CN114953742A - 液体喷出头及液体喷出装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供使用了无铅压电体的液体喷出头及液体喷出装置。一实施方式涉及的液体喷出头具备：致动器，具备由无铅压电体构成的压电部；以及驱动部，对所述致动器施加电压，通过朝向所述压电部的极化方向的电场以及朝向与所述极化方向相反的方向的矫顽电场以下的电场而使所述压电部振动。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及液体喷出头及液体喷出装置。
背景技术
在喷墨头中，使用PZT等的压电体的喷墨头被各种产品化。PZT等的压电体由于含有铅，因而在环境方面并不适合。因此，期待在喷墨头中使用不含铅的压电体的技术。但是，不含铅的压电体在作为喷墨头的致动器使用时，除了成本变高以外，由于压电常数过小等理由，难以实用化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供使用了无铅压电体的液体喷出头及液体喷出装置。
一个实施方式涉及的液体喷出头具备：致动器，具备由无铅压电体构成的压电部；以及驱动部，对所述致动器施加电压，通过朝向所述压电部的极化方向的电场以及朝向与所述极化方向相反的方向的矫顽电场以下的电场而使所述压电部振动。
一个实施方式涉及的液体喷出装置具备：上述的液体喷出头；以及控制部，对所述致动器施加电压，并通过朝向所述压电部的极化方向的电场以及朝向与所述极化方向相反的方向的矫顽电场以下的电场而施加使所述压电部振动的电压。
附图说明
图1是表示第一实施方式涉及的喷墨头的一部分的构成的立体图。
图2是表示该喷墨头的概略构成的剖视图。
图3是表示该喷墨头的层叠压电部件的立体图。
图4是表示该喷墨头的层叠压电部件的侧视图。
图5是表示该层叠压电部件的材料的特性的说明图。
图6是表示该喷墨头的驱动电压的说明图。
图7是表示该喷墨头的驱动电压的说明图。
图8是表示第一实施方式涉及的喷墨记录装置的概略构成的说明图。
图9是表示其他实施方式涉及的喷墨头的一部分的构成的立体图。
图10是其他实施方式涉及的喷墨头的说明图。
图11是其他实施方式涉及的喷墨头的说明图。
附图标记说明
1…喷墨头；10…基座；12…驱动IC；13…控制部；20…压电元件；21…压电部件；22…电极；23…虚拟层；28…喷出喷嘴；30…振动板；31…压力室；32…共用室；33…开口部；34…引导流路；35…油墨流路；40…歧管；41…框状部；42…隔壁部；43…引导壁；50…喷嘴板；51…喷嘴；60…框架；70…驱动部；100…喷墨记录装置；111…壳体；112…介质供给部；113…图像形成部；114…介质排出部；115…输送装置；116…控制部；117…支承部；118…输送带；119…支承板；120…带辊；121…引导板对；122…输送用辊；130…头单元；132…墨盒；133…连接流路；134…供给泵；221…电极；222…电极；301…振动部位。
具体实施方式
以下，参照图1至图8对作为第一实施方式涉及的液体喷出头的喷墨头1以及作为液体喷出装置的喷墨记录装置100进行说明。图1是表示喷墨头1的一部分的概略构成的立体图，图2是喷墨头1的剖视图。图3是表示喷墨头的层叠压电部件的立体图，图4是其侧视图。图5是表示压电材料的特性的表，图6及图7是表示驱动电压波形的说明图。图中箭头X，Y，Z分别表示相互正交的三个方向。在各图中，为了说明，将构成适当地放大、缩小或省略进行图示。
如图1至图4所示，喷墨头1具备基座10、单个或多个压电元件20、振动板30、歧管40、具有多个喷嘴51的喷嘴板50、框架60以及驱动部70。
压电元件20是致动器，具备沿图中Z方向所示的第一方向层叠的多个压电部件21、形成于各压电部件21的主面的内部电极221、222、外部电极231、232以及虚拟层24。压电元件20例如配置于基座10的第一方向的一方侧的端部，并与基座10接合。
压电部件21由无铅压电体构成为薄的板状。作为一个例子，作为压电部件21使用以铌酸钠钾为主成分的无铅系压电陶瓷。多个压电部件21以厚度方向沿着第一方向层叠，相互经由粘接层被粘接。
