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JP2008198959A - Method for manufacturing piezoelectric actuator and method for manufacturing liquid transfer device - Google Patents

Method for manufacturing piezoelectric actuator and method for manufacturing liquid transfer device Download PDF

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JP2008198959A JP2007035688A JP2007035688A JP2008198959A JP 2008198959 A JP2008198959 A JP 2008198959A JP 2007035688 A JP2007035688 A JP 2007035688A JP 2007035688 A JP2007035688 A JP 2007035688A JP 2008198959 A JP2008198959 A JP 2008198959A
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diaphragm
piezoelectric layer
piezoelectric
recess
region
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Inventor
Hiroto Sugawara
宏人 菅原
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Publication date
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Priority to CN2008100807706A priority patent/CN101244651B/en
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Abstract

【課題】エアロゾルデポジション法により圧電層を形成する際に、振動板に形成された凹部の表面に圧電層が形成されるのを容易に阻止できる、圧電アクチュエータの製造方法を提供する。
【解決手段】まず、振動板30の上面の、圧力室14と対応する位置に凹部40を形成する。次に、振動板30の凹部40に、振動板30よりも弾性率が低く、且つ、流動性を有する低弾性材50を充填する。そして、振動板30の上面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを吹き付けて、圧電層31を形成する。このとき、凹部40に充填された低弾性材50の表面には圧電材料の粒子が付着しないことから、低弾性材50の表面を除く領域にのみ圧電層31を形成することができる。
【選択図】図7
Provided is a method of manufacturing a piezoelectric actuator that can easily prevent the formation of a piezoelectric layer on the surface of a recess formed in a diaphragm when the piezoelectric layer is formed by an aerosol deposition method.
First, a recess 40 is formed at a position corresponding to a pressure chamber 14 on the upper surface of a vibration plate 30. Next, the recess 40 of the diaphragm 30 is filled with a low elastic material 50 having a lower elastic modulus than the diaphragm 30 and having fluidity. Then, an aerosol containing particles of piezoelectric material and a carrier gas is sprayed on the upper surface of the vibration plate 30 to form the piezoelectric layer 31. At this time, since the particles of the piezoelectric material do not adhere to the surface of the low elastic material 50 filled in the recess 40, the piezoelectric layer 31 can be formed only in the region excluding the surface of the low elastic material 50.
[Selection] Figure 7

Description

本発明は、圧電アクチュエータの製造方法、及び、液体移送装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric actuator and a method for manufacturing a liquid transfer device.

従来から、ノズルからインクを噴射するインクジェットヘッドとして、圧電材料層に電界が作用したときの圧電変形(圧電歪)を利用してインクに噴射圧力を付与する、圧電アクチュエータを備えたものが知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, an inkjet head that ejects ink from a nozzle includes a piezoelectric actuator that applies ejection pressure to ink using piezoelectric deformation (piezoelectric strain) when an electric field acts on a piezoelectric material layer. ing.

例えば、特許文献1に記載のインクジェットヘッドの圧電アクチュエータは、流路ユニットに形成された複数の圧力室を覆う金属製の振動板と、この振動板の上面に配置された圧電層と、圧電層の上面の、複数の圧力室と対向する領域にそれぞれ配置された複数の個別電極とを有する。そして、この圧電アクチュエータは、圧電層上面の個別電極と圧電層の下側に位置する共通電極としての振動板との間に所定の駆動電圧が印加されたときの、圧電層の収縮によって振動板に撓み変形を生じさせるように構成されている。そして、この振動板の変形に応じて圧力室の容積が変化することにより、圧力室内のインクに噴射圧力が付与されることになる。   For example, a piezoelectric actuator for an inkjet head described in Patent Document 1 includes a metal diaphragm that covers a plurality of pressure chambers formed in a flow path unit, a piezoelectric layer disposed on the upper surface of the diaphragm, and a piezoelectric layer. And a plurality of individual electrodes respectively disposed in regions facing the plurality of pressure chambers. And this piezoelectric actuator is a diaphragm by contraction of the piezoelectric layer when a predetermined drive voltage is applied between the individual electrode on the upper surface of the piezoelectric layer and the diaphragm as a common electrode located below the piezoelectric layer. It is comprised so that bending deformation may be produced. Then, when the volume of the pressure chamber changes according to the deformation of the diaphragm, the ejection pressure is applied to the ink in the pressure chamber.

また、この特許文献1の圧電アクチュエータにおいては、振動板の上面に凹部(溝)が形成されている。この凹部としては、圧力室と対向する領域に形成されたものや、圧力室と対向しない外側領域に形成されたものが開示されている。そして、この凹部を含む振動板の上面全域にエアロゾルデポジション法(AD法)等を用いて圧電材料の粒子を堆積させることで圧電層を形成する。すると、凹部内においてはその周囲の平坦な領域よりも粒子が堆積しにくいために、振動板の凹部が形成された領域において圧電層が局所的に薄くなる。その結果、凹部が形成された領域において、振動板と圧電層の両方の厚み、即ち、圧電アクチュエータの剛性が局所的に低下している。   Moreover, in the piezoelectric actuator of this patent document 1, the recessed part (groove | channel) is formed in the upper surface of a diaphragm. As this recessed part, what was formed in the area | region facing a pressure chamber, and what was formed in the outer side area | region which does not oppose a pressure chamber are disclosed. Then, the piezoelectric layer is formed by depositing particles of the piezoelectric material using the aerosol deposition method (AD method) or the like over the entire upper surface of the diaphragm including the concave portion. Then, since particles are less likely to deposit in the recesses than in the surrounding flat region, the piezoelectric layer is locally thinned in the region where the recesses of the diaphragm are formed. As a result, in the region where the recess is formed, the thickness of both the diaphragm and the piezoelectric layer, that is, the rigidity of the piezoelectric actuator is locally reduced.

振動板の凹部が圧力室と対向する領域に配置されている場合には、この圧力室と対向する領域において振動板が変形しやすくなる。つまり、所望の変形量(即ち、圧力室の容積変化量)を得るために必要な駆動電圧を低減することが可能となる。また、振動板の凹部が、隣接する圧力室の間の領域に配置されている場合には、これら隣接する圧力室間において、振動板の変形が相互に伝播することによる圧力変動(クロストーク)が抑制される。   When the concave portion of the diaphragm is disposed in a region facing the pressure chamber, the diaphragm is easily deformed in the region facing the pressure chamber. That is, it is possible to reduce the driving voltage necessary for obtaining a desired deformation amount (that is, the volume change amount of the pressure chamber). Further, when the concave portion of the diaphragm is disposed in a region between adjacent pressure chambers, pressure fluctuation (crosstalk) due to the mutual propagation of the deformation of the diaphragm between these adjacent pressure chambers. Is suppressed.

特開2006−96034号公報JP 2006-96034 A

圧力室と対向する領域における振動板の変形を促進して駆動電圧を低減する、あるいは、隣接する圧力室の間のクロストークを抑制するという観点からは、凹部が形成されている領域の圧電アクチュエータの剛性を一層低下させるために、凹部の表面に圧電材料が堆積していないことが好ましい。しかし、前記特許文献1の圧電アクチュエータにおいては、凹部内に堆積する圧電材料の量は、凹部以外の平坦な領域よりも少なくなるものの、多少は堆積してしまう。また、凹部に堆積した圧電層を、レーザー等を用いて除去することは可能であるが、必要な領域の圧電層をも除去してしまうことがないように、高い加工精度で除去を行う必要があることから、このような工程が増えることにより製造コストが増大する。   From the viewpoint of accelerating the deformation of the diaphragm in the region facing the pressure chamber and reducing the driving voltage, or suppressing crosstalk between adjacent pressure chambers, the piezoelectric actuator in the region where the recess is formed In order to further reduce the rigidity, it is preferable that no piezoelectric material is deposited on the surface of the recess. However, in the piezoelectric actuator of Patent Document 1, the amount of piezoelectric material deposited in the recess is less than that in a flat region other than the recess, but is somewhat deposited. Although it is possible to remove the piezoelectric layer deposited in the concave portion using a laser or the like, it is necessary to remove the piezoelectric layer in a necessary region with high processing accuracy so as not to remove the piezoelectric layer in a necessary region. Therefore, the manufacturing cost increases due to the increase of such processes.

本発明の目的は、凹部が形成された振動板の表面にAD法により圧電層を形成する際に、凹部の表面に圧電層が形成されるのを容易に阻止できる、圧電アクチュエータの製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a piezoelectric actuator that can easily prevent the formation of a piezoelectric layer on the surface of a recess when the piezoelectric layer is formed on the surface of a diaphragm having the recess by an AD method. Is to provide.

第1の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、変形許容部を備えた基材の一表面に前記変形許容部を覆うように接合される振動板と、前記振動板の、前記基材との接合面と反対側に位置する積層面に配置される圧電層と、前記圧電層の一方の面に配置される第1電極、及び、前記圧電層の他方の面に配置される第2電極と、を含む圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記振動板の前記積層面の、前記変形許容部と対応する位置に凹部を形成する凹部形成工程と、前記振動板の前記凹部に、前記振動板の前記積層面よりも弾性率が低く、且つ、流動性を有する低弾性材を充填する低弾性材充填工程と、前記振動板の前記積層面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを吹き付けて、前記凹部に充填された前記低弾性材の表面を除く領域に前記圧電材料の粒子を堆積させて、前記圧電層を形成する圧電層形成工程とを備えていることを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoelectric actuator, comprising: a vibration plate that is bonded to one surface of a base material that includes a deformation permissible portion so as to cover the deformation permissible portion; A piezoelectric layer disposed on a laminated surface opposite to the surface, a first electrode disposed on one surface of the piezoelectric layer, and a second electrode disposed on the other surface of the piezoelectric layer; A method of manufacturing a piezoelectric actuator including:
A recess forming step of forming a recess at a position corresponding to the deformation-permitting portion of the laminated surface of the diaphragm; and an elastic modulus lower than the laminated surface of the diaphragm in the recessed portion of the diaphragm; and A low-elastic material filling step of filling a low-elastic material having fluidity, and an aerosol containing piezoelectric material particles and a carrier gas is sprayed onto the laminated surface of the diaphragm, and the concave portion is filled. And a piezoelectric layer forming step of forming the piezoelectric layer by depositing particles of the piezoelectric material in a region excluding the surface of the low elastic material.

本発明の圧電アクチュエータの製造方法においては、振動板の凹部に振動板よりも弾性率の小さい低弾性材を充填した後、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを振動板に吹き付け、粒子を振動板に衝突させて堆積させることにより圧電層を形成する。ここで、低弾性材が設けられた振動板の表面にエアロゾルを吹き付けたときには、弾性率の低い(即ち、表面硬度の低い)低弾性材の表面においては、材料粒子の付着が阻害されることが分かっている(特開2005−317952号公報参照)。そのため、凹部に充填された低弾性材の表面には圧電材料の粒子が堆積せず、この低弾性材50の表面以外の領域にのみ圧電層31が形成される。つまり、AD法で圧電層を形成する前に、凹部に低弾性材を充填するという簡単な工程を付加するだけで、振動板に形成された凹部の表面に圧電層が形成されるのを阻止できる。   In the manufacturing method of the piezoelectric actuator of the present invention, after filling the concave portion of the diaphragm with a low elastic material having a smaller elastic modulus than the diaphragm, an aerosol containing particles of the piezoelectric material and a carrier gas is sprayed on the diaphragm, The piezoelectric layer is formed by causing the particles to collide with the vibration plate and depositing them. Here, when aerosol is sprayed on the surface of the diaphragm provided with the low elastic material, adhesion of material particles is inhibited on the surface of the low elastic material having a low elastic modulus (that is, low surface hardness). Is known (see JP 2005-317952 A). Therefore, the piezoelectric material particles are not deposited on the surface of the low elastic material filled in the recesses, and the piezoelectric layer 31 is formed only in a region other than the surface of the low elastic material 50. In other words, before forming the piezoelectric layer by the AD method, it is possible to prevent the piezoelectric layer from being formed on the surface of the concave portion formed in the vibration plate by adding a simple process of filling the concave portion with a low elastic material. it can.

