JP3553972B2

JP3553972B2 - Method for manufacturing piezoelectric actuator for inkjet head and support frame for the actuator

Info

Publication number: JP3553972B2
Application number: JP51244998A
Authority: JP
Inventors: 尚弘竹原; 勲小山; 和輝掛川; 一男神津; 辰也加藤
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1996-09-06
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2016-09-06
Also published as: WO1998009820A1

Description

技術分野
この発明は、オンデマンド型インクジェットプリンタに用いるインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの製造方法及び同アクチュエータの支持フレームに関する。
背景技術
インクジェットヘッド用圧電アクチュエータ（以下、単に圧電アクチュエータという）は、基盤に圧電部材を接着するとともに、該圧電部材を平行スリットで分割することにより、多数の駆動素子を形成した構造となっている。
第16図〜第19図は、従来のこの種のインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
まず、第16図に示すように、単一の圧電アクチュエータに対応した寸法，形状の基盤201及び圧電部材202を用意し、基盤201の上面に圧電部材202を接着する。
次いで、圧電部材202を接着した基盤201を加工治具203に並べて接着し、ワイヤーソー加工機に位置決めして装着した後、順次所定位置に平行スリット204を形成していく（第17図）。さらに、研削装置を使い、圧電部材202の側面にインクジェットヘッドの支持フレームへの組立て基準面205を形成する。
このようにして平行スリット204及びインクジェットヘッドの支持フレームへの組立て基準面205を形成した後、加工治具203から各基盤201（圧電部材202が接着してある）を取外し（第18図）、洗浄工程，検査工程を経て、最終的にフレキシブル電極基板（FPC）206を半田付けして圧電アクチュエータ200が完成する（第19図）。
上述したように、従来の圧電アクチュエータの製造方法は、単一の圧電アクチュエータ200を形成する寸法，形状の基盤201及び圧電部材202を多数用意し、これらを加工治具203に位置決め接着して加工機械へ装着していたので、加工治具203への位置決め接着作業に手間がかかり、生産性が低いという課題があった。
しかも、洗浄工程，検査工程等の後工程は、加工治具203から圧電アクチュエータ200を取外し、一個毎に処理していたので、小形部品である圧電アクチュエータ200の取扱いが不便であり、このことが一層生産性を低下させていた。
また、平行スリット204が加工されて櫛歯形状になり脆くなっている圧電部材202を直接掴むため、破損や変型等により歩留が低下し、品質も不安定となっていた。
さらに加工治具203は、加工対象となる圧電アクチュエータ200の寸法，形状等に対応した仕様の専用治具として用意する必要があるため、圧電アクチュエータ200の仕様変更や新製品開発に迅速に対応できないという課題を有していた。
この発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、専用の加工治具を用意する必要がなく、しかも加工治具への一個単位での基盤の接着作業を排除するとともに、圧電アクチュエータの洗浄，検査等といったスリット加工後の工程を、複数単位の圧電アクチュエータに対し一括して処理できるようにして生産性と歩留の向上および品質の安定化を図ることを目的とする。
発明の開示
上記の目的を達成するためにこの発明は、基盤と、この基盤上に接着した圧電部材とを有し、圧電部材をスリットにより分割して多数の駆動素子を形成してなるインクジェットヘッド用圧電アクチュエータを、次のごとき方法で製造するようにしたことを特徴としている。
まず、少なくとも圧電部材を複数個一定間隔をおいて並べた分の寸法を有する圧電基材と、基盤と同一材料からなり圧電基材を複数個並べて搭載可能な寸法を有する基盤板材とを用意する。
次いで、基盤板材の上面に圧電基材を並べて接着することにより、圧電アクチュエータを多数個取り可能な圧電アクチュエータブロックを形成する。
この圧電アクチュエータブロックに対し、所定箇所に多数の平行スリットを形成することにより、平行に配列した駆動素子部分を形成する。
ここで、スリット加工後の洗浄工程，検査工程等の後工程は、圧電アクチュエータブロックの状態で一括して処理すればよく、これにより、生産性を格段に向上させることができる。また、平行スリットを加工された圧電部材を直接掴むことがないので、圧電部材の破損や変形を防止し、歩留を向上させ、品質を安定にすることができる。
その後、該圧電アクチュエータブロックを分割して、多数の圧電アクチュエータに分け、所要寸法の圧電アクチュエータが完成する。
上述した工程のうち、加工機械に対する材料の位置決めが必要となる工程、例えば平行スリットの加工工程は、基盤板材を加工治具として利用し位置決めすることができる。このようにすれば、専用の加工治具を用意する必要もなく、圧電アクチュエータの仕様変更等にも迅速かつ容易に対応でき、しかも製造コストの低価格化を実現することができる。
この場合、基盤板材を矩形状に形成するとともに、基盤板材の直交する二側面及び底面を加工基準として行えばよい。
また、基盤板材に、あらかじめ圧電アクチュエータの縦寸法と対応する間隔毎に横方向の分割溝を形成しておき、複数個の圧電基材を、これら分割溝で仕切られた領域にそれぞれ位置決めして接着することにより圧電アクチュエータブロックを形成し、さらにこの圧電アクチュエータブロックの所定箇所に、圧電アクチュエータの横寸法と対応する間隔毎に縦方向の分割溝を形成するようにすれば、該縦方向の分割溝部分及び横方向の分割溝部分を切断することにより、圧電アクチュエータブロックの分割作業を容易かつ正確に処理することができる。
この分割作業は、例えば上記分割溝部分を破断するだけで簡易に処理することができる。もっとも、分割溝部分を破断した場合、破断面にバリが残存することは避けられない。このバリがフレキシブル電極基板の半田付け面側に突出して残存した場合、該電極基板の半田付けを確実に行えなくなるおそれがある。
そこで、基盤板材に形成する横方向の分割溝の底部に勾配を形成し、該勾配により肉厚の薄くなった端縁部分で横方向の分割溝部分が切断されるようにすれば、バリが突出して残存する面を特定することができる。
