JP3524940B2 - Piezoelectric actuator, inkjet head, and method of manufacturing inkjet head - Google Patents
Piezoelectric actuator, inkjet head, and method of manufacturing inkjet headInfo
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Description
【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は圧電アクチュエータの構
造およびインクジェットヘッドの構造に関し、さらにイ
ンクジェットヘッドの製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric actuator structure and an ink jet head structure, and more particularly to a method of manufacturing an ink jet head.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来この種の技術として、特開昭５７−
２０９０４に開示されるように、可撓板上に圧電素子を
接着することにより、ユニモルフ構造の圧電アクチュエ
ータを構成し、インクジェットヘッド等に適用するもの
であった。2. Description of the Related Art A conventional technique of this kind is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-
As disclosed in 20904, a piezoelectric element having a unimorph structure is formed by adhering a piezoelectric element on a flexible plate and applied to an inkjet head or the like.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来例のような圧電アクチュエータは、駆動電圧が数十
〜百数十ボルトといった高電圧駆動のものとなり、一般
的に圧電アクチュエータ駆動回路のコストが非常に高価
である。圧電素子はその収縮量が圧電素子内部の電界強
度に比例するといった特性を有し、圧電アクチュエータ
駆動電圧を低減する場合、圧電素子の厚みを減じて必要
な電界強度を確保する方法が有効である。ところが圧電
素子の材質は、チタン酸バリウム等より成るセラミック
スが一般的であり、機械的に脆い性質を有する。従っ
て、圧電素子の厚みを減じた場合、圧電アクチュエータ
製造工程において圧電素子と可撓板の接着時に、圧電素
子に割れや微細なクラックを生じ、製造歩留まりを低下
させるといった問題が発生していた。これらの不良の発
生した圧電アクチュエータは、十分な初期性能が得られ
なかったり、耐久性の面で仕様を満足しないために使用
できないばかりか、製造工程において選別作業が必要と
なり、製造コストを引き上げる要因となっていた。特に
特開昭５７−２０９０４にみられるようなインクジェッ
トヘッドにおいては、圧電アクチュエータを多数同時に
形成し使用するため、歩留まりに与える影響は大きく、
問題はより深刻なものであった。However, the piezoelectric actuator as in the above-mentioned conventional example is driven by a high voltage such as a driving voltage of tens to hundreds of tens of volts, and the cost of the piezoelectric actuator driving circuit is generally low. Very expensive. The piezoelectric element has a characteristic that its contraction amount is proportional to the electric field strength inside the piezoelectric element, and in order to reduce the piezoelectric actuator drive voltage, it is effective to reduce the thickness of the piezoelectric element to secure the necessary electric field strength. . However, the piezoelectric element is generally made of ceramics such as barium titanate and has a mechanically brittle property. Therefore, when the thickness of the piezoelectric element is reduced, there is a problem that the piezoelectric element is cracked or finely cracked when the piezoelectric element and the flexible plate are bonded in the manufacturing process of the piezoelectric actuator, and the manufacturing yield is reduced. These defective piezoelectric actuators cannot be used because they do not have sufficient initial performance or because they do not meet the specifications in terms of durability, and they also require sorting work in the manufacturing process, which increases manufacturing costs. It was. Especially in the ink jet head as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 57-20904, a large number of piezoelectric actuators are formed and used at the same time.
The problem was more serious.
【０００４】本発明は以上の問題点を解決するものであ
り、その目的とするところは、低電圧駆動が可能で駆動
回路コストが安価であり、製造歩留まりが高くかつ安価
な圧電アクチュエータとインクジェットヘッドおよびイ
ンクジェットヘッドの製造方法を提供することにある。The present invention solves the above problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator and an ink jet head which can be driven at a low voltage, have a low drive circuit cost, and have a high manufacturing yield. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an inkjet head.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明の圧電アクチュエ
ータは、セラミックからなる圧電素子と導電性を有する
可撓板とからなり、該可撓板に前記圧電素子が導通及び
接合されてユニモルフ構造を形成した圧電アクチュエー
タにおいて、前記可撓板側とは反対側の前記圧電素子の
電極面上の縁部より内側の略全面にスクリーン印刷によ
り形成された導電性皮膜を設け、前記電極面上の縁部に
引き出し線を接続したことを特徴とする。また、係る圧
電アクチュエータにおいて、導電性皮膜の抵抗率が１．
０Ωｃｍ以下であることを特徴とする。また、係る圧電
アクチュエータにおいて、導電性皮膜の硬度が鉛筆硬度
においてＢ以下であることを特徴とする。また、係る圧
電アクチュエータにおいて、導電性皮膜の厚みが圧電部
材の厚みに対して７０％以下であることを特徴とする。
また、係る圧電アクチュエータを用いたインクジェット
ヘッドであることを特徴とする。また、本発明の圧電ア
クチュエータの製造方法は、スクリーン印刷にて複数の
圧電素子上に同時に導電性皮膜を印刷する工程を有する
ことを特徴とする。 The piezoelectric actuator SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is composed of a flexible plate having a piezoelectric element and a conductive made of ceramic, a unimorph structure the piezoelectric element is conductive and is joined to the movable Shiwaita in forming the piezoelectric actuator, before Symbol piezoelectric elements opposite to the flexible plate side
Provide a conductive film formed by screen printing on the entire surface inside the edge on the electrode surface, and on the edge on the electrode surface
It is characterized by connecting a lead wire . Further, in such a piezoelectric actuator, the resistivity of the conductive film is 1.
It is characterized by being 0 Ωcm or less. Further, in such a piezoelectric actuator, the hardness of the conductive film is B or less in pencil hardness. Further, in such a piezoelectric actuator, the thickness of the conductive film is 70% or less of the thickness of the piezoelectric member.
Further, it is characterized by being an inkjet head using such a piezoelectric actuator. In the method of manufacturing the piezoelectric actuator of the invention features in that it has a more engineering to print simultaneously conductive film on a plurality of piezoelectric elements by the scan screen printing.
【０００６】[0006]
【０００７】[0007]
【０００８】[0008]
【０００９】[0009]
【００１０】[0010]
【００１１】[0011]
【実施例】以下に本発明を、実施例に基づいて説明す
る。EXAMPLES The present invention will be described below based on examples.
【００１２】図１は本発明の実施例における圧電アクチ
ュエータの断面構成図である。圧電アクチュエータは可
撓板１、圧電素子２および導電性皮膜３から構成されて
いる。可撓板１は板状の部材であり、主に銅やステンレ
ス等の導電性を有する金属よりなる。圧電素子２はチタ
ン酸バリウムやジルコン酸鉛よりなり、原材料の微細粉
が焼結されて表面には電極を付与され、高電界で分極処
理されており、厚み方向に電圧を印加することにより電
荷を保持して長さ方向に収縮する性質を有するものであ
る。圧電素子２は可撓板１上に接着されており、可撓板
１と圧電素子２はユニモルフ構造を形成するとともに、
圧電素子２の可撓板側の電極は導電性を有する可撓板１
を通じ−側電極に、反可撓板側の電極は電極上の接触部
２ａに接続された引き出し線４を介し＋側電極に接続さ
れる。また、可撓板１については、ポリカーボネートや
ポリサルフォン等の樹脂も使用可能であるが、その場合
圧電素子２との接着面側表面に酸化インジウム等のＩＴ
Ｏ膜を蒸着するなど、導電性を付与することが必要であ
る。圧電素子２のこれら正負電極間に通電を行うことに
より、可撓板１と圧電素子２は圧電アクチュエータとし
て動作する。また、圧電素子２の反可撓板側の電極面上
には、導電性皮膜３が設けられている。導電性皮膜３
は、ゴム系、エポキシ系、アクリル系樹脂等のマトリク
ス中に、カーボン、ニッケル、銀等の導電性フィラーを
混合し導電性を持たせた樹脂を、圧電素子２の電極面上
に塗布して硬化させ、皮膜として形成させたものであ
る。導電性皮膜３は、可撓板１と圧電素子２の接着工程
において圧電素子２にクラックが発生した場合、クラッ
クにより分断された圧電素子２の反可撓板側の電極を修
復し電気的な導通を得て、可撓板１と圧電素子２により
形成される圧電アクチュエータの動作を確保する目的で
付加されるものである。これについては後に詳述する。FIG. 1 is a sectional view of a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention. The piezoelectric actuator is composed of a flexible plate 1, a piezoelectric element 2 and a conductive film 3. The flexible plate 1 is a plate-shaped member, and is mainly made of a conductive metal such as copper or stainless steel. The piezoelectric element 2 is made of barium titanate or lead zirconate, is a fine powder of raw material that is sintered, has an electrode on its surface, is polarized by a high electric field, and is charged by applying a voltage in the thickness direction. And has the property of contracting in the lengthwise direction. The piezoelectric element 2 is adhered onto the flexible plate 1, and the flexible plate 1 and the piezoelectric element 2 form a unimorph structure, and
The electrodes on the flexible plate side of the piezoelectric element 2 are conductive flexible plates 1
Through, and the electrode on the side opposite to the flexible plate is connected to the + side electrode through the lead wire 4 connected to the contact portion 2a on the electrode. Further, as the flexible plate 1, a resin such as polycarbonate or polysulfone can be used, but in that case, an IT such as indium oxide is formed on the surface of the surface to be bonded to the piezoelectric element 2.
