JP2010069618A - Liquid discharging head and piezoelectric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液体吐出ヘッド及び圧電アクチュエータに関するものである。 The present invention relates to a liquid discharge head and a piezoelectric actuator.
液体吐出ヘッドとしてのインクジェットヘッドにおいて、複数の圧力室とその各圧力室とそれぞれ連通する複数のノズルとを有するキャビティユニットと、前記キャビティユニットに固着された積層型圧電アクチュエータとを備えるものは知られており、そのような圧電アクチュエータは、複数の圧電層と駆動に用いる駆動電極とを厚み方向に積層して構成されている。 An ink jet head as a liquid discharge head is known which includes a cavity unit having a plurality of pressure chambers and a plurality of nozzles respectively communicating with the pressure chambers, and a laminated piezoelectric actuator fixed to the cavity unit. Such a piezoelectric actuator is configured by laminating a plurality of piezoelectric layers and drive electrodes used for driving in the thickness direction.
そのようなアクチュエータは、通常、2層あるいは3層の圧電素子(PZT)単板と駆動電極とを厚み方向に積層し焼成することにより形成されるが、駆動電極の配置が厚み方向において対称でないと、焼成後のアクチュエータに、いわゆる反りが発生する。 Such an actuator is usually formed by laminating and firing a two-layer or three-layer piezoelectric element (PZT) single plate and a drive electrode in the thickness direction, but the arrangement of the drive electrodes is not symmetrical in the thickness direction. Then, so-called warpage occurs in the actuator after firing.
つまり図13に示すように、圧電アクチェエータ101は、圧力室14Aaを平面視したとき(キャビティユニット102と圧電アクチュエータ101との積層方向から見たとき)、最も上側の圧電層103(第1層)の上側に形成され圧力室102aの中央部分に対応する個別電極121と、上側から2番目の圧電層104(第2層・振動板)の上側に全体に亘って形成されるグランド電極122とを備える。焼成後のアクチュエータは、圧電材と電極材の収縮率が異なるために、駆動電極の配置が厚み方向において対称でないと、図14に示すように、いわゆる反りが発生する。
That is, as shown in FIG. 13, the
そこで、複数の圧電層を有する構造において、それらの間に駆動に用いる駆動電極と駆動変形に寄与しないダミー電極とを厚み方向において対称に形成することで、圧電素子(PZT)と電極との熱収縮率が異なることを原因とする、焼成時における圧電アクチュエータの反りを矯正することが提案されている(たとえば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の技術のように、駆動電極とダミー電極とを対称に形成することで、焼成時における圧電アクチュエータの反りを矯正することができるが、駆動変形に寄与する駆動電極とは異なり、ダミー電極は駆動変形に寄与しないので、ダミー電極は焼成後には無駄なものとなる。また、駆動電極のほかに、そのようなダミー電極を設けることは、圧電アクチュエータの大型化の原因ともなる。
As in the technique described in
この発明は、ダミー電極を利用して、焼成時における反りを抑制するだけでなく、前記複数の圧電層の、前記圧力室側からの亀裂の有無を検査することもできる液体吐出ヘッド及び圧電アクチュエータを提供することを目的とする。 The present invention uses a dummy electrode to not only suppress warping during firing but also to inspect the presence or absence of cracks in the plurality of piezoelectric layers from the pressure chamber side and a piezoelectric actuator The purpose is to provide.
請求項1の発明は、複数の圧力室とその各圧力室とそれぞれ連通する複数のノズルとを有するキャビティユニットと、前記キャビティユニットに固着された積層型圧電アクチュエータと、を備えている液体吐出ヘッドであって、前記積層型圧電アクチュエータは、複数の圧電層と駆動に用いる駆動電極とダミー電極とが厚み方向に積層されて構成されるとともに、その積層体の積層方向において前記ダミー電極が前記駆動電極よりも前記圧力室側に位置しており、前記ダミー電極は、前記圧電アクチュエータの焼成時において前記駆
動に用いる電極による反りを抑制するとともに、前記複数の圧電層の、前記圧力室側からの亀裂の有無を検査する機能を有することを特徴とする。ここで、「駆動に用いる駆動電極」とは、駆動に用いる、つまり圧電層に電界を付与し、圧電層の変形に寄与する電極を意味する。「ダミー電極」とは、駆動に用いない、つまり圧電層に電界を付与したり圧電層の変形に寄与したりしない電極を意味する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a liquid discharge head comprising: a cavity unit having a plurality of pressure chambers and a plurality of nozzles respectively communicating with the pressure chambers; and a stacked piezoelectric actuator fixed to the cavity unit. The laminated piezoelectric actuator is configured by laminating a plurality of piezoelectric layers, a drive electrode used for driving and a dummy electrode in the thickness direction, and the dummy electrode is driven in the stacking direction of the laminate. The dummy electrode is positioned closer to the pressure chamber than the electrode, and the dummy electrode suppresses warping due to the electrode used for driving during firing of the piezoelectric actuator, and the plurality of piezoelectric layers from the pressure chamber side. It has a function of inspecting the presence or absence of cracks. Here, the “driving electrode used for driving” means an electrode used for driving, that is, an electrode that contributes to deformation of the piezoelectric layer by applying an electric field to the piezoelectric layer. “Dummy electrode” means an electrode that is not used for driving, that is, does not apply an electric field to the piezoelectric layer or contribute to deformation of the piezoelectric layer.
このようにすれば、積層型圧電アクチュエータが、複数の圧電層と駆動に用いる駆動電極とダミー電極とを厚み方向に積層して構成されるとともに、前記ダミー電極が、その積層体の積層方向において前記駆動電極よりも前記圧力室側に位置しているので、前記ダミー電極の機能により、焼成時において前記駆動に用いる電極による、圧電アクチュエータの反りが抑制(あるいは矯正)される。また、焼成後においては、ダミー電極を利用して、前記複数の圧電層の、前記圧力室側からの亀裂の有無を検査することもできる。 In this way, the laminated piezoelectric actuator is configured by laminating a plurality of piezoelectric layers, drive electrodes used for driving and dummy electrodes in the thickness direction, and the dummy electrodes are arranged in the stacking direction of the laminate. Since it is located closer to the pressure chamber than the drive electrode, the function of the dummy electrode suppresses (or corrects) warpage of the piezoelectric actuator due to the electrode used for the drive during firing. In addition, after firing, the presence or absence of cracks from the pressure chamber side of the plurality of piezoelectric layers can be inspected using dummy electrodes.
請求項2に記載のように、請求項1の液体吐出ヘッドにおいて、前記ダミー電極は、前記各圧力室に対応する領域に存在するとともに、隣接する2つの前記圧力室の間に対応する領域には存在しないように形成されている構成とすることができる。 According to a second aspect of the present invention, in the liquid ejection head according to the first aspect, the dummy electrode exists in a region corresponding to each of the pressure chambers and a region corresponding to a space between two adjacent pressure chambers. Can be configured so as not to exist.
このようにすれば、前記ダミー電極は、隣接する2つの前記圧力室の間に対応する領域には存在しないように形成されていても、前記各圧力室に対応する領域に存在するので、そのダミー電極を、前記複数の圧電層の、前記圧力室側からの亀裂の有無の検査(検出)に利用することができる。 In this case, even if the dummy electrode is formed so as not to exist in a region corresponding to the space between two adjacent pressure chambers, it exists in a region corresponding to each pressure chamber. The dummy electrode can be used for inspection (detection) of the presence or absence of cracks from the pressure chamber side of the plurality of piezoelectric layers.
請求項3に記載のように、請求項1の液体吐出ヘッドにおいて、前記ダミー電極は、前記圧電層の全域にわたって形成されている構成とすることも可能である。 According to a third aspect of the present invention, in the liquid discharge head according to the first aspect, the dummy electrode may be formed over the entire area of the piezoelectric layer.
