JP2006069112A - Ink-jet recording head and ink-jet recording device - Google Patents

Ink-jet recording head and ink-jet recording device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an ink-jet recording head by which large output displacement can be obtained by reducing the restriction of the displacement at a driving part caused by an electrode pad part of a piezo-element, and an ink-jet recording device provided with the ink-jet recording head. <P>SOLUTION: The driving part 144D of the piezo-element 144 is polarized from an electrode plate 120 toward a nozzle plate 116. The electrode pad part 144P is polarized in the direction orthogonal to the polarized direction of the driving part 144D. The electrode pad part 144P is sheared and deformed so as to be inclined toward the driving part 144D by the impression of a driving voltage. Consequently, restriction force for deformation of the driving part 144D by the electrode pad part 144P is reduced. The output displacement at the driving part 144D becomes larger. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、インクジェット記録ヘッド及びインクジェット記録装置に関する。   The present invention relates to an ink jet recording head and an ink jet recording apparatus.

インクチャンバー内のインクに対し、いわゆるピエゾアクチュエータのたわみ変形によってエネルギーを印加してノズルからインク滴を吐出させるインクジェット記録ヘッドがある。このようなインクジェット記録ヘッドのピエゾアクチュエータは、振動板とピエゾ素子が接合された構成であり、インクチャンバーに対応して配置されて、駆動電圧の印加でたわみ変形する駆動部と、インクチャンバーの隔壁に対応して配置(固定)され、電気配線との接続を行うための電極パッド部とで構成され、これらが一体化されているものがある。   There is an ink jet recording head in which energy is applied to ink in an ink chamber by bending deformation of a so-called piezo actuator to eject ink droplets from nozzles. A piezoelectric actuator of such an ink jet recording head has a configuration in which a diaphragm and a piezoelectric element are joined, and is arranged corresponding to an ink chamber, and a driving portion that is deformed by application of a driving voltage, and a partition wall of the ink chamber Are arranged (fixed) corresponding to the electrode pad portion for connection with the electrical wiring, and these are integrated.

このような構造のインクジェット記録ヘッドでは、駆動部と電極パッド部とが一体化されており、かつ分極も双方は同じ状態でなされる。この構造の場合、駆動電圧を印加すると、駆動部はバイモルフ効果でたわみ変形する一方、電極パッド部もその面内方向に収縮しようとするので、電極パッド部と駆動部とが内力で引き合うことになる。この結果、電極パッド部が駆動部の変形を拘束してしまい、出力変位が小さくなってしまうことがある。   In the ink jet recording head having such a structure, the drive unit and the electrode pad unit are integrated, and both are polarized in the same state. In the case of this structure, when a driving voltage is applied, the driving portion is bent and deformed by the bimorph effect, and the electrode pad portion also tends to contract in the in-plane direction, so that the electrode pad portion and the driving portion are attracted by an internal force. Become. As a result, the electrode pad portion restrains the deformation of the drive portion, and the output displacement may be reduced.

この問題を解決するため、たとえば特許文献1に記載の液滴噴射装置では、圧電トランスデューサがインク室とインク室形成部材(隔壁)とに連続して配置されており、圧電トランスデューサ内のインク室に対応した部分(駆動部)には、異なる方向に分極された2つの領域が設けられている。そして、電圧印加時には、第2の領域を平行四辺形状にせん断変形させ、第1の領域は縦効果変形させて、第2の領域の変形を助長するようになっている。   In order to solve this problem, for example, in the droplet ejecting apparatus described in Patent Document 1, the piezoelectric transducer is continuously arranged in the ink chamber and the ink chamber forming member (partition wall), and the ink chamber in the piezoelectric transducer is disposed in the ink chamber. The corresponding part (driving part) is provided with two regions polarized in different directions. When a voltage is applied, the second region is subjected to shear deformation into a parallelogram shape, and the first region is subjected to longitudinal effect deformation to promote deformation of the second region.

このような引用文献1の構成においては、電圧印加時に、圧電トランスデューサのうち、インク室形成部材に対応した部分(電極パッド部)がインク室に対応した部分(駆動部)に及ぼす変形拘束は低減できるものの、構成や分極手順が複雑になる欠点があった。
特開2002−359410号公報
In such a configuration of the cited document 1, the deformation restraint exerted by the portion corresponding to the ink chamber forming member (electrode pad portion) on the portion corresponding to the ink chamber (driving portion) of the piezoelectric transducer during voltage application is reduced. Although it was possible, there was a drawback that the configuration and the polarization procedure were complicated.
JP 2002-359410 A

本発明は上記事実を考慮し、簡易な構成でかつ容易に、ピエゾ素子の電極パッド部による駆動部の変位拘束を低減し、大きな出力変位が得られるインクジェット記録ヘッドと、このインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェット記録装置を得ることを課題とする。   In consideration of the above facts, the present invention includes an ink jet recording head that has a simple configuration and can easily reduce displacement restraint of the drive unit by the electrode pad portion of the piezo element to obtain a large output displacement, and the ink jet recording head. It is an object to obtain an inkjet recording apparatus.

請求項1に記載の発明では、インクが充填される複数のインクチャンバーと、前記インクチャンバーと連通してインクチャンバーのインクをインク滴として吐出するためのノズルと、前記インクチャンバーの開口面に配置されてインクチャンバーの可動壁を構成し、変形によりインクチャンバーを膨張又は圧縮させる振動板と、前記振動板に接合され、チャンバー隔壁に対応した位置に配置された電極パッド部と、前記インクチャンバーに対応した位置に配置された駆動部と、が一体化されたピエゾ素子と、前記振動板とでピエゾ素子を挟むように配置され振動板との間に画像情報に応じた駆動電圧を生じさせる電極板と、を有し、前記駆動部が、前記駆動電圧の印加によってたわみ変形する方向に分極された第1分極部とされ、前記電極パッド部が、前記駆動電圧の印加によってせん断変形する方向へ分極された第2分極部とされている、ことを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, a plurality of ink chambers filled with ink, a nozzle for communicating ink in the ink chamber as ink droplets in communication with the ink chamber, and an opening surface of the ink chamber are arranged. A diaphragm that expands or compresses the ink chamber by deformation, an electrode pad portion that is joined to the diaphragm and disposed at a position corresponding to the chamber partition wall, and the ink chamber. A piezoelectric element integrated with a driving unit arranged at a corresponding position, and an electrode that generates a driving voltage according to image information between the diaphragm and the diaphragm arranged to sandwich the piezoelectric element. A first polarization unit polarized in a direction in which it is deformed by application of the drive voltage. De portion, said there is a second polarized portion which is polarized in the direction of shear deformation by the application of the drive voltage, characterized in that.

このインクジェット記録ヘッドでは、ピエゾ素子に対して駆動電圧が印加されると、バイモルフ効果によって駆動部がたわみ変形する。この変形により、インクチャンバーが膨張又は圧縮され、インクチャンバー内のインクがノズルからインク滴として吐出される。   In this ink jet recording head, when a driving voltage is applied to the piezo element, the driving portion is bent and deformed by the bimorph effect. By this deformation, the ink chamber is expanded or compressed, and the ink in the ink chamber is ejected as ink droplets from the nozzle.

ピエゾ素子の駆動部は第1分極部とされ、駆動電圧の印加によってたわみ変形する方向に分極されているが、電極パッド部は、駆動電圧の印加によってせん断変形する方向へ分極されている。これにより、駆動電圧印加時に電極パッド部がせん断変形するので、簡易な構成でかつ容易に、駆動部のたわみ変形を拘束する力が低減され、駆動部の出力変位が大きくなる。   The drive unit of the piezo element is a first polarization unit, and is polarized in a direction in which it is deformed by application of a drive voltage. However, the electrode pad unit is polarized in a direction in which it is sheared by application of a drive voltage. As a result, the electrode pad portion undergoes shear deformation when a drive voltage is applied, so that the force that restrains the deflection deformation of the drive portion can be easily reduced with a simple configuration, and the output displacement of the drive portion increases.

請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の発明において、前記第1分極部が、前記駆動電圧の電圧印加方向と同方向に分極され、前記第2分極部が、前記駆動電圧の電圧印加方向と略直交する方向に分極されていることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the first polarization unit is polarized in the same direction as the voltage application direction of the drive voltage, and the second polarization unit is coupled with the drive voltage. It is characterized by being polarized in a direction substantially orthogonal to the voltage application direction.