It is necessary to impart conductivity, such as vapor deposition of an O film. By energizing the positive and negative electrodes of the piezoelectric element 2, the flexible plate 1 and the piezoelectric element 2 operate as a piezoelectric actuator. A conductive film 3 is provided on the electrode surface of the piezoelectric element 2 on the side opposite to the flexible plate. Conductive film 3
Is a resin such as carbon, nickel, or silver mixed with a conductive filler in a matrix of rubber-based, epoxy-based, acrylic-based resin, or the like to apply it on the electrode surface of the piezoelectric element 2. It is cured and formed into a film. When a crack is generated in the piezoelectric element 2 in the bonding process of the flexible plate 1 and the piezoelectric element 2, the conductive film 3 restores an electrode on the side opposite to the flexible plate of the piezoelectric element 2 which is divided by the crack, and electrically. It is added for the purpose of obtaining conduction and ensuring the operation of the piezoelectric actuator formed by the flexible plate 1 and the piezoelectric element 2. This will be described in detail later.
【００１３】図２は本発明の実施例における圧電アクチ
ュエータの断面構成図であり、本発明による圧電アクチ
ュエータの駆動方法について説明するものである。前出
の図１とこの図２を用い、本発明による圧電アクチュエ
ータの駆動方法について概説する。圧電素子２に通電を
行なっていない待機状態では、図１に示すように可撓板
１と圧電素子２および導電性皮膜３からなる圧電アクチ
ュエータは動作せず、変位を発生させていない。本発明
の実施例における圧電アクチュエータでは、可撓板２の
剛性は導電性皮膜３のそれに比較してはるかに大きい値
に設定されているため、可撓板１を通じ圧電素子２の可
撓板側の電極を−に、導電性皮膜３が付加されている反
可撓板側の電極を引き出し線４を介して＋に接続し通電
を行うと、圧電素子２は電荷を保持して収縮し、図２の
方向に撓んで変位を発生させる。次に、圧電素子２の電
荷を回路を閉じるなどして放出すると、圧電素子２と可
撓板１は各々の弾性によって平面に復帰し、再び図１の
状態に戻る。このような特性を利用し、本発明の実施例
における圧電アクチュエータを圧電ブザーや圧電スピー
カ、あるいは後に詳述するインクジェットヘッド等へ応
用することが可能である。FIG. 2 is a sectional view of the structure of a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention, which illustrates a method of driving the piezoelectric actuator according to the present invention. The method of driving the piezoelectric actuator according to the present invention will be outlined with reference to FIG. 1 and FIG. In the standby state in which the piezoelectric element 2 is not energized, as shown in FIG. 1, the piezoelectric actuator including the flexible plate 1, the piezoelectric element 2 and the conductive film 3 does not operate and no displacement occurs. In the piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention, since the rigidity of the flexible plate 2 is set to a value much larger than that of the conductive film 3, the flexible plate 1 side of the piezoelectric element 2 is connected through the flexible plate 1. When the electrode is connected to − and the electrode on the side opposite to the flexible plate to which the conductive film 3 is added is connected to + via the lead wire 4 to conduct electricity, the piezoelectric element 2 retains electric charge and contracts, It bends in the direction of FIG. 2 to generate displacement. Next, when the electric charge of the piezoelectric element 2 is discharged by closing the circuit or the like, the piezoelectric element 2 and the flexible plate 1 return to the plane by the elasticity of each and return to the state of FIG. 1 again. By utilizing such characteristics, the piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention can be applied to a piezoelectric buzzer, a piezoelectric speaker, an inkjet head described in detail later, or the like.
【００１４】図３および図４は本発明の実施例における
圧電アクチュエータの製造方法を示した概念図である。
これらの図により、本発明による圧電アクチュエータの
製造方法について説明する。まず、図３に示すように板
状の可撓板１に圧電素子２が接着される。圧電素子２の
電極上の接触部２ａは、引き出し線４が接続される部分
である。引き出し線４の接続は、半田付けや接着により
なされるが、このときの半田や接着剤の剛性は、可撓板
のそれに比較して無視できない値であるため、接触部２
ａの面積は、圧電素子２の動作を拘束しないように可能
な限り小さくとられている。可撓板１と圧電素子２の接
着工程で使用する接着剤は、圧電素子２に電圧が印加さ
れたとき、圧電素子２の収縮を効率良く撓みに変換させ
るものでなければならないと同時に、金属等よりなる可
撓板１とセラミックスである圧電素子２といった異種部
材を接着するものである。従って、実際の保存状況や使
用状況を想定すれば、高温高湿環境やヒートショック等
の耐環境試験に充分耐え得るものでなければならず、接
着剤の硬度やヤング率、使用温度域でのガラス転移点の
有無、耐湿性等を充分検討し選定する必要がある。ま
た、可撓板１と圧電素子２の電気的な導通の確保といっ
た点から、硬化前の接着剤粘度も非常に重要な選定ポイ
ントとなる。これは、本発明による圧電アクチュエータ
では、接着面における表面粗さが０．５μｍ程度の可撓
板１と同じく３〜５μｍ程度の圧電素子２の電気的な導
通を、各々の表面粗さによる接触のみで確保しているた
めであり、硬化前の接着剤粘度は、接着剤が流動して電
気的な導通を得易いように可能な限り低いことが望まし
い。さらに、このとき形成される接着剤層の厚みは、圧
電アクチュエータの出力変位量や固有振動数といった特
性を左右するため、適切な値を安定的に確保することが
重要である。理想的には、接着剤層の厚みが常に可撓板
１および圧電素子２の表面粗さによって形成される間隙
レベルであれば良い。我々は種々の接着剤の中から、こ
れら接着剤に課せられた条件を満たすように、適切な特
性を持つものを選定し、実用に供している。3 and 4 are conceptual views showing a method of manufacturing a piezoelectric actuator according to an embodiment of the present invention.
