JP2006150955A - 圧電アクチュエータの製造方法、液体移送装置の製造方法、及び、圧電アクチュエータの製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】振動板30の厚さを測定し、測定された振動板30の厚さの、予め設定された振動板30の基準厚さに対するずれ量に基づいて、圧電層31の厚さを決定し、決定された厚さの圧電層31を、振動板30の圧力室と反対側に形成することにより、振動板30の厚さを圧電層31の厚さで容易に補正することが可能になる。
【選択図】図9
Description
(−0.75×ΔTv)≦ΔTp1≦(−1.05×ΔTv)・・・(1)
この場合には、振動板の変形量が所定の変形量となるような圧電層の厚さを、簡単に決定することができる。
(−1.0×ΔTv)≦ΔTp2≦(−1.3×ΔTv)・・・(2)
この場合には、アクチュエータの剛性が所定の値となるような圧電層の厚さを、簡単に決定することができる。なお、前記式(1)に式(2)を考慮すると、前記圧電層厚さ決定工程において、補正量ΔTp1を、下記式(3)の範囲内で決定することが製造上有利である。
(−1.0×ΔTv)≦ΔTp1≦(−1.05×ΔTv)・・・(3)
本発明の圧電アクチュエータの製造方法においては、前記振動板は、導電性材料で形成されて、前記2つの電極のうちの一方を兼ねており、前記圧電層形成工程において、前記圧電層を、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に接して形成し、前記2つの電極の他方を、前記圧電層の前記振動板と反対側の面に接して形成し得る。このように、圧電層を、振動板との間に他の別の層(例えば、電極の層や、電極と振動板とを絶縁する絶縁材料層等)を介在させることなく、振動板の圧力室と反対側の面に直接形成するため、圧電層の厚さを調整することにより、振動板の厚さのばらつきを正確に補正することができる。また、振動板が2つの電極のうちの一方を兼ねているため、この一方の電極を振動板とは別に形成する工程を省略でき、製造工程を簡素化できる。
(−0.75×ΔTv)≦ΔTp1≦(−1.05×ΔTv)・・・・(1)
そこで、この関係を用いて、ΔTvからΔTp1を決定してもよい。この場合には、Wc、We、B、Tv及びTpの組み合わせごとに、図7のような関係を予め求めておく必要がないため、補正量ΔTp1の値を簡単に求めることができる。
(−1.0×ΔTv)≦ΔTp2≦(−1.3×ΔTv)・・・(2)
そこで、この関係を用いて、ΔTvからΔTp2を決定してもよい。この場合には、補正量ΔTp2を簡単に求めることができる。
(−1.0×ΔTv)≦ΔTp1≦(−1.05×ΔTv)・・・(3)
式(3)に着目するとさらに、次の重要な結果が導かれる。圧電層の厚みと振動板の厚みは相補的な関係となっていることが分る。すなわち、振動板の厚みが基準値から誤差ΔTvだけ厚いならばその誤差ΔTvとほぼ等量(ΔTv≒ΔTp1)だけを圧電層の基準厚みTp0から減じればよい。それゆえ、次のような厚み設定方法が可能となる。振動板の設計値と圧電層の設計値からその和の設計値TT0(=Tp0+Tv0)を求めておく。最初に、振動板の厚みを測定し、基準値Tv0からのずれΔTvを求める。式(3)より和の設計値TT0が維持されるようにすればよいので、圧電層の厚みを(Tp0−ΔTv)となるように設定する。これによれば、振動板の厚みの誤差測定のみでその測定値をそのまま圧電層の厚みの補正値に使えるので圧電層の厚み設定工程が極めて簡単となる。
<第1変更形態>
前記実施形態のインクジェットヘッドの製造方法では、振動板30に、AD法等を用いて圧電材料の粒子を堆積させることにより圧電層31を形成するようになっているが、PZTのグリーンシートを焼成することにより得られた1又は複数枚の圧電シートを振動板30に接着することにより圧電層31を形成してもよい。この場合には、予め、複数種類の厚さの圧電シートを準備しておき、振動板30の厚さのずれ量ΔTvに基づいて圧電層31の厚さを所定の値に決定した後に、圧電層31の厚さがその所定値となるように、適切な厚さの圧電シートを選択して振動板30に接着すればよい。
<第2変更形態>
振動板が、絶縁材料(例えば、表面が酸化されたシリコン材料、PZT、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料、あるいは、ポリイミド等の合成樹脂材料など)からなるものであってもよい。但し、この場合には、図13に示すように、圧電アクチュエータ3Aにおいて、絶縁性の振動板30Aの、圧力室14と反対側の面に、個別電極32と対向してその間の圧電層31に電界を生じさせるための、共通電極34が必要になる。
<第3変更形態>