すなわち、フレキシブル電極基板の半田付け面側を、上記勾配により肉厚の薄くなった端縁部分とすることにより、該電極基板の半田付け面側にバリが残存することを回避することができる。
また、このように形成した圧電アクチュエータは、基盤板材におけるいずれかの分割面に突出したバリが残存することは避けられない。そこで、該圧電アクチュエータをインクジェットヘッドに組み込むための支持フレームには、基盤板材の分割面に残存するバリとの干渉を回避するための逃げ空間を形成しておくことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の方法により製造される圧電アクチュエータの外観を示す斜視図である。
第２図は、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法に用いる圧電基材を示す斜視図である。
第３図は、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法に用いる基盤板材を示す斜視図である。
第４図は、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第５図は、第４図に続く、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第６図は、第５図に続く、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第７図は、第６図に続く、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第８図は、第７図に示した工程が終了した圧電アクチュエータブロックの一部を拡大して示す斜視図である。
第９図は、第７図に続く、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第10図は、第９図に続く、この発明の実施形態に係る圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第11図は、基盤板材に形成した横分割溝の形状を示す断面図である。
第12図は、第11図に示した形状の横分割溝部で基盤板材を分割したときの構造を示す断面図である。
第13図は、圧電アクチュエータにバリを残存させない手段を示す断面図である。
第14図は、この発明の実施形態により製造した圧電アクチュエータを組み込むインクジェットヘッドの構造を示す分解斜視図である。
第15図は、第14図に示したインクジェットヘッドにおける支持フレームの内部構造を示す断面図である。
第16図は、従来の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第17図は、第16図に続く、従来の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第18図は、第17図に続く、従来の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
第19図は、第18図に続く、従来の圧電アクチュエータの製造方法を説明するための斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
第１図はこの発明の方法により製造される圧電アクチュエータの外観を示す斜視図である。
同図に示すように、圧電アクチュエータ１は、絶縁性の合成樹脂材等で形成した基盤２と、この基盤上に接着した圧電部材３とを有している。圧電部材３は、電圧の印加によって変形する圧電材料を、電極板を挟んで積層した構造となっている。この種の圧電部材３（積層圧電部材）は、既に周知であるためその詳細な構造は省略する。
圧電部材３には、多数の平行スリット４が形成してあり、これら平行スリット４で分割された各部又は一部が、インクジェットヘッドの駆動素子５を構成している。
圧電部材３の背面には、各駆動素子５に電圧を印加するためのフレキシブル電極基板（FPC）６が半田付けしてある。また、圧電部材３の両側面は、第14図に示すインクジェットヘッドの支持フレーム100に圧電アクチュエータ１を装着する際の組立て基準面3aとなっている。なお、この組立て基準面3aについては後述する
この発明の実施形態では、上述したような構成の圧電アクチュエータ１を、以下に示す方法で製造する。第２図〜第10図は、この実施形態に係る圧電アクチュエータ１の製造方法を説明するための図である。
まず、第２図，第３図に示すような圧電基材10を複数個と、一枚の基盤板材20を用意する。圧電基材10は、第１図に示した圧電部材３と同様、圧電材料を電極板を挟んで積層した内部構造となっており、基盤板材20は、第１図に示した基盤２と同一材料で形成してある。
圧電基材10の横幅Ｌは、第１図に示した圧電部材３を複数個一定間隔をおいて並べた分の寸法に設定してある。ここで加味される一定間隔とは、第７図に示すように、この発明により基盤板材20上に一括して形成された圧電アクチュエータ１における圧電部材３の間隔であり、圧電部材３の側面に、インクジェットヘッドの支持フレーム100への組立て基準面3aを形成する際の研削代に対応する間隔である。
圧電基材10の奥行き及び高さは、第１図に示した圧電部材３と略同じ寸法に設定してある。
また、基盤板材20は、複数個の圧電基材10を縦方向に一定間隔をあけ並べて搭載できる寸法に設定してある。この基盤板材20には、並べて搭載される圧電基材10の間隙に対応して、横方向の分割溝（横分割溝）21があらかじめ形成してある。これら横分割溝21は、この発明の方法により一括して製造した圧電アクチュエータ１を分割するときの縦方向の境界を形成している。
この基盤板材20は矩形状に形成してあり、直交する二つの側面20a,20b及び底面が、後述する加工工程において、加工装置に対する位置決め基準となっている。したがって、これら位置決め基準となる二側面（基準側面）20a,20b及び底面は、高い寸法精度に形成しておく。
次に、上述した基盤板材20の上面に圧電基材10を並べて接着することにより、第１図に示した圧電アクチュエータ１を多数個取り可能な圧電アクチュエータブロック30を形成する。このとき、基盤板材20と各圧電基材10との間の位置決めを容易化するために、この実施形態では第４図に示すような位置決め治具40を使用している。
この位置決め治具40は、定盤41及び位置決め枠42からなり、定盤41には直交する基準突条43,43が設けてある。この基準突条43,43に基盤板材20の基準側面20a,20bを合わせて配置し、続いて位置決め枠42を定盤41に組み合わせる。このとき、位置決め枠42と定盤41は、位置決め枠42に設けた位置決め孔42aと、定盤41に設けた位置決め突起41aとの係合によって互いに位置決めされる。