A method of manufacturing the piezoelectric actuator according to the present invention will be described with reference to these drawings. First, as shown in FIG. 3, the piezoelectric element 2 is bonded to the plate-shaped flexible plate 1. The contact portion 2a on the electrode of the piezoelectric element 2 is a portion to which the lead wire 4 is connected. The connection of the lead wire 4 is made by soldering or bonding, but the rigidity of the solder and the adhesive at this time is a value that cannot be ignored as compared with that of the flexible plate, so the contact portion 2
The area of a is made as small as possible so as not to restrain the operation of the piezoelectric element 2. The adhesive used in the step of adhering the flexible plate 1 and the piezoelectric element 2 must be one that efficiently converts contraction of the piezoelectric element 2 into flexure when a voltage is applied to the piezoelectric element 2, and at the same time, is made of metal. The flexible plate 1 and the like are bonded to different members such as the piezoelectric element 2 made of ceramics. Therefore, assuming actual storage and usage conditions, it must be able to withstand environmental tests such as high-temperature and high-humidity environments and heat shock, and the hardness and Young's modulus of the adhesive and operating temperature range It is necessary to thoroughly select the glass transition point and the moisture resistance before selecting it. In addition, the viscosity of the adhesive before curing is also a very important selection point in terms of ensuring electrical continuity between the flexible plate 1 and the piezoelectric element 2. This is because in the piezoelectric actuator according to the present invention, the electrical continuity of the piezoelectric element 2 having a surface roughness of about 0.5 μm and the piezoelectric element 2 having a surface roughness of about 3 μm to 5 μm is brought into contact with each other by the surface roughness. The viscosity of the adhesive before curing is preferably as low as possible so that the adhesive flows easily to obtain electrical conduction. Further, since the thickness of the adhesive layer formed at this time influences the characteristics such as the output displacement amount and the natural frequency of the piezoelectric actuator, it is important to stably secure an appropriate value. Ideally, the thickness of the adhesive layer should always be the gap level formed by the surface roughness of the flexible plate 1 and the piezoelectric element 2. We have selected various adhesives having suitable properties so as to satisfy the conditions imposed on these adhesives and put them into practical use.
【００１５】このようなレベルにまで接着層の厚みを薄
くする場合、粘度の低い接着剤を使用する一方で、接着
時に可撓板１と圧電素子２に加える圧力を大きくしなけ
ればならないため、圧電素子２の機械的な強度はこれに
耐え得るものでなければならない。ところが圧電素子の
材質は、チタン酸バリウム等のセラミックスより成るた
め、機械的な強度は低く、前述の可撓板１と圧電素子２
の接着工程における制約から、圧電素子の厚みの下限は
１００μｍ程度が限界であった。このレベルの圧電素子
の厚みを持つ圧電アクチュエータの駆動電圧は、数十〜
百数十ボルトにまで達するため、製品全体のコストの中
で圧電アクチュエータの駆動回路コストの占める割合は
決して小さいものではなく、製品の低価格化に対して障
害となるものであった。ここで、圧電素子２の発生する
収縮量は圧電素子２の厚み方向の電界強度に比例すると
いった特性を有するため、ヘッド駆動電圧を低電圧化
し、駆動回路コスト低減させるには、圧電素子２の厚み
を減じることが有効といった事実がある。本実施例にお
いても駆動回路コストを抑える目的で、圧電素子２の厚
みを５０μｍと従来の１／２の値に設定しているため、
その機械的強度は従来のものに比較して著しく低下して
おり、大きな接着圧力に耐えることはできない。従来例
においても、接着剤層に異物が混入すると圧電素子２に
割れが発生したり、反可撓板の電極表面にクラックを生
じ易くなるといった現象が確認されているが、本実施例
のレベルまで圧電素子２の厚みを減じた場合、接着面の
表面粗ささえも無視することができない。実際に可撓板
１と圧電素子２の接着工程では、圧電素子２が加圧され
たとき、より表面粗さの大きい圧電素子２の電極面上で
比較的他よりも高い部分があるとそこに応力が集中し、
クラックが発生し易くなることが確認された。しかし、
クラックの主要因であるこの圧電素子２の電極の表面粗
さを現状以上に改善することは、主にコスト面から非常
に困難である。従って、本実施例のように圧電素子２の
厚みを減じた場合、圧電素子２にクラックを全く発生さ
せること無く接着することは事実上不可能な状態となっ
ている。In order to reduce the thickness of the adhesive layer to such a level, it is necessary to use an adhesive having a low viscosity and increase the pressure applied to the flexible plate 1 and the piezoelectric element 2 at the time of bonding. The mechanical strength of the piezoelectric element 2 must be able to withstand this. However, since the material of the piezoelectric element is ceramics such as barium titanate, its mechanical strength is low, and the flexible plate 1 and the piezoelectric element 2 described above are not used.
Due to the restriction in the bonding step of (1), the lower limit of the thickness of the piezoelectric element was about 100 μm. The drive voltage of a piezoelectric actuator with this level of piezoelectric element thickness is several tens to
Since the voltage reaches a hundred and several tens of volts, the drive circuit cost of the piezoelectric actuator occupies a small proportion of the total cost of the product, which is an obstacle to the cost reduction of the product. Here, since the contraction amount generated by the piezoelectric element 2 has a characteristic that it is proportional to the electric field strength in the thickness direction of the piezoelectric element 2, in order to lower the head drive voltage and reduce the drive circuit cost, There is a fact that reducing the thickness is effective. Also in this embodiment, the thickness of the piezoelectric element 2 is set to 50 μm, which is 1/2 of the conventional value, in order to reduce the cost of the drive circuit.
Its mechanical strength is significantly lower than that of the conventional one, and it cannot withstand a large bonding pressure. In the conventional example as well, it has been confirmed that when foreign matter is mixed into the adhesive layer, the piezoelectric element 2 is cracked or the electrode surface of the anti-flexible plate is easily cracked. When the thickness of the piezoelectric element 2 is reduced up to, even the surface roughness of the adhesive surface cannot be ignored. In the actual bonding process of the flexible plate 1 and the piezoelectric element 2, when the piezoelectric element 2 is pressed, if there is a portion relatively higher than the other on the electrode surface of the piezoelectric element 2 having a larger surface roughness, there is a problem. Stress concentrates on
It was confirmed that cracks were likely to occur. But,
It is very difficult to improve the surface roughness of the electrode of the piezoelectric element 2 which is the main cause of cracks more than the current situation, mainly from the viewpoint of cost. Therefore, when the thickness of the piezoelectric element 2 is reduced as in this embodiment, it is practically impossible to bond the piezoelectric element 2 without causing any cracks.
