JP2012228843A - Piezoelectric actuator and liquid discharge head and recording device using the piezoelectric actuator - Google Patents

Piezoelectric actuator and liquid discharge head and recording device using the piezoelectric actuator Download PDF

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Harumi Hayashi
春美 林
Izuru Sato
出 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric actuator having a large displacement amount and a liquid discharge head and a recording device which use the piezoelectric actuator.SOLUTION: In the piezoelectric actuator, an inner electrode 34, a piezoelectric ceramic layer 21b and a surface electrode 35 are laminated on a diaphragm 21a in this order. Total thickness of a first portion 21a-1 of the diaphragm 21a under the surface electrode 35, the inner electrode 34 and a first portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer 21b is set larger than total thickness of a second portion 21a-2 of the diaphragm 21a around the surface electrode 35, the inner electrode 34 and a second portion 21b-2 of the piezoelectric ceramic layer 21b. Total thickness of the diaphragm 21a under the surface electrode 35 and the inner electrode 34 is set larger than total thickness of the diaphragm 21a around the surface electrode 35 and the inner electrode 34.

Description

本発明は、圧電性を利用して変位を生じさせる圧電アクチュエータ、および、それを用いて液滴を吐出させる液体吐出ヘッドおよび記録装置に関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric actuator that generates displacement using piezoelectricity, and a liquid discharge head and a recording apparatus that discharge droplets using the piezoelectric actuator.

インクジェット方式の記録装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが搭載されている。液体吐出ヘッドには、加圧手段としてのヒータを備え、インクが充填された流路内でインクを加熱、沸騰させて、流路内に発生する気泡によって流路内のインクを加圧し、吐出させるサーマルヘッド方式と、加圧手段としての変位素子を備え、インクが充填された流路の壁の一部を屈曲変位させて、機械的にインクを加圧し、吐出させる圧電方式・静電方式が一般的に知られている。   An ink jet recording apparatus is equipped with a liquid ejection head for ejecting liquid. The liquid discharge head is equipped with a heater as a pressurizing means. The ink is heated and boiled in the flow path filled with ink, and the ink in the flow path is pressurized and discharged by bubbles generated in the flow path. A piezoelectric / electrostatic system that includes a thermal head system that moves and a displacement element as a pressurizing means, and that bends and displaces part of the wall of the flow path filled with ink to mechanically pressurize and eject the ink. Is generally known.

また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向(副走査方向)と直交する方向(主走査方向)に液体吐出ヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および記録媒体より主走査方向に長い液体吐出ヘッドを固定した状態で、副走査方向に搬送されてくる記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のように液体吐出ヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。   In addition, in such a liquid discharge head, a serial type that performs recording while moving the liquid discharge head in a direction (main scanning direction) orthogonal to the conveyance direction (sub-scanning direction) of the recording medium, and main scanning from the recording medium There is a line type in which recording is performed on a recording medium conveyed in the sub-scanning direction with a liquid discharge head that is long in the direction fixed. The line type has the advantage that high-speed recording is possible because there is no need to move the liquid discharge head as in the serial type.

シリアル式、ライン式のいずれの方式の液体吐出ヘッドであっても、液滴を高い密度で印刷するには、液体吐出ヘッドに形成されている、液滴を吐出する吐出孔の密度を高くする必要がある。   In order to print droplets at a high density in any of the serial type and line type liquid discharge heads, the density of the discharge holes for discharging the droplets formed in the liquid discharge head is increased. There is a need.

そこで液体吐出ヘッドを、マニホールドおよびマニホールドから複数の加圧室をそれぞれ介して繋がる吐出孔を有した金属の流路部材と、前記加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有する圧電アクチュエータとを積層して構成したものが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。この液体吐出ヘッドでは、複数の吐出孔にそれぞれ繋がった加圧室がマトリックス状に配置され、それを覆うように設けられた圧電アクチュエータの変位素子を圧電体の変形により変位させることで、各吐出孔からインクを吐出させ、主走査方向に600dpiの解像度で印刷が可能とされている。また、変位素子は、流路部材側から、振動板、共通電極、圧電セラミック層、加圧室に対向した位置にある個別電極が積層された構造をしている。   Accordingly, the liquid discharge head includes a manifold and a metal flow path member having discharge holes that connect the manifold via the plurality of pressurizing chambers, and a plurality of displacement elements provided so as to cover the pressurizing chambers, respectively. A structure in which a piezoelectric actuator is laminated is known (for example, see Patent Document 1). In this liquid discharge head, the pressurizing chambers connected to the plurality of discharge holes are arranged in a matrix, and the displacement elements of the piezoelectric actuator provided so as to cover them are displaced by the deformation of the piezoelectric body. Ink is ejected from the holes and printing is possible in the main scanning direction at a resolution of 600 dpi. Further, the displacement element has a structure in which the diaphragm, the common electrode, the piezoelectric ceramic layer, and the individual electrode located at the position facing the pressurizing chamber are laminated from the flow path member side.

特開2003−305852号公報JP 2003-305852 A

特許文献1に記載されているような圧電アクチュエータでは、変位量が小さいために、吐出する液滴量が所望の量より少なかったり、吐出する液滴の飛翔速度が所望の速度より低かったりする場合があった。   In the piezoelectric actuator described in Patent Document 1, since the amount of displacement is small, the amount of ejected droplets is less than the desired amount, or the flying speed of the ejected droplets is lower than the desired rate was there.

したがって、本発明の目的は、変位量の大きい圧電アクチュエータ、およびそれを用いた液体吐出ヘッドならびに記録装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator having a large displacement, a liquid discharge head using the same, and a recording apparatus.

