JP2003127367A - Piezoelectric actuator of ink jet printer head and its manufacturing method - Google Patents
Piezoelectric actuator of ink jet printer head and its manufacturing methodInfo
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- Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子により、
インク圧力室内壁の一部を構成する振動板を変形させ
て、インク圧力室内の圧力を制御して、インクをノズル
から吐出させるようにした、いわゆるインクジェット式
プリンタヘッドのための圧電アクチュエータおよびその
製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention provides a piezoelectric element,
Piezoelectric actuator for a so-called ink jet printer head, in which a vibration plate forming a part of the inner wall of the ink pressure chamber is deformed to control the pressure in the ink pressure chamber so that ink is ejected from a nozzle, and its manufacture Regarding the method.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、ノンインパクト記録方式のプリン
タは、記録時における騒音が極めて小さく、また高速印
字が可能であることから、注目されている。特に、記録
ヘッドから液状のインク滴を飛翔させて記録紙に付着さ
せ、文字,図形,写真等の印字を行なうようにした、い
わゆるインクジェット式プリンタは、高速記録が可能で
あると共に、普通紙に特別の定着処理等を施すことなく
記録を行なうことができることから、種々のインクジェ
ット式プリンタが開発され、市販されている。2. Description of the Related Art In recent years, non-impact recording type printers have been attracting attention because noise during recording is extremely small and high-speed printing is possible. In particular, a so-called ink jet printer, in which liquid ink droplets are ejected from the recording head and adhered to the recording paper to print characters, figures, photographs, etc., is capable of high-speed recording and at the same time on plain paper. Various ink jet printers have been developed and are commercially available because recording can be performed without performing a special fixing process or the like.
【0003】このようなインクジェット式プリンタにお
いては、例えば図5〜図9に示すような構成のインクジ
ェット式のプリンタヘッドが使用されている。図5にお
いて、プリンタヘッド900は、圧電素子と振動板を接
合し、そのユニモルフ効果を利用して、インク滴を吐出
させるように構成されている。すなわち、プリンタヘッ
ド900は、具体的には図5に示すように、順次にノズ
ルプレート910,インクプールプレート920,イン
ク供給プレート930,圧力室プレート940,振動板
950および圧電素子960を積層させ、互いに接合す
ることにより、構成されている。In such an ink jet printer, for example, an ink jet printer head having a structure as shown in FIGS. 5 to 9 is used. In FIG. 5, the printer head 900 is configured to bond a piezoelectric element and a vibration plate and to discharge ink droplets by utilizing the unimorph effect. That is, specifically, the printer head 900 sequentially stacks a nozzle plate 910, an ink pool plate 920, an ink supply plate 930, a pressure chamber plate 940, a vibration plate 950, and a piezoelectric element 960, as shown in FIG. It is configured by being joined to each other.
【0004】上記ノズルプレート910は、複数個の整
列したインク吐出用のノズル911を備えている。上記
インクプールプレート920は、上記ノズルプレート9
10の各ノズル911に対応して設けられた複数個のイ
ンク連通部921と、これらのインク連通部921の周
りに設けられた一つのインクプール922と、を備えて
いる。The nozzle plate 910 has a plurality of aligned nozzles 911 for ejecting ink. The ink pool plate 920 is the nozzle plate 9
A plurality of ink communicating portions 921 provided corresponding to each of the ten nozzles 911 and one ink pool 922 provided around these ink communicating portions 921 are provided.
【0005】上記インク供給プレート930は、同様
に、上記ノズルプレート910の各ノズル911に対応
して設けられた複数個のインク連通部931と、各イン
ク連通部931に隣接して、インクプールプレート92
0のインクプール922に開口する複数個のインク供給
口932と、さらに一端にて、インクプールプレート9
20のインクプール922に開口するインク吸入口93
3と、を備えている。Similarly, the ink supply plate 930 is provided with a plurality of ink communicating portions 931 provided corresponding to the nozzles 911 of the nozzle plate 910, and adjacent to the ink communicating portions 931. 92
No. 0 ink pool 922 and a plurality of ink supply ports 932, and at one end, the ink pool plate 9
20 ink pools 922 with ink inlets 93
3 and 3 are provided.
【0006】上記圧力室プレート940は、インク供給
プレート930の各インク連通部930と対応するイン
ク供給口932とを互いに連通させる複数個の圧力室9
41と、一端にて、インク供給プレート930のインク
吸入口933と連通するインク吸入口942と、を備え
ている。The pressure chamber plate 940 has a plurality of pressure chambers 9 for communicating the respective ink communication portions 930 of the ink supply plate 930 with the corresponding ink supply ports 932.
41 and an ink suction port 942 that communicates with the ink suction port 933 of the ink supply plate 930 at one end.
【0007】上記振動板950は、可撓性を有する平坦
な板材から構成されており、圧力室プレート940のイ
ンク吸入口942と連通するインク吸入口951を備え
ている。上記圧電素子960は、それぞれ振動板950
を挟んで、圧力室プレート940の各圧力室941に対
向して複数個配置されている。The vibrating plate 950 is made of a flat plate having flexibility and has an ink suction port 951 communicating with the ink suction port 942 of the pressure chamber plate 940. The piezoelectric elements 960 are the vibration plates 950, respectively.
A plurality of pressure chamber plates 940 are disposed so as to face each pressure chamber 941 of the pressure chamber plate 940.
【0008】ここで、上記ノズルプレート910,イン
クプールプレート920,インク供給プレート930,
圧力室プレート940,振動板950は、それぞれ互い
に位置決めするための一対の位置決め穴912,92
3,934,943,952を一端に備えている。な
お、上記ノズルプレート910,インクプールプレート
920,インク供給プレート930,圧力室プレート9
40,振動板950は、互いに別体に構成されている
が、これらのうち少なくとも互いに隣接する二つ以上が
一体に構成されていてもよい。また、上記圧電素子96
0および振動板950が、インク滴を吐出させるための
圧電アクチュエータを構成している。Here, the nozzle plate 910, the ink pool plate 920, the ink supply plate 930,
The pressure chamber plate 940 and the vibration plate 950 have a pair of positioning holes 912 and 92 for positioning each other.
3,934,943,952 are provided at one end. The nozzle plate 910, ink pool plate 920, ink supply plate 930, pressure chamber plate 9
Although the 40 and the vibration plate 950 are formed separately from each other, at least two or more adjacent to each other may be integrally formed. In addition, the piezoelectric element 96
0 and the vibration plate 950 form a piezoelectric actuator for ejecting ink droplets.
【0009】さらに、上記プリンタヘッド900は、図
示しないが、各圧電素子960に対して電気信号を入力
するための電気信号線,インクをインクタンクからイン
ク吸入口951,942,933を介してインクプール
922に充填するインク流路を備えている。Further, although not shown, the printer head 900 uses an electric signal line for inputting an electric signal to each piezoelectric element 960 and ink from an ink tank via ink suction ports 951, 942, 933. An ink flow path for filling the pool 922 is provided.
【0010】このような構成のプリンタヘッド900
は、組立の際には、上記各プレート、すなわちノズルプ
レート910,インクプールプレート920,インク供
給プレート930,圧力室プレート940,振動板95
0が、互いに位置決め穴912,923,934,94
3,952により位置決めされ、接合されると共に、各
圧電素子960が、それぞれ振動板950上にて、圧力
室プレート940の対応する圧力室941と適宜の位置
関係となるように位置決めされ、接合される。このよう
にして、プリンタヘッド900は、図6に示すように、
組み立てられることになる。The printer head 900 having such a configuration
When assembling, each of the above plates, that is, the nozzle plate 910, the ink pool plate 920, the ink supply plate 930, the pressure chamber plate 940, and the vibrating plate 95.
0 are positioning holes 912, 923, 934, 94 with respect to each other.
3, 952, the piezoelectric elements 960 are positioned and bonded on the vibration plate 950 so as to have an appropriate positional relationship with the corresponding pressure chambers 941 of the pressure chamber plate 940. It In this way, the printer head 900, as shown in FIG.
Will be assembled.
【0011】次に、プリンタヘッド900の動作につい
て、図7〜図9を参照して説明する。図7(a)および
(b)は、図6におけるA−A断面図、すなわちノズル
プレート910の各ノズル911に沿った断面図を示し
ている。圧力室プレート940の各圧力室941に対応
して、それぞれ圧電素子960が振動板950に接合さ
れている。ここで、各圧電素子960は、その上下の面
に、それぞれ上電極961,下電極962が形成されて
いる。これらの上電極961,下電極962間に、例え
ば矢印Pで示すように、圧電素子960が上下方向Pに
分極されている。Next, the operation of the printer head 900 will be described with reference to FIGS. 7A and 7B are sectional views taken along the line AA in FIG. 6, that is, sectional views taken along the nozzles 911 of the nozzle plate 910. Piezoelectric elements 960 are bonded to the vibration plate 950 so as to correspond to the respective pressure chambers 941 of the pressure chamber plate 940. Here, an upper electrode 961 and a lower electrode 962 are formed on the upper and lower surfaces of each piezoelectric element 960, respectively. A piezoelectric element 960 is polarized in the vertical direction P between the upper electrode 961 and the lower electrode 962, as indicated by an arrow P, for example.