位置決め枠42の内側両端部には、基盤板材20上への圧電基材10の配置間隔に対応して位置決めガイド42bが延出しており、この位置決めガイド42bに沿って圧電基材10を配置することにより、基盤板材20上の所定位置に圧電基材10を接着できるようになっている。
第５図はこのようにして形成した圧電アクチュエータブロック30の斜視図である。この圧電アクチュエータブロック30に対し、平行スリット４及びインクジェットヘッドの支持フレーム100に対する組立て基準面3aを形成することにより、第１図に示した圧電アクチュエータ１を基盤板材20上に一括して形成する。
すなわち、圧電アクチュエータブロック30を、ワイヤカット放電加工機に装着して圧電基材10の所定位置に平行スリット４を形成する（第６図）。このとき、基盤板材20が加工治具の機能を果たす。すなわち、基盤板材20の底面及び基準側面20a,20bを位置決め基準として、基盤板材20をワイヤカット放電加工機に装着する。
そして、基盤板材20の基準側面20a,20bを原点として、圧電アクチュエータブロック30から切り取られる圧電アクチュエータ１の位置を特定し、各圧電アクチュエータ１に対し、第１図に示した平行スリット４の形成箇所と対応する位置に、縦方向の平行スリット４を形成していく（第６図）。この平行スリット４は、基盤板材20の上面より任意の深さにまで切り込んで形成し、圧電基材10を完全に分割するようにする。
続いて、圧電アクチュエータブロック30を研削装置に装着して、インクジェットヘッドの支持フレーム100に対する組立て基準面3aを形成する（第７図）。ここでも、基盤板材20が加工治具の機能を果たし、基盤板材20の底面及び基準側面20a,20bを位置決め基準として、基盤板材20を研削装置に装着すればよい。
そして、平行スリット４の加工と同様、基盤板材20の基準側面20a,20bを原点として、圧電アクチュエータブロック30から切り取られる圧電アクチュエータ１の位置を特定し、各圧電アクチュエータに対し、第１図に示した圧電部材３の側面と対応する位置に組立て基準面3aが形成されるように、圧電基材10の所定位置に一定幅の溝31を形成する。この溝31は基盤板材20の上面より任意の深さにまで切り込んで形成し、圧電基材10を完全に分割するようにする（第８図）。
この実施形態では、研削装置による組立て基準面3aの加工と同時に、圧電アクチュエータブロック30に対し、圧電アクチュエータ１を切り取るための縦方向の分割溝（縦分割溝）22を形成している。これらの縦分割溝22は、圧電アクチュエータブロック30に一括して形成された圧電アクチュエータ１の最外側面に対応する位置に形成する。
この縦分割溝22は、圧電アクチュエータブロック30に形成される溝31の略中央部から、さらに下方に掘り下げるようにして基盤板材20に形成される。
したがって、これら溝31と縦分割溝22を同時形成する研削砥石50は、第７図に示すように、溝31の幅に対応した厚さの研削面51における中央部に、縦分割溝に対応した断面の突条部52を有している。
次に、圧電アクチュエータブロック30を、横分割溝21及び縦分割溝22に沿って分割し、第１図に示した固体の圧電アクチュエータ１を形成するとともに、同アクチュエータ１における圧電部材３の背面にフレキシブル電極基盤６を半田付けする。
例えば、第９図に示すうように、まず横分割溝21に沿って圧電アクチュエータブロック30を分割し、横方向に圧電アクチュエータ１が並んだ小ブロックを形成し、この状態で一括してフレキシブル電極基板６を半田付けした後（第10図）、縦分割溝22に沿って小ブロックを分割するとともに、フレキシブル電極基板６を切断するようにして作業を進めていけばよい。もっとも、圧電アクチュエータブロック30の分割及びフレキシブル電極基板６の半田付け作業は、上述した順序に限らず、任意の順序で行なうことができる。
さて、以上により第１図に示した圧電アクチュエータ１を多数個まとめて製造することができるが、上述したように縦分割溝22及び横分割溝21で圧電アクチュエータブロック30を分割すると、その分割面にバリ23が突出して残存することは避けられない。
特に、フレキシブル電極基板６を半田付けする側面20cに、このようなバリ23が突出していた場合、フレキシブル電極基板６を圧電部材３の電極面に密着させるときの障害となり好ましくない。
そこで、この実施形態では、第11図，第12図に示すように、基板板材20に形成した横分割溝21の底部に勾配21aをつけ、フレキシブル電極基板６を半田付けする側の側面20cに対応した底部端縁の肉厚を形成してある。これにより、横分割溝21の底壁部分はフレキシブル電極基板６を半田付けする側面20cとは逆側の側面20dから突き出て残存することになる（第12図）。その結果、フレキシブル電極基板６を半田付けする側の側面20cに、同電極基板６を圧電部材３の電極面に密着させるときに障害となるような突起がなくなり、確実に半田付けを行なうことが可能となる。
なお、第12図に示すように、フレキシブル電極基板６を半田付けする側の側面20cには、同電極基板６を強固に接着する目的で粘着テープ７を介在させている。このため、粘着テープ７の厚さだけ、基盤２の側面20cを圧電部材３の側面より内側に配置し、粘着テープ７の表面と圧電部材３の側面とが同一平面となるようにしてある。
第13図は、圧電アクチュエータブロック30を分割したときに、その分割面にバリ23が突出して残存することを防止するための分割溝構造を示す断面図である。
同図に示すように分割溝（縦分割溝22,横分割溝21の一方又は双方）の底壁部分に連結枠24を形成し、この連結枠24から基盤２の側面と接する端縁部分に向かって両方向に勾配24a,24aを形成し、各端縁部分の肉厚が連結枠24の底壁よりも薄くなるように形成する。
このような分割溝構造とすれば、連結枠24に対して各圧電アクチュエータ１の基盤２を分割したとき、突出したバリ23は連結枠24側に残存するため、バリの残らない圧電アクチュエータ１を形成することができる。
さて、上述した方法で製造した圧電アクチュエータ１は、第14図に示すように、支持フレーム100に装着してインクジェットヘッドの駆動部を構成する。インクジェットヘッドは、これら圧電アクチュエータ1,支持フレーム100の他、ダイヤフラム101、チャンバ102、ノズル板103の各構成要素で構成される。
すなわち、ダイヤフラム101を挟んで支持フレーム100の上面にチャンバ102を装着する。チャンバ102には横方向に複数のインク室102aが形成してあり、このインク室102aにダイヤフラム101を介して駆動素子５が対向するように、圧電アクチュエータ１を位置決めして支持フレーム100に装着する。
このときの組立て基準面3aは圧電部材３の側面となっており、該組立て基準面3aを支持フレーム100の装着孔100aに嵌合させて、圧電アクチュエータ１を装着する。