前記実施形態では、圧電層31の振動板30と反対側に個別電極32が形成されているが、圧電層31の振動板30側に個別電極32が配置され、圧電層31の振動板30と反対側に共通電極34が配置されていてもよい。但し、振動板が金属材料からなる場合には、図14に示すように、圧電アクチュエータ3Bにおいて、複数の個別電極32の間を絶縁するために、金属製の振動板30の上面(圧力室14と反対側の面)には絶縁材料層60が形成されるなどして、個別電極32が配置される振動板30の面が絶縁性を有する必要がある。この絶縁材料層60は、例えば、アルミナ、ジルコニア等のセラミックス材料で、AD法、スパッタ法、CVD法、あるいは、ゾル・ゲル法等により形成することができる。一方、振動板が、シリコン材料、セラミックス材料、あるいは、合成樹脂材料等の絶縁材料からなる場合には、図15に示すように、圧電アクチュエータ3Cにおいて、振動板30Cの上面に直接個別電極32が配置されていればよく、絶縁性を有する振動板30Cにより複数の個別電極32の間が絶縁される。
<第4変更形態>
前記実施形態では、その内部に個別インク流路21を有する流路ユニットが、主に、積層された金属プレート(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)により構成されているが、流路ユニットが金属材料以外の材料(例えば、シリコン材料等)で形成されていてもよい。
2 流路ユニット
3,3A,3B,3C 圧電アクチュエータ
14 圧力室
20 ノズル
30,30A,30C 振動板
31 圧電層
32 個別電極
34 共通電極
40 製造装置
41 レーザー変位計
42 成膜装置
43 制御装置
Claims (21)
- 圧力室を有する流路ユニットの一表面に設けられ、且つ、前記圧力室を覆う振動板、この振動板の圧力室と反対側に配置された圧電層、この圧電層の両面側に夫々配置されて前記圧電層を挟む2つの電極を有する、液体移送装置の圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記振動板の厚さを測定する振動板厚さ測定工程と、
前記振動板厚さ測定工程で測定された前記振動板の厚さの、予め設定された振動板の基準厚さに対するずれ量に基づいて、前記圧電層の厚さを決定する圧電層厚さ決定工程と、
前記圧電層厚さ決定工程で決定された厚さの前記圧電層を、前記振動板の前記圧力室と反対側に設ける圧電層形成工程と、
を備える圧電アクチュエータの製造方法。 - 前記圧電層厚さ決定工程において、一方の前記電極に所定の電圧が印加されたときの、前記振動板の変形量が所定の変形量となるように、前記圧電層の厚さを決定す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。
- 前記振動板が圧電層の材料と同等以上の弾性率を有する材料からできており、前記振動板の厚さのずれ量をΔTv、前記圧電層の、予め設定された基準厚さに対する補正量をΔTp1としたときに、前記圧電層厚さ決定工程において、補正量ΔTp1を、(−0.75×ΔTv)≦ΔTp1≦(−1.05×ΔTv)の範囲内で決定する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。
- 前記圧電層厚さ決定工程において、アクチュエータの剛性が所定の値となるように、前記圧電層の厚さを決定す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。
- 前記振動板が圧電層の材料と同等以上の弾性率を有する材料からできており、前記振動板の厚さのずれ量をΔTv、前記圧電層の、予め設定された基準厚さに対する補正量をΔTp2としたときに、前記圧電層厚さ決定工程において、補正量ΔTp2を、(−1.0×ΔTv)≦ΔTp2≦(−1.3×ΔTv)の範囲内で決定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。
- 前記振動板の厚さのずれ量をΔTv、前記圧電層の、予め設定された基準厚さに対する補正量をΔTp1としたときに、前記圧電層厚さ決定工程において、補正量ΔTp1を、(−1.0×ΔTv)≦ΔTp1≦(−1.05×ΔTv)の範囲内で決定することを特徴とする請求項3に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
- 前記振動板は、導電性材料で形成されて、前記2つの電極のうちの一方を兼ねており、
前記圧電層形成工程において、前記圧電層を、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に接して形成し、
前記2つの電極の他方を、前記圧電層の前記振動板と反対側の面に接して形成することを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の圧電アクチュエータの製造方法。 - 前記圧電層形成工程において、前記圧電層を、エアロゾルデポジション法、スパッタ法及び化学蒸着法からなる群から選ばれた一種の方法により前記振動板上に形成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。
