CN1976197A - 压电促动器、检查方法和液体喷射设备 - Google Patents

压电促动器、检查方法和液体喷射设备 Download PDF

Info

Publication number
CN1976197A
CN1976197A CNA2006101631374A CN200610163137A CN1976197A CN 1976197 A CN1976197 A CN 1976197A CN A2006101631374 A CNA2006101631374 A CN A2006101631374A CN 200610163137 A CN200610163137 A CN 200610163137A CN 1976197 A CN1976197 A CN 1976197A
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric
liquid
vibrating plate
piezoelectric actuator
internal electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2006101631374A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1976197B (zh
Inventor
久保敏文
渡边英年
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brother Industries Ltd filed Critical Brother Industries Ltd
Publication of CN1976197A publication Critical patent/CN1976197A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1976197B publication Critical patent/CN1976197B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14209—Structure of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2047—Membrane type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14209—Structure of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
    • B41J2002/14217—Multi layer finger type piezoelectric element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads
    • B41J2/14201—Structure of print heads with piezoelectric elements
    • B41J2/14209—Structure of print heads with piezoelectric elements of finger type, chamber walls consisting integrally of piezoelectric material
    • B41J2002/14225—Finger type piezoelectric element on only one side of the chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2202/00—Embodiments of or processes related to ink-jet or thermal heads
    • B41J2202/01—Embodiments of or processes related to ink-jet heads
    • B41J2202/03—Specific materials used

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Abstract

压电促动器包括：压电振动板，它包括压电陶瓷；形成在压电振动板的第一表面上的内部电极；形成在内部电极上的压电层；以及设置在压电层表面上的多个表面电极。当内部电极接地并且将预定电压施加到与压电振动板的第二表面接触的液体上时，在液体和内部电极之间流动的电流值不大于0.01μA。