本発明の圧電アクチュエータは、振動板上に、内部電極、圧電セラミック層および表面電極がこの順で積層されている圧電アクチュエータであって、前記表面電極の下の前記振動板、前記内部電極および前記圧電セラミック層の厚さの合計が、前記表面電極の周囲の前記振動板、前記内部電極および前記圧電セラミック層の厚さの合計よりも厚くなっており、前記表面電極の下の前記振動板および前記内部電極の厚さの合計が、前記表面電極の周囲の前記振動板および前記内部電極の厚さの合計より厚くなっていることを特徴とする。   The piezoelectric actuator of the present invention is a piezoelectric actuator in which an internal electrode, a piezoelectric ceramic layer, and a surface electrode are laminated in this order on a vibration plate, and the vibration plate, the internal electrode, and the surface electrode under the surface electrode The total thickness of the piezoelectric ceramic layer is thicker than the total thickness of the diaphragm, the internal electrode and the piezoelectric ceramic layer around the surface electrode, and the diaphragm under the surface electrode and The total thickness of the internal electrodes is larger than the total thickness of the diaphragm and the internal electrodes around the surface electrode.

前記表面電極の下の前記圧電セラミック層の厚さが、前記表面電極の下の前記振動板の厚さ以下であることが好ましい。   It is preferable that the thickness of the piezoelectric ceramic layer under the surface electrode is equal to or less than the thickness of the diaphragm under the surface electrode.

前記表面電極の下の前記圧電セラミック層の上面が、前記表面電極の周囲の前記圧電セラミック層の上面よりも高い位置にあり、前記圧電セラミック層の上面が凸形状となっていることが好ましい。   The upper surface of the piezoelectric ceramic layer under the surface electrode is preferably higher than the upper surface of the piezoelectric ceramic layer around the surface electrode, and the upper surface of the piezoelectric ceramic layer is preferably convex.

前記表面電極の下の前記振動板の下面が、前記表面電極の周囲の前記振動板の下面よりも高い位置にあり、前記圧電セラミック層の下面が凹形状となっていることが好ましい。   It is preferable that the lower surface of the diaphragm under the surface electrode is higher than the lower surface of the diaphragm around the surface electrode, and the lower surface of the piezoelectric ceramic layer is concave.

本発明の液体吐出ヘッドは、前記圧電アクチュエータが前記表面電極を複数備えているとともに、前記内部電極が、複数の前記表面電極と対向しており、前記圧電アクチュエータが、複数の吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の加圧室が開口している流路部材に、前記表面電極と前記加圧室との位置を合わせて積層されていることを特徴とする。   In the liquid discharge head of the present invention, the piezoelectric actuator includes a plurality of the surface electrodes, the internal electrodes face the plurality of surface electrodes, and the piezoelectric actuators are connected to the plurality of discharge holes, respectively. The surface electrode and the pressurizing chamber are aligned and laminated on a flow path member in which a plurality of pressurizing chambers are open.

前記圧電アクチュエータを平面視した場合、前記振動板、前記内部電極および前記圧電セラミック層の厚さの合計が周囲よりも厚くなっている部位が、前記加圧室に納まっていることが好ましい。   In a plan view of the piezoelectric actuator, it is preferable that a portion where the total thickness of the diaphragm, the internal electrode, and the piezoelectric ceramic layer is thicker than the surroundings is housed in the pressurizing chamber.

前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して相対的に搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。   A recording apparatus comprising: the liquid discharge head; a transport unit that transports a recording medium relative to the liquid discharge head; and a control unit that controls the liquid discharge head.

本発明によれば、変位素子が、周囲の振動板、圧電セラミック層から受ける拘束力が少なくなるので、変位量が大きくなる。   According to the present invention, since the displacement force received by the displacement element from the surrounding diaphragm and the piezoelectric ceramic layer is reduced, the amount of displacement is increased.

本発明の一実施形態に係る記録装置であるプリンタの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a printer that is a recording apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1の液体吐出ヘッドを構成する液体吐出ヘッド本体の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a liquid discharge head body that constitutes the liquid discharge head of FIG. 1. 図2の一点鎖線によって囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。FIG. 3 is an enlarged view of a region surrounded by an alternate long and short dash line in FIG. 2, and is a diagram in which some flow paths are omitted for explanation. 図2の一点鎖線によって囲まれた領域の拡大図であり、説明のため図3とは別の一部の流路を省略した図である。FIG. 3 is an enlarged view of a region surrounded by an alternate long and short dash line in FIG. 2, and is a diagram in which a part of the flow path different from FIG. (a)は、図3のV−V線に沿った縦断面図であり、(b)は、(a)の要部の拡大図であり、(c)は(a)の要部を拡大した平面図である。(A) is the longitudinal cross-sectional view along the VV line | wire of FIG. 3, (b) is an enlarged view of the principal part of (a), (c) is expanded the principal part of (a). FIG. (a)は、流路部材に積層された、本発明の他の実施形態の圧電アクエータの縦断面図である。(A) is a longitudinal cross-sectional view of the piezoelectric actuator of other embodiment of this invention laminated | stacked on the flow-path member.

図1は、本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ1(以下、プリンタ1とする)は、4つの液体吐出ヘッド2を有している。これらの液体吐出ヘッド2
は、印刷用紙Pの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ1に固定されている。液体吐出ヘッド2は、図1の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a color ink jet printer which is a recording apparatus including a liquid discharge head according to an embodiment of the present invention. This color inkjet printer 1 (hereinafter referred to as printer 1) has four liquid ejection heads 2. These liquid discharge heads 2
Are arranged along the transport direction of the printing paper P and fixed to the printer 1. The liquid discharge head 2 has an elongated shape in a direction from the front to the back in FIG. This long direction is sometimes called the longitudinal direction.