【００１６】次に、圧電素子２に発生したクラックの引
き起こす不良について説明する。これは、電極面を貫通
したケースと貫通しなかったケースで内容が異なる。ク
ラックが圧電素子２の電極面を貫通して電極を分断した
場合、反可撓板側の電極面ではクラックを隔てて電気的
な導通が確保されないので、必要とされる静電容量が得
られず、従って圧電アクチュエータとして要求される出
力変位を発生させるのに充分なエネルギーを投入できな
くなり、仕様を満足できない。一方、電極面を貫通しな
かった場合には、初期的に不具合が発生することは少な
いものの、圧電アクチュエータの振動によってクラック
が進行し、最終的に電極を分断することがあり、耐久信
頼性に欠ける。そのため、圧電素子２の接着完了後、膨
大な工数をかけて外観検査を実施し選別する必要がある
が、後に示すようなインクジェットヘッドに圧電アクチ
ュエータを適用する場合、圧電アクチュエータを同時に
数十〜百数十も形成することがあるため、圧電素子の枚
数を母数とした場合のクラック発生率は数％レベルであ
っても、製品としての歩留まりはゼロにまで落ち込んで
しまう恐れがある。以上の理由により、圧電素子２にお
けるクラックの発生は致命的なものと言え、過去に圧電
アクチュエータの厚みを減じることにより、容易に駆動
電圧を低減できなかった要因の一つである。これらの課
題を解決する手段として、本発明の実施例における圧電
アクチュエータでは、圧電素子２の反可撓板側の電極面
上に導電性皮膜３を設けている。導電性皮膜３を設ける
ことにより、可撓板１と圧電素子２の接着工程におい
て、圧電素子２にクラックが発生し電極を分断してもこ
れを修復し、圧電素子２と可撓板１により形成される圧
電アクチュエータの動作を確保することができる。導電
性皮膜３を設ける場合には種々の制約条件が存在する
が、導電性皮膜３の形成方法を示しながら、以降順に説
明していく。Next, defects caused by the cracks generated in the piezoelectric element 2 will be described. This is different in the case where the electrode surface is penetrated and the case where the electrode surface is not penetrated. When the crack penetrates the electrode surface of the piezoelectric element 2 and divides the electrode, the electrode surface on the side opposite to the flexible plate does not secure electrical continuity across the crack, so that the required capacitance can be obtained. Therefore, sufficient energy cannot be applied to generate the output displacement required for the piezoelectric actuator, and the specifications cannot be satisfied. On the other hand, if the electrode surface is not penetrated, there are few problems in the initial stage, but the vibration of the piezoelectric actuator may cause cracks to progress, and eventually the electrode may be cut off, resulting in durability and reliability. Lack. Therefore, after completion of the bonding of the piezoelectric element 2, it is necessary to perform an external appearance inspection and sort by enormous man-hours. Since several dozens may be formed, the yield as a product may drop to zero even if the crack occurrence rate is several percent when the number of piezoelectric elements is used as a parameter. For the above reasons, it can be said that the occurrence of cracks in the piezoelectric element 2 is fatal, and this is one of the factors that the driving voltage could not be easily reduced by reducing the thickness of the piezoelectric actuator in the past. As a means for solving these problems, in the piezoelectric actuator of the embodiment of the present invention, the conductive film 3 is provided on the electrode surface of the piezoelectric element 2 on the side opposite to the flexible plate. By providing the conductive film 3, even if a crack is generated in the piezoelectric element 2 and the electrode is divided in the bonding process of the flexible plate 1 and the piezoelectric element 2, the piezoelectric element 2 and the flexible plate 1 are repaired. The operation of the formed piezoelectric actuator can be ensured. Although various restrictions exist when the conductive film 3 is provided, the method for forming the conductive film 3 will be described and will be sequentially described below.
【００１７】図４は、導電性皮膜３の形成方法を示すも
のである。導電性皮膜３は、可撓板１との接着を完了し
た圧電素子２の反可撓板側の電極面に導電性樹脂を薄く
塗布し、硬化させることにより形成される。最後に引き
出し線４が圧電素子２の電極上の接触部２ａに接続さ
れ、圧電アクチュエータは作動可能となる。本発明によ
る圧電アクチュエータでは、導電性皮膜３の塗布をスク
リーン印刷により行っている。導電性皮膜３を形成する
導電性樹脂の選定や導電性皮膜３の各寸法の決定に当た
っては、圧電素子２にクラックが発生しても圧電アクチ
ュエータの性能が確保され、また導電性皮膜３を設けた
ことにより圧電アクチュエータの性能低下を招くような
弊害が最小となるように考慮することが必要である。FIG. 4 shows a method of forming the conductive film 3. The conductive film 3 is formed by thinly applying and curing a conductive resin on the electrode surface of the piezoelectric element 2 that has been bonded to the flexible plate 1 on the side opposite to the flexible plate. Finally, the lead wire 4 is connected to the contact portion 2a on the electrode of the piezoelectric element 2, and the piezoelectric actuator becomes operable. In the piezoelectric actuator according to the present invention, the conductive film 3 is applied by screen printing. When the conductive resin forming the conductive film 3 is selected and the dimensions of the conductive film 3 are determined, the performance of the piezoelectric actuator is ensured even if the piezoelectric element 2 is cracked, and the conductive film 3 is provided. Therefore, it is necessary to consider so as to minimize the adverse effects such as the deterioration of the performance of the piezoelectric actuator.
【００１８】まず、導電性皮膜による圧電アクチュエー
タの性能確保といった面では、圧電素子に発生したクラ
ックにより分断された電極の導通を確保することは勿論
であるが、クラックにより電極が分断された圧電素子を
有する圧電アクチュエータに、問題となるような動作不
良を発生させてはならない。ここで言う動作不良とは、
導電性皮膜を設けることを前提とした場合、圧電素子に
クラックの発生が無い圧電アクチュエータに対するクラ
ック発生の有るものの性能劣化のことである。動作不良
については、圧電素子にクラックが発生しても電極の導
通が確保されれば、圧電アクチュエータの発生する変位
量はクラックの発生の無いものとほぼ同等であるため、
分断された各部分の圧電素子の動作に大きなズレが無け
れば問題とならない。圧電素子においてクラックにより
電極が分断された場合、分断された各部分でクラック間
にまたがった導電性皮膜の持つ抵抗値分だけ圧電素子に
蓄えられる電荷の充電速度に差が生ずるため、圧電素子
の収縮速度にも差が生ずることになる。よって、この充
電速度あるいは収縮速度の差が問題の無いレベルとなる
ように、導電性樹脂の抵抗率について使用可能な範囲を
明確にし、その範囲内の抵抗率を持つ導電性樹脂を選定
してやれば良い。我々は、まず実際に発生したクラック
の間隔やクラックによる圧電素子の分断状態を詳細に調
査し、これらの結果をもとに導電性皮膜の抵抗率が圧電
アクチュエータの性能に及ぼす影響について評価してみ
た。その結果によれば、一般的な圧電アクチュエータの
場合、導電性皮膜の塗布面積および厚みにも左右される
ものの、抵抗率が１．０Ωｃｍ以下であれば、問題とな
る動作不良は発生しないことが判明した。抵抗率は導電
性樹脂中のフィラーの種類とその混合率に左右されるも
のであるが、本発明の実施例において使用したものは銀
系フィラーのものであり、その抵抗率は１×１０-4Ωｃ
ｍ程度である。First, in terms of ensuring the performance of the piezoelectric actuator by the conductive film, it is needless to say that the continuity of the electrode divided by the crack generated in the piezoelectric element is ensured, but the piezoelectric element whose electrode is divided by the crack is required. The piezo-actuator having the above-mentioned condition should not cause a malfunction that causes a problem. The malfunction mentioned here is
On the assumption that a conductive film is provided, the piezoelectric element is not cracked, but the piezoelectric actuator is cracked but its performance is deteriorated. With regard to malfunction, if the electrode is secured even if a crack occurs in the piezoelectric element, the amount of displacement generated by the piezoelectric actuator is almost the same as that without cracks.
If there is no large deviation in the operation of the piezoelectric element of each divided part, it does not matter. When the electrode is divided by a crack in the piezoelectric element, there is a difference in the charging rate of the electric charge stored in the piezoelectric element by the resistance value of the conductive film that extends between the cracks in each divided portion. A difference will also occur in the contraction speed. Therefore, if the difference in the charging speed or the contraction speed is at a level that does not cause a problem, clarify the usable range of the resistivity of the conductive resin and select the conductive resin having the resistivity within the range. good. We first investigated in detail the spacing between the cracks that actually occurred and the state of separation of the piezoelectric element due to the cracks, and based on these results, evaluated the effect of the resistivity of the conductive film on the performance of the piezoelectric actuator. saw. According to the result, in the case of a general piezoelectric actuator, although it depends on the coating area and thickness of the conductive film, if the resistivity is 1.0 Ωcm or less, no problematic operation failure occurs. found. The resistivity depends on the type of filler in the conductive resin and its mixing ratio, but the one used in the examples of the present invention is a silver-based filler, and its resistivity is 1 × 10 −. 4 Ωc
It is about m.
