
70‧‧‧連接用電極
90‧‧‧下部
90a‧‧‧下部
90b‧‧‧上部
91‧‧‧狹縫
100‧‧‧導電層
100A‧‧‧導電膜
d1‧‧‧寬度
d2‧‧‧寬度
X‧‧‧長邊方向
Y‧‧‧短邊方向
圖1(a)係用於本發明之實施形態1之壓電元件之第1片材之立體圖，圖1(b)係用於本發明之實施形態1之壓電元件之第2片材之立體圖。
圖2係表示第1、第2片材之積層狀態之主要部分之分解圖。
圖3(a)係形成導電膜之前之塊狀物之立體圖，圖3(b)係已形成導電膜之塊狀物之立體圖，圖3(c)係已形成導電膜之塊狀物之後視圖。
圖4(a)係於已形成導電膜之塊狀物形成複數個狹縫之完成品之立體圖，圖4(b)係其後視圖。
圖5(a)係本發明之實施形態2之壓電元件之立體圖，圖5(b)係其後視圖。
圖6(a)係用於本發明之實施形態3之壓電元件之第1片材之立體圖，圖6(b)係用於本發明之實施形態3之壓電元件之第2片材之立體圖。
圖7(a)係用於先前之壓電元件之第1片材之平面圖，圖7(b)係用於先前之壓電元件之第2片材之平面圖。
圖8(a)係形成導電膜之前之先前之作為中間品之塊狀物之立體圖，圖8(b)係其後視圖，圖8(c)係已形成導電膜之塊狀物之後視圖。
圖9係於已形成導電膜之塊狀物形成複數個狹縫之先前之壓電元件之立體圖。
圖10(a)~(c)係先前之壓電元件之非電極區域及其移位之圖表。
以下，基於圖1~圖6說明本發明之各實施形態。
(實施形態1)
圖1~圖4係表示本發明之實施形態1。
圖1(a)(b)係用於本發明之壓電元件之第1片材30、第2片材40之放大立體圖。X表示長邊方向。
主面為長方形之第1片材30包含於短邊方向Y上相對向之第1長邊30a、第2長邊30c、及於長邊方向X上相對向之第1短邊30b、第2短邊30d。於其主面，自第2長邊30c側向第1長邊30a，且至第1短邊30b、第2短邊30d之兩端形成有第1電極50。自第1長邊30a側向第2長邊30c，且至第1短邊30b、第2短邊30d之兩端形成有未形成電極之第1非電極區域51。
主面為長方形之第2片材40係包含於短邊方向Y上相對向之第3長邊40a、第4長邊40c、及於長邊方向X上相對向之第3短邊40b、第4短邊40d之矩形。於其主面，自第3長邊40a側向第4長邊40c，且至第3短邊40b、第4短邊40d之兩端形成有第2電極60。自第4長邊40c側向第3長邊40a，且至第3短邊40b、第4短邊40d之兩端形成有未形成電極之第2非電極區域61。
第1、第2片材30、40藉由設為相同厚度，可使煅燒時產生之形變量為最小。較佳為1片之厚度為5~100 μm，較理想為10~50 μm。
圖3(a)中表示將該等第1、第2片材30、40如圖2所示於下部90a上交替地積層複數片、進行加壓並燒結而成之塊狀物。
該塊狀物可自左側面20d及右側面20b之兩側面，以非破壞方式觀察燒結後之第1非電極區域51、第2非電極區域61。亦可觀察第1電極50、第2電極60。又，可自塊狀物之背面20c側以非破壞方式觀察燒結後之第1電極50。可自塊狀物之正面20a以非破壞方式觀察燒結後之第2電極60。
作為下部90a，可使用無電極之上述陶瓷生片，於上部90b亦可使用無電極之上述陶瓷生片。
於圖3(a)所示之塊狀物之背面20c，如圖3(c)所示形成有導電膜100A。該導電膜100A係如圖3(b)所示經過右側面20b並橫跨塊狀物之正面20a之右側面20b側之端部20ab之區間而形成。又，該導電膜100A係經過左側面20d並橫跨塊狀物之正面20a之左側面20d側之端部20ad之區間而形成。
對如此形成有導電膜100A之中間品之塊狀物，如圖4(a)所示，於長邊方向X上以特定間隔於第1、第2片材30、40之積層方向形成狹縫91而完成壓電元件。圖4(b)係表示已完成之壓電元件之後視圖。