また、低弾性材として流動性を有するものを使用するため、低弾性材の凹部への充填を容易に行える。さらに、予め振動板に凹部を形成してそこに低弾性材を充填するため、流動性を有する低弾性材を、圧電層の形成を阻止したい所定の領域に定在させることができる。   In addition, since a low elastic material having fluidity is used, the low elastic material can be easily filled into the recesses. Further, since the concave portion is formed in the diaphragm in advance and filled with the low elastic material, the low elastic material having fluidity can be fixed in a predetermined region where the formation of the piezoelectric layer is desired to be prevented.

第2の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第1の発明において、前記圧電層形成工程の後に前記低弾性材を除去する、除去工程をさらに備えていることを特徴とするものである。このように、圧電層を形成した後に、凹部内の低弾性材を除去することで、振動板に凹部が形成された領域における、圧電アクチュエータの剛性がさらに低下する。   The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to a second aspect of the invention is characterized in that, in the first aspect of the invention, the method further comprises a removing step of removing the low-elasticity material after the piezoelectric layer forming step. As described above, after the piezoelectric layer is formed, the low elastic material in the recess is removed, whereby the rigidity of the piezoelectric actuator in the region where the recess is formed in the diaphragm is further reduced.

第3の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第2の発明において、前記圧電層形成工程の後に前記圧電層に熱処理を施す、熱処理工程をさらに有し、前記低弾性材の熱分解温度が、前記熱処理工程における前記圧電層の熱処理温度よりも低いことを特徴とするものである。   The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to a third aspect of the present invention further includes a heat treatment step in which heat treatment is performed on the piezoelectric layer after the step of forming the piezoelectric layer in the second aspect, and the thermal decomposition temperature of the low elastic material is The temperature is lower than the heat treatment temperature of the piezoelectric layer in the heat treatment step.

AD法で圧電層を形成した場合には、振動板への衝突による粒子の微細化や格子欠陥等が発生するため、このままでは、振動板を変形させるのに必要な圧電特性が得られないことが多い。そこで、圧電特性を向上させるために、通常、AD法により形成した圧電層に対して熱処理(アニール処理)を施す。ここで、本発明においては、低弾性材の熱分解温度が、圧電層の熱処理温度(アニール温度)よりも低いため、熱処理の際に低弾性材が熱分解して消散する。つまり、圧電層の熱処理と低弾性材の除去を同時に行うことができるため、圧電アクチュエータの製造工程を短縮することが可能になる。   When the piezoelectric layer is formed by the AD method, particle miniaturization or lattice defects occur due to collision with the diaphragm, and as such, the piezoelectric characteristics necessary for deforming the diaphragm cannot be obtained. There are many. Therefore, in order to improve the piezoelectric characteristics, heat treatment (annealing) is usually performed on the piezoelectric layer formed by the AD method. Here, in the present invention, since the thermal decomposition temperature of the low elastic material is lower than the heat treatment temperature (annealing temperature) of the piezoelectric layer, the low elastic material is thermally decomposed and dissipated during the heat treatment. That is, since the heat treatment of the piezoelectric layer and the removal of the low elastic material can be performed simultaneously, the manufacturing process of the piezoelectric actuator can be shortened.

第4の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第1〜第3の何れかの発明において、前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、少なくとも前記変形許容部と対向する領域に前記凹部を形成することを特徴とするものである。このように、振動板の変形許容部と対向する領域に凹部を形成し、さらに、この凹部の表面に圧電層を堆積させないようにすることで、変形許容部と対向する領域において振動板が変形しやすくなるため、駆動電圧を低減することが可能となる。   The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to a fourth aspect of the present invention is the method for manufacturing a piezoelectric actuator according to any one of the first to third aspects, wherein in the recess forming step, at least a region of the laminated surface of the diaphragm facing the deformation allowing portion. The concave portion is formed. In this way, the concave portion is formed in the region facing the deformation allowing portion of the diaphragm, and the piezoelectric layer is not deposited on the surface of the concave portion, so that the diaphragm is deformed in the region facing the deformation allowing portion. Therefore, the drive voltage can be reduced.

第5の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第4の発明において、前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、前記変形許容部の周縁部と対向する領域に前記凹部を形成することを特徴とするものである。この場合、凹部が形成されていない、変形許容部の中央部と対向する領域に圧電層が形成される。従って、この圧電層を挟むように第1電極と第2電極とを配置することによって、圧電層が形成された中央部領域は、圧電層が自ら収縮して振動板に変形を生じさせる駆動領域となる。一方、変形許容部の周縁部と対向する領域には圧電層が形成されず、この領域は、前記駆動領域により生じた振動板の変形に応じて従動的に変形する従動領域となる。   The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to a fifth aspect of the present invention is the method for manufacturing a piezoelectric actuator according to the fourth aspect, wherein, in the recess formation step, the recess is formed in a region of the laminated surface of the diaphragm facing the peripheral edge of the deformation allowing portion. It is characterized by doing. In this case, the piezoelectric layer is formed in a region facing the central portion of the deformation-permitting portion where no recess is formed. Therefore, by disposing the first electrode and the second electrode so as to sandwich the piezoelectric layer, the central region where the piezoelectric layer is formed is a driving region in which the piezoelectric layer contracts itself and the diaphragm is deformed. It becomes. On the other hand, a piezoelectric layer is not formed in a region facing the peripheral portion of the deformation allowing portion, and this region becomes a driven region that is deformed in accordance with the deformation of the diaphragm caused by the drive region.

第6の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第4の発明において、前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、前記変形許容部の中央部と対向する領域に前記凹部を形成することを特徴とするものである。この場合、凹部が形成されていない、変形許容部の周縁部と対向する領域に圧電層が形成される。従って、この圧電層を挟むように第1電極と第2電極とを配置することによって、圧電層が形成された周縁部領域は、圧電層が自ら収縮して振動板に変形を生じさせる駆動領域となる。一方、変形許容部の中央部と対向する領域には圧電層が形成されず、この領域は、前記駆動領域により生じた振動板の変形に応じて従動的に変形する従動領域となる。   In the method of manufacturing a piezoelectric actuator according to a sixth aspect of the present invention, in the fourth aspect of the invention, in the concave portion forming step, the concave portion is formed in a region of the laminated surface of the diaphragm facing the central portion of the deformation allowing portion. It is characterized by doing. In this case, the piezoelectric layer is formed in a region facing the peripheral edge of the deformation-permitting portion where no recess is formed. Therefore, by arranging the first electrode and the second electrode so as to sandwich the piezoelectric layer, the peripheral region where the piezoelectric layer is formed is a driving region in which the piezoelectric layer contracts itself and the diaphragm is deformed. It becomes. On the other hand, the piezoelectric layer is not formed in a region facing the central portion of the deformation allowing portion, and this region becomes a driven region that is deformed in accordance with the deformation of the diaphragm caused by the drive region.

第7の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記第1〜第3の何れかの発明において、前記基材は、複数の前記変形許容部とこれら複数の変形許容部を隔てる隔壁部とを有するものであり、前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、少なくとも前記隔壁部と対向する領域に前記凹部を形成することを特徴とするものである。このように、振動板の隔壁部と対向する領域に凹部を形成し、さらに、この凹部の表面に圧電層を堆積させないようにすることで、隔壁部で隔てられる2つの変形許容部間において振動板の変形が伝播しにくくなり、クロストークが抑制される。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric actuator manufacturing method according to any one of the first to third aspects, wherein the base material has a plurality of deformation permissible portions and a partition wall that separates the plurality of deformation permissible portions. In the recess forming step, the recess is formed in at least a region of the laminated surface of the diaphragm facing the partition wall. In this way, by forming a recess in the region facing the partition wall of the diaphragm and further preventing the piezoelectric layer from being deposited on the surface of the recess, vibration is generated between the two deformation-permitted portions separated by the partition wall. The deformation of the plate is difficult to propagate and crosstalk is suppressed.

第8の発明の圧電アクチュエータの製造方法は、前記振動板が金属材料からなるものであり、さらに、前記第1電極が、常に所定の基準電位に保持される一方で、前記第2電極が、前記基準電位とこの基準電位とは異なる所定の駆動電位の、2種類の電位のうちの一方が選択的に付与されるものであり、
前記凹部形成工程において前記振動板の前記積層面に前記凹部を形成した後に、前記積層面に前記凹部を覆うように絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記絶縁層の表面の前記凹部と対向しない領域に、前記第1電極を形成する第1電極形成工程と、前記圧電層形成工程において前記絶縁層の表面に前記第1電極を覆うように前記圧電層を形成した後に、前記圧電層の前記振動板と反対側の面の、前記第1電極と対向する領域に前記第2電極を形成する第2電極形成工程とを有することを特徴とするものである。
In the piezoelectric actuator manufacturing method according to an eighth aspect of the invention, the diaphragm is made of a metal material, and the first electrode is always held at a predetermined reference potential, while the second electrode is One of two kinds of potentials, a predetermined driving potential different from the reference potential and the reference potential, is selectively applied,
An insulating layer forming step of forming an insulating layer so as to cover the concave portion on the laminated surface after forming the concave portion on the laminated surface of the diaphragm in the concave portion forming step; and the concave portion on the surface of the insulating layer; A first electrode forming step of forming the first electrode in a non-opposing region; and forming the piezoelectric layer so as to cover the first electrode on a surface of the insulating layer in the piezoelectric layer forming step; And a second electrode forming step of forming the second electrode in a region facing the first electrode on the surface opposite to the diaphragm.

振動板が金属材料からなる場合には、エッチングにより凹部を容易に形成することができる。しかし、圧電層を形成したときに凹部の表面には圧電材料が堆積しないことから、凹部の表面が露出したままだと、導電性の振動板の凹部表面と、圧電層の振動板と反対側に配置された第2電極との間で短絡が生じてしまう虞がある。しかし、本発明においては、振動板の積層面に凹部を覆うように絶縁層を形成するため、振動板と第2電極間の短絡が確実に防止される。また、圧電層の振動板側の面に配置される第1電極は、振動板を覆う絶縁層により、導電性を有する振動板とは絶縁されることになる。さらに、この第1電極は圧電層により覆われるため、第1電極と第2電極間の短絡も防止される。   When the diaphragm is made of a metal material, the recess can be easily formed by etching. However, since no piezoelectric material is deposited on the surface of the recess when the piezoelectric layer is formed, if the surface of the recess is left exposed, the surface of the recess of the conductive diaphragm and the opposite side of the diaphragm of the piezoelectric layer There is a possibility that a short circuit may occur with the second electrode disposed in the. However, in the present invention, since the insulating layer is formed on the laminated surface of the diaphragm so as to cover the recess, a short circuit between the diaphragm and the second electrode is reliably prevented. Further, the first electrode disposed on the surface of the piezoelectric layer on the vibration plate side is insulated from the conductive vibration plate by the insulating layer covering the vibration plate. Furthermore, since the first electrode is covered with the piezoelectric layer, a short circuit between the first electrode and the second electrode is also prevented.