このようにすれば、ダミー電極は、前記圧電層の全域にわたって形成されているので、圧力室との関係を考慮する必要がなく、製造が容易である。 In this case, since the dummy electrode is formed over the entire area of the piezoelectric layer, it is not necessary to consider the relationship with the pressure chamber, and manufacturing is easy.
請求項4に記載のように、請求項1〜3のいずれかの液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動に用いる電極のみを配置した場合における前記圧電アクチュエータの焼成時における反り量よりも、前記駆動に用いる電極および前記ダミー電極を配置した場合における前記圧電アクチュエータの焼成時における反り量が小さくなるように、前記ダミー電極が設けられていることが望ましい。 According to a fourth aspect of the present invention, in the liquid discharge head according to any one of the first to third aspects, the amount of warpage during firing of the piezoelectric actuator when only the electrode used for the driving is disposed is used for the driving. It is desirable that the dummy electrode is provided so that the amount of warpage when the piezoelectric actuator is fired when the electrode and the dummy electrode are arranged is small.
このようにすれば、ダミー電極を設けることで、設けない場合に比べて、前記圧電アクチュエータの焼成時における反り量が小さくなる。 In this case, the provision of the dummy electrode reduces the amount of warping during firing of the piezoelectric actuator, compared to the case where the dummy electrode is not provided.
請求項5に記載のように、請求項1〜3のいずれかの液体吐出ヘッドにおいて、前記駆動に用いる電極のみを配置した場合における前記圧電アクチュエータの焼成時における反り量と、前記駆動に用いる電極および前記ダミー電極のみを配置した場合における前記圧電アクチュエータの焼成時における反り量との差が一定量以下となるように、前記ダミー電極の大きさと設けられる位置とが設定されていることが望ましい。 なお、ここでの反り量とは、反りの方向には関係しない絶対値である。
The liquid discharge head according to any one of
このようにすれば、ダミー電極を設け、そのダミー電極の大きさと設けられる位置とを設定することで、ダミー電極を設けない場合の、前記圧電アクチュエータの焼成時における反り量との差が一定量以下となる。 In this way, by providing a dummy electrode and setting the size of the dummy electrode and the position where the dummy electrode is provided, the difference between the amount of warpage during firing of the piezoelectric actuator when the dummy electrode is not provided is a constant amount. It becomes as follows.
請求項6に記載のように、請求項4または5の液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータは、前記厚み方向の中間面より圧力室側に配置される各電極の面積と前記中間
面から各電極までの長さとの積の和が、厚さ方向の中間面より反圧力室側に配置される各電極の面積と前記中間面から各電極までの長さとの積の和と等しくなるように、駆動に用いる電極およびダミー電極が配置されている構成とすることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the liquid discharge head according to the fourth or fifth aspect, the piezoelectric actuator includes an area of each electrode disposed on the pressure chamber side with respect to the intermediate surface in the thickness direction and each electrode from the intermediate surface. So that the sum of the products up to the length is equal to the sum of the product of the area of each electrode arranged on the counter pressure chamber side from the intermediate surface in the thickness direction and the length from the intermediate surface to each electrode. It can be set as the structure by which the electrode used for a drive and the dummy electrode are arrange | positioned.
このようにすれば、駆動に用いる電極とダミー電極との大きさ(面積)、位置のバランスがとられ、前記圧電アクチュエータの焼成時における反りが抑制される。 In this way, the size (area) and position of the electrode used for driving and the dummy electrode are balanced, and warpage during firing of the piezoelectric actuator is suppressed.
請求項7に記載のように、請求項1〜6のいずれかの液体吐出ヘッドにおいて、前記キャビティユニットは、導電性を有するように構成されるもので、前記ダミー電極と前記キャビティユニットには、それらの間の導通状態を検査する検査手段が接続可能である構成とすることができる。
In the liquid discharge head according to any one of
このようにすれば、ダミー電極と、導電性を有するキャビティユニットとの間の導通状態(例えば、電気抵抗や電流の状態)を、検査手段にて検査することで、前記複数の圧電層の、前記圧力室側からの亀裂の有無を検査することができる。 In this way, by inspecting the conduction state (for example, the state of electrical resistance and current) between the dummy electrode and the conductive cavity unit with the inspection means, the plurality of piezoelectric layers are The presence or absence of cracks from the pressure chamber side can be inspected.
請求項8に記載のように、請求項1〜6のいずれかの液体吐出ヘッドにおいて、前記キャビティユニットは、導電性を有するように構成されるもので、前記圧力室側の圧電層およびそれよりも前記圧力室から離れた圧電層に、ダミー電極もしくは駆動に用いる電極がそれぞれ設けられ、前記ダミー電極もしくは前記駆動電極と前記キャビティユニットには、それらの間の導通状態を検査する検査手段がそれぞれ接続可能であることが望ましい。
The liquid discharge head according to any one of
このようにすれば、ダミー電極もしくは前記駆動電極と、導電性を有するキャビティユニットとの間の導通状態を、検査手段にて検査することで、前記複数の圧電層の、前記圧力室側からの亀裂の有無を検査することができる。 In this case, the inspection state of the conduction state between the dummy electrode or the drive electrode and the conductive cavity unit is inspected, so that the plurality of piezoelectric layers are separated from the pressure chamber side. The presence or absence of cracks can be inspected.
請求項9に記載のように、請求項1〜6のいずれかの液体吐出ヘッドにおいて、前記圧力室側の圧電層およびそれよりも前記圧力室から離れた圧電層に、ダミー電極もしくは駆動に用いる電極がそれぞれ設けられ、前記圧力室側の圧電層およびそれの上側の圧電層のダミー電極もしくは駆動に用いる電極には、それらの間の導通状態を検査する検査手段が接続可能であることが望ましい。
In the liquid discharge head according to any one of
このようにすれば、前記圧力室側の圧電層およびそれの上側の圧電層のダミー電極もしくは駆動に用いる電極の間の導通状態を、前記複数の圧電層の、前記圧力室側からの亀裂の有無を検査することができる。 In this way, the conduction state between the piezoelectric layer on the pressure chamber side and the dummy electrode or the electrode used for driving on the piezoelectric layer on the upper side of the piezoelectric layer can be determined by the cracks of the plurality of piezoelectric layers from the pressure chamber side. Existence can be checked.
請求項10に記載のように、請求項1〜9のいずれかの液体吐出ヘッドにおいて、前記圧電アクチュエータは、前記駆動電極が前記厚み方向における前記圧力室と離れる側の部分に偏って設けられこの部分が活性部になるとともに、前記駆動電極が設けられていない前記圧力室に近接する側の部分が非活性部となるユニモルフタイプの圧電アクチュエータであり、前記ダミー電極は、前記非活性部となる部分に設けられている構成とすることができる。ここで、「活性部」とは、電圧の印加・非印加で、変形状態になったり、非変形状態になったりして形態が変化する部分を意味し、「非活性部」は、そのように形態が変化しない部分を意味する。 According to a tenth aspect of the present invention, in the liquid discharge head according to any one of the first to ninth aspects, the piezoelectric actuator is provided so as to be biased to a portion of the thickness direction on the side away from the pressure chamber. The portion is an active portion, and a portion close to the pressure chamber where the driving electrode is not provided is a unimorph type piezoelectric actuator in which the non-active portion is provided, and the dummy electrode is the inactive portion It can be set as the structure provided in the part. Here, the “active part” means a part that changes its shape by applying or not applying a voltage, and becomes a deformed state or a non-deformed state. This means the part where the shape does not change.
このようにすれば、液体の吐出のために形態が変化する(変形状態になったり非変形状態になったりする)活性部となる部分ではなく、形態が変化しない非活性部となる部分にダミー電極を設けているので、ダミー電極が液体の吐出に影響を与えるおそれがない。 In this way, it is not a part that becomes an active part that changes its form due to liquid discharge (becomes deformed or non-deformed) but a part that becomes an inactive part whose form does not change. Since the electrode is provided, there is no possibility that the dummy electrode affects the liquid ejection.