【0012】そして、下電極962は、振動板950に
接合されることにより、電気的に接続されている。これ
により、各下電極962は、振動板950を共通電極と
して、駆動源963の一側に接続されている。また、上
電極961は、各圧電素子960毎に、それぞれスイッ
チ回路964を介して、駆動源963の他側に接続され
ている。The lower electrode 962 is electrically connected by being joined to the vibration plate 950. Thereby, each lower electrode 962 is connected to one side of the drive source 963 with the diaphragm 950 as a common electrode. Further, the upper electrode 961 is connected to the other side of the drive source 963 via the switch circuit 964 for each piezoelectric element 960.
【0013】ここで、印字命令に基づいて、スイッチ回
路964がオンされると、このスイッチ回路964に対
応する圧電素子960に駆動源963から駆動電圧が印
加される。これにより、図7(b)に示すように、当該
圧電素子960は、圧電横効果により、e方向に収縮し
ようとする。When the switch circuit 964 is turned on based on the print command, a drive voltage is applied from the drive source 963 to the piezoelectric element 960 corresponding to the switch circuit 964. As a result, as shown in FIG. 7B, the piezoelectric element 960 tries to contract in the e direction due to the piezoelectric lateral effect.
【0014】ところで、当該圧電素子960の下面は、
振動板950に接合されているため、振動板950の負
荷により収縮による歪み量が低く抑制されることにな
る。したがって、当該圧電素子960は、この歪み量の
上下の非対称性に基づいて、図7(b)に示すように、
中央付近が矢印fで示すように下方に向かって変形する
ので、圧力室941の体積は減少し、圧力室941内が
加圧されることになる。By the way, the lower surface of the piezoelectric element 960 is
Since it is bonded to the diaphragm 950, the amount of strain due to contraction due to the load on the diaphragm 950 is suppressed to a low level. Therefore, the piezoelectric element 960 is, as shown in FIG.
Since the vicinity of the center is deformed downward as shown by the arrow f, the volume of the pressure chamber 941 decreases and the inside of the pressure chamber 941 is pressurized.
【0015】図8(a),(b)および(c)は、図6
のB−B線断面図、すなわち一つのノズル911に関す
る圧力室およびインクプール922を示す断面図であ
り、図8(a)に示す初期状態では、インクがインクプ
ール922,インク供給口932,圧力室941,イン
ク連通部931,921を介して、ノズル911まで充
填されている。ここで、上述したように圧力室941内
が加圧されると、図8(a)の状態から、図8(b)に
示すように、圧力室941内に充填されているインク
が、それぞれ矢印g,hで示すように、ノズル911お
よびインク供給口932で圧力解放され、ノズル911
から吐出される。FIGS. 8A, 8B and 8C are shown in FIG.
9 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 8, that is, a cross-sectional view showing a pressure chamber and an ink pool 922 for one nozzle 911. In the initial state shown in FIG. The nozzle 911 is filled through the chamber 941 and the ink communicating portions 931 and 921. Here, when the pressure chamber 941 is pressurized as described above, the ink filled in the pressure chamber 941 is changed from the state of FIG. 8A to the state shown in FIG. 8B. As indicated by arrows g and h, the pressure is released by the nozzle 911 and the ink supply port 932, and the nozzle 911 is released.
Is discharged from.
【0016】その後、圧電素子960の電荷が放電され
ると、図8(c)に示すように、圧電素子960および
振動板950の歪みが矢印iで示すように、元に戻る。
このとき、インクプール922からインク供給口932
を介して矢印jで示すように、インクがいわゆるリフィ
ール動作により圧力室941内に再充填され、図8
(a)に示す初期状態に戻り、一連の印字動作が終了す
る。なお、実際には、上述した一連の印字動作が高速で
繰返し行なわれることにより、印刷用紙への文字,図
形,写真等の印字が行なわれることになる。After that, when the electric charge of the piezoelectric element 960 is discharged, the distortion of the piezoelectric element 960 and the vibration plate 950 returns to the original as shown by the arrow i as shown in FIG. 8C.
At this time, from the ink pool 922 to the ink supply port 932
The ink is refilled into the pressure chamber 941 by a so-called refill operation as shown by an arrow j through
The process returns to the initial state shown in (a), and the series of printing operations ends. Actually, the series of printing operations described above are repeatedly performed at high speed, so that characters, figures, photographs, etc. are printed on the printing paper.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】ところで、プリンタの
印字速度の高速化に伴って、インクジェット式プリント
ヘッドの小型化が強く要求されてきている。これに伴っ
て、インクジェット式プリントヘッドで使用される圧電
アクチュエータも小型化,高効率化が不可欠になってき
ている。前述したプリンタヘッド900における圧電素
子960および振動板950から成る圧電アクチュエー
タの特性を高効率化するために、従来、例えば特開平0
9−094965号において、振動板と圧力室隔壁部を
静電接合により形成した後、振動板の厚さを加工によっ
て薄くし、さらに振動板上に最終的な厚さに加工する前
の状態で圧電素子を接着し、その後この圧電素子を所定
厚さまで加工する方法が提案されている。By the way, as the printing speed of the printer is increased, there is a strong demand for downsizing of the ink jet type print head. Along with this, miniaturization and high efficiency of piezoelectric actuators used in ink jet print heads have become essential. In order to improve the efficiency of the characteristics of the piezoelectric actuator including the piezoelectric element 960 and the vibration plate 950 in the printer head 900 described above, a conventional method, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
In No. 9-094965, after the diaphragm and the pressure chamber partition wall are formed by electrostatic bonding, the thickness of the diaphragm is thinned by processing, and further, in a state before being processed to the final thickness on the diaphragm. A method has been proposed in which a piezoelectric element is bonded and then the piezoelectric element is processed to a predetermined thickness.
【0018】この方法によれば、前記振動板と圧力室隔
壁間の接合を強固にすることが可能であり、さらに振動
板と圧力室隔壁の接合時には比較的厚い振動板を接合し
て、その後振動板を薄く加工することから、加工性が向
上することになり、その結果、振動板をより薄く加工す
ることが可能となる。このようにして、振動板および圧
電素子をより一層薄く加工することが可能となり、また
振動板と圧力室隔壁との間の接合強度を高めることが可
能であることから、より高効率の圧電アクチュエータを
提供することができる。According to this method, it is possible to strengthen the joint between the vibrating plate and the pressure chamber partition wall, and when joining the vibrating plate and the pressure chamber partition wall, a relatively thick vibrating plate is bonded and then Since the diaphragm is thinly processed, the workability is improved, and as a result, the diaphragm can be thinner. In this way, the diaphragm and the piezoelectric element can be made thinner, and the bonding strength between the diaphragm and the pressure chamber partition wall can be increased. Therefore, a piezoelectric actuator with higher efficiency can be obtained. Can be provided.
【0019】しかしながら、このような方法によれば、
圧電素子の振動板を接着する際に、振動板が薄膜状態で
あることから、接着面に十分な荷重を加えることができ
ない。したがって、圧電素子と振動板の間の接着層が比
較的厚く形成されることになるため、圧電アクチュエー
タの効率が低下してしまう。また、接着層の厚さにムラ
が発生するため、各圧力室における圧電アクチュエータ
の特性にばらつきが生じたり、あるいは接着層の状態に
よっては、寿命が短くなってしまうという問題があっ
た。However, according to such a method,
When the vibration plate of the piezoelectric element is bonded, since the vibration plate is in a thin film state, a sufficient load cannot be applied to the bonding surface. Therefore, the adhesive layer between the piezoelectric element and the vibrating plate is formed to be relatively thick, which reduces the efficiency of the piezoelectric actuator. Further, since the thickness of the adhesive layer becomes uneven, there is a problem that the characteristics of the piezoelectric actuator in each pressure chamber vary, or the life is shortened depending on the state of the adhesive layer.
【0020】これに対して、例えば特開平05−301
341号には、電気メッキにより圧電素子上に金属膜を
成長させ、その後エッチング工程により圧力室を形成す
ることにより、圧電アクチュエータを形成する方法が提
案されている。しかしながら、この場合、メッキ面をハ
ーフエッチングにより加工することから、振動板厚のば
らつきが大きくなり、同様にして圧電アクチュエータの
特性のばらつきが発生してしまう。さらに、メッキ面が
インクに対して露出しているので、耐インク性の高いメ
ッキを使用する必要があるため、エッチング工程が難し
くなる。また、振動板として形成された薄膜部分におい
て、メッキにピンホールが発生すると、圧電素子とイン
クが接触することになるため、振動板厚をピンホールフ
リーとなるような厚さに選定する必要がある。したがっ
て、圧電アクチュエータの特性の高効率化が困難になっ
てしまう。On the other hand, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 05-301
No. 341 proposes a method of forming a piezoelectric actuator by growing a metal film on a piezoelectric element by electroplating and then forming a pressure chamber by an etching process. However, in this case, since the plated surface is processed by half etching, the variation of the vibration plate thickness becomes large, and the variation of the characteristics of the piezoelectric actuator similarly occurs. Further, since the plating surface is exposed to the ink, it is necessary to use plating having high ink resistance, which makes the etching process difficult. Further, in the thin film portion formed as the diaphragm, if a pinhole is generated in the plating, the piezoelectric element and the ink come into contact with each other. Therefore, it is necessary to select the thickness of the diaphragm so that the pinhole is free. is there. Therefore, it becomes difficult to increase the efficiency of the characteristics of the piezoelectric actuator.