第9の発明の液体移送装置の製造方法は、圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、この流路ユニットの一表面に配置される圧電アクチュエータとを有し、前記圧電アクチュエータが、前記流路ユニットの一表面に前記圧力室を覆うように接合される振動板と、前記振動板の、前記流路ユニットとの接合面と反対側の積層面に配置される圧電層と、前記圧電層の一方の面に配置される第1電極、及び、前記圧電層の他方の面に配置される第2電極とを含む、液体移送装置の製造方法であって、
前記振動板の前記積層面の、前記圧力室と対応する位置に凹部を形成する凹部形成工程と、前記振動板の前記凹部に、前記振動板の前記積層面よりも弾性率が低く、且つ、流動性を有する低弾性材を充填する低弾性材充填工程と、前記振動板の前記積層面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを吹き付けて、前記凹部に充填された前記低弾性材の表面を除く領域に前記圧電材料の粒子を堆積させて、前記圧電層を形成する圧電層形成工程とを備えていることを特徴とするものである。
According to a ninth aspect of the invention, there is provided a liquid transfer device manufacturing method comprising: a flow path unit in which a liquid flow path including a pressure chamber is formed; and a piezoelectric actuator disposed on one surface of the flow path unit; A diaphragm that is bonded to one surface of the flow path unit so as to cover the pressure chamber, and a piezoelectric layer that is disposed on a laminated surface of the vibration plate opposite to the bonding surface with the flow path unit. A method of manufacturing a liquid transfer device, comprising: a first electrode disposed on one surface of the piezoelectric layer; and a second electrode disposed on the other surface of the piezoelectric layer,
A concave portion forming step of forming a concave portion at a position corresponding to the pressure chamber of the laminated surface of the diaphragm; and an elastic modulus lower than the laminated surface of the diaphragm in the concave portion of the diaphragm; and A low-elastic material filling step of filling a low-elastic material having fluidity, and an aerosol containing particles of a piezoelectric material and a carrier gas is sprayed on the laminated surface of the diaphragm so that the low-filled material is filled in the recess. And a piezoelectric layer forming step of forming the piezoelectric layer by depositing particles of the piezoelectric material in a region excluding the surface of the elastic material.

本発明の液体移送装置の製造方法においては、振動板の凹部に振動板よりも弾性率の小さい低弾性材を充填してから、エアロゾルデポジション法により振動板に圧電層を形成する。ここで、低弾性材が設けられた振動板の表面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを吹き付けたときに、低弾性材の表面においては圧電材料の堆積が阻害される。従って、AD法で圧電層を形成する前に、凹部に低弾性材を充填するという簡単な工程を付加するだけで、振動板に形成された凹部の表面に圧電層が形成されるのを阻止できる。つまり、より一層の駆動電圧の低減とクロストークの抑制を実現可能な、圧電アクチュエータを容易に製造することができる。   In the method for manufacturing a liquid transfer device according to the present invention, the concave portion of the diaphragm is filled with a low elastic material having a smaller elastic modulus than the diaphragm, and then the piezoelectric layer is formed on the diaphragm by the aerosol deposition method. Here, when the aerosol containing the particles of the piezoelectric material and the carrier gas is sprayed on the surface of the diaphragm provided with the low elastic material, the deposition of the piezoelectric material is inhibited on the surface of the low elastic material. Therefore, before the piezoelectric layer is formed by the AD method, it is possible to prevent the piezoelectric layer from being formed on the surface of the concave portion formed in the vibration plate by adding a simple process of filling the concave portion with a low elastic material. it can. That is, it is possible to easily manufacture a piezoelectric actuator that can realize further reduction in driving voltage and suppression of crosstalk.

また、低弾性材として流動性を有するものを使用するため、低弾性材の凹部への充填を容易に行える。さらに、予め振動板に凹部を形成してそこに低弾性材を充填するため、流動性を有する低弾性材を、圧電層の形成を阻止したい所定の領域に定在させることができる。   In addition, since a low elastic material having fluidity is used, the low elastic material can be easily filled into the recesses. Further, since the concave portion is formed in the diaphragm in advance and filled with the low elastic material, the low elastic material having fluidity can be fixed in a predetermined region where the formation of the piezoelectric layer is desired to be prevented.

本発明によれば、AD法で圧電層を形成する前に、凹部に低弾性材を充填するという簡単な工程を付加するだけで、振動板に形成された凹部の表面に圧電層が形成されるのを阻止できる。また、低弾性材として流動性を有するものを使用するため、低弾性材の凹部への充填を容易に行える。さらに、予め振動板に凹部を形成してそこに低弾性材を充填するため、流動性を有する低弾性材を、圧電層の形成を阻止したい所定の領域に定在させることができる。   According to the present invention, the piezoelectric layer is formed on the surface of the concave portion formed in the vibration plate by adding a simple process of filling the concave portion with a low elastic material before forming the piezoelectric layer by the AD method. Can be prevented. In addition, since a low elastic material having fluidity is used, the low elastic material can be easily filled into the recesses. Further, since the concave portion is formed in the diaphragm in advance and filled with the low elastic material, the low elastic material having fluidity can be fixed in a predetermined region where the formation of the piezoelectric layer is desired to be prevented.

次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、液体移送装置として、記録用紙にインクを噴射して記録するインクジェットヘッドに本発明を適用した一例である。   Next, an embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is an example in which the present invention is applied to an ink jet head that performs recording by ejecting ink onto recording paper as a liquid transfer device.

まず、本実施形態のインクジェットヘッド2を備えたインクジェットプリンタ100について簡単に説明する。図1に示すように、インクジェットプリンタ100は、図1の左右方向に移動可能なキャリッジ1と、このキャリッジ1に設けられ、記録用紙Pに対してインクを噴射するシリアル型のインクジェットヘッド2と、記録用紙Pを図1の前方へ搬送する搬送ローラ3を備えている。   First, an ink jet printer 100 including the ink jet head 2 of the present embodiment will be briefly described. As shown in FIG. 1, an inkjet printer 100 includes a carriage 1 that can move in the left-right direction in FIG. 1, a serial type inkjet head 2 that is provided on the carriage 1 and that ejects ink onto recording paper P, A conveyance roller 3 is provided for conveying the recording paper P forward in FIG.

インクジェットヘッド2は、キャリッジ1と一体的に図1の左右方向へ移動しつつ、図示しないインクカートリッジから供給されたインクを、その下面に配置されたノズル20(図2〜図5参照)から記録用紙Pに対してインクを噴射する。また、搬送ローラ3は、記録用紙Pを図1の前方へ搬送する。そして、インクジェットプリンタ100は、インクジェットヘッド2のノズル20から記録用紙Pへインクを噴射させながら、搬送ローラ3により記録用紙Pを前方へ搬送させることで、記録用紙Pに所望の画像や文字等を記録するように構成されている。   The inkjet head 2 records the ink supplied from an ink cartridge (not shown) from a nozzle 20 (see FIGS. 2 to 5) disposed on the lower surface while moving in the left-right direction in FIG. 1 integrally with the carriage 1. Ink is ejected onto the paper P. Further, the transport roller 3 transports the recording paper P forward in FIG. The ink jet printer 100 conveys the recording paper P forward by the transport roller 3 while ejecting ink from the nozzles 20 of the ink jet head 2 to the recording paper P, so that a desired image, character, or the like is printed on the recording paper P. It is configured to record.

次に、インクジェットヘッド2について詳細に説明する。図2〜図5に示すように、インクジェットヘッド2は、ノズル20及び圧力室14を含むインク流路が形成された流路ユニット4と、圧力室14内のインクに圧力を付与することにより、流路ユニット4のノズル20からインクを噴射させる圧電アクチュエータ5とを備えている。   Next, the inkjet head 2 will be described in detail. As shown in FIGS. 2 to 5, the inkjet head 2 is configured to apply pressure to the ink in the pressure chamber 14 and the flow path unit 4 in which the ink flow path including the nozzle 20 and the pressure chamber 14 is formed. And a piezoelectric actuator 5 that ejects ink from the nozzles 20 of the flow path unit 4.

まず、流路ユニット4について説明する。図4、図5に示すように、流路ユニット4はキャビティプレート10、ベースプレート11、マニホールドプレート12、及びノズルプレート13を備えており、これら4枚のプレート10〜13が積層状態で接合されている。このうち、キャビティプレート10、ベースプレート11及びマニホールドプレート12はステンレス鋼製の板であり、これら3枚のプレート10〜12に、後述するマニホールド17や圧力室14等のインク流路をエッチングにより容易に形成することができるようになっている。また、ノズルプレート13は、例えば、ポリイミド等の高分子合成樹脂材料により形成され、マニホールドプレート12の下面に接着される。   First, the flow path unit 4 will be described. As shown in FIGS. 4 and 5, the flow path unit 4 includes a cavity plate 10, a base plate 11, a manifold plate 12, and a nozzle plate 13, and these four plates 10 to 13 are joined in a stacked state. Yes. Among these, the cavity plate 10, the base plate 11 and the manifold plate 12 are stainless steel plates, and ink flow paths such as a manifold 17 and a pressure chamber 14 described later can be easily etched in these three plates 10-12. It can be formed. The nozzle plate 13 is formed of, for example, a polymer synthetic resin material such as polyimide, and is bonded to the lower surface of the manifold plate 12.

図2〜図5に示すように、4枚のプレート10〜13のうち、最も上方に位置するキャビティプレート10には、平面に沿って配列された複数の圧力室14がプレート10を上下に貫通する孔により形成されている。そして、図5に示すように、隣接する圧力室14は隔壁部10aにより隔てられている。また、複数の圧力室14は、紙送り方向(図2の上下方向)に千鳥状に2列に配列されている。そして、複数の圧力室14は上下両側から後述する振動板30とベースプレート11によりそれぞれ覆われている。さらに、各圧力室14は、平面視で走査方向(図2の左右方向)に長い、略楕円形状に形成されている。   As shown in FIGS. 2 to 5, among the four plates 10 to 13, the uppermost cavity plate 10 has a plurality of pressure chambers 14 arranged along a plane vertically passing through the plate 10. It is formed by the hole to do. And as shown in FIG. 5, the adjacent pressure chamber 14 is separated by the partition part 10a. The plurality of pressure chambers 14 are arranged in two rows in a staggered manner in the paper feeding direction (vertical direction in FIG. 2). The plurality of pressure chambers 14 are respectively covered with a diaphragm 30 and a base plate 11 described later from above and below. Furthermore, each pressure chamber 14 is formed in a substantially elliptical shape that is long in the scanning direction (left-right direction in FIG. 2) in plan view.

図3、図4に示すように、ベースプレート11の、平面視で圧力室14の両端部と重なる位置には、それぞれ連通孔15,16が形成されている。また、マニホールドプレート12には、平面視で、2列に配列された圧力室14の連通孔15側の部分と重なるように、紙送り方向に延びる2つのマニホールド17が形成されている。これら2つのマニホールド17は、後述の振動板30に形成されたインク供給口18に連通しており、図示しないインクタンクからインク供給口18を介してマニホールド17へインクが供給される。さらに、マニホールドプレート12の、平面視で複数の圧力室14のマニホールド17と反対側の端部と重なる位置には、複数の連通孔16にそれぞれ連なる複数の連通孔19が形成されている。   As shown in FIGS. 3 and 4, communication holes 15 and 16 are formed at positions where the base plate 11 overlaps both end portions of the pressure chamber 14 in a plan view, respectively. The manifold plate 12 is formed with two manifolds 17 extending in the paper feeding direction so as to overlap with the communication hole 15 side portions of the pressure chambers 14 arranged in two rows in a plan view. These two manifolds 17 communicate with an ink supply port 18 formed in a vibration plate 30 described later, and ink is supplied to the manifold 17 from an ink tank (not shown) via the ink supply port 18. Furthermore, a plurality of communication holes 19 respectively connected to the plurality of communication holes 16 are formed at positions where the manifold plate 12 overlaps the ends of the plurality of pressure chambers 14 opposite to the manifolds 17 in plan view.

