JP2011135001A - Piezoelectric element, and ink jet head and ink jet recording device - Google Patents

Piezoelectric element, and ink jet head and ink jet recording device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric element capable of proofing use of long period of time by suppressing deterioration of drying agent and power consumption, and to provide an ink jet head and ink jet recording device. <P>SOLUTION: The ink jet head 303 includes a piezoelectric material 30, electrodes 20 and 40 applying an electric field to the piezoelectric material 30 in a predetermined direction, and a humidity maintaining means which maintains the humidity near the piezoelectric material 30 at constant. The ink jet head further has a control means 222 which does not actuate the humidity maintaining means while un-driving the piezoelectric material 30, and actuates the humidity maintaining means while driving the piezoelectric material 30. By opening an on-off valve 236, the drying agent 238 provided to a drying agent housing chamber 240 absorbs moisture in a piezoelectric material housing chamber 232, and by lowering the humidity of the atmosphere near the piezoelectric material 30, the humidity can be controlled. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は圧電素子およびインクジェットヘッド、インクジェット記録装置に係り、特に、消費電力を抑え、圧電体の劣化を抑制することができる圧電素子およびインクジェットヘッド、インクジェット記録装置に関する。   The present invention relates to a piezoelectric element, an inkjet head, and an inkjet recording apparatus, and more particularly to a piezoelectric element, an inkjet head, and an inkjet recording apparatus that can suppress power consumption and suppress deterioration of a piezoelectric body.

一般に、汎用の画像形成装置として、インクジェットヘッドから記録媒体上にインク液滴を吐出して所望の画像を形成するインクジェット記録装置が広く用いられている。インクジェット記録装置では、インクジェットヘッドからインク液滴を吐出させるための圧力付与手段として圧電素子(圧電アクチュエータ)が好適に用いられる。   In general, as a general-purpose image forming apparatus, an ink jet recording apparatus that forms a desired image by ejecting ink droplets from an ink jet head onto a recording medium is widely used. In an ink jet recording apparatus, a piezoelectric element (piezoelectric actuator) is preferably used as pressure applying means for ejecting ink droplets from an ink jet head.

この圧電素子は、水分の存在下で劣化することが知られており、劣化を抑制する方法として、多くの方法が提案されている。   This piezoelectric element is known to deteriorate in the presence of moisture, and many methods have been proposed as methods for suppressing the deterioration.

例えば、下記の特許文献1〜4は、圧電体を十分に乾燥させる事で劣化を防ぐ技術が記載されている。   For example, the following Patent Documents 1 to 4 describe a technique for preventing deterioration by sufficiently drying a piezoelectric body.

特開2008−210924号公報JP 2008-210924 A 特開2004−322605号公報JP 2004-322605 A 特開2005−022191号公報JP 2005-022191 A 特開2005−022192号公報JP 2005-022192 A

しかしながら、特許文献1〜4に記載されている方法は、駆動の有無に関わらず、圧電体を乾燥する技術であり、乾燥剤を使用する場合は乾燥剤の使用期間の短縮、乾燥風を供給する場合は、乾燥風を圧電素子の未駆動時にも流すことによる、消費電力の増加という問題があった。   However, the methods described in Patent Documents 1 to 4 are techniques for drying a piezoelectric body regardless of whether or not it is driven. When a desiccant is used, the use period of the desiccant is shortened and drying air is supplied. In this case, there is a problem that the power consumption increases due to the flow of the dry air even when the piezoelectric element is not driven.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、乾燥剤の劣化や電力の消費を抑え、長期間の使用に耐えることのできる圧電素子およびインクジェットヘッド、インクジェット記録装置を提供する。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a piezoelectric element, an ink jet head, and an ink jet recording apparatus that can suppress deterioration of a desiccant and power consumption and can withstand long-term use.

本発明の請求項1は、前記目的を達成するために、圧電体と、該圧電体に対して所定方向に電界を印加する電極と、該圧電体近傍付近の湿度を一定に保持する湿度保持手段と、を備え、前記圧電体の非駆動時は前記湿度保持手段を作動させず、前記圧電体の駆動時に前記湿度保持手段を作動させる制御手段を有することを特徴とする圧電素子を提供する。   According to a first aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a piezoelectric body, an electrode that applies an electric field to the piezoelectric body in a predetermined direction, and a humidity retention that maintains a constant humidity near the piezoelectric body And a control means for operating the humidity holding means when the piezoelectric body is driven without operating the humidity holding means when the piezoelectric body is not driven. .

圧電体の劣化を抑制するために、圧電体の近傍雰囲気の湿度を低くすることが従来より知られていた。しかしながら、本出願人は、圧電体の水分による劣化は、ただ単に、水蒸気下にさらしているだけでは発生せず、水蒸気の存在下で圧電素子を駆動させることで、劣化が発生することを見出した。したがって、圧電体の駆動時に湿度保持手段を作動させ、非駆動時は、湿度保持手段を駆動させないことで、圧電体の劣化を抑制することができるとともに、余分な電力消費を抑えることができる。   In order to suppress the deterioration of the piezoelectric body, it has been conventionally known to reduce the humidity in the atmosphere near the piezoelectric body. However, the present applicant has found that the deterioration of the piezoelectric material due to moisture does not occur simply by being exposed to water vapor, but is caused by driving the piezoelectric element in the presence of water vapor. It was. Therefore, by operating the humidity holding means when the piezoelectric body is driven and not driving the humidity holding means when the piezoelectric body is not driven, deterioration of the piezoelectric body can be suppressed and excessive power consumption can be suppressed.

請求項2は請求項1において、前記湿度が、前記圧電体の劣化を抑制する湿度である臨界湿度以下であることを特徴とする。   A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, the humidity is equal to or lower than a critical humidity which is a humidity for suppressing deterioration of the piezoelectric body.

本出願人は、さらに、圧電体の耐久性が急激に悪化する湿度があることを見出した。したがって、この湿度を越えないように圧電体近傍の湿度を保つことで、十分な耐久性を得ることができる。また、湿度を極端に低い湿度とする必要がないので、さらに、余分な消費電力を抑えることができる。   Further, the present applicant has found that there is humidity at which the durability of the piezoelectric body deteriorates rapidly. Therefore, sufficient durability can be obtained by maintaining the humidity near the piezoelectric body so as not to exceed this humidity. In addition, since it is not necessary to set the humidity to an extremely low humidity, it is possible to further suppress excessive power consumption.

所定の湿度を保持することで、劣化に耐えられる原因については、不明であるが、毛細管凝縮作用によるものと考えられる。圧電体には、マイクロクラックが存在するが、ある湿度を境に、急激に水蒸気が毛細管凝縮を起こし、マイクロクラック内に液体として存在した場合に、劣化が急激に進むと推定される。つまり、水分が気体として存在する場合は問題ないが、液体として存在する場合に劣化は進行する。したがって、所定の湿度を越えないように制御することで、圧電素子の劣化を防止することができる。   The cause of the ability to withstand deterioration by maintaining a predetermined humidity is unknown, but is considered to be due to capillary condensation. The piezoelectric body has microcracks, but it is presumed that when water vapor abruptly undergoes capillary condensation at a certain humidity and the liquid exists in the microcracks, the deterioration rapidly proceeds. That is, there is no problem when moisture is present as a gas, but deterioration proceeds when it is present as a liquid. Therefore, deterioration of the piezoelectric element can be prevented by controlling so as not to exceed the predetermined humidity.

請求項3は請求項2において、前記臨界湿度は、湿度条件を変化させながら前記圧電素子の耐久性試験を行い測定することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the critical humidity is measured by performing a durability test of the piezoelectric element while changing a humidity condition.

請求項3は、臨界湿度の測定方法を規定したものであり、事前に耐久性試験を行い、耐えられる湿度で駆動させることで、効果的に劣化を抑制することができる。   The third aspect defines a method for measuring the critical humidity, and the deterioration can be effectively suppressed by performing a durability test in advance and driving at a withstandable humidity.