【0021】本発明は、上記の問題を解決すべくなされ
たものであり、簡単な構成により、低コストで、容易に
小型化および高効率化を行なうことができるようにし
た、インクジェット式プリンタのプリントヘッドのため
の圧電アクチュエータの提供を目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is an inkjet printer which has a simple structure and can be easily reduced in size and increased in efficiency at low cost. An object is to provide a piezoelectric actuator for a printhead.
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の請求項1記載のインクジェット式プリンタ
ヘッドの圧電アクチュエータは、圧電素子によりインク
圧力室内壁の一部を構成する振動板を変形させて、イン
ク圧力室内の圧力を制御し、インクをノズルから吐出さ
せる、インクジェット式プリンタヘッドの圧電アクチュ
エータであって、上記振動板が、圧電素子の表面にメッ
キ法により形成されていて、上記振動板の少なくともイ
ンクに接触する表面領域が、耐インク性材料から成る保
護層を備えている構成としてある。To achieve this object, in a piezoelectric actuator of an ink jet printer head according to a first aspect of the present invention, a vibrating plate constituting a part of an ink pressure chamber inner wall is deformed by a piezoelectric element. A piezoelectric actuator of an inkjet printer head for controlling the pressure in an ink pressure chamber to eject ink from a nozzle, wherein the vibrating plate is formed on a surface of a piezoelectric element by a plating method, At least the surface region of the plate that contacts the ink is provided with a protective layer made of an ink-resistant material.
【0023】インクジェット式プリンタヘッドの圧電ア
クチュエータをこのような構成とすると、振動板がメッ
キ法により圧電素子の表面に形成されているので、振動
板の圧電素子表面に対する接合性が良好となる。また、
圧電素子および振動板のインクに接触する表面領域が、
耐インク性材料から成る保護層により覆われているの
で、メッキ法により形成された振動板がインク圧力室内
のインクに接することにより侵食されるようなことはな
い。したがって、振動板の材質を任意に選定することが
できるので、コストが低減され得ることになる。さら
に、メッキ法により形成された振動板が保護層により覆
われているので、振動板にピンホールが発生したとして
も、このピンホールが保護層によりインクに対して隠さ
れることになる。したがって、振動板をピンホールフリ
ーとなるような厚さに選定する必要がなく、振動板の薄
膜化、そして圧電アクチュエータの特性の高効率化が容
易に行なわれることになる。When the piezoelectric actuator of the ink jet printer head has such a structure, the vibrating plate is formed on the surface of the piezoelectric element by the plating method, so that the bonding property of the vibrating plate to the surface of the piezoelectric element becomes good. Also,
The surface area of the piezoelectric element and the diaphragm that come into contact with the ink is
Since it is covered with the protective layer made of the ink resistant material, the vibrating plate formed by the plating method is not eroded by coming into contact with the ink in the ink pressure chamber. Therefore, the material of the diaphragm can be arbitrarily selected, so that the cost can be reduced. Further, since the diaphragm formed by the plating method is covered with the protective layer, even if a pinhole is generated in the diaphragm, the pinhole will be hidden from the ink by the protective layer. Therefore, it is not necessary to select the thickness of the diaphragm so as to be pinhole-free, and it is easy to make the diaphragm thin and increase the efficiency of the characteristics of the piezoelectric actuator.
【0024】また、請求項2記載のインクジェット式プ
リンタヘッドの圧電アクチュエータは、上記保護層が、
高分子膜から構成されている構成としてある。インクジ
ェット式プリンタヘッドの圧電アクチュエータをこのよ
うな構成とすると、保護層が、例えば液状の熱可塑性ポ
リイミド等から成る高分子膜により構成することによ
り、耐インク性を確保することができる。Further, in the piezoelectric actuator of the ink jet printer head according to claim 2, the protective layer is
It is composed of a polymer film. When the piezoelectric actuator of the inkjet printer head has such a configuration, the protection layer is made of a polymer film made of, for example, liquid thermoplastic polyimide, so that ink resistance can be ensured.
【0025】また、請求項3記載のインクジェット式プ
リンタヘッドの圧電アクチュエータは、上記保護層が、
メッキ法により形成されている構成としてある。インク
ジェット式プリンタヘッドの圧電アクチュエータをこの
ような構成とすると、保護層が、例えば少なくともイン
ク圧力室内のインクに接する表面領域に、金メッキ膜を
有するように、メッキ法により形成されることにより、
耐インク性を確保することができる。この場合、表面領
域以外の部分は、例えばニッケルメッキ膜として構成す
ることにより、コストがより一層低減され得ることにな
る。According to a third aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric actuator for an ink jet printer head, wherein the protective layer comprises:
It is formed by a plating method. When the piezoelectric actuator of the ink jet printer head has such a structure, the protective layer is formed by a plating method so as to have a gold-plated film at least in the surface region in contact with the ink in the ink pressure chamber.
Ink resistance can be secured. In this case, the cost can be further reduced by forming the portion other than the surface region, for example, as a nickel plating film.
【0026】また、請求項4記載のインクジェット式プ
リンタヘッドの圧電アクチュエータは、前記メッキ法に
より振動板を形成する前に、上記圧電素子の表面に、ト
リガとなるシード層を形成する構成としてある。インク
ジェット式プリンタヘッドの圧電アクチュエータをこの
ような構成とすると、振動板をメッキ法により形成する
際に、圧電素子の表面にシード層が形成されているの
で、メッキ法により形成される振動板の圧電素子表面に
対する密着性が向上することになる。According to a fourth aspect of the present invention, in a piezoelectric actuator of an ink jet printer head, a seed layer serving as a trigger is formed on the surface of the piezoelectric element before the vibration plate is formed by the plating method. When the piezoelectric actuator of the inkjet printer head has such a structure, when the diaphragm is formed by the plating method, the seed layer is formed on the surface of the piezoelectric element. Adhesion to the element surface is improved.
【0027】さらに、この目的を達成するため、本発明
の請求項5記載のインクジェット式プリンタヘッドの圧
電アクチュエータの製造方法は、圧電素子によりインク
圧力室内壁の一部を構成する振動板を変形させて、イン
ク圧力室内の圧力を制御し、インクをノズルから吐出さ
せるインクジェット式プリンタヘッドの圧電アクチュエ
ータに関して、圧電素子の表面にメッキ法により振動板
を形成すると共に、上記振動板の圧電素子とは反対側の
表面にインク圧力室を形成する圧電アクチュエータの製
造方法であって、上記振動板の圧電素子とは反対側の表
面の少なくともインク圧力室内に露出する領域に、耐イ
ンク性材料から成る保護層を形成する工程を含んでいる
構成としてある。Further, in order to achieve this object, in a method of manufacturing a piezoelectric actuator of an ink jet printer head according to a fifth aspect of the present invention, a piezoelectric element is used to deform a vibrating plate forming a part of the inner wall of the ink pressure chamber. With respect to the piezoelectric actuator of the ink jet printer head that controls the pressure in the ink pressure chamber to eject ink from the nozzle, a vibration plate is formed on the surface of the piezoelectric element by a plating method, and the piezoelectric element of the vibration plate is opposite to the piezoelectric element. A method of manufacturing a piezoelectric actuator, wherein an ink pressure chamber is formed on a surface of a side surface of the vibrating plate, wherein a protective layer made of an ink resistant material is provided on at least a region of the surface of the vibration plate opposite to the piezoelectric element, exposed in the ink pressure chamber. Is formed.
【0028】インクジェット式プリンタヘッドの圧電ア
クチュエータの製造方法をこのような構成とすると、振
動板がメッキ法により圧電素子の表面に形成されるの
で、振動板の圧電素子表面に対する接合性が良好とな
る。また、圧電素子および振動板のインクに接触する表
面領域が、耐インク性材料から成る保護層により覆われ
ているので、メッキ法により形成された振動板がインク
圧力室内のインクに接することにより侵食されるような
ことはない。したがって、振動板の材質を任意に選定す
ることができるので、コストが低減され得ることにな
る。さらに、メッキ法により形成された振動板が保護層
により覆われているので、振動板にピンホールが発生し
たとしても、このピンホールが保護層によりインクに対
して隠されることになる。したがって、振動板をピンホ
ールフリーとなるような厚さに選定する必要がなく、振
動板の薄膜化、そして圧電アクチュエータの特性の高効
率化が容易に行なわれることになる。When the method for manufacturing the piezoelectric actuator of the ink jet type printer head has such a structure, the vibrating plate is formed on the surface of the piezoelectric element by the plating method, so that the bonding property of the vibrating plate to the surface of the piezoelectric element becomes good. . In addition, since the ink-contacting surface area of the piezoelectric element and the vibrating plate is covered with the protective layer made of the ink-resistant material, the vibrating plate formed by the plating method is eroded by coming into contact with the ink in the ink pressure chamber. There is no such thing. Therefore, the material of the diaphragm can be arbitrarily selected, so that the cost can be reduced. Further, since the diaphragm formed by the plating method is covered with the protective layer, even if a pinhole is generated in the diaphragm, the pinhole will be hidden from the ink by the protective layer. Therefore, it is not necessary to select the thickness of the diaphragm so as to be pinhole-free, and it is easy to make the diaphragm thin and increase the efficiency of the characteristics of the piezoelectric actuator.