Description

压电促动器、检查方法和液体喷射设备
相关申请的交叉引用
本申请要求了2005年11月30日提交的日本专利申请No.2005-345087的优先权，其整个主题在这里被引用作为参考。
技术领域
本发明的方面涉及压电促动器、该压电促动器的检查方法、和采用该压电促动器的液体喷射设备。具体地说，该压电促动器可以用于燃油喷射器、喷墨打印机等。该压电促动器也可以用于液体喷射设备，例如利用展开振动、伸展振动或厚度振动的打印头。
背景技术
采用压电陶瓷的产品例如包括压电促动器、过滤器、压电谐振器(包括振荡器)、超声波振动器、超声波马达、压电传感器等。在这些产品中，压电促动器对电信号的响应速度快到10-6秒。压电促动器用来定位半导体制造设备的XY工作台，或者用于喷墨打印机的打印头(液体喷射设备)。近来，随着对彩色打印机需要高速和低成本，已经增大了对于喷墨打印机等的喷墨压电促动器的要求。
JP-A-2004-165650披露了压电促动器，它具有多个移动元件，每个移动元件具有压电陶瓷层(压电层)和一对电极，该压电层介于这对电极之间。压电层设置在陶瓷基板的表面上。由压电材料(压电陶瓷)形成的压电振动板用作陶瓷基板，并且压电促动器用于打印头(液体喷射设备)。
图5为示意性剖视图，示出JP-A-2004-165650中所披露的具有压电促动器的已知液体喷射设备。如图5所示，液体喷射设备70具有并行布置的多个液体流动通道53a。该液体喷射设备70还具有设置在流动通道构件53上的压电促动器61，该流动通道构件53形成用作将各个液体流动通道53a分隔开的壁的分隔壁53b。
压电促动器61具有设置在压电振动板62的表面上的多个移动元件67。每个移动元件67具有压电层65和一对电极(内部电极64和表面电极66)，压电层65介于这对电极之间。压电促动器61安装在流动通道构件53上，从而液体流动通道53a和表面电极66的位置相互对准。
设置在流动通道构件53中的共同液体供应流动通道(未示出)与各个液体流动通道53a连接。来自外部的液体从该液体供应流动通道提供和填充到各个液体流动通道53a中。如果喷射液体，则喷射出的液体通过供应流动通道流进各个流动通道53a中。为此，使位于各个液体流动通道53a上方的压电振动板62的背面与在液体流动通道53a中流动的液体接触。
液体喷射设备70通过在表面电极66和内部电极64之间施加驱动电压来使移动元件67移动，从而改变液体流动通道53a的容积。因此，流动通道53a中的液体被加压，并且从在流动通道构件53的底部处打开的液体喷射口58将液体喷射出。
但是，如果在使压电振动板62与液体接触的状态下反复长时间施加预定驱动电压，则内部电极64和压电振动板62彼此分离。因此，降低了驱动耐久性。该问题在厚度不大于100μm的压电促动器中显得很剧烈。
发明内容
本发明的方面提供具有优异驱动耐久性的压电促动器。
本发明的方面还提供检查方法，该检查方法能够确定压电促动器是否具有优异驱动耐久性。
另外，本发明的方面提供具有优异驱动耐久性的液体喷射设备。
本发明人已经发现，在内部电极用作接地电极时，使由压电陶瓷形成的压电振动板的背面与液体接触，并且向液体施加预定电压，如果在液体和接地电极之间流动的电流值不大于特定值，则抑制了内部电极和压电振动板相互分离。因此，能够获得具有优异驱动耐久性的压电促动器。
也就是说，根据本发明一方面的压电促动器包括：压电促动器，包括：压电振动板，它包括压电陶瓷；形成在压电振动板的第一表面上的内部电极；形成在内部电极上的压电层；以及设置在压电层表面上的多个表面电极，其中当内部电极接地并且将预定电压施加到与压电振动板的第二表面接触的液体上时，在液体和内部电极之间流动的电流值不大于0.01μA。
根据本发明的另一个方面，提供压电促动器的检查方法，该压电促动器包括：压电振动板，它包括压电陶瓷；形成在压电振动板的第一表面上的内部电极；形成在内部电极上的压电层；以及设置在压电层表面上的多个表面电极，该方法包括：制备压电促动器；将内部电极接地，并使液体与压电振动板的第二表面接触；向该液体施加预定电压；并且测量在该液体和内部电极之间流动的电流值。
根据本发明的另一个方面，液体喷射设备包括：压电促动器，它包括：压电振动板，它包括压电陶瓷；形成在压电振动板的第一表面上的内部电极；形成在内部电极上的压电层；以及设置在压电层表面上的多个表面电极，其中当内部电极接地并且将预定电压施加到与压电振动板的第二表面接触的液体上时，在液体和内部电极之间流动的电流值不大于0.01μA，其中压电促动器安装在布置有多个液体流动通道的流动通道构件上，从而压电振动板的第二表面与在各个液体流动通道中流动的液体接触，每个液体流动通道都具有液体喷射口，并且其中通过向压电促动器的各个表面电极施加驱动电压来改变各个液体流动通道的容积，从而将各个液体流动通道中流动的液体从液体喷射口喷射出。
附图说明
图1为示意性剖视图，示出根据本发明一方面的压电促动器；
图2为示意性说明图，示出在液体和接地电极之间流动的电流值；
图3为示意性剖视图，示出液体喷射设备；
图4为曲线图，示出在本发明一方面中在电流值和所施加的电压之间的关系；并且
图5为示意性剖视图，示出已知的液体喷射设备。
具体实施方式
<压电促动器>
现在将参照这些附图对根据本发明一方面的压电促动器进行说明。图1为示意性剖视图，示出压电促动器。图2为示意性说明图，示出在液体和接地电极之间流动的电流值。
如图1所示，压电促动器1具有压电振动板2、内部电极3、压电层4、和表面电极5。内部电极3、压电层4和表面电极5依此顺序层压在压电振动板2的表面上。压电振动板2和压电层4由片构件形成，并且具有大致相同的形状和尺寸。
内部电极3和表面电极5形成压电促动器1的电极。多个表面电极5形成在压电层4的表面上。因此，在压电振动板2的表面上布置多个移动元件6，每个移动元件6都具有内部电极3、表面电极5、和介于内部电极3、表面电极5之间的压电层4。
压电促动器1(移动元件6)的移动所需的极化方法没有特别限定。需要的是进行与所需移动形态对应的极化。当压电促动器1为下述的单压电晶片促动器，优选的是至少压电层4的介于内部电极3和表面电极5之间的部分沿着层压方向极化。
如果外部接线板与表面电极5连接并且在这些电极(表面电极5和内部电极3)之间施加电压，则使压电层4的介于施加有电压的表面电极5和内部电极3之间的那部分移动。具体地说，如果向表面电极5施加驱动电压，则通过压电振动板2来控制沿着平面方向(与层压方向垂直的方向)的移动，并且使移动元件6沿着层压方向弯曲。因此，压电促动器1用作单压电晶片促动器。
压电促动器1的厚度没有特别限制，但是优选不大于100μm，更优选不大于80μm，更优选不大于65μm，并且更优选不大于50μm。因此，能够实现较大的移动，并且能够实现低电压高效率的驱动。