根據該構成，於第1片材30之第2長邊30c露出之第1電極50彼此之間藉由形成於背面20c之導電膜100A而連接，且該導電膜100A經由右側面20b被引出至塊狀物之正面20a之右側面20b側之端部20ab之區間、且經由左側面20d被引出至塊狀物之正面20a之左側面20d側之端部20ad之區間，因此藉由使外部電極接觸於塊狀物之正面20a之端部20ab之區間或端部20ad之區間之任一者、及在塊狀物之正面20a露出之第2電極60，可藉由自塊狀物之正面20a側之連接而驅動壓電元件。
又，根據該構成，於如圖3(a)所示般形成導電膜100A之前之狀態下，第1電極50之端面與第2電極60之端面於塊狀物之左側面20d與右側面20b之任一者均露出，故可以非破壞方式觀察第1非電極區域51之寬度與第2非電極區域61之寬度。因此，可檢查成為壓電元件之情形時之最大移位之場所與最大移位量。
因此，於將該壓電元件用於噴墨等之情形時，可藉由該檢查而挑選壓電元件，而可抑制噴墨之液滴量之不均一，可實現高精度之塗佈。
又，於如上所述經由右側面20b、左側面20d將導電膜100A引出至正面20a之情形時，在背面20c與左側面20d之角部26、及左側面20d與正面20a之角部27，易產生導電膜100A之脫落。
但，該實施形態中，由於連接於背面20c之導電膜100A之第1電極 50在左側面20d之端面露出，又，連接於正面20a之導電膜100A之第2電極60在左側面20d之端面露出，故即使在上述角部26、27產生導電膜100A之脫落，於左側面20d之端面露出之第1電極50與第2電極60亦藉由形成於左側面20d之導電膜100A而短路，因此不會產生背面20c之導電膜100A與正面20a之導電膜100A之導通不良。右側面20b之情形亦為相同。
再者，上述實施形態中，於中間品之塊狀物之右側面20b與左側面20d兩者形成有導電膜100A，且將導電膜100A引出至右側面20b側之端部20ab之區間、及左側面20d側之端部20ad之區間，但亦可於一側面形成導電膜100A而構成。具體而言，在未於塊狀物之右側面20b形成導電膜100A之情形時，將背面20c之導電膜100A經由形成於左側面20d之導電膜100A而引出至端部20ad之區間。該情形時，於右側面20b側之端部20ab之區間未設置導電膜100A。
(實施形態2)
圖5係表示本發明之實施形態2。
實施形態1中係將背面20c之導電膜100A經由右側面20b與左側面20d中之至少一者引出至正面20a，但於圖5所示之實施形態2中，亦可將如圖5(b)所示形成於背面20c之導電膜100A，經由如圖5(a)所示形成於上表面20e之導電膜100A，引出至中間品之塊狀物之右側面20b側之端部20ab之區間、及左側面20d側之端部20ad之區間。其他與實施形態1相同。
又，該實施形態2中係經由形成於上表面20e之導電膜100A將背面20c之導電膜100A引出至正面20a，但於需要與較大驅動電流對應之情形時，亦可構成為如實施形態1般將背面20c之導電膜100A經由右側面20b與左側面20d中之至少一者而引出至正面20a，且進而經由形成於上表面20e之導電膜100A將背面20c之導電膜100A引出至正面20a。
又，雖係經由形成於上表面20e之導電膜100A將背面20c之導電膜100A引出至正面20a，但亦可代替形成於上表面20e之導電膜100A，而經由形成於中間品之塊狀物之底面20f之導電膜(未圖示)將背面20c之導電膜100A引出至正面20a。於需要與較大驅動電流對應之情形時，亦可構成為如實施形態1般將背面20c之導電膜100A經由右側面20b與左側面20d中之至少一者引出至正面20a，且進而經由形成於底面20f之導電膜將背面20c之導電膜100A引出至正面20a。進而，亦可將背面20c之導電膜100A經由右側面20b與左側面20d中之至少一者引出至正面20a，且進而經由形成於中間品之塊狀物之上表面20e及底面20f之導電膜將背面20c之導電膜100A引出至正面20a。