プリンタ1には、印刷用紙Pの搬送経路に沿って、給紙ユニット114、搬送ユニット120および紙受け部116が順に設けられている。また、プリンタ1には、液体吐出ヘッド2や給紙ユニット114などのプリンタ1の各部における動作を制御するための制御部100が設けられている。   In the printer 1, a paper feed unit 114, a transport unit 120, and a paper receiver 116 are sequentially provided along the transport path of the printing paper P. In addition, the printer 1 is provided with a control unit 100 for controlling the operation of each unit of the printer 1 such as the liquid discharge head 2 and the paper feeding unit 114.

給紙ユニット114は、複数枚の印刷用紙Pを収容することができる用紙収容ケース115と、給紙ローラ145とを有している。給紙ローラ145は、用紙収容ケース115に積層して収容された印刷用紙Pのうち、最も上にある印刷用紙Pを1枚ずつ送り出すことができる。   The paper supply unit 114 includes a paper storage case 115 that can store a plurality of printing papers P, and a paper supply roller 145. The paper feed roller 145 can send out the uppermost print paper P among the print papers P stacked and stored in the paper storage case 115 one by one.

給紙ユニット114と搬送ユニット120との間には、印刷用紙Pの搬送経路に沿って、二対の送りローラ118aおよび118b、ならびに、119aおよび119bが配置されている。給紙ユニット114から送り出された印刷用紙Pは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット120へと送り出される。   Between the paper feed unit 114 and the transport unit 120, two pairs of feed rollers 118a and 118b and 119a and 119b are arranged along the transport path of the printing paper P. The printing paper P sent out from the paper supply unit 114 is guided by these feed rollers and further sent out to the transport unit 120.

搬送ユニット120は、エンドレスの搬送ベルト111と2つのベルトローラ106および107を有している。搬送ベルト111は、ベルトローラ106および107に巻き掛けられている。搬送ベルト111は、2つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト111は、2つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な2つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら2つの平面のうち、液体吐出ヘッド2に近い方の平面が、印刷用紙Pを搬送する搬送面127である。   The transport unit 120 includes an endless transport belt 111 and two belt rollers 106 and 107. The conveyor belt 111 is wound around belt rollers 106 and 107. The conveyor belt 111 is adjusted to such a length that it is stretched with a predetermined tension when it is wound around two belt rollers. Thus, the conveyor belt 111 is stretched without slack along two parallel planes each including a common tangent line of the two belt rollers. Of these two planes, the plane closer to the liquid ejection head 2 is a transport surface 127 that transports the printing paper P.

ベルトローラ106には、図1に示されるように、搬送モータ174が接続されている。搬送モータ174は、ベルトローラ106を矢印Aの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ107は、搬送ベルト111に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ174を駆動してベルトローラ106を回転させることにより、搬送ベルト111は、矢印Aの方向に沿って移動する。   As shown in FIG. 1, a conveyance motor 174 is connected to the belt roller 106. The transport motor 174 can rotate the belt roller 106 in the direction of arrow A. The belt roller 107 can rotate in conjunction with the transport belt 111. Therefore, the conveyance belt 111 moves along the direction of arrow A by driving the conveyance motor 174 and rotating the belt roller 106.

ベルトローラ107の近傍には、ニップローラ138とニップ受けローラ139とが、搬送ベルト111を挟むように配置されている。ニップローラ138は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ138の下方のニップ受けローラ139は、下方に付勢されたニップローラ138を、搬送ベルト111を介して受け止めている。2つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト111に連動して回転する。   In the vicinity of the belt roller 107, a nip roller 138 and a nip receiving roller 139 are arranged so as to sandwich the conveyance belt 111. The nip roller 138 is urged downward by a spring (not shown). A nip receiving roller 139 below the nip roller 138 receives the nip roller 138 biased downward via the conveying belt 111. The two nip rollers are rotatably installed and rotate in conjunction with the conveyance belt 111.

給紙ユニット114から搬送ユニット120へと送り出された印刷用紙Pは、ニップローラ138と搬送ベルト111との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Pは、搬送ベルト111の搬送面127に押し付けられ、搬送面127上に固着する。そして、印刷用紙Pは、搬送ベルト111の回転に従って、液体吐出ヘッド2が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト111の外周面113に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Pを搬送面127に確実に固着させることができる。   The printing paper P sent out from the paper supply unit 114 to the transport unit 120 is sandwiched between the nip roller 138 and the transport belt 111. As a result, the printing paper P is pressed against the transport surface 127 of the transport belt 111 and is fixed on the transport surface 127. The printing paper P is transported in the direction in which the liquid ejection head 2 is installed according to the rotation of the transport belt 111. The outer peripheral surface 113 of the conveyor belt 111 may be treated with adhesive silicon rubber. Thereby, the printing paper P can be securely fixed to the transport surface 127.

4つの液体吐出ヘッド2は、搬送ベルト111による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド2は、下端に液体吐出ヘッド本体13を有している。
液体吐出ヘッド本体13の下面には、液体を吐出する多数の吐出孔8が設けられている(図4および5参照)。
The four liquid discharge heads 2 are arranged close to each other along the conveyance direction by the conveyance belt 111. Each liquid discharge head 2 has a liquid discharge head main body 13 at the lower end.
A number of ejection holes 8 for ejecting liquid are provided on the lower surface of the liquid ejection head body 13 (see FIGS. 4 and 5).