これにより、第1分極部及び第2分極部を簡単な構成で実現できる。なお、ここでいう「略直交」とは、電極パッド部(第2分極部)が駆動電圧の印加で駆動部(第1分極部)に向かってせん断変形すればよく、これらの分極方向の成す角度としては概ね45度以上135度以下とされる。   Thereby, a 1st polarization part and a 2nd polarization part are realizable by simple structure. Here, “substantially orthogonal” means that the electrode pad portion (second polarization portion) may be shear-deformed toward the drive portion (first polarization portion) by application of a drive voltage, and the polarization directions thereof are formed. The angle is approximately 45 degrees or more and 135 degrees or less.

請求項2に記載の発明において、第2分極部の分極方向としては、たとえば請求項3に記載のように、前記電極パッド部が前記駆動電圧の印加によって前記駆動部へ向けてせん断変形する方向、であってもよいし、請求項4に記載のように、前記電極パッド部と前記駆動部との境界線から前記電極パッド部の外周に向かう方向、であってもよい。   In the invention according to claim 2, as a polarization direction of the second polarization part, for example, as in claim 3, the electrode pad part is shear-deformed toward the drive part by application of the drive voltage. Or a direction from the boundary line between the electrode pad portion and the drive portion toward the outer periphery of the electrode pad portion.

請求項5に記載の発明では、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の発明において、前記電極板又は前記振動板の少なくとも一方に、前記電極パッド部を分極させて前記第2分極部とするための分極電圧を印加する分極用電極対、が形成されていることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the invention, in the first aspect of the invention according to any one of the first to fourth aspects, the electrode pad portion is polarized on at least one of the electrode plate or the diaphragm, and the second. A polarization electrode pair for applying a polarization voltage for forming a polarization part is formed.

すなわち、請求項1に発明のピエゾ素子は、あらかじめ駆動部が第1分極部となるように分極されたり、電極パッド部が第2駆動部となるように分極されたりしたものを使用してもよいが、請求項2に記載のように、電極板と振動板の少なくとも一方に分極用電極対が形成されたものを使用すると、ピエゾ素子の電極パッド部に、後工程で分極させて第2分極部を構成することができる。なお、未分極のピエゾ素子の駆動部に対しては、たとえば電極板と振動板との間に、駆動電圧と同方向(ピエゾ素子の厚さ方向)の分極用電圧を印加して分極させ、第1分極部を構成することができる。   In other words, the piezoelectric element according to the first aspect of the present invention may be one that is previously polarized so that the driving portion becomes the first polarization portion or polarized so that the electrode pad portion becomes the second driving portion. However, as described in claim 2, when a polarizing electrode pair is formed on at least one of the electrode plate and the diaphragm, the electrode pad portion of the piezo element is polarized in a later step and the second A polarization part can be constituted. For the drive part of the unpolarized piezo element, for example, a polarization voltage in the same direction as the drive voltage (thickness direction of the piezo element) is applied between the electrode plate and the diaphragm, and polarized, A 1st polarization part can be comprised.

請求項5に記載の分極用電極対としては、たとえば請求項6に記載のように、前記分極用電極対の一方が、前記駆動部と前記電極パッド部との境界線に沿うように形成され、他方が、それと略一定の距離を隔てて沿うように形成されている形状のものを挙げることができる。   As a polarization electrode pair according to a fifth aspect, for example, as described in the sixth aspect, one of the polarization electrode pairs is formed along a boundary line between the drive section and the electrode pad section. The other is shaped so as to be separated by a substantially constant distance.

請求項7に記載の発明では、インクが充填される複数のインクチャンバーと、前記インクチャンバーと連通してインクチャンバーのインクをインク滴として吐出するためのノズルと、前記インクチャンバーの開口面に配置されてインクチャンバーの可動壁を構成し、変形によりインクチャンバーを膨張又は圧縮させる振動板と、前記振動板に接合され、チャンバー隔壁に対応した位置に配置される電極パッド部と、前記インクチャンバーに対応した位置に配置される駆動部と、が一体化されたピエゾ素子と、前記振動板とでピエゾ素子を挟むように配置され振動板との間に画像情報に応じた駆動電圧を生じさせる電極板と、を有し、前記駆動部が、前記駆動電圧の印加によってたわみ変形する方向に分極された分極部とされ、前記電極パッド部が、非分極部とされている、ことを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, a plurality of ink chambers filled with ink, a nozzle for communicating ink in the ink chamber as ink droplets in communication with the ink chamber, and an opening surface of the ink chamber are arranged. A movable wall of the ink chamber that expands or compresses the ink chamber by deformation, an electrode pad portion that is joined to the vibration plate and disposed at a position corresponding to the chamber partition, and the ink chamber. A piezoelectric element integrated with a driving unit arranged at a corresponding position, and an electrode that generates a driving voltage corresponding to image information between the diaphragm and the diaphragm arranged between the diaphragm A plate, and the drive unit is a polarization unit that is polarized in a direction in which it is deformed by application of the drive voltage, and the electrode pad But there is a non-polarized portion, and wherein the.

このインクジェット記録ヘッドでは、ピエゾ素子に対して駆動電圧が印加されると、バイモルフ効果によって駆動部がたわみ変形する。この変形により、インクチャンバーが膨張又は圧縮され、インクチャンバー内のインクがノズルからインク滴として吐出される。   In this ink jet recording head, when a driving voltage is applied to the piezo element, the driving portion is bent and deformed by the bimorph effect. By this deformation, the ink chamber is expanded or compressed, and the ink in the ink chamber is ejected as ink droplets from the nozzle.

ピエゾ素子の駆動部は分極部とされ、駆動電圧の印加によってたわみ変形する方向に分極されているが、電極パッド部は、非分極部とされている。これにより、駆動部と電極パッド部とが互いに引き合う内力を従来構造より小さくでき、簡易な構成でかつ容易に、駆動部のたわみ変形を拘束する力が低減され、駆動部の出力変位が大きくなる。   The drive part of the piezo element is a polarization part, and is polarized in a direction in which it is deformed by application of a drive voltage, but the electrode pad part is a non-polarization part. As a result, the internal force that the drive unit and the electrode pad unit attract each other can be made smaller than that of the conventional structure, and the force that restrains the bending deformation of the drive unit can be easily reduced with a simple configuration, and the output displacement of the drive unit increases. .

請求項8に記載の発明では、インクが充填される複数のインクチャンバーと、前記インクチャンバーと連通してインクチャンバーのインクをインク滴として吐出するためのノズルと、前記インクチャンバーの開口面に配置されてインクチャンバーの可動壁を構成し、変形によりインクチャンバーを膨張又は圧縮させる振動板と、前記振動板に接合され、チャンバー隔壁に対応した位置に配置される電極パッド部と、前記インクチャンバーに対応した位置に配置される駆動部と、が一体化されたピエゾ素子と、前記振動板とでピエゾ素子を挟むように配置され振動板との間に画像情報に応じた駆動電圧を生じさせる電極板と、を有し、前記駆動部が、前記電圧印加によってたわみ変形する方向に分極され、前記振動板と前記電極板の少なくとも一方に、前記電極パッド部には前記駆動電圧を印加させない非印加部が形成されている、ことを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, a plurality of ink chambers filled with ink, a nozzle that communicates with the ink chamber and ejects ink in the ink chamber as ink droplets, and an opening surface of the ink chamber are disposed. A movable wall of the ink chamber that expands or compresses the ink chamber by deformation, an electrode pad portion that is joined to the vibration plate and disposed at a position corresponding to the chamber partition, and the ink chamber. A piezoelectric element integrated with a driving unit arranged at a corresponding position, and an electrode that generates a driving voltage corresponding to image information between the diaphragm and the diaphragm arranged between the diaphragm A plate, and the drive unit is polarized in a direction in which it is deformed by application of the voltage, and at least of the diaphragm and the electrode plate Write to the the electrode pad portion non-application portion that does not apply the driving voltage is formed, characterized in that.