【００１９】次に、導電性皮膜による圧電アクチュエー
タの性能に及ぼす弊害であるが、我々は以降に説明する
ようなステップでこの問題を解決している。導電性皮膜
３を形成する導電性樹脂の選定に当たっては、前述の抵
抗率の他に、スクリーン印刷への適性は勿論のこと、導
電性皮膜３を付加したことによる弊害や耐環境性を考慮
し、硬化後のヤング率や硬度、塗布面積や厚みなどが適
切な値のものに選定あるいは設定されなければならな
い。まず、塗布面積については、クラックの発生位置が
予測できないので、圧電素子２の反可撓板側の電極面全
体をカバーすることが理想的であるが、スクリーン印刷
時の印刷マスクと圧電素子２の位置決め誤差や、電極面
の縁部において導電性樹脂のだれによる電極の短絡を考
慮し、塗布面積を圧電素子２の電極面の各縁より内側へ
約０．２ｍｍずつ追い込んだものとしている。圧電素子
２において、導電性樹脂の塗布がなされていないこの縁
部に独立したクラックが発生する確率は極めて小さく、
また発生しても圧電アクチュエータの性能に及ぼす影響
は小さいため、事実上問題は無い。よって、圧電素子２
の外観検査を省略することができる。次に、導電性皮膜
３は、可撓板１と圧電素子２により形成されるユニモル
フ構造の圧電アクチュエータを考慮すると、その動作を
妨げるものであり、皮膜の剛性が大きいほどその影響は
大となる。従って、抵抗率の場合と同様に導電性皮膜３
のヤング率や厚みについて検討し、使用可能な範囲を明
確にする必要がある。実際にはヤング率の代用値とし
て、より一般的な硬度をパラメータに、皮膜厚みが圧電
アクチュエータの出力変位に及ぼす影響を調査したとこ
ろ、鉛筆硬度でＢ以下の場合、導電性皮膜３の厚みが圧
電素子２の厚みに対して７０％以下であれば、圧電アク
チュエータの出力変位量や固有振動数の低下が顕著に認
められることは無く、実質的な問題は発生しないことが
判明した。しかし、皮膜の厚みが小さ過ぎると耐久試験
やヒートショックおよび耐湿試験等において皮膜の劣化
が顕著になってくるため、本発明における実施例ではマ
ージンを考慮し、導電性皮膜３の鉛筆硬度を２Ｂに、皮
膜厚みを圧電素子２の厚みに対して５０％の値に設定し
ている。皮膜厚みは絶対値にして２５μｍといった微小
な値であるが、スクリーン印刷はこのような厚みや前述
の面積を持つ導電性皮膜３を、精度良くかつ安価に形成
する手段として最適なものである。また、鉛筆硬度がＢ
より大となった場合についても、導電性皮膜３の厚みを
減じて対応することができそうであるが、皮膜厚みに関
するスクリーン印刷の安定性や耐環境性の点からあまり
現実的でないため、使用不可の領域としている。Next, regarding the adverse effect of the conductive film on the performance of the piezoelectric actuator, we have solved this problem by the steps described below. In selecting the conductive resin forming the conductive film 3, in addition to the above-mentioned resistivity, not only the suitability for screen printing but also the harmful effect and environmental resistance due to the addition of the conductive film 3 are taken into consideration. The Young's modulus and hardness after curing, the coating area and the thickness must be selected or set to appropriate values. First, with respect to the coating area, it is ideal to cover the entire electrode surface on the side opposite to the flexible plate of the piezoelectric element 2 because the position where cracks occur cannot be predicted. In consideration of the positioning error and the short circuit of the electrode due to the sagging of the conductive resin at the edge of the electrode surface, the coating area is set to be driven inward by about 0.2 mm from each edge of the electrode surface of the piezoelectric element 2. In the piezoelectric element 2, the probability that an independent crack will occur at this edge where the conductive resin is not applied is extremely small,
In addition, even if it occurs, the effect on the performance of the piezoelectric actuator is small, so there is practically no problem. Therefore, the piezoelectric element 2
The visual inspection can be omitted. Next, considering the piezoelectric actuator of the unimorph structure formed by the flexible plate 1 and the piezoelectric element 2, the conductive film 3 hinders the operation thereof, and the greater the rigidity of the film, the greater the influence thereof. . Therefore, as in the case of resistivity, the conductive film 3
It is necessary to clarify the usable range by studying Young's modulus and thickness. Actually, as a substitute value of the Young's modulus, the effect of the film thickness on the output displacement of the piezoelectric actuator was investigated by using a more general hardness as a parameter, and when the pencil hardness was B or less, the thickness of the conductive film 3 was It has been found that when the thickness is 70% or less with respect to the thickness of the piezoelectric element 2, the output displacement amount and the natural frequency of the piezoelectric actuator are not significantly reduced, and no substantial problem occurs. However, if the thickness of the coating is too small, the coating will be significantly deteriorated in a durability test, a heat shock, a humidity resistance test, etc. Therefore, in the examples of the present invention, the pencil hardness of the conductive coating 3 is set to 2B in consideration of the margin. In addition, the film thickness is set to a value of 50% of the thickness of the piezoelectric element 2. Although the film thickness is a minute value such as 25 μm in absolute value, screen printing is the most suitable means for forming the conductive film 3 having such a thickness and the above-mentioned area with high accuracy and at low cost. Also, the pencil hardness is B
Even if it becomes larger, it seems possible to reduce the thickness of the conductive film 3, but it is not so realistic from the viewpoint of screen printing stability and environmental resistance related to the film thickness. It is considered as an impossible area.
【００２０】以上のようにして、本発明の実施例におけ
る圧電アクチュエータを、圧電素子２に電極を分断する
クラックが発生してもその性能が確保され、導電性皮膜
３による弊害が無く、なおかつ耐久試験や各種耐環境試
験をクリアできるものにしている。よって、本発明によ
る圧電アクチュエータの構造によれば、圧電アクチュエ
ータの厚みを従来のものに比較して薄くできるため、駆
動電圧は低く抑えられ、駆動回路コストを低減すること
ができる。同時に、耐久試験や実際の市場において、使
用中にクラックが発生しても実害が発生することは無
く、信頼性を向上させることが可能である。As described above, in the piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention, the performance is secured even if a crack that divides the electrode is generated in the piezoelectric element 2, the conductive film 3 is not harmful, and the piezoelectric actuator is durable. We are able to pass tests and various environmental resistance tests. Therefore, according to the structure of the piezoelectric actuator of the present invention, the thickness of the piezoelectric actuator can be made thinner than that of the conventional one, so that the drive voltage can be suppressed low and the drive circuit cost can be reduced. At the same time, in a durability test or an actual market, even if a crack occurs during use, no actual damage occurs, and reliability can be improved.