1つの液体吐出ヘッド2に設けられた吐出孔8からは、同じ色の液滴(インク)が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド2には図示しない外部液体タンクから液体が供給される。各液体吐出ヘッド2の吐出孔8は、吐出孔面に開口しており、一方方向(印刷用紙Pと平行で印刷用紙P搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド2の長手方向)に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド2から吐出される液体の色は、それぞれ、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、シアン(C)およびブラック(K)である。各液体吐出ヘッド2は、液体吐出ヘッド本体13の下面と搬送ベルト111の搬送面127との間にわずかな隙間をおいて配置されている。   Liquid droplets (ink) of the same color are ejected from the ejection holes 8 provided in one liquid ejection head 2. Each liquid discharge head 2 is supplied with liquid from an external liquid tank (not shown). The ejection holes 8 of each liquid ejection head 2 are opened in the ejection hole surface, and are in one direction (a direction parallel to the printing paper P and perpendicular to the conveyance direction of the printing paper P, the longitudinal direction of the liquid ejection head 2). Since they are arranged at equal intervals, printing can be performed without gaps in one direction. The colors of the liquid ejected from each liquid ejection head 2 are magenta (M), yellow (Y), cyan (C), and black (K), respectively. Each liquid discharge head 2 is arranged with a slight gap between the lower surface of the liquid discharge head main body 13 and the transport surface 127 of the transport belt 111.

搬送ベルト111によって搬送された印刷用紙Pは、液体吐出ヘッド2と搬送ベルト111との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド2を構成する液体吐出ヘッド本体13から印刷用紙Pの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Pの上面には、制御部100によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。   The printing paper P transported by the transport belt 111 passes through the gap between the liquid ejection head 2 and the transport belt 111. At that time, droplets are ejected from the liquid ejection head body 13 constituting the liquid ejection head 2 toward the upper surface of the printing paper P. As a result, a color image based on the image data stored by the control unit 100 is formed on the upper surface of the printing paper P.

搬送ユニット120と紙受け部116との間には、剥離プレート140と二対の送りローラ121aおよび121bならびに122aおよび122bとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Pは、搬送ベルト111によって剥離プレート140へと搬送される。このとき、印刷用紙Pは、剥離プレート140の右端によって、搬送面127から剥離される。そして、印刷用紙Pは、送りローラ121a〜122bによって、紙受け部116に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Pが順次紙受け部116に送られ、紙受け部116に重ねられる。   A separation plate 140 and two pairs of feed rollers 121a and 121b and 122a and 122b are arranged between the transport unit 120 and the paper receiver 116. The printing paper P on which the color image is printed is conveyed to the peeling plate 140 by the conveying belt 111. At this time, the printing paper P is peeled from the transport surface 127 by the right end of the peeling plate 140. Then, the printing paper P is sent out to the paper receiving unit 116 by the feed rollers 121a to 122b. In this way, the printed printing paper P is sequentially sent to the paper receiving unit 116 and stacked on the paper receiving unit 116.

なお、印刷用紙Pの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド2とニップローラ138との間には、紙面センサ133が設置されている。紙面センサ133は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Pの先端位置を検出することができる。紙面センサ133による検出結果は制御部100に送られる。制御部100は、紙面センサ133から送られた検出結果により、印刷用紙Pの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド2や搬送モータ174等を制御することができる。   Note that a paper surface sensor 133 is installed between the liquid ejection head 2 and the nip roller 138 that are the most upstream in the transport direction of the printing paper P. The paper surface sensor 133 includes a light emitting element and a light receiving element, and can detect the leading end position of the printing paper P on the transport path. The detection result by the paper surface sensor 133 is sent to the control unit 100. The control unit 100 can control the liquid ejection head 2, the conveyance motor 174, and the like so that the conveyance of the printing paper P and the printing of the image are synchronized based on the detection result sent from the paper surface sensor 133.

次に本発明の液体吐出ヘッドを構成する液体吐出ヘッド本体13について説明する。図2は、図1に示された液体吐出ヘッドを構成する液体吐出ヘッド本体13の平面図である。図3は、図2の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図であり、加圧室10の位置が分かり易いように、一部の流路を省略して描いている。図4は、図3と同じ位置の拡大図であり、吐出孔8の位置が分かり易いように、一部の流路を省略して描いている。なお、図3および図4において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータ21の下方にあって破線で描くべき加圧室10(加圧室群9)、しぼり12および吐出孔8を実線で描いている。図5(a)は図3のV−V線に沿った縦断面図であり、図5(b)は、図5(a)の要部の拡大図であり、図5(c)は図5(a)の要部を拡大した平面図である。   Next, the liquid discharge head main body 13 constituting the liquid discharge head of the present invention will be described. FIG. 2 is a plan view of the liquid discharge head main body 13 constituting the liquid discharge head shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged view of a region surrounded by a one-dot chain line in FIG. 2, and a part of the flow paths is omitted so that the position of the pressurizing chamber 10 can be easily understood. FIG. 4 is an enlarged view of the same position as FIG. 3, in which some of the flow paths are omitted so that the positions of the discharge holes 8 can be easily understood. In FIGS. 3 and 4, for the sake of easy understanding, the pressurizing chamber 10 (pressurizing chamber group 9), the squeezing chamber 12 and the discharge hole 8 below the piezoelectric actuator 21 and to be drawn by broken lines are shown by solid lines. I'm drawing. 5A is a longitudinal sectional view taken along the line VV in FIG. 3, FIG. 5B is an enlarged view of the main part of FIG. 5A, and FIG. It is the top view to which the principal part of 5 (a) was expanded.