如上所述，如果在使压电振动板与液体接触的状态下反复施加预定驱动电压，则内部电极和压电振动板彼此分离。因此，降低了驱动耐久性。该问题在厚度为100μm的压电促动器中显得很剧烈。但是，由于在本发明中能够抑制分离，所以压电促动器1的厚度能够设定为100μm。因此，能够实现较大的移动。
为了确保足够的机械强度并防止在处理和操作期间的损坏，压电促动器1的厚度的下限可以优选为3μm，更优选为5μm，更优选为10μm，并且更优选为20μm。
如图2所示，在压电促动器1中，在内部电极3用作接地电极时，压电振动板2的背面与液体10接触。将0.5至60V的电压施加到液体10上，并且在液体10和接地电极之间流动的电流值不大于0.01μA。因此，当在压电振动板2与液体接触的状态下反复施加预定驱动电压时，能够抑制内部电极3和压电振动板2彼此分离。
该电压为与用于使移动元件6移动的驱动电压对应的电压，并且要反复施加的该预定驱动电压指0.5至60V的电压。如果将该范围中的电压施加到表面电极5上，则移动元件6能够以预定的位移量移动。相反，如果电压小于0.5V，则位移量可能很小。如果电压超过60V，则施加了过大的电压，并且电流值可能超过0.01μA。如果电流值超过0.01μA并且在上述状态下反复施加该预定驱动电压，则内部电极3和压电振动板2彼此分离。通过采用电流测量设备例如下述的由AgilentTechnology Inc.制造的“高电阻计”进行的测量来获得电流值。
在液体10和接地电极之间的绝缘电阻值可以不小于100MΩ，优选不小于1000MΩ，并且更优选不小于4000MΩ。因此，在向液体10施加电压时，电流值不大于预定值。相反，如果绝缘电阻值小于100MΩ，则由于电流值可能超过预定值，所以会发生不期望的情况。
绝缘电阻值的下限可以不大于50000MΩ，并且优选不大于40000MΩ。如果绝缘电阻值超过50000MΩ，则绝缘可能不理想地过度增大。通过采用绝缘电阻测量设备例如下述的由Agilent Technology Inc.制造的“高电阻计”进行的测量来获得绝缘电阻值。
认为能够抑制分离的原因如下。如果在使由压电陶瓷形成的压电振动板2与液体10接触的状态下反复施加预定驱动电压，则液体10带正电。这是因为压电陶瓷具有低绝缘。另外，如果将这样的压电陶瓷作为压电振动板2驱动，则在内部电极3和液体10之间发生电位差。因此，液体10带正电。
如果液体10带正电，则电流在压电振动板2中从液体10流到内部电极3(电流方向由箭头A所示)。然后，认为在压电振动板和内部电极3的边界处发生电解反应，因此使内部电极3和压电振动板2彼此分离。在内部电极3用作接地电极、使压电振动板2的背面与液体10接触、并且向液体10施加预定电压时，已经发现在液体10和接地电极之间流动的电流值不大于特定值。因此，能够抑制分离。
这里，对于压电振动板2和液体10的接触而言，需要在能够测量出在液体10和接地电极之间流动的电流值的区域处进行接触。在该区域范围内，在背面的一部分或整个背面中进行液体10和接地电极的接触。另外，液体10没有特别限制。例如可以将水、墨水、液体树脂等作为液体10。当将压电促动器1应用于液体喷射设备例如喷墨记录头时，在该情况中优选采用墨水。墨水例如水性染料墨水可以为水性颜料墨水、可紫外线固化UV墨水等。
(压电层)
对于压电层4可以采用具有压电性的陶瓷(压电陶瓷)。具体地说，作为示例，可以采用Bi层状化合物(层状钙钛矿化合物)、钨青铜化合物、和含有钙钛矿化合物例如Nb基钙钛矿化合物(碱金属铌酸盐化合物(NAC)例如铌酸钠、和碱土铌酸盐化合物(NAEC)例如铌酸钡)、铌镁酸铅(PMN基化合物)、铌镍酸铅(PNN基化合物)、含有Pb的锆钛酸铅(PZT)、和钛酸铅的材料。
在这些压电陶瓷中，优选采用至少含有Pb的钙钛矿化合物。例如，优选采用含有铌镁酸铅(PMN基化合物)、铌镍酸铅(PNN基化合物)、含有Pb的锆钛酸铅(PZT)、或钛酸铅的材料。特别地，优选采用在A位处含有Pb作为组成元素、且在B位处含有Zr及Ti作为组成元素的晶体。采用该组成，实现了具有高压电常数的压电层。具体地说，优选采用含有Pb的锆钛酸铅(PZT)或钛酸铅来实现较大的移动。作为钙钛矿晶体的示例，优选采用PbZrTiO3。
可以将其它氧化物混合到压电陶瓷中。另外，可以置换其它元素作为在A位和/或B位处的辅助组分，只要不对特性造成不利影响。例如，优选采用具有加入作为辅助组分的Zn、Sb、Ni和Te的Pb(Zn1/3Sb2/3)O3和Pb(Ni1/2Te1/2)O3的固溶体。
压电层4的厚度可以大约为5至50μm，并且优选为10至30μm。因此，移动元件6能够展示高位移。相反，如果厚度小于5μm，则机械强度可能降低，并且在处理和操作期间可能发生损坏。另外，如果厚度大于50μm，则位移可能降低。
(压电振动板)
压电振动板2由压电陶瓷形成。压电振动板2可以大致由与压电层4相同的材料形成。因此，在同时焙烧压电振动板2和压电层4时，能够使压电促动器1中的焙烧收缩均匀。因此，能够抑制弯曲变形。
另外，压电振动板2具有高绝缘性，从而在液体10和接地电极之间流动的电流值优选不大于预定值。具体地说，压电振动板2优选含有绝缘体。该绝缘体例如可以为ZrO2、Al2O3、MgO、Mg2Al2O5、SiC、Si3N4等。
绝缘体的含量确定为优选实现如下比率，该比率使得：当将电压施加到液体10上时，电流值不大于所述预定值，并且绝缘电阻值不小于预定值。具体地说，相对于压电振动板的总重量而言，绝缘体的含量可以为1wt％，并且优选为20wt％。另外，在将该压电促动器1应用于液体喷射设备例如喷墨记录头时，优选采用具有优异抗耐性例如对墨水的耐蚀性或耐水性的材料。
压电振动板2的厚度可以为5至50μm，并且优选为10至30μm。因此，压电促动器1可以为单压电晶片型。相反，如果厚度小于5μm，当将电压施加到液体10上时，电流值可能超过所述预定值。另一方面，如果厚度大于50μm，则位移可能降低。
(内部电极)
对于内部电极3没有特别限制，只要它具有导电性。例如，可以采用Au、Ag、Pd、Pt、Cu、Al或其合金。具体地说，例如可以采用Ag-Pd合金。另外，需要设定内部电极3的厚度，从而内部电极3具有导电性但是不妨碍移动。一般来说，内部电极3的厚度可以大约为0.5至5μm，并且优选为1至4μm。
(表面电极)
与内部电极3类似，对于表面电极5没有特别限制，只要它具有导电性。例如，可以采用Au、Ag、Pd、Pt、Cu、Al或其合金。另外，需要设定表面电极5的厚度，从而它具有导电性且不妨碍移动。例如，表面电极5的厚度可以大约为0.1至2μm，优选为0.1至0.5μm，并且更优选为0.1至0.3μm。
<制造方法>
接下来，将对上述压电促动器1的制造方法进行说明(第一过程)。