請求項11に記載のように、請求項1〜9のいずれかの液体吐出ヘッドにおいて、前記
圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部分に対応する第1の活性部と、前記圧力室の中央部分よりも外周側の部分に対応する第2の活性部を備えるものであり、前記駆動に用いる電極は、前記第1の活性部に対応する領域と前記第2の活性部に対応する領域とに跨ってこれら両領域をともに占めるように形成された個別電極と、前記第1の活性部に対応する領域を占めるように形成された第1の定電位電極と、少なくとも前記第2の活性部に対応する領域を占めるように形成された第2の定電位電極とを備えるものである構成とすることができる。
The liquid ejection head according to any one of
このようにすれば、第1の活性部の変形が、隣の圧力室に対する第1の活性部に伝達されるのが第2の活性部にてキャンセルされ、いわゆるクロストークの抑制に有利な構造を実現できる。 In this way, the deformation of the first active portion is transmitted to the first active portion with respect to the adjacent pressure chamber is canceled by the second active portion, which is advantageous for suppressing so-called crosstalk. Can be realized.
請求項12の発明は、複数の圧力室とその各圧力室とそれぞれ連通する複数のノズルとを有するキャビティユニットに固着される積層型圧電アクチュエータであって、複数の圧電層と駆動に用いる駆動電極とダミー電極とが厚み方向に積層されて構成されるとともに、前記ダミー電極は、その積層体の積層方向における前記圧力室側に位置しており、焼成時において前記駆動に用いる電極による反りを抑制するとともに、前記複数の圧電層の、前記圧力室側からの亀裂の有無を検査する機能を有することを特徴とする。
The invention according to
このようにすれば、ダミー電極により、焼成時において前記駆動に用いる電極による、圧電アクチュエータの反りが抑制(あるいは矯正)され、また、焼成後においては、ダミー電極を利用して、前記複数の圧電層の、前記圧力室側からの亀裂の有無を検査することもできる。 In this way, the dummy electrode suppresses (or corrects) the warp of the piezoelectric actuator due to the electrode used for driving during firing, and after firing, the plurality of piezoelectric elements are utilized using the dummy electrode. It is also possible to inspect the layer for cracks from the pressure chamber side.
本発明は、上記のように、複数の圧電層と駆動に用いる駆動電極とダミー電極とが厚み方向に積層されて構成されるとともに、前記ダミー電極が、その積層体の積層方向における前記圧力室側に位置しているので、前記ダミー電極によって、焼成時において前記駆動に用いる電極による、反りを抑制(あるいは矯正)することができる。また、焼成後においては、ダミー電極を利用して、前記複数の圧電層の、前記圧力室側からの亀裂の有無を検査することもできる。 As described above, the present invention is configured by laminating a plurality of piezoelectric layers, a drive electrode used for driving, and a dummy electrode in the thickness direction, and the dummy electrode is formed in the pressure chamber in the stacking direction of the laminate. Therefore, the dummy electrode can suppress (or correct) the warp caused by the electrode used for driving during firing. In addition, after firing, the presence or absence of cracks from the pressure chamber side of the plurality of piezoelectric layers can be inspected using dummy electrodes.
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
(第1の実施の形態)
図1(a)は本発明の第1の実施の形態にかかるインクジェットプリンタ(液滴吐出装置)の概略構成を示す概略構成図、図1(b)は本発明にかかるキャビティユニット、圧電アクチュエータ及びフレキシブル配線板(COP)の関係を示す説明図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1A is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration of an ink jet printer (droplet ejection apparatus) according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram illustrating a cavity unit, a piezoelectric actuator, and a piezoelectric actuator according to the present invention. It is explanatory drawing which shows the relationship of a flexible wiring board (COP).
本発明に係るインクジェットプリンタ1は、図1(a)に示すように、インクカートリッジ(図示せず)が搭載されるキャリッジ2の下面に、記録用紙P(記録媒体)に記録するためのインクジェットヘッド3(液滴吐出ヘッド)が設けられている。キャリッジ2はプリンタフレーム4内に設けられるキャリッジ軸5とガイド板(図示せず)とによって支持され、記録用紙Pの搬送方向Aと直交する方向Bにおいて往復移動する構成とされている。図示しない給紙部からA方向に搬送される記録用紙Pは、プラテンローラ(図示せず)とインクジェットヘッド3との間に導入されて、インクジェットヘッド3から記録用紙Pに向けて吐出されるインクにより所定の記録がなされ、その後排紙ローラ6にて排紙される。
As shown in FIG. 1A, an
また、図1(b)に示すように、インクジェットヘッド3は、キャビティユニット11
と、圧電アクチュエータ12とを下側から順に備え、圧電アクチュエータ12の上面に駆動信号を供給するフレキシブル配線板13(信号線)が設けられている。
Further, as shown in FIG. 1B, the
The
キャビティユニット11は、図2に示すように、複数枚のプレート部材からなる積層体14を含む。その積層体14の上側には、振動板としての圧電層15(トッププレート)が設けられる一方、下側には、ノズル穴16aを有するノズルプレート16及びノズル穴16aに対応して貫通穴17aを有するスペーサプレート17を貼り合わせてなるプレートアッセンブリ18が一体に貼り付けられている。そして、圧電層15の上側に、各圧力室14Aa内のインク(液体)を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータ12が接合(固着)されている。また、キャビティユニット11の開孔11aには、インク内に含有される塵挨などを捕獲するためのフィルタ19が設けられている。ノズルプレート16は、(積層体14を構成する)キャビティプレート14Aの1つの圧力室14Aaについて、1つのノズル穴16aがそれぞれ設けられた合成樹脂(例えば、ポリイミド樹脂)のプレートである。なお、ノズルプレート16は金属プレートとしてもよい。
As shown in FIG. 2, the cavity unit 11 includes a laminate 14 composed of a plurality of plate members. A piezoelectric layer 15 (top plate) as a vibration plate is provided on the upper side of the
積層体14は、図3に示すように、上側から順にキャビティプレート14A、べースプレート14B、アパチャープレート14C,2枚のマニホールドプレート14D,14E及びダンパープレート14Fがそれぞれ重ねられて金属拡散接合されたものである。これら6枚のプレート14A〜14Fは、各ノズル穴16a毎に個別にインク流路が形成されるように、互いに位置合わせして積層されている。ここで、キャビティプレート14Aは、複数の圧力室14Aaとして機能する開口が、ノズル列に対応して規則的に形成された金属プレートである。べースプレート14Bは、マニホールド14Da,14Ea(共通インク室)から各圧力室14Aaへの連通穴14Ba及び各圧力室14Aaから各ノズル穴16aへの連通穴14Bbがそれぞれ設けられた金属プレートである。アパチャープレート14Cには、それの上面に、各圧力室14Aaとマニホールド14Da,14Eaとを連通する連通路21が凹部通路として形成されるとともに、マニホールド14Da,14Ea(共通インク室)から各圧力室14Aaへの連通穴14Ca及び各圧力室14Aaからノズル穴16aへの連通穴14Cbがそれぞれ設けられた金属プレートである。マニホールドプレート14D,14Eは、マニホールド14Da,14Eaに加えて、各圧力室14Aaから各ノズル穴16aへの連通穴14Db,14Ebがそれぞれ設けられた金属プレートである。ダンパープレート14Fは、下面に凹部として形成されるダンパー室14Faのほか、各圧力室14Aaを各ノズル穴16aに連通する連通穴14Fbが設けられた金属プレートである。
As shown in FIG. 3, the laminate 14 has a cavity plate 14A, a base plate 14B, an aperture plate 14C, two manifold plates 14D and 14E, and a damper plate 14F stacked in order from the upper side and metal diffusion bonded. It is. The six plates 14A to 14F are stacked in alignment with each other so that an ink flow path is individually formed for each nozzle hole 16a. Here, the cavity plate 14A is a metal plate in which openings functioning as a plurality of pressure chambers 14Aa are regularly formed corresponding to the nozzle rows. The base plate 14B is a metal plate provided with communication holes 14Ba from the manifolds 14Da and 14Ea (common ink chambers) to the pressure chambers 14Aa and communication holes 14Bb from the pressure chambers 14Aa to the nozzle holes 16a. On the upper surface of the aperture plate 14C, a
このように、キャビティユニット11は、複数のノズル穴16a、複数のノズル穴16aの各々に連通する複数の圧力室14Aa及びこの圧力室14Aaに供給するインクを一時的に貯留するマニホールド14Da,14Eaを含む構成とされ、複数の圧力室と14Aaが複数のノズル穴16aとそれぞれ連通している。 As described above, the cavity unit 11 includes the plurality of nozzle holes 16a, the plurality of pressure chambers 14Aa communicating with each of the plurality of nozzle holes 16a, and the manifolds 14Da and 14Ea for temporarily storing ink supplied to the pressure chambers 14Aa. The plurality of pressure chambers and 14Aa communicate with the plurality of nozzle holes 16a, respectively.
