JP2011014794A - Piezoelectric actuator, droplet discharge head, and image formation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電型アクチュエータに関し、特に圧電素子に薄膜の圧電体膜を用いた圧電型アクチュエータ、これを用いた液滴吐出ヘッド及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a piezoelectric actuator, and more particularly to a piezoelectric actuator using a thin piezoelectric film as a piezoelectric element, a droplet discharge head using the same, and an image forming apparatus.
圧電素子を用いたアクチュエータは液滴吐出ヘッドの圧力発生素子として広く用いられている。特に、撓み振動モードのアクチュエータを用いたものが、高集積化の面で有利と言われている。アクチュエータを高集積化することで、アクチュエータを作成したチップが小型化されること自体のメリットに加え、このようなアクチュエータは、ある程度の大きさの基板に多数のチップを作り込んだのち、チップサイズに切り出して作成するケースが多く、チップサイズが小さくなることで一枚の基板からとれるチップの数が増えるので、コストダウンの効果が大きい。また、例えば、画像形成装置のヘッドの圧力発生素子に等に用いたときには、高精細の画像を作成しやすいとのメリットもある。
ただし、高集積化のためには、単に加工面だけでなく、変形の体積を確保するため、変位量の向上が求められる。そして、この要求に対して、例えば、圧電材料(特許文献1)・電極材料(特許文献2)を規定する、振動部の形状を規定する(特許文献3、4)等の多くの提案がなされている。
これらの構成においても、アクチュエータの変位量を向上することは可能であるが、アクチュエータの変位量はできるだけ大きいことが望ましく、さらなる変位量の向上が要求されている。
Actuators using piezoelectric elements are widely used as pressure generating elements for droplet discharge heads. In particular, one using a flexural vibration mode actuator is said to be advantageous in terms of high integration. In addition to the merit of miniaturizing the chip on which the actuator was created by integrating the actuator highly, such an actuator has a chip size after a large number of chips are built on a substrate of a certain size. Since the number of chips that can be taken from a single substrate is increased by reducing the chip size, the cost reduction effect is great. Further, for example, when used as a pressure generating element of a head of an image forming apparatus, there is an advantage that a high-definition image can be easily created.
However, in order to achieve high integration, an improvement in the amount of displacement is required to ensure not only the machined surface but also the deformation volume. And many proposals, such as prescribing the shape of a vibration part (patent documents 3 and 4) which prescribe a piezoelectric material (patent documents 1) and electrode material (patent documents 2), etc. are made to this demand, for example. ing.
Even in these configurations, it is possible to improve the displacement amount of the actuator, but it is desirable that the displacement amount of the actuator is as large as possible, and further improvement of the displacement amount is required.
かかる現状に鑑み、本発明は、変位量を向上させることで高集積化及び低コスト化を実現した圧電型アクチュエータ、それを用いた液滴吐出ヘッド、画像形成装置を提供することを目的とする。 In view of the present situation, an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator that achieves high integration and low cost by improving the amount of displacement, a droplet discharge head using the same, and an image forming apparatus. .
上記の課題を解決するために、請求項1の発明は、弾性体の一方の面に設けた複数の圧電素子を備え、該圧電素子に電圧が印加されて撓み振動をすることで、前記弾性体を該撓み方向に変位させる圧電型アクチュエータであって、前記弾性体の前記圧電素子を設けた面に、前記圧電素子とは所定の空隙を有するように設けた基板を備え、前記圧電素子は、各圧電素子間で共通に電圧を印加される第1の共通電極と、圧電体膜と、各圧電素子間で個別に電圧を印加される個別電極と、を前記弾性体側から順次積層して構成され、前記基板は、前記圧電素子に対向する面に、前記圧電素子の夫々に対応した第2の共通電極を有する圧電型アクチュエータを特徴とする。
また、請求項2の発明は、請求項1に記載の圧電型アクチュエータと、前記基板と、前記複数の圧電素子のそれぞれに対応する複数の加圧液室と、各加圧液室と連通する複数のノズル孔を有するノズル板と、を有する液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また、請求項3の発明は、請求項2に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第2の共通電極には一定の電圧を印加して前記複数の圧電素子を前記第2の共通電極側に撓ませておき、前記複数のノズル孔の何れかより液滴を吐出する際、吐出するノズル孔に対応する圧電素子の前記個別電極に前記第2の共通電極と同じ電圧を印加して、前記個別電極と、前記第1の共通電極と、の間の電位差により当該圧電素子を前記加圧液室の方向に撓ませる液滴吐出ヘッドを特徴とする。
In order to solve the above problems, the invention of claim 1 includes a plurality of piezoelectric elements provided on one surface of an elastic body, and a voltage is applied to the piezoelectric elements to cause flexural vibration, whereby the elastic A piezoelectric actuator for displacing a body in the bending direction, comprising a substrate provided on the surface of the elastic body on which the piezoelectric element is provided so as to have a predetermined gap from the piezoelectric element. A first common electrode to which a voltage is commonly applied between the piezoelectric elements, a piezoelectric film, and an individual electrode to which a voltage is individually applied between the piezoelectric elements are sequentially stacked from the elastic body side. The substrate is characterized by a piezoelectric actuator having a second common electrode corresponding to each of the piezoelectric elements on a surface facing the piezoelectric element.