このインクジェット記録ヘッドでは、ピエゾ素子に対して駆動電圧が印加されると、いわゆるバイモルフ効果によって駆動部がたわみ変形する。この変形により、インクチャンバーが膨張又は圧縮され、インクチャンバー内のインクがノズルからインク滴として吐出される。   In this ink jet recording head, when a driving voltage is applied to the piezo element, the driving portion is bent and deformed by a so-called bimorph effect. By this deformation, the ink chamber is expanded or compressed, and the ink in the ink chamber is ejected as ink droplets from the nozzle.

ピエゾ素子の駆動部は駆動電圧の印加によってたわみ変形する方向に分極されているが、振動板と電極板の少なくとも一方には、電極パッド部に駆動電圧を印加させない非印加部が形成されている。これにより、駆動電圧印加時に電極パッド部が変形しないので、駆動部と電極パッド部とが互いに引き合う内力を従来構造より小さくでき、簡易な構成でかつ容易に、駆動部のたわみ変形を拘束する力が低減され、駆動部の出力変位が大きくなる。   The drive portion of the piezo element is polarized in a direction in which it is deformed by application of a drive voltage, but at least one of the diaphragm and the electrode plate is formed with a non-apply portion that does not apply the drive voltage to the electrode pad portion. . As a result, the electrode pad portion is not deformed when the drive voltage is applied, so that the internal force that the drive portion and the electrode pad portion attract each other can be made smaller than that of the conventional structure, and the force that easily restrains the deformation of the drive portion with a simple configuration. Is reduced, and the output displacement of the drive unit is increased.

請求項9に記載の発明では、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッドを有することを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, the ink jet recording head according to any one of the first to eighth aspects is provided.

すなわち、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッドを有しているので、簡易な構成でかつ容易に、ピエゾ素子の電極パッドが駆動部のたわみ変形を拘束する力が低減され、駆動部の出力変位が大きくなる。   That is, since the ink jet recording head according to any one of claims 1 to 8 is provided, the force with which the electrode pad of the piezo element restrains the bending deformation of the driving unit with a simple configuration is easily achieved. Is reduced, and the output displacement of the drive unit is increased.

本発明は上記構成としたので、簡易な構成でかつ容易にピエゾ素子の電極パッド部による駆動部の変位拘束を低減し、大きな出力変位が得られる。   Since the present invention has the above configuration, the displacement constraint of the drive unit by the electrode pad portion of the piezo element can be easily reduced with a simple configuration, and a large output displacement can be obtained.

図1及び図2には、本発明の第1実施形態のインクジェット記録ヘッド112のインク滴吐出部が部分的に示されている。また、図3には、このインクジェット記録ヘッド112を備えたインクジェット記録装置102が示されている。本実施形態のインクジェット記録ヘッド112を備えたインクジェット記録装置102は、記録媒体である記録用紙P上に、インクジェット記録ヘッド112のノズル140(図1及び図2参照)から着色インクのインク滴を吐出し、このインク滴によるドットで画像を記録するために使用される。   1 and 2 partially show the ink droplet ejection portion of the inkjet recording head 112 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 shows an ink jet recording apparatus 102 including the ink jet recording head 112. The ink jet recording apparatus 102 provided with the ink jet recording head 112 of the present embodiment ejects ink droplets of colored ink from a nozzle 140 (see FIGS. 1 and 2) of the ink jet recording head 112 onto a recording paper P that is a recording medium. It is used to record an image with dots formed by the ink droplets.

図3に示すように、インクジェット記録装置102は、インクジェット記録ヘッド112が搭載されるキャリッジ104と、キャリッジ104を記録用紙Pの記録面に沿った所定の主走査方向方向に移動(主走査)させる主走査機構106、および、記録用紙Pを主走査方向と交差(好ましくは直交)する所定の副走査方向に搬送(副走査)させるための副走査機構108を含んで構成されている。なお、図面において主走査方向を矢印Mで、副走査方向を矢印Sでそれぞれ示す。   As shown in FIG. 3, the inkjet recording apparatus 102 moves the carriage 104 on which the inkjet recording head 112 is mounted, and the carriage 104 in a predetermined main scanning direction along the recording surface of the recording paper P (main scanning). The main scanning mechanism 106 and the sub-scanning mechanism 108 for conveying (sub-scanning) the recording paper P in a predetermined sub-scanning direction that intersects (preferably orthogonally) the main scanning direction are configured. In the drawings, the main scanning direction is indicated by an arrow M, and the sub-scanning direction is indicated by an arrow S.

インクジェット記録ヘッド112は、ノズル140が形成されたノズル面が記録用紙Pと対向するようにキャリッジ104上に搭載されており、主走査機構106によって主走査方向に移動されながら記録用紙Pに対してインク滴を吐出することにより、一定のバンド領域BEに対して画像の記録を行う。主走査方向への1回の移動が終了すると、副走査機構108によって記録用紙Pが副走査方向に搬送され、再びキャリッジ104を主走査方向に移動させながら次のバンド領域を記録する。こうした動作を複数回繰り返すことにより、記録用紙Pの全面にわたって画像記録を行うことができる。   The ink jet recording head 112 is mounted on the carriage 104 so that the nozzle surface on which the nozzles 140 are formed faces the recording paper P, and is moved in the main scanning direction by the main scanning mechanism 106 with respect to the recording paper P. By ejecting ink droplets, an image is recorded on a certain band region BE. When one movement in the main scanning direction is completed, the recording paper P is conveyed in the sub scanning direction by the sub scanning mechanism 108, and the next band area is recorded while moving the carriage 104 in the main scanning direction again. By repeating such an operation a plurality of times, image recording can be performed over the entire surface of the recording paper P.

図1及び図2から分かるように、インクジェット記録ヘッド112は、チャンバープレート118と、このチャンバープレート118の一方の端面に貼着されたノズルプレート116、及びチャンバープレート118の他方の端面に貼着された振動板124を含んで構成されている。   As can be seen from FIGS. 1 and 2, the inkjet recording head 112 is attached to the chamber plate 118, the nozzle plate 116 attached to one end face of the chamber plate 118, and the other end face of the chamber plate 118. The vibration plate 124 is included.

チャンバープレート118には、複数のチャンバー部118Hが形成されており、このチャンバー部118Hと、ノズルプレート116及び振動板124とで、インクが一時的に充填される複数のインクチャンバー142が構成されている。すなわち、チャンバープレート118によって、複数のインクチャンバー142を隔てる隔壁が構成され、さらに、インクチャンバー142の厚さ方向一端の壁がノズルプレート116で、他端の壁が振動板124でそれぞれ構成されていることになる。   The chamber plate 118 is formed with a plurality of chamber portions 118H, and the chamber portion 118H, the nozzle plate 116, and the vibration plate 124 constitute a plurality of ink chambers 142 that are temporarily filled with ink. Yes. That is, the chamber plate 118 forms a partition that separates the plurality of ink chambers 142, and the wall at one end in the thickness direction of the ink chamber 142 is formed by the nozzle plate 116 and the wall at the other end is formed by the diaphragm 124. Will be.

ノズルプレート116には、インクチャンバー142のそれぞれと一対一に対応するノズル140が形成されている。ノズル140は、ノズル面114S内において、1列若しくは複数列のライン状に並んで配置されていてもよいし、いわゆるマトリクス配置とされていてもよい。   In the nozzle plate 116, the nozzles 140 corresponding to the respective ink chambers 142 are formed. The nozzles 140 may be arranged in a line or a plurality of lines in the nozzle surface 114S, or may be a so-called matrix arrangement.

振動板124には、ピエゾ素子144が貼着されている。ピエゾ素子144は、インクチャンバー142に対応した位置に配置される駆動部144Dと、チャンバープレート118(インクチャンバー142の隔壁となっている部分)に対応した部分に配置される電極パッド部144Pとが一体化された構造とされている(これらの境界面を二点鎖線BSで示す)。   A piezoelectric element 144 is attached to the diaphragm 124. The piezo element 144 includes a drive unit 144D disposed at a position corresponding to the ink chamber 142 and an electrode pad unit 144P disposed at a portion corresponding to the chamber plate 118 (a portion serving as a partition wall of the ink chamber 142). It is set as an integrated structure (these boundary surfaces are indicated by a two-dot chain line BS).

ピエゾ素子144には、このピエゾ素子144を挟んで振動板124と対向するように電極板120が配されている。これは、スパッタリング等を用いた薄膜状の電極が通常用いられる。   An electrode plate 120 is disposed on the piezoelectric element 144 so as to face the vibration plate 124 with the piezoelectric element 144 interposed therebetween. This is usually a thin film electrode using sputtering or the like.