圧電アクチュエータ12は、図4に示すように、複数層の圧電層12a,12bを上側から順に積層して形成されている。圧電層12a,12bは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料(圧電シート)からなり、その厚み方向において分極している。なお、この実施の形態では圧電層15も、圧電層12a,12b吐同じ材料、つまり、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系のセラミックス材料(圧電シート)からなる。
As shown in FIG. 4, the
そして、圧電アクチェエータ12は、複数の圧電層12a,12bと、駆動に用いる駆動電極である個別電極21及び定電位電極22と、駆動に寄与しないダミー電極23とを厚み方向に積層して構成されている。これら圧電層12a,12bと電極21〜23との積層体の積層方向における圧力室14Aa側に、ダミー電極23が位置している。これは
、圧電アクチュエータの12の厚み方向において、その中心よりも圧力室14Aa側にダミー電極23が位置している、と言い換えることもできる。また、ダミー電極23は、駆動に用いる個別電極21及び定電位電極22よりも圧力室14Aa側に位置している。
The
つまり、図4に示すように、最も上側の圧電層12a(第1層)の上側に形成され圧力室14Aaの中央部分に対応する個別電極21と、上側から2番目の圧電層12b(第2層)の上側に全体に亘って形成されるグランド電極22とを備える。また、上側から3番目の層となる圧電層15の上側に全体に亘って形成されるダミー電極23を備える。ここで、圧力室14Aaの中央部分とは、ノズル穴16aが配列されているノズル列方向Xにおける中央部分である。電極21〜23はAg−Pd系等の金属材料からなる。
That is, as shown in FIG. 4, the
また、各圧電層12a,12bの電極21〜23は、平面視したとき(キャビティユニット11と圧電アクチュエータ12との積層方向から見たとき)、図5に示すように配置されている。即ち、圧電層12a(第1層)の上面側には、各圧力室14Aaに対応して個別電極21がノズル列方向において一定ピッチで形成されている。そして、隣り合う個別電極21は、ノズル列方向において半ピッチずれて形成され、それらの列の間において、各個別電極21の、フレキシブル配線板13の接続端子(図示せず)に接続される接続端子部21aが千鳥状に形成されている。
Further, the
そして、ダミー電極23は、焼成時において前記駆動に用いる電極(個別電極21,定電位電極22)による反りを抑制(あるいは矯正)するという第1の機能を有する。それとともに、複数の圧電層12a,12bの、圧力室14Aa側からの亀裂の有無を検査するという第2の機能も有する。なお、第1の機能を考慮して、圧電層12a,12bの層厚さが設定されている。
The
各個別電極21の接続端子部21aには、フレキシブル配線板13(信号線)を通じて、駆動信号を供給するドライバIC90(図1(b)参照)が電気的に接続される。このドライバIC90及びフレキシブル配線板13によって、圧電アクチュエータ12の活性部Sに駆動電圧を印加する電圧印加手段が構成される。
A driver IC 90 (see FIG. 1B) that supplies a drive signal is electrically connected to the connection terminal portion 21a of each
つまり、圧力室14Aaの容積を変化させるために、個別電極21には、フレキシブル配線板13を通じて、第1の電位(グランド電位)及びそれと異なる第2の電位(正の電位、例えば20V)が選択的に印加される。また、定電位電極22は、第1の電位(グランド電位)が常時付与される。なお、活性部Sは、個別電極21に第2の電位が付与され定電位電極22に第1の電位が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向(分極方向)に分極されている。また、ダミー電極23は、電位を付与する必要はないが、駆動に影響しないように、定電位電極22と同様に第1の電位(グランド電位)が常時付与されるようにしてもよい。
That is, in order to change the volume of the pressure chamber 14Aa, the first potential (ground potential) and the second potential (positive potential, for example, 20 V) different from the first potential (ground potential) are selected for the
このように、圧電アクチェエータ12は、各圧力室14Aaに対応する個別電極21を有し、この個別電極21に、駆動信号として第1の電位(グランド電位)と第2の電位(正の電位)とを選択的に付与することで、圧力室14Aaの容積を変化させてノズル穴16aからインクを吐出させるようになっている。つまり、個別電極21に第1の電位が付与されても活性部Sは変形しないが、第2の電位が付与されると、活性部Sは圧力室14Aa内に突出するように変形し、圧力室14Aaの容積を小さくなるように変化させるので、ノズル穴16aからインクを吐出させることになる。
As described above, the
圧電アクチュエータ12の上記構造においては、駆動に用いる電極(駆動電極21,定電位電極22)のみを配置した場合における圧電アクチュエータの焼成時における反り量(絶対値)と、駆動に用いる電極(駆動電極21,定電位電極22)およびダミー電極2
3のみを配置した場合における圧電アクチュエータ12の焼成時における反り量(絶対値)との差が一定量以下となるように、ダミー電極23の大きさと設けられる位置(圧電層の層厚さを含む)とが予め設定されている。このダミー電極23の大きさと設けられる位置は、種類が異なる圧電アクチュエータごとに、製造に先立って、実験や解析により予め求められる。
In the above-described structure of the
The size of the
例えば、圧電アクチュエータ12は、前記厚み方向の中間面より圧力室14Aa側に配置される各電極の面積と前記中間面から各電極までの長さとの積の和が、厚さ方向の中間面より反圧力室14Aa側に配置される各電極の面積と前記中間面から各電極までの長さとの積の和とがほぼ等しくなるように、駆動に用いる電極(駆動電極21,定電位電極22)およびダミー電極23が配置されている。
For example, in the
このように、圧電アクチェエータ12が、複数の圧電層12a,12bと、駆動電極21と、定電位電極22と、ダミー電極23とを厚み方向に積層して構成されるとともに、ダミー電極23が、その積層体の積層方向における圧力室14Aa側に所定の位置関係で配置するようにしていることから、ダミー電極23によって、圧電アクチュエータ12の焼成時において、駆動に用いる電極(駆動電極21,定電位電極22)のみ設けた場合に発生する反りが抑制される。
As described above, the
よって、圧電アクチュエータ12の構造においては、駆動に影響を与えないダミー電極23を設けるだけで、駆動に用いる電極(個別電極21,定電位電極22)のみを配置した場合における圧電アクチュエータ12の焼成時における反り量よりも、前記駆動に用いる電極および前記ダミー電極を配置した場合における前記圧電アクチュエータの焼成時における反り量が小さくなる(ダミー電極23の第1の機能)。
Therefore, in the structure of the
また、キャビティユニット11は、金属プレートの積層体14を有し導電性を有するように構成されているので、ダミー電極23とキャビティユニット11(キャビティプレート14A)には、それらの間の導通状態を検査する検査手段としての抵抗検出回路41が接続されている。これにより、ダミー電極23とキャビティユニット11との間の導通状態に基づき、振動板としての圧電層15の、圧力室14Aa側からの亀裂、つまり吐出不良の原因となる亀裂の有無を検査することができる(ダミー電極23の第2の機能)。