さらに、ノズルプレート13の、平面視で複数の連通孔19に重なる位置には、複数のノズル20がそれぞれ形成されている。図2に示すように、複数のノズル20は、紙送り方向に沿って2列に配列された複数の圧力室14の、マニホールド17と反対側の端部とそれぞれ重なるように配置されている。つまり、複数のノズル20は、複数の圧力室14とそれぞれ対応して千鳥状に2列に配列されている。   Further, a plurality of nozzles 20 are respectively formed at positions where the nozzle plate 13 overlaps the plurality of communication holes 19 in plan view. As shown in FIG. 2, the plurality of nozzles 20 are arranged so as to respectively overlap the ends of the plurality of pressure chambers 14 arranged in two rows along the paper feed direction on the side opposite to the manifold 17. That is, the plurality of nozzles 20 are arranged in two rows in a staggered manner corresponding to the plurality of pressure chambers 14 respectively.

そして、図4に示すように、マニホールド17は連通孔15を介して圧力室14に連通し、さらに、圧力室14は、連通孔16,19を介してノズル20に連通している。このように、流路ユニット4内には、マニホールド17から圧力室14を経てノズル20に至る個別インク流路21が複数形成されている。   As shown in FIG. 4, the manifold 17 communicates with the pressure chamber 14 through the communication hole 15, and the pressure chamber 14 communicates with the nozzle 20 through the communication holes 16 and 19. As described above, a plurality of individual ink flow paths 21 extending from the manifold 17 to the nozzles 20 through the pressure chambers 14 are formed in the flow path unit 4.

次に、圧電アクチュエータ5について説明する。図2〜図5に示すように、圧電アクチュエータ5は、複数の圧力室14を覆うようにキャビティプレート10の上面に配置された振動板30と、この振動板30の上面(積層面)を覆う絶縁層37と、絶縁層37で覆われた振動板30の上面に配置された圧電層31と、この圧電層31の下面(絶縁層37と圧電層31の間)に配置された共通電極34(第1電極)、及び、圧電層31の上面に配置された複数の個別電極32(第2電極)とを備えている。   Next, the piezoelectric actuator 5 will be described. As shown in FIGS. 2 to 5, the piezoelectric actuator 5 covers the vibration plate 30 disposed on the upper surface of the cavity plate 10 so as to cover the plurality of pressure chambers 14, and the upper surface (lamination surface) of the vibration plate 30. The insulating layer 37, the piezoelectric layer 31 disposed on the upper surface of the diaphragm 30 covered with the insulating layer 37, and the common electrode 34 disposed on the lower surface of the piezoelectric layer 31 (between the insulating layer 37 and the piezoelectric layer 31). (First electrode) and a plurality of individual electrodes 32 (second electrodes) arranged on the upper surface of the piezoelectric layer 31.

振動板30は、平面視で略矩形状の金属板であり、例えば、ステンレス鋼等の鉄系合金、銅系合金、ニッケル系合金、あるいは、チタン系合金などからなる。図4、図5に示すように、この振動板30は、キャビティプレート10の上面に複数の圧力室14を覆うように配設された状態で、その下面(接合面)がキャビティプレート10の隔壁部10aに接合されている。尚、振動板30が接合されるキャビティプレート10が本願発明の基材に相当し、また、キャビティプレート10に形成された圧力室14が本願発明の変形許容部に相当する。   The diaphragm 30 is a substantially rectangular metal plate in plan view, and is made of, for example, an iron-based alloy such as stainless steel, a copper-based alloy, a nickel-based alloy, or a titanium-based alloy. As shown in FIGS. 4 and 5, the diaphragm 30 is disposed on the upper surface of the cavity plate 10 so as to cover the plurality of pressure chambers 14, and the lower surface (joint surface) of the diaphragm 30 is the partition wall of the cavity plate 10. It is joined to the part 10a. The cavity plate 10 to which the diaphragm 30 is joined corresponds to the base material of the present invention, and the pressure chamber 14 formed in the cavity plate 10 corresponds to the deformation allowable portion of the present invention.

この振動板30の上面には、複数の圧力室14とそれぞれ対応する位置に複数の凹部40が形成されている。具体的には、各凹部40は、周方向の一部において分断されたほぼ環状(C字状)の溝である。そして、凹部40は、振動板30の上面の、圧力室14の周縁部と対向する領域において、連通孔15と対向する領域を除いて、圧力室14の略全周に亙って延びている。また、図3に示すように、この凹部40の外周形状は圧力室14の外周形状よりも一回り大きく、凹部40は、平面視で、対応する圧力室14の縁を含むように形成されている。つまり、凹部40の内側部分は圧力室14と対向する領域に配置されるとともに、凹部40の外側部分は圧力室14と対向しない領域に配置されている。   On the upper surface of the diaphragm 30, a plurality of recesses 40 are formed at positions corresponding to the plurality of pressure chambers 14, respectively. Specifically, each recess 40 is a substantially annular (C-shaped) groove divided in a part in the circumferential direction. The recess 40 extends over substantially the entire circumference of the pressure chamber 14 except for a region facing the communication hole 15 in a region facing the peripheral edge of the pressure chamber 14 on the upper surface of the diaphragm 30. . As shown in FIG. 3, the outer peripheral shape of the concave portion 40 is slightly larger than the outer peripheral shape of the pressure chamber 14, and the concave portion 40 is formed so as to include the edge of the corresponding pressure chamber 14 in plan view. Yes. That is, the inner portion of the recess 40 is disposed in a region facing the pressure chamber 14, and the outer portion of the recess 40 is disposed in a region not facing the pressure chamber 14.

絶縁層37は、振動板30の上面全域に形成されており、複数の凹部40の表面もこの絶縁層37により被覆されている。後ほど詳述するが、圧電アクチュエータ5の製造工程においては、絶縁層37が形成された後に圧電層31の熱処理が行われるため、絶縁層37には、耐熱温度の高い絶縁性材料が使用される。このような絶縁性材料として、例えば、アルミナやジルコニア等の絶縁性セラミックス材料を用いることができる。   The insulating layer 37 is formed over the entire upper surface of the diaphragm 30, and the surfaces of the plurality of recesses 40 are also covered with the insulating layer 37. As will be described in detail later, in the manufacturing process of the piezoelectric actuator 5, the insulating layer 37 is heat-treated after the insulating layer 37 is formed. Therefore, an insulating material having a high heat resistance temperature is used for the insulating layer 37. . As such an insulating material, for example, an insulating ceramic material such as alumina or zirconia can be used.

圧電層31は、チタン酸鉛とジルコン酸鉛との固溶体であり強誘電体であるチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)を主成分とする圧電材料からなる。この圧電層31は、絶縁層37が形成された振動板30の上面に、複数の圧力室14を覆うように形成されている。但し、圧電層31は、振動板30の複数の凹部40の表面には形成されていない。言い換えれば、圧電層31に、複数の凹部40にそれぞれ対応した複数の貫通孔41が形成されることによって、複数の圧力室14の中央部と対向する領域に、複数の貫通孔41にそれぞれ囲まれた複数の駆動部38が配置された構造が実現されている。尚、圧力室14の一端部(連通孔15側の端部)と対向する領域において凹部40が分断されているが、この凹部40を分断している部分の表面には圧電層31(連結部39)が形成されている。つまり、圧電層31は、複数の圧力室14にそれぞれ対応する複数の駆動部38が、複数の連結部39を介して互いに繋がった構造を備えている。   The piezoelectric layer 31 is made of a piezoelectric material mainly composed of lead zirconate titanate (PZT), which is a solid solution of lead titanate and lead zirconate and is a ferroelectric substance. The piezoelectric layer 31 is formed on the upper surface of the vibration plate 30 on which the insulating layer 37 is formed so as to cover the plurality of pressure chambers 14. However, the piezoelectric layer 31 is not formed on the surfaces of the plurality of recesses 40 of the vibration plate 30. In other words, a plurality of through holes 41 respectively corresponding to the plurality of recesses 40 are formed in the piezoelectric layer 31, so that the regions facing the central portions of the plurality of pressure chambers 14 are surrounded by the plurality of through holes 41, respectively. A structure in which a plurality of driving units 38 are arranged is realized. In addition, although the recessed part 40 is parted in the area | region facing the one end part (end part by the side of the communicating hole 15) of the pressure chamber 14, the piezoelectric layer 31 (connection part) is formed in the surface of the part which has divided this recessed part 40. 39) is formed. That is, the piezoelectric layer 31 has a structure in which a plurality of driving units 38 corresponding to the plurality of pressure chambers 14 are connected to each other via a plurality of connecting portions 39.

共通電極34は、絶縁層37の表面(即ち、圧電層31の下面)に配置されており、絶縁層37によって導電性の振動板30の上面と絶縁されている。この共通電極34は、金、銅、銀、パラジウム、白金、あるいは、チタンなどの導電性材料からなる。この共通電極34は、少なくとも複数の圧力室14の全てと対向するように形成されている。但し、共通電極34は、振動板30の凹部40と対向する領域には形成されていない。また、前述したように、複数の凹部40と対向する領域以外に圧電層31が形成されることによって、共通電極34は圧電層31に完全に覆われており、露出していない。尚、この共通電極34は、図示しないドライバICと接続され、このドライバICを介して基準電位であるグランド電位に常に保持されている。   The common electrode 34 is disposed on the surface of the insulating layer 37 (that is, the lower surface of the piezoelectric layer 31), and is insulated from the upper surface of the conductive diaphragm 30 by the insulating layer 37. The common electrode 34 is made of a conductive material such as gold, copper, silver, palladium, platinum, or titanium. The common electrode 34 is formed to face at least all of the plurality of pressure chambers 14. However, the common electrode 34 is not formed in a region facing the concave portion 40 of the diaphragm 30. Further, as described above, by forming the piezoelectric layer 31 in a region other than the region facing the plurality of recesses 40, the common electrode 34 is completely covered with the piezoelectric layer 31 and is not exposed. The common electrode 34 is connected to a driver IC (not shown) and is always held at a ground potential which is a reference potential via the driver IC.

複数の個別電極32は、圧電層31の複数の駆動部38の上面にそれぞれ配置されている。各個別電極32は、圧力室14よりも一回り小さい略楕円形の平面形状を有する主電極部32aと、この主電極部32aの一端部から圧電層31の上面に沿って延びる接点部32bとを有する。主電極部32aは、圧電層31の上面の、圧力室14(駆動部38)の略中央部と対向する領域に配置されている。一方、接点部32bは、駆動部38に連なる連結部39の上面において、主電極部32aの長手方向一端部から主電極部32aの長手方向に沿って引き出されており、圧力室14と対向しない領域まで延びている。尚、これら複数の個別電極32も、共通電極34と同様、金、銅、銀、パラジウム、白金、あるいは、チタンなどの導電性材料からなる。   The plurality of individual electrodes 32 are respectively disposed on the upper surfaces of the plurality of driving units 38 of the piezoelectric layer 31. Each individual electrode 32 has a main electrode portion 32a having a substantially elliptical planar shape that is slightly smaller than the pressure chamber 14, and a contact portion 32b extending from one end of the main electrode portion 32a along the upper surface of the piezoelectric layer 31. Have The main electrode portion 32 a is disposed on the upper surface of the piezoelectric layer 31 in a region facing the substantially central portion of the pressure chamber 14 (drive unit 38). On the other hand, the contact part 32b is drawn from the longitudinal end of the main electrode part 32a along the longitudinal direction of the main electrode part 32a on the upper surface of the connecting part 39 connected to the drive part 38, and does not face the pressure chamber 14. It extends to the area. The plurality of individual electrodes 32 are also made of a conductive material such as gold, copper, silver, palladium, platinum, or titanium, like the common electrode 34.