請求項4は請求項1から3いずれか1項において、前記湿度が、15g/m以下であることを特徴とする。 A fourth aspect is characterized in that, in any one of the first to third aspects, the humidity is 15 g / m 3 or less.

請求項4によれば、湿度を上記数値以下とすることで、効果的に圧電素子の劣化を抑制することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, deterioration of the piezoelectric element can be effectively suppressed by setting the humidity to be equal to or lower than the above numerical value.

請求項5は請求項1から4いずれか1項において、前記湿度保持手段が、前記圧電体を収容する圧電体収容室と、該圧電体収容室に乾燥風を供給する乾燥風供給手段と、からなり、前記乾燥風供給手段の作動の有無により湿度を調整することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the humidity holding unit includes a piezoelectric body chamber that houses the piezoelectric body, and a dry air supply unit that supplies dry air to the piezoelectric body chamber. The humidity is adjusted depending on whether or not the dry air supply means is activated.

請求項5は湿度保持手段の構成を特定したものであり、圧電体の駆動時に乾燥風を供給することで、圧電体近傍の湿度を抑制する。   The fifth aspect specifies the configuration of the humidity holding means, and suppresses the humidity in the vicinity of the piezoelectric body by supplying dry air when the piezoelectric body is driven.

請求項6は請求項1から4いずれか1項において、前記湿度保持手段が、前記圧電体を収容する圧電体収容室と、該圧電体収容室と連通し乾燥剤を収容する乾燥剤収容室と、該圧電体収容室と該乾燥剤収容室との間を開閉する開閉弁と、からなり、前記開閉弁を駆動させることで、湿度の調節を行うことを特徴とする。   A sixth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the humidity holding unit includes a piezoelectric body housing chamber that houses the piezoelectric body, and a desiccant housing chamber that communicates with the piezoelectric body housing chamber and houses a desiccant. And an open / close valve that opens and closes between the piezoelectric body storage chamber and the desiccant storage chamber, and the humidity is adjusted by driving the open / close valve.

請求項6は、湿度保持手段の他の手段を規定したものであり、乾燥剤を圧電体と異なる部屋に設置し、開閉弁により乾燥剤が設置されている部屋を開閉することで、駆動時のみ湿度の調節を行うことができる。また、圧電素子の非駆動時は湿度の調整を行わず、駆動時のみ乾燥剤による吸湿を行うことで、乾燥剤を長期間使用することができ、圧電体の劣化を長期間抑制することができる。   Claim 6 defines other means for maintaining the humidity, and the desiccant is installed in a room different from the piezoelectric body, and the room in which the desiccant is installed is opened and closed by an on-off valve. Only humidity adjustment can be made. In addition, humidity adjustment is not performed when the piezoelectric element is not driven, and moisture is absorbed by the desiccant only when the piezoelectric element is driven, so that the desiccant can be used for a long period of time, and deterioration of the piezoelectric body can be suppressed for a long period of time. it can.

請求項7は請求項1から4いずれか1項において、前記湿度保持手段は、前記圧電体を収容する圧電体収容室の壁の少なくとも一部が、多孔電極に挟まれた固体高分子電解膜であり、前記多孔電極間に電圧を印加することで、湿度の調節を行うことを特徴とする。   A seventh aspect of the present invention is the solid polymer electrolyte membrane according to any one of the first to fourth aspects, wherein at least a part of a wall of the piezoelectric material accommodation chamber for accommodating the piezoelectric material is sandwiched between porous electrodes. The humidity is adjusted by applying a voltage between the porous electrodes.

請求項7は、湿度保持手段の他の手段を規定したものであり、圧電体収容室の壁を、多孔電極に挟まれた固体高分子電解膜とし、圧電体の駆動時のみ、多孔電極間に電圧を印加することで、湿度の調整を行うことができる。   The seventh aspect defines other means for maintaining the humidity, and the wall of the piezoelectric body accommodating chamber is a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the porous electrodes, and only when the piezoelectric body is driven between the porous electrodes. The humidity can be adjusted by applying a voltage to.

本発明の請求項8は前記目的を達成するために、請求項1から7いずれか1項に記載の圧電素子と、液体が貯留される液体貯留室および該液体貯留室から外部に該液体が吐出される液体吐出口を有する液体貯留吐出部材と、を備えたことを特徴とするインクジェットヘッドを提供する。   According to an eighth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, the piezoelectric element according to any one of the first to seventh aspects, a liquid storage chamber in which a liquid is stored, and the liquid from the liquid storage chamber to the outside. An ink-jet head comprising: a liquid storage and discharge member having a liquid discharge port to be discharged.

本発明の請求項9は前記目的を達成するために、請求項8に記載のインクジェットヘッドを備えることを特徴とするインクジェット記録装置を提供する。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an ink jet recording apparatus comprising the ink jet head according to the eighth aspect to achieve the above object.

請求項8および9によれば、本発明の圧電素子を備えているため、長期間の使用が可能なインクジェットヘッドおよびインクジェット記録装置を提供することができる。   According to the eighth and ninth aspects, since the piezoelectric element of the present invention is provided, an ink jet head and an ink jet recording apparatus that can be used for a long period of time can be provided.

本発明の圧電素子およびインクジェットヘッド、インクジェット記録装置によれば、必要なときに調湿を行うことで、乾燥剤の劣化や、電力の消費を抑え、圧電体の劣化を抑制することができる。   According to the piezoelectric element, the ink jet head, and the ink jet recording apparatus of the present invention, by performing humidity adjustment when necessary, it is possible to suppress deterioration of the desiccant, power consumption, and deterioration of the piezoelectric body.

圧電素子を備えたインクジェットヘッドの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the inkjet head provided with the piezoelectric element. 圧電体のP−Eヒステリシス特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the PE hysteresis characteristic of a piezoelectric material. 図1のインクジェットヘッドを備えたインクジェット記録装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the inkjet recording device provided with the inkjet head of FIG. 本発明の第1実施形態に係る圧電素子を備えたインクジェットヘッドの概略図である。1 is a schematic view of an inkjet head including a piezoelectric element according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係る圧電素子を備えたインクジェットヘッドの概略図である。It is the schematic of the inkjet head provided with the piezoelectric element which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る圧電素子を備えたインクジェットヘッドの概略図である。It is the schematic of the inkjet head provided with the piezoelectric element which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 実施例の結果を示すグラフ図である。It is a graph which shows the result of an Example.

以下、添付図面に従って、本発明に係る圧電素子およびインクジェットヘッド、インクジェット記録装置の好ましい実施の形態について説明する。   Preferred embodiments of a piezoelectric element, an ink jet head, and an ink jet recording apparatus according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

[圧電素子およびインクジェットヘッド]
図1を参照して、圧電素子を備えた圧電アクチュエータおよびインクジェットヘッド(液体吐出装置)の構造について説明する。
[Piezoelectric element and inkjet head]
With reference to FIG. 1, the structure of a piezoelectric actuator provided with a piezoelectric element and an inkjet head (liquid ejecting apparatus) will be described.

図1に示されるように、圧電素子1は、基板10上に、下部電極20と圧電体膜30と上部電極40とが順次積層された圧電素子1の基板10の裏面に、圧電体膜30の伸縮により振動する振動板50が取り付けられたものである。圧電素子1では、圧電体膜30に対して下部電極20と上部電極40とにより膜厚方向に電界が印加されるようになっており、圧電アクチュエータ2には、圧電素子1の駆動を制御する駆動回路などの制御手段(図示略)も備えられている。   As shown in FIG. 1, the piezoelectric element 1 has a piezoelectric film 30 on the back surface of the substrate 10 of the piezoelectric element 1 in which the lower electrode 20, the piezoelectric film 30 and the upper electrode 40 are sequentially stacked on the substrate 10. A diaphragm 50 that vibrates due to expansion and contraction is attached. In the piezoelectric element 1, an electric field is applied to the piezoelectric film 30 in the film thickness direction by the lower electrode 20 and the upper electrode 40, and the piezoelectric actuator 2 is controlled to drive the piezoelectric element 1. Control means (not shown) such as a drive circuit is also provided.