在本实施方式中，由于与驱动电压的关系，构成压电元件20的无铅压电体使用由矫顽电场以下的电场引起的压电常数d33的劣化为10％以下的压电材料。例如，以利用最大驱动频率连续驱动10分钟施加驱动波形后的压电部件21的压电常数d33的劣化为10％以下的方式设定压电材料。另外，使用于压电元件20的压电部件21的压电常数d33在稳定状态下为200PC/N以上。作为压电部件21的一个例子，使用以铌酸钠钾为主成分的无铅系压电陶瓷。图5是表示压电材料的特性的表(源自“无铅压电陶瓷/器件”第三章，日本AEM学会编养贤堂)。图5中示出PZT、钛酸钡系(BaTiO3)、钛酸铋系((BiNa)TiO3、(BiK)TiO3)、铌酸钠钾系(KNN：K0.5Na0.5NbO3)的压电常数(d33)及居里温度。PZT的压电常数d33在400pC/N以下，居里温度在300℃以下。钛酸钡系的压电常数d33在350pC/N以上，居里温度在130℃以下。钛酸铋系的(BiNa)TiO3的压电常数d33在220pC/N以下，居里温度在278℃以下。钛酸铋系的(BiK)TiO3的压电常数d33在97pC/N以下，居里温度在520℃以下。铌酸钠钾系的压电常数d33在250pC/N以下，居里温度在400℃以下。
如图5所示，压电材料中的钛酸钡系的压电常数比钛酸铋系及铌酸钠钾系的压电常数大。钛酸钡系的居里温度比钛酸铋系及铌酸钠钾系的居里温度低。因此，钛酸钡系的制造工艺受到制约，使用温度受到制约。另外，钛酸铋系的压电常数比钛酸钡系及铌酸钠钾系的压电常数小。因此，钛酸铋系为了实现与PZT同等的喷出，需要增大驱动电压，从而元件变大。另一方面，铌酸钠钾(KNN)系的相对介电常数(ε33/ε0)为PZT的约一半，消耗电力相差不大。另外，铌酸钠钾(KNN)系的居里温度比钛酸钡系及钛酸铋系((BiNa)TiO3)的居里温度高。
内部电极221、222是由银钯等能够烧制的导电性材料构成为规定形状的导电膜。内部电极221、222形成于各压电部件21的主面的规定区域。内部电极221、222是互不相同的极。例如，一方的内部电极221形成于图中X方向所示的第二方向上到达压电部件21的一方的端部而未到达另一方的端部的区域。另一方的内部电极222形成于图中X方向所示的第二方向上未到达压电部件21的一方的端部而到达另一方的端部的区域。内部电极221、222分别与形成于压电元件221的侧面的外部电极231、232连接。
外部电极231、232构成为形成于压电元件20的侧面部，并将内部电极221、222的端部集合。外部电极通过电镀法或溅射法等已知的方法由Ni、Cr、Au等成膜。作为不同极的外部电极231和外部电极232被引至相同侧面部的不同区域。或者，外部电极231和外部电极232也可以分别配置于不同的侧面部。内部电极221、222通过与端部连接的外部电极231、232而与各种配线连接，并经由各种配线与驱动IC等的安装部件连接。
虚拟层24是与压电部件21相同的材料。虚拟层24仅在单侧具有电极，由于未施加电场，因而不变形。即，虚拟层24不作为压电体发挥功能，成为固定时的基座，或者成为为了获得组装中或组装后的精度而进行研磨的研磨余量。
压电元件20经由外部电极231、232沿着内部电极221、222、压电部件21的层叠方向纵向振动。例如，这里所说的纵向振动是指“由压电常数d33定义的厚度方向的振动”。此外，在本实施方式中，作为一个例子，如图2所示，多个并列配置的压电元件20中的每隔一个配置的半数的压电元件20夹着振动板30与压力室31相对应地配置，剩余半数的压电元件20夹着振动板30配置于与隔壁部42对置的位置。
振动板30例如以厚度方向沿着作为层叠方向的第一方向而配置，并沿与第一方向正交的面方向延伸。振动板30配置于压电元件20的层叠方向的一方侧、即喷嘴板50侧的面。例如，振动板30具有与各压力室31对置且能够单独位移的多个振动部位301，多个振动部位301连成一体而形成。或者，也可以排列有多个分别进行位移的振动板30。
振动板30与压电元件20的一方侧的端面接合。作为一个例子，在本实施方式中，振动板30的第一方向的一方侧的主面中与第一方向及第二方向正交的第三方向上的一端侧的区域与压电元件20接合，第三方向上的另一端侧的区域与框架60接合。振动板30的第一方向一方侧的主面中第三方向的两端的区域与歧管40接合。在喷墨头1的第三方向上的中央部，在与振动板30的歧管40之间形成有能够收纳油墨的压力室31及引导流路34。在振动板30的第一方向另一方侧的主面与框架60之间，形成有能够收纳油墨的共用室32。即，振动板30的一方侧面向压电元件20，另一方侧面向压力室31、隔壁部42以及引导流路34。