ここで、圧電アクチュエータ１の側面にバリ23が突出して残存しているときは、支持フレーム100の内壁とこのバリ23との干渉を回避するために、支持フレーム内にバリの逃げ空間100bを形成することが好ましい。
最後に、複数のノズル孔103aを有するノズル板103を、前面に装着してインクジェットヘッドが完成する。このとき、ノズル孔103aをチャンバ102に形成したインク室102aと連通させる。
なお、この発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
すなわち、この発明は加工治具を必要とする加工工程を圧電アクチュエータブロック30の状態で一括処理することにより、生産性と歩留の向上および品質の安定化を図ることができるとともに、専用の加工治具を不要として生産コストの低価格化を実現するものである。
したがって、上述した実施形態では、平行スリット４の加工と、組立て基準面3a及び縦分割溝22の加工を、圧電アクチュエータブロック30の状態で処理したが、これらの加工に限定されず、加工治具を必要とする他の加工工程を含む場合には、それらの加工も圧電アクチュエータブロック30の状態で一括処理することが好ましい。
また、上述した平行スリット４の加工と、組立て基準面の加工は、いずれを先に処理してもよい。
産業上の利用可能性
この発明をインクジェットヘッド用圧電アクチュエータの製造に利用することにより、専用の加工治具を用意する必要がなく、しかも加工治具への一個単位での基盤の接着作業を排除するとともに、圧電アクチュエータの洗浄，検査等といったスリット加工後の工程が、複数単位の圧電アクチュエータに対し一括して処理できるようになり、生産性と歩留の向上および品質の安定を図ることができる。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of manufacturing a piezoelectric actuator for an inkjet head used in an on-demand type inkjet printer, and a support frame for the actuator.
BACKGROUND ART A piezoelectric actuator for an ink jet head (hereinafter, simply referred to as a piezoelectric actuator) has a structure in which a piezoelectric member is bonded to a base and the piezoelectric member is divided by parallel slits to form a large number of driving elements. .
16 to 19 are perspective views for explaining a method of manufacturing a conventional piezoelectric actuator for an ink jet head of this type.
First, as shown in FIG. 16, a base 201 and a piezoelectric member 202 having dimensions and shapes corresponding to a single piezoelectric actuator are prepared, and the piezoelectric member 202 is bonded to the upper surface of the base 201.
Next, the base 201 to which the piezoelectric member 202 is bonded is arranged and bonded to a processing jig 203, and is positioned and mounted on a wire saw processing machine. Then, parallel slits 204 are sequentially formed at predetermined positions (FIG. 17). Further, an assembly reference surface 205 for assembling the inkjet head with the support frame is formed on the side surface of the piezoelectric member 202 using a grinding device.
After forming the parallel slit 204 and the reference plane 205 for assembling the inkjet head to the support frame in this manner, each base 201 (to which the piezoelectric member 202 is adhered) is removed from the processing jig 203 (FIG. 18). After the cleaning step and the inspection step, the flexible electrode substrate (FPC) 206 is finally soldered to complete the piezoelectric actuator 200 (FIG. 19).
As described above, in the conventional method of manufacturing a piezoelectric actuator, a large number of bases 201 and piezoelectric members 202 having dimensions and shapes for forming a single piezoelectric actuator 200 are prepared, and these are positioned and bonded to a processing jig 203 for processing. Since it was mounted on a machine, the work of positioning and bonding to the processing jig 203 was troublesome, and there was a problem that productivity was low.