【0029】また、請求項6記載のインクジェット式プ
リンタヘッドの圧電アクチュエータの製造方法は、上記
保護層を形成する工程が、インク圧力室を形成した後に
行なわれる構成としてある。インクジェット式プリンタ
ヘッドの圧電アクチュエータの製造方法をこのような構
成とすると、保護層が、インク圧力室を画成する圧力室
プレートと圧電素子との間に存在しないので、厚さのば
らつきをより一層低減することができる。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoelectric actuator for an ink jet printer head, wherein the step of forming the protective layer is performed after the ink pressure chamber is formed. When the method for manufacturing the piezoelectric actuator of the inkjet printer head has such a configuration, the protective layer does not exist between the pressure chamber plate that defines the ink pressure chamber and the piezoelectric element, so that the variation in thickness is further reduced. It can be reduced.
【0030】また、請求項7記載のインクジェット式プ
リンタヘッドの圧電アクチュエータの製造方法は、上記
圧電素子として最終の所定厚さより厚い圧電素子部材を
使用して、圧力室を形成した後に、この圧電素子部材を
所定厚さに加工して、圧電素子を形成する工程を含んで
いる構成としてある。インクジェット式プリンタヘッド
の圧電アクチュエータの製造方法をこのような構成とす
ると、圧力室の形成の際に、圧電素子部材が比較的厚い
ことから、圧電素子部材の強度が高く、圧力室形成の加
工性が向上することになる。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoelectric actuator of an ink jet printer head, wherein a piezoelectric element member having a thickness larger than a final predetermined thickness is used as the piezoelectric element, and after forming a pressure chamber, the piezoelectric element is formed. The configuration includes a step of processing the member to a predetermined thickness to form a piezoelectric element. If the method for manufacturing a piezoelectric actuator of an ink jet printer head is configured in this way, the piezoelectric element member is relatively thick when forming the pressure chamber, so the strength of the piezoelectric element member is high and the workability of forming the pressure chamber is high. Will be improved.
【0031】また、請求項8記載のインクジェット式プ
リンタヘッドの圧電アクチュエータの製造方法は、上記
インク圧力室を形成する工程が、圧電素子に圧力室プレ
ートを接合する第一の段階と、圧力室プレートに圧力室
となるべき凹部を形成する第二の段階とからなる構成と
してある。また、請求項9記載のインクジェット式プリ
ンタヘッドの圧電アクチュエータの製造方法は、上記圧
電素子部材を所定厚さに加工する工程が、上記第一の段
階の後であって、上記第二の段階の前に行なわれる構成
としてある。インクジェット式プリンタヘッドの圧電ア
クチュエータの製造方法をこのような構成とすると、圧
電素子部材を所定厚さに加工する際に、圧力室プレート
には圧力室となるべき凹部が形成されていないので、圧
力室プレートの強度が高い。したがって、圧電素子部材
の加工性が向上することになる。In the method of manufacturing a piezoelectric actuator of an ink jet printer head according to an eighth aspect, the step of forming the ink pressure chamber includes a first step of joining the pressure chamber plate to the piezoelectric element, and the pressure chamber plate. And a second step of forming a concave portion to be a pressure chamber. In the method for manufacturing a piezoelectric actuator of an ink jet printer head according to claim 9, the step of processing the piezoelectric element member to a predetermined thickness is performed after the first step and in the second step. It is a configuration that is performed before. When the method for manufacturing the piezoelectric actuator of the ink jet printer head has such a configuration, when the piezoelectric element member is processed to have a predetermined thickness, the pressure chamber plate has no recessed portion to be a pressure chamber. Chamber plate strength is high. Therefore, the workability of the piezoelectric element member is improved.
【0032】また、請求項10記載のインクジェット式
プリンタヘッドの圧電アクチュエータの製造方法は、上
記第二の段階において凹部が、保護層を加工時のストッ
パとして利用することにより形成される構成としてあ
る。インクジェット式プリンタヘッドの圧電アクチュエ
ータの製造方法をこのような構成とすると、圧力室プレ
ートに凹部を形成する際に、凹部内に露出する振動板が
保護層により覆われているので、加工により振動板を傷
つけてしまうようなことがない。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoelectric actuator for an ink jet printer head, wherein in the second step, the recess is formed by using the protective layer as a stopper during processing. When the method of manufacturing the piezoelectric actuator of the ink jet printer head has such a structure, when the recess is formed in the pressure chamber plate, the diaphragm exposed in the recess is covered with the protective layer, and thus the diaphragm is processed. There is no such thing as hurt.
【0033】また、請求項11記載のインクジェット式
プリンタヘッドの圧電アクチュエータの製造方法は、複
数個の圧電素子が一体に構成されており、保護層を形成
する工程の後に、上記圧電素子が、インク圧力室に対応
して、上記振動板および保護層をストッパとして、ブラ
スト加工により個々の圧電素子に分離される構成として
ある。インクジェット式プリンタヘッドの圧電アクチュ
エータの製造方法をこのような構成とすると、各圧電素
子が、個々の圧電素子の分離前には、互いに一体に構成
されているので、インク圧力室に対する位置決めが容易
に行なわれ得る。According to the eleventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoelectric actuator for an ink jet printer head, wherein a plurality of piezoelectric elements are integrally formed, and after the step of forming the protective layer, the piezoelectric element is made of ink. Corresponding to the pressure chamber, the vibration plate and the protective layer are used as stoppers and separated into individual piezoelectric elements by blasting. When the method for manufacturing the piezoelectric actuator of the ink jet printer head is configured as described above, each piezoelectric element is integrally formed with each other before the individual piezoelectric elements are separated from each other. Therefore, the positioning with respect to the ink pressure chamber is facilitated. Can be done.
【0034】また、請求項12記載のインクジェット式
プリンタヘッドの圧電アクチュエータの製造方法は、上
記振動板を形成する工程が、インク圧力室を形成する工
程の後に行なわれる構成としてある。インクジェット式
プリンタヘッドの圧電アクチュエータの製造方法をこの
ような構成とすると、振動板が、圧電素子のインク圧力
室内に露出する領域のみに形成されることになる。According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a piezoelectric actuator for an ink jet printer head, wherein the step of forming the vibration plate is performed after the step of forming the ink pressure chamber. When the method of manufacturing the piezoelectric actuator of the ink jet printer head has such a structure, the vibrating plate is formed only in the region exposed in the ink pressure chamber of the piezoelectric element.
【0035】また、請求項13記載のインクジェット式
プリンタヘッドの圧電アクチュエータの製造方法は、上
記振動板を形成する工程の前に、圧電素子の表面にメッ
キ法により振動板を形成する際の、トリガとなるシード
層を形成する工程を含んでいる構成としてある。インク
ジェット式プリンタヘッドの圧電アクチュエータの製造
方法をこのような構成とすると、振動板をメッキ法によ
り形成する際に、圧電素子の表面にシード層が形成され
ているので、メッキ法により形成される振動板の圧電素
子表面に対する密着性が向上することになる。Further, in the method of manufacturing a piezoelectric actuator for an ink jet printer head according to a thirteenth aspect, before the step of forming the vibration plate, a trigger for forming the vibration plate on the surface of the piezoelectric element by a plating method is used. The structure includes a step of forming a seed layer that becomes If the method for manufacturing the piezoelectric actuator of the ink jet printer head has such a structure, when the vibration plate is formed by the plating method, the seed layer is formed on the surface of the piezoelectric element. The adhesion of the plate to the surface of the piezoelectric element is improved.
【0036】[0036]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0037】まず、本発明のインクジェット式プリンタ
ヘッドの圧電アクチュエータの製造方法の一実施形態に
より製造されたプリンタヘッドについて、図1に示す斜
視図を参照して説明する。図1に示すように、プリンタ
ヘッド10は、圧電素子の表面にメッキ法により振動板
を形成し、そのユニモルフ効果を利用して、インク滴を
吐出させるように構成されている。すなわち、プリンタ
ヘッド10は、下方から順次にノズルプレート20,イ
ンクプールプレート30,インク供給プレート40,圧
力室プレート50,保護層60,振動板70および圧電
素子80を積層させることにより、構成されている。First, a printer head manufactured by an embodiment of a method for manufacturing a piezoelectric actuator of an ink jet printer head according to the present invention will be described with reference to the perspective view shown in FIG. As shown in FIG. 1, the printer head 10 is configured such that a vibration plate is formed on the surface of a piezoelectric element by a plating method and the unimorph effect is used to eject ink droplets. That is, the printer head 10 is configured by sequentially stacking the nozzle plate 20, the ink pool plate 30, the ink supply plate 40, the pressure chamber plate 50, the protective layer 60, the vibration plate 70, and the piezoelectric element 80 from the bottom. There is.