各压力室31与形成于配置在第一方向一方侧的喷嘴板50的喷嘴51连通。沿第二方向排列的多个压力室31及引导流路34通过设置于歧管40的隔壁部42而被相互隔开。
振动板30具有沿厚度方向贯穿并使压力室31与共用室32连通的开口部33。振动板30的第一方向上的一方侧形成有压力室31，振动板30的第一方向上的另一方侧形成有共用室32。共用室32沿第二方向延伸，并与沿第二方向排列的多个压力室31连通。振动板30随着压电元件20的变形而变形，从而使压力室31的容积变化。
歧管40与振动板30的一方侧接合。歧管40配置于喷嘴板50与振动板30之间，并形成有规定的油墨流路35，该规定的油墨流路具有被隔壁部42隔开的多个压力室31、和从多个压力室31朝向开口部部33沿第三方向延伸的引导流路34。歧管40具备与振动板30的外缘部接合的框状部41、将多个油墨流路35隔开的多个隔壁部42、以及形成引导流路34的引导壁43。多个压力室31的一方侧被喷嘴板50堵塞并与喷嘴51连通，另一方侧被振动板30堵塞并经由引导流路34及开口部33与共用室32连通。压力室31保有从共用室32经由引导流路34供给的液体，并通过振动板30的振动而发生变形，从而从喷嘴51喷出液体。
喷嘴板50例如由SUS·Ni等的金属或聚酰亚胺等的树脂材料构成为厚度10μm～100μm左右的方形板状。喷嘴板50以将压力室31的一方侧的开口覆盖的方式配置于歧管40的一方侧。喷嘴板50上形成有沿厚度方向贯通的多个喷嘴51。喷嘴51沿第二方向排列，形成喷嘴列。各喷嘴51分别设置于与多个压力室31对应的位置。
框架60配置于振动板30的第一方向上的另一方侧。框架60在与振动板30之间形成共用室32。共用室32形成于框架60的内侧，并通过设置于振动板30上的开口部33及引导流路34与压力室31连通。
在喷墨头1中，通过喷嘴板50、框架60、歧管40以及振动板30，形成具有与喷嘴51连通的多个压力室31、多个引导流路34、以及与多个压力室31连通的共用室32的油墨流路35。例如，共用室32与盒连通，油墨通过共用室32向各压力室31供给。
驱动部70例如具备安装于电路基板的驱动IC12和与驱动IC12连接的控制部13。
驱动IC12例如经由柔性基板与设置于压电元件20的外部电极231、232电连接。
控制部13例如具备存储各种可变数据和图像数据等的存储器、存储各种程序等的ROM(Read Only Memory：只读存储器)、进行各种设定的控制面板、作为处理器等的一个例子的CPU(中央控制装置)、以及作为从外部输入数据及向外部输出数据的接口的I/O端口。控制部13根据存储于图像存储器的数据控制驱动IC12，通过向压电元件20施加驱动电压，使压力室的压力变化，从与各压力室对置配置的喷嘴51喷出墨滴。需要说明的是，控制部13既可以搭载于喷墨头1，或者也可以是设置于设有喷墨头1的喷墨记录装置等主机装置的控制部。另外，CPU是作为处理器的一个例子，也可以是其他的处理电路。
在喷墨头1中，通过由驱动部70向电极221、222施加驱动电压，从而向压电元件20施加电压，通过朝向压电部的极化方向的电场和朝向与极化方向相反的方向的电场而使压电元件20振动。在本实施方式中，沿层叠方向、即各压电部件21的厚度方向振动。即，进行纵向振动。振动板30通过该压电元件20的纵向振动而进行振动，并通过沿第一方向进行振动，从而使压力室31发生变形。并且，随着压力室31的内容积的变化，从共用室32导出油墨，从喷嘴51喷出油墨。
图6及图7是驱动喷墨头1时的驱动电压的说明图。在本实施方式涉及的喷墨头1中，驱动部70通过向压电元件20的电极231、232，221、222施加驱动电压而使压力室31的容积增减，从而从与压力室31对置的喷嘴51喷出液滴。在此，驱动部70输出例如利用最大驱动频率连续驱动10分钟施加驱动波形后的压电部件21的压电常数d33的劣化为10％以下的驱动信号。具体而言，驱动部70首先通过将压力室暂时打开的方向的电场而将油墨引至压力室31，并在该振动返回的时刻通过将压力室31关闭的方向的电场而使油墨从喷嘴51喷出。此时，以朝向与极化方向相反的方向的电场成为矫顽电场以下的方式设定驱动电压。优选以成为矫顽电场的1/2以下的电场的方式设定驱动电压。另一方面，极化方向的电场并不限于矫顽电场以下。例如，朝向极化方向的电场设定为比朝向与极化方向相反的方向的电场大。换言之，极化方向的电压并不限于矫顽电压以下。例如，朝向极化方向的电场设定为比朝向与极化方向相反的方向的电压大。