液体吐出ヘッド本体13は、平板状の流路部材4と、流路部材4上に、圧電アクチュエータ21とを有している。圧電アクチュエータ21は台形形状を有しており、その台形の1対の平行対向辺が流路部材4の長手方向に沿うように流路部材4の上面に配置されている。また、流路部材4の長手方向に平行な2本の仮想直線のそれぞれに沿って2つずつ、つまり合計4つの圧電アクチュエータ21が、全体として千鳥状に流路部材4上に配列されている。流路部材4上で隣接し合う圧電アクチュエータ21の斜辺同士は、流路部材4の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分
の圧電アクチェータユニット21を駆動することにより印刷される領域では、2つの圧電アクチュエータ21により吐出された液滴が混在して着弾することになる。
The liquid discharge head body 13 includes a flat plate-like flow path member 4 and a piezoelectric actuator 21 on the flow path member 4. The piezoelectric actuator 21 has a trapezoidal shape, and is disposed on the upper surface of the flow path member 4 so that a pair of parallel opposing sides of the trapezoid is along the longitudinal direction of the flow path member 4. Further, two piezoelectric actuators 21 are arranged along the two virtual straight lines parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4, that is, a total of four piezoelectric actuators 21 are arranged on the flow path member 4 as a whole in a staggered manner. . The oblique sides of the piezoelectric actuators 21 adjacent on the flow path member 4 partially overlap in the short direction of the flow path member 4. In the area printed by driving the overlapping piezoelectric actuator unit 21, the droplets discharged by the two piezoelectric actuators 21 are mixed and landed.

流路部材4の内部には液体流路の一部であるマニホールド5が形成されている。マニホールド5は流路部材4の長手方向に沿って延び、細長い形状を有しており、流路部材4の上面にはマニホールド5の開口5bが形成されている。開口5bは、流路部材4の長手方向に平行な2本の直線(仮想線)のそれぞれに沿って5個ずつ、合計10個形成されている。開口5bは、4つの圧電アクチュエータ21が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド5には開口5bを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。   A manifold 5 that is a part of the liquid flow path is formed inside the flow path member 4. The manifold 5 extends along the longitudinal direction of the flow path member 4 and has an elongated shape. An opening 5 b of the manifold 5 is formed on the upper surface of the flow path member 4. A total of ten openings 5 b are formed along each of two straight lines (imaginary lines) parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4. The opening 5b is formed at a position that avoids a region where the four piezoelectric actuators 21 are disposed. The manifold 5 is supplied with liquid from a liquid tank (not shown) through the opening 5b.

流路部材4内に形成されたマニホールド5は、複数本に分岐している(分岐した部分のマニホールド5を副マニホールド5aということがある)。開口5bに繋がるマニホールド5は、圧電アクチュエータ21の斜辺に沿うように延在しており、流路部材4の長手方向と交差して配置されている。2つの圧電アクチュエータ21に挟まれた領域では、1つのマニホールド5が、隣接する圧電アクチュエータ21に共有されており、副マニホールド5aがマニホールド5の両側から分岐している。これらの副マニホールド5aは、流路部材4の内部の各圧電アクチュエータ21に対向する領域に互いに隣接して液体吐出ヘッド本体13の長手方向に延在している。   The manifold 5 formed in the flow path member 4 is branched into a plurality of branches (the manifold 5 at the branched portion may be referred to as a sub-manifold 5a). The manifold 5 connected to the opening 5 b extends along the oblique side of the piezoelectric actuator 21 and is disposed so as to intersect with the longitudinal direction of the flow path member 4. In a region sandwiched between two piezoelectric actuators 21, one manifold 5 is shared by the adjacent piezoelectric actuators 21, and the sub-manifold 5 a is branched from both sides of the manifold 5. These sub-manifolds 5 a extend in the longitudinal direction of the liquid discharge head main body 13 adjacent to each other in regions facing the piezoelectric actuators 21 inside the flow path member 4.

流路部材4は、複数の加圧室10がマトリクス状(すなわち、2次元的かつ規則的)に形成されている4つの加圧室群9を有している。加圧室10は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。加圧室10は流路部材4の上面に開口するように形成されている。これらの加圧室10は、流路部材4の上面における圧電アクチュエータ21に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの加圧室10によって形成された各加圧室群9は圧電アクチュエータ21とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、圧電アクチュエータ21は複数の加圧室10を覆うように積層されるので、各加圧室10の開口は、圧電アクチュエータ21で閉塞されている。   The flow path member 4 has four pressure chamber groups 9 in which a plurality of pressure chambers 10 are formed in a matrix (that is, two-dimensionally and regularly). The pressurizing chamber 10 is a hollow region having a substantially rhombic planar shape with rounded corners. The pressurizing chamber 10 is formed so as to open on the upper surface of the flow path member 4. These pressurizing chambers 10 are arranged over almost the entire surface of the upper surface of the flow path member 4 facing the piezoelectric actuator 21. Accordingly, each pressurizing chamber group 9 formed by these pressurizing chambers 10 occupies a region having substantially the same size and shape as the piezoelectric actuator 21. Further, since the piezoelectric actuators 21 are stacked so as to cover the plurality of pressurizing chambers 10, the opening of each pressurizing chamber 10 is closed by the piezoelectric actuators 21.