【0038】上記ノズルプレート20は、複数個の整列
したインク吐出用のノズル21を備えている。上記イン
クプールプレート30は、上記ノズルプレート20の各
ノズル21に対応して設けられた複数個のインク連通部
31と、これらのインク連通部31の周りに設けられた
一つのインクプール32と、を備えている。The nozzle plate 20 is provided with a plurality of aligned nozzles 21 for ejecting ink. The ink pool plate 30 includes a plurality of ink communicating portions 31 provided corresponding to the nozzles 21 of the nozzle plate 20, and one ink pool 32 provided around the ink communicating portions 31. Is equipped with.
【0039】上記インク供給プレート40は、同様に、
上記ノズルプレート20の各ノズル21に対応して設け
られた複数個のインク連通部41と、各インク連通部4
1に隣接して、インクプールプレート30のインクプー
ル31に開口する複数個のインク供給口42と、さらに
一端にて、インクプールプレート30のインクプール3
1に開口するインク吸入口(図示せず)と、を備えてい
る。Similarly, the ink supply plate 40 is
A plurality of ink communicating portions 41 provided corresponding to each nozzle 21 of the nozzle plate 20 and each ink communicating portion 4
1, a plurality of ink supply ports 42 opening to the ink pool 31 of the ink pool plate 30, and at one end, the ink pool 3 of the ink pool plate 30.
1 and an ink suction port (not shown) that opens at 1.
【0040】上記圧力室プレート50は、例えばステン
レス鋼SUS304から構成されており、インク供給プ
レート40の各インク連通部41と対応するインク供給
口42とを互いに連通させる複数個の圧力室51と、一
端にて、インク供給プレート40のインク吸入口と連通
するインク吸入口(図示せず)と、を備えている。The pressure chamber plate 50 is made of, for example, stainless steel SUS304, and has a plurality of pressure chambers 51 for communicating the respective ink communication portions 41 of the ink supply plate 40 with the corresponding ink supply ports 42, An ink suction port (not shown) communicating with the ink suction port of the ink supply plate 40 is provided at one end.
【0041】上記保護層60は、振動板70の表面(図
示の場合、下面)に形成された耐インク性を有する高分
子材から構成されている。The protective layer 60 is made of a polymer material having ink resistance formed on the surface (lower surface in the case shown) of the vibration plate 70.
【0042】上記振動板70は、メッキ法により圧電素
子の表面に形成された薄膜から構成されており、圧力室
プレート50のインク吸入口と連通するインク吸入口
(図示せず)を備えている。上記圧電素子80は、それ
ぞれ振動板70を挟んで、圧力室プレート50の各圧力
室51に対向して複数個配置されている。The vibrating plate 70 is composed of a thin film formed on the surface of the piezoelectric element by a plating method and has an ink suction port (not shown) communicating with the ink suction port of the pressure chamber plate 50. . A plurality of the piezoelectric elements 80 are arranged so as to face the pressure chambers 51 of the pressure chamber plate 50 with the diaphragm 70 interposed therebetween.
【0043】ここで、このような構成のプリンタヘッド
10は、本発明による圧電圧電アクチュエータの製造方
法の第一の実施形態により、図2の各工程に示すように
製造される。Here, the printer head 10 having such a configuration is manufactured as shown in each step of FIG. 2 by the first embodiment of the method of manufacturing the piezoelectric piezoelectric actuator according to the present invention.
【0044】まず、図2(A)に示すように、圧電素子
部材90が用意される。この圧電素子部材90は、適宜
の厚さに選定されている。この厚さは、製造上の取扱い
(例えばスパッタ,メッキ等)の観点から、圧電素子の
外形寸法および材質等に関して適度に厚い方が望ましい
が、圧電素子を最終的に研磨加工等により所定の厚さに
加工するためには、加工に要する時間を短くするよう
に、薄い方が望ましい。これにより、圧電素子部材90
としては、例えば株式会社トーキン製のN−10(外形
寸法60mm×30mm×0.3t)が使用される。First, as shown in FIG. 2A, a piezoelectric element member 90 is prepared. The piezoelectric element member 90 is selected to have an appropriate thickness. From the viewpoint of handling in manufacturing (eg, sputtering, plating, etc.), it is desirable that this thickness be appropriately thick with respect to the external dimensions and material of the piezoelectric element, but the piezoelectric element is finally polished to a predetermined thickness. In order to process into a large size, it is desirable that the thickness is thin so that the time required for processing is shortened. Thereby, the piezoelectric element member 90
For example, N-10 (external dimensions 60 mm × 30 mm × 0.3 t) manufactured by Tokin Co., Ltd. is used.
【0045】そして、図2(B)に示すように、圧電素
子部材90の下面に、下部電極となるべき金属層91を
形成する。この金属層91は、後述するメッキ法による
振動板の形成の際のメッキ成長のトリガとなる金属層と
して利用されるため、振動板との密着性を考慮して選択
することが望ましい。また振動板のメッキの前には、こ
の金属層91の活性化処理を行なうので、金属層91の
厚さは、活性化処理後に適宜の厚さとなるように選定さ
れる。さらに、金属層91は、圧電素子部材90に対す
る密着性を確保するために、例えば二種類以上の金属層
を積層させるようにしてもよい。したがって、金属層9
1は、例えばスパッタ法により、厚さ50nmのCrお
よび厚さ300nmのCuから構成される。Then, as shown in FIG. 2B, a metal layer 91 to be a lower electrode is formed on the lower surface of the piezoelectric element member 90. Since this metal layer 91 is used as a metal layer that triggers the plating growth when forming the diaphragm by the plating method described later, it is desirable to select it in consideration of the adhesion to the diaphragm. Since the metal layer 91 is activated before plating the diaphragm, the thickness of the metal layer 91 is selected to be an appropriate thickness after the activation treatment. Further, the metal layer 91 may be formed by laminating, for example, two or more kinds of metal layers in order to secure the adhesion to the piezoelectric element member 90. Therefore, the metal layer 9
1 is composed of Cr having a thickness of 50 nm and Cu having a thickness of 300 nm by, for example, a sputtering method.
【0046】続いて、図2(C)に示すように、上記金
属層91をシード層として、メッキ法により、金属層9
1の下面に、振動板70を形成する。この振動板70
は、その厚さが必要な圧電素子の厚さ,振動板材質等か
ら決定され、例えば変形効率の向上等の理由から、圧電
素子の厚さに対してほぼ20〜50%程度に選定され
る。したがって、振動板70は、例えば厚さ10μmの
無電解Niメッキ膜により形成される。Subsequently, as shown in FIG. 2C, the metal layer 9 is used as a seed layer by a plating method.
A vibration plate 70 is formed on the lower surface of 1. This diaphragm 70
Is determined from the required thickness of the piezoelectric element, the material of the vibration plate, etc., and is selected to be about 20 to 50% of the thickness of the piezoelectric element for reasons such as improvement in deformation efficiency. . Therefore, the diaphragm 70 is formed of, for example, an electroless Ni plating film having a thickness of 10 μm.
【0047】次に、図2(D)に示すように、振動板7
0の下面に、保護層60を形成する。この保護層60
は、例えば液状の高分子材を振動板92の下面に塗布
し、その後熱処理により高分子をキュアすることによ
り、形成される。具体的には、例えば振動板92の下面
に、熱可塑性ポリイミドを主剤とした液体をスピンコー
ト法により塗布して、熱処理(150℃/1時間)によ
り仮キュアを行なう。ここで、保護層60の厚さは、薄
すぎると、ピンホールが発生して、保護層60の効果が
損なわれ、また厚すぎると、アクチュエータの変形効率
が低下するので、適宜の厚さ、例えば10μmに選定さ
れる。Next, as shown in FIG.
A protective layer 60 is formed on the lower surface of 0. This protective layer 60
Is formed, for example, by applying a liquid polymer material to the lower surface of the diaphragm 92 and then curing the polymer by heat treatment. Specifically, for example, a liquid containing a thermoplastic polyimide as a main component is applied to the lower surface of the diaphragm 92 by a spin coating method, and a temporary cure is performed by heat treatment (150 ° C./1 hour). Here, if the thickness of the protective layer 60 is too thin, pinholes are generated and the effect of the protective layer 60 is impaired, and if it is too thick, the deformation efficiency of the actuator decreases, so an appropriate thickness, For example, it is selected to be 10 μm.
【0048】その後、図2(E)に示すように、保護層
60の下面に、圧力室プレート50を接合する。ここ
で、上記保護層60が熱可塑性ポリイミドであることか
ら、保護層60の下面に圧力室プレート50を重ねた
後、例えば圧力0.5MPa,250℃/1時間の条件
で加熱加圧することにより、圧力室プレート50が接合
されることになる。Thereafter, as shown in FIG. 2E, the pressure chamber plate 50 is bonded to the lower surface of the protective layer 60. Here, since the protective layer 60 is a thermoplastic polyimide, by stacking the pressure chamber plate 50 on the lower surface of the protective layer 60, for example, by heating and pressurizing under a condition of a pressure of 0.5 MPa and 250 ° C./1 hour. The pressure chamber plate 50 will be joined.