作为具体例，如图6所示，在极化方向为打开压力室31而增加内容积的方向时，打开压力室时的极化方向的电场大于矫顽电场，关闭压力室时的与极化方向相反的电场为矫顽电场以下。换言之，在极化方向为打开压力室31而增加内容积的方向时，打开压力室时的极化方向的电压大于矫顽电压，关闭压力室时的与极化方向相反的电压为矫顽电压以下。另一方面，如图7所示，在极化方向为关闭压力室31而减少内容积的方向时，关闭压力室时的极化方向的电场大于矫顽电场，打开压力室而增加内容积时的与极化方向相反的电场为矫顽电场以下。换言之，在极化方向为关闭压力室31而减少内容积的方向时，关闭压力室时的极化方向的电压大于矫顽电压，打开压力室而增加内容积时的与极化方向相反的电压为矫顽电压以下。
在制造本实施方式涉及的喷墨头1的工序中，首先准备压电元件20。具体而言，制作原料粉体，配合粘合剂、增塑剂等并进行混炼，成型为片状，由此得到片状的压电材料。对形成为片状的压电材料进行内部电极的印刷处理，从而形成压电部件21。然后，将形成有内部电极的多张压电部件21沿第一方向层叠，并通过切断而单片化为规定的形状。接着，通过烧制处理、切割处理而单片化为规定形状，并经过外部电极的印刷处理、极化处理，形成压电元件20。将得到的多个压电元件20沿第二方向以规定的间距排列并利用粘接剂等粘贴于基座10。进而，接合歧管40和框架60，使喷嘴51与各压力室31对置配置并粘接喷嘴板50，完成喷墨头1。
以下，参照图8对具备喷墨头1的喷墨记录装置100的一个例子进行说明。喷墨记录装置100具备壳体111、介质供给部112、图像形成部113、介质排出部114、输送装置115以及控制部116。
喷墨记录装置100是通过在沿着从介质供给部112通过图像形成部113到达介质排出部114的规定的输送路A，作为喷出对象物即记录介质而输送例如纸张P的同时喷出油墨等液体，从而在纸张P进行图像形成处理的液体喷出装置。
壳体111构成喷墨记录装置100的外廓。壳体111的规定部位具备将纸张P向外部排出的排出口。
介质供给部112具备多个供纸盒，构成为能够层叠并保持多张各种尺寸的纸张P。
介质排出部114具备构成为能够保持从排出口排出的纸张P的排纸托盘。
图像形成部113具备支承纸张P的支承部117、和对置配置于支承部117的上方的多个头单元130。
支承部117具备：呈环状地设置于进行图像形成的规定区域的输送带118、从背侧支承输送带118的支承板119、以及设置于输送带118的背侧的多个带辊120。
支承部117在形成图像时，将纸张P支承在输送带118的上表面即保持面，并通过带辊120的旋转而在规定的时刻输送输送带118，从而将纸张P向下游侧输送。
头单元130具备多个(四色)喷墨头1、分别搭载于各喷墨头1上的作为液体罐的墨盒132、连接喷墨头1与墨盒132的连接流路133、以及供给泵134。
在本实施方式中，具备青色、品红色、黄色、黑色这种颜色的喷墨头1和分别收纳这些各色的油墨的墨盒132。墨盒132通过连接流路133与喷墨头1连接。
另外，墨盒132上连结有未图示的泵等的负压控制装置。
而且，通过与喷墨头1与墨盒132的水头值对应地，通过负压控制装置对墨盒132内进行负压控制，从而使被供给至喷墨头1的各喷出喷嘴28的油墨形成为规定形状的弯液面。
供给泵134例如是由压电泵构成的送液泵。供给泵134设置于供给流路。供给泵134通过配线与控制部116的驱动电路连接，构成为能够通过CPU(Central Processing Unit：中央处理器)的控制进行控制。供给泵134向喷墨头1供给液体。
输送装置115沿着从介质供给部112通过图像形成部113到达介质排出部114的输送路A输送纸张P。输送装置115具备沿输送路A配置的多个引导板对121和多个输送用辊122。
多个引导板对121分别具备夹着被输送的纸张P对置配置的一对板部件，并沿输送路A引导纸张P。
输送用辊122通过控制部116的控制而被驱动并旋转，从而沿着输送路A向下游侧输送纸张P。此外，在输送路A的各处配置有检测纸张的输送状况的传感器。