【００２１】次に、本発明によるインクジェットヘッド
について説明する。本発明によるインクジェットヘッド
は、前述の本発明による圧電アクチュエータをインクジ
ェットヘッドに適用したものである。図５は本発明の実
施例におけるインクジェットヘッドの断面構成図であ
る。インクジェットヘッドは第１の基板５と第２の基板
６、導電性皮膜３が設けられた圧電素子２、およびフィ
ルタ１３から構成されている。第１の基板５はポリカー
ボネートやポリサルフォン等の樹脂よりなり、印字のた
めにインクを吐出するノズル７、インク吐出圧力を発生
させる圧力室９、インク流量を制限する供給口１０を有
するインク流路およびインク供給管１２が形成されてい
る。第２の基板６は板状の部材であり、第１の基板５に
接着されインクを流路に封止している。また、第２の基
板６の材質についても第１の基板５と同様にポリカーボ
ネートやポリサルフォン等の樹脂であり、さらに圧電素
子２との接着面である第２の基板６の表面には、酸化イ
ンジウム等から成る透明で導電性を有するＩＴＯ膜が蒸
着されている。圧電素子２は圧力室９直上部の第２の基
板６上に接着されており、圧電素子２と第２の基板６は
ユニモルフ構造を形成するとともに、圧電素子２におけ
る第２の基板６との接着面側の電極はＩＴＯ膜を通じ−
側電極に、反接着面側は圧電素子２の電極上の接触部２
ａを通じ＋側電極に接続される。また、圧電素子２の＋
側の電極面上には、導電性皮膜３が設けられている。圧
電素子２のこれら正負電極間に通電を行うことにより、
圧電素子２と第２の基板６は圧電アクチュエータとして
動作する。Next, the ink jet head according to the present invention will be described. An inkjet head according to the present invention is an inkjet head to which the above-described piezoelectric actuator according to the present invention is applied. FIG. 5 is a cross-sectional configuration diagram of an inkjet head according to the embodiment of the present invention. The ink jet head is composed of a first substrate 5, a second substrate 6, a piezoelectric element 2 provided with a conductive film 3, and a filter 13. The first substrate 5 is made of a resin such as polycarbonate or polysulfone, and has a nozzle 7 that ejects ink for printing, a pressure chamber 9 that generates an ink ejection pressure, an ink flow path having a supply port 10 that limits the ink flow rate, and The ink supply pipe 12 is formed. The second substrate 6 is a plate-shaped member and is adhered to the first substrate 5 to seal the ink in the flow path. The material of the second substrate 6 is also resin such as polycarbonate or polysulfone as in the case of the first substrate 5, and the surface of the second substrate 6 that is the surface to be bonded to the piezoelectric element 2 has indium oxide. An ITO film having a transparent and conductive property is vapor-deposited. The piezoelectric element 2 is adhered onto the second substrate 6 directly above the pressure chamber 9. The piezoelectric element 2 and the second substrate 6 form a unimorph structure, and the piezoelectric element 2 and the second substrate 6 are bonded together. The electrode on the adhesive side is through the ITO film
The side electrode is the contact portion 2 on the electrode of the piezoelectric element 2 on the non-adhesive surface side.
It is connected to the + side electrode through a. In addition, + of the piezoelectric element 2
A conductive film 3 is provided on the side electrode surface. By energizing between the positive and negative electrodes of the piezoelectric element 2,
The piezoelectric element 2 and the second substrate 6 operate as a piezoelectric actuator.
【００２２】図６は本発明の実施例におけるインクジェ
ットヘッドの一部品である第１の基板５の平面構成図で
ある。本発明の実施例では、同一特性のインク流路が第
１の基板５上に９本形成されており、印字のためにイン
クを吐出するノズル７、インク吐出圧力を発生させる圧
力室９、流路へのインク流量を制限する供給口１０を有
するインク流路とインク中に混入した気泡の排出に使用
されるダミー流路８、共通インク室１１およびインク供
給管１２が形成されている。さらに第１の基板５の流路
側表面には、流路の輪郭等を形成する凸状の接合部５ａ
が設けられており、この突き出し量は５〜１０μｍ程度
である。FIG. 6 is a plan configuration view of the first substrate 5 which is one component of the ink jet head in the embodiment of the present invention. In the embodiment of the present invention, nine ink channels having the same characteristics are formed on the first substrate 5, the nozzles 7 that eject ink for printing, the pressure chambers 9 that generate ink ejection pressure, and the flow channels. An ink flow path having a supply port 10 for limiting the ink flow rate to the path, a dummy flow path 8 used for discharging bubbles mixed in the ink, a common ink chamber 11, and an ink supply pipe 12 are formed. Further, on the surface of the first substrate 5 on the flow path side, a convex bonding portion 5a that forms the contour of the flow path and the like.
Is provided, and the protrusion amount is about 5 to 10 μm.
【００２３】図７は本発明の実施例におけるインクジェ
ットヘッドの平面構成図である。これは第２の基板６側
より見たものであるが、第２の基板６およびその表面に
コーティングされているＩＴＯ膜は透明であるため、第
２の基板６を通してインクジェットヘッド内部を見るこ
とが可能である。第１の基板５の流路側と第２に基板５
は、ハッチングを施して示した凸状の接合部５ａを介し
て接合されている。また同時に、接合部５ａはインク流
路の輪郭をも形成しているため、必要の無い部位からイ
ンクが漏れないようインクを封止している。第２の基板
６を透明にすることにより、接合部５ａを検査し、第１
の基板５と第２の基板６の接合不良を検出することが可
能である。２は圧電素子であり、この下部には図５で示
した圧力室９が形成されている。圧力室９は、圧電アク
チュエータとして動作する圧電素子２および第２の基板
６が発生する撓みによって、インク流路内に圧力を生じ
させる。供給口１０は、インク流路へのインクの流量を
制限しているオリフィスである。共通インク室１１は、
複数のインク流路に供給口１０で通じていて、インク流
路へ供給するインクを一時蓄えている。供給管１２は、
共通インク室１１に連通してヘッド外部のインクタンク
等よりヘッド内部へインクを導入するための管である。
これらインク流路と共通インク室１１には常時インクが
満たされた状態となっている。また、フィルタ１３はヘ
ッド外部からの異物の侵入を防止している。さらにイン
クジェットヘッドには、上下一対のダミー流路８が設け
られており、これは共通インク室１１に流入した気泡を
ヘッド外部へ排出するための特別な流路である。ダミー
流路８を設けることにより、外部より混入した気泡が圧
力室９に流入してインク吐出の不安定状態が発生する確
率を低減し、インクジェットヘッドの信頼性を向上させ
ることが可能となる。ダミー流路８は、その特性が他の
インク流路と流路抵抗のみが等しくなるように設計され
ており、インクタンク交換等により供給管１２を通じて
侵入した気泡を、ヘッド外部に設けられたインクシステ
ムによりインクに圧力を加え強制的に気泡を排出させる
といった、気泡排出専用の動作時のみ特性が他の流路と
一致するようになっている。FIG. 7 is a plan view of an ink jet head in the embodiment of the present invention. This is viewed from the side of the second substrate 6, but since the second substrate 6 and the ITO film coated on the surface of the second substrate 6 are transparent, the inside of the inkjet head can be seen through the second substrate 6. It is possible. The flow path side of the first substrate 5 and the second substrate 5
Are joined together via a convex joint portion 5a shown by hatching. At the same time, since the joint portion 5a also forms the contour of the ink flow path, the ink is sealed so that the ink does not leak from unnecessary portions. By making the second substrate 6 transparent, the joint portion 5a is inspected and
It is possible to detect a defective joint between the substrate 5 and the second substrate 6. Reference numeral 2 is a piezoelectric element, and the pressure chamber 9 shown in FIG. 5 is formed under the piezoelectric element. The pressure chamber 9 generates pressure in the ink flow path due to the bending generated by the piezoelectric element 2 that operates as a piezoelectric actuator and the second substrate 6. The supply port 10 is an orifice that limits the flow rate of ink to the ink flow path. The common ink chamber 11 is
The supply port 10 communicates with a plurality of ink channels to temporarily store ink to be supplied to the ink channels. The supply pipe 12 is
It is a pipe that communicates with the common ink chamber 11 and introduces ink into the head from an ink tank or the like outside the head.
The ink flow path and the common ink chamber 11 are always filled with ink. Further, the filter 13 prevents foreign matter from entering from the outside of the head. Further, the inkjet head is provided with a pair of upper and lower dummy flow paths 8, which are special flow paths for discharging the bubbles that have flowed into the common ink chamber 11 to the outside of the head. By providing the dummy flow path 8, it is possible to reduce the probability that bubbles mixed from the outside will flow into the pressure chamber 9 to cause an unstable state of ink ejection, and improve the reliability of the inkjet head. The dummy flow path 8 is designed so that only the flow path resistance is the same as that of the other ink flow paths, and bubbles that have entered through the supply tube 12 due to ink tank replacement or the like are provided outside the head. The system is designed to match the characteristics with other flow paths only during an operation dedicated to bubble discharge, such as applying pressure to ink by a system to forcefully discharge bubbles.