Further, since the cavity unit 11 has a
このような検査は、圧力室14Aaにインクあるいは導電性を有する検査液を満たした状態で行われる。ダミー電極23とキャビティユニット11(キャビティプレート14A)との間には、導電性を有しない振動板としての圧電層15が存在するので、圧電層15に、圧力室14Aaから圧電層15を貫通してダミー電極23まで延びる亀裂がない場合には、電気抵抗が大きくなる。一方、圧電層15に、圧力室14Aaから圧電層15を貫通してダミー電極23まで延びる亀裂がある場合には、電気抵抗が小さくなる。これは、前記亀裂に浸入した前記インクあるいは導電性を有する検査液を通じて電流が流れるからである。
Such an inspection is performed in a state where the pressure chamber 14Aa is filled with ink or a test liquid having conductivity. Between the
よって、このようにダミー電極23とキャビティユニット11との間の電気抵抗を検査することで、前述したような亀裂がない合格品であるか、亀裂がある不合格品であるかを簡単に判定することができる。
Therefore, by inspecting the electrical resistance between the
次に、制御装置51を中心とするインクジェットプリンタ1の電気的構成について、図6のブロック図を参照して説明する。
Next, the electrical configuration of the
制御装置51は、中央処理装置であるCPUと、プリンタ1の全体動作を制御するための各種プログラムやデータ等が格納されたROMと、前記CPUで処理されるデータ等を
一時的に記憶するRAMと、外部装置との間で信号の送受信を行う入出力インターフェース等で構成されている。
The control device 51 includes a CPU that is a central processing unit, a ROM that stores various programs and data for controlling the overall operation of the
そして、図6に示すように、制御装置51は記録制御部51Aを備えている。この記録制御部51Aは、入力装置52から入力された記録画像に関するデータに基づいて、その画像を記録用紙に記録するように、インクジェットヘッド3、キャリッジ2を駆動するキャリッジ駆動モータ53、搬送機構54の給紙モータ54Aおよび排紙モータ54Bを制御する。さらに、記録制御部51Aは、記録に関する情報やエラーメッセージ等をディスプレイ55に表示させるようになっている。
And as shown in FIG. 6, the control apparatus 51 is provided with the
また、制御装置51は、吐出不良の原因となる、圧力室14Aa側からの亀裂の有無を判定する亀裂判定部51Bを有する。この亀裂判定部51Bは、抵抗検出回路41によって検出される、ダミー電極23とキャビティユニット11(キャビティプレート14A)との間の電気抵抗に基づいて判定することになる。具体的には、亀裂判定部51Bは、抵抗検出回路41で検出された電気抵抗の値が設定値以上である場合には、圧力室14Aa側からダミー電極23まで延びる亀裂がなく正常であると判定する一方、抵抗検出回路41で検出された電気抵抗の値が設定値未満である場合には、圧力室14Aa側からダミー電極23まで延びる亀裂があるために.絶縁性が低下しており、異常であると判定する。さらに、その旨をディスプレイ55に表示させてユーザーに報知する。
In addition, the control device 51 includes a
ここで、抵抗検出回路41による電気抵抗の検出のタイミングは、特定のタイミングに限られず、インクジェットプリンタ1の記録動作中であってもよいし、あるいは、記録動作を行っていない待機中であってもよい。つまり、任意のタイミングにおいて、抵抗検出回路41により、ダミー電極23とキャビティユニット11との間の電気抵抗を測定し、その結果に基づいて、亀裂判定部51Bにより、圧力室14Aa側からダミー電極23まで延びる亀裂の有無の検査を行うことができる。
Here, the detection timing of the electric resistance by the resistance detection circuit 41 is not limited to a specific timing, and may be during the recording operation of the
尚、上述した記録制御部51A及び亀裂判定部51Bのそれぞれの機能は、制御装置51のROMに記憶された各種制御プログラムがCPUによって実行されることにより実現される。
The functions of the
また、最も圧力室14Aa側の層である圧電層15についてだけでなく、それの上側の層である圧電層12bについても圧力室14Aa側からの亀裂の有無を検査することができる。つまり、圧力室14Aa側の圧電層14Aaよりも圧力室14Aaから離れた圧電層12bに、定電位電極22(グランド電位)が設けられているので、具体的に図示していないが、定電位電極22とキャビティユニット11(積層体14)との間の導通状態を検査する別の検査手段(第2の抵抗検出回路)を接続することで、同様に、圧電層15だけでなく、圧電層12bも貫通する、圧力室14Aa側からの亀裂の有無を検査することもできる。
Further, not only the
前記実施の形態では、上側から3番目の層である圧電層15の上側に全体に亘ってダミー電極23を形成しているが、図7及び図8に示すように、ダミー電極23Aは、各圧力室14Aaに対応する領域に存在するとともに、隣接する2つの圧力室14Aaの間に対応する領域には存在しないように形成するようにしてもよい。これは、ダミー電極23Aは圧電アクチュエータの焼成時における反りを抑制するために設けられるものであり、圧電層15の面全体に亘って形成する必要がないからである。また、ダミー電極23による亀裂の有無の検出は、圧力室14Aa内のインクが圧電層15側へ浸透して、吐出機能を阻害することになるおそれがあるかどうかをチェックするためのものであり、この点からも、ダミー電極23Aが圧電層15の上面全域に設けられている必要は特になく、複数の圧力室14Aaとそれぞれ対応する領域に設けられていればよいからである。この実施の
形態では、図8に示すように、ダミー電極23Aは、各圧力室14Aaに対応する領域に形成される複数の第1の部分23Aaと、圧力室14Aaの間の桁部14Ab(図7参照)にノズル列方向Xに形成され各第1の部分23Aaが接続される第2の部分23Abとを備える。なお、この第2の部分23Abは、個別電極21の接続端子部21aが設けられている部位(桁部14Ab)に対応して形成されている。
(第2の実施の形態)
この実施の形態の場合には、圧電アクチュエータ12Aは、図9及び図10に示すように、3つの層(複数層)の圧電層12e,12f,12gを上側から順に積層して形成されている。
In the embodiment, the
(Second Embodiment)
In this embodiment, as shown in FIGS. 9 and 10, the piezoelectric actuator 12A is formed by stacking three layers (multiple layers) of piezoelectric layers 12e, 12f, and 12g in order from the upper side. .