According to a second aspect of the present invention, the piezoelectric actuator according to the first aspect, the substrate, a plurality of pressurized liquid chambers corresponding to the plurality of piezoelectric elements, and the pressurized liquid chambers communicate with each other. A droplet discharge head having a nozzle plate having a plurality of nozzle holes is characterized.
According to a third aspect of the present invention, in the liquid droplet ejection head according to the second aspect, a constant voltage is applied to the second common electrode to move the plurality of piezoelectric elements to the second common electrode side. When the droplet is ejected from any of the plurality of nozzle holes, the same voltage as the second common electrode is applied to the individual electrode of the piezoelectric element corresponding to the nozzle hole to be ejected, A droplet discharge head is characterized in that the piezoelectric element is bent in the direction of the pressurized liquid chamber by a potential difference between the individual electrode and the first common electrode.
また、請求項4の発明は、請求項2に記載の液滴吐出ヘッドにおいて、前記第2の共通電極には、前記個別電極の駆動電圧よりも大きい電圧を印加して前記複数の圧電素子を前記第2の共通電極側に撓ませておき、前記複数のノズル孔の何れかより液滴を吐出する際、前記個別電極に前記駆動電圧を印加するとともに前記第2の共通電極に印加する電圧を前記駆動電圧と同じ電圧に変更し、前記個別電極と、前記第1の共通電極と、の間の電位差により当該圧電素子を前記加圧液室の方向に撓ませる液滴吐出ヘッドを特徴とする。
また、請求項5の発明は、液滴を吐出する液滴吐出ヘッドを搭載した画像形成装置において、前記液滴吐出ヘッドが請求項2乃至4の何れか一項に記載の液滴吐出ヘッドであることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the liquid droplet ejection head according to the second aspect, a voltage larger than a driving voltage of the individual electrode is applied to the second common electrode to thereby apply the plurality of piezoelectric elements. The voltage applied to the second common electrode while applying the drive voltage to the individual electrode when the liquid droplet is ejected from any of the plurality of nozzle holes, deflected to the second common electrode side. A droplet discharge head that changes the voltage to the same voltage as the drive voltage and deflects the piezoelectric element in the direction of the pressurized liquid chamber due to a potential difference between the individual electrode and the first common electrode. To do.
According to a fifth aspect of the present invention, in the image forming apparatus equipped with the liquid droplet ejection head for ejecting liquid droplets, the liquid droplet ejection head is the liquid droplet ejection head according to any one of claims 2 to 4. It is characterized by being.
以上のように、本発明のアクチュエータ装置によれば、弾性体の一方面に設けられた共通電極、圧電体層及び個別電極からなる複数の圧電素子を有すると共に、個別と空隙を介して配置され、複数の圧電素子に対し共通な固定電極を有することで、アクチュエータ変位量の向上が可能となるので、アクチュエータの高集積化および低コスト化が可能となる。 As described above, according to the actuator device of the present invention, the actuator device includes a plurality of piezoelectric elements including the common electrode, the piezoelectric layer, and the individual electrodes provided on one surface of the elastic body, and is disposed individually and via a gap. By providing a fixed electrode common to a plurality of piezoelectric elements, it is possible to improve the amount of actuator displacement, so that high integration and cost reduction of the actuator can be achieved.