再者，上述說明中已說明將形成於背面20c之導電膜100A引出至右側面20b側之端部20ab之區間、及左側面20d側之端部20ad之區間兩者之情形，但將形成於背面20c之導電膜100A僅引出至端部20ab之區間與端部20ad之區間中之任一者之情形亦為相同。
上述各實施形態中，第1片材30之第1電極50係形成為到達至第1短邊30b、第2短邊30d，但亦可形成至第1短邊30b、第2短邊30d中之至少一端部而構成。同樣地，第2片材40之第1電極60係形成為到達至第3短邊40b、第4短邊40d，但亦可形成至第3短邊40b、第4短邊40d中之至少一端部而構成。
上述各實施形態中，於右側面20b與左側面20d之整面形成有導電膜100A，但只要為足以使於右側面20b或左側面20d露出之第1、第2電極50、60短路之寬度之導電膜，則無須為整面。
(實施形態3)
圖6(a)係表示用於實施形態3之壓電元件之第1片材30之平面圖，圖6(b)係表示用於實施形態3之壓電元件之第2片材40之平面圖。
實施形態1中係將圖1所示之第1片材30與第2片材40積層，進行加 壓並煅燒而積層，但於該實施形態3中，將圖6(a)(b)所示之第1片材30與第2片材40積層，進行加壓並煅燒而形成壓電元件。
於圖6(a)(b)所示之第1片材30，設置有第1電極50、第1非電極區域51、第3非電極區域52、及第3電極53。於第2片材40，設置有第2電極60、第2非電極區域61、第4非電極區域62、及第4電極63。其他與實施形態1相同。
與實施形態1之不同為設置第3非電極區域52，分離第1電極50而設置第3電極53，及設置第4非電極區域62，分離第2電極60而設置第4電極63。
第3電極53、第4電極63於完成品之壓電元件中，成為圖4之正面20a之左側面20d側之左部角隅部25a之內部電極、或正面20c之右側面20b側之右部角隅部25b之內部電極。
再者，於將第1片材30與第2片材40積層，進行加壓並煅燒而成之塊狀之壓電元件中，於第3非電極區域52與第4非電極區域62之內，有一個狹縫91。其係預先設置第3非電極區域52、第4非電極區域62，而使絕緣之距離變長，從而提高絕緣性者。
上述例中，存在自第1片材30之3邊中正中間之1邊，到達至第1非電極區域51之第3非電極區域52。另一方面，存在自第2片材40之3邊中正中間之1邊，到達至第2非電極區域61之未形成電極之第4非電極區域62。
再者，可將上述壓電元件用於壓電方式噴墨裝置。藉由將上述壓電元件安裝於填充有墨水之微細管，並對該壓電元件施加電壓使其變形而使墨水向管外噴出。可用於液晶之彩色濾光片、EL之生產。墨水為包含顏色成分之墨水。
上述實施形態1~3中，中間品之塊狀物及完成品之壓電元件之形狀為四稜柱，但亦可為四稜柱以外之形狀。
[產業上之可利用性]
本發明可利用於壓電元件。又，該壓電元件可利用於噴墨裝置。
20‧‧‧塊狀物
20a‧‧‧正面
20ab‧‧‧端部
20ad‧‧‧端部
20b‧‧‧右側面
20c‧‧‧背面
20d‧‧‧左側面
25a‧‧‧左部角隅部
25b‧‧‧右部角隅部
26‧‧‧角部
27‧‧‧角部
50‧‧‧第1電極
60‧‧‧第2電極
90a‧‧‧下部
91‧‧‧狹縫
100A‧‧‧導電膜
X‧‧‧長邊方向
Y‧‧‧短邊方向

Claims (11)

  1. 一種壓電元件，其係將第1片材及第2片材以該等片材各自之主面成為上方或下方之方式將該第1片材的主面所包含之第1長邊與該第2片材的主面所包含之第3長邊對齊、且將該第1片材的主面所包含之第1短邊與該第2片材的主面所包含之第3短邊對齊而積層之長方體之塊狀物(block)，上述第1片材係：主面為包含上述第1長邊、上述第1短邊、第2長邊及第2短邊之長方形，於上述主面，自上述第1短邊之一部分至上述第2長邊，形成有第1電極，上述第2片材係：主面為包含上述第3短邊、第4短邊、上述第3長邊及第4長邊之長方形，於上述主面，自上述第3短邊之一部分至上述第3長邊，形成有第2電極；其中該壓電元件包含：於上述塊狀物中上述第1片材之上述第1長邊之方向，特定間隔地形成之與上述第1片材之上述第1長邊垂直之複數個狹縫；且形成有導電膜，該導電膜係將上述塊狀物之包含上述第1片材之上述第2長邊之面、上述塊狀物之包含上述第1片材之上述第1長邊之面內由上述狹縫區分之複數個面中最靠近於上述第1片材之上述第1短邊側之面、及上述塊狀物之包含上述第1片材之上述第1短邊與上述第2片材之上述第3短邊之面電性連接。