In addition, in the subsequent processes such as the cleaning process and the inspection process, the piezoelectric actuators 200 are detached from the processing jig 203 and processed one by one, so that it is inconvenient to handle the piezoelectric actuators 200 which are small components. This further reduced productivity.
In addition, since the parallel slit 204 is machined to directly grip the fragile piezoelectric member 202 which is formed in a comb shape, the yield is reduced due to breakage or deformation, and the quality is unstable.
Further, since the processing jig 203 needs to be prepared as a dedicated jig having a specification corresponding to the size, shape, and the like of the piezoelectric actuator 200 to be processed, it is not possible to quickly respond to a specification change of the piezoelectric actuator 200 or new product development. There was a problem that.
The present invention has been made in view of such a problem, and it is not necessary to prepare a dedicated processing jig, and further, the work of bonding the base to the processing jig by one unit is eliminated, and a piezoelectric actuator is provided. An object of the present invention is to improve productivity, yield, and stabilize quality by enabling processes after slit processing such as cleaning and inspection to be collectively processed for a plurality of units of piezoelectric actuators.
DISCLOSURE OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides an ink jet head having a base and a piezoelectric member adhered to the base, and forming a large number of driving elements by dividing the piezoelectric member by slits. The piezoelectric actuator is manufactured by the following method.
First, a piezoelectric base material having dimensions at least as many as a plurality of piezoelectric members arranged at regular intervals, and a base plate material having the same material as that of the base and having dimensions capable of mounting a plurality of piezoelectric bases are prepared. .
Next, the piezoelectric base material is arranged and adhered to the upper surface of the base plate to form a piezoelectric actuator block capable of taking a large number of piezoelectric actuators.
By forming a number of parallel slits at predetermined locations on the piezoelectric actuator block, drive element portions arranged in parallel are formed.
Here, post-processes such as a cleaning process and an inspection process after the slit processing may be collectively processed in the state of the piezoelectric actuator block, thereby significantly improving productivity. Further, since the piezoelectric member having the parallel slit formed thereon is not directly grasped, breakage and deformation of the piezoelectric member can be prevented, the yield can be improved, and the quality can be stabilized.
Thereafter, the piezoelectric actuator block is divided into a large number of piezoelectric actuators, and a piezoelectric actuator having required dimensions is completed.
Among the above-mentioned steps, in the step in which the material needs to be positioned with respect to the processing machine, for example, in the processing step of the parallel slit, the positioning can be performed by using the base plate as a processing jig. By doing so, it is not necessary to prepare a dedicated processing jig, it is possible to quickly and easily cope with a change in the specification of the piezoelectric actuator, and the production cost can be reduced.
In this case, the base plate may be formed in a rectangular shape, and the two side surfaces and the bottom surface orthogonal to the base plate may be used as a processing reference.
Also, in the base plate material, a horizontal dividing groove is formed in advance at intervals corresponding to the vertical dimension of the piezoelectric actuator, and a plurality of piezoelectric substrates are positioned in the areas partitioned by these dividing grooves, respectively. If the piezoelectric actuator block is formed by bonding, and a vertical dividing groove is formed at a predetermined position of the piezoelectric actuator block at intervals corresponding to the lateral dimension of the piezoelectric actuator, the vertical dividing groove is formed. By cutting the groove portion and the horizontal dividing groove portion, the dividing operation of the piezoelectric actuator block can be easily and accurately processed.
This division work can be easily processed simply by breaking the above-mentioned division groove portion, for example. However, when the split groove portion is broken, it is inevitable that burrs remain on the broken surface. If the burrs protrude and remain on the soldering surface side of the flexible electrode substrate, the electrode substrate may not be securely soldered.
Therefore, if a gradient is formed at the bottom of the lateral dividing groove formed in the base plate material and the lateral dividing groove portion is cut at the edge portion where the thickness is reduced by the gradient, burrs are formed. The surface that protrudes and remains can be specified.
That is, by setting the soldering surface side of the flexible electrode substrate to an edge portion having a reduced thickness due to the gradient, it is possible to avoid burrs remaining on the soldering surface side of the electrode substrate.
Further, in the piezoelectric actuator thus formed, it is inevitable that burrs protruding from any of the divided surfaces of the base plate material remain. Therefore, it is preferable to form an escape space in the support frame for incorporating the piezoelectric actuator into the ink jet head, in order to avoid interference with burrs remaining on the divided surface of the base plate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a piezoelectric actuator manufactured by the method of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a piezoelectric substrate used in the method for manufacturing a piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing a base plate used in the method for manufacturing a piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view for explaining the method for manufacturing the piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view following FIG. 4 for explaining the method of manufacturing the piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view following FIG. 5 for explaining the method of manufacturing the piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view following FIG. 6 for explaining the method for manufacturing the piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an enlarged perspective view showing a part of the piezoelectric actuator block after the process shown in FIG. 7 is completed.
FIG. 9 is a perspective view following FIG. 7 for explaining the method for manufacturing the piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a perspective view following FIG. 9 for explaining the method of manufacturing the piezoelectric actuator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a shape of a horizontal dividing groove formed in a base plate material.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a structure when the base plate material is divided by the horizontal division grooves having the shape shown in FIG.