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の圧電型アクチュエータを圧力発生手段として使用した液滴吐出ヘッドの構成の一例を示す分解斜視図である。図2は、本実施形態の液滴吐出ヘッドの構成の平面配置図である。図3は、図2のX1−X1’線における断面図である。図4は、図2のX2−X2’線における断面図である。図5は、図2のY1−Y1’線における断面図である。図6は、図2のY2−Y2’線における断面図である。
これらの図において、いずれも、便宜上一部分のみ図示しているが、実際にはもっと多数、例えば1列当たり100ノズル以上のノズル列を複数列配置した構成とすることが多い。また、図はデフォルメしてあり縮尺は統一されてなく、細かい部分は省略している。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of the configuration of a droplet discharge head using the piezoelectric actuator of the present invention as pressure generating means. FIG. 2 is a plan layout view of the configuration of the droplet discharge head of this embodiment. 3 is a cross-sectional view taken along line X1-X1 ′ of FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line X2-X2 ′ of FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line Y1-Y1 ′ of FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line Y2-Y2 ′ of FIG.
In each of these drawings, only a part is shown for convenience, but in reality, a larger number of nozzle rows of, for example, 100 nozzles or more per row are often arranged. In addition, the figure is deformed, the scale is not unified, and detailed portions are omitted.
図1から図6を用いて、本発明の圧電型アクチュエータを用いた液滴吐出ヘッドの構成を説明する。
図1に示すように、本実施形態の液滴吐出ヘッドは、アクチュエータ基板としての第1の基板10、液滴を吐出する複数のノズル孔41を形成したノズル板40、各ノズル孔(チャネル)41と連通した加圧液室33及び各加圧液室内に圧力を発生させる圧電素子21を形成した第2の基板(液室基板)20から主に構成されており、これらに加えて、図示されていないフレーム・FPC(Flexible Printed Circuit)・ドライバICを備えることで液滴カートリッジとして機能する。
第1の基板10としては、第2の基板20と熱膨張係数が大きく違わない材料を用いることが好ましく、本実施形態では、ガラス基板を用いて形成した。また、第1の基板10には、サンドブラストにより、図示しないインク等の液体を供給するための液供給路17を形成した。これはレーザ加工等でも可能であるし、基板の材料によっては機械加工やエッチング加工によって行うこともできる。
さらに、第1の基板10の第2の基板側には、第2の基板の加圧液室33の各々に対応した固定電極12、図3に示す凸部11が形成されている。
The configuration of a droplet discharge head using the piezoelectric actuator of the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, the droplet discharge head of this embodiment includes a
As the
Further, on the second substrate side of the
また、図5、図6に示すように、固定電極12には、配線13が形成されており、この配線13の電極端子部分14に接続された図示しないFPCを介して、外部電源から固定電極12に電圧が印加されるようになっている。また、第2の基板20との間には、スペーサを兼ねた接着層15が形成されている。さらに、第2の基板20と第1の基板10の隙間は、封止剤16により封止している。
なお、凸部11は第1の基板のそれ以外の部分を約0.15μm程度エッチングすることにより形成した。固定電極12は、約0.05μmの厚さの導電体層で形成した。さらに、配線13およびそれと一体的に形成された電極端子部14は、約0.5μmの例えばアルミニウム(Al)等で形成した。また、接着層15には、接着後(圧着後)に約0.2μmの厚みになるよう調整したポリイミドを用いた。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
The protrusion 11 was formed by etching the other part of the first substrate by about 0.15 μm. The
次に、第2の基板20には、液供給路17に対応・連通した共通液室31が形成され、さらに複数の流体抵抗部32および、ノズル孔41から液滴を吐出する圧力を発生させる加圧液室33が一体的に形成されている(図5)。
第2の基板20は、シリコン単結晶基板からなり、その第1の基板10側の面には、例えば熱酸化等により形成した二酸化硅素(SiO2)および四窒化三硅素(Si3N4)の積層膜からなる、厚さの1.0μm程度の振動板としての弾性膜21aが形成されている。
さらに、弾性膜21a上には、図3に示すように、共通電極である下電極膜21b、圧電体層(圧電体膜)21c及び個別電極である上電極膜21dが積層され、また、加圧液室33ごとに分離されて、圧電素子21を形成している。また、少なくとも、下電極21b・圧電体層21c・上電極膜21dの側面を覆うように絶縁膜22が形成されている。
下電極膜21bおよび上電極膜21dには配線層23が接続され、その電極端子部分24(図4、図5)から、この配線層23を介して下電極膜21bおよび上電極膜21dに電圧が印加されるようになっている(詳しくは、共通電極である下電極膜21bには、図1に示す配線23a、個別電極である上電極膜21dには、配線23bによって電圧が印加される)。