本実施形態では、図3に示されているように、マニホールド5は、流路部材4の短手方向に互いに平行に並んだ4列のE1〜E4の副マニホールド5aに分岐し、各副マニホールド5aに繋がった加圧室10は、等間隔に流路部材4の長手方向に並ぶ加圧室10の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に4列配列されている。副マニホールド5aに繋がった加圧室10の並ぶ列は副マニホールド5aの両側に2列ずつ配列されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the manifold 5 branches into four rows of E1-E4 sub-manifolds 5a arranged in parallel with each other in the short direction of the flow path member 4, and each sub-manifold The pressurizing chambers 10 connected to 5a constitute a row of the pressurizing chambers 10 arranged in the longitudinal direction of the flow path member 4 at equal intervals, and the four rows are arranged in parallel to each other in the lateral direction. Two rows of the pressure chambers 10 connected to the sub-manifold 5a are arranged on both sides of the sub-manifold 5a.

全体では、マニホールド5から繋がる加圧室10は、等間隔に流路部材4の長手方向に並ぶ加圧室10の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に16列配列されている。各加圧室列に含まれる加圧室10の数は、アクチュエータである変位素子50の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。吐出孔8もこれと同様に配置されている。これによって、全体として長手方向に600dpiの解像度で画像形成が可能となっている。   As a whole, the pressurizing chambers 10 connected from the manifold 5 constitute rows of the pressurizing chambers 10 arranged in the longitudinal direction of the flow path member 4 at equal intervals, and the rows are arranged in 16 rows parallel to each other in the short side direction. ing. The number of pressurizing chambers 10 included in each pressurizing chamber row is arranged so as to gradually decrease from the long side toward the short side corresponding to the outer shape of the displacement element 50 that is an actuator. . The discharge holes 8 are also arranged in the same manner. As a result, it is possible to form an image with a resolution of 600 dpi in the longitudinal direction as a whole.

つまり、流路部材4の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように吐出孔8を投影すると、図3に示した仮想直線のRの範囲に、各副マニホールド5aに繋がっている4つの吐出孔8、つまり全部で16個の吐出孔8が600dpiの等間隔になっている。また、各副マニホールド5aには平均すれば150dpiに相当する間隔で個別流路32が接続されている。これは、600dpi分の吐出孔8を4つ列の副マニホールド5aに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド5aに繋がる個別流路32が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド5aの延在方向、すなわち主走査方向に平均170
μm(150dpiならば25.4mm/150=169μm間隔である)以下の間隔で個別流路32が形成されているということである。
That is, when the discharge hole 8 is projected so as to be orthogonal to a virtual straight line parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4, it is connected to each sub-manifold 5 a within the range of R of the virtual straight line shown in FIG. One discharge hole 8, that is, a total of 16 discharge holes 8, is equally spaced at 600 dpi. Moreover, the individual flow paths 32 are connected to the sub manifolds 5a at intervals corresponding to 150 dpi on average. This is because when the discharge holes 8 for 600 dpi are divided and connected to the four sub-manifolds 5a, the individual flow paths 32 connected to the sub-manifolds 5a are not always connected at equal intervals. 170 in the extension direction, that is, an average of 170 in the main scanning direction
This means that the individual flow paths 32 are formed at intervals of μm (25.4 mm / 150 = 169 μm intervals if 150 dpi).

圧電アクチュエータ21の上面における各加圧室10に対向する位置には後述する個別電極35がそれぞれ形成されている。すなわち、個別電極35は、圧電アクチュエータ21の上面に、第1の方向および第1の方向とは異なる方向にわたって形成されている。個別電極35は、個別電極本体(表面電極)35aと個別電極本体35aから引き出された引出電極35bとを含む。個別電極本体35aは、加圧室10より一回り小さく、加圧室10とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータ21の上面における加圧室10と対向する領域内に収まるように配置されている。   Individual electrodes 35 to be described later are formed at positions facing the pressurizing chambers 10 on the upper surface of the piezoelectric actuator 21. That is, the individual electrode 35 is formed on the upper surface of the piezoelectric actuator 21 in a direction different from the first direction and the first direction. The individual electrode 35 includes an individual electrode main body (surface electrode) 35a and an extraction electrode 35b extracted from the individual electrode main body 35a. The individual electrode main body 35 a is slightly smaller than the pressurizing chamber 10, has a shape substantially similar to the pressurizing chamber 10, and is disposed so as to be within a region facing the pressurizing chamber 10 on the upper surface of the piezoelectric actuator 21. Has been.

流路部材4の下面には多数の吐出孔8が形成されている。これらの吐出孔8は、流路部材4の下面側に配置された副マニホールド5aと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの吐出孔8は、流路部材4の下面側における圧電アクチュエータ21と対向する領域内に配置されている。これらの吐出孔群7は圧電アクチュエータ21とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ21の変位素子50を変位させることにより吐出孔8から液滴が吐出できる。吐出孔8の配置については後で詳述する。そして、それぞれの領域内の吐出孔8は、流路部材4の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。   A large number of discharge holes 8 are formed in the lower surface of the flow path member 4. These discharge holes 8 are arranged at positions avoiding the area facing the sub-manifold 5a arranged on the lower surface side of the flow path member 4. Further, these discharge holes 8 are disposed in a region facing the piezoelectric actuator 21 on the lower surface side of the flow path member 4. These discharge hole groups 7 occupy an area having almost the same size and shape as the piezoelectric actuator 21, and a droplet can be discharged from the discharge hole 8 by displacing the displacement element 50 of the corresponding piezoelectric actuator 21. The arrangement of the discharge holes 8 will be described in detail later. The discharge holes 8 in each region are arranged at equal intervals along a plurality of straight lines parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4.