下部電極20は、基板10の略全面に形成されており、この上にライン上の凸部31がストライプ状に配列したパターンの圧電体膜30が形成され、各凸部31の上に上部電極40が形成されている。   The lower electrode 20 is formed on substantially the entire surface of the substrate 10, and a piezoelectric film 30 having a pattern in which convex portions 31 on the line are arranged in a stripe shape is formed thereon, and the upper electrode is formed on each convex portion 31. 40 is formed.

圧電体膜30のパターンは図示するものに限定されず、適宜、設計される。また、圧電体膜30は連続膜でも構わない。但し、圧電体膜30は、連続膜ではなく、互いに分離した複数の凸部31からなるパターンで形成することで、個々の凸部31の伸縮がスムーズに起こるので、より大きな変位量が得られ、好ましい。   The pattern of the piezoelectric film 30 is not limited to that shown in the figure, and is appropriately designed. The piezoelectric film 30 may be a continuous film. However, the piezoelectric film 30 is not a continuous film, but is formed by a pattern composed of a plurality of protrusions 31 separated from each other, so that the expansion and contraction of the individual protrusions 31 occurs smoothly, so that a larger displacement amount can be obtained. ,preferable.

基板10としては特に制限なく、シリコン,酸化シリコン,ステンレス(SUS),イットリウム安定化ジルコニア(YSZ),アルミナ,サファイヤ,SiC,及びSrTiOなどの基板が挙げられる。基板10としては、シリコン基板上にSiO膜とSi活性層とが順次積層されたSOI基板等の積層基板を用いてもよい。 The substrate 10 is not particularly limited, and examples thereof include substrates such as silicon, silicon oxide, stainless steel (SUS), yttrium stabilized zirconia (YSZ), alumina, sapphire, SiC, and SrTiO 3 . As the substrate 10, a laminated substrate such as an SOI substrate in which a SiO 2 film and a Si active layer are sequentially laminated on a silicon substrate may be used.

下部電極20の組成は特に制限なく、Au、Pt、Ir、IrO、RuO、LaNiO、及びSrRuOなどの金属または金属酸化物、およびこれらの組み合わせが挙げられる。上部電極40の組成は特に制限なく、下部電極20で例示した材料、Al、Ta、Cr、Cuなどの一般的な半導体プロセスで用いられている電極材料、およびこれらの組み合わせが挙げられる。下部電極20と上部電極40の厚みは特に制限なく、50〜500nmであることが好ましい。 The composition of the lower electrode 20 is not particularly limited, and examples thereof include metals or metal oxides such as Au, Pt, Ir, IrO 2 , RuO 2 , LaNiO 3 , and SrRuO 3 , and combinations thereof. The composition of the upper electrode 40 is not particularly limited, and examples thereof include the materials exemplified for the lower electrode 20, electrode materials used in general semiconductor processes such as Al, Ta, Cr, and Cu, and combinations thereof. The thickness of the lower electrode 20 and the upper electrode 40 is not particularly limited and is preferably 50 to 500 nm.

圧電体膜30は、図2に示されるような、負電界側と正電界側とにそれぞれ抗電界点を有し、負電界側の抗電界の絶対値と正電界側の抗電界値とが異なる非対称なバイポーラ分極−電界ヒステリシス特性を有するものである。このような圧電体膜30であれば、圧電体膜30は特に制限されない。圧電体膜30としては、プラズマを用いるスパッタリング法により基板10上に成膜された。下記一般式(P)で表される1種又は複数種のペロブスカイト型酸化物からなる圧電体膜(不可避不純物を含んでいてもよい。)が挙げられる。かかる圧電体膜は、絶対値の小さい抗電界の極性が負であり、正電界側にP−Eヒステリシスが偏った圧電特性を有している。   The piezoelectric film 30 has coercive electric field points on the negative electric field side and the positive electric field side as shown in FIG. 2, and the absolute value of the coercive electric field on the negative electric field side and the coercive electric field value on the positive electric field side are It has different asymmetric bipolar polarization-electric field hysteresis characteristics. If it is such a piezoelectric film 30, the piezoelectric film 30 is not particularly limited. The piezoelectric film 30 was formed on the substrate 10 by sputtering using plasma. Examples thereof include a piezoelectric film (which may contain inevitable impurities) made of one or more perovskite oxides represented by the following general formula (P). Such a piezoelectric film has a piezoelectric characteristic in which the polarity of the coercive electric field having a small absolute value is negative and the PE hysteresis is biased toward the positive electric field.

一般式A・・・(P)
(式中、AはPbを主成分とするAサイト元素、BはBサイトの元素であり、Ti、Zr、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Sc、Co、Cu、In、Sn、Ga、Zn、Cd、Fe、及びNiからなる群より選ばれた少なくとも1種の元素、Oは酸素。a≧1.0かつb=1.0である場合が標準であるが、これらの数値はペロブスカイト構造を取り得る範囲内で1.0からずれてもよい。)
上記一般式(P)で表されるペロブスカイト型酸化物としては、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ジルコニウム酸鉛、ニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛等が挙げられる。圧電体膜は、これら上記一般式(P)で表されるペロブスカイト型酸化物の混晶系であってもよい。
General formula A a B b O 3 (P)
(In the formula, A is an A site element mainly composed of Pb, B is an element of B site, and Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Sc, Co, Cu, In , Sn, Ga, Zn, Cd, Fe, and Ni, at least one element selected from the group consisting of O and oxygen, where a ≧ 1.0 and b = 1.0 are standard, (These numerical values may deviate from 1.0 within a range where a perovskite structure can be taken.)
Examples of the perovskite oxide represented by the general formula (P) include lead titanate, lead zirconate titanate (PZT), lead zirconate, and lead niobate zirconium titanate. The piezoelectric film may be a mixed crystal system of perovskite oxides represented by the above general formula (P).

インクジェットヘッド(液体吐出装置)3は、概略、圧電アクチュエータ2の裏面に、インクが貯留されるインク室(液体貯留室)61およびインク室61から外部にインクが吐出されるインク吐出口(液体吐出室)62を有するインクノズル(液体貯留吐出部材)60が取り付けられたものである。インク室61は、圧電体膜30の凸部31の数およびパターンに対応して、複数設けられている。インクジェットヘッド3では、圧電素子1に印加する電界強度を増減させて圧電素子1を伸縮させ、これによって、インク室61からのインクの吐出や吐出量の抑制が行われる。   The ink jet head (liquid ejecting apparatus) 3 is roughly composed of an ink chamber (liquid storing chamber) 61 for storing ink and an ink ejecting port (liquid ejecting) for ejecting ink from the ink chamber 61 to the back surface of the piezoelectric actuator 2. The ink nozzle (liquid storing and discharging member) 60 having the chamber 62 is attached. A plurality of ink chambers 61 are provided corresponding to the number and pattern of the convex portions 31 of the piezoelectric film 30. In the ink jet head 3, the electric field strength applied to the piezoelectric element 1 is increased or decreased to expand and contract the piezoelectric element 1, thereby discharging ink from the ink chamber 61 and suppressing the discharge amount.

[インクジェット記録装置]
図3を参照して、インクジェットヘッド3を備えたインクジェット記録装置の構成例について説明する。図3は、装置全体図である。
[Inkjet recording apparatus]
With reference to FIG. 3, the structural example of the inkjet recording device provided with the inkjet head 3 is demonstrated. FIG. 3 is an overall view of the apparatus.