下電極膜21bと上電極膜21aに電圧が印加され、両者の間の電位によって圧電体膜21bが撓むことによって弾性膜21aをも撓ませることで、加圧液室33内に圧力を発生させる。
Next, on the
The
Further, as shown in FIG. 3, a
A wiring layer 23 is connected to the
A voltage is applied to the
第1の基板10に形成された固定電極12と、第2の基板20に形成された圧電素子21および加圧液室33はそれぞれの位置が整合されて配置される。また、下電極膜21bは、例えば、厚さ約0.1μmの白金(Pt)、イリジウム(Ir)等の比較的導電性の高い材料からなる。また、圧電体層21cは、例えば、厚さ1.0μm程度のチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)からなる。また、上電極膜21dは、例えば、厚さ0.05〜0.1μmの白金(Pt)、イリジウム(Ir)等からなる。これらの厚みは、用いる材料やアクチュエータの目標仕様等により適宜調整することが望ましい。また、絶縁膜22は、水分の透過・吸収の少ない、例えば、アルミナ(Al2O3)や四窒化三硅素(Si3N4)を約0.2μm厚さのものを用いた。また、このような構成としたとき、固定電極12と上電極膜21dの間隔は、約0.35μmに、上電極と凸部11の間隔は0.25μmとなる。
また、図3に示すように、第1の基板において、凸部11が固定電極12よりも上電極膜21d側に0.1μm突き出して形成されていることで、固定電極12と上電極膜21dが接触することを防止している。この間隔はこれまでに挙げた各層の厚みや構成で調整することが可能であり、アクチュエータの特性に望ましい間隔に調整することが望ましい。
次に、ノズル板40には、公知のごとく、例えば、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス等を使用することができる。本実施例においては、厚さ30μmのステンレスにプレス加工にてノズル孔41を開口したのち、液の出口側の面に、撥液膜としてフッ素系の樹脂を蒸着にて成膜している。また、第2の基板20とは、接着剤にて貼り合わせている。
以上説明したように、本発明の液摘吐出ヘッドに用いられる圧電型アクチュエータは、振動板の一方の面に設けた下電極(共通電極)21b、圧電体層21c及び上電極(下電極)21aからなる複数の圧電素子21を有するとともに、上電極21aと間隙を介して配置された複数の圧電素子に対して共通の固定電極12を有する構成としている。
The fixed
Further, as shown in FIG. 3, in the first substrate, the protrusion 11 is formed to protrude 0.1 μm to the
Next, as known, for example, glass ceramics, a silicon single crystal substrate, stainless steel or the like can be used for the
As described above, the piezoelectric actuator used in the liquid ejection head of the present invention has the lower electrode (common electrode) 21b, the
かかる構成の圧電型アクチュエータの駆動の特徴を以下に説明する。
図7は、本実施形態における固定電極を有しない従来の圧電型アクチュエータの駆動方式を示す図であり、図8は、本実施形態の圧電型アクチュエータの第1の駆動方式を示す図である。
本実施形態の第1の駆動例を、従来構成の駆動例(図7)と比較して説明する。
従来構成・本発明の構成の双方において、吐出ノズル(液を吐出させるノズル)・非吐出ノズル(液を吐出させないノズル)は、圧電アクチュエータの各ノズルに対応する個別電極であるそれぞれの上電極膜21dに接続されたドライバICによって選択される。
すなわち、吐出ノズルに対しては、図7(a)に示すように、吐出タイミングに対応して、上電極膜に例えば電圧0→Vp→0となるようなパルス電圧が印加され、共通電極である下電極は、常に0V(基準電圧)に保たれる。
一方、非吐出ノズルに対しては、図7(b)に示すように、どちらの電極も0V(基準電圧)のままとしている。
それに対し、本発明の構成では、図8に示すように、下電極膜21bを第1の共通電極とし、常に0V(基準電圧)に保つとともに、固定電極12を第2の共通電極とし、これは電圧Vpに保つようにする。
The driving characteristics of the piezoelectric actuator having such a configuration will be described below.
FIG. 7 is a diagram showing a driving method of a conventional piezoelectric actuator that does not have a fixed electrode in the present embodiment, and FIG. 8 is a diagram showing a first driving method of the piezoelectric actuator of the present embodiment.
A first driving example of this embodiment will be described in comparison with a driving example having a conventional configuration (FIG. 7).
In both the conventional configuration and the configuration of the present invention, the discharge nozzle (the nozzle that discharges the liquid) and the non-discharge nozzle (the nozzle that does not discharge the liquid) are the respective upper electrode films that are individual electrodes corresponding to each nozzle of the piezoelectric actuator. It is selected by the driver IC connected to 21d.