【0049】続いて、図2(F)に示すように、圧電素
子部材90の振動板70とは反対側の面(上面)から、
研磨加工により所定の厚さまで加工を行なう。ここで、
圧電素子部材90の所定の厚さは、圧電アクチュエータ
として必要な特性に基づいて決定される。厚さが薄い
と、大きな変形が得られるが、圧電素子自体の特性を損
なわない程度の厚さを有する必要がある。したがって、
例えば上述したN−10を使用した圧電素子部材90の
場合、厚さは、例えば30μmに選定される。Then, as shown in FIG. 2F, from the surface (upper surface) of the piezoelectric element member 90 opposite to the vibration plate 70,
Processing is performed by polishing to a predetermined thickness. here,
The predetermined thickness of the piezoelectric element member 90 is determined based on the characteristics required for the piezoelectric actuator. If the thickness is thin, a large deformation can be obtained, but it is necessary to have a thickness that does not impair the characteristics of the piezoelectric element itself. Therefore,
For example, in the case of the piezoelectric element member 90 using N-10 described above, the thickness is selected to be 30 μm, for example.
【0050】次に、図2(G)に示すように、圧電素子
部材90の研磨加工した上面に、上部電極92を形成す
る。この上部電極92は、使用する電圧,電流に十分耐
え得るような厚さに選定され、さらにこの上部電極92
を介して外部と電気接続する場合には、電気接続の条件
にも耐え得る必要がある。したがって、上部電極92
は、例えばスパッタ法により、厚さ50nmのCr,厚
さ600nmのNiおよび厚さ200nmのAuから構
成される。Next, as shown in FIG. 2G, an upper electrode 92 is formed on the polished upper surface of the piezoelectric element member 90. The upper electrode 92 is selected to have a thickness that can sufficiently withstand the voltage and current used.
When it is electrically connected to the outside through the, it is necessary to be able to withstand the conditions of the electrical connection. Therefore, the upper electrode 92
Is composed of Cr having a thickness of 50 nm, Ni having a thickness of 600 nm, and Au having a thickness of 200 nm, for example, by a sputtering method.
【0051】その後、図2(H)に示すように、圧電素
子部材90を、圧力室プレート50の各圧力室51に対
応して、上方から例えばブラスト加工により、個々の圧
電素子80に分離し、個別化する。これにより、圧電ア
クチュエータが完成することになる。Thereafter, as shown in FIG. 2H, the piezoelectric element member 90 is separated into individual piezoelectric elements 80 corresponding to each pressure chamber 51 of the pressure chamber plate 50 from above by, for example, blasting. , Individualize. As a result, the piezoelectric actuator is completed.
【0052】さらに、このようにして完成した圧電アク
チュエータと、インク供給プレート40,インクプール
プレート30およびノズルプレート20とを、互いに位
置決めして接合することにより、インクジェット式プリ
ンタヘッド10が完成することになる。Further, the ink jet printer head 10 is completed by positioning and joining the piezoelectric actuator thus completed, the ink supply plate 40, the ink pool plate 30, and the nozzle plate 20 to each other. Become.
【0053】次に、本実施形態により製造されたインク
ジェット式プリンタヘッド10の動作について説明す
る。印字命令に基づいて、圧電素子80に駆動電圧が印
加されると、当該圧電素子80そして振動板70が、対
応するインク圧力室プレート50の圧力室51内に向か
って変形する。これにより、圧力室51内のインクがノ
ズルプレート20のノズル21から吐出されることにな
る。Next, the operation of the ink jet printer head 10 manufactured according to this embodiment will be described. When a drive voltage is applied to the piezoelectric element 80 based on the print command, the piezoelectric element 80 and the vibration plate 70 are deformed toward the corresponding pressure chamber 51 of the ink pressure chamber plate 50. As a result, the ink in the pressure chamber 51 is ejected from the nozzle 21 of the nozzle plate 20.
【0054】この場合、圧力室51に対応する振動板7
0の表面が、保護層60により覆われているので、振動
板70が直接に圧力室51内のインクに接しないので、
振動板70がインクにより侵食されるようなことはな
い。したがって、振動板70は、耐インク性を考慮する
ことなく、任意の材料から構成することができる。これ
により、振動板70に関するコストが低減されると共
に、圧電アクチュエータの特性の高効率化を実現するこ
とができる。In this case, the diaphragm 7 corresponding to the pressure chamber 51
Since the surface of 0 is covered with the protective layer 60, the vibrating plate 70 does not come into direct contact with the ink in the pressure chamber 51.
The diaphragm 70 is not eroded by the ink. Therefore, the diaphragm 70 can be made of any material without considering ink resistance. As a result, the cost of the diaphragm 70 can be reduced, and the efficiency of the characteristics of the piezoelectric actuator can be improved.
【0055】図3は、本発明によるインクジェット式プ
リンタヘッドの製造方法の第二の実施形態を示してお
り、プリンタヘッドは、図3の各工程に示すように製造
される。FIG. 3 shows a second embodiment of a method of manufacturing an ink jet printer head according to the present invention, and the printer head is manufactured as shown in each step of FIG.
【0056】まず、図3(A)に示すように、図2に示
した場合と同様にして、適宜の厚さ、すなわち最終の所
定厚さより厚い圧電素子部材90が用意され、図3
(B)に示すように、圧電素子部材90の下面に、下部
電極となるべき金属層91を形成する。First, as shown in FIG. 3A, similarly to the case shown in FIG. 2, a piezoelectric element member 90 having an appropriate thickness, that is, a thickness larger than a final predetermined thickness is prepared.
As shown in (B), a metal layer 91 to be a lower electrode is formed on the lower surface of the piezoelectric element member 90.
【0057】続いて、図3(C)に示すように、上記金
属層91をシード層として、メッキ法により、金属層9
1の下面に、振動板70を形成する。その後、図3
(D)に示すように、振動板70の下面に接着剤を塗布
して、振動板70の下面に、圧力室プレート50を接合
する。Subsequently, as shown in FIG. 3C, the metal layer 9 is used as a seed layer by a plating method.
A vibration plate 70 is formed on the lower surface of 1. After that, FIG.
As shown in (D), an adhesive is applied to the lower surface of the vibration plate 70 to bond the pressure chamber plate 50 to the lower surface of the vibration plate 70.
【0058】続いて、図3(E)に示すように、圧電素
子部材90の振動板70とは反対側の面(上面)から、
研磨加工により所定の厚さまで加工を行ない、その後、
図3(F)に示すように、圧電素子部材90の研磨加工
した上面に、上部電極92を形成する。Subsequently, as shown in FIG. 3E, from the surface (upper surface) of the piezoelectric element member 90 opposite to the vibration plate 70,
By polishing processing to a predetermined thickness, after that,
As shown in FIG. 3F, the upper electrode 92 is formed on the polished upper surface of the piezoelectric element member 90.
【0059】次に、図3(G)に示すように、圧電素子
部材90を、圧力室プレート50の各圧力室51に対応
して、上方から例えばブラスト加工により、個々の圧電
素子80に分離し、個別化する。最後に、図3(H)に
示すように、下方から、保護層60を形成する。この場
合、保護層60は、例えばスプレー法により液状の高分
子材を塗布し、その後熱処理により高分子をキュアする
ことにより、形成される。これにより、保護層60は、
圧力室プレート50の各圧力室51の内壁およびこの圧
力室51に露出する振動板70の表面を覆うことにな
る。Next, as shown in FIG. 3G, the piezoelectric element member 90 is separated into individual piezoelectric elements 80 corresponding to each pressure chamber 51 of the pressure chamber plate 50 from above by, for example, blasting. And individualize. Finally, as shown in FIG. 3H, the protective layer 60 is formed from below. In this case, the protective layer 60 is formed, for example, by applying a liquid polymer material by a spray method and then curing the polymer by heat treatment. Thereby, the protective layer 60 is
The inner wall of each pressure chamber 51 of the pressure chamber plate 50 and the surface of the vibration plate 70 exposed to this pressure chamber 51 are covered.
【0060】さらに、このようにして完成した圧電アク
チュエータと、インク供給プレート40,インクプール
プレート30およびノズルプレート20とを、互いに位
置決めして接合することにより、インクジェット式プリ
ンタヘッド10が完成することになる。Further, the ink jet printer head 10 is completed by positioning and joining the piezoelectric actuator thus completed, the ink supply plate 40, the ink pool plate 30, and the nozzle plate 20 to each other. Become.
【0061】この場合、図1および図2に示した圧電ア
クチュエータそしてインクジェット式プリンタヘッドの
場合と同様に、振動板70が圧力室プレート50の圧力
室51内のインクと接触することがない。さらに、この
場合、振動板70と圧力室プレート50との間に、保護
層60が存在しないので、ラップ加工における厚さのば
らつきをより一層低減することができ、圧電アクチュエ
ータの特性のばらつきを低減することができる。In this case, as in the case of the piezoelectric actuator and the ink jet printer head shown in FIGS. 1 and 2, the vibrating plate 70 does not come into contact with the ink in the pressure chamber 51 of the pressure chamber plate 50. Further, in this case, since the protective layer 60 does not exist between the vibrating plate 70 and the pressure chamber plate 50, it is possible to further reduce the variation in the thickness in the lapping process and the variation in the characteristics of the piezoelectric actuator. can do.