インクジェット記録装置100は、描画部116の圧胴(描画ドラム170)に保持された記録媒体124(便宜上「用紙」と呼ぶ場合がある。)にインクジェットヘッド172M、172K、172C、172Yから複数色のインクを打滴して所望のカラー画像を形成する圧胴直描方式のインクジェット記録装置であり、インクの打滴前に記録媒体124上に処理液(ここでは凝集処理液)を付与し、処理液とインク液を反応させて記録媒体124上に画像形成を行う2液反応(凝集)方式が適用されたオンデマンドタイプの画像形成装置である。   The inkjet recording apparatus 100 includes a plurality of colors from inkjet heads 172M, 172K, 172C, and 172Y on a recording medium 124 (sometimes referred to as “paper” for convenience) held on the impression cylinder (drawing drum 170) of the drawing unit 116. This is an impression cylinder direct drawing type ink jet recording apparatus that forms a desired color image by ejecting ink, and a treatment liquid (here, a coagulation treatment liquid) is applied onto the recording medium 124 before ink ejection. This is an on-demand type image forming apparatus to which a two-liquid reaction (aggregation) method for forming an image on a recording medium 124 by reacting a liquid and an ink liquid is applied.

図示のように、インクジェット記録装置100は、主として、給紙部112、処理液付与部114、描画部116、乾燥部118、定着部120、及び排出部122を備えて構成される。   As shown in the figure, the ink jet recording apparatus 100 mainly includes a paper feeding unit 112, a treatment liquid application unit 114, a drawing unit 116, a drying unit 118, a fixing unit 120, and a discharge unit 122.

(給紙部)
給紙部112は、記録媒体124を処理液付与部114に供給する機構であり、当該給紙部112には、枚葉紙である記録媒体124が積層されている。給紙部112には、給紙トレイ150が設けられ、この給紙トレイ150から記録媒体124が一枚ずつ処理液付与部114に給紙される。
(Paper Feeder)
The paper feeding unit 112 is a mechanism that supplies the recording medium 124 to the processing liquid application unit 114, and the recording medium 124 that is a sheet is stacked on the paper feeding unit 112. The paper feed unit 112 is provided with a paper feed tray 150, and the recording medium 124 is fed from the paper feed tray 150 to the processing liquid application unit 114 one by one.

(処理液付与部)
処理液付与部114は、記録媒体124の記録面に処理液を付与する機構である。処理液は、描画部116で付与されるインク中の色材(本例では顔料)を凝集させる色材凝集剤を含んでおり、この処理液とインクとが接触することによって、インクは色材と溶媒との分離が促進される。
(Processing liquid application part)
The processing liquid application unit 114 is a mechanism that applies the processing liquid to the recording surface of the recording medium 124. The treatment liquid contains a color material aggregating agent that agglomerates the color material (pigment in this example) in the ink applied by the drawing unit 116, and the ink comes into contact with the treatment liquid and the ink. And the solvent are promoted.

図3に示すように、処理液付与部114は、給紙胴152、処理液ドラム154、及び処理液塗布装置156を備えている。処理液ドラム154は、記録媒体124を保持し、回転搬送させるドラムである。処理液ドラム154の外側には、その周面に対向して処理液塗布装置156が設けられる。処理液塗布装置156は、処理液が貯留された処理液容器と、この処理液容器の処理液に一部が浸漬されたアニックスローラと、アニックスローラと処理液ドラム154上の記録媒体124に圧接されて計量後の処理液を記録媒体124に転移するゴムローラとで構成される。この処理液塗布装置156によれば、処理液を計量しながら記録媒体124に塗布することができる。   As shown in FIG. 3, the treatment liquid application unit 114 includes a paper feed cylinder 152, a treatment liquid drum 154, and a treatment liquid application device 156. The treatment liquid drum 154 is a drum that holds and rotates the recording medium 124. A processing liquid coating device 156 is provided outside the processing liquid drum 154 so as to face the peripheral surface thereof. The processing liquid coating device 156 includes a processing liquid container in which the processing liquid is stored, an anix roller partially immersed in the processing liquid in the processing liquid container, and the recording medium 124 on the anix roller and the processing liquid drum 154. And a rubber roller that transfers the measured processing liquid to the recording medium 124. According to the processing liquid coating apparatus 156, the processing liquid can be applied to the recording medium 124 while being measured.

処理液付与部114で処理液が付与された記録媒体124は、処理液ドラム154から中間搬送部126を介して描画部116の描画ドラム170へ受け渡される。   The recording medium 124 to which the processing liquid is applied by the processing liquid applying unit 114 is transferred from the processing liquid drum 154 to the drawing drum 170 of the drawing unit 116 via the intermediate transport unit 126.

(描画部)
描画部116は、描画ドラム(第2の搬送体)170、用紙抑えローラ174、及びインクジェットヘッド172M,172K,172C,172Yを備えている。
(Drawing part)
The drawing unit 116 includes a drawing drum (second transport body) 170, a sheet pressing roller 174, and ink jet heads 172M, 172K, 172C, and 172Y.

インクジェットヘッド172M,172K,172C,172Yはそれぞれ、記録媒体124における画像形成領域の最大幅に対応する長さを有するフルライン型のインクジェット方式の記録ヘッド(インクジェットヘッド)とすることが好ましい。インク吐出面には、画像形成領域の全幅にわたってインク吐出用のノズルが複数配列されたノズル列が形成されている。各インクジェットヘッド172M,172K,172C,172Yは、記録媒体124の搬送方向(描画ドラム170の回転方向)と直交する方向に延在するように設置される。   The inkjet heads 172M, 172K, 172C, and 172Y are preferably full-line inkjet recording heads (inkjet heads) each having a length corresponding to the maximum width of the image forming area on the recording medium 124. On the ink ejection surface, a nozzle row in which a plurality of nozzles for ink ejection are arranged over the entire width of the image forming area is formed. Each inkjet head 172M, 172K, 172C, 172Y is installed so as to extend in a direction orthogonal to the conveyance direction of the recording medium 124 (the rotation direction of the drawing drum 170).

描画ドラム170上に密着保持された記録媒体124の記録面に向かって各インクジェットヘッド172M,172K,172C,172Yから、対応する色インクの液滴が吐出されることにより、処理液付与部114で予め記録面に付与された処理液にインクが接触し、インク中に分散する色材(顔料)が凝集され、色材凝集体が形成される。これにより、記録媒体124上での色材流れなどが防止され、記録媒体124の記録面に画像が形成される。   The droplets of the corresponding color ink are ejected from the inkjet heads 172M, 172K, 172C, and 172Y toward the recording surface of the recording medium 124 held in close contact with the drawing drum 170, whereby the processing liquid application unit 114 performs the processing. The ink comes into contact with the treatment liquid previously applied to the recording surface, and the color material (pigment) dispersed in the ink is aggregated to form a color material aggregate. Thereby, the color material flow on the recording medium 124 is prevented, and an image is formed on the recording surface of the recording medium 124.

描画部116で画像が形成された記録媒体124は、描画ドラム170から中間搬送部128を介して乾燥部118の乾燥ドラム176へ受け渡される。   The recording medium 124 on which an image is formed by the drawing unit 116 is transferred from the drawing drum 170 to the drying drum 176 of the drying unit 118 via the intermediate conveyance unit 128.

(乾燥部)
乾燥部118は、色材凝集作用により分離された溶媒に含まれる水分を乾燥させる機構であり、図3に示すように、乾燥ドラム(搬送体)176、及び溶媒乾燥装置178を備えている。
(Drying part)
The drying unit 118 is a mechanism for drying moisture contained in the solvent separated by the color material aggregating action, and includes a drying drum (conveying body) 176 and a solvent drying device 178 as shown in FIG.

溶媒乾燥装置178は、乾燥ドラム176の外周面に対向する位置に配置され、IRヒータ182と、IRヒータ182の間に配置された温風噴出しノズル180とで構成される。   The solvent drying device 178 is disposed at a position facing the outer peripheral surface of the drying drum 176 and includes an IR heater 182 and a hot air jet nozzle 180 disposed between the IR heaters 182.

温風噴出しノズル180から記録媒体124に向けて吹き付けられる温風の温度と風量、各IRヒータ182の温度を適宜調節することにより、様々な乾燥条件を実現することができる。   Various drying conditions can be realized by appropriately adjusting the temperature and air volume of the hot air blown from the hot air jet nozzle 180 toward the recording medium 124 and the temperature of each IR heater 182.