FIG. 13 is a sectional view showing a means for preventing burrs from remaining in the piezoelectric actuator.
FIG. 14 is an exploded perspective view showing the structure of an ink jet head incorporating a piezoelectric actuator manufactured according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a sectional view showing the internal structure of the support frame in the ink jet head shown in FIG.
FIG. 16 is a perspective view for explaining a method for manufacturing a conventional piezoelectric actuator.
FIG. 17 is a perspective view following FIG. 16 for explaining the method of manufacturing the conventional piezoelectric actuator.
FIG. 18 is a perspective view, following FIG. 17, for explaining the conventional method of manufacturing a piezoelectric actuator.
FIG. 19 is a perspective view following FIG. 18 for explaining the method of manufacturing the conventional piezoelectric actuator.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a piezoelectric actuator manufactured by the method of the present invention.
As shown in FIG. 1, the piezoelectric actuator 1 has a base 2 formed of an insulating synthetic resin material or the like, and a piezoelectric member 3 adhered to the base. The piezoelectric member 3 has a structure in which piezoelectric materials that are deformed by application of a voltage are stacked with an electrode plate interposed therebetween. Since this kind of piezoelectric member 3 (laminated piezoelectric member) is already well known, its detailed structure is omitted.
A large number of parallel slits 4 are formed in the piezoelectric member 3, and each part or a part divided by these parallel slits 4 constitutes a driving element 5 of the ink jet head.
A flexible electrode substrate (FPC) 6 for applying a voltage to each drive element 5 is soldered to the back surface of the piezoelectric member 3. Further, both side surfaces of the piezoelectric member 3 serve as assembly reference surfaces 3a when the piezoelectric actuator 1 is mounted on the support frame 100 of the ink jet head shown in FIG. In the embodiment of the present invention to be described later, the piezoelectric actuator 1 having the above-described configuration is manufactured by the following method. 2 to 10 are views for explaining a method of manufacturing the piezoelectric actuator 1 according to this embodiment.
First, a plurality of piezoelectric substrates 10 as shown in FIGS. 2 and 3 and one base plate 20 are prepared. Like the piezoelectric member 3 shown in FIG. 1, the piezoelectric substrate 10 has an internal structure in which a piezoelectric material is laminated with an electrode plate interposed therebetween, and the base plate 20 is the same as the base 2 shown in FIG. Made of material.
The width L of the piezoelectric substrate 10 is set to the size of a plurality of the piezoelectric members 3 shown in FIG. 1 arranged at regular intervals. Here, the fixed interval taken into account here is the interval between the piezoelectric members 3 of the piezoelectric actuator 1 formed collectively on the base plate 20 according to the present invention, as shown in FIG. The interval corresponds to a grinding allowance when forming the assembly reference surface 3a of the inkjet head on the support frame 100.
The depth and height of the piezoelectric substrate 10 are set to substantially the same dimensions as the piezoelectric member 3 shown in FIG.
In addition, the base plate 20 is set to have such a size that a plurality of piezoelectric substrates 10 can be mounted side by side at regular intervals in the vertical direction. In the base plate 20, a horizontal dividing groove (horizontal dividing groove) 21 is formed in advance corresponding to a gap between the piezoelectric substrates 10 mounted side by side. These horizontal dividing grooves 21 form vertical boundaries when dividing the piezoelectric actuator 1 manufactured collectively by the method of the present invention.
The base plate 20 is formed in a rectangular shape, and two orthogonal side surfaces 20a and 20b and a bottom surface serve as a positioning reference for a processing apparatus in a processing step described later. Therefore, the two side surfaces (reference side surfaces) 20a, 20b and the bottom surface serving as the positioning reference are formed with high dimensional accuracy.
Next, the piezoelectric substrate 10 is arranged and adhered on the upper surface of the base plate member 20 to form a piezoelectric actuator block 30 capable of taking many piezoelectric actuators 1 shown in FIG. At this time, a positioning jig 40 as shown in FIG. 4 is used in this embodiment to facilitate the positioning between the base plate 20 and each of the piezoelectric substrates 10.
The positioning jig 40 includes a surface plate 41 and a positioning frame 42. The surface plate 41 is provided with orthogonal reference ridges 43, 43. The reference side surfaces 20a, 20b of the base plate 20 are arranged on the reference protrusions 43, 43, and then the positioning frame 42 is combined with the surface plate 41. At this time, the positioning frame 42 and the surface plate 41 are positioned relative to each other by the engagement between the positioning holes 42a provided in the positioning frame 42 and the positioning protrusions 41a provided on the surface plate 41.
At both inner end portions of the positioning frame 42, a positioning guide 42b extends corresponding to an arrangement interval of the piezoelectric substrate 10 on the base plate 20, and the piezoelectric substrate 10 is arranged along the positioning guide 42b. Thus, the piezoelectric substrate 10 can be bonded to a predetermined position on the base plate 20.
FIG. 5 is a perspective view of the piezoelectric actuator block 30 thus formed. The piezoelectric actuator 1 shown in FIG. 1 is collectively formed on the base plate material 20 by forming the parallel slit 4 and the assembly reference surface 3a for the support frame 100 of the inkjet head with respect to the piezoelectric actuator block 30.