【0062】図4は、本発明によるインクジェット式プ
リンタヘッドの製造方法の第三の実施形態を示してお
り、プリンタヘッドは、図3の各工程に示すように製造
される。FIG. 4 shows a third embodiment of the method for manufacturing an ink jet printer head according to the present invention, and the printer head is manufactured as shown in each step of FIG.
【0063】まず、図4(A)に示すように、図2に示
した場合と同様にして、適宜の厚さ、すなわち最終の所
定厚さより厚い圧電素子部材90が用意され、図4
(B)に示すように、圧電素子部材90の下面に接着剤
(図示せず)を塗布して、圧電素子部材90の下面に、
圧力室プレート50を接合する。First, as shown in FIG. 4A, similarly to the case shown in FIG. 2, a piezoelectric element member 90 having an appropriate thickness, that is, a thickness larger than a final predetermined thickness is prepared.
As shown in (B), an adhesive (not shown) is applied to the lower surface of the piezoelectric element member 90, and the lower surface of the piezoelectric element member 90 is
The pressure chamber plate 50 is joined.
【0064】次に、図4(C)に示すように、圧電素子
部材90の下面に、下部電極となるべき金属層91を形
成する。続いて、図4(D)に示すように、上記金属層
91をシード層として、メッキ法により、金属層91の
下面に、振動板70を形成する。Next, as shown in FIG. 4C, a metal layer 91 to be a lower electrode is formed on the lower surface of the piezoelectric element member 90. Subsequently, as shown in FIG. 4D, a diaphragm 70 is formed on the lower surface of the metal layer 91 by a plating method using the metal layer 91 as a seed layer.
【0065】その後、図4(E)に示すように、下方か
ら、保護層60を形成する。この場合、保護層60は、
メッキ法により、順次に例えば厚さ7μmのNiメッキ
膜と、厚さ3μmのAuメッキ膜を積層することによ
り、形成される。これにより、保護層60は、その表面
に露出する部分が、耐インク性を有するAuにより覆わ
れることになる。Thereafter, as shown in FIG. 4E, a protective layer 60 is formed from below. In this case, the protective layer 60 is
For example, a Ni plating film having a thickness of 7 μm and an Au plating film having a thickness of 3 μm are sequentially laminated by a plating method. As a result, the portion of the protective layer 60 exposed on the surface is covered with Au having ink resistance.
【0066】次に、図4(F)に示すように、圧電素子
部材90の圧力室プレート50とは反対側の面(上面)
から、研磨加工により所定の厚さまで加工を行ない、そ
の後、図4(G)に示すように、圧電素子部材90の研
磨加工した上面に、上部電極92を形成する。Next, as shown in FIG. 4F, the surface (upper surface) of the piezoelectric element member 90 opposite to the pressure chamber plate 50.
From the above to a predetermined thickness by polishing, and thereafter, as shown in FIG. 4G, the upper electrode 92 is formed on the polished upper surface of the piezoelectric element member 90.
【0067】最後に、図4(H)に示すように、圧電素
子部材90を、圧力室プレート50の各圧力室51に対
応して、上方から例えばブラスト加工により、個々の圧
電素子80に分離し、個別化する。これにより、圧電ア
クチュエータが完成する。Finally, as shown in FIG. 4H, the piezoelectric element member 90 is separated into individual piezoelectric elements 80 corresponding to each pressure chamber 51 of the pressure chamber plate 50 from above by, for example, blasting. And individualize. Thereby, the piezoelectric actuator is completed.
【0068】さらに、このようにして完成した圧電アク
チュエータと、インク供給プレート40,インクプール
プレート30およびノズルプレート20とを、互いに位
置決めして接合することにより、インクジェット式プリ
ンタヘッド10が完成することになる。Further, the ink jet printer head 10 is completed by positioning and joining the piezoelectric actuator thus completed with the ink supply plate 40, the ink pool plate 30, and the nozzle plate 20. Become.
【0069】この場合、図1および図2に示した圧電ア
クチュエータそしてインクジェット式プリンタヘッドの
場合と同様に、振動板70が圧力室プレート50の圧力
室51内のインクと接触することがない。さらに、この
場合、保護層60は、表面領域が耐インク性を有するA
uメッキ膜により覆われており、表面領域以外の部分
が、Niメッキ膜により構成されている。これにより、
保護層60は、表面が耐インク性を備えると共に、より
多くの部分が低コストのNiメッキ膜により構成される
ことになる。In this case, as in the case of the piezoelectric actuator and the ink jet printer head shown in FIGS. 1 and 2, the vibrating plate 70 does not come into contact with the ink in the pressure chamber 51 of the pressure chamber plate 50. Further, in this case, the protective layer 60 has a surface area A having ink resistance.
It is covered with the u-plated film, and the portion other than the surface region is formed with the Ni-plated film. This allows
The surface of the protective layer 60 has ink resistance, and more of the protective layer 60 is composed of a low-cost Ni plating film.
【0070】上述した実施形態においては、圧力室プレ
ート50は、圧力室51が形成された状態で接合される
ようになっているが、これに限らず、圧力室51を形成
する前の状態で、圧電素子部材90に対して接合され、
圧電素子部材90が所定厚さに研磨加工された後に、圧
力室51が形成されるようにしてもよい。この場合、圧
電素子部材90の研磨加工の際に、圧力室51のない圧
力室プレート50により圧電素子部材90が補強される
ことになり、圧電素子部材90の研磨加工の加工性が向
上することになる。In the above-described embodiment, the pressure chamber plate 50 is configured to be joined in the state where the pressure chamber 51 is formed. However, the present invention is not limited to this, and the pressure chamber plate 50 may be joined in a state before the pressure chamber 51 is formed. , Bonded to the piezoelectric element member 90,
The pressure chamber 51 may be formed after the piezoelectric element member 90 is ground to a predetermined thickness. In this case, when the piezoelectric element member 90 is polished, the piezoelectric element member 90 is reinforced by the pressure chamber plate 50 without the pressure chamber 51, and the workability of the piezoelectric element member 90 is improved. become.
【0071】[0071]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、振動板
がメッキ法により圧電素子の表面に形成されているの
で、振動板の圧電素子表面に対する接合性が良好とな
る。また、圧電素子および振動板のインクに接触する表
面領域が、耐インク性材料から成る保護層により覆われ
ているので、メッキ法により形成された振動板がインク
圧力室内のインクに接することにより侵食されるような
ことはない。したがって、振動板の材質を任意に選定す
ることができるので、コストが低減され得ることにな
る。さらに、メッキ法により形成された振動板が保護層
により覆われているので、振動板にピンホールが発生し
たとしても、このピンホールが保護層によりインクに対
して隠されることになる。したがって、振動板をピンホ
ールフリーとなるような厚さに選定する必要がなく、振
動板の薄膜化、そして圧電アクチュエータの特性の高効
率化が容易に行なわれることになる。As described above, according to the present invention, since the vibration plate is formed on the surface of the piezoelectric element by the plating method, the bonding property of the vibration plate to the surface of the piezoelectric element becomes good. In addition, since the ink-contacting surface area of the piezoelectric element and the vibrating plate is covered with the protective layer made of the ink-resistant material, the vibrating plate formed by the plating method is eroded by coming into contact with the ink in the ink pressure chamber. There is no such thing. Therefore, the material of the diaphragm can be arbitrarily selected, so that the cost can be reduced. Further, since the diaphragm formed by the plating method is covered with the protective layer, even if a pinhole is generated in the diaphragm, the pinhole will be hidden from the ink by the protective layer. Therefore, it is not necessary to select the thickness of the diaphragm so as to be pinhole-free, and it is easy to make the diaphragm thin and increase the efficiency of the characteristics of the piezoelectric actuator.
【図1】本発明によるインクジェット式プリンタヘッド
の一実施形態の構成を示す一部破断概略斜視図である。FIG. 1 is a partially cutaway schematic perspective view showing the configuration of an embodiment of an inkjet printer head according to the present invention.
【図2】本発明によるインクジェット式プリンタヘッド
の圧電アクチュエータの製造工程の第一の実施形態の各
工程を順次に示す工程図である。FIG. 2 is a process chart sequentially showing each process of the first embodiment of the manufacturing process of the piezoelectric actuator of the ink jet printer head according to the present invention.
【図3】本発明によるインクジェット式プリンタヘッド
の圧電アクチュエータの製造工程の第二の実施形態の各
工程を順次に示す工程図である。FIG. 3 is a process diagram sequentially showing each process of the second embodiment of the manufacturing process of the piezoelectric actuator of the inkjet printer head according to the present invention.
【図4】本発明によるインクジェット式プリンタヘッド
の圧電アクチュエータの製造工程の第三の実施形態の各
工程を順次に示す工程図である。FIG. 4 is a process diagram sequentially showing each process of the third embodiment of the manufacturing process of the piezoelectric actuator of the inkjet printer head according to the present invention.