乾燥部118で乾燥処理が行われた記録媒体124は、乾燥ドラム176から中間搬送部130を介して定着部120の定着ドラム184へ受け渡される。   The recording medium 124 that has been dried by the drying unit 118 is transferred from the drying drum 176 to the fixing drum 184 of the fixing unit 120 via the intermediate conveyance unit 130.

(定着部)
定着部120は、定着ドラム184、ハロゲンヒータ186、定着ローラ188、及びインラインセンサ190で構成される。定着ドラム184の回転により、記録媒体124は記録面が外側を向くようにして搬送され、この記録面に対して、ハロゲンヒータ186による予備加熱と、定着ローラ188による定着処理と、インラインセンサ190による検査が行われる。
(Fixing part)
The fixing unit 120 includes a fixing drum 184, a halogen heater 186, a fixing roller 188, and an inline sensor 190. With the rotation of the fixing drum 184, the recording medium 124 is conveyed with the recording surface facing outward. The recording surface is preheated by the halogen heater 186, fixing processing by the fixing roller 188, and by the inline sensor 190. Inspection is performed.

ハロゲンヒータ186は、所定の温度(例えば、180℃)に制御される。これにより、記録媒体124の予備加熱が行われる。定着ローラ188は、乾燥させたインクを加熱加圧することによってインク中の自己分散性熱可塑性樹脂微粒子を溶着し、インクを皮膜化させるためのローラ部材であり、記録媒体124を加熱加圧するように構成される。インラインセンサ190は、記録媒体124に定着された画像について、チェックパターンや水分量、表面温度、光沢度などを計測するための計測手段であり、CCDラインセンサなどが適用される。   The halogen heater 186 is controlled to a predetermined temperature (for example, 180 ° C.). Thereby, preheating of the recording medium 124 is performed. The fixing roller 188 is a roller member that heats and pressurizes the dried ink to weld the self-dispersing thermoplastic resin fine particles in the ink to form a film of the ink, so that the recording medium 124 is heated and pressed. Composed. The in-line sensor 190 is a measuring unit for measuring a check pattern, a moisture content, a surface temperature, a glossiness, and the like for an image fixed on the recording medium 124, and a CCD line sensor or the like is applied.

(排出部)
定着部120に続いて排出部122が設けられている。排出部122は、排出トレイ192を備えており、この排出トレイ192と定着部120の定着ドラム184との間に、これらに対接するように渡し胴194、搬送ベルト196、張架ローラ198が設けられている。記録媒体124は、渡し胴194により搬送ベルト196に送られ、排出トレイ192に排出される。
(Discharge part)
Subsequent to the fixing unit 120, a discharge unit 122 is provided. The discharge unit 122 includes a discharge tray 192, and a transfer drum 194, a conveyance belt 196, and a stretching roller 198 are provided between the discharge tray 192 and the fixing drum 184 of the fixing unit 120 so as to be in contact therewith. It has been. The recording medium 124 is sent to the conveyor belt 196 by the transfer drum 194 and discharged to the discharge tray 192.

なお、図3においてはドラム搬送方式のインクジェット記録装置について説明したが、本発明はこれに限定されず、ベルト搬送方式のインクジェット記録装置などにおいても用いることができる。   Although the drum conveyance type inkjet recording apparatus has been described with reference to FIG. 3, the present invention is not limited to this, and the invention can also be used in a belt conveyance type inkjet recording apparatus.

≪第1実施形態≫
図4は、本発明の第1実施形態に係る圧電素子を備えたインクジェットヘッド3の概略図である。図4に示すインクジェットヘッド3は、圧電体膜30と圧電体膜30の周囲の湿度を調整する湿度保持手段210を備えている。また、湿度保持手段は、圧電体収容室212と、湿度検出手段214と、乾燥風供給手段216と、乾燥気体を取り込む供給口218と、排出口220と、からなる。
<< First Embodiment >>
FIG. 4 is a schematic diagram of the inkjet head 3 including the piezoelectric element according to the first embodiment of the present invention. The inkjet head 3 shown in FIG. 4 includes a piezoelectric film 30 and a humidity holding unit 210 that adjusts the humidity around the piezoelectric film 30. The humidity holding means includes a piezoelectric body chamber 212, humidity detection means 214, dry air supply means 216, supply port 218 for taking in dry gas, and discharge port 220.

乾燥風供給手段216が供給する乾燥風により、圧電体収容室212内の湿度を調湿する。乾燥風供給手段216が供給する乾燥風は、乾燥空気、窒素ガス、アルゴンガスなどの低湿度空気である。乾燥風供給手段216としては、乾燥気体を生成できるエアドライヤー、乾燥気体が封入されているボンベなどである。なお、エアドライヤーについては、気体中の水分を除去するフィルターを有することが好ましい。   The humidity in the piezoelectric body chamber 212 is adjusted by the dry air supplied by the dry air supply means 216. The dry air supplied by the dry air supply means 216 is low-humidity air such as dry air, nitrogen gas, or argon gas. Examples of the drying air supply unit 216 include an air dryer that can generate a dry gas, and a cylinder in which the dry gas is sealed. In addition, about an air dryer, it is preferable to have a filter which removes the water | moisture content in gas.

圧電体は、水分の存在下で劣化することが知られている。しかしながら、水分による劣化は、ただ単に水蒸気下にさらしているだけでは発生せず、水蒸気の存在下で圧電体を駆動させることで、劣化が進行することを、本出願人は見出した。本発明は、圧電体の駆動時のみ、圧電体の周囲の湿度を調節することで、余分な電力の消費を抑えることができる。   It is known that a piezoelectric body deteriorates in the presence of moisture. However, the present applicant has found that the deterioration due to moisture does not occur simply by being exposed to water vapor, but the deterioration proceeds by driving the piezoelectric body in the presence of water vapor. In the present invention, it is possible to suppress the consumption of extra power by adjusting the humidity around the piezoelectric body only when the piezoelectric body is driven.

したがって、乾燥風供給手段216の駆動は、圧電体の駆動時に行う。圧電体の駆動時に行うことで、劣化を抑制することができる。また、圧電体の駆動と同時に乾燥風供給手段216の作動を行った場合は、圧電体の駆動初期においては、湿度が高い状態で圧電体の駆動を行うことになるので、圧電体の劣化が進行してしまう。圧電体の駆動時に圧電体近傍の湿度が低くなるように、圧電体の駆動前から乾燥風を供給し、湿度を下げておくことにより、圧電体駆動初期の劣化を抑制することができるので、好ましい。   Therefore, the driving of the dry air supply means 216 is performed when the piezoelectric body is driven. By performing the driving at the time of driving the piezoelectric body, deterioration can be suppressed. Further, when the dry air supply means 216 is operated simultaneously with the driving of the piezoelectric body, the piezoelectric body is driven in a high humidity state in the initial driving of the piezoelectric body, so that the deterioration of the piezoelectric body is caused. It will progress. By supplying dry air before driving the piezoelectric body and lowering the humidity so that the humidity in the vicinity of the piezoelectric body is low when the piezoelectric body is driven, deterioration in the initial driving of the piezoelectric body can be suppressed. preferable.

また、圧電体は、湿度を極端に低くしなくても、ある湿度以上とすることで、圧電体の耐久性が急激に悪化する湿度(以下、本発明において「臨界湿度」という)がある。圧電体近傍の湿度をこの臨界湿度以上とならないようにすることで、圧電体の劣化を抑制することができ、余分な電力がかからないようにすることができる。   In addition, the piezoelectric body has a humidity (hereinafter referred to as “critical humidity” in the present invention) in which the durability of the piezoelectric body is abruptly deteriorated by setting the humidity to a certain level or higher without extremely reducing the humidity. By preventing the humidity in the vicinity of the piezoelectric body from exceeding the critical humidity, deterioration of the piezoelectric body can be suppressed, and extra power can be prevented from being applied.