図1(A)に詳細に示すように、電極板120の中央には、駆動部144Dと平面視にて略同一形状の第1電極部120Aが構成されている。また、ピエゾ素子144の駆動部144Dと電極パッド部144Pとの境界面BSに対応する部位は、この境界面BSを平面視した形状に沿って第1電極部120Aから独立されて(絶縁されて)、第3電極部120Cが構成されている。第1電極部120Aは、この第3電極部120Cの両側を回り込むようにして、電極パッド部144Pに対応する箇所にも構成されている。したがって、第1電極部120Aの、駆動部144Dに対応する部分と電極パッド部144Pに対応する部分とが第3電極部120Cの両側で繋がっていることになる。   As shown in detail in FIG. 1A, a first electrode portion 120A having substantially the same shape as that of the driving portion 144D in plan view is formed at the center of the electrode plate 120. Further, a portion corresponding to the boundary surface BS between the drive unit 144D and the electrode pad portion 144P of the piezo element 144 is independent (insulated) from the first electrode unit 120A along the shape of the boundary surface BS in plan view. ), The third electrode portion 120C is configured. 120 A of 1st electrode parts are comprised also in the location corresponding to electrode pad part 144P so that it may go around the both sides of this 3rd electrode part 120C. Therefore, the part corresponding to the drive part 144D and the part corresponding to the electrode pad part 144P of the first electrode part 120A are connected on both sides of the third electrode part 120C.

さらに、電極パッド部144Pに対応した部分の最外縁は、第1電極部120A及び第3電極部120Cの双方から独立して(絶縁されて)、略L字状の第4電極部120Dが構成されている。この電極の形状は、第3電極部に対して略一定の距離を隔てて沿うように構成されている。そして、第3電極部120Cと第4電極部120Dとで、後述するように電極パッド部144Pをピエゾ素子の面内方向に分極させることが可能な分極用電極対122Bが構成されている。また、振動板124は第2電極部120Bとしても作用し、第1電極部120Aと第2電極部120Bとで、駆動部144Dを駆動させることが可能な駆動用電極対122Aが構成されている。なお、第2電極部120Bは、複数のインクチャンバー142に共通の電極(共通電極)とされ、第1電極部120Aはそれのれのインクチャンバー142に対応した電極(個別電極)とされることが多いが、この逆でもよい。   Further, the outermost edge of the portion corresponding to the electrode pad portion 144P is formed by a substantially L-shaped fourth electrode portion 120D independently (insulated) from both the first electrode portion 120A and the third electrode portion 120C. Has been. The shape of this electrode is configured so as to be along a substantially constant distance from the third electrode portion. The third electrode portion 120C and the fourth electrode portion 120D constitute a polarization electrode pair 122B that can polarize the electrode pad portion 144P in the in-plane direction of the piezoelectric element, as will be described later. The diaphragm 124 also functions as the second electrode portion 120B, and the first electrode portion 120A and the second electrode portion 120B constitute a drive electrode pair 122A that can drive the drive portion 144D. . The second electrode portion 120B is an electrode (common electrode) common to the plurality of ink chambers 142, and the first electrode portion 120A is an electrode (individual electrode) corresponding to the ink chamber 142 of the second electrode portion 120B. However, the reverse is also possible.

また、チャンバープレート118には、インク供給路146から供給されたインクの流路となるインク流路136が形成されている。インク流路136は、複数のインクチャンバー142に対して共通化されており、このインク流路136を流れたインクがインク供給路146を通ってインクチャンバー142に送られる。   Further, the chamber plate 118 is formed with an ink channel 136 serving as a channel for the ink supplied from the ink supply channel 146. The ink flow path 136 is shared by the plurality of ink chambers 142, and the ink that has flowed through the ink flow path 136 is sent to the ink chamber 142 through the ink supply path 146.

なお、図面ではチャンバープレート118を1枚の板状の部材とし、この内部に上記のチャンバー部118H、インク流路136、インク供給路146等が形成された構成としているが、複数のプレートを積層して、全体としてチャンバープレート118が構成されていてもよい。   In the drawing, the chamber plate 118 is a single plate-shaped member, and the chamber 118H, the ink flow path 136, the ink supply path 146, and the like are formed therein. However, a plurality of plates are stacked. And the chamber plate 118 may be comprised as a whole.

次に、本実施形態のインクジェット記録ヘッド112を製造するプロセスにおいて、ピエゾ素子144の駆動部144D及び電極パッド部144Pをそれぞれ所望の方向に分極させて、本発明の第1分極部144A及び第2分極部144Bを構成する方法を説明する。   Next, in the process of manufacturing the ink jet recording head 112 of the present embodiment, the drive unit 144D and the electrode pad unit 144P of the piezo element 144 are polarized in desired directions, respectively, so that the first polarization unit 144A and the second polarization unit 144A of the present invention are used. A method of configuring the polarization unit 144B will be described.

まず、チャンバープレート118に対して、ノズルプレート116、振動板124、ピエゾ素子144及び電極板120を積層し貼着して一体化するが、この工程は、従来からの一般的な方法を適用できる。この段階では、ピエゾ素子144は未分極とされており、第1分極部144A及び第2分極部144Bは構成されていない。   First, the nozzle plate 116, the vibration plate 124, the piezo element 144, and the electrode plate 120 are laminated and bonded to the chamber plate 118 to be integrated. A conventional general method can be applied to this process. . At this stage, the piezo element 144 is unpolarized, and the first polarization unit 144A and the second polarization unit 144B are not configured.

ここで、まず、第1電極部120Aと第2電極部120B(振動板124)との間に所定の分極電圧を印加して、ピエゾ素子144を第1電極部120Aから第2電極部120Bに向かう方向(ピエゾ素子144の厚さ方向)に分極させる(図1(B)矢印P1参照)。これにより、第1分極部144Aが構成される。このとき、電極パッド部の、第1電極部が存在する領域も、駆動部と同様に分極される。   Here, first, a predetermined polarization voltage is applied between the first electrode portion 120A and the second electrode portion 120B (the diaphragm 124), and the piezo element 144 is moved from the first electrode portion 120A to the second electrode portion 120B. Polarization is performed in the direction of heading (the thickness direction of the piezo element 144) (see arrow P1 in FIG. 1B). Thereby, 144 A of 1st polarization parts are comprised. At this time, the region of the electrode pad portion where the first electrode portion exists is also polarized in the same manner as the drive portion.

次に、第3電極部120Cと第4電極部120Dとの間に所定の分極電圧を印加して、電極パッド部144Pを第3電極部120Cから第4電極部120Dに向かう方向(ピエゾ素子144の面内方向)に分極させる(図1(B)矢印P2参照)。これにより、第2分極部144Bが構成される。なお、先の分極工程で電極パッド部144Pも厚さ方向に分極されていたが、この工程によって、面内方向に修正されることになる。ここで、第3電極部120Cと第4電極部120Dとの距離は、第1電極部120Aと第2電極部120Bとの距離よりも大きいので、その距離に応じて分極電圧を高くする必要がある。   Next, a predetermined polarization voltage is applied between the third electrode portion 120C and the fourth electrode portion 120D, and the electrode pad portion 144P moves in the direction from the third electrode portion 120C to the fourth electrode portion 120D (piezo element 144). (Refer to the arrow P2 in FIG. 1B). Thereby, the 2nd polarization part 144B is constituted. Note that the electrode pad portion 144P is also polarized in the thickness direction in the previous polarization step, but is corrected in the in-plane direction by this step. Here, since the distance between the third electrode part 120C and the fourth electrode part 120D is larger than the distance between the first electrode part 120A and the second electrode part 120B, it is necessary to increase the polarization voltage according to the distance. is there.

このように、本実施形態では電極板120に、第3電極部120Cと第4電極部120Dとで構成された分極用電極対122Bを設けたので、ピエゾ素子144を振動板124及び電極板120で挟んだ状態で所望の方向に分極させて、内部に第1分極部144A及び第2分極部144Bを構成することができる。   As described above, in this embodiment, the electrode plate 120 is provided with the polarization electrode pair 122 </ b> B configured by the third electrode portion 120 </ b> C and the fourth electrode portion 120 </ b> D, and thus the piezoelectric element 144 is replaced with the diaphragm 124 and the electrode plate 120. The first polarization unit 144A and the second polarization unit 144B can be formed inside by polarizing in a desired direction in a state sandwiched between.