液体吐出ヘッド本体13に含まれる流路部材4は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材4の上面から順に、キャビティプレート22、ベースプレート23、アパーチャ(しぼり)プレート24、サプライプレート25、26、マニホールドプレート27、28、29、カバープレート30およびノズルプレート31である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路32および副マニホールド5aを構成するように、位置合わせして積層されている。液体吐出ヘッド本体13は、図5に示されているように、加圧室10は流路部材4の上面に、副マニホールド5aは内部の下面側に、吐出孔8は下面にと、個別流路32を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、加圧室10を介して副マニホールド5aと吐出孔8とが繋がる構成を有している。   The flow path member 4 included in the liquid discharge head body 13 has a stacked structure in which a plurality of plates are stacked. These plates are a cavity plate 22, a base plate 23, an aperture (squeezing) plate 24, supply plates 25 and 26, manifold plates 27, 28 and 29, a cover plate 30 and a nozzle plate 31 in order from the upper surface of the flow path member 4. is there. A number of holes are formed in these plates. Each plate is aligned and laminated so that these holes communicate with each other to form the individual flow path 32 and the sub-manifold 5a. As shown in FIG. 5, the liquid discharge head body 13 is configured such that the pressurizing chamber 10 is on the upper surface of the flow path member 4, the sub-manifold 5 a is on the inner lower surface side, and the discharge holes 8 are on the lower surface. Each portion constituting the path 32 is disposed close to each other at different positions, and the sub-manifold 5 a and the discharge hole 8 are connected via the pressurizing chamber 10.

各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第1に、キャビティプレート22に形成された加圧室10である。第2に、加圧室10の一端から副マニホールド5aへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート23(詳細には加圧室10の入り口)からサプライプレート25(詳細には副マニホールド5aの出口)までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート24に形成されたしぼり12と、サプライプレート25、26に形成された個別供給流路6とが含まれている。   The holes formed in each plate will be described. These holes include the following. First, the pressurizing chamber 10 formed in the cavity plate 22. Secondly, there is a communication hole that constitutes a flow path that connects from one end of the pressurizing chamber 10 to the sub-manifold 5a. This communication hole is formed in each plate from the base plate 23 (specifically, the inlet of the pressurizing chamber 10) to the supply plate 25 (specifically, the outlet of the sub-manifold 5a). The communication hole includes the aperture 12 formed in the aperture plate 24 and the individual supply flow path 6 formed in the supply plates 25 and 26.

第3に、加圧室10の他端から吐出孔8へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ(部分流路)と呼称される。ディセンダは、ベースプレート23(詳細には加圧室10の出口)からノズルプレート31(詳細には吐出孔8)までの各プレートに形成されている。第4に、副マニホールド5aを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート27〜29に形成されている。   Third, there is a communication hole constituting a flow path communicating from the other end of the pressurizing chamber 10 to the discharge hole 8, and this communication hole is referred to as a descender (partial flow path) in the following description. The descender is formed on each plate from the base plate 23 (specifically, the outlet of the pressurizing chamber 10) to the nozzle plate 31 (specifically, the discharge hole 8). Fourthly, there is a communication hole constituting the sub-manifold 5a. The communication holes are formed in the manifold plates 27 to 29.

このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド5aからの液体の流入口(副マニホールド5aの出口)から吐出孔8に至る個別流路32を構成している。副マニホールド5aに供給された液体は、以下の経路で吐出孔8から吐出される。まず、副マニホールド5aから上方向に向かって、個別供給流路6を通り、しぼり12の一端部に至る。次に、しぼり12の延在方向に沿って水平に進み、しぼり12の他端部に至る。そこから上方に向
かって、加圧室10の一端部に至る。さらに、加圧室10の延在方向に沿って水平に進み、加圧室10の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔8へと進む。
Such communication holes are connected to each other to form an individual flow path 32 extending from the liquid inflow port (the outlet of the submanifold 5a) from the submanifold 5a to the discharge hole 8. The liquid supplied to the sub-manifold 5a is discharged from the discharge hole 8 through the following path. First, from the sub-manifold 5a, it passes through the individual supply flow path 6 and reaches one end of the aperture 12. Next, it proceeds horizontally along the extending direction of the aperture 12 and reaches the other end of the aperture 12. From there, it reaches one end of the pressurizing chamber 10 upward. Furthermore, it progresses horizontally along the extending direction of the pressurizing chamber 10 and reaches the other end of the pressurizing chamber 10. While moving little by little in the horizontal direction from there, it proceeds mainly downward and proceeds to the discharge hole 8 opened in the lower surface.