湿度が低くなったら、乾燥風供給手段216による乾燥風の供給を終了する。湿度の測定は、湿度検出手段214により測定し、制御手段222により、湿度が高い場合には、乾燥風供給手段216により乾燥風の供給を行い、圧電体収容室212内の湿度を下げる。そして、圧電体収容室212内の湿度が下がったら、乾燥風の供給を停止することで、圧電体収容室212内の湿度を保持する。これにより、湿度を極端に低くする必要がないので、消費電力を抑えることができる。   When the humidity becomes low, the supply of the dry air by the dry air supply means 216 is terminated. The humidity is measured by the humidity detection means 214, and when the humidity is high, the control means 222 supplies the dry air by the dry air supply means 216 to lower the humidity in the piezoelectric body chamber 212. Then, when the humidity in the piezoelectric body storage chamber 212 decreases, the humidity in the piezoelectric body storage chamber 212 is maintained by stopping the supply of the drying air. Thereby, since it is not necessary to make humidity extremely low, power consumption can be suppressed.

臨界湿度については、事前に、各湿度条件で耐久性試験を行い、決定する。耐久性試験は、たとえば、−12.5V±12.5V 100kHzの台形波を印加し、所定の時間ごとに電圧印加を切り、LCRメータにて、1V、1kHzのtanδ(振動面の誘電正接)を計測する。tanδが0.1を越えたら劣化したとみなし、寿命とした。この寿命が、1000億サイクル駆動させても劣化が発生しない湿度を臨界湿度とした。   The critical humidity is determined in advance by performing a durability test under each humidity condition. In the durability test, for example, a trapezoidal wave of −12.5 V ± 12.5 V 100 kHz is applied, voltage application is turned off every predetermined time, and 1 V, 1 kHz tan δ (dielectric loss tangent of vibration surface) is measured with an LCR meter. Measure. When tan δ exceeded 0.1, it was considered that the product had deteriorated and was regarded as the life. The critical humidity was defined as the humidity at which the lifetime did not deteriorate even after 100 billion cycle driving.

具体的には、臨界湿度は、15g/m以下とすることが好ましく、より好ましくは12g/m以下、さらに好ましくは、10g/m以下である。湿度を上記範囲とすることにより、圧電体の劣化を抑制することができる。また、下限は、6.2g/m以上が好ましく、より好ましくは、8g/m以上であり、さらに好ましくは9g/m以上である。上記範囲より低くしても、圧電体の劣化抑制の効果は上がらず、余分に電力を消費するので、好ましくない。 Specifically, the critical humidity is preferably 15 g / m 3 or less, more preferably 12 g / m 3 or less, and still more preferably 10 g / m 3 or less. By setting the humidity within the above range, deterioration of the piezoelectric body can be suppressed. The lower limit is preferably 6.2 g / m 3 or more, more preferably 8 g / m 3 or more, and still more preferably 9 g / m 3 or more. Even if it is lower than the above range, the effect of suppressing the deterioration of the piezoelectric body does not increase, and extra power is consumed.

≪第2実施形態≫
図5は、本発明の第2実施形態に係る圧電素子を備えたインクジェットヘッド303の概略図である。図5に示すインクジェットヘッド303は、圧電体膜30と圧電体膜30の周囲の湿度を調整する湿度保持手段230を備えている。また、湿度保持手段230は、圧電体収容室232、湿度検出手段234と、乾燥剤238と、乾燥剤238が封入してあり開閉弁236により開閉可能な乾燥剤収容室240と、からなる。開閉弁236を開けることにより、乾燥剤収容室240に設けられた乾燥剤238が圧電体収容室232内の水分を吸湿し、圧電体の近傍雰囲気の湿度を下げることにより、湿度の調節を行うことができる。
<< Second Embodiment >>
FIG. 5 is a schematic view of an inkjet head 303 including a piezoelectric element according to the second embodiment of the present invention. The inkjet head 303 shown in FIG. 5 includes a piezoelectric film 30 and a humidity holding unit 230 that adjusts the humidity around the piezoelectric film 30. The humidity holding unit 230 includes a piezoelectric body storage chamber 232, a humidity detection unit 234, a desiccant 238, and a desiccant storage chamber 240 that encloses the desiccant 238 and can be opened and closed by an on-off valve 236. By opening the on-off valve 236, the desiccant 238 provided in the desiccant storage chamber 240 absorbs moisture in the piezoelectric body storage chamber 232, and the humidity is adjusted by lowering the humidity in the vicinity of the piezoelectric body. be able to.

第2実施形態においても、圧電体の駆動時のみ、または、駆動時に所定の湿度となるように、開閉弁236の開閉により、圧電体収容室232内の温度を調節する。圧電体収容室232内の湿度は、湿度検出手段234により測定され、制御手段242により、湿度が高い場合には、開閉弁236を開け、水分を乾燥剤238に吸収させ、圧電体周囲の湿度を下げる。圧電体の周囲の湿度が下がったら、開閉弁236を閉じることで、圧電体周囲の湿度を保持する。   Also in the second embodiment, the temperature in the piezoelectric body accommodating chamber 232 is adjusted by opening and closing the on-off valve 236 only when the piezoelectric body is driven or at a predetermined humidity during driving. The humidity in the piezoelectric material chamber 232 is measured by the humidity detecting means 234, and when the humidity is high, the control means 242 opens the on-off valve 236 to absorb moisture into the desiccant 238, and the humidity around the piezoelectric material. Lower. When the humidity around the piezoelectric body decreases, the on-off valve 236 is closed to maintain the humidity around the piezoelectric body.

使用できる乾燥剤の種類としては、シリカゲル、所定の湿度になるように制御した調湿用シリカゲル、セッコウ、炭素材料(木、炭など)、調湿紙を挙げることができる。   Examples of the desiccant that can be used include silica gel, humidity control silica gel controlled to have a predetermined humidity, gypsum, carbon materials (wood, charcoal, etc.), and humidity control paper.

また、臨界湿度の測定方法については、第1実施形態と同様に行うことができる。好ましい絶対湿度の数値についても、第1実施形態と同様の数値範囲を用いることができる。   The method for measuring the critical humidity can be performed in the same manner as in the first embodiment. The same numerical range as in the first embodiment can also be used for the preferable absolute humidity value.

≪第3実施形態≫
図6は、本発明の第3実施形態に係る圧電素子を備えたインクジェットヘッド403の概略図である。図6に示すインクジェットヘッド403は、圧電体膜30と圧電体膜30の周囲の湿度を調整する湿度保持手段252として、圧電体膜30を収容する圧電体収容室250の壁を多孔電極256、256’に挟まれた固体高分子電解膜254とすることで、圧電体収容室250内の水分の除去を行う。
<< Third Embodiment >>
FIG. 6 is a schematic view of an inkjet head 403 provided with a piezoelectric element according to the third embodiment of the present invention. The ink jet head 403 shown in FIG. 6 includes a piezoelectric film 30 and a wall of the piezoelectric body chamber 250 that houses the piezoelectric film 30 as a humidity holding unit 252 that adjusts the humidity around the piezoelectric film 30 and the porous film 256. By using the solid polymer electrolyte membrane 254 sandwiched between 256 ′, the moisture in the piezoelectric body chamber 250 is removed.

圧電体収容室250内の水分の除去は次のようにして行われる。多孔電極256、256’間に電圧をかけることで、圧電体収容室250内の水分が圧電体収容室252の内側の壁を形成する多孔電極256で電気分解により、水素イオン(H)と酸素分子(O)と電子(e)とに分解される。 Removal of moisture in the piezoelectric body chamber 250 is performed as follows. By applying a voltage between the porous electrodes 256 and 256 ′, moisture in the piezoelectric body chamber 250 is electrolyzed with hydrogen ions (H + ) by the porous electrode 256 that forms the inner wall of the piezoelectric body chamber 252. It is decomposed into oxygen molecules (O 2 ) and electrons (e ).