圧電アクチュエータ12Aは、図9及び図10に示すように、最も上側の圧電層12e(第1層)の上側に形成され圧力室14Aaの中央部分に対応する個別電極31と、上側から2番目の圧電層12f(第2層)の上側に形成され圧力室14Aaの中央部分に対応する第1の部分32aを有する第1の定電位電極32と、上側から3番目の圧電層12g(第3層)の上側に全体に亘って形成される第2の定電位電極33とを備える。そして、上側から4番目の層となり振動板として機能する圧電層15の上側に全体に亘って形成されるダミー電極34とを備える。なお、隣り合う個別電極31は、ノズル列方向において半ピッチずれて形成され、それらの列の間において、各個別電極31の、フレキシブル配線板13の接続端子(図示せず)に接続される接続端子部31aが千鳥状に形成されている点は第1の実施の形態と同様である。
As shown in FIGS. 9 and 10, the piezoelectric actuator 12A includes an
第1の活性部S1は個別電極31と第1の定電位電極32とで挟まれた部分であり、圧力室14Aaの中央部分に対応する一方、第2の活性部S2は個別電極31と第2の定電位電極33とで挟まれた部分であり、圧力室14Aaの中央部分よりも外周側の部分に対応する。この第2の活性部S2は、隣り合う圧力室14Aaを仕切る壁である桁部14Abに対応する領域だけでなく、圧力室14Aaの外周縁よりも内側部分(中央部分側)に対応する領域を含む。各個別電極31は、第1及び第2の定電位電極32,33について共有され、電極31〜33はAg−Pd系等の金属材料からなる。
The first active portion S1 is a portion sandwiched between the
そして、圧電アクチュエータ12Aは、駆動に用いる電極(個別電極31,定電位電極32,33)が圧電アクチュエータ12Aの厚み方向における圧力室14Aaと離れる側の部分に偏って設けられ、この部分が第1及び第2の活性部S1,S2になるとともに、前記駆動電極が設けられていない圧力室14Aaに近接する側の部分(圧電層12g及び圧電層15)が非活性部となるユニモルフタイプの圧電アクチュエータである。そして、ダミー電極34は、前記非活性部となる部分に設けられ、前記駆動に用いる電極のみを配置した場合における圧電アクチュエータ12Aの焼成時における反り量(絶対値)と、前記駆動に用いる電極およびダミー電極34を配置した場合における圧電アクチュエータ12Aの焼成時における反り量(絶対値)との差が一定量以下となるように、ダミー電極の34大きさと設けられる位置とが設定されている。
In the piezoelectric actuator 12A, the electrodes (
また、キャビティユニット11は、導電性を有するように構成されているので、ダミー電極34とキャビティユニット11(キャビティプレート14A)には、それらの間の導通状態を検査する検査手段としての抵抗検出回路41が接続されている。これにより、第1の実施の形態と同様に、ダミー電極34とキャビティユニット11との間の導通状態に基づき、振動板としての圧電層15の、圧力室14Aa側からの亀裂、つまり吐出不良の原因となる亀裂の有無を検査することができる。
Further, since the cavity unit 11 is configured to have conductivity, the resistance detection circuit as an inspection unit that inspects the conduction state between the
このように、ダミー電極34は、焼成時において前記駆動に用いる電極(個別電極31,定電位電極32,33)による反りを抑制するとともに、圧電層15の、圧力室14Aa側からの亀裂の有無を検査する機能を有することになる。
As described above, the
ところで、この圧電アクチュエータ12Aにおいては、図9に示すように、個別電極31は、ノズル列方向Xに直交する方向Yにおいて第1の活性部S1に対応する領域と第2の活性部S2に対応する領域とに跨ってこれら両領域をともに占めるように形成されている。第1の定電位電極32は、第1の活性部S1に対応する領域を占めるように形成されている。第2の定電位電極33は、少なくとも第2の活性部S2に対応する領域を占めるように形成されている。そして、第1の活性部S1は、個別電極31に第1の電位が付与され第1の定電位電極32に第2の電位が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向(分極方向)に分極されている。一方、第2の活性部S2は、個別電極31に第2の電位が付与され第2の定電位電極33に第1の電位が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向に分極されている。つまり、電圧が印加される方向と分極方向が同じになるように分極される。
In the piezoelectric actuator 12A, as shown in FIG. 9, the
第1の定電位電極32は、常時第2の電位(正の電位)とされ、第2の定電位電極33は、常時第1の電位(グランド電位)とされる。そして、個別電極31には、第1の電位(グランド電位)と第2の電位(正の電位)とが、圧力室14Aaの容積を変化させるために選択的に付与されるようになっている。次の表1に一例を示す。すなわち、分極時と駆動時とは電圧の印加方向は同一であるが、第1の定電位電極32は常時正の電位(20V:一定)とされ、第2の定電位電極33には常時グランド電位(0V:一定)とされ、個別電極31には正の電位(20V:一定)が付与されたり、その付与が解除されたりする。よって、個別電極31にグランド電位とされるときには、第1の活性部S1に電圧が印加されるが、第2の活性部S2には電圧が印加されず、一方、個別電極31がグランド電位ではなく正の電位とされるときには、第1の活性部S1に電圧が印加されず、第2の活性部S2に電圧が印加されることになる。ここで、駆動時において電極間に印加される電圧は表1に示すように、分極時に印加される電圧よりも小さく、電極間に繰り返し電圧を印加することによる劣化を抑制するようになっている。
The first constant
一方、個別電極31に第1の電位(グランド電位)を付与する、第1の活性部S1への電圧の印加時(駆動時)には、第1の活性部S1は、分極方向と同じ方向に電圧が印加され、圧電横効果により、圧力室14Aaに向かう積層方向Zに伸張し、その積層方向Zと直交するノズル列方向Xに収縮して、圧力室14Aa内の方向へ突出変形する状態となる。一方、圧電層12g,15は、電界の影響を受けないため自発的には縮まないので、上
側に位置する圧電層12e,12fと下側に位置する圧電層12g,15との間で分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じる。このことと、圧電層15がキャビティプレート14に固定されていることとが相侯って、圧電層12e,12fは圧力室14Aa側に凸となるように変形しようとする(ユニモルフ変形)。このため、圧力室14Aaの容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル穴16aからインクが吐出される。
On the other hand, when a voltage is applied to the first active portion S1 that applies a first potential (ground potential) to the individual electrode 31 (during driving), the first active portion S1 has the same direction as the polarization direction. A voltage is applied to the electrode, and the piezoelectric lateral effect expands in the stacking direction Z toward the pressure chamber 14Aa, contracts in the nozzle row direction X orthogonal to the stacking direction Z, and protrudes and deforms in the direction of the pressure chamber 14Aa. It becomes. On the other hand, since the
この第1の活性部S1への電圧の印加時には、第2の活性部S2は、電圧の非印加状態となるので、第1及び第2の方向Z,Xにおいて伸縮しない、変形しない状態に戻ることになる。よって、第1の活性部S1が、圧力室14Aaの方向へ突出変形する際には、第2の活性部S2は、変形しない状態に戻るので、第1の活性部S1の変形の影響が第2の活性部S2によってキャンセルされ、隣の圧力室14Aaにはほとんど及ばず、クロストークが抑制される。つまり、第1の活性部S1に対する電圧の印加と非印加との切替えによる第1の活性部S1の変形が、隣接する圧力室14Aaに伝播するのを抑制するように、第2の活性部S2に対する電圧の印加と非印加が切り替えられる。 When the voltage is applied to the first active portion S1, the second active portion S2 is in a voltage non-applied state, and thus returns to a state where it does not expand and contract in the first and second directions Z and X. It will be. Therefore, when the first active part S1 is projecting and deforming in the direction of the pressure chamber 14Aa, the second active part S2 returns to a state in which it does not deform, and therefore the influence of the deformation of the first active part S1 is the first. 2 is canceled by the second active portion S2, hardly reaching the adjacent pressure chamber 14Aa, and crosstalk is suppressed. That is, the second active portion S2 is controlled so that the deformation of the first active portion S1 due to the switching between the application and non-application of the voltage to the first active portion S1 is prevented from propagating to the adjacent pressure chamber 14Aa. Switching between application and non-application of a voltage is performed.
その後、個別電極31を、第1の定電位電極32と同じ電位(グランド電位)に戻すと、前述したように、第1の活性部S1は変形しない状態となり、第2の活性部S2は、圧力室14Aaから離れる方向に反るように変形し、圧力室14Aaの容積が元の容積に戻るので、マニホールド14Da,14Eaから圧力室14Aa内にインクを吸い込むことになる。
Thereafter, when the
このような第1の活性部S1及び第2の活性部S2の変形によりインクの吐出動作が繰り返され、各吐出動作において、圧力室14Aaの容積変化を大きくして吐出効率を高めると共に、クロストークが抑制される。 Due to such deformation of the first active portion S1 and the second active portion S2, the ink discharge operation is repeated, and in each discharge operation, the volume change of the pressure chamber 14Aa is increased to increase the discharge efficiency and the crosstalk. Is suppressed.