That is, the piezoelectric actuator block 30 is mounted on a wire-cut electric discharge machine to form parallel slits 4 at predetermined positions on the piezoelectric substrate 10 (FIG. 6). At this time, the base plate material 20 functions as a processing jig. That is, the base plate 20 is mounted on the wire-cut electric discharge machine using the bottom surface of the base plate 20 and the reference side surfaces 20a and 20b as positioning references.
Then, with the reference side surfaces 20a, 20b of the base plate 20 as the origin, the position of the piezoelectric actuator 1 cut out from the piezoelectric actuator block 30 is specified, and the position of the parallel slit 4 shown in FIG. A parallel slit 4 in the vertical direction is formed at a position corresponding to (FIG. 6). The parallel slit 4 is formed by cutting into an arbitrary depth from the upper surface of the base plate 20 so that the piezoelectric substrate 10 is completely divided.
Subsequently, the piezoelectric actuator block 30 is mounted on a grinding device to form an assembly reference surface 3a for the support frame 100 of the inkjet head (FIG. 7). Also in this case, the base plate 20 may function as a processing jig, and the base plate 20 may be mounted on the grinding device using the bottom surface and the reference side surfaces 20a and 20b of the base plate 20 as positioning references.
Then, similarly to the processing of the parallel slit 4, the position of the piezoelectric actuator 1 cut out from the piezoelectric actuator block 30 is specified with the reference side surfaces 20a and 20b of the base plate 20 as the origin, and shown in FIG. A groove 31 having a constant width is formed at a predetermined position of the piezoelectric base material 10 so that the assembly reference surface 3a is formed at a position corresponding to the side surface of the piezoelectric member 3 thus formed. The groove 31 is formed by cutting into an arbitrary depth from the upper surface of the base plate 20 so as to completely divide the piezoelectric substrate 10 (FIG. 8).
In this embodiment, a vertical dividing groove (vertical dividing groove) 22 for cutting out the piezoelectric actuator 1 is formed in the piezoelectric actuator block 30 at the same time when the assembling reference surface 3a is processed by the grinding device. These vertical division grooves 22 are formed at positions corresponding to the outermost surface of the piezoelectric actuator 1 formed collectively on the piezoelectric actuator block 30.
The vertical division groove 22 is formed in the base plate 20 so as to be dug down further from a substantially central portion of the groove 31 formed in the piezoelectric actuator block 30.
Therefore, as shown in FIG. 7, the grinding wheel 50 for simultaneously forming the groove 31 and the vertical division groove 22 is provided at a central portion of the grinding surface 51 having a thickness corresponding to the width of the groove 31 so as to correspond to the vertical division groove. It has a ridge 52 with a cross section.
Next, the piezoelectric actuator block 30 is divided along the horizontal dividing grooves 21 and the vertical dividing grooves 22 to form the solid piezoelectric actuator 1 shown in FIG. The flexible electrode substrate 6 is soldered.
For example, as shown in FIG. 9, first, the piezoelectric actuator block 30 is divided along the horizontal dividing groove 21 to form a small block in which the piezoelectric actuators 1 are arranged in the horizontal direction. After soldering the substrate 6 (FIG. 10), the work may be performed by dividing the small blocks along the vertical division grooves 22 and cutting the flexible electrode substrate 6. However, the division of the piezoelectric actuator block 30 and the soldering of the flexible electrode substrate 6 are not limited to the above-described order, but can be performed in any order.
By the above, a large number of piezoelectric actuators 1 shown in FIG. 1 can be manufactured collectively. When the piezoelectric actuator block 30 is divided by the vertical division grooves 22 and the horizontal division grooves 21 as described above, It is inevitable that the burrs 23 protrude and remain.
In particular, if such burrs 23 protrude from the side surface 20c to which the flexible electrode substrate 6 is soldered, it becomes an obstacle when the flexible electrode substrate 6 is brought into close contact with the electrode surface of the piezoelectric member 3, which is not preferable.
Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 11 and 12, a slope 21a is formed at the bottom of the horizontal dividing groove 21 formed in the substrate plate member 20, and the side surface 20c on the side where the flexible electrode substrate 6 is soldered is provided. The thickness of the corresponding bottom edge is formed. As a result, the bottom wall portion of the horizontal division groove 21 protrudes from the side surface 20d opposite to the side surface 20c to which the flexible electrode substrate 6 is soldered, and remains (FIG. 12). As a result, there is no protrusion on the side surface 20c on the side where the flexible electrode substrate 6 is to be soldered when the electrode substrate 6 is brought into close contact with the electrode surface of the piezoelectric member 3, so that soldering can be performed reliably. It becomes possible.
As shown in FIG. 12, an adhesive tape 7 is interposed on the side surface 20c on the side to which the flexible electrode substrate 6 is soldered for the purpose of firmly bonding the electrode substrate 6. For this reason, the side surface 20c of the base 2 is arranged inside the side surface of the piezoelectric member 3 by the thickness of the adhesive tape 7, so that the surface of the adhesive tape 7 and the side surface of the piezoelectric member 3 are flush with each other.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a dividing groove structure for preventing the burrs 23 from projecting and remaining on the dividing surface when the piezoelectric actuator block 30 is divided.
As shown in the figure, a connecting frame 24 is formed on the bottom wall portion of the dividing groove (one or both of the vertical dividing groove 22 and the horizontal dividing groove 21), and the connecting frame 24 Gradients 24a, 24a are formed in both directions toward each other, and the thickness of each edge portion is formed to be smaller than the bottom wall of the connection frame 24.