【図5】従来のインクジェット式プリンタヘッドの一例
の構成を示す分解斜視図である。FIG. 5 is an exploded perspective view showing the configuration of an example of a conventional inkjet printer head.
【図6】図5のインクジェット式プリンタヘッドを示す
一部破断概略斜視図である。6 is a partially cutaway schematic perspective view showing the inkjet printer head of FIG.
【図7】図5のインクジェット式プリンタヘッドの圧電
アクチュエータの(a)初期状態および(b)動作時の
状態を示す図6のA−A線拡大断面図である。7 is an enlarged cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 6 showing (a) an initial state and (b) an operating state of the piezoelectric actuator of the inkjet printer head of FIG.
【図8】図5のインクジェット式プリンタヘッドの圧電
アクチュエータの(a)初期状態,(b)インク吐出時
および(c)インク充填時の状態を示す図6のB−B線
拡大断面図である。8 is an enlarged cross-sectional view taken along line BB of FIG. 6 showing (a) an initial state of the piezoelectric actuator of the ink jet printer head of FIG. 5, (b) an ink ejection state, and (c) an ink filling state. .
10 インクジェット式プリンタヘッド 20 ノズルプレート 21 ノズル 30 インクプールプレート 31 インク連通部 32 インクプール 40 インク供給プレート 41 インク連通部 42 インク供給口 50 圧力室プレート 51 圧力室 60 保護層 70 振動板 80 圧電素子 90 圧電素子部材 91 金属層(下部電極) 92 上部電極 10 Inkjet printer head 20 nozzle plate 21 nozzles 30 ink pool plate 31 Ink communication part 32 ink pool 40 ink supply plate 41 Ink communication part 42 Ink supply port 50 pressure chamber plate 51 Pressure chamber 60 protective layer 70 diaphragm 80 Piezoelectric element 90 Piezoelectric element member 91 Metal layer (lower electrode) 92 Upper electrode
Claims (13)
を構成する振動板を変形させて、インク圧力室内の圧力
を制御し、インクをノズルから吐出させる、インクジェ
ット式プリンタヘッドの圧電アクチュエータであって、 上記振動板が、圧電素子の表面にメッキ法により形成さ
れていて、 上記振動板の少なくともインクに接触する表面領域が、
耐インク性材料から成る保護層を備えていることを特徴
とするインクジェット式プリンタヘッドの圧電アクチュ
エータ。1. A piezoelectric actuator for an ink jet printer head, wherein a piezoelectric element is used to deform a vibrating plate forming a part of an inner wall of an ink pressure chamber to control the pressure in the ink pressure chamber and eject ink from a nozzle. The vibrating plate is formed on the surface of the piezoelectric element by a plating method, and at least the surface region of the vibrating plate that comes into contact with the ink is
A piezoelectric actuator for an inkjet printer head, comprising a protective layer made of an ink resistant material.
いることを特徴とする請求項1に記載のインクジェット
式プリンタヘッドの圧電アクチュエータ。2. The piezoelectric actuator for an ink jet printer head according to claim 1, wherein the protective layer is made of a polymer film.
ていることを特徴とする請求項1に記載のインクジェッ
ト式プリンタヘッドの圧電アクチュエータ。3. The piezoelectric actuator of an ink jet printer head according to claim 1, wherein the protective layer is formed by a plating method.
に、上記圧電素子の表面に、トリガとなるシード層を形
成することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
のインクジェット式プリンタヘッドの圧電アクチュエー
タ。4. The ink jet method according to claim 1, wherein a seed layer serving as a trigger is formed on the surface of the piezoelectric element before the vibration plate is formed by the plating method. Piezoelectric actuator for printer head.
を構成する振動板を変形させて、インク圧力室内の圧力
を制御し、インクをノズルから吐出させるインクジェッ
ト式プリンタヘッドの圧電アクチュエータに関して、圧
電素子の表面にメッキ法により振動板を形成すると共
に、上記振動板の圧電素子とは反対側の表面にインク圧
力室を形成する圧電アクチュエータの製造方法であっ
て、 上記振動板の圧電素子とは反対側の表面の少なくともイ
ンク圧力室内に露出する領域に、耐インク性材料から成
る保護層を形成する工程を含んでいることを特徴とする
インクジェット式プリンタヘッドの圧電アクチュエータ
の製造方法。5. A piezoelectric actuator of an ink jet printer head, which controls a pressure in an ink pressure chamber by deforming a vibrating plate constituting a part of an ink pressure chamber inner wall by a piezoelectric element to eject ink from a nozzle. A method of manufacturing a piezoelectric actuator, wherein a vibration plate is formed on a surface of an element by a plating method, and an ink pressure chamber is formed on a surface of the vibration plate opposite to a piezoelectric element, wherein the piezoelectric element of the vibration plate is A method of manufacturing a piezoelectric actuator for an ink jet printer head, comprising a step of forming a protective layer made of an ink resistant material on at least an area of the opposite surface exposed in the ink pressure chamber.
力室を形成した後に行なわれることを特徴とする請求項
5に記載のインクジェット式プリンタヘッドの圧電アク
チュエータの製造方法。6. The method for manufacturing a piezoelectric actuator of an ink jet printer head according to claim 5, wherein the step of forming the protective layer is performed after the ink pressure chamber is formed.
厚い圧電素子部材を使用して、 圧力室を形成した後に、この圧電素子部材を所定厚さに
加工して、圧電素子を形成する工程を含んでいることを
特徴とする請求項5または6に記載のインクジェット式
プリンタヘッドの圧電アクチュエータの製造方法。7. A step of forming a piezoelectric element by using a piezoelectric element member thicker than a final predetermined thickness as the piezoelectric element, forming a pressure chamber, and processing the piezoelectric element member to a predetermined thickness. 7. The method for manufacturing a piezoelectric actuator of an ink jet printer head according to claim 5, wherein the piezoelectric actuator includes the piezoelectric actuator.
電素子に圧力室プレートを接合する第一の段階と、圧力
室プレートに圧力室となるべき凹部を形成する第二の段
階とからなることを特徴とする、請求項5〜7のいずれ
かに記載のインクジェット式プリンタヘッドの圧電アク
チュエータの製造方法。8. The step of forming the ink pressure chamber comprises a first step of joining the pressure chamber plate to the piezoelectric element and a second step of forming a concave portion to be the pressure chamber in the pressure chamber plate. A method for manufacturing a piezoelectric actuator for an ink jet printer head according to any one of claims 5 to 7, characterized in that.
工程が、上記第一の段階の後であって、上記第二の段階
の前に行なわれることを特徴とする請求項8に記載のイ
ンクジェット式プリンタヘッドの圧電アクチュエータの
製造方法。9. The process according to claim 8, wherein the step of processing the piezoelectric element member to a predetermined thickness is performed after the first step and before the second step. Of manufacturing a piezoelectric actuator for an ink jet printer head.
が、保護層を加工時のストッパとして利用することによ
り、形成されることを特徴とする請求項8に記載のイン
クジェット式プリンタヘッドの圧電アクチュエータの製
造方法。10. The piezoelectric actuator for an ink jet printer head according to claim 8, wherein the recess formed in the second step is formed by using the protective layer as a stopper during processing. Manufacturing method.
おり、 保護層を形成する工程の後に、上記圧電素子が、インク
圧力室に対応して、上記振動板および保護層をストッパ
として、ブラスト加工により個々の圧電素子に分離され
ることを特徴とする請求項5〜10のいずれかに記載の
インクジェット式プリンタヘッドの圧電アクチュエータ
の製造方法。11. A plurality of piezoelectric elements are integrally configured, and after the step of forming a protective layer, the piezoelectric element corresponds to the ink pressure chamber, and the diaphragm and the protective layer serve as stoppers. 11. The method for manufacturing a piezoelectric actuator for an inkjet printer head according to claim 5, wherein the piezoelectric element is separated into individual piezoelectric elements by blasting.
圧力室を形成する工程の後に行なわれることを特徴とす
る請求項5〜11のいずれかに記載のインクジェット式
プリンタヘッドの圧電アクチュエータの製造方法。12. A piezoelectric actuator for an ink jet printer head according to claim 5, wherein the step of forming the vibration plate is performed after the step of forming the ink pressure chamber. Method.
電素子の表面にメッキ法により振動板を形成する際のト
リガとなるシード層を形成する工程を含んでいることを
特徴とする請求項5〜12のいずれかに記載のインクジ
ェット式プリンタヘッドの圧電アクチュエータの製造方
法。13. The method, before the step of forming the diaphragm, includes a step of forming a seed layer on the surface of the piezoelectric element as a trigger when the diaphragm is formed by a plating method. Item 13. A method of manufacturing a piezoelectric actuator for an inkjet printer head according to any one of Items 5 to 12.
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JP2001329811A JP2003127367A (en) | 2001-10-26 | 2001-10-26 | Piezoelectric actuator of ink jet printer head and its manufacturing method |
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JP2008265164A (en) * | 2007-04-20 | 2008-11-06 | Canon Inc | Substrate for ink jet recording head and its production process |
JP2009234143A (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-15 | Brother Ind Ltd | Liquid transferring apparatus |
-
2001
- 2001-10-26 JP JP2001329811A patent/JP2003127367A/en active Pending
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