複数の個別電極32の接点部32bは、フレキシブルプリント配線板(Flexible Printed Circuit:FPC)を介して、図示しないドライバICと接続されている。そして、複数の個別電極32は、ドライバICから、グランド電位と、このグランド電位とは異なる所定の駆動電位の、2種類の電位の何れか一方が選択的に付与されるように構成されている。   The contact portions 32b of the plurality of individual electrodes 32 are connected to a driver IC (not shown) via a flexible printed circuit (FPC). The plurality of individual electrodes 32 are configured to selectively apply one of two types of potentials, that is, a ground potential and a predetermined driving potential different from the ground potential from the driver IC. .

次に、インク噴射時における圧電アクチュエータ5の作用について説明する。複数の個別電極32に対して、ドライバICから選択的に駆動電圧が印加されると、駆動電位が印加された個別電極32の主電極部32aと、グランド電位に保持されている圧電層31下側の共通電極34の電位が互いに異なった状態となることから、個別電極32と共通電極34の間に挟まれた圧電層31の駆動部38に厚み方向の電界が生じる。そして、圧電層31の分極方向と電界の方向とが同じ場合には、圧電層31はその分極方向である厚み方向に伸びて水平方向に収縮し、この圧電層31の収縮変形に伴って、振動板30の圧力室14と対向する部分が圧力室14側に凸となるように変形する(ユニモルフ変形)。このとき、圧力室14の容積が減少することからその内部のインクに圧力が付与され、圧力室14に連通するノズル20からインクの液滴が噴射される。   Next, the operation of the piezoelectric actuator 5 during ink ejection will be described. When a driving voltage is selectively applied from the driver IC to the plurality of individual electrodes 32, the main electrode portion 32a of the individual electrode 32 to which the driving potential is applied and the piezoelectric layer 31 below the ground potential are held. Since the potentials of the common electrodes 34 on the side are different from each other, an electric field in the thickness direction is generated in the drive unit 38 of the piezoelectric layer 31 sandwiched between the individual electrodes 32 and the common electrode 34. When the polarization direction of the piezoelectric layer 31 and the direction of the electric field are the same, the piezoelectric layer 31 extends in the thickness direction, which is the polarization direction, and contracts in the horizontal direction. The diaphragm 30 is deformed so that a portion facing the pressure chamber 14 is convex toward the pressure chamber 14 (unimorph deformation). At this time, since the volume of the pressure chamber 14 is reduced, pressure is applied to the ink inside the pressure chamber 14, and ink droplets are ejected from the nozzle 20 communicating with the pressure chamber 14.

ここで、前述したように、振動板30の上面の、圧力室14の中央部と対向する領域には、共通電極34と個別電極32に挟まれた駆動部38が配置されていることから、この領域は、個別電極32に駆動電位が付与されたときに駆動部38が自ら収縮して振動板30に変形を生じさせる駆動領域となっている。一方、振動板30の上面の、駆動領域の周囲領域(圧力室14の周縁部と対向する領域)は、駆動部38の収縮によって振動板30が従動的に変形する従動領域となる。そして、この従動領域において、振動板30に凹部40が形成され、さらに、凹部40の表面には圧電層31が配置されていない。つまり、従動領域において、圧電アクチュエータ5の剛性が局所的に低下している。   Here, as described above, the drive unit 38 sandwiched between the common electrode 34 and the individual electrode 32 is disposed in the region of the upper surface of the diaphragm 30 facing the central portion of the pressure chamber 14. This region is a drive region in which the drive unit 38 contracts itself when the drive potential is applied to the individual electrode 32 and causes the diaphragm 30 to be deformed. On the other hand, the peripheral area of the upper surface of the vibration plate 30 (the region facing the peripheral edge of the pressure chamber 14) is a driven region in which the vibration plate 30 is deformed by the contraction of the drive unit 38. In this driven region, the concave portion 40 is formed in the vibration plate 30, and the piezoelectric layer 31 is not disposed on the surface of the concave portion 40. That is, the rigidity of the piezoelectric actuator 5 is locally reduced in the driven region.

このように、従動領域における圧電アクチュエータ5の剛性が低下していると、駆動部38が水平方向に収縮したときに、圧力室14と対向する領域において振動板30が変形しやすくなる。逆に言えば、振動板30に所定以上の変形を生じさせるのに必要な駆動電圧(個別電極32と共通電極34間の電圧)を低減して、圧電アクチュエータ5の消費電力を低下させることが可能となる。   Thus, if the rigidity of the piezoelectric actuator 5 in the driven region is reduced, the diaphragm 30 is likely to be deformed in the region facing the pressure chamber 14 when the drive unit 38 contracts in the horizontal direction. In other words, the driving voltage (voltage between the individual electrode 32 and the common electrode 34) required to cause the diaphragm 30 to be deformed more than a predetermined amount can be reduced, and the power consumption of the piezoelectric actuator 5 can be reduced. It becomes possible.

また、駆動部38の周囲領域における圧電アクチュエータ5の剛性が低下していると、ある圧力室14に対向する駆動部38が収縮したときに、その収縮に応じて振動板30に生じた変形が、隣接する圧力室14へ伝播しにくくなる。つまり、隣接する圧力室14間におけるクロストークが抑制される。   Further, if the rigidity of the piezoelectric actuator 5 in the peripheral region of the drive unit 38 is reduced, when the drive unit 38 facing the certain pressure chamber 14 contracts, the deformation generated in the diaphragm 30 according to the contraction is reduced. It becomes difficult to propagate to the adjacent pressure chamber 14. That is, crosstalk between adjacent pressure chambers 14 is suppressed.

次に、本実施形態のインクジェットヘッド2の製造方法について、図6、図7を参照して説明する。まず、振動板30の上面の、キャビティプレート10と接合されたときに複数の圧力室14の周縁部と対向することとなる領域に、複数の凹部40を形成する(凹部形成工程)。ここで、本実施形態においては、振動板30は金属材料からなるため、エッチングにより複数の凹部40を容易に形成することができる。   Next, a method for manufacturing the inkjet head 2 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, a plurality of recesses 40 are formed in a region on the upper surface of the vibration plate 30 that faces the peripheral edges of the plurality of pressure chambers 14 when joined to the cavity plate 10 (recess formation step). Here, in this embodiment, since the diaphragm 30 is made of a metal material, the plurality of recesses 40 can be easily formed by etching.

一方で、流路ユニット4を構成するプレートのうちの、キャビティプレート10、ベースプレート11、及び、マニホールドプレート12に、圧力室14やマニホールド17等のインク流路を構成する孔を形成する。これらのプレート10〜12も振動板30と同様に金属材料からなるため、エッチングによりインク流路を構成する孔を容易に形成することができる。   On the other hand, of the plates constituting the flow path unit 4, holes constituting the ink flow paths such as the pressure chambers 14 and the manifold 17 are formed in the cavity plate 10, the base plate 11, and the manifold plate 12. Since these plates 10 to 12 are also made of a metal material in the same manner as the diaphragm 30, the holes constituting the ink flow path can be easily formed by etching.

そして、図6(a)に示すように、振動板30、キャビティプレート10、ベースプレート11、及び、マニホールドプレート12の4枚のプレートを積層して接合する。この接合工程においては、例えば、積層したプレートを所定温度(例えば、1000℃)以上に加熱しながら加圧することにより、4枚のプレートを金属拡散接合により接合することができる。あるいは、4枚のプレートを耐熱性の高いセラミックス接着剤で接合してもよい。   Then, as shown in FIG. 6A, the four plates of the vibration plate 30, the cavity plate 10, the base plate 11, and the manifold plate 12 are stacked and joined. In this bonding step, for example, four plates can be bonded by metal diffusion bonding by pressing the stacked plates while heating them to a predetermined temperature (for example, 1000 ° C.) or higher. Alternatively, the four plates may be joined with a ceramic adhesive having high heat resistance.

次に、図6(b)に示すように、振動板30の上面に、複数の凹部40を覆うように絶縁層37を形成する(絶縁層形成工程)。ここで、アルミナやジルコニア等の絶縁性セラミックス材料を用いる場合には、エアロゾルデポジション法(AD法)や、スパッタ法、あるいは、化学蒸着法(CVD法)等により、セラミックス材料の粒子を振動板30の上面に堆積させることにより、絶縁層37を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 6B, an insulating layer 37 is formed on the upper surface of the diaphragm 30 so as to cover the plurality of recesses 40 (insulating layer forming step). Here, when an insulating ceramic material such as alumina or zirconia is used, the ceramic material particles are oscillated by an aerosol deposition method (AD method), a sputtering method, or a chemical vapor deposition method (CVD method). By depositing on the upper surface of the insulating layer 37, the insulating layer 37 can be formed.

そして、図6(c)に示すように、絶縁層37の表面に、複数の圧力室14の全てと対向するように共通電極34を形成する(共通電極(第1電極)形成工程)。但し、この共通電極34は、振動板30の複数の凹部40と対向する領域には形成しない。この共通電極34は、スクリーン印刷、蒸着法、スパッタ法などにより形成することができる。   Then, as shown in FIG. 6C, the common electrode 34 is formed on the surface of the insulating layer 37 so as to face all of the plurality of pressure chambers 14 (common electrode (first electrode) forming step). However, the common electrode 34 is not formed in a region facing the plurality of recesses 40 of the diaphragm 30. The common electrode 34 can be formed by screen printing, vapor deposition, sputtering, or the like.

次に、図7(a)に示すように、絶縁層37で覆われた凹部40に、流動性を有する低弾性材50を充填する(低弾性材充填工程)。ここで、流動性低弾性材50としては、弾性率が、金属製の振動板30の弾性率(200GPa程度)、及び、その上面を被覆するアルミナ等の絶縁層37の弾性率(300GPa程度)よりも十分低いものを使用し、さらに、熱分解温度が、後述する圧電層31の熱処理温度(アニール温度:650〜900℃)よりも十分低いものを使用する。例えば、エポキシ系樹脂(未硬化の状態、熱分解温度約400℃)、フッ素系樹脂(未硬化の状態、熱分解温度約600℃)などを用いることができる。   Next, as shown in FIG. 7A, the recess 40 covered with the insulating layer 37 is filled with a low elastic material 50 having fluidity (low elastic material filling step). Here, as the fluid low elastic material 50, the elastic modulus is the elastic modulus of the metallic diaphragm 30 (about 200 GPa) and the elastic modulus of the insulating layer 37 such as alumina covering the upper surface (about 300 GPa). In addition, a material whose thermal decomposition temperature is sufficiently lower than a heat treatment temperature (annealing temperature: 650 to 900 ° C.) of the piezoelectric layer 31 described later is used. For example, an epoxy resin (uncured state, thermal decomposition temperature of about 400 ° C.), a fluorine resin (uncured state, thermal decomposition temperature of about 600 ° C.), or the like can be used.

ここで、低弾性材50として流動性を有する材料を使用することで、凹部40への充填作業を容易に行うことができるようになる。例えば、図7(a)のように、ディスペンサ51を用いて低弾性材50を凹部40に注入することができる。あるいは、図8に示すように、ブレード52等を用いて低弾性材50を絶縁層37の表面に塗布することで、凹部40内に低弾性材50を充填することも可能である。   Here, by using a material having fluidity as the low-elasticity material 50, the filling operation into the recess 40 can be easily performed. For example, as shown in FIG. 7A, the low elastic material 50 can be injected into the recess 40 using the dispenser 51. Alternatively, as shown in FIG. 8, the low elastic material 50 can be filled in the recess 40 by applying the low elastic material 50 to the surface of the insulating layer 37 using a blade 52 or the like.

さらに、振動板30の上面の、圧力室14と対応する領域に予め凹部40を形成し、この凹部40に流動性の低弾性材50を充填することによって、流動性を有する低弾性材50を凹部40内に定在させることができ、低弾性材50が所定の充填領域外に流れ出すのを防止できる。尚、低弾性材50は、少なくともその充填時に流動性を発現するものであればよく、凹部40への充填後も流動性を有する必要は特にない。   Furthermore, a recess 40 is formed in advance in a region corresponding to the pressure chamber 14 on the upper surface of the diaphragm 30, and the fluid 40 is filled with a fluid low elastic material 50, thereby providing a fluid low elasticity 50. It can be made to settle in the recessed part 40, and it can prevent that the low elastic material 50 flows out out of a predetermined filling area | region. The low-elasticity material 50 may be any material that exhibits fluidity at least when it is filled, and need not have fluidity even after filling into the recess 40.