With such a divided groove structure, when the base 2 of each piezoelectric actuator 1 is divided with respect to the connection frame 24, the projecting burrs 23 remain on the connection frame 24 side. Can be formed.
Now, the piezoelectric actuator 1 manufactured by the above-described method is mounted on a support frame 100 to constitute a drive unit of an ink jet head, as shown in FIG. The ink jet head includes the piezoelectric actuator 1, the support frame 100, the diaphragm 101, the chamber 102, and the nozzle plate 103.
That is, the chamber 102 is mounted on the upper surface of the support frame 100 with the diaphragm 101 interposed therebetween. A plurality of ink chambers 102a are formed in the chamber 102 in the lateral direction, and the piezoelectric actuator 1 is positioned and mounted on the support frame 100 such that the driving elements 5 face the ink chambers 102a via the diaphragm 101. .
At this time, the assembly reference surface 3a is a side surface of the piezoelectric member 3, and the assembly reference surface 3a is fitted into the mounting hole 100a of the support frame 100, and the piezoelectric actuator 1 is mounted.
Here, when the burrs 23 protrude and remain on the side surfaces of the piezoelectric actuator 1, in order to avoid interference between the inner wall of the support frame 100 and the burrs 23, a clearance space 100b for the burrs is formed in the support frame. Is preferred.
Finally, the nozzle plate 103 having the plurality of nozzle holes 103a is mounted on the front surface to complete the ink jet head. At this time, the nozzle hole 103a is communicated with the ink chamber 102a formed in the chamber 102.
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment.
That is, according to the present invention, productivity and yield can be improved and quality can be stabilized by performing batch processing in a state of the piezoelectric actuator block 30 in a processing step requiring a processing jig, The jig is unnecessary, and the production cost is reduced.
Therefore, in the above-described embodiment, the processing of the parallel slit 4 and the processing of the assembling reference surface 3a and the vertical dividing groove 22 are performed in the state of the piezoelectric actuator block 30, but the processing is not limited to these processings. In the case of including other processing steps that require the processing, it is preferable that the processing is also performed collectively in the state of the piezoelectric actuator block 30.
Either of the above-described processing of the parallel slit 4 and the processing of the assembly reference plane may be performed first.
Industrial applicability By using the present invention for manufacturing a piezoelectric actuator for an ink jet head, there is no need to prepare a dedicated processing jig, and the work of bonding the substrate to the processing jig one by one is eliminated. At the same time, processes after slitting such as cleaning and inspection of the piezoelectric actuator can be collectively processed for a plurality of units of the piezoelectric actuator, thereby improving productivity and yield and stabilizing quality. .

Claims

A method for manufacturing a piezoelectric actuator for an inkjet head, comprising a base and a piezoelectric member adhered on the base, wherein the piezoelectric member is divided by slits to form a number of drive elements,
A piezoelectric base material having a size corresponding to at least a plurality of the piezoelectric members arranged at regular intervals, and a base plate made of the same material as the base material and having a dimension capable of mounting a plurality of the piezoelectric base materials. Prepare,
Forming a piezoelectric actuator block capable of taking a large number of the piezoelectric actuators by arranging and bonding the piezoelectric substrates on the upper surface of the base plate material,
A method of manufacturing a piezoelectric actuator for an ink jet head, wherein a plurality of piezoelectric actuators are manufactured at a time by forming the slit in a predetermined portion of the piezoelectric actuator block and dividing the piezoelectric actuator block.

The method for manufacturing a piezoelectric actuator for an inkjet head according to claim 1,
While forming the base plate material in a rectangular shape,
A method of manufacturing a piezoelectric actuator for an ink jet head, wherein at least the formation of the slit in the piezoelectric actuator block is performed using two orthogonal side surfaces and a bottom surface of the base plate as a processing reference.

The method for manufacturing a piezoelectric actuator for an inkjet head according to claim 1,
In the base plate material, a horizontal dividing groove is formed in advance at intervals corresponding to the vertical dimension of the piezoelectric actuator,
Forming the piezoelectric actuator block by positioning and bonding the plurality of piezoelectric substrates to the regions partitioned by these dividing grooves,
At predetermined locations of the piezoelectric actuator block, vertical dividing grooves are formed at intervals corresponding to the horizontal dimensions of the piezoelectric actuator,
A method of manufacturing a piezoelectric actuator for an ink jet head, wherein a large number of piezoelectric actuators are manufactured at a time by cutting the vertical dividing groove portion and the horizontal dividing groove portion.

The method for manufacturing a piezoelectric actuator for an inkjet head according to claim 3,
A gradient is formed at the bottom of the lateral division groove formed in advance on the base plate material, and the lateral division groove portion is cut at an edge portion having a reduced thickness due to the gradient. Of manufacturing a piezoelectric actuator for an inkjet head.

A piezoelectric base material made of a piezoelectric material is bonded to a base plate material, the base plate material and the piezoelectric base material are divided at predetermined dimensions, and a piezoelectric material for an ink jet head is formed in a state where protruding burrs remain on the divided surfaces of the base plate material. A support frame for the actuator,
A support frame for a piezoelectric actuator for an ink jet head, wherein an escape space is formed for avoiding interference with burrs remaining on the divided surface of the base plate material.