That is, as shown in FIG. 7A, a pulse voltage of, for example, voltage 0 → Vp → 0 is applied to the upper electrode film corresponding to the discharge timing, as shown in FIG. A certain lower electrode is always kept at 0 V (reference voltage).
On the other hand, for the non-ejection nozzles, as shown in FIG. 7B, both electrodes remain at 0 V (reference voltage).
On the other hand, in the configuration of the present invention, as shown in FIG. 8, the
図8(a)に示す吐出ノズルの場合は、吐出タイミングに対応して、上電極膜21dに例えば電圧0→Vp→0となるようなパルス電圧を印加し、図8(b)に示す非吐出ノズルの場合は、上電極21dを0V(基準電圧)に保つようにする。
このとき、従来構成において、吐出ノズルのアクチュエータは、図7(a)に示すように、t<t0では撓みが0であり、t0<t<t1では電圧Vpが印加されることで圧電体層に発生する力により、加圧液室側にδ1撓み、このとき加圧液室内の液滴が加圧されノズル孔より液滴が吐出される。また、t1<tでは、撓みが0となり初期状態にもどる。また、非吐出ノズルにおいては、撓み量は0のまま保たれ、液吐出はされない。
一方、本実施例において、吐出ノズルのアクチュエータは、図8(a)に示すようにt<t0で固定電極12と上電極膜21d間の電圧Vpによる静電引力により、固定電極側にδ2撓む。
t0<t<t1では、固定電極12と上電極膜21d間の電圧は0なので、それらの間には静電引力は働かず、上電極膜21dと下電極膜21bとの間の圧電体の力のみ働き、従来構成とまったく同様に加圧液室33側にδ1撓む。t1<tでは、t<t0と同様に、固定電極12と上電極膜21d間の電圧Vpによる静電引力により、固定電極側にδ2撓む。すなわち、吐出ノズルについては、静電引力による撓み量δ2の分だけ、アクチュエータの変位量は大きくなる。
In the case of the discharge nozzle shown in FIG. 8A, a pulse voltage such as voltage 0 → Vp → 0 is applied to the
At this time, in the conventional configuration, as shown in FIG. 7A, the actuator of the discharge nozzle has a flexure of 0 when t <t0 and a voltage Vp is applied when t0 <t <t1. Due to the force generated in the pressure chamber, δ1 is deflected toward the pressurized liquid chamber, and at this time, the liquid droplet in the pressurized liquid chamber is pressurized and the liquid droplet is ejected from the nozzle hole. Further, when t1 <t, the deflection becomes 0 and the initial state is restored. Further, in the non-ejecting nozzle, the deflection amount is kept at 0, and the liquid is not ejected.
On the other hand, in this embodiment, the actuator of the discharge nozzle is bent by δ2 toward the fixed electrode due to electrostatic attraction caused by the voltage Vp between the fixed
Since the voltage between the fixed
また、非吐出ノズルについては、図8(a)に示すように固定電極12と上電極膜21d間の電圧はVpに保たれ、下電極膜21bと上電極膜21d間の電圧は、0に保たれているので、アクチュエータのたわみ量はδ2で一定に保たれるので液吐出はされない。
また、このとき固定電極12に印加する電圧は、全アクチュエータ共通で、また、一定電圧で、電圧も圧電体21に印加する電圧の大きさと等しいので、第2の共通電極12に電圧印加することにより生じる駆動回路等のコストアップはほとんど無い。よって、アクチュエータの集積化によるコストダウンのメリットをほぼそのまま受けることができる。
また、ここでは駆動例として、吐出時に加圧液室の体積を縮小させることで液吐出させる、いわゆる“押し打ち”で説明しているが、波形を調整することにより容易に“引き打ち”(いったん、加圧液室の体積を増大させてメニスカスをノズル面から引き込んだ後、加圧液室内に発生する圧力波のタイミングに合わせ、加圧液室の体積を元に戻すことで液吐出させる方法)にも対応できる。
For the non-ejection nozzle, as shown in FIG. 8A, the voltage between the fixed
In addition, the voltage applied to the fixed
In addition, here, as a driving example, a description has been given of so-called “pushing” in which liquid is discharged by reducing the volume of the pressurized liquid chamber at the time of discharge, but “pulling” ( Once the volume of the pressurized liquid chamber is increased and the meniscus is drawn from the nozzle surface, the liquid is discharged by returning the volume of the pressurized liquid chamber to the original in accordance with the timing of the pressure wave generated in the pressurized liquid chamber. Method).