なお、個別電極31に第1の電位を付与した状態を待機状態とし、その後、一旦第2の電位を付与してから再び第1の電気に戻すことによりインクを吐出させる、いわゆる引き打ちという制御方法も可能である。
In addition, the state where the first potential is applied to the
また、ダミー電極34とキャビティユニット11との間の導通状態に基づき、圧電層15の、圧力室14Aa側からの亀裂、つまり吐出不良の原因となる亀裂の有無の検査は、第1の実施の形態と同様に、圧力室14Aaにインクあるいは導電性を有する検査液を満たした状態で行われ、圧電層15に、圧力室14Aaから圧電層15を貫通してダミー電極34まで延びる亀裂がない場合には、電気抵抗が大きくなる。一方、圧電層15に、圧力室14Aaから圧電層15を貫通してダミー電極34まで延びる亀裂がある場合には、電気抵抗が小さくなる。よって、ダミー電極23とキャビティユニット11との間の電気抵抗を検査することで、前述したような亀裂がない合格品であるか、亀裂がある不合格品であるかを簡単に判定することができる。
Further, based on the conduction state between the
前記第2の実施の形態では、第1の定電位電極32は、圧力室14Aaの中央部分に対応する部分を有するようにしているが、図11及び図12に示すように、圧力室14Aaの中央部分に対応する部位が開口32c’となる第1の定電位電極32Aとすることも可能である。この場合には、個別電極31と第2の定電位電極33とで挟まれる圧電層12e,12fによって第1の活性部S1’が、個別電極31と第1の定電位電極32Aとにより挟まれる圧電層12eによって第2の活性部S2’がそれぞれ形成されることになる。そして、第1の定電位電極32Aは、常時第2の電位(正の電位)とされ、第2の定電位電極33は、常時第1の電位(グランド電位)とされる。そして、個別電極31には、第1の電位(グランド電位)と第2の電位(正の電位)とが、圧力室14Aaの容積を変化させるために選択的に付与される。
In the second embodiment, the first constant
第1の定電位電極32Aは、第2の活性部S2’に対応する領域及び、ノズル列方向に直交する方向において隣り合う圧力室14Aa間の桁部14Abに対応する領域を占めるように形成されている。つまり、第2の定電位電極33は、桁部14Abに対応する領域を含めて圧力室14Aaのノズル列方向側部に対応する領域まで延び、圧力室14Aaのノズル列方向において隣り合う2つの圧力室14Aa,14Aaについて共有される。
The first constant potential electrode 32A is formed to occupy a region corresponding to the second active portion S2 ′ and a region corresponding to the beam portion 14Ab between the pressure chambers 14Aa adjacent in the direction orthogonal to the nozzle row direction. ing. In other words, the second constant
そして、この実施の形態の場合も、キャビティユニット11は、導電性を有するので、ダミー電極34とキャビティユニット11(キャビティプレート14A)との間には、抵抗検出回路41が接続され、前述した場合と同様に、ダミー電極34とキャビティユニット11との間の導通状態に基づき、圧電層15の、圧力室14Aa側からの亀裂、つまり吐出不良の原因となる亀裂の有無を検査することができる。
Also in this embodiment, since the cavity unit 11 has conductivity, a resistance detection circuit 41 is connected between the
よって、ダミー電極34は、焼成時において前記駆動に用いる電極による反りを抑制するとともに、圧電層15の、圧力室14Aa側からの亀裂の有無を検査する機能を有することになる。
Therefore, the
また、この実施の形態の場合も、圧力室14Aa側の圧電層14Aaよりも圧力室14Aaから離れた圧電層12gに、第2の定電位電極33(グランド電位)が設けられているので、具体的に図示していないが、第2の定電位電極33とキャビティユニット11との間の導通状態を検査する別の検査手段(第2の抵抗検出回路)を接続することで、同様に、圧電層15だけでなく、圧電層12gも貫通する、圧力室14Aa側からの亀裂の有無を検査することもできる。つまり、複数の圧電層15,12gの、圧力室14Aa側からの亀裂の有無を検査することができる。
Also in this embodiment, since the second constant potential electrode 33 (ground potential) is provided in the piezoelectric layer 12g farther from the pressure chamber 14Aa than the piezoelectric layer 14Aa on the pressure chamber 14Aa side, Although not shown in the figure, by connecting another inspection means (second resistance detection circuit) for inspecting the conduction state between the second constant
そして、圧電アクチュエータは、前述した実施の形態と同様な動作をする。つまり、個別電極31に第2の電位(グランド電位)を付与する、第1の活性部S1’への電圧の非印加時(待機時)では、第1の活性部S1’は、第1及び第2の方向Z,Xにおいて伸縮しない、変形しない状態となるが、ノズル列方向側部に位置する第2の活性部S2’は電圧印加状態となり、圧力室14Aaから離れる方向に反るように変形する。この第2の活性都S2’の変形が、圧力室14Aaの容積変化を大きくするのに寄与し、マニホールド14Da,14Eaから圧力室14Aaにインクを多く吸い込むのに貢献する。
The piezoelectric actuator operates in the same manner as in the above-described embodiment. That is, when the second electrode (ground potential) is applied to the
一方、個別電極31に第1の電位(正の電位:20V)を付与する、第1の活性部S1’への電圧の印加時(駆動時)には、第1の活性部S1’は、圧電横効果により、圧力室14Aaに向かう積層方向Zに伸張し、その積層方向Zと直交するノズル列方向Xに収縮して、圧力室14Aa内の方向へ突出変形する状態となり、圧力室14Aaの容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル穴16aからインクが吐出される。このとき、第2の活性部S2’は、電圧の非印加状態となるので、第1及び第2の方向Z,Xにおいて伸縮しない、変形しない状態に戻ることになる。よって、第1の活性部S1’の変形の影響が第2の活性部S2’によってキャンセルされ、隣の圧力室14Aaにはほとんど及ばず、クロストークが抑制される。 On the other hand, when a voltage is applied to the first active part S1 ′ that applies a first potential (positive potential: 20V) to the individual electrode 31 (during driving), the first active part S1 ′ The piezoelectric lateral effect expands in the stacking direction Z toward the pressure chamber 14Aa, contracts in the nozzle row direction X orthogonal to the stacking direction Z, and enters a state in which the pressure chamber 14Aa protrudes and deforms. The volume decreases, the ink pressure increases, and ink is ejected from the nozzle holes 16a. At this time, since the second active part S2 'is in a voltage non-application state, the second active part S2' returns to a state where it does not expand and contract in the first and second directions Z and X. Therefore, the influence of the deformation of the first active part S1 'is canceled by the second active part S2', hardly reaching the adjacent pressure chamber 14Aa, and crosstalk is suppressed.
その後、個別電極31を、第1の定電位電極32と同じ電位(グランド電位)に戻すと、前述したように、第1の活性部S1’は変形しない状態となり、第2の活性部S2’は、圧力室14Aaから離れる方向に反るように変形し、圧力室14Aaの容積が元の容積に戻るので、マニホールド14Da,14Eaから圧力室14Aa内にインクを吸い込むことになる。
Thereafter, when the
このような第1の活性部S1’及び第2の活性部S2’の変形によりインクの吐出動作が繰り返され、各吐出動作において、圧力室14Aaの容積変化を大きくして吐出効率を
高めると共に、クロストークが抑制される。
The deformation of the first active part S1 ′ and the second active part S2 ′ as described above causes the ink ejection operation to be repeated. In each ejection operation, the volume change of the pressure chamber 14Aa is increased to increase the ejection efficiency, Crosstalk is suppressed.