首先，作为压电层4和压电振动板2的原料，制备出压电陶瓷原料粉末。压电陶瓷原料粉末的平均粒径优选不大于1μm，更优选不大于0.7μm，并且更优选不大于0.6μm。在压电陶瓷原料粉末的平均粒径不大于1μm时，在烧结时获得均匀的焙烧收缩。因此，压电层4和压电振动板2能够制作得均匀。将压电陶瓷原料粉末和有机粘结剂组分混合以便生产片成形浆料。随后，使用该片成形浆料，通过一般片材成形方法例如辊式涂布法、狭缝式涂布法或流延法来形成所需数量的生片。
在向液体10施加电压时，压电振动板2的片成形浆料优选含有绝缘体，从而在液体10和接地电极之间流动的电流值不大于所述预定值。具体地说，绝缘体可以与压电陶瓷原料粉末和有机粘结剂组分混合在一起，由此生产片成形浆料。另外，可以通过调节经过焙烧的陶瓷生片的厚度使电流值不大于所述预定值，从而形成压电振动板2。在该情况中，可以调节陶瓷生片的厚度，从而压电振动板2的厚度如上所述在5至50μm的范围内。
必要时对所得到的陶瓷生片加压。在片材成形之后，进行陶瓷生片的加压处理，由此增大片材的密度并减小在高度或密度上的变化。作为加压方法，可以采用任何已知的方法。为了实现均匀的高度，优选采用辊式加压法、平面加压法、静压加压法等。另外，加压时的压力随着材料组分、有机粘结剂的量、生片的高度等变化。可以在通常为10至100Mpa、优选为20至50Mpa、且更优选为30至40MPa的压力下进行加压。另外，如果通过加压获得的每个生片的高度变化不大于15％、尤其不大于10％，则减小了压电层4和压电振动板2在焙烧之后的高度变化，并且能够防止弯曲变形。
(第二过程)
接下来，生产含有用于内部电极的上述电极材料的内部电极糊。在该内部电极糊中，除了电极材料(Au、Ag等)之外，还含有例如有机载体等组分，例如乙基纤维素。然后，在所生产出的陶瓷生片中，通过丝网印刷等将用于内部电极3的电极糊印刷在生片的一个表面上，对该生片进行焙烧以形成压电振动板2。在该情况中，优选调节生片，从而厚度为1至3μm，并且变化(在最大值和最小值之间的差值)为0.5至1μm。另外，如果需要，可以在生片的一部分中形成通孔，并且可以将通道导体***在该通孔中。
(第三过程)
将第一和第二过程中生产出的陶瓷生片相互层压并紧密粘附，由此生产层压件。而且，作为用于这些片材的紧密粘附方法，例如可以采用：使用包括紧密粘附组分的紧密粘附溶液的方法、通过加热使生片中的有机粘结剂具有紧密粘附力并进行紧密粘附的方法、只通过加压等进行紧密粘附的方法等。
(第四过程)
必要时对在第三过程中获得的层压件进行脱脂过程，从而去除层压件中的有机组分。然后，在(高浓度)氧气气氛下在900至1200℃焙烧该层压件，由此获得层压烧结体。而且，在第四过程(焙烧过程)中，优选的是，通过由氧化锆或氧化镁形成的试样基板来层叠第三过程中获得的多个层压件，并且通过将重物放在层叠的层压件上来进行焙烧。采用该方法，能够抑制层压烧结体的弯曲变形，并且能够提供由厚度不大于100μm的薄烧结体形成的压电促动器。
(第五过程)
接下来，生产含有用于表面电极的电极材料的表面电极糊，并且使用该糊通过丝网印刷等在第四过程中获得的层压烧结体的表面上印刷表面电极图案。可以在500至800℃优选在650至800℃进行烘焙过程，由此形成表面电极5。然后，使压电层4极化，由此获得作为层压压电体的压电促动器1。
<检查方法>
接下来，将借助上述压电促动器1对根据本发明一方面的压电促动器的检查方法进行说明。如图2所示，在内部电极3用作接地电极、使压电振动板2的背面与液体10接触并且向液体10施加电压时，该检查方法测量在液体10和接地电极之间流过的电流值。因此，能够确定压电促动器1是否具有优异驱动耐久性。
具体地说，优选的是电压为0.5至60V的直流电压，并且电流值不大于0.01μA。当在电流值不大于0.01μA的压电促动器中施加以上范围内的电压时，即使在使压电振动板与液体接触的状态下反复施加预定驱动电压，内部电极和压电振动板也很少彼此分离。因此，压电促动器1具有优异驱动耐久性。相反，在当施加电压时具有超过0.01μA的电流值的压电促动器中，驱动耐久性较低。这样，能够确定该压电促动器1是否具有优异驱动耐久性。
压电促动器的厚度优选不大于100μm，在该点处分离显得很剧烈。
<液体喷射设备>
由于根据本发明的压电促动器在基板(压电振动板)上具有多个移动元件，所以该压电促动器能够适宜地用在液体喷射设备例如喷墨记录头中。下面，将对具有根据本发明的压电促动器的液体喷射设备的方面进行说明。图3为示意性剖视图，示出液体喷射设备。而且，在图3中，与在图1和2中相同的部分由相同的附图标记表示，并且其说明将省略。
如图3所示，在液体喷射设备20中，并排设置多个液体流动通道16a，每个液体流动通道16a都具有液体喷射口18，并且上述压电促动器1粘结在流动通道构件16上，该流动通道构件16形成用作将各个液体流动通道16a分隔开的壁的分隔壁16b。另外，压电振动板2形成每个液体流动通道16a的一部分。
设置在流动通道构件16中的共同液体供应流动通道(未示出)与按照这种方式形成的各个液体流动通道16a连接，并且来自外部的液体从该液体供应流动通道提供和填充到各个液体流动通道16a中。如果喷射液体，则喷射出的液体通过供应流动通道流进各个流动通道16a中。因此，将压电促动器1安装在流动通道构件16上，从而使位于各个液体流动通道16a上方的压电振动板2的背面与液体流动通道16a接触。
通过滚压法等获得流动通道构件16。通过蚀刻等将液体喷射口18和液体流动通道16a加工并形成为具有预定形状。流动通道构件16优选由选自如下组中的至少一种材料形成，该组为Fe-Cr基材料、Fe-Ni基材料、和WC-TiC基材料。特别地，流动通道构件16优选由具有优异的对墨水的耐蚀性的材料形成。在该情况中，优选采用Fe-Cr材料。
优选通过粘合层将流动通道构件16和压电促动器1相互层压和粘附，从而使压电振动板2与液体流动通道16a的空间接触。具体地说，使流动通道构件16和压电振动板2相互粘附，从而各个移动元件6的表面电极5和各个液体流动通道16a相互对应。
对于粘合层可以采用各种已知的材料。例如，在热对压电促动器1或流动通道构件16没有影响时，可以采用选自热固化温度为100至150℃的选自如下组中的至少一种基于热固性树脂的粘合剂，该组为环氧树脂、酚醛树脂和聚苯醚树脂。在采用这种粘合层进行加热至热固化温度时，能够将压电促动器1和流动通道构件16加热并相互粘附，由此获得液体喷射设备20。
向压电促动器1中的所述多个表面电极5之中的某个表面电极施加驱动电压，以便使某个移动元件6移动。然后，可以改变液体流动通道16a的容积，并且可以从液体喷射口18将液体流动通道16a中流动的液体喷射出。如上所述，由于压电促动器1具有优异驱动耐久性，所以包括压电促动器1的液体喷射设备20也具有优异驱动耐久性。
具有上述结构的液体喷射设备20能够高速且高精度喷射液体，并且能够适宜地用作喷墨记录头(打印头)。即，优选的是，液体为墨水，并且从液体喷射口18喷射出墨水，以便在要显示的构件(未示出)的表面上显示字符或图画，该构件设置成面对液体喷射口18。