【００２４】図８および図９はいずれも本発明の実施例
の断面構成図であり、本発明によるインクジェットヘッ
ドの駆動方法について説明している。これらの図により
本発明のインクジェットヘッドの駆動方法について概説
する。まず、圧電素子２は電荷を保持して収縮してお
り、図８の様に第２の基板６に拘束され、撓んで圧力室
９のインクを排除している。この時、図中のインク滴１
００はまだ吐出していない。次に、圧電素子２の電荷を
回路を閉じるなどして放出すると、図９の様に圧電素子
２と第２の基板６は各々の弾性によって平面に復帰す
る。この時インクは供給口１０より供給され、圧力室９
はインクで満たされる。圧力室９がインクで満たされた
時点で圧電素子２に電圧パルスを印加すると、圧電素子
２と第２の基板６は再び図８の様に撓み、圧力室９のイ
ンクを排除して圧力を発生させ、排除されたインクはノ
ズル７よりインク滴１００となって吐出される。インク
滴１００は通常ノズル７より液柱となって吐出し、吐出
後インクの表面張力により複数のインク滴となり、紙面
等の印刷媒体面に到達して浸透または付着し、画素とし
ての１つの点を印刷する。8 and 9 are cross-sectional structural views of an embodiment of the present invention, which illustrates a method of driving an ink jet head according to the present invention. The method of driving the inkjet head of the present invention will be outlined with reference to these drawings. First, the piezoelectric element 2 holds electric charge and is contracted, and is constrained by the second substrate 6 as shown in FIG. 8 to bend and eliminate the ink in the pressure chamber 9. At this time, ink drop 1 in the figure
00 has not yet been discharged. Next, when the electric charge of the piezoelectric element 2 is released by closing the circuit or the like, the piezoelectric element 2 and the second substrate 6 return to the plane due to their elasticity as shown in FIG. At this time, ink is supplied from the supply port 10 and the pressure chamber 9
Is filled with ink. When a voltage pulse is applied to the piezoelectric element 2 when the pressure chamber 9 is filled with ink, the piezoelectric element 2 and the second substrate 6 bend again as shown in FIG. 8 to remove the ink in the pressure chamber 9 and increase the pressure. The generated and removed ink is ejected as an ink droplet 100 from the nozzle 7. The ink droplets 100 are normally ejected as a liquid column from the nozzle 7, and after ejection, become a plurality of ink droplets due to the surface tension of the ink, reach the surface of the printing medium such as the paper surface, penetrate or adhere, and form one dot as a pixel. To print.
【００２５】図１０は本発明の実施例であるインクジェ
ットヘッドの断面分解構成図であり、本発明の実施例に
おけるインクジェットヘッドの製造方法を説明してい
る。作業は、インク流路等に異物が混入するのを防ぐた
め、全てクリーンルーム内にて行われる。まず射出成形
等により製造された第１の基板５の供給管１２と共通イ
ンク室１１の間に設けられたインク通路の段付き部に、
フィルタ１３を融着代を有して熱融着する。次に、透明
で平滑な板状の部材である第２の基板６を第１の基板５
に接合部５ａを介して接着する。この第１の基板５と第
２の基板６の接着により、ノズル７、ダミー流路８およ
び供給管１２を除いた必要の無い部分からインクが漏れ
ないように、インク流路、共通インク室１１が密封され
る。圧電素子２は圧力室９上部の第２の基板６上に接着
され、第２の基板６との接着面側の電極は第２の基板６
の表面に付与されたＩＴＯ膜を通じ−側電極に、反接着
面側の電極はこの電極上に設けられた接触部２ａを介し
＋側電極に接続される。次に、圧電素子２の＋側電極面
上に、導電性樹脂をスクリーン印刷にて９箇所同時に塗
布して硬化させ、導電性皮膜３を形成する。FIG. 10 is an exploded sectional view of an ink jet head according to an embodiment of the present invention, which illustrates a method of manufacturing an ink jet head according to the embodiment of the present invention. All the work is performed in a clean room in order to prevent foreign matter from entering the ink flow path and the like. First, in the stepped portion of the ink passage provided between the supply pipe 12 and the common ink chamber 11 of the first substrate 5 manufactured by injection molding or the like,
The filter 13 is heat-fused with a fusing allowance. Next, the second substrate 6, which is a transparent and smooth plate-shaped member, is attached to the first substrate 5.
To be bonded via the joint portion 5a. By bonding the first substrate 5 and the second substrate 6 to each other, the ink flow path and the common ink chamber 11 are prevented from leaking ink from unnecessary portions except the nozzle 7, the dummy flow path 8 and the supply tube 12. Is sealed. The piezoelectric element 2 is bonded on the second substrate 6 above the pressure chamber 9, and the electrode on the bonding surface side with the second substrate 6 is the second substrate 6.
The negative electrode is connected to the negative electrode through the ITO film provided on the surface of the positive electrode, and the positive electrode is connected to the negative electrode through the contact portion 2a provided on the negative electrode. Next, a conductive resin is applied simultaneously on the positive electrode surface of the piezoelectric element 2 by screen printing at nine locations and cured to form the conductive film 3.
【００２６】従来のインクジェットヘッドにおける圧電
アクチュエータの構造では、ヘッド駆動電圧を低減する
目的で圧電素子２の厚みを減じることは、圧電素子２の
接着工程において圧電素子２に発生するクラックが圧電
素子２自身の電極を分断し、圧電アクチュエータの性能
低下を引き起こすため、非常に困難であった。これに対
し本発明の実施例におけるインクジェットヘッドでは、
導電性皮膜３を設けることにより圧電素子２にクラック
が発生し電極を分断してもこれを修復することができる
ため、圧電素子２の厚みを減じることができる。本発明
の実施例におけるインクジェットヘッドでも、従来１０
０μｍあった圧電素子２の厚みを５０μｍにまで減じて
いるため、インクジェットヘッドの駆動電圧については
従来の１／２程度になっており、駆動回路コストを低減
できている。さらに、耐久試験や市場等で使用中に圧電
素子２にクラックが発生しても、実害を発生させること
は無く、信頼性を向上させることができる。また、本発
明の実施例におけるインクジェットヘッドの製造方法で
は、導電性皮膜３の形成に、皮膜を精度良くかつ安価に
形成する手段として最適なスクリーン印刷を用いること
により、大きなコストアップを伴うことは無い。また圧
電素子２に発生するクラックを許容することができるの
で製造歩留まりが向上し、同時に圧電素子２のクラック
検査といった膨大な工数を必要とする工程を省略できる
ため、最終的に製造コストが安価なインクジェットヘッ
ドを提供することが可能となる。In the structure of the piezoelectric actuator in the conventional ink jet head, reducing the thickness of the piezoelectric element 2 for the purpose of reducing the head driving voltage means that cracks generated in the piezoelectric element 2 in the bonding step of the piezoelectric element 2 will cause the piezoelectric element 2 to crack. It was very difficult because it cuts off its own electrode and causes the performance of the piezoelectric actuator to deteriorate. On the other hand, in the inkjet head in the embodiment of the present invention,
By providing the conductive film 3, even if a crack is generated in the piezoelectric element 2 and the electrode is divided, it can be repaired, so that the thickness of the piezoelectric element 2 can be reduced. Even in the ink jet head in the embodiment of the present invention, the conventional 10
Since the thickness of the piezoelectric element 2 which has been 0 μm is reduced to 50 μm, the drive voltage of the inkjet head is about half that of the conventional one, and the drive circuit cost can be reduced. Furthermore, even if a crack is generated in the piezoelectric element 2 during use in a durability test or on the market, no actual damage is caused and reliability can be improved. Further, in the method of manufacturing an inkjet head according to the embodiment of the present invention, the use of screen printing, which is the most suitable means for forming the conductive film 3 accurately and inexpensively, causes a large cost increase. There is no. Further, since cracks generated in the piezoelectric element 2 can be tolerated, the manufacturing yield is improved, and at the same time, a process requiring a huge number of steps such as a crack inspection of the piezoelectric element 2 can be omitted, so that the manufacturing cost is finally low. It is possible to provide an inkjet head.