陽極(除湿側) HO → 2H+(1/2)O+2e
水素イオンは、固体高分子電解膜254を通り、圧電体収容室250の外側の壁を形成する多孔電極256’側に移動して、空気中の酸素分子と結合し、水を形成し、空気中に放出される。
Anode (dehumidification side) H 2 O → 2H + + (1/2) O 2 + 2e
The hydrogen ions pass through the solid polymer electrolyte membrane 254, move to the porous electrode 256 ′ side that forms the outer wall of the piezoelectric body chamber 250, and combine with oxygen molecules in the air to form water, Released into.

陰極(放湿側) 2H+(1/2)O+2e → H
つまり、圧電体収容室250内部の多孔電極256側では、除湿が行われ、外側の多孔電極256’では加湿が行われる。
Cathode (moisture release side) 2H + + (1/2) O 2 + 2e → H 2 O
That is, dehumidification is performed on the porous electrode 256 side inside the piezoelectric body chamber 250, and humidification is performed on the outer porous electrode 256 ′.

第3実施形態においても。第1実施形態、第2実施形態と同様に、圧電体の駆動時のみ、または駆動時に所定の湿度となるように、多孔電極256、256’間に電圧を印加することで、圧電体収容室250内の湿度を調整する。臨界湿度の測定方法、好ましい絶対湿度の数値範囲についても、第1実施形態、第2実施形態と同様に行うことができる。   Also in the third embodiment. As in the first and second embodiments, the piezoelectric body chamber is obtained by applying a voltage between the porous electrodes 256 and 256 ′ so that the predetermined humidity is obtained only when the piezoelectric body is driven or when the piezoelectric body is driven. Adjust humidity in 250. The method for measuring the critical humidity and the preferable numerical range of the absolute humidity can also be performed in the same manner as in the first embodiment and the second embodiment.

次に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   EXAMPLES Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

<臨界湿度の設定>
通常の試料(湿度制御機構なし)に関して、圧電素子の湿度依存性を確認した。
<Setting critical humidity>
The humidity dependence of the piezoelectric element was confirmed for a normal sample (without a humidity control mechanism).

Φ120mmのPb1.3(Zr0.52Ti0.480.88Nb0.12焼結体ターゲットを用い、RF投入パワー500Wで、TS=60mmの距離で成膜を行った。膜厚は約4μmであった。成膜基板には、Si基板上にTi20nm・Ir150nmを積層した電極を用いた。Ir(111)面が主成分であった。 Using a Pb 1.3 (Zr 0.52 Ti 0.48 ) 0.88 Nb 0.12 O X sintered compact target having a diameter of 120 mm, film formation was performed at an RF input power of 500 W and a distance of TS = 60 mm. The film thickness was about 4 μm. As the film formation substrate, an electrode in which Ti 20 nm and Ir 150 nm were stacked on a Si substrate was used. The Ir (111) plane was the main component.

作製したPZT薄膜の上部にTi/Pt電極を成膜した。これらの膜に対して、40℃80%以下で、−12.5V±12.5 100kHzの台形波を印加し、10億サイクル(すなわち、100kHz×10億サイクル=16.7分おき)ごとに電圧印加を切って、LCRメータにて、1V、1kHzのtanδ(振動面の誘電正接)を計測し、耐久性の評価を行った。20ヶ所の測定を行い、1ヶ所でも最初にtanδが0.1を越えた点を、圧電素子が劣化した点として、寿命とした。1000億を越えたものに関しては、50億サイクルに1回測定した。   A Ti / Pt electrode was formed on top of the produced PZT thin film. A trapezoidal wave of −12.5 V ± 12.5 100 kHz is applied to these films at 80 ° C. or less at 80% or less, and every 1 billion cycles (ie, 100 kHz × 1 billion cycles = 16.7 minutes). With the LCR meter turned off, 1 V, 1 kHz tan δ (dielectric loss tangent of the vibration surface) was measured with an LCR meter, and durability was evaluated. The measurement was performed at 20 locations, and the point at which tan δ first exceeded 0.1 at one location was defined as the point at which the piezoelectric element deteriorated and was regarded as the lifetime. Those exceeding 100 billion were measured once every 5 billion cycles.

40℃の環境は、高温高湿槽を用いて行った。25℃湿度55%の環境は、通常のエアコンで調湿された部屋で評価を行った。また、25℃湿度1%は、乾燥空気をフローさせた環境内で評価を行った。結果を表1、図7に示す。   The environment at 40 ° C. was performed using a high-temperature and high-humidity tank. The environment of 25 ° C. and 55% humidity was evaluated in a room conditioned with a normal air conditioner. Moreover, 25 degreeC humidity 1% evaluated in the environment which made dry air flow. The results are shown in Table 1 and FIG.

表1、図7に示すように、絶対湿度15g/m未満の試料では、急激に耐久性が向上し、5000億サイクル駆動させても、全く劣化が見られなかった。そこで、圧電素子を水蒸気量約12g/mに調節することで、十分に駆動耐久性が得られることが確認できた。 As shown in Table 1 and FIG. 7, in the sample having an absolute humidity of less than 15 g / m 3 , the durability was drastically improved, and no deterioration was observed even when it was driven for 500 billion cycles. Thus, it was confirmed that sufficient driving durability was obtained by adjusting the piezoelectric element to a water vapor amount of about 12 g / m 3 .

Figure 2011135001
Figure 2011135001

<駆動耐久性試験>
試料を湿度20g/m(25℃60%)の環境下で、圧電素子を駆動させずに1週間保持した。その後、以下の条件で湿度保持手段を動作させながら、圧電素子を駆動させた。湿度保持手段としては、乾燥風供給手段を用い、乾燥風の強さを制御することで湿度を調整した。
<Driving durability test>
The sample was held for 1 week in an environment of humidity 20 g / m 3 (25 ° C., 60%) without driving the piezoelectric element. Thereafter, the piezoelectric element was driven while operating the humidity holding means under the following conditions. As the humidity maintaining means, the dry air supply means was used, and the humidity was adjusted by controlling the strength of the dry air.

[実施例1]
湿度保持手段を作動させ、湿度が1g/m(25℃3%)で安定するまで待ち、圧電素子の駆動を開始した。
[Example 1]
The humidity holding means was activated and waited until the humidity was stabilized at 1 g / m 3 (25 ° C. 3%), and the driving of the piezoelectric element was started.

[実施例2]
湿度保持手段を作動させ、湿度が12g/m(25℃25%)に下がった段階で、圧電素子の駆動を開始した。圧電素子が駆動している間も湿度保持手段を作動し続けた。湿度は、100分かけて1g/mまで徐々に下がった。
[Example 2]
When the humidity holding means was activated and the humidity dropped to 12 g / m 3 (25 ° C., 25%), driving of the piezoelectric element was started. The humidity holding means continued to operate while the piezoelectric element was driven. The humidity gradually decreased to 1 g / m 3 over 100 minutes.

[実施例3]
湿度保持手段を作動させ、湿度が12g/mに下がった段階で、圧電素子の駆動を開始した。圧電素子の駆動時は、湿度は12g/mに保持した。
[Example 3]
When the humidity holding unit was activated and the humidity dropped to 12 g / m 3 , driving of the piezoelectric element was started. When driving the piezoelectric element, the humidity was kept at 12 g / m 3 .

[実施例4]
湿度保持手段を作動させるのと同時に、湿度が12g/mに低下するのを待たずに圧電素子の駆動を開始した。圧電素子の駆動開始後、20分程度で12g/mに達した。
[Example 4]
Simultaneously with the operation of the humidity holding means, the driving of the piezoelectric element was started without waiting for the humidity to drop to 12 g / m 3 . After starting to drive the piezoelectric element, it reached 12 g / m 3 in about 20 minutes.

[比較例1]
湿度保持手段を作動させず、湿度が20g/mの環境下で、圧電素子の駆動を開始した。
[Comparative Example 1]
The driving of the piezoelectric element was started in an environment where the humidity holding means was not operated and the humidity was 20 g / m 3 .

結果を表2に示す。   The results are shown in Table 2.