控制部116具备：作为控制器的CPU等的控制电路、存储各种程序等的ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)、暂时存储各种可变数据和图像数据等的RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)、以及从外部输入数据及向外部输出数据的接口。
在如以上那样构成的喷墨记录装置100中，控制部116例如在接口中检测到用户通过操作输入部的操作发出的印刷指示时，驱动输送装置115输送纸张P，并在规定的时刻向头单元130输出打印信号，从而驱动喷墨头1。喷墨头1作为喷出动作，根据与图像数据对应的图像信号向驱动IC12发送驱动信号，经由配线向电极22施加驱动电压，选择性地驱动压电元件20而使其在层叠方向上纵向振动，使压力室31的容积变化，从而从喷嘴51喷出油墨，在保持于输送带118上的纸张P上形成图像。此时，控制部116使与极化方向呈相反方向的电场小于压电部件的矫顽电场。作为液体喷出动作，控制部116通过驱动供给泵134，从而从墨盒132向喷墨头1的共用室32供给油墨。
根据上述实施方式涉及的喷墨头1及喷墨记录装置100，能够提供使用了无铅的压电材料的喷墨头1及喷墨记录装置100。即，在喷墨头1中，在使用了无铅的压电体的压电元件中，通过并用极化方向的电场和反方向的电场，能够维持液体喷出性能，并且，通过使与极化相反方向的电场为矫顽电场以下，能够防止劣化。即，例如在PZT的情况下，由于压电常数大，因此，仅通过拉拽并返回就能够喷出，若推压至相反方向则能够以小电压下喷出。另一方面，在无铅压电体的情况下，压电常数小，例如铌酸钠钾为PZT的约一半，因此，若设为相同的驱动波形，则需要高的电压。即，仅为朝向极化方向的电场的话，则d33仅伸长，d31仅收缩，难以增大位移量。因此，在喷墨头1中，不仅是极化方向，还组合与极化方向相反侧的电场，从而能够进行压力室的开闭动作。此时，若在与极化相反的方向时电压高，则由于极化反转的电场即矫顽电场的影响而极化劣化，但通过使得不超过矫顽电场，能够抑制压电部件21的劣化。进而，根据材料的不同，从矫顽电场的1/2左右开始劣化，因此，通过将朝向该方向的电场设为矫顽电场的1/2以下，能够防止劣化。另外，通过在极化方向上不限制为矫顽电场以下，能够维持喷出性能。进而，根据本实施方式，通过以无铅压电部件的压电常数d33的劣化为10％以下的方式设定压电材料、驱动电压，能够抑制对喷出的影响。
另外，在上述实施方式中，通过作为压电材料而使用以铌酸钠钾为主成分的无铅压电体，工艺的制约少，能够得到与PZT接近的特性，因此，能够在现有的PZT层叠纵型振动的喷墨头中适用无铅压电体。
进而，通过利用层叠方向的振动驱动压电元件，能够小型地得到所需的位移量。即，喷墨头1能够通过增加层叠数来增加位移量，容易通过与电压的组合得到所希望的位移。
另外，层方向的厚度小，因而即使增加层，对尺寸的影响也少，对致动器间距的影响也少，因此，能够利用压电常数小的无铅压电体以现实的尺寸实现所希望的位移量。另外，通过适用无铅压电体，能够提供适于环境的喷墨头1及喷墨记录装置100。
此外，本发明并不限定于上述实施方式，在实施阶段能够在不脱离其主旨的范围内对构成要素进行变形并使其具体化。
例如，在上述实施方式中，呈将多层压电部件21层叠，使用层叠方向的纵向振动(d33)来驱动压电元件20的构成，但并不限于此。例如，也能够适用于压电元件20由单层的压电部件构成的形态，也能够适用于通过横向振动(d31)进行驱动的形态。
例如，作为其他的实施方式，图9所示的喷墨头2呈如下构成：压电元件220中的压电部件220A的层叠方向沿着与振动板30的厚度方向正交的方向，使用与振动板30的厚度方向正交的横向的振动即横向振动进行驱动。喷墨头2具备基座210、多个压电元件220、振动板230、构成多个压力室231以及引导流路234的歧管240、具有多个喷嘴251的喷嘴板250、以及框架260。在喷墨头2中，构成压电元件220的压电部件220A的层叠方向沿着与振动板230的厚度方向即第一方向及压力室231和喷嘴251的排列方向即第二方向正交的第三方向配置。在本实施方式中，也通过极化方向的电场和与极化方向相反的方向的电场驱动压电元件220，并将与极化方向相反的方向的电场抑制在矫顽电场以下，从而能够确保液体的喷出性能和防止压电部件的极化劣化。换言之，通过利用极化方向的电压和与极化方向相反的方向的电压驱动压电元件220，并将与极化方向相反的方向的电压抑制在矫顽电压以下，从而能够确保液体的喷出性能和防止压电部件的极化劣化。