この後、電極パッド部144Pの第1電極部120Aが存在する領域に、図示しない個別電気配線を接続する。   Thereafter, individual electric wiring (not shown) is connected to the region where the first electrode portion 120A of the electrode pad portion 144P is present.

以上のようにして構成されたインクジェット記録ヘッド112を駆動して、ノズル140からインク滴を吐出するには、駆動用電極対122A(第1電極部120Aと第2電極部120B)にのみ、画像情報に応じた駆動電圧を印加する(図2(A)矢印D1参照)。これにより、図2(A)に示すように駆動部144D部(第1分極部144A)がバイモルフ効果でたわみ変形して振動板124を振動させる。そして、インクチャンバー142が圧縮されることで、ノズル140からインク滴が吐出される。また、インクチャンバー142が膨張されたときには、インク流路136からインク供給路146を通ってインクがインクチャンバー142に供給される。   In order to drive the ink jet recording head 112 configured as described above and eject ink droplets from the nozzles 140, only the driving electrode pair 122A (the first electrode portion 120A and the second electrode portion 120B) has an image. A driving voltage corresponding to the information is applied (see arrow D1 in FIG. 2A). As a result, as shown in FIG. 2A, the drive unit 144D (first polarization unit 144A) is flexibly deformed by the bimorph effect to vibrate the diaphragm 124. Ink droplets are ejected from the nozzle 140 by compressing the ink chamber 142. Further, when the ink chamber 142 is expanded, ink is supplied from the ink flow path 136 through the ink supply path 146 to the ink chamber 142.

ここで、本実施形態では、ピエゾ素子144の電極パッド部144Pが第2分極部144Bとされており、第3電極部120Cから第4電極部120Dに向かう方向に分極されている。したがって、図2(A)に示すように、上記の駆動電圧の印加で電極パッド部144Pは駆動部144Dに向かって傾斜するようにせん断変形する。従来のように、電極パッド部144Pも駆動部144Dと同方向に分極された構成では、駆動電圧印加時に電極パッド部144Pと駆動部144Dとが内力で互いに引き合うこととなり、電極パッド部144Pが駆動部144Dの変形を拘束してしまう。しかし、本実施形態では、電極パッド部144Pによる駆動部144Dの変形の拘束力が低減されるので、駆動部144Dの出力変位が大きくなる。   Here, in the present embodiment, the electrode pad portion 144P of the piezo element 144 is the second polarization portion 144B, and is polarized in a direction from the third electrode portion 120C to the fourth electrode portion 120D. Therefore, as shown in FIG. 2A, the electrode pad portion 144P is shear-deformed so as to be inclined toward the driving portion 144D by the application of the driving voltage. When the electrode pad portion 144P is also polarized in the same direction as the driving portion 144D as in the prior art, the electrode pad portion 144P and the driving portion 144D are attracted to each other by internal force when a driving voltage is applied, and the electrode pad portion 144P is driven. The deformation of the portion 144D is constrained. However, in this embodiment, since the restraining force of the deformation of the drive unit 144D by the electrode pad portion 144P is reduced, the output displacement of the drive unit 144D increases.

図4(A)及び(B)には、比較のために用意された、本願発明に該当しない比較例(従来技術)のインクジェット記録ヘッド412が示されている。このインクジェット記録ヘッド412では、電極板420が第1電極部420Aのみで構成されている。また、ピエゾ素子444内も、全体にわたって一様に、電極板420から振動板424に向かって分極されている。これら以外は、第1実施形態と同様の構成とされている(なお、図4(A)では振動板424の図示を省略している)。   4A and 4B show an inkjet recording head 412 of a comparative example (prior art) that is prepared for comparison and does not fall under the present invention. In the ink jet recording head 412, the electrode plate 420 is composed of only the first electrode portion 420A. In addition, the inside of the piezo element 444 is also polarized from the electrode plate 420 toward the diaphragm 424 uniformly throughout. Except for these, the configuration is the same as that of the first embodiment (note that the diaphragm 424 is not shown in FIG. 4A).

比較例のインクジェット記録ヘッド412において、第1実施形態と同様に駆動電圧を電極板420と振動板424との間に印加して、駆動部444Dをバイモルフ効果でたわみ変形させた場合、境界面BSでの面内方向応力は50MPaに達している。これに対し、図2(B)に示すように、第1実施形態のインクジェット記録ヘッド112では、駆動時の境界面BSでの面内方向応力は26MPaに留まっている。この例からも、本実施形態では電極パッド部144Pによる駆動部144Dの変形の拘束力が低減されていることが分かる。   In the inkjet recording head 412 of the comparative example, when the driving voltage is applied between the electrode plate 420 and the vibration plate 424 and the driving unit 444D is bent and deformed by the bimorph effect similarly to the first embodiment, the boundary surface BS The in-plane direction stress at 50 has reached 50 MPa. On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the inkjet recording head 112 of the first embodiment, the in-plane stress at the boundary surface BS during driving remains at 26 MPa. Also from this example, it can be seen that in the present embodiment, the restraining force of the deformation of the drive unit 144D by the electrode pad unit 144P is reduced.

図5は、本発明の各実施形態と従来技術とを比較して、駆動部の出力変位が増大する効果を示すものである。出力変位比率と(ブリッジ幅/チャンバ幅)との関係が示されている。   FIG. 5 shows the effect of increasing the output displacement of the drive unit by comparing each embodiment of the present invention with the prior art. The relationship between the output displacement ratio and (bridge width / chamber width) is shown.

ブリッジ幅とは、図4(A)に示すように、ピエゾ素子の駆動部と電極パッド部との境界の最も幅狭な部分の幅をいい、チャンバ幅とは、ブリッジ幅と同方向での駆動部の幅をいう。そして、これらの比(ブリッジ幅/チャンバ幅)が大きくなるほど、電極パッド部が駆動部のたわみ変形をより強く拘束する。なお、図4(A)では比較例の場合のブリッジ幅及びチャンバ幅を示しているが、本発明の各実施形態においても、これらは同様に定義される。   As shown in FIG. 4A, the bridge width refers to the width of the narrowest part of the boundary between the drive part and the electrode pad part of the piezoelectric element, and the chamber width refers to the same direction as the bridge width. The width of the drive unit. As the ratio (bridge width / chamber width) increases, the electrode pad portion restrains the deflection deformation of the drive portion more strongly. 4A shows the bridge width and the chamber width in the case of the comparative example, these are similarly defined in each embodiment of the present invention.

一方、「出力変位比率」とは、(ブリッジ幅/チャンバ幅)の値が基準値1.0の構造における従来技術の出力変位を基準値1.0としたときの指標であり、この数値が高いほど、効率的に駆動部が駆動されていることになる。   On the other hand, the “output displacement ratio” is an index when the value of (bridge width / chamber width) in the structure having the reference value 1.0 is the reference value 1.0, which is the conventional output displacement. The higher the value, the more efficiently the drive unit is driven.

このグラフから、0.6≦(ブリッジ幅/チャンバ幅)≦1.0の範囲において、本実施形態では従来技術よりも高い出力変位比率が得られていることが分かる。   From this graph, it can be seen that in the range of 0.6 ≦ (bridge width / chamber width) ≦ 1.0, an output displacement ratio higher than that of the prior art is obtained in the present embodiment.

図6及び図7には、本発明の第2実施形態のインクジェット記録ヘッド212が示されている。第2実施形態では、電極板の形状が第1実施形態と異なっているが、インクジェット記録装置の全体構成も含めて、これ以外はすべて第1実施形態と同一の構成とされているので、同一の要素、部材には同一符号を付して詳細な説明を省略する。   6 and 7 show an ink jet recording head 212 according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the shape of the electrode plate is different from that of the first embodiment. However, all other configurations including the entire configuration of the ink jet recording apparatus are the same as those of the first embodiment. The elements and members are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第2実施形態の電極板220では、その第3電極部220Cが、第1実施形態の第3電極部120Cと異なり境界面BSの両側に分割して形成されている。したがって、第2実施形態の第1電極部220Aは、2つの第3電極部220Cの間の部分で、駆動部144Dに対応する部分と電極パッド部144Pに対応する部分とが繋がっていることになる。   In the electrode plate 220 of the second embodiment, the third electrode portion 220C is divided and formed on both sides of the boundary surface BS, unlike the third electrode portion 120C of the first embodiment. Therefore, in the first electrode part 220A of the second embodiment, the part corresponding to the driving part 144D and the part corresponding to the electrode pad part 144P are connected at the part between the two third electrode parts 220C. Become.