Figure 2011135001
Figure 2011135001

実施例1〜3に示すように、圧電素子を駆動する際に、臨界湿度(本試料については、12g/m)以下にすることで、圧電素子を駆動していない間に高湿下で保存しておいても、十分な耐久性が得られることが確認できた。一方、湿度の調整を行わず、そのままの湿度で圧電素子を駆動させた比較例1は、300億サイクルで劣化した。 As shown in Examples 1 to 3, when driving the piezoelectric element, the critical humidity (12 g / m 3 for this sample) or less is used to drive the piezoelectric element under high humidity while not driving the piezoelectric element. It was confirmed that sufficient durability could be obtained even after storage. On the other hand, Comparative Example 1 in which the piezoelectric element was driven at the same humidity without adjusting the humidity deteriorated in 30 billion cycles.

また、湿度保持手段と圧電素子を同時に駆動させた実施例4では、比較例1よりは優れた耐久性を有するが、実施例1〜3よりは性能が劣っていた。これは、臨界湿度である12g/mに達するまでの20分の間に劣化が進行するためであると考えられる。したがって、臨界湿度以下になった際に駆動させることが好ましいことが確認できた。 Further, Example 4 in which the humidity holding means and the piezoelectric element were driven simultaneously had durability superior to that of Comparative Example 1, but performance was inferior to Examples 1 to 3. This is considered to be because the deterioration proceeds within 20 minutes until the critical humidity of 12 g / m 3 is reached. Therefore, it was confirmed that it is preferable to drive when the humidity becomes lower than the critical humidity.

1…圧電素子、2…圧電アクチュエータ、3、303、403…インクジェットヘッド(液体吐出装置)、10…基板、20…下部電極、30…圧電体膜、40…上部電極、50…振動板、60…インクノズル(液体貯留吐出部材)、61…インク室(液体貯留室)、62…インク吐出口(液体吐出室)、100…インクジェット記録装置、112…給紙部、114…処理液付与部、116…描画部、118…乾燥部、120…定着部、122…排出部、124…記録媒体、155、171、177、185…保持手段(グリッパー)、170…描画ドラム、172M、172K、172C、172Y…インクジェットヘッド、176…乾燥ドラム、184…定着ドラム、188…定着ローラ、192…排出トレイ、196…搬送ベルト、210、230、252…湿度保持手段、212、232、250…圧電体収容室、214、234、258…湿度検出手段、216…乾燥風供給手段、218…供給口、220…排出口、222、242…制御手段、236…開閉弁、238…乾燥剤、240…乾燥剤収容室、254…固体高分子電解膜、256、256’…多孔電極   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric element, 2 ... Piezoelectric actuator, 3, 303, 403 ... Inkjet head (liquid ejection apparatus), 10 ... Substrate, 20 ... Lower electrode, 30 ... Piezoelectric film, 40 ... Upper electrode, 50 ... Vibration plate, 60 ... ink nozzle (liquid storage and discharge member), 61 ... ink chamber (liquid storage chamber), 62 ... ink discharge port (liquid discharge chamber), 100 ... ink jet recording apparatus, 112 ... paper feed section, 114 ... treatment liquid application section, DESCRIPTION OF SYMBOLS 116 ... Drawing part, 118 ... Drying part, 120 ... Fixing part, 122 ... Ejection part, 124 ... Recording medium, 155, 171, 177, 185 ... Holding means (gripper), 170 ... Drawing drum, 172M, 172K, 172C, 172Y ... Inkjet head, 176 ... Drying drum, 184 ... Fixing drum, 188 ... Fixing roller, 192 ... Discharge tray, 196 ... Conveyor belt, 2 0, 230, 252 ... humidity holding means, 212, 232, 250 ... piezoelectric housing chambers, 214, 234, 258 ... humidity detecting means, 216 ... dry air supply means, 218 ... supply port, 220 ... discharge port, 222, 242 ... Control means, 236 ... On-off valve, 238 ... Desiccant, 240 ... Desiccant storage chamber, 254 ... Solid polymer electrolyte membrane, 256, 256 '... Porous electrode

Claims (9)

圧電体と、該圧電体に対して所定方向に電界を印加する電極と、該圧電体近傍付近の湿度を一定に保持する湿度保持手段と、を備え、
前記圧電体の非駆動時は前記湿度保持手段を作動させず、前記圧電体の駆動時に前記湿度保持手段を作動させる制御手段を有することを特徴とする圧電素子。
A piezoelectric body, an electrode that applies an electric field to the piezoelectric body in a predetermined direction, and humidity holding means that maintains a constant humidity near the piezoelectric body,
A piezoelectric element comprising control means for operating the humidity holding means when the piezoelectric body is driven, without operating the humidity holding means when the piezoelectric body is not driven.
前記湿度が、前記圧電体の劣化を抑制する湿度である臨界湿度以下であることを特徴とする請求項1に記載の圧電素子。   2. The piezoelectric element according to claim 1, wherein the humidity is equal to or lower than a critical humidity which is a humidity for suppressing deterioration of the piezoelectric body. 前記臨界湿度は、湿度条件を変化させながら前記圧電素子の耐久性試験を行い測定することを特徴とする請求項2に記載の圧電素子。   The piezoelectric element according to claim 2, wherein the critical humidity is measured by performing a durability test of the piezoelectric element while changing a humidity condition. 前記湿度が、15g/m以下であることを特徴とする請求項1から3いずれか1項に記載の圧電素子。 The piezoelectric element according to any one of claims 1 to 3, wherein the humidity is 15 g / m 3 or less. 前記湿度保持手段が、前記圧電体を収容する圧電体収容室と、該圧電体収容室に乾燥風を供給する乾燥風供給手段と、からなり、
前記乾燥風供給手段の作動の有無により湿度を調整することを特徴とする請求項1から4いずれか1項に記載の圧電素子。
The humidity holding means comprises a piezoelectric body housing chamber for housing the piezoelectric body, and a drying air supply means for supplying drying air to the piezoelectric body housing chamber;
The piezoelectric element according to any one of claims 1 to 4, wherein the humidity is adjusted depending on whether or not the dry air supply means is activated.
前記湿度保持手段が、前記圧電体を収容する圧電体収容室と、該圧電体収容室と連通し乾燥剤を収容する乾燥剤収容室と、該圧電体収容室と該乾燥剤収容室との間を開閉する開閉弁と、からなり、
前記開閉弁を駆動させることで、湿度の調節を行うことを特徴とする請求項1から4いずれか1項に記載の圧電素子。
The humidity holding means includes: a piezoelectric material storage chamber that stores the piezoelectric material; a desiccant storage chamber that communicates with the piezoelectric material storage chamber and stores a desiccant; and the piezoelectric material storage chamber and the desiccant storage chamber. An on-off valve that opens and closes
The piezoelectric element according to claim 1, wherein humidity is adjusted by driving the on-off valve.
前記湿度保持手段は、前記圧電体を収容する圧電体収容室の壁の少なくとも一部が、多孔電極に挟まれた固体高分子電解膜であり、
前記多孔電極間に電圧を印加することで、湿度の調節を行うことを特徴とする請求項1から4いずれか1項に記載の圧電素子。
The humidity holding means is a solid polymer electrolyte membrane in which at least a part of a wall of a piezoelectric material storage chamber for storing the piezoelectric material is sandwiched between porous electrodes,
The piezoelectric element according to claim 1, wherein the humidity is adjusted by applying a voltage between the porous electrodes.
請求項1から7いずれか1項に記載の圧電素子と、
液体が貯留される液体貯留室および該液体貯留室から外部に該液体が吐出される液体吐出口を有する液体貯留吐出部材と、を備えたことを特徴とするインクジェットヘッド。
A piezoelectric element according to any one of claims 1 to 7,
An ink-jet head comprising: a liquid storage chamber in which liquid is stored; and a liquid storage / discharge member having a liquid discharge port through which the liquid is discharged from the liquid storage chamber.
請求項8に記載のインクジェットヘッドを備え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 head according to claim 8.
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