另外，作为其他的实施方式，如图10所示，也可以适用于弯曲型的喷墨头3。喷墨头3具备由薄板状的压电部件321构成的压电元件320、振动板330、构成多个压力室331的歧管340、以及具有多个喷嘴351的喷嘴板350。在喷墨头3中，压电元件320由薄板状的压电部件321构成，使压电部件321沿横向伸缩，使振动板330弯曲变形而对油墨加压。在本实施方式中，也通过极化方向的电场和与极化方向相反的方向的电场驱动压电元件320，并将与极化方向相反的方向的电场抑制在矫顽电场以下，从而能够确保液体的喷出性能和防止压电部件的极化劣化。换言之，通过利用极化方向的电压和与极化方向相反的方向的电压驱动压电元件320，并将与极化方向相反的方向的电压抑制在矫顽电压以下，从而能够确保液体的喷出性能和防止压电部件的极化劣化。
另外，作为其他的实施方式，如图11所示，也能够适用于通过压电部件421的直接伸缩来按压振动板430而对油墨进行加压的活塞式的喷墨头4。喷墨头4具备由压电部件421构成的压电元件420、振动板330、构成多个压力室431的歧管440、以及具有多个喷嘴451的喷嘴板450。在本实施方式中，也通过作为驱动电场而利用极化方向和与极化方向相反的方向的电场驱动压电元件420，并将与极化方向相反的方向的电场抑制在矫顽电场以下，从而能够确保液体的喷出性能和防止压电部件的极化劣化。换言之，通过利用极化方向和与极化方向相反的方向的电压驱动压电元件420，并将与极化方向相反的方向的电压抑制在矫顽电压以下，从而能够确保液体的喷出性能和防止压电部件的极化劣化。
例如压电元件20的具体构成、流路的形状、包含歧管40、喷嘴板50、框架60在内的各种部件的构成或位置关系并不限于上述例子，能够适当地进行变更。另外，喷嘴51和压力室31的排列也不限于上述。例如也可以将喷嘴51排列两列以上。另外，也可以在多个压力室31之间形成虚拟室。另外，示出了压电元件20在层叠方向的两端具有虚拟层24的例子，但并不限于此，也可以仅在压电元件20的一方侧具有虚拟层24，或者也可以是压电元件20不具备虚拟层24的构成。
另外，喷出的液体并不限于打印用的油墨，例如也可以是喷出用于形成印刷配线板的配线图案的包含导电性粒子的液体的装置等。
另外，在上述实施方式中，示出了喷墨头1使用于喷墨记录装置等的液体喷出装置的例子，但并不限于此，例如也能够使用于3D打印机、工业用的制造机械、医疗用途，能够实现小型轻量化以及低成本化。
根据以上说明的至少一个实施方式，能够提供使用了无铅的压电材料的液体喷出头及液体喷出装置。
此外，虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式只是作为示例而提出的，并非旨在限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式进行实施，能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形被包括在发明的范围和宗旨中，同样地被包括在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。
Claims (10)
1.一种液体喷出头，其特征在于，具备：
致动器，具备由无铅压电体构成的压电部；以及
驱动部，对所述致动器施加电压，通过朝向所述压电部的极化方向的电场以及朝向与所述极化方向相反的方向的矫顽电场以下的电场而使所述压电部振动。
2.根据权利要求1所述的液体喷出头，其特征在于，
所述无铅压电体的压电常数d33在稳定状态下为200PC/N以上。
3.根据权利要求1或2所述的液体喷出头，其特征在于，
所述液体喷出头具备多个所述无铅压电体，其中，多个所述无铅压电体层叠，
所述液体喷出头具备通过所述致动器的振动而容积发生变化的压力室，通过所述压力室的容积的变化而从与所述压力室连通的喷嘴喷出液体。
4.根据权利要求1或2所述的液体喷出头，其特征在于，
所述无铅压电体以铌酸钠钾为主成分。