図9は、本実施形態の圧電型アクチュエータの第2の駆動方式を示す図である。
図8で示した第1の駆動方式では、第2の共通電極である固定電極12には一定の電圧Vpを印加していたが、第2の駆動方式では、t<t0でVp2、t0<t<t1でVp、t1<tでVp2(Vp2>Vp)となるような電圧を印加している。
このとき、図9(a)に示すように、吐出ノズルでは、t<t0とt1<tでは固定電極12と上電極膜21d間により大きな電圧が印加されることにより、アクチュエータは固定電極12方向により大きく(δ3)撓む。また、t0<t<t1では、固定電極12と上電極膜21d間には電圧が印加されないので、従来構成や第1の駆動方式と同様に、加圧液室33側にδ1だけ撓む。
すなわち、t<t0とt1<tで、第1の駆動方式よりも固定電極12側に大きく撓む分(δ3−δ2)だけ、アクチュエータの変位量が大きくなる。
FIG. 9 is a diagram showing a second driving method of the piezoelectric actuator of the present embodiment.
In the first driving method shown in FIG. 8, a fixed voltage Vp is applied to the fixed
At this time, as shown in FIG. 9A, in the discharge nozzle, when t <t0 and t1 <t, a large voltage is applied between the fixed
That is, at t <t0 and t1 <t, the amount of displacement of the actuator is increased by the amount (δ3-δ2) that is largely deflected toward the fixed
一方、図9(b)に示すように、非吐出ノズルでは、t<t0およびt1<tでは固定電極12と上電極膜21d間の電圧Vp2による静電力により(圧電体層21cには電圧印加されず力は発生しない)アクチュエータの撓み量がδ3となり、t0<t<t1では固定電極12と上電極膜21d間の電圧Vpによる静電力により(圧電体層21cには電圧印加されず力は発生しない)アクチュエータの撓み量がδ2となり、若干(δ3−δ2)の振動が発生するが、印加電圧Vp、Vp2の大きさを調整することにより、振動はするが液吐出はされないような状態にすることができる。結果、第1の駆動方式よりもより大きなアクチュエータの変位量を得ることができる。一方、第2の共通電極である固定電極12に、一定電圧ではなくステップ電圧を印加することにより、駆動回路について若干のコストアップは生じることになる。
しかし、共通電極であることから、全アクチュエータに対し一つの新たな駆動波形を印加するのみなので、アクチュエータ集積化によるコストダウンとあわせ、トータルでコストダウンを図る事は十分可能である。
On the other hand, as shown in FIG. 9B, in the non-ejection nozzle, when t <t0 and t1 <t, an electrostatic force is generated by the voltage Vp2 between the fixed
However, since it is a common electrode, only one new drive waveform is applied to all the actuators, so it is possible to reduce the total cost together with the cost reduction by integrating the actuators.
次に、本発明の液滴吐出ヘッドを適用した液体カートリッジについて図10を参照して説明する。
このインクカートリッジ一体型ヘッド95は、ノズル孔41等を有する上記各実施形態のいずれかの液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッド61と、このインクジェットヘッド61に対してインクを供給するインクタンク62とを一体化したものである。
このように本発明に係る液滴吐出ヘッドにインクを供給するインクタンク(液体タンク)を一体化することにより、滴吐出特性のバラツキが少なく、信頼性の高い液滴吐出ヘッドを一体化した液体カートリッジ(インクタンク一体型ヘッド)が低コストで得られる。
また、これら各実施形態の液滴吐出ヘッドは、インクカートリッジ等と連通するインク流路を具備する記録ヘッドユニットの一部を構成して、インクジェット式記録装置に搭載される。
以上、本発明の各実施形態を説明したが、インクジェット式記録ヘッドの基本的構成は上述したものに限定されるものではない。
Next, a liquid cartridge to which the droplet discharge head of the present invention is applied will be described with reference to FIG.
The ink cartridge integrated
Thus, by integrating the ink tank (liquid tank) that supplies ink to the droplet discharge head according to the present invention, there is little variation in the droplet discharge characteristics, and a liquid that integrates a highly reliable droplet discharge head. A cartridge (ink tank integrated head) can be obtained at low cost.
The droplet discharge heads of these embodiments constitute a part of a recording head unit having an ink flow path communicating with an ink cartridge and the like, and are mounted on an ink jet recording apparatus.
While the embodiments of the present invention have been described above, the basic configuration of the ink jet recording head is not limited to that described above.