このような構成の第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、ピエゾ素子144に対し、まず、第1電極部220Aと第2電極部120B(振動板124)との間に所定の分極電圧を印加して、第1電極部120Aから第2電極部120Bに向かう方向に分極された第1分極部144Aを構成する(矢印P1参照)。なお、このときも第1の実施形態と同様、電極パッド部の、第1電極部が存在する領域も、駆動部と同様に分極される。   Also in the second embodiment having such a configuration, as in the first embodiment, first, with respect to the piezo element 144, a predetermined interval between the first electrode portion 220A and the second electrode portion 120B (the diaphragm 124) is set. A polarization voltage is applied to configure the first polarization portion 144A that is polarized in the direction from the first electrode portion 120A toward the second electrode portion 120B (see arrow P1). At this time, as in the first embodiment, the region of the electrode pad portion where the first electrode portion exists is also polarized in the same manner as the drive portion.

次に、第3電極部220Cと第4電極部120Dとの間に所定の分極電圧を印加して、第3電極部220Cから第4電極部120Dに向かう方向に分極された、第2分極部144Bを構成する(矢印P2参照)。   Next, a second polarization unit that is polarized in a direction from the third electrode unit 220C toward the fourth electrode unit 120D by applying a predetermined polarization voltage between the third electrode unit 220C and the fourth electrode unit 120D. 144B is configured (see arrow P2).

したがって、第2実施形態においても第1実施形態と同様に、第1電極部120Aと第2電極部120Bとの間に、画像情報に応じた駆動電圧を印加すると、駆動部144D部(第1分極部144A)がバイモルフ効果でたわみ変形して振動板124を振動させるので、インクチャンバー142が圧縮されてノズル140からインク滴が吐出される。また、電極パッド部144P(第2分極部144B)は、駆動電圧の印加で駆動部144Dに向かって傾斜するようにせん断変形するので、電極パッド部144Pによる駆動部144Dの変形の拘束力が低減され、駆動部144Dの出力変位が大きくなる。図7(B)に示すように、第2実施形態においても、駆動時の境界面BSでの面内方向応力は26MPaに留まっており、電極パッド部144Pによる駆動部144Dの変形の拘束力が比較例(図4参照)よりも低減されていることが分かる。   Accordingly, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, when a drive voltage corresponding to image information is applied between the first electrode portion 120A and the second electrode portion 120B, the drive portion 144D portion (the first portion) Since the polarization portion 144A) is bent and deformed by the bimorph effect and vibrates the diaphragm 124, the ink chamber 142 is compressed and ink droplets are ejected from the nozzle 140. Further, since the electrode pad portion 144P (second polarization portion 144B) undergoes shear deformation so as to incline toward the drive portion 144D when a drive voltage is applied, the restraining force of deformation of the drive portion 144D by the electrode pad portion 144P is reduced. As a result, the output displacement of the drive unit 144D increases. As shown in FIG. 7B, also in the second embodiment, the in-plane stress at the boundary surface BS during driving remains at 26 MPa, and the restraining force of deformation of the driving unit 144D by the electrode pad unit 144P is limited. It turns out that it is reduced rather than a comparative example (refer FIG. 4).

また、図5のグラフからは、0.6≦(ブリッジ幅/チャンバ幅)≦1.0の範囲において、第2実施形態でも第1実施形態と同様に、比較例より高い出力変位比率が得られていることが分かる。   Further, from the graph of FIG. 5, in the range of 0.6 ≦ (bridge width / chamber width) ≦ 1.0, the second embodiment can obtain a higher output displacement ratio than the comparative example, similarly to the first embodiment. You can see that

なお、第1実施形態及び第2実施形態において、駆動時に電極パッド部144Pの分極方向を駆動電圧によって不用意に変化させてしまわないようにするために、ピエゾ素子144の材料としてはいわゆるハード系の材料を使用することが好ましい。また、同様の観点から、駆動電圧よりも、第2分極部144Bを構成するときの分極電圧を高くすることが好ましい。   In the first embodiment and the second embodiment, the material of the piezo element 144 is a so-called hard system so that the polarization direction of the electrode pad portion 144P is not inadvertently changed by the drive voltage during driving. It is preferable to use these materials. From the same viewpoint, it is preferable to increase the polarization voltage when configuring the second polarization unit 144B, rather than the drive voltage.

また、製造工程での駆動用分極対122Aや分極用電極対122Bへの電圧印加によらずに、あらかじめ駆動部144D及び電極パッド部144Pが所定の向きに分極されたピエゾ素子を使用して、本発明のインクジェット記録ヘッドを構成してもよい。   In addition, by using a piezoelectric element in which the drive unit 144D and the electrode pad unit 144P are polarized in a predetermined direction in advance, regardless of voltage application to the drive polarization pair 122A and the polarization electrode pair 122B in the manufacturing process, You may comprise the inkjet recording head of this invention.

図8及び図9には、本発明の第3実施形態のインクジェット記録ヘッド312が示されている。第3実施形態においても、第1実施形態と同一の構成要素、部材等については同一符号を付して、その詳細な説明を省略する。また、第3実施形態においても、インクジェット記録装置の全体構成は第1実施形態と同一とされている。   8 and 9 show an ink jet recording head 312 according to a third embodiment of the present invention. Also in the third embodiment, the same components and members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Also in the third embodiment, the overall configuration of the ink jet recording apparatus is the same as that of the first embodiment.

第3実施形態の電極板320では、第1実施形態や第2実施形態と異なり、第3電極部や第4電極部は構成されていない。すなわち、電極板320には、第1電極部320Aのみが備えられている。   In the electrode plate 320 of the third embodiment, unlike the first embodiment and the second embodiment, the third electrode portion and the fourth electrode portion are not configured. In other words, the electrode plate 320 includes only the first electrode portion 320A.

また、第3実施形態の振動板324には、電極パッド部144Pに対応する部分に、非印加部としての孔部324Hが形成されており、この孔部324Hでは電極板320との間で駆動用電極対122Aを構成しないようになっている。なお、孔部324Hは、絶縁性の部材(接着剤等)が充填されていることが望ましい。   In addition, the diaphragm 324 of the third embodiment has a hole 324H as a non-application portion formed in a portion corresponding to the electrode pad portion 144P, and the hole 324H is driven between the electrode plate 320 and the hole 324H. The electrode pair 122A is not configured. Note that the hole 324H is preferably filled with an insulating member (such as an adhesive).

本実施形態では、あらかじめ所定の向き(厚さ方向)に分極されたピエゾ素子を使用した場合は、ピエゾ素子344の駆動部344Dと電極パッド部344Pとが、いずれも電極板320から振動板324への向きに一様に分極されている(実質的に、第1実施形態の第1分極部144Aのみで構成されている)。   In this embodiment, when a piezo element polarized in a predetermined direction (thickness direction) is used in advance, the drive unit 344D and the electrode pad unit 344P of the piezo element 344 are both connected from the electrode plate 320 to the diaphragm 324. (Essentially, only the first polarization portion 144A of the first embodiment).