5.根据权利要求3所述的液体喷出头，其特征在于，
所述无铅压电体以铌酸钠钾为主成分。
6.根据权利要求1或2所述的液体喷出头，其特征在于，
所述致动器具备由与所述压电部相同材料构成的仅在单侧具有电极的虚拟层。
7.根据权利要求3所述的液体喷出头，其特征在于，
所述致动器具备由与所述压电部相同材料构成的仅在单侧具有电极的虚拟层。
8.根据权利要求3所述的液体喷出头，其特征在于，
在所述极化方向为打开所述压力室而增加内容积的方向时，打开所述压力室时的所述极化方向的电场大于矫顽电场，关闭所述压力室时的与所述极化方向相反的电场为矫顽电场以下，
在所述极化方向为关闭所述压力室而减少内容积的方向时，关闭所述压力室时的所述极化方向的电场大于矫顽电场，打开所述压力室而增加内容积时的与所述极化方向相反的电场为矫顽电场以下。
9.根据权利要求5所述的液体喷出头，其特征在于，
在所述极化方向为打开所述压力室而增加内容积的方向时，打开所述压力室时的所述极化方向的电场大于矫顽电场，关闭所述压力室时的与所述极化方向相反的电场为矫顽电场以下，
在所述极化方向为关闭所述压力室而减少内容积的方向时，关闭所述压力室时的所述极化方向的电场大于矫顽电场，打开所述压力室而增加内容积时的与所述极化方向相反的电场为矫顽电场以下。
10.一种液体喷出装置，其特征在于，具备：
权利要求1至9中任一项所述的液体喷出头；以及
控制部，对所述致动器施加电压，并通过朝向所述压电部的极化方向的电场以及朝向与所述极化方向相反的方向的矫顽电场以下的电场而施加使所述压电部振动的电压。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050052482A1 (en) * | 2001-09-11 | 2005-03-10 | Maki Ito | Liquid ejecting head drive method and liquid ejection device |
| US20100245493A1 (en) * | 2007-12-06 | 2010-09-30 | Konica Minolta Holdings, Inc. | Liquid droplet ejection head |
| JP2013184309A (ja) * | 2012-03-06 | 2013-09-19 | Ricoh Co Ltd | 電気機械変換素子の駆動方法、液滴吐出ヘッド、インクジェット記録装置 |
| JP2014054800A (ja) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Ricoh Co Ltd | 圧電体の駆動方法、液滴吐出ヘッドの駆動方法、液滴吐出ヘッド、及び画像記録装置 |
| JP2014058078A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-04-03 | Ricoh Co Ltd | 液滴吐出ヘッドの駆動方法、液滴吐出ヘッドおよび画像形成装置 |
| CN107776203A (zh) * | 2016-08-26 | 2018-03-09 | 东芝泰格有限公司 | 喷墨头用的墨循环装置以及喷墨记录装置 |
| US20190232658A1 (en) * | 2017-06-01 | 2019-08-01 | Xerox Corporation | Lead-free piezo printhead using thinned bulk material |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4266568B2 (ja) * | 2001-03-30 | 2009-05-20 | セイコーエプソン株式会社 | 駆動装置、液体吐出装置、および駆動方法 |
| US7896456B2 (en) * | 2005-06-24 | 2011-03-01 | Kyocera Corporation | Method for driving liquid ejector |
| JP5605544B2 (ja) * | 2010-03-10 | 2014-10-15 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッド、液体噴射装置、並びに圧電素子及び圧電材料 |