次に、本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドを搭載したインクジェット記録装置の機構の一例について図11及び図12を参照して説明する。
このインクジェット記録装置は、記録装置本体81の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ、キャリッジに搭載した本発明に係るインクジェットヘッドからなる記録ヘッド、記録ヘッドへインクを供給するインクカートリッジ等で構成される印字機構部82等を収納し、装置本体81の下方部には前方側から多数枚の用紙83を積載可能な給紙カセット(或いは給紙トレイでもよい。)84を抜き差し自在に装着することができ、また、用紙83を手差しで給紙するための手差しトレイ85を開倒することができ、給紙カセット84或いは手差しトレイ85から給送される用紙83を取り込み、印字機構部82によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ86に排紙する。
印字機構部82は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド91と従ガイドロッド92とでキャリッジ93を主走査方向(紙面垂直方向)に摺動自在に保持し、このキャリッジ93にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出する本発明に係る液滴吐出ヘッドであるインクジェットヘッドからなるヘッド94を複数のインク吐出口を主走査方向と交叉する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。またキャリッジ93にはヘッド94に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ95を交換可能に装着している。なお、本発明に係るインクカートリッジを搭載する構成とすることもできる。
Next, an example of the mechanism of an ink jet recording apparatus equipped with an ink jet head which is a droplet discharge head according to the present invention will be described with reference to FIGS.
This ink jet recording apparatus includes a carriage movable in the main scanning direction inside the recording apparatus
The
インクカートリッジ95は上方に大気と連通する大気口、下方にはインクジェットヘッドへインクを供給する供給口を、内部にはインクが充填された多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力によりインクジェットヘッドへ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
また、記録ヘッドとしてここでは各色のヘッド94を用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドでもよい。
ここで、キャリッジ93は後方側(用紙搬送方向下流側)を主ガイドロッド91に摺動自在に嵌装し、前方側(用紙搬送方向上流側)を従ガイドロッド92に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ93を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ97で回転駆動される駆動プーリ98と従動プーリ99との間にタイミングベルト118を張装し、このタイミングベルト118をキャリッジ93に固定しており、主走査モータ97の正逆回転によりキャリッジ93が往復駆動される。
The
Further, although the
Here, the
一方、給紙カセット84にセットした用紙83をヘッド94の下方側に搬送するために、給紙カセット84から用紙83を分離給装する給紙ローラ101及びフリクションパッド102と、用紙83を案内するガイド部材103と、給紙された用紙83を反転させて搬送する搬送ローラ104と、この搬送ローラ104の周面に押し付けられる搬送コロ105及び搬送ローラ104からの用紙83の送り出し角度を規定する先端コロ106とを設けている。搬送ローラ104は副走査モータ107によってギヤ列を介して回転駆動される。
そして、キャリッジ93の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ104から送り出された用紙83を記録ヘッド94の下方側で案内する用紙ガイド部材である印写受け部材100を設けている。この印写受け部材100の用紙搬送方向下流側には、用紙83を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ111、拍車112を設け、さらに用紙83を排紙トレイ86に送り出す排紙ローラ113及び拍車114と、排紙経路を形成するガイド部材115、116とを配設している。
記録時には、キャリッジ93を移動させながら画像信号に応じて記録ヘッド94を駆動することにより、停止している用紙83にインクを吐出して1行分を記録し、用紙83を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号または、用紙83の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙83を排紙する。
On the other hand, in order to convey the
A
At the time of recording, the
また、キャリッジ93の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、ヘッド94の吐出不良を回復するための回復装置117を配置している。回復装置117はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有している。キャリッジ93は印字待機中にはこの回復装置117側に移動されてキャッピング手段でヘッド94をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。また、記録途中などに記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。
吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でヘッド94の吐出口(ノズル)を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出し、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、本体下部に設置された廃インク溜(不図示)に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。
このような画像記録装置においては、ヘッドの性能が、直接画像記録装置の性能に直接的につながる。この画像記録装置において本発明によって得られる低コスト・高ノズル密度のアクチュエータを圧力発生手段として用いた液滴吐出ヘッドを用いることで、低コスト・高精細の画像記録装置を提供することができる。
Further, a
When a discharge failure occurs, the discharge port (nozzle) of the
In such an image recording apparatus, the performance of the head is directly linked to the performance of the image recording apparatus. In this image recording apparatus, a low-cost and high-definition image recording apparatus can be provided by using a droplet discharge head using the low-cost and high-nozzle density actuator obtained by the present invention as pressure generating means.