虽然描述了本发明的一方面，但是本发明不限于上述方面，在不脱离本发明主题的范围内可以作出各种变化或变型。例如，虽然在上述方面中已经描述了其中压电振动板2和压电层4由单层形成的情况，但是本发明不限于此。压电振动板和/或压电层可以由多层形成。在该情况中，能够简单地调节压电促动器的厚度。
如上所述，压电振动板2和压电层4优选由大致相同的材料形成。但是，压电振动板2和压电层4的组分不必相互一致。这些组分可以是不同的，只要能够实现本发明的效果，即能够获得具有优异驱动耐久性的压电促动器。
下面将通过实施例对本发明的各个方面进行详细说明，但是本发明不限于这些实施例。
[实施例]
<压电促动器的制造>
制造出具有图1中所示的结构的压电促动器。具体地说，首先将有机粘结剂组分和有机溶剂加入到压电陶瓷粉末(平均粒径为0.5μm的PbZrTiO3基粉末)并且混合，由此生产片成形浆料。采用该浆料通过辊式涂布法制备厚度为40μm的用于压电层的生片。
随后，按照与用于压电层的生片相同的方式制备浆料，不同的是按照如下比率将绝缘体(ZrO2)加入到压电陶瓷粉末中，该比率导致在各个表1至3中所示的相对于预定的施加电压获得预定的电流值和绝缘电阻值。然后，通过辊式涂布法使用该浆料制备用于压电振动板的生片，从而在焙烧之后的厚度变为在各个表1至3中所示的厚度。
另外，获得Ag-Pd粉末，从而Ag∶Pd混合比其质量比为7∶3，并且混合预定量的有机粘结剂和溶剂，由此制备出内部电极糊。将该内部电极糊涂布在用于压电振动板的生片上，然后将用于压电层的生片层压在涂布有内部电极糊的表面上，随后通过热压形成层压件。将层压件切割成预定形状，并且在氧气气氛下在1000℃进行焙烧两个小时，由此制备出层压烧结体。
通过丝网印刷将主要含有Au的表面电极糊印刷在层压烧结体的面对着压电层的表面上，并且在750℃进行烘焙，由此形成表面电极。因此，制备出压电促动器(表1至3中的试样No.1至12)。
而且，每个压电促动器的厚度不大于100μm。
通过以下方法如下测量出表1中的电流值和绝缘电阻值。在表1中还示出测量结果。
(电流值和绝缘电阻值的测量方法)
每个压电促动器处于图2所示的状态下。也就是说，采用墨水(水性染料墨水)作为液体。内部电极用作接地电极。使压电振动板的背面与液体(墨水)接触。在该状态下，当将表1至3中所示的每个预定施加电压施加到液体(墨水)上时，测量出在液体(墨水)和接地电极之间流动的电流值和绝缘电阻值。
这里，作为电流值和绝缘电阻值的测量设备，使用由AgilentTechnology Inc.制造的“高电阻计”，它具有在被施加所述预定电压时测量电流值的功能和测量绝缘电阻值的功能。具体地说，在将测量设备的两个端子的一个***到液体(墨水)中、并且使另一个端子与压电振动板的侧面接触的状态下，向液体(墨水)施加所述预定电压。从这些端子之间的电位差测量出电流值和绝缘电阻值。
<压电促动器的评估>
对于以上获得的各个压电促动器，评估在内部电极和压电振动板之间是否存在分离。下面描述了该评估方法，并且在表1至3中示出结果。
(评估方法)
各个压电促动器处于如图2中所示的状态。采用墨水(水性染料墨水)作为液体。内部电极用作接地电极。使压电振动板的背面与液体(墨水)接触。在该状态下，当将表1至3中所示的每个施加电压施加600秒时，通过肉眼评估在内部电极和压电振动板之间是否存在分离(连续施加直流电流10分钟的试验)。而且，如下设定评估基准。
评估基准
○：没有分离
×：分离
                                          表1
 压电振动板的厚度10μm   试样号1)   1  *2  *3  *4  *5  *6
  施加的电压(V) 0.50 0.80 2.57 5.15 10.33 15.50
  电流值(μA) 0.0001 0.0110 0.0338 0.0660 0.2583 0.1938
  绝缘电阻值(MΩ) 5000 73 76 78 40 80
  评估结果   ○   ×   ×   ×   ×   ×
1)“*”表示在本发明范围外的试样。
            表2
 压电振动板的厚度14μm  试样号1)   7
 施加的电压(V)   20.58
 电流值(μA)   0.0011
 绝缘电阻值(MΩ)   18000
 评估结果   ○
                                  表3
 压电振动板的厚度20μm   试样号1)   8   9   10  *11  *12
  施加的电压(V) 4.90 29.73 57.81 69.93 77.08
  电流值(μA) 0.0001 0.0042 0.0044 0.8227 0.5929
  绝缘电阻值(MΩ) 34700 7000 13000 85 130
  评估结果   ○   ○   ○   ×   ×
1)“*”表示在本发明范围外的试样。
在图4中示出在电流值和施加的电压之间的关系。从表1至3和图4显而易见，在本发明范围内的试样No.1和7至10中，可以看出，即使在使压电振动板与液体(墨水)接触的状态下反复施加预定驱动电压，也能够抑制在内部电极和压电振动板之间的分离。相反，在本发明范围之外的试样No.2至6、11和12中，在内部电极和压电振动板之间发生分离。
根据本发明的各个方面，在内部电极用作接地电极时，由压电陶瓷形成的压电振动板的背面与液体接触，并且向液体施加了预定电压，因此将在液体和接地电极之间流动的电流值控制为不大于特定值。因此，能够抑制内部电极和压电振动板由于在使压电振动板与液体接触的状态下长时间反复施加预定驱动电压而彼此分离。因此，能够获得具有优异驱动耐久性的压电促动器。另外，能够确定压电促动器是否具有优异驱动耐久性。
根据本发明的另一个方面，所述预定电压在0.5至60V的范围内。根据本发明的再一个方面，该压电促动器的厚度不大于100μm。根据本发明的再一个方面，液体为墨水。根据本发明的再一个方面，压电振动板的厚度在5至50μm的范围内。根据本发明的再一个方面，压电振动板包括绝缘体。根据本发明的再一个方面，绝缘体为选自如下组中的材料，该组由ZrO2、Al2O3、MgO、Mg2Al2O5、SiC和Si3N4构成。根据本发明的再一个方面，在液体和内部电极之间的绝缘电阻值不小于100MΩ。
根据本发明的再一个方面，在压电促动器的检查方法中，所述预定电压在0.5至60V的范围内，并且电流值不大于0.01μA。根据本发明的再一个方面，所述预定电压为直流电压。
根据本发明的再一个方面，在液体喷射设备中，所述预定电压在0.5至60V的范围内。根据本发明的再一个方面，液体为墨水，并且从液体喷射口喷射墨水，以便在要显示的构件的表面上显示字符或图画，该构件设置成面对液体喷射口。