| JP5743532B2 (ja) | 2010-12-24 | 2015-07-01 | キヤノン株式会社 | 圧電デバイスの駆動方法 |
| JP2012148428A (ja) | 2011-01-17 | 2012-08-09 | Toshiba Tec Corp | インクジェットヘッドの製造方法 |
| JP2013140852A (ja) | 2011-12-28 | 2013-07-18 | Seiko Epson Corp | 液体噴射装置 |
| US8752926B2 (en) | 2012-02-16 | 2014-06-17 | Seiko Epson Corporation | Liquid ejecting apparatus |
| JP6518417B2 (ja) | 2014-09-01 | 2019-05-22 | 東芝テック株式会社 | 液体循環装置 |
| JP6575743B2 (ja) * | 2015-01-30 | 2019-09-18 | セイコーエプソン株式会社 | 液体噴射ヘッドの駆動方法及び圧電素子並びに液体噴射ヘッド |
-
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-
2022
- 2022-01-14 EP EP22151493.8A patent/EP4046804A1/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050052482A1 (en) * | 2001-09-11 | 2005-03-10 | Maki Ito | Liquid ejecting head drive method and liquid ejection device |
| US20100245493A1 (en) * | 2007-12-06 | 2010-09-30 | Konica Minolta Holdings, Inc. | Liquid droplet ejection head |
| JP2013184309A (ja) * | 2012-03-06 | 2013-09-19 | Ricoh Co Ltd | 電気機械変換素子の駆動方法、液滴吐出ヘッド、インクジェット記録装置 |
| JP2014054800A (ja) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Ricoh Co Ltd | 圧電体の駆動方法、液滴吐出ヘッドの駆動方法、液滴吐出ヘッド、及び画像記録装置 |
| JP2014058078A (ja) * | 2012-09-14 | 2014-04-03 | Ricoh Co Ltd | 液滴吐出ヘッドの駆動方法、液滴吐出ヘッドおよび画像形成装置 |
| CN107776203A (zh) * | 2016-08-26 | 2018-03-09 | 东芝泰格有限公司 | 喷墨头用的墨循环装置以及喷墨记录装置 |
| US20190232658A1 (en) * | 2017-06-01 | 2019-08-01 | Xerox Corporation | Lead-free piezo printhead using thinned bulk material |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王殿生: "《物理实验教程 近代物理实验》", 31 March 2016, 中国石油大学出版社, pages: 161 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US11945221B2 (en) | 2024-04-02 |
| US20220258471A1 (en) | 2022-08-18 |
| JP2022126445A (ja) | 2022-08-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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