10 第1の基板、11 凸部、12 固定電極、13 配線、14 電極端子部、15 接着層、17 液供給路、20 第2の基板、21 圧電素子、21a 弾性膜、21b 下電極膜、21c 圧電体層、21d 上電極膜、22 絶縁膜、23 配線層、24 電極端子部分、31 共通液室、32 流体抵抗部、33 加圧液室、40 ノズル板、41 ノズル孔、61 インクジェットヘッド、62 インクタンク、81 記録装置本体、82 印字機構部、83 用紙、84 給紙カセット、85 トレイ、86 排紙トレイ、91 主ガイドロッド、92 従ガイドロッド、93 キャリッジ、94 記録ヘッド、95 インクカートリッジ、97 主走査モータ、98 駆動プーリ、99 従動プーリ、100 印写受け部材、101 給紙ローラ、102 フリクションパッド、103 ガイド部材、104 搬送ローラ、105 搬送コロ、106 先端コロ、107 副走査モータ、111 搬送コロ、112 拍車、113 排紙ローラ、114 拍車、115 ガイド部材、117 回復装置、118 タイミングベルト
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記弾性体の前記圧電素子を設けた面に、前記圧電素子とは所定の空隙を有するように設けた基板を備え、
前記圧電素子は、各圧電素子間で共通に電圧を印加される第1の共通電極と、圧電体膜と、各圧電素子間で個別に電圧を印加される個別電極と、を前記弾性体側から順次積層して構成され、
前記基板は、前記圧電素子に対向する面に、前記圧電素子の夫々に対応した第2の共通電極を有することを特徴とする圧電型アクチュエータ。 A piezoelectric actuator comprising a plurality of piezoelectric elements provided on one surface of an elastic body, and applying a voltage to the piezoelectric elements to cause bending vibration, thereby displacing the elastic body in the bending direction,
On the surface of the elastic body where the piezoelectric element is provided, the piezoelectric element is provided with a substrate provided so as to have a predetermined gap,
The piezoelectric element includes, from the elastic body side, a first common electrode to which a voltage is commonly applied between the piezoelectric elements, a piezoelectric film, and an individual electrode to which a voltage is individually applied between the piezoelectric elements. It is constructed by stacking sequentially.
The piezoelectric actuator having a second common electrode corresponding to each of the piezoelectric elements on a surface of the substrate facing the piezoelectric element.
前記第2の共通電極には一定の電圧を印加して前記複数の圧電素子を前記第2の共通電極側に撓ませておき、前記複数のノズル孔の何れかより液滴を吐出する際、吐出するノズル孔に対応する圧電素子の前記個別電極に前記第2の共通電極と同じ電圧を印加して、前記個別電極と、前記第1の共通電極と、の間の電位差により当該圧電素子を前記加圧液室の方向に撓ませることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 2,
When applying a certain voltage to the second common electrode to bend the plurality of piezoelectric elements toward the second common electrode, and ejecting droplets from any of the plurality of nozzle holes, The same voltage as that of the second common electrode is applied to the individual electrode of the piezoelectric element corresponding to the nozzle hole to be ejected, and the piezoelectric element is caused by the potential difference between the individual electrode and the first common electrode. A droplet discharge head characterized by bending in the direction of the pressurized liquid chamber.
前記第2の共通電極には、前記個別電極の駆動電圧よりも大きい電圧を印加して前記複数の圧電素子を前記第2の共通電極側に撓ませておき、
前記複数のノズル孔の何れかより液滴を吐出する際、前記個別電極に前記駆動電圧を印加するとともに前記第2の共通電極に印加する電圧を前記駆動電圧と同じ電圧に変更し、前記個別電極と、前記第1の共通電極と、の間の電位差により当該圧電素子を前記加圧液室の方向に撓ませることを特徴とする液滴吐出ヘッド。 The droplet discharge head according to claim 2,
A voltage larger than the drive voltage of the individual electrode is applied to the second common electrode to bend the plurality of piezoelectric elements toward the second common electrode,
When ejecting droplets from any of the plurality of nozzle holes, the drive voltage is applied to the individual electrodes and the voltage applied to the second common electrode is changed to the same voltage as the drive voltage, and the individual A droplet discharge head, wherein the piezoelectric element is bent in the direction of the pressurized liquid chamber by a potential difference between an electrode and the first common electrode.
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JP2013143456A (en) * | 2012-01-10 | 2013-07-22 | Ricoh Co Ltd | Electric-mechanical conversion element, liquid discharging head, drop discharging device, and image forming device |
JP2015066843A (en) * | 2013-09-30 | 2015-04-13 | ブラザー工業株式会社 | Liquid discharge device |
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