その後、図7(b)に示すように、AD法により、絶縁層37で覆われた振動板30の上面に圧電層31を形成する(圧電層形成工程)。具体的には、まず、図示しないエアロゾル発生器により、圧電材料(PZT)の粒子とキャリアガスとを混合させてエアロゾルを生成する。そして、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを、成膜ノズル(図示省略)から振動板30に向けて吹き付けることで、絶縁層37の表面に圧電材料の粒子を高速で衝突させて堆積させる。尚、キャリアガスとしては、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスや、窒素、酸素、空気などを使用することができる。   7B, the piezoelectric layer 31 is formed on the upper surface of the diaphragm 30 covered with the insulating layer 37 by the AD method (piezoelectric layer forming step). Specifically, first, an aerosol is generated by mixing particles of piezoelectric material (PZT) and a carrier gas with an aerosol generator (not shown). Then, the aerosol containing the piezoelectric material particles and the carrier gas is sprayed from the film forming nozzle (not shown) toward the vibration plate 30 to cause the piezoelectric material particles to collide with the surface of the insulating layer 37 at a high speed. Deposit. As the carrier gas, an inert gas such as helium or argon, nitrogen, oxygen, air, or the like can be used.

ところで、振動板30の凹部40に充填された低弾性材50は、振動板30及び絶縁層37よりも弾性率(剛性)の低い材料であることから、絶縁層37で被覆された振動板30の上面の、低弾性材50が充填された凹部領域の表面硬さが、それ以外の領域よりも低くなっている。ここで、圧電材料の粒子とキャリアガスを含むエアロゾルを振動板30に対して吹き付けたときに、弾性率(表面硬さ)が低い領域においては、弾性率(表面硬さ)が高い領域と比べて、粒子の堆積が阻害されることが、本願発明者らによって知見されている(特開2005−317952号公報参照)。   By the way, since the low elastic material 50 filled in the concave portion 40 of the diaphragm 30 is a material having a lower elastic modulus (rigidity) than the diaphragm 30 and the insulating layer 37, the diaphragm 30 covered with the insulating layer 37. The surface hardness of the recessed area filled with the low-elasticity material 50 on the upper surface is lower than the other areas. Here, when the aerosol containing the particles of the piezoelectric material and the carrier gas is sprayed on the diaphragm 30, the region where the elastic modulus (surface hardness) is low compared to the region where the elastic modulus (surface hardness) is high. Thus, it has been found by the inventors of the present application that particle deposition is inhibited (see JP-A-2005-317952).

従って、振動板30の凹部40に低弾性材50を充填してから、振動板30の上面にエアロゾルを吹き付けると、図7(b)に示すように、凹部40に充填された低弾性材50の表面においては圧電材料の粒子が堆積せず、低弾性材50の表面を除く領域にのみ圧電層31が形成される。つまり、振動板30の上面の、凹部40に囲まれた、圧力室14の中央部に対向する領域には圧電層31(駆動部38)が形成される一方で、凹部40が形成されている、圧力室14の周縁部と対向する領域には圧電層31が形成されない。また、前述したように、共通電極34は、凹部40と対向する領域には形成されていないことから、圧電層31はこの共通電極34を完全に覆うように形成されることになる。   Therefore, when the low elastic material 50 is filled in the concave portion 40 of the diaphragm 30 and then aerosol is sprayed on the upper surface of the diaphragm 30, the low elastic material 50 filled in the concave portion 40 as shown in FIG. The piezoelectric material particles are not deposited on the surface, and the piezoelectric layer 31 is formed only in the region excluding the surface of the low elastic material 50. That is, the piezoelectric layer 31 (drive unit 38) is formed in the region of the upper surface of the diaphragm 30 that is surrounded by the recess 40 and faces the central portion of the pressure chamber 14, while the recess 40 is formed. The piezoelectric layer 31 is not formed in a region facing the peripheral edge of the pressure chamber 14. Further, as described above, the common electrode 34 is not formed in a region facing the recess 40, and therefore the piezoelectric layer 31 is formed so as to completely cover the common electrode 34.

ところで、AD法により圧電層31を形成した場合、振動板30への衝突時に粒子の微細化や格子欠陥等が発生するため、このままでは、振動板30を変形させるのに必要な圧電特性は得られない。そこで、圧電材料の粒子結晶を成長させるとともに結晶中の格子欠陥を修復して、圧電特性を向上させるために、圧電層31、振動板30、及び、プレート10〜12を含む積層体を所定のアニール温度まで加熱して、圧電層31に対して熱処理(アニール処理)を施す(熱処理工程)。   By the way, when the piezoelectric layer 31 is formed by the AD method, particle miniaturization, lattice defects, and the like occur at the time of collision with the vibration plate 30, so that the piezoelectric characteristics necessary for deforming the vibration plate 30 can be obtained as it is. I can't. Therefore, in order to grow grain crystals of the piezoelectric material and repair lattice defects in the crystals to improve the piezoelectric characteristics, a laminated body including the piezoelectric layer 31, the vibration plate 30, and the plates 10 to 12 is predetermined. The piezoelectric layer 31 is heated to the annealing temperature and subjected to heat treatment (annealing treatment) (heat treatment step).

圧電材料単体としての圧電特性の向上という観点からはアニール温度は高いほうがよいが、あまりにも高い温度にすると、金属製の振動板30に含まれる元素の拡散が促進されて、絶縁層37を越えて圧電層31まで到達する。そして、そのような元素が拡散してくることによって逆に圧電層31の圧電特性が低下する。そこで、アニール温度は、振動板30に含まれる元素の圧電層31への拡散を抑制できる温度に設定される。具体的には、アニール温度は650〜900℃とする。   From the viewpoint of improving the piezoelectric characteristics of the piezoelectric material alone, the annealing temperature is preferably high. However, if the temperature is too high, the diffusion of the elements contained in the metal diaphragm 30 is promoted and exceeds the insulating layer 37. To the piezoelectric layer 31. And when such an element diffuses, the piezoelectric characteristics of the piezoelectric layer 31 are deteriorated. Therefore, the annealing temperature is set to a temperature at which diffusion of elements contained in the diaphragm 30 into the piezoelectric layer 31 can be suppressed. Specifically, the annealing temperature is set to 650 to 900 ° C.

ここで、振動板30の凹部40に充填されている低弾性材50の熱分解温度は、上述したアニール温度よりも低くなっている。そのため、圧電層31に熱処理を施すために、圧電層31、振動板30、及び、プレート10〜12を含む積層体を650〜900℃まで加熱すると、図7(c)に示すように、低弾性材50が熱分解して消散し、結果的に凹部40内の低弾性材50が除去されることになる(除去工程)。   Here, the thermal decomposition temperature of the low elastic material 50 filled in the recess 40 of the vibration plate 30 is lower than the annealing temperature described above. Therefore, when the laminated body including the piezoelectric layer 31, the vibration plate 30, and the plates 10 to 12 is heated to 650 to 900 ° C. in order to perform heat treatment on the piezoelectric layer 31, as shown in FIG. The elastic material 50 is thermally decomposed and dissipated, and as a result, the low elastic material 50 in the recess 40 is removed (removal process).

その後、図7(d)に示すように、複数の圧力室14及び共通電極34と対向する、圧電層31の複数の駆動部38の上面に、複数の個別電極32を形成する(個別電極(第2電極)形成工程)。これら複数の個別電極32は、スクリーン印刷、蒸着法、スパッタ法などにより形成することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 7D, a plurality of individual electrodes 32 are formed on the top surfaces of the plurality of driving portions 38 of the piezoelectric layer 31 facing the plurality of pressure chambers 14 and the common electrode 34 (individual electrodes ( Second electrode) forming step). The plurality of individual electrodes 32 can be formed by screen printing, vapor deposition, sputtering, or the like.

最後に、合成樹脂製のノズルプレート13に複数のノズル20をレーザー加工等で形成した後に、このノズルプレート13をマニホールドプレート12の下面に接着剤等で接合する。   Finally, after a plurality of nozzles 20 are formed on the synthetic resin nozzle plate 13 by laser processing or the like, the nozzle plate 13 is joined to the lower surface of the manifold plate 12 with an adhesive or the like.

尚、ノズルプレート13を、流路ユニット4を構成する他の3枚のプレート10〜12と同様に、ステンレス鋼等の金属材料で形成してもよい。この場合には、ノズルプレート13の耐熱温度が圧電層31のアニール温度よりも高いため、ノズルプレート13を圧電層形成工程よりも前にマニホールドプレート12に接合してもよい。例えば、図6(a)に示すプレート接合工程において、プレート10〜12及び振動板30と、ノズルプレート13を一度に接合してもよい。   The nozzle plate 13 may be formed of a metal material such as stainless steel, similarly to the other three plates 10 to 12 constituting the flow path unit 4. In this case, since the heat resistant temperature of the nozzle plate 13 is higher than the annealing temperature of the piezoelectric layer 31, the nozzle plate 13 may be joined to the manifold plate 12 before the piezoelectric layer forming step. For example, in the plate joining process shown in FIG. 6A, the plates 10 to 12 and the diaphragm 30 and the nozzle plate 13 may be joined at a time.

以上説明したインクジェットヘッド2の製造方法によれば、次のような効果が得られる。
振動板30に形成した凹部40に低弾性材50を充填してから、振動板30の上面にエアロゾルを吹き付けると、凹部40に充填された低弾性材50の表面には圧電材料が堆積せず、この低弾性材50の表面以外の領域にのみ圧電層31が形成される。つまり、AD法で圧電層31を形成する前に、凹部40に低弾性材50を充填するという簡単な工程を付加するだけで、振動板30に形成された凹部40の表面に圧電層31が形成されるのを阻止できる。また、低弾性材50として流動性を有するものを使用するため、凹部40への充填を容易に行える。さらに、予め振動板30に凹部40を形成し、この凹部40に低弾性材50を充填するため、圧電層31の形成を阻止したい所定の領域に低弾性材50を定在させることができる。
According to the method for manufacturing the inkjet head 2 described above, the following effects can be obtained.
When the low elastic material 50 is filled in the concave portion 40 formed in the vibration plate 30 and then the aerosol is sprayed on the upper surface of the vibration plate 30, the piezoelectric material is not deposited on the surface of the low elastic material 50 filled in the concave portion 40. The piezoelectric layer 31 is formed only in a region other than the surface of the low elastic material 50. That is, before the piezoelectric layer 31 is formed by the AD method, the piezoelectric layer 31 is formed on the surface of the recess 40 formed in the vibration plate 30 only by adding a simple process of filling the recess 40 with the low elastic material 50. Can be prevented from forming. Moreover, since what has fluidity | liquidity is used as the low elastic material 50, the filling to the recessed part 40 can be performed easily. Further, since the concave portion 40 is formed in the diaphragm 30 in advance and the concave portion 40 is filled with the low elastic material 50, the low elastic material 50 can be made to stand in a predetermined region where the formation of the piezoelectric layer 31 is desired to be prevented.