【００２７】以上、本発明による圧電アクチュエータや
製造方法をインクジェットヘッドに適用した実施例につ
いて説明したが、他に圧電ブザーや圧電スピーカ等に応
用しても、同様の効果が得られることは言うまでもな
い。Although the embodiment in which the piezoelectric actuator and the manufacturing method according to the present invention are applied to the ink jet head has been described above, it is needless to say that the same effect can be obtained by applying the invention to a piezoelectric buzzer, a piezoelectric speaker or the like. .
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上述べたように、本発明による圧電ア
クチュエータは、導電性皮膜３を設けることにより、製
造工程において圧電素子２にクラックが発生し電極を分
断してもこれを修復できるため、圧電素子２の厚みを減
じることが可能となる。従って、低電圧駆動が可能とな
り駆動回路コストを安価なものにすることができる。同
時に、耐久試験や市場等で使用中に圧電素子２にクラッ
クが発生しても、実害を発生させることは無く、信頼性
を向上させることができる。このとき、導電性皮膜３の
抵抗率を１．０Ωｃｍ以下、硬度をＢ以下、皮膜厚みを
圧電素子２に対し７０％以下に設定することにより、圧
電アクチュエータにその性能を低下させるような影響を
生じることは無い。また、本発明によるインクジェット
ヘッドは、前述の本発明による圧電アクチュエータを適
用することにより、駆動回路コストを安価にでき、信頼
性を向上させることができる。さらに、本発明によるイ
ンクジェットヘッドの製造方法によれば、圧電素子２の
クラックを許容できるので製造歩留まりが向上し、また
膨大な工数を必要とする圧電素子２のクラック検査工程
を省略することができるため、安価なインクジェットヘ
ッドを提供することができる。As described above, since the piezoelectric actuator according to the present invention is provided with the conductive film 3, the piezoelectric element 2 can be repaired even if the piezoelectric element 2 is cracked in the manufacturing process and the electrodes are divided. It is possible to reduce the thickness of the piezoelectric element 2. Therefore, low voltage driving is possible and the driving circuit cost can be reduced. At the same time, even if a crack is generated in the piezoelectric element 2 during use in a durability test or in the market, no actual damage is caused and reliability can be improved. At this time, by setting the resistivity of the conductive film 3 to 1.0 Ωcm or less, the hardness to B or less, and the film thickness to 70% or less with respect to the piezoelectric element 2, the piezoelectric actuator may be adversely affected. It never happens. Further, in the inkjet head according to the present invention, by applying the piezoelectric actuator according to the present invention described above, the drive circuit cost can be reduced and the reliability can be improved. Further, according to the method for manufacturing an inkjet head of the present invention, cracks in the piezoelectric element 2 can be tolerated, so that the manufacturing yield is improved, and a crack inspection step for the piezoelectric element 2 which requires enormous man-hours can be omitted. Therefore, an inexpensive inkjet head can be provided.
【図１】本発明による圧電アクチュエータを示す断面構
成図。FIG. 1 is a sectional configuration diagram showing a piezoelectric actuator according to the present invention.
【図２】本発明による圧電アクチュエータの駆動動作を
示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing a driving operation of the piezoelectric actuator according to the present invention.
【図３】本発明による圧電アクチュエータの製造方法を
示す概念図。FIG. 3 is a conceptual diagram showing a method for manufacturing a piezoelectric actuator according to the present invention.
【図４】本発明による圧電アクチュエータの製造方法を
示す概念図。FIG. 4 is a conceptual diagram showing a method for manufacturing a piezoelectric actuator according to the present invention.
【図５】本発明によるインクジェットヘッドを示す断面
構成図。FIG. 5 is a cross-sectional configuration diagram showing an inkjet head according to the present invention.
【図６】本発明によるインクジェットヘッドの第１の基
板を示す平面構成図。FIG. 6 is a plan configuration diagram showing a first substrate of an inkjet head according to the present invention.
【図７】本発明によるインクジェットヘッドを示す平面
構成図。FIG. 7 is a plan configuration diagram showing an inkjet head according to the present invention.
【図８】本発明によるインクジェットヘッドの駆動動作
を示すインク流路断面図。FIG. 8 is a sectional view of an ink flow path showing a driving operation of the inkjet head according to the present invention.
【図９】本発明によるインクジェットヘッドの駆動動作
を示すインク流路断面図。FIG. 9 is an ink channel cross-sectional view showing a driving operation of the inkjet head according to the present invention.
【図１０】本発明によるインクジェットヘッドの製造方
法を示す断面分解構成図。FIG. 10 is an exploded cross-sectional configuration diagram showing a method of manufacturing an inkjet head according to the present invention.
１ 可撓板 ２ 圧電素子 ２ａ 接触部 ３ 導電性皮膜 ４ 引き出し線 ５ 第１の基板 ５ａ 接合部 ６ 第２の基板 ７ ノズル ８ ダミー流路 ９ 圧力室 １０ 供給口 １１ 共通インク室 １２ 供給管 １３ フィルタ １００ インク滴 1 flexible plate 2 Piezoelectric element 2a Contact part 3 Conductive film 4 Lead line 5 First substrate 5a joint 6 Second substrate 7 nozzles 8 dummy channels 9 Pressure chamber 10 Supply port 11 common ink chamber 12 Supply pipe 13 filters 100 ink drops
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−181874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−67271（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−77257（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−6340（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−141099（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−81404（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−288276（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−198537（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B41J 2/045 B41J 2/16 Continuation of front page (56) Reference JP 57-181874 (JP, A) JP 56-67271 (JP, A) JP 4-77257 (JP, A) JP 3-6340 (JP , A) JP-A-58-141099 (JP, A) JP-A-64-81404 (JP, A) JP-A-2-288276 (JP, A) Actual development Sho-63-198537 (JP, U) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B41J 2/045 B41J 2/16
Claims (6)
有する可撓板とからなり、該可撓板に前記圧電素子が導
通及び接合されてユニモルフ構造を形成した圧電アクチ
ュエータにおいて、 前記可撓板側とは反対側の前記圧電素子の電極面上の縁
部より内側の略全面にスクリーン印刷により形成された
導電性皮膜を設け、 前記電極面上の縁部に引き出し線を接続し たことを特徴
とする圧電アクチュエータ。1. A consists of a flexible plate having a piezoelectric element and conductivity comprising ceramic, the piezoelectric actuator wherein the movable Shiwaita piezoelectric elements are conduction and joined to form a unimorph structure, the flexible plate side that the opposite side of the front Symbol conductive film formed by screen printing on substantially the entire surface inside than the edge electrodes on surfaces of the piezoelectric element is provided, to connect the lead wire to the edge on the electrode surface and Characteristic piezoelectric actuator.
であ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。2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the resistivity of the conductive film is 1.0 Ωcm or less.
てＢ以下であることを特徴とする請求項１または２に記
載のインクジェットヘッド。3. The inkjet head according to claim 1, wherein the hardness of the conductive film is B or less in pencil hardness.
して７０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３
のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。4. The thickness of the conductive coating is 70% or less of the thickness of the piezoelectric member.
The piezoelectric actuator according to any one of 1.
ことにより情報を記録するインクジェットヘッドにおい
て、請求項１乃至４のいずれかに記載の圧電アクチュエ
ータを使用したことを特徴とするインクジェットヘッ
ド。5. An ink jet head for recording information by ejecting ink droplets serving as a pixel unit, wherein the piezoelectric actuator according to any one of claims 1 to 4 is used.
いて、ス クリーン印刷にて複数の前記圧電素子上に同時に前記
導電性皮膜を印刷する工程を有すること請求項１記載の
圧電アクチュエータの製造方法。6. A method of manufacturing a piezoelectric actuator, the piezoelectric actuator according to claim 1, wherein it has a more engineering to print at the same time the <br/> conductive coating on a plurality of the piezoelectric elements in the scan screen printing Production method.
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