このような構成の第3実施形態では、第1電極部320Aと振動板324との間に画像情報に応じた駆動電圧を印加すると、駆動部344D部がバイモルフ効果でたわみ変形して振動板324を振動させるので、インクチャンバー142が圧縮されてノズル140からインク滴が吐出される。また、第3実施形態の振動板324に孔部324Hが形成されていることから、電極パッド部344Pには上記の駆動電圧が作用せず、電極パッド部344Pは圧電不活性となる。すなわち、駆動電圧が印加されても電極パッド部344Pは変形しない。これにより、電極パッド部344Pによる駆動部344Dの変形の拘束力が従来技術と比較して低減されるので、駆動部344Dの出力変位が大きくなる。図9(B)に示すように、第3実施形態では、駆動時の境界面BSでの面内方向応力は37MPaであり、電極パッド部344Pによる駆動部344Dの変形の拘束力が比較例(図4参照)よりも低減されていることが分かる。   In the third embodiment having such a configuration, when a drive voltage corresponding to image information is applied between the first electrode part 320A and the diaphragm 324, the drive part 344D is deformed by the bimorph effect and the diaphragm 324 is deformed. , The ink chamber 142 is compressed and ink droplets are ejected from the nozzles 140. In addition, since the hole 324H is formed in the diaphragm 324 of the third embodiment, the above driving voltage does not act on the electrode pad portion 344P, and the electrode pad portion 344P becomes piezoelectrically inactive. That is, even when the drive voltage is applied, the electrode pad portion 344P is not deformed. As a result, the restraining force of deformation of the drive unit 344D by the electrode pad unit 344P is reduced as compared with the prior art, so that the output displacement of the drive unit 344D increases. As shown in FIG. 9B, in the third embodiment, the in-plane stress at the boundary surface BS during driving is 37 MPa, and the restraining force of deformation of the driving unit 344D by the electrode pad unit 344P is a comparative example ( As can be seen from FIG.

また、図5のグラフからは、0.6≦(ブリッジ幅/チャンバ幅)≦1.0の範囲において、比較例より高い出力変位比率が得られていることが分かる。   Further, it can be seen from the graph of FIG. 5 that an output displacement ratio higher than that of the comparative example is obtained in the range of 0.6 ≦ (bridge width / chamber width) ≦ 1.0.

なお、第3実施形態において、電極板320に本発明の非印加部を形成してもよい。   In the third embodiment, the non-application portion of the present invention may be formed on the electrode plate 320.

また、このように電極パッド部を圧電不活性にする構成は、これに限定されない。たとえば、電極パッド部内のみを未分極状態とした構成にしてもよい。   In addition, the configuration in which the electrode pad portion is piezoelectrically inactive is not limited to this. For example, a configuration may be adopted in which only the inside of the electrode pad portion is in an unpolarized state.

以上説明したように、本発明のいずれの実施形態においても、駆動時にピエゾ素子の電極パッド部が駆動部のたわみ変形を拘束する力が小さくなるので、大きな出力変位を得ることができる。   As described above, in any of the embodiments of the present invention, the force with which the electrode pad portion of the piezo element restrains the deflection deformation of the drive portion during driving is reduced, so that a large output displacement can be obtained.

また、所望の出力変位を得るための必要な駆動電圧も小さくて済むので、インクジェット記録ヘッド全体として高い効率で駆動でき、小型化を図ることも可能となる。   Further, since a drive voltage necessary for obtaining a desired output displacement can be reduced, the entire ink jet recording head can be driven with high efficiency, and the size can be reduced.

加えて、従来の構成では電極パッド部自身も駆動部と同様のメカニズムでたわみ変形しようとして発生する内力がインクジェット記録ヘッドに不要な振動を発生させていたが、これも防止できる。   In addition, in the conventional configuration, the internal force generated when the electrode pad portion itself tries to bend and deform by the same mechanism as that of the driving portion causes unnecessary vibration in the ink jet recording head, but this can also be prevented.

さらに、ピエゾ素子に対して作用する力(内部応力)が小さくなるので、ピエゾ素子の振動板や電極板に対する接着信頼性が向上すると共にピエゾ素子自体の寿命も長くなる。   Further, since the force (internal stress) acting on the piezo element is reduced, the reliability of adhesion of the piezo element to the vibration plate and electrode plate is improved and the life of the piezo element itself is also extended.

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明に好適な実施形態を示したものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。すなわち、本発明の主旨を逸脱することなく、種々の変形、改良、修正、簡略化などを、上記実施形態に加えてもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these embodiment showed embodiment suitable for this invention, and this invention is not limited to these. That is, various modifications, improvements, corrections, simplifications, and the like may be added to the above-described embodiment without departing from the gist of the present invention.

また、インクジェット記録装置として、上記ではインクジェット記録ヘッドをキャリッジによって移動させながら液滴吐出を行う形態としたが、ノズル140を記録媒体の全幅にわたって配置したライン型の液滴吐出ヘッドを用い、このライン型ヘッドを固定して、記録媒体のみを搬送しながら記録を行う(この場合は主走査のみとなる)など、別の装置形態に本発明を適用することも可能である。   Further, in the above description, the ink jet recording apparatus is configured to perform liquid droplet ejection while moving the ink jet recording head by the carriage. However, a line type liquid droplet ejection head in which the nozzles 140 are arranged over the entire width of the recording medium is used. It is also possible to apply the present invention to another apparatus configuration, such as performing printing while fixing only the recording medium while fixing the mold head (in this case, only main scanning is performed).

本発明の第1実施形態のインクジェット記録ヘッドを部分的に示し、(A)は平面図、(B)は(A)のB−B線断面図である。The inkjet recording head of 1st Embodiment of this invention is shown partially, (A) is a top view, (B) is the BB sectional drawing of (A). (A)及び(B)はいずれも本発明の第1実施形態のインクジェット記録ヘッドを駆動状態で部分的に示す断面図である。(A) And (B) is sectional drawing which shows partially the inkjet recording head of 1st Embodiment of this invention in a drive state. 本発明のインクジェット記録装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the inkjet recording device of this invention. 比較例のインクジェット記録ヘッドを部分的に示し、(A)は概略斜視図、(B)は断面図である。The inkjet recording head of a comparative example is partially shown, (A) is a schematic perspective view, and (B) is a sectional view. 本発明及び比較例のインクジェット記録ヘッドにおける出力変化比率を示すグラフである。It is a graph which shows the output change ratio in the inkjet recording head of this invention and a comparative example. 本発明の第2実施形態のインクジェット記録ヘッドを部分的に示し、(A)は平面図、(B)は(A)のB−B線断面図である。The inkjet recording head of 2nd Embodiment of this invention is shown partially, (A) is a top view, (B) is the BB sectional drawing of (A). (A)及び(B)はいずれも本発明の第2実施形態のインクジェット記録ヘッドを駆動状態で部分的に示す断面図である。(A) And (B) is sectional drawing which shows partially the inkjet recording head of 2nd Embodiment of this invention in a drive state. 本発明の第3実施形態のインクジェット記録ヘッドを部分的に示し、(A)は平面図、(B)は(A)のB−B線断面図である。The inkjet recording head of 3rd Embodiment of this invention is shown partially, (A) is a top view, (B) is the BB sectional drawing of (A). (A)及び(B)はいずれも本発明の第3実施形態のインクジェット記録ヘッドを駆動状態で部分的に示す断面図である。(A) And (B) is sectional drawing which shows partially the inkjet recording head of 3rd Embodiment of this invention in a drive state.

符号の説明Explanation of symbols

102 インクジェット記録装置
104 キャリッジ
106 主走査機構
108 副走査機構
112 インクジェット記録ヘッド
114S ノズル面
116 ノズルプレート
118 チャンバープレート
118H チャンバー部
120 電極板
120A 第1電極部
120B 第2電極部
120C 第3電極部
120D 第4電極部
122A 駆動用電極対
122B 分極用電極対
124 振動板
136 インク流路
140 ノズル
142 インクチャンバー
144 ピエゾ素子
144D 駆動部
144P 電極パッド部
144A 第1分極部
144B 第2分極部
146 インク供給路
154 ピエゾアクチュエータ
212 インクジェット記録ヘッド
220 電極板
220A 第1電極部
220C 第3電極部
312 インクジェット記録ヘッド
320 電極板
320A 第1電極部
324H 孔部
324 振動板
344 ピエゾ素子
412 インクジェット記録ヘッド
420 電極板
420A 第1電極部
424 振動板
444 ピエゾ素子
444D 駆動部
BE バンド領域
BS 境界面
P 記録用紙
M 主走査方向
S 副走査方向
102 Inkjet recording apparatus 104 Carriage 106 Main scanning mechanism 108 Sub scanning mechanism 112 Inkjet recording head 114S Nozzle surface 116 Nozzle plate 118 Chamber plate 118H Chamber portion 120 Electrode plate 120A First electrode portion 120B Second electrode portion 120C Third electrode portion 120D First 4 electrode part 122A drive electrode pair 122B polarization electrode pair 124 diaphragm 136 ink flow path 140 nozzle 142 ink chamber 144 piezo element 144D drive part 144P electrode pad part 144A first polarization part 144B second polarization part 146 ink supply path 154 Piezo actuator 212 Inkjet recording head 220 Electrode plate 220A First electrode portion 220C Third electrode portion 312 Inkjet recording head 320 Electrode plate 320A First electrode portion 32 4H Hole 324 Vibration plate 344 Piezo element 412 Inkjet recording head 420 Electrode plate 420A First electrode portion 424 Vibration plate 444 Piezo element 444D Drive unit BE Band area BS Boundary surface P Recording paper M Main scanning direction S Sub scanning direction