- 前記圧電層形成工程において、前記圧電層を、エアロゾルデポジション法により前記振動板上に形成す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。
- 圧力室を有する流路ユニットの一表面に設けられ、且つ、前記圧力室を覆う振動板と、この振動板の圧力室と反対側に配置された圧電層と、この圧電層の両面側に夫々配置されて前記圧電層を挟む2つの電極とを有し、振動板が圧電層の材料と同等以上の弾性率を有する材料からできている圧電アクチュエータの製造方法であって、
前記振動板の厚さの設計値と前記圧電層の厚さの設計値の和を求める工程と、
前記振動板の厚さを測定する測定工程と、
前記測定された振動板の厚さに関して、前記和が維持されるように圧電層の厚みを決定する工程と、
前記決定された厚さの前記圧電層を、前記振動板の前記圧力室と反対側に設ける圧電層形成工程とを備える圧電アクチュエータの製造方法。 - 圧力室を有する流路ユニットと、この流路ユニットの一表面に設けられ、且つ、前記圧力室を覆う振動板、この振動板の圧力室と反対側に配置された圧電層、この圧電層の両面側に夫々配置された2つの電極を有する圧電アクチュエータとを備えた液体移送装置の製造方法であって、
前記振動板の厚さを測定する振動板厚さ測定工程と、
前記振動板厚さ測定工程で測定された前記振動板の厚さの、予め設定された振動板の基準厚さに対するずれ量に基づいて、前記圧電層の厚さを決定する圧電層厚さ決定工程と、
前記圧電層厚さ決定工程で決定された厚さの前記圧電層を、前記振動板の前記圧力室と反対側に設ける圧電層形成工程と、
を備える液体移送装置の製造方法。 - 前記圧電層厚さ決定工程において、一方の前記電極に所定の電圧が印加されたときの、前記振動板の変形量が所定の変形量となるように、前記圧電層の厚さを決定することを特徴とする請求項11に記載の液体移送装置の製造方法。
- 前記振動板が圧電層の材料と同等以上の弾性率を有する材料からできており、前記振動板の厚さのずれ量をΔTv、前記圧電層の、予め設定された基準厚さに対する補正量をΔTp1としたときに、前記圧電層厚さ決定工程において、補正量ΔTp1を、(−0.75×ΔTv)≦ΔTp1≦(−1.05×ΔTv)の範囲内で決定することを特徴とする請求項12に記載の液体移送装置の製造方法。
- 前記圧電層厚さ決定工程において、アクチュエータの剛性が所定の値となるように、前記圧電層の厚さを決定することを特徴とする請求項11に記載の液体移送装置の製造方法。
- 前記振動板が圧電層の材料と同等以上の弾性率を有する材料からできており、前記振動板の厚さのずれ量をΔTv、前記圧電層の、予め設定された基準厚さに対する補正量をΔTp2としたときに、前記圧電層厚さ決定工程において、補正量ΔTp2を、(−1.0×ΔTv)≦ΔTp2≦(−1.3×ΔTv)の範囲内で決定することを特徴とする請求項14に記載の液体移送装置の製造方法。
- 前記振動板の厚さのずれ量をΔTv、前記圧電層の、予め設定された基準厚さに対する補正量をΔTp1としたときに、前記圧電層厚さ決定工程において、補正量ΔTp1を、(−1.0×ΔTv)≦ΔTp1≦(−1.05×ΔTv)の範囲内で決定することを特徴とする請求項13に記載の液体移送装置の製造方法。
- 前記振動板は、導電性材料で形成されて、前記2つの電極のうちの一方を兼ねており、
前記圧電層形成工程において、前記圧電層を、前記振動板の前記圧力室と反対側の面に接して形成し、
前記2つの電極の他方を、前記圧電層の前記振動板と反対側の面に接して形成することを特徴とする請求項11〜16の何れかに記載の液体移送装置の製造方法。 - 前記圧電層形成工程において、前記圧電層を、エアロゾルデポジション法、スパッタ法及び化学蒸着法からなる群から選ばれた一種の方法により前記振動板上に形成することを特徴とする請求項11〜17の何れかに記載の液体移送装置の製造方法。
- 前記圧電層形成工程において、前記圧電層を、エアロゾルデポジション法により前記振動板上に形成することを特徴とする請求項11に記載の圧電アクチュエータの製造方法。
- 圧力室を有する流路ユニットの一表面に設けられ、且つ、前記圧力室を覆う振動板、この振動板の圧力室と反対側に配置された圧電層、この圧電層の両面側に夫々配置された2つの電極を有する、液体移送装置の圧電アクチュエータを製造する装置であって、
前記振動板の厚さを測定する厚さ測定装置と、
前記厚さ測定手段により測定された前記振動板の厚さの、予め設定された振動板の基準厚さに対するずれ量に基づいて、前記圧電層の厚さを決定する厚さ決定装置と、
前記厚さ決定装置により決定された厚さの前記圧電層を、前記振動板の前記圧力室と反対側に形成する圧電層形成装置とを備える圧電アクチュエータの製造装置。 - さらに、振動板の基準厚さに対するずれ量に対する前記圧電層の厚さの関係を記憶した記憶装置を備える請求項20に記載の圧電アクチュエータの製造装置。
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