Claims (14)

1.压电促动器，包括：
压电振动板，它包括压电陶瓷；
形成在压电振动板的第一表面上的内部电极；
形成在内部电极上的压电层；以及
设置在压电层表面上的多个表面电极，
其中当内部电极接地并且将预定电压施加到与压电振动板的第二表面接触的液体上时，在液体和内部电极之间流动的电流值不大于0.01μA。
2.如权利要求1所述的压电促动器，
其中所述预定电压在0.5至60V的范围内。
3.如权利要求1所述的压电促动器，
其中所述压电促动器的厚度不大于100μm。
4.如权利要求1所述的压电促动器，
其中所述液体为墨水。
5.如权利要求1所述的压电促动器，
其中所述压电振动板的厚度在5至50μm的范围内。
6.如权利要求1所述的压电促动器，
其中所述压电振动板包括绝缘体。
7.如权利要求5所述的压电促动器，
其中所述绝缘体为选自如下组中的材料，该组由ZrO2、Al2O3、MgO、Mg2Al2O5、SiC和Si3N4构成。
8.如权利要求1所述的压电促动器，
其中在所述液体和内部电极之间的绝缘电阻值不小于100MΩ。
9.压电促动器的检查方法，该压电促动器包括：
压电振动板，它包括压电陶瓷；
形成在压电振动板的第一表面上的内部电极；
形成在内部电极上的压电层；以及
设置在压电层表面上的多个表面电极，该方法包括：
制备压电促动器；
将内部电极接地，并使液体与压电振动板的第二表面接触；
向该液体施加预定电压；并且
测量在该液体和内部电极之间流动的电流值。
10.如权利要求9所述的压电促动器的检查方法，
其中所述预定电压在0.5至60V的范围内，并且电流值不大于0.01μA。
11.如权利要求10所述的压电促动器的检查方法，
其中所述预定电压为直流电压。
12.液体喷射设备，包括：
压电促动器，它包括：
压电振动板，它包括压电陶瓷；
形成在压电振动板的第一表面上的内部电极；
形成在内部电极上的压电层；以及
设置在压电层表面上的多个表面电极，
其中当内部电极接地并且将预定电压施加到与压电振动板的第二表面接触的液体上时，在液体和内部电极之间流动的电流值不大于0.01μA，
其中压电促动器安装在布置有多个液体流动通道的流动通道构件上，从而压电振动板的第二表面与在各个液体流动通道中流动的液体接触，每个液体流动通道都具有液体喷射口，并且
其中通过向压电促动器的各个表面电极施加驱动电压来改变各个液体流动通道的容积，从而将各个液体流动通道中流动的液体从液体喷射口喷射出。
13.如权利要求12所述的液体喷射设备，
其中所述预定电压在0.5至60V的范围内。
14.如权利要求12所述的液体喷射设备，
其中所述液体为墨水，并且
其中从所述液体喷射口喷射墨水，以便在要显示的构件的表面上显示字符或图画，该构件设置成面对所述液体喷射口。
CN2006101631374A 2005-11-30 2006-11-30 压电促动器、检查方法和液体喷射设备 Expired - Fee Related CN1976197B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005345087 2005-11-30
JP2005345087A JP4991145B2 (ja) 2005-11-30 2005-11-30 圧電アクチュエータの検査方法
JP2005-345087 2005-11-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1976197A true CN1976197A (zh) 2007-06-06
CN1976197B CN1976197B (zh) 2010-06-16