Claims (9)

インクが充填される複数のインクチャンバーと、
前記インクチャンバーと連通してインクチャンバーのインクをインク滴として吐出するためのノズルと、
前記インクチャンバーの開口面に配置されてインクチャンバーの可動壁を構成し、変形によりインクチャンバーを膨張又は圧縮させる振動板と、
前記振動板に接合され、チャンバー隔壁に対応した位置に配置された電極パッド部と、前記インクチャンバーに対応した位置に配置された駆動部と、が一体化されたピエゾ素子と、
前記振動板とでピエゾ素子を挟むように配置され振動板との間に画像情報に応じた駆動電圧を生じさせる電極板と、
を有し、
前記駆動部が、前記駆動電圧の印加によってたわみ変形する方向に分極された第1分極部とされ、
前記電極パッド部が、前記駆動電圧の印加によってせん断変形する方向へ分極された第2分極部とされている、
ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
A plurality of ink chambers filled with ink;
A nozzle communicating with the ink chamber to eject ink in the ink chamber as ink droplets;
A vibration plate disposed on an opening surface of the ink chamber to constitute a movable wall of the ink chamber, and to expand or compress the ink chamber by deformation;
Piezoelectric elements in which an electrode pad portion that is bonded to the diaphragm and disposed at a position corresponding to the chamber partition and a driving portion disposed at a position corresponding to the ink chamber are integrated;
An electrode plate that is arranged so as to sandwich a piezo element with the diaphragm and generates a driving voltage according to image information between the diaphragm and the diaphragm;
Have
The drive unit is a first polarization unit that is polarized in a direction in which it is deformed by application of the drive voltage,
The electrode pad portion is a second polarization portion that is polarized in a direction of shear deformation by application of the drive voltage.
An ink jet recording head.
前記第1分極部が、前記駆動電圧の電圧印加方向と同方向に分極され、
前記第2分極部が、前記駆動電圧の電圧印加方向と略直交する方向に分極され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記録ヘッド。
The first polarization part is polarized in the same direction as the voltage application direction of the drive voltage;
The inkjet recording head according to claim 1, wherein the second polarization portion is polarized in a direction substantially orthogonal to a voltage application direction of the drive voltage.
前記第2分極部の分極方向が、前記電極パッド部が前記駆動電圧の印加によって前記駆動部へ向けてせん断変形する方向であることを特徴とする請求項2に記載のインクジェット記録ヘッド。   3. The ink jet recording head according to claim 2, wherein the polarization direction of the second polarization portion is a direction in which the electrode pad portion undergoes shear deformation toward the drive portion by application of the drive voltage. 前記第2分極部の分極方向が、前記電極パッド部と前記駆動部との境界線から前記電極パッド部の外周に向かう方向であることを特徴とする請求項2に記載のインクジェット記録ヘッド。   3. The ink jet recording head according to claim 2, wherein a polarization direction of the second polarization portion is a direction from a boundary line between the electrode pad portion and the driving portion toward an outer periphery of the electrode pad portion. 前記電極板又は前記振動板の少なくとも一方に、前記電極パッド部を分極させて前記第2分極部とするための分極電圧を印加する分極用電極対、
が形成されていることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッド。
A pair of electrodes for polarization that applies a polarization voltage to polarize the electrode pad portion to form the second polarization portion on at least one of the electrode plate or the diaphragm;
The inkjet recording head according to claim 1, wherein the inkjet recording head is formed.
前記分極用電極対の一方が、前記駆動部と前記電極パッド部との境界線に沿うように形成され、他方が、それと略一定の距離を隔てて沿うように形成されていることを特徴とする請求項5に記載のインクジェット記録ヘッド。   One of the electrode pairs for polarization is formed along a boundary line between the drive unit and the electrode pad unit, and the other is formed along a substantially constant distance from the other. The ink jet recording head according to claim 5. インクが充填される複数のインクチャンバーと、
前記インクチャンバーと連通してインクチャンバーのインクをインク滴として吐出するためのノズルと、
前記インクチャンバーの開口面に配置されてインクチャンバーの可動壁を構成し、変形によりインクチャンバーを膨張又は圧縮させる振動板と、
前記振動板に接合され、チャンバー隔壁に対応した位置に配置される電極パッド部と、前記インクチャンバーに対応した位置に配置される駆動部と、が一体化されたピエゾ素子と、
前記振動板とでピエゾ素子を挟むように配置され振動板との間に画像情報に応じた駆動電圧を生じさせる電極板と、
を有し、
前記駆動部が、前記駆動電圧の印加によってたわみ変形する方向に分極された分極部とされ、
前記電極パッド部が、非分極部とされている、
ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
A plurality of ink chambers filled with ink;
A nozzle communicating with the ink chamber to eject ink in the ink chamber as ink droplets;
A vibration plate disposed on an opening surface of the ink chamber to constitute a movable wall of the ink chamber, and to expand or compress the ink chamber by deformation;
A piezoelectric element that is integrated with an electrode pad portion that is bonded to the diaphragm and is disposed at a position corresponding to the chamber partition, and a drive portion that is disposed at a position corresponding to the ink chamber;
An electrode plate that is arranged so as to sandwich a piezo element with the diaphragm and generates a driving voltage according to image information between the diaphragm and the diaphragm;
Have
The drive unit is a polarization unit that is polarized in a direction in which it is deformed by application of the drive voltage,
The electrode pad portion is a non-polarized portion;
An ink jet recording head.
インクが充填される複数のインクチャンバーと、
前記インクチャンバーと連通してインクチャンバーのインクをインク滴として吐出するためのノズルと、
前記インクチャンバーの開口面に配置されてインクチャンバーの可動壁を構成し、変形によりインクチャンバーを膨張又は圧縮させる振動板と、
前記振動板に接合され、チャンバー隔壁に対応した位置に配置される電極パッド部と、前記インクチャンバーに対応した位置に配置される駆動部と、が一体化されたピエゾ素子と、
前記振動板とでピエゾ素子を挟むように配置され振動板との間に画像情報に応じた駆動電圧を生じさせる電極板と、
を有し、
前記駆動部が、前記電圧印加によってたわみ変形する方向に分極され、
前記振動板と前記電極板の少なくとも一方に、前記電極パッド部には前記駆動電圧を印加させない非印加部が形成されている、
ことを特徴とするインクジェット記録ヘッド。
A plurality of ink chambers filled with ink;
A nozzle communicating with the ink chamber to eject ink in the ink chamber as ink droplets;
A vibration plate disposed on an opening surface of the ink chamber to constitute a movable wall of the ink chamber, and to expand or compress the ink chamber by deformation;
A piezoelectric element that is integrated with an electrode pad portion that is bonded to the diaphragm and is disposed at a position corresponding to the chamber partition, and a drive portion that is disposed at a position corresponding to the ink chamber;
An electrode plate that is arranged so as to sandwich a piezo element with the diaphragm and generates a driving voltage according to image information between the diaphragm and the diaphragm;
Have
The driving unit is polarized in a direction in which the driving unit bends and deforms when the voltage is applied;
At least one of the diaphragm and the electrode plate is formed with a non-application portion that does not apply the drive voltage to the electrode pad portion.
An ink jet recording head.
請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のインクジェット記録ヘッドを有することを特徴とするインクジェット記録装置。   An ink jet recording apparatus comprising the ink jet recording head according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009012207A (en) * 2007-07-02 2009-01-22 Kyocera Corp Liquid discharge head
JP2021101195A (en) * 2020-11-17 2021-07-08 I−Pex株式会社 Substance detection element
US11448619B2 (en) 2017-03-31 2022-09-20 Dai-Ichi Seiko Co., Ltd. Substance detecting element

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