前述したほか、本発明は、次のように変更して実施することもできる。 In addition to the above, the present invention can be implemented with the following modifications.
(i)前記実施の形態では、インクジェットプリンタ1が、ダミー電極23,34とキャ
ビティユニット11との間の電気抵抗を検出する抵抗検出回路41を備えるようにしているが、製造段階において圧力室側からの亀裂の有無を検出する検査時においてのみ、プリンタ1のダミー電極23,34とキャビティユニット11とに、抵抗検出回路としての抵抗検出器を接続し、電気抵抗を測定することができるように構成することも可能である。つまり、プリンタ1が抵抗検出回路を常時備えるのではなく、必要時に、プリンタ1に抵抗検出器(抵抗検出回路)が接続可能であるように構成することもできる。
(i) In the above-described embodiment, the
(ii)キャビティユニットが導電性を有する構成としているが、導電性を有しない場合には、圧力室14Aa側の層である圧電層15に設けたダミー電極23,23A,34と、それよりも圧力室14Aaから離れた側の圧電層12b,12gに設けた駆動に用いる電極22,33との間に、それらの間の導通状態を検査する検査手段が接続可能であるようにすることも可能である。
(ii) Although the cavity unit is configured to have conductivity, when the cavity unit does not have conductivity,
(iii)本発明は、液体吐出ヘッドがインクジェットヘッドである場合に限定されるもの
ではなく、着色液を微小液滴として塗布、あるいは導電液を吐出して配線パターンを形成するなどの他の液体吐出ヘッドにも適用することができる。
(iii) The present invention is not limited to the case where the liquid discharge head is an ink jet head, and other liquids such as applying a colored liquid as fine droplets or forming a wiring pattern by discharging a conductive liquid. It can also be applied to a discharge head.
(iv)記録媒体としては記録用紙だけでなく、樹脂、布などの各種のものを用いることができ、また吐出する液体としてはインクだけでなく、着色液、機能液などの各種のものを用いることができる。 (iv) Not only recording paper but also various materials such as resin and cloth can be used as the recording medium, and not only ink but also various materials such as colored liquid and functional liquid are used as the liquid to be ejected. be able to.
1 インクジェットプリンタ
3 インクジェットヘッド(液体吐出ヘッド)
12,12A 圧電アクチュエータ
12a,12b,12e〜12g 圧電層
15 圧電層
21,31 個別電極
22,32,32A,33 定電位電極
23,34 ダミー電極
41 電気抵抗検出回路
51B 亀裂判定部
1
12, 12A Piezoelectric actuators 12a, 12b, 12e-
Claims (12)
前記キャビティユニットに固着された積層型圧電アクチュエータと、
を備えている液体吐出ヘッドであって、
前記積層型圧電アクチュエータは、
複数の圧電層と駆動に用いる駆動電極とダミー電極とが厚み方向に積層されて構成されるとともに、その積層体の積層方向において前記ダミー電極が前記駆動電極よりも前記圧力室側に位置しており、
前記ダミー電極は、前記圧電アクチュエータの焼成時において前記駆動に用いる電極による反りを抑制するとともに、前記複数の圧電層の、前記圧力室側からの亀裂の有無を検査する機能を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。 A cavity unit having a plurality of pressure chambers and a plurality of nozzles respectively communicating with the pressure chambers;
A laminated piezoelectric actuator fixed to the cavity unit;
A liquid ejection head comprising:
The laminated piezoelectric actuator is
A plurality of piezoelectric layers, a driving electrode used for driving, and a dummy electrode are stacked in the thickness direction, and the dummy electrode is positioned closer to the pressure chamber than the driving electrode in the stacking direction of the stacked body. And
The dummy electrode has a function of suppressing warping due to the electrode used for driving during firing of the piezoelectric actuator and inspecting the plurality of piezoelectric layers for cracks from the pressure chamber side. Liquid discharge head.
前記ダミー電極と前記キャビティユニットには、それらの間の導通状態を検査する検査手段が接続可能であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。 The cavity unit is configured to have conductivity,
The liquid discharge head according to claim 1, wherein an inspection unit for inspecting a conduction state between the dummy electrode and the cavity unit is connectable.
前記圧力室側の圧電層およびそれよりも前記圧力室から離れた圧電層に、ダミー電極もしくは駆動に用いる電極がそれぞれ設けられ、
前記ダミー電極もしくは前記駆動電極と前記キャビティユニットには、それらの間の導通状態を検査する検査手段がそれぞれ接続可能であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。 The cavity unit is configured to have conductivity,
A dummy electrode or an electrode used for driving is provided in each of the piezoelectric layer on the pressure chamber side and the piezoelectric layer further away from the pressure chamber,
The liquid discharge head according to claim 1, wherein an inspection unit for inspecting a conduction state between the dummy electrode or the drive electrode and the cavity unit can be connected thereto. .
前記圧力室側の圧電層およびそれの上側の圧電層のダミー電極もしくは駆動に用いる電極には、それらの間の導通状態を検査する検査手段が接続可能であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。 A dummy electrode or an electrode used for driving is provided in each of the piezoelectric layer on the pressure chamber side and the piezoelectric layer further away from the pressure chamber,
An inspection means for inspecting a conduction state between the piezoelectric layer on the pressure chamber side and the dummy electrode on the piezoelectric layer on the pressure chamber side or an electrode used for driving can be connected. 6. The liquid discharge head according to any one of 6.
前記ダミー電極は、前記非活性部となる部分に設けられていることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。 In the piezoelectric actuator, the drive electrode is provided in a portion on the side away from the pressure chamber in the thickness direction, and this portion becomes an active portion, and the side close to the pressure chamber where the drive electrode is not provided Is a unimorph type piezoelectric actuator in which the part becomes an inactive part,
The liquid ejection head according to claim 1, wherein the dummy electrode is provided in a portion that becomes the inactive portion.
前記駆動に用いる電極は、前記第1の活性部に対応する領域と前記第2の活性部に対応する領域とに跨ってこれら両領域をともに占めるように形成された個別電極と、前記第1の活性部に対応する領域を占めるように形成された第1の定電位電極と、少なくとも前記第2の活性部に対応する領域を占めるように形成された第2の定電位電極とを備えるものであることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の液体吐出ヘッド。 The piezoelectric actuator includes a first active portion corresponding to a central portion of the pressure chamber, and a second active portion corresponding to a portion on the outer peripheral side of the central portion of the pressure chamber,
The electrode used for the drive includes an individual electrode formed so as to occupy both the region corresponding to the first active part and the region corresponding to the second active part, and the first electrode Comprising a first constant potential electrode formed so as to occupy a region corresponding to the active portion of the first active electrode and a second constant potential electrode formed so as to occupy a region corresponding to at least the second active portion. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the liquid discharge head is a liquid discharge head.
複数の圧電層と駆動に用いる駆動電極とダミー電極とが厚み方向に積層されて構成されるとともに、前記ダミー電極は、その積層体の積層方向における前記圧力室側に位置しており、
焼成時において前記駆動に用いる電極による反りを抑制するとともに、前記複数の圧電層の、前記圧力室側からの亀裂の有無を検査する機能を有することを特徴とする圧電アクチュエータ。 A laminated piezoelectric actuator fixed to a cavity unit having a plurality of pressure chambers and a plurality of nozzles respectively communicating with the pressure chambers,
A plurality of piezoelectric layers and a drive electrode used for driving and a dummy electrode are stacked in the thickness direction, and the dummy electrode is positioned on the pressure chamber side in the stacking direction of the stacked body,
A piezoelectric actuator characterized by suppressing warping due to an electrode used for driving during firing and having a function of inspecting the plurality of piezoelectric layers for cracks from the pressure chamber side.
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