Family

ID=37835226

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2006101631374A Expired - Fee Related CN1976197B (zh) 2005-11-30 2006-11-30 压电促动器、检查方法和液体喷射设备

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7498716B2 (zh)
EP (1) EP1793431B1 (zh)
JP (1) JP4991145B2 (zh)
CN (1) CN1976197B (zh)
DE (1) DE602006018245D1 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7730785B2 (en) * 2006-04-26 2010-06-08 Denso Corporation Ultrasonic sensor and manufacture method of the same
JP4582173B2 (ja) 2008-03-28 2010-11-17 ブラザー工業株式会社 液体移送装置
CN102124643B (zh) * 2008-07-14 2014-04-02 株式会社村田制作所 压电发电装置
JP5560587B2 (ja) * 2009-04-30 2014-07-30 ブラザー工業株式会社 圧電アクチュエータの製造方法
WO2012014111A2 (en) * 2010-07-30 2012-02-02 Koninklijke Philips Electronics N.V. Thin film ultrasound transducer
JP6102075B2 (ja) 2012-03-30 2017-03-29 セイコーエプソン株式会社 超音波トランスデューサー素子チップおよびプローブ並びに電子機器および超音波診断装置
JP5900107B2 (ja) * 2012-03-30 2016-04-06 セイコーエプソン株式会社 超音波トランスデューサー素子チップおよびプローブ並びに電子機器および超音波診断装置
KR101338383B1 (ko) 2013-01-07 2013-12-10 주식회사 코러스트 자체 작동 검사 기능을 갖는 압전 변환기 및 이를 포함하는 초음파 장치