  2. 一種壓電元件，其係將第1片材及第2片材以該等片材各自之主面成為上方或下方之方式將該第1片材的主面所包含之第1長邊與該第2片材的主面所包含之第3長邊對齊、且將該第1片材的主面所包含之第1短邊與該第2片材的主面所包含之第3短邊對齊而積層之長方體之塊狀物， 上述第1片材係：主面為包含上述第1長邊、上述第1短邊、第2長邊及第2短邊之長方形，於上述主面，自第1短邊之一部分至上述第2長邊，形成有第1電極，上述第2片材係：主面為包含上述第3短邊、第4短邊、上述第3長邊及第4長邊之長方形，於上述主面，自上述第3短邊之一部分至上述第3長邊，形成有第2電極；該壓電元件包含：於上述塊狀物中之上述第1片材之上述第1長邊之方向，特定間隔地形成之與上述第1片材之上述第1長邊垂直之複數個狹縫；且形成有導電膜，該導電膜係將上述塊狀物之包含上述第1片材之上述第2長邊之面、上述塊狀物之包含上述第1片材之上述第1長邊之面內由上述狹縫區分之複數個面中最靠近上述第1片材之上述第1短邊側之面、及上述塊狀物之上表面或底面電性連接。
  3. 如請求項1或2之壓電元件，其中上述第1電極形成於上述第1片材之上述第2長邊之整個區域，而未形成於上述第1片材之上述第1長邊之整個區域；進而，上述第2電極形成於上述第2片材之上述第3長邊之整個區域，而未形成於上述第2片材之上述第4長邊之整個區域。
  4. 如請求項1或2之壓電元件，其中上述第1電極形成至上述第1片材之上述第1短邊與上述第2短邊之兩端；進而，上述第2電極形成至上述第2片材之上述第3短邊與上述第4短邊之兩端。
  5. 如請求項1之壓電元件，其中上述導電膜進而形成為將上述塊狀物之包含上述第1片材之上述第2長邊之面、上述塊狀物之包含上述第1片材之上述第1長邊之面內由上述狹縫區分之複數個面內的最靠近於上述第2短邊之端部、及上述塊狀物之包含上述第1片 材之上述第2短邊與上述第2片材之上述第4短邊之面電性連接。
  6. 如請求項1或2之壓電元件，其中於上述第1片材形成有未形成電極之第3非電極區域，其係用以分割上述第1電極之一部分而形成第3電極；於上述第2片材形成有未形成電極之第4非電極區域，其係用以分割上述第2電極之一部分而形成第4電極。
  7. 如請求項1或2之壓電元件，其中於上述第1片材形成有未形成電極之第3非電極區域，其係用以分割上述第1電極之一部分而形成第3電極；於上述第2片材形成有未形成電極之第4非電極區域，其係用以分割上述第2電極之一部分而形成第4電極；上述第3非電極區域係於上述第1長邊方向分割上述第1電極；上述第4非電極區域係於上述第1長邊方向分割上述第2電極。
  8. 如請求項7之壓電元件，其中1個上述狹縫係位於上述第3非電極區域與上述第4非電極區域內。
  9. 如請求項2之壓電元件，其中上述導電膜進而形成為將上述塊狀物之包含上述第1片材之上述第2長邊之面、上述塊狀物之包含上述第1片材之上述第1長邊之面內由上述狹縫區分之複數個面內的最靠近上述第1片材之上述第2短邊的端部、及上述塊狀物之上表面或底面電性連接。
  10. 一種噴墨裝置，其使用如請求項1或2之壓電元件，將墨水塗佈至被塗佈物。
  11. 一種塗佈方法，其使用如請求項1或2之壓電元件，將墨水塗佈至被塗佈物。
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