また、圧電層31を形成した後に凹部40内の低弾性材50を除去するため、凹部40が形成された領域における、圧電アクチュエータ5全体の剛性をさらに低下させることができる。従って、圧力室14と対向する領域において振動板30がさらに変形しやすくなり、駆動電圧を一層低減することが可能となる。また、隣接する圧力室14の間のクロストークもさらに抑制できる。さらに、圧電層31の熱処理(アニール処理)時に低弾性材50を熱分解させることで、圧電層31のアニール処理と同時に低弾性材50の除去を行うことができるため、圧電アクチュエータ5の製造工程を短縮することが可能となる。   Moreover, since the low elastic material 50 in the recess 40 is removed after the piezoelectric layer 31 is formed, the rigidity of the entire piezoelectric actuator 5 in the region where the recess 40 is formed can be further reduced. Accordingly, the diaphragm 30 is more easily deformed in the region facing the pressure chamber 14, and the driving voltage can be further reduced. Further, crosstalk between adjacent pressure chambers 14 can be further suppressed. Furthermore, since the low elastic material 50 can be removed simultaneously with the annealing treatment of the piezoelectric layer 31 by thermally decomposing the low elastic material 50 during the heat treatment (annealing treatment) of the piezoelectric layer 31, the manufacturing process of the piezoelectric actuator 5. Can be shortened.

振動板30の上面の、複数の凹部40を覆うように絶縁層37を形成するため、複数の凹部40において振動板30の上面が露出しない。従って、導電性の振動板30と駆動電位が付与される個別電極32間の、短絡が確実に防止される。また、圧電層31の下側の共通電極34は、絶縁層37によって導電性を有する振動板30とは絶縁されることになる。さらに、共通電極34は圧電層31により覆われて露出しないため、共通電極34と個別電極32間の短絡も防止される。   Since the insulating layer 37 is formed so as to cover the plurality of recesses 40 on the upper surface of the diaphragm 30, the upper surface of the diaphragm 30 is not exposed in the plurality of recesses 40. Therefore, a short circuit between the conductive diaphragm 30 and the individual electrode 32 to which the drive potential is applied is reliably prevented. The common electrode 34 below the piezoelectric layer 31 is insulated from the conductive diaphragm 30 by the insulating layer 37. Furthermore, since the common electrode 34 is covered with the piezoelectric layer 31 and is not exposed, a short circuit between the common electrode 34 and the individual electrode 32 is also prevented.

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。   Next, modified embodiments in which various modifications are made to the embodiment will be described. However, components having the same configuration as in the above embodiment are given the same reference numerals and description thereof is omitted as appropriate.

1]振動板の凹部を形成する領域は、圧力室の周縁部と対向する領域に限られるものではない。   1] The region where the concave portion of the diaphragm is formed is not limited to the region facing the peripheral portion of the pressure chamber.

例えば、図9に示すように、振動板30Aの上面の、圧力室14の周縁部と対向する領域から、隣接する別の圧力室14の周縁部と対向する領域まで、隔壁部10aを跨ぐように凹部40Aを形成してもよい(変更形態1)。この場合に、凹部40Aに低弾性材を充填してからAD法で圧電材料の粒子を堆積させると、圧力室14の周縁部及び隔壁部10aと対向する領域には圧電層31Aが形成されなくなる。そのため、圧力室14の周縁部と対向する領域(従動領域)における圧電アクチュエータの剛性を低下させることで、駆動電圧を低減できる。それに加えて、隔壁部10aと対向する領域における圧電アクチュエータの剛性をも低下させることで、この隔壁部10aで隔てられる2つの圧力室14の間における、振動板30Aの変形伝播(クロストーク)を、より効果的に抑制することができる。   For example, as shown in FIG. 9, the partition wall 10 a is straddled from a region on the upper surface of the diaphragm 30 </ b> A facing the peripheral edge of the pressure chamber 14 to a region facing the peripheral edge of another adjacent pressure chamber 14. A concave portion 40A may be formed in (a modified embodiment 1). In this case, when the particles of the piezoelectric material are deposited by the AD method after filling the recess 40A with the low elastic material, the piezoelectric layer 31A is not formed in the peripheral portion of the pressure chamber 14 and the region facing the partition wall portion 10a. . Therefore, the drive voltage can be reduced by reducing the rigidity of the piezoelectric actuator in the region (driven region) facing the peripheral edge of the pressure chamber 14. In addition, by reducing the rigidity of the piezoelectric actuator in the region facing the partition wall 10a, the deformation propagation (crosstalk) of the diaphragm 30A between the two pressure chambers 14 separated by the partition wall 10a can be reduced. , Can be more effectively suppressed.

また、振動板の上面の、圧力室と対向する領域に凹部を形成する必要は必ずしもない。例えば、駆動電圧の低減よりもクロストークの抑制を優先的に実現する必要がある場合には、図10に示すように、クロストークに最も大きな影響を及ぼす、振動板30Bの上面の隔壁部10aと対向する領域にのみ凹部40Bを形成し、この凹部40Bの表面に圧電層31を形成しないようにしてもよい(変更形態2)。   In addition, it is not always necessary to form a recess in a region on the upper surface of the diaphragm facing the pressure chamber. For example, when it is necessary to preferentially suppress the crosstalk over the reduction of the driving voltage, as shown in FIG. 10, the partition wall 10a on the upper surface of the diaphragm 30B that has the largest influence on the crosstalk. It is also possible to form the recess 40B only in the region facing the surface and not form the piezoelectric layer 31 on the surface of the recess 40B (Modification 2).

また、前記実施形態では、圧電層の駆動部が圧力室の中央部と対向する領域に配置されており、この領域が駆動領域となっている。しかし、駆動部(駆動領域)の位置が異なれば、駆動部の変形に応じて従動的に変形する従動領域の位置も異なることから、凹部を形成すべき位置も必然的に変化する。   Moreover, in the said embodiment, the drive part of a piezoelectric layer is arrange | positioned in the area | region facing the center part of a pressure chamber, and this area | region becomes a drive area | region. However, if the position of the drive unit (drive region) is different, the position of the driven region that is deformed in accordance with the deformation of the drive unit is also different, so the position where the recess is to be formed inevitably changes.

例えば、図11、図12に示すように、振動板30Cの上面の、圧力室14の周縁部と対向する領域に、圧電層31Cの一部である環状の駆動部38Cが形成され、この駆動部38Cの上面に環状の個別電極32Cが配置される場合には、圧力室14の周縁部と対向する領域が駆動領域となり、圧力室14の中央部と対向する領域が従動領域となる。このような圧電アクチュエータを製造する場合には、まず、振動板30Cの上面の、圧力室14の中央部と対向する従動領域に凹部40Cを形成する。そして、凹部40Cに低弾性材を充填してから、AD法で振動板30Cの上面に圧電材料の粒子を堆積させることで、圧力室14の周縁部と対向する駆動領域にのみ圧電層31C(駆動部38C)を形成すればよい(変更形態3)。   For example, as shown in FIGS. 11 and 12, an annular drive unit 38C, which is a part of the piezoelectric layer 31C, is formed on the upper surface of the vibration plate 30C in a region facing the peripheral portion of the pressure chamber 14, and this driving is performed. When the annular individual electrode 32C is disposed on the upper surface of the portion 38C, a region facing the peripheral portion of the pressure chamber 14 is a driving region, and a region facing the central portion of the pressure chamber 14 is a driven region. When manufacturing such a piezoelectric actuator, first, the concave portion 40C is formed in the driven region on the upper surface of the vibration plate 30C facing the central portion of the pressure chamber 14. Then, after filling the recess 40C with the low elastic material, the piezoelectric material particles are deposited on the upper surface of the vibration plate 30C by the AD method, so that only the piezoelectric region 31C ( A drive unit 38C) may be formed (Modification 3).

2]図13に示すように、金属材料からなる振動板30を常にグランド電位に保持させることによって、この振動板30の上面を、複数の個別電極32と対向する共通電極(第1電極)として使用することができる(変更形態4)。この場合には、共通電極を別に形成する工程が不要になり、また、圧電アクチュエータの構成が簡単になる。尚、当然ながら、この変更形態3においては、前記実施形態とは異なり、共通電極としての振動板30の上面を絶縁層37で覆う必要はない。しかし、凹部40の表面には圧電材料の粒子が堆積しないため、凹部40の導電性表面は露出することになり、凹部40表面と個別電極32との間で短絡が生じる虞がある。そこで、この短絡を防止するために、振動板30の上面のうち、凹部40の表面のみを絶縁層で被覆してもよい。   2] As shown in FIG. 13, the diaphragm 30 made of a metal material is always held at the ground potential, whereby the upper surface of the diaphragm 30 is used as a common electrode (first electrode) facing the plurality of individual electrodes 32. It can be used (Modification 4). In this case, a step of separately forming the common electrode is not necessary, and the configuration of the piezoelectric actuator is simplified. Needless to say, in the third modification, unlike the previous embodiment, it is not necessary to cover the upper surface of the diaphragm 30 as the common electrode with the insulating layer 37. However, since the particles of the piezoelectric material are not deposited on the surface of the recess 40, the conductive surface of the recess 40 is exposed, and there is a possibility that a short circuit occurs between the surface of the recess 40 and the individual electrode 32. Therefore, in order to prevent this short circuit, only the surface of the recess 40 in the upper surface of the diaphragm 30 may be covered with an insulating layer.

3]図14に示すように、常にグランド電位(基準電位)に保持される共通電極34が圧電層31の上面に配置され、グランド電位と駆動電位の何れか一方が選択的に付与される個別電極32が絶縁層37の表面に形成されて、圧電層31の下面(圧電層31と絶縁層37との間)に配置されてもよい(変更形態5)。   3] As shown in FIG. 14, the common electrode 34 that is always held at the ground potential (reference potential) is disposed on the upper surface of the piezoelectric layer 31, and either the ground potential or the driving potential is selectively applied. The electrode 32 may be formed on the surface of the insulating layer 37 and disposed on the lower surface of the piezoelectric layer 31 (between the piezoelectric layer 31 and the insulating layer 37) (Modification 5).

4]振動板の凹部に充填する低弾性材として、その熱分解温度が、圧電層の熱処理温度よりも高いものを使用することもできる(変更形態6)。この場合、図15に示すように、圧電層31の熱処理後においても凹部40に低弾性材50が残留する。そのため、前記実施形態のように凹部40から低弾性材50を除去した場合と比べると、凹部40が形成されている領域の圧電アクチュエータの剛性は多少高くなる。しかし、凹部のない平坦な振動板の上面に圧電層31が局所的に形成されていない形態と比べると、剛性の高い振動板30の厚みが薄くなっている分、圧電アクチュエータの剛性は低下する。   4] As the low elastic material filled in the concave portion of the diaphragm, a material having a thermal decomposition temperature higher than the heat treatment temperature of the piezoelectric layer can be used (Modification 6). In this case, as shown in FIG. 15, the low elastic material 50 remains in the recess 40 even after the heat treatment of the piezoelectric layer 31. Therefore, the rigidity of the piezoelectric actuator in the region where the recess 40 is formed is somewhat higher than when the low-elastic material 50 is removed from the recess 40 as in the embodiment. However, compared to a mode in which the piezoelectric layer 31 is not locally formed on the upper surface of the flat diaphragm without a recess, the rigidity of the piezoelectric actuator is reduced by the thickness of the diaphragm 30 having high rigidity. .

5]振動板は金属板である必要は必ずしもなく、駆動部の収縮に応じてユニモルフ変形が可能な程度の剛性を有するものであれば、金属以外の材料(例えば、アルミナやジルコニア等のセラミックス材料、あるいは、シリコン等)で形成されたものを使用することもできる。この場合、振動板に凹部40を形成する方法としては、超音波加工が最も望ましい。   5] The diaphragm does not necessarily need to be a metal plate, and any material other than metal (for example, a ceramic material such as alumina or zirconia) may be used as long as it has a rigidity that allows unimorph deformation according to the contraction of the drive unit. Alternatively, those formed of silicon or the like can also be used. In this case, ultrasonic machining is most desirable as a method of forming the recess 40 in the diaphragm.