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06198880A (ja) * 1993-01-07 1994-07-19 Ricoh Co Ltd インクジェットヘッド
US5794080A (en) * 1994-08-31 1998-08-11 Nikon Corporation Piezoelectric vibration angular velocity meter and camera using the same
JPH11198371A (ja) * 1998-01-19 1999-07-27 Ricoh Co Ltd インクジェットヘッド
JP2003094653A (ja) * 2001-09-25 2003-04-03 Ricoh Co Ltd インクジェットヘッド
KR100462872B1 (ko) * 2001-12-27 2004-12-17 주식회사 에스세라 누설전류가 감소된 압전체 조성물 및 이로 제조된 압전기기
JP2003211657A (ja) * 2002-01-22 2003-07-29 Ricoh Co Ltd インクジェットヘッド、インクジェットヘッドの製造方法、およびインクジェッドヘッド記録装置
JP2004107181A (ja) * 2002-09-20 2004-04-08 Canon Inc 圧電体素子形成用組成物、圧電体膜の製造方法、圧電体素子及びインクジェット記録ヘッド
US7044587B2 (en) 2002-10-17 2006-05-16 Kyocera Corporation Actuator, its manufacturing method and printing head
JP4812244B2 (ja) 2002-10-21 2011-11-09 京セラ株式会社 印刷ヘッド
EP1560279B1 (en) 2004-01-27 2007-08-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Piezoelectric element and method for manufacturing the same, and ink jet head and ink jet recording apparatus using the piezoelectric element
DE102004054625A1 (de) * 2004-11-11 2006-05-18 Mann + Hummel Gmbh Widerstandsheizung

Also Published As

Publication number Publication date
US20070200463A1 (en) 2007-08-30
EP1793431B1 (en) 2010-11-17
CN1976197B (zh) 2010-06-16
US7498716B2 (en) 2009-03-03
JP4991145B2 (ja) 2012-08-01
EP1793431A1 (en) 2007-06-06
DE602006018245D1 (de) 2010-12-30
JP2007144911A (ja) 2007-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1976197A (zh) 压电促动器、检查方法和液体喷射设备
CN1941446A (zh) 压电执行器、其制造方法以及喷墨记录头
WO2006135013A1 (ja) 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置
JP4422973B2 (ja) 積層圧電体、アクチュエータ及び印刷ヘッド
WO2011065182A1 (ja) 積層型圧電素子およびこれを用いた噴射装置ならびに燃料噴射システム
JP2006303426A (ja) 圧電素子及びその製造方法、液体噴射ヘッド及びその製造方法並びに液体噴射装置
JP5458085B2 (ja) 積層圧電体、圧電アクチュエータおよび印刷ヘッド
JP4344554B2 (ja) 圧電アクチュエータの製造方法及び印刷ヘッドの製造方法
JP2007123483A (ja) 圧電アクチュエータ及び液体吐出装置
JP2004096068A (ja) 圧電素子、圧電アクチュエータ、及び、液体噴射ヘッド
JP2005022909A (ja) グリーンシートおよびその製造方法、並びに積層圧電体、圧電アクチュエータおよびインクジェット記録ヘッド
JP2007268838A (ja) インクジェットヘッド
JP4303997B2 (ja) 圧電アクチュエータおよびこれを備えたインクジェット記録ヘッド
CN1838445A (zh) 压电元件、液体喷射头及其制造方法,液体喷射设备
JP5096659B2 (ja) 圧電アクチュエータおよび印刷ヘッド
JP2008080622A (ja) 液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置
JP4593905B2 (ja) 圧電アクチュエータおよびその製造方法、並びに液体吐出装置
JP2005039986A (ja) 圧電アクチュエータおよびこれを備えたインクジェット記録ヘッド
JP4833510B2 (ja) インクジェット記録ヘッドおよびその製造方法
JP2006073672A (ja) 積層圧電体、その製造方法、圧電アクチュエータおよび印刷ヘッド
JP2005183607A (ja) 積層型圧電素子及び噴射装置
JP2005021779A (ja) 圧電アクチュエータおよびこれを備えた液体吐出装置
JP4634029B2 (ja) 圧電アクチュエータの製造方法およびインクジェット記録ヘッド
JP2005244091A (ja) 圧電積層体、圧電アクチュエータ、印刷ヘッドおよび印刷機
JP2004357439A (ja) 圧電アクチュエータ、インクジェット記録ヘッドおよび圧電アクチュエータの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20100616

Termination date: 20191130