以上、本発明の実施の形態として、圧力室内のインクに噴射圧力を付与する、インクジェットヘッドの圧電アクチュエータに本発明を適用した例を挙げて説明したが、本発明の適用対象は、これに限られるものではない。例えば、マイクロ総合分析システム(μTAS)内部で薬液や生化学溶液等の液体を移送する液体移送装置、マイクロ化学システム内部で溶媒や化学溶液等の液体を移送する液体移送装置等の、液体移送アクチュエータとしての圧電アクチュエータにも本発明を適用することができる。   As described above, the embodiment of the present invention has been described with reference to the example in which the present invention is applied to the piezoelectric actuator of the inkjet head that applies the ejection pressure to the ink in the pressure chamber. However, the scope of the present invention is not limited to this. It is not something that can be done. For example, a liquid transfer actuator such as a liquid transfer device for transferring a liquid such as a chemical solution or a biochemical solution inside a micro total analysis system (μTAS), or a liquid transfer device for transferring a liquid such as a solvent or a chemical solution inside a microchemical system. The present invention can also be applied to the piezoelectric actuator.

さらに、本発明の適用対象は、インクなどの液体に圧力を付与するためのアクチュエータに限られない。即ち、基材の変形許容部において振動板の変形を許容しつつ、振動板の変形部分により種々の対象物を押圧駆動するアクチュエータなど、液体移送以外の用途に用いられる圧電アクチュエータにも本発明を適用することが可能である。   Furthermore, the application target of the present invention is not limited to an actuator for applying pressure to a liquid such as ink. That is, the present invention is also applied to piezoelectric actuators used for applications other than liquid transfer, such as actuators that press and drive various objects by deforming portions of the diaphragm while allowing deformation of the diaphragm at the deformation allowing portion of the base material. It is possible to apply.

本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an inkjet printer according to an embodiment of the present invention. インクジェットヘッドの平面図である。It is a top view of an inkjet head. 図2の一部拡大図である。FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2. 図3のIV-IV線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. 図3のV-V線断面図である。It is the VV sectional view taken on the line of FIG. インクジェットヘッドの製造方法の前半工程を示す図であり、(a)はプレート接合工程、(b)は絶縁層形成工程、(c)は共通電極形成工程、をそれぞれ示す。It is a figure which shows the first half process of the manufacturing method of an inkjet head, (a) shows a plate joining process, (b) shows an insulating layer formation process, (c) shows a common electrode formation process, respectively. インクジェットヘッドの製造方法の後半工程を示す図であり、(a)は低弾性材充填工程、(b)は圧電層形成工程、(c)は熱処理工程、(d)は個別電極形成工程とノズルプレートの接合工程、をそれぞれ示す。It is a figure which shows the latter half process of the manufacturing method of an inkjet head, (a) is a low elastic material filling process, (b) is a piezoelectric layer formation process, (c) is a heat treatment process, (d) is an individual electrode formation process and a nozzle. Each of the plate joining steps is shown. 低弾性材充填工程の別の形態を示す図である。It is a figure which shows another form of a low elastic material filling process. 変更形態1のインクジェットヘッドの図5相当の断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 5 of the inkjet head of the modification 1. FIG. 変更形態2のインクジェットヘッドの図5相当の断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 5 of the inkjet head of the modification 2. FIG. 変更形態3のインクジェットヘッドの一部拡大平面図である。FIG. 6 is a partially enlarged plan view of an ink jet head according to a third modification. 図11のXII-XII線断面図である。It is the XII-XII sectional view taken on the line of FIG. 変更形態4のインクジェットヘッドの図5相当の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 5 of an inkjet head according to a modified embodiment 4; 変更形態5のインクジェットヘッドの図5相当の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 変更形態6のインクジェットヘッドの図5相当の断面図である。It is sectional drawing equivalent to FIG. 5 of the inkjet head of the modification 6. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

2 インクジェットヘッド
4 流路ユニット
5 圧電アクチュエータ
10a 隔壁部
14 圧力室
30,30A,30B,30C 振動板
31,31A,31C 圧電層
32,32C 個別電極
34 共通電極
37 絶縁層
40,40A,40B,40C 凹部
50 低弾性材
2 Inkjet head 4 Flow path unit 5 Piezoelectric actuator 10a Partition 14 Pressure chamber 30, 30A, 30B, 30C Diaphragm 31, 31A, 31C Piezoelectric layer 32, 32C Individual electrode 34 Common electrode 37 Insulating layers 40, 40A, 40B, 40C Recess 50 Low elastic material

Claims (9)

変形許容部を備えた基材の一表面に前記変形許容部を覆うように接合される振動板と、前記振動板の、前記基材との接合面と反対側に位置する積層面に配置される圧電層と、前記圧電層の一方の面に配置される第1電極、及び、前記圧電層の他方の面に配置される第2電極と、を含む圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記振動板の前記積層面の、前記変形許容部と対応する位置に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記振動板の前記凹部に、前記振動板の前記積層面よりも弾性率が低く、且つ、流動性を有する低弾性材を充填する低弾性材充填工程と、
前記振動板の前記積層面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを吹き付けて、前記凹部に充填された前記低弾性材の表面を除く領域に前記圧電材料の粒子を堆積させて、前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、
を備えていることを特徴とする圧電アクチュエータの製造方法。
A diaphragm that is bonded to one surface of a base material provided with a deformation-permitting portion so as to cover the deformation-permitting portion, and a laminated surface of the vibration plate that is located on the opposite side of the bonding surface with the base material. A piezoelectric layer, a first electrode arranged on one surface of the piezoelectric layer, and a second electrode arranged on the other surface of the piezoelectric layer,
A recessed portion forming step of forming a recessed portion at a position corresponding to the deformation allowing portion of the laminated surface of the diaphragm;
Low elastic material filling step of filling the concave portion of the diaphragm with a low elastic material having a lower elastic modulus than the laminated surface of the diaphragm and having fluidity;
An aerosol containing piezoelectric material particles and a carrier gas is sprayed on the laminated surface of the diaphragm, and the piezoelectric material particles are deposited in a region excluding the surface of the low-elasticity material filled in the recess. A piezoelectric layer forming step of forming the piezoelectric layer;
A method of manufacturing a piezoelectric actuator comprising:
前記圧電層形成工程の後に前記低弾性材を除去する、除去工程をさらに備え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の製造方法。   The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 1, further comprising a removing step of removing the low-elasticity material after the piezoelectric layer forming step. 前記圧電層形成工程の後に前記圧電層に熱処理を施す、熱処理工程をさらに有し、
前記低弾性材の熱分解温度が、前記熱処理工程における前記圧電層の熱処理温度よりも低いことを特徴とする請求項2に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
A heat treatment step of performing a heat treatment on the piezoelectric layer after the piezoelectric layer forming step;
3. The method of manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 2, wherein a thermal decomposition temperature of the low elastic material is lower than a heat treatment temperature of the piezoelectric layer in the heat treatment step.
前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、少なくとも前記変形許容部と対向する領域に前記凹部を形成することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。   4. The method of manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 1, wherein, in the recess forming step, the recess is formed at least in a region of the laminated surface of the diaphragm facing the deformation allowing portion. Method. 前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、前記変形許容部の周縁部と対向する領域に前記凹部を形成す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の製造方法。   5. The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 4, wherein, in the concave portion forming step, the concave portion is formed in a region of the laminated surface of the diaphragm facing the peripheral edge portion of the deformation allowing portion. 前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、前記変形許容部の中央部と対向する領域に前記凹部を形成す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の製造方法。   5. The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 4, wherein, in the recess forming step, the recess is formed in a region of the laminated surface of the diaphragm facing a central portion of the deformation allowing portion. 前記基材は、複数の前記変形許容部とこれら複数の変形許容部を隔てる隔壁部とを有するものであり、
前記凹部形成工程において、前記振動板の前記積層面の、少なくとも前記隔壁部と対向する領域に前記凹部を形成することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
The base material has a plurality of deformation permissible portions and a partition wall that separates the plurality of deformation permissible portions,
The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein in the recess forming step, the recess is formed at least in a region of the laminated surface of the diaphragm facing the partition wall. .
前記振動板が金属材料からなるものであり、
さらに、前記第1電極が、常に所定の基準電位に保持される一方で、前記第2電極が、前記基準電位とこの基準電位とは異なる所定の駆動電位の、2種類の電位のうちの一方が選択的に付与されるものであり、
前記凹部形成工程において前記振動板の前記積層面に前記凹部を形成した後に、前記積層面に前記凹部を覆うように絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層の表面の前記凹部と対向しない領域に、前記第1電極を形成する第1電極形成工程と、
前記圧電層形成工程において前記絶縁層の表面に前記第1電極を覆うように前記圧電層を形成した後に、前記圧電層の前記振動板と反対側の面の、前記第1電極と対向する領域に前記第2電極を形成する第2電極形成工程と、
を有することを特徴とする請求項1〜7の何れかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。
The diaphragm is made of a metal material,
Further, the first electrode is always held at a predetermined reference potential, while the second electrode is one of two types of potentials, the reference potential and a predetermined drive potential different from the reference potential. Is given selectively,
An insulating layer forming step of forming an insulating layer on the laminated surface so as to cover the concave portion after forming the concave portion on the laminated surface of the diaphragm in the concave portion forming step;
A first electrode forming step of forming the first electrode in a region not facing the concave portion on the surface of the insulating layer;
After forming the piezoelectric layer so as to cover the first electrode on the surface of the insulating layer in the piezoelectric layer forming step, a region facing the first electrode on the surface of the piezoelectric layer opposite to the diaphragm Forming a second electrode on the second electrode; and
The method for manufacturing a piezoelectric actuator according to claim 1, wherein:
圧力室を含む液体流路が形成された流路ユニットと、この流路ユニットの一表面に配置される圧電アクチュエータとを有し、
前記圧電アクチュエータが、前記流路ユニットの一表面に前記圧力室を覆うように接合される振動板と、前記振動板の、前記流路ユニットとの接合面と反対側の積層面に配置される圧電層と、前記圧電層の一方の面に配置される第1電極、及び、前記圧電層の他方の面に配置される第2電極とを含む、液体移送装置の製造方法であって、
前記振動板の前記積層面の、前記圧力室と対応する位置に凹部を形成する凹部形成工程と、
前記振動板の前記凹部に、前記振動板の前記積層面よりも弾性率が低く、且つ、流動性を有する低弾性材を充填する低弾性材充填工程と、
前記振動板の前記積層面に、圧電材料の粒子とキャリアガスとを含んだエアロゾルを吹き付けて、前記凹部に充填された前記低弾性材の表面を除く領域に前記圧電材料の粒子を堆積させて、前記圧電層を形成する圧電層形成工程と、
を備えていることを特徴とする液体移送装置の製造方法。
A flow path unit in which a liquid flow path including a pressure chamber is formed, and a piezoelectric actuator disposed on one surface of the flow path unit;
The piezoelectric actuator is disposed on a vibration plate that is bonded to one surface of the flow path unit so as to cover the pressure chamber, and a laminated surface of the vibration plate that is opposite to the bonding surface with the flow path unit. A method for manufacturing a liquid transfer device, comprising: a piezoelectric layer; a first electrode disposed on one surface of the piezoelectric layer; and a second electrode disposed on the other surface of the piezoelectric layer,
A recess forming step of forming a recess at a position corresponding to the pressure chamber of the laminated surface of the diaphragm;
Low elastic material filling step of filling the concave portion of the diaphragm with a low elastic material having a lower elastic modulus than the laminated surface of the diaphragm and having fluidity;
An aerosol containing piezoelectric material particles and a carrier gas is sprayed on the laminated surface of the diaphragm, and the piezoelectric material particles are deposited in a region excluding the surface of the low-elasticity material filled in the recess. A piezoelectric layer forming step of forming the piezoelectric layer;
A method for manufacturing a liquid transfer device.
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