圧電アクチュエータ21は、図5に示されるように、2枚の圧電セラミック層21a、21bからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層21a、21bはそれぞれ20μm程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ21の圧電セラミック層21a、21bの積層体の厚さは40μm程度であり、100μm以下であることにより、変位量を大きくすることができる。圧電アクチュエータ21は、流路部材4の加圧室10の開口している平面状の面に積層されており、圧電セラミック層21a、21bのいずれの層も複数の加圧室10を跨ぐように延在している(図3参照)。これらの圧電セラミック層21a、21b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からなる。個別電極35の下の振動板21aである第1部位21a−1は、その周囲の振動板21aである第2部位21a−2よりも厚くなっている。個別電極35の下の圧電セラミック層21aである第1部位21b−1とその周囲の圧電セラミック層21bである第2部位21b−2とは、厚さは同じであるが、個別電極35の下部の周囲で屈曲しているので、圧電セラミック層21bの上面は凸形状になっている。これらの構造については後で詳述する。   As shown in FIG. 5, the piezoelectric actuator 21 has a laminated structure including two piezoelectric ceramic layers 21a and 21b. Each of these piezoelectric ceramic layers 21a and 21b has a thickness of about 20 μm. The thickness of the laminated body of the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b of the piezoelectric actuator 21 is about 40 μm, and the displacement can be increased by being 100 μm or less. The piezoelectric actuator 21 is laminated on the planar surface of the flow path member 4 where the pressurizing chamber 10 is open, and the piezoelectric ceramic layers 21 a and 21 b straddle the plurality of pressurizing chambers 10. It extends (see FIG. 3). The piezoelectric ceramic layers 21a and 21b are made of a lead zirconate titanate (PZT) ceramic material having ferroelectricity. The 1st site | part 21a-1 which is the diaphragm 21a under the individual electrode 35 is thicker than the 2nd site | part 21a-2 which is the surrounding diaphragm 21a. The first portion 21b-1 that is the piezoelectric ceramic layer 21a under the individual electrode 35 and the second portion 21b-2 that is the surrounding piezoelectric ceramic layer 21b have the same thickness, but the lower portion of the individual electrode 35 Therefore, the upper surface of the piezoelectric ceramic layer 21b has a convex shape. These structures will be described in detail later.

圧電アクチュエータ21は、Ag−Pd系などの金属材料からなる共通電極(内部電極)34、Au系などの金属材料からなる個別電極35、個別電極35の上に形成されているAu系などの金属材料からなる接続電極36を有している。個別電極35は上述のように圧電アクチュエータ21の上面における加圧室10と対向する位置に配置されている個別電極本体35aと、個別電極本体35aから加圧室10のない位置まで引き出されている引出電極35bとを含んでいる。引出電極35bの加圧室10のない位置には、接続電極36が形成されている。個別電極35の厚さは、0.3〜1μmである。接続電極36は例えばガラスフリットを含む金からなり、厚さが5〜15μm程度で、引出電極35bの上に形成されている。接続電極36はその上部が、凸形状になっている個別電極本体よりも高い位置にされる。また、接続電極36は、図示されていない外部配線であるFPC(Flexible Printed Circuit)に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極35には、制御部100からFPCを通じて駆動信号(駆動電圧)が供給される。駆動信号は、印刷媒体Pの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。   The piezoelectric actuator 21 includes a common electrode (internal electrode) 34 made of a metal material such as Ag—Pd, an individual electrode 35 made of a metal material such as Au, and an Au-based metal formed on the individual electrode 35. A connection electrode 36 made of a material is provided. As described above, the individual electrode 35 is drawn out from the individual electrode main body 35a disposed at a position facing the pressurizing chamber 10 on the upper surface of the piezoelectric actuator 21, and from the individual electrode main body 35a to a position where the pressurizing chamber 10 is not present. And an extraction electrode 35b. A connection electrode 36 is formed at a position of the extraction electrode 35b where the pressurizing chamber 10 is not provided. The thickness of the individual electrode 35 is 0.3 to 1 μm. The connection electrode 36 is made of, for example, gold containing glass frit, has a thickness of about 5 to 15 μm, and is formed on the extraction electrode 35 b. The upper portion of the connection electrode 36 is positioned higher than the individual electrode body having a convex shape. The connection electrode 36 is electrically joined to an electrode provided in an FPC (Flexible Printed Circuit) which is an external wiring (not shown). Although details will be described later, a drive signal (drive voltage) is supplied to the individual electrode 35 from the control unit 100 through the FPC. The drive signal is supplied in a constant cycle in synchronization with the conveyance speed of the print medium P.

共通電極34は、圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21bとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極34は、圧電アクチュエータ21に対向する領域内の全ての加圧室10を覆うように延在している。共通電極34の厚さは1〜2μm程度である。共通電極34は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層21b上において、個別電極35からなる電極群を避ける位置に個別電極35とは異なるグランド接続用表面電極(不図示)が形成されている。グランド接続用は、圧電セラミック層21bの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極34と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極35と同様に、外部配線内の別の電極と接続されている。   The common electrode 34 is formed over almost the entire surface in the area between the piezoelectric ceramic layer 21a and the piezoelectric ceramic layer 21b. That is, the common electrode 34 extends so as to cover all the pressurizing chambers 10 in the region facing the piezoelectric actuator 21. The thickness of the common electrode 34 is about 1 to 2 μm. The common electrode 34 is grounded in a region not shown, and is held at the ground potential. In the present embodiment, a surface electrode for ground connection (not shown) different from the individual electrode 35 is formed on the piezoelectric ceramic layer 21b so as to avoid the electrode group composed of the individual electrodes 35. The ground connection is electrically connected to the common electrode 34 through a through hole formed inside the piezoelectric ceramic layer 21b, and, like the large number of individual electrodes 35, is connected to another electrode in the external wiring. It is connected.

なお、以上は、圧電アクチュエータ21が2層の圧電セラミック層の場合の構造であるが、3相層以上の圧電セラミック層を積層して、個別電極35と共通電極34が交互になるように配置してもよい。   The above is a structure in the case where the piezoelectric actuator 21 is a two-layer piezoelectric ceramic layer, but the piezoelectric electrodes are laminated in three or more phases, and the individual electrodes 35 and the common electrodes 34 are arranged alternately. May be.

図5に示されるように、共通電極34と個別電極35とは、最上層の圧電セラミック層21bを挟むように配置されている。圧電セラミック層21bにおける個別電極35と共通電極34とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには厚み
方向に分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータ21においては、最上層の圧電セラミック層21bのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック21aは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータ21はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。
As shown in FIG. 5, the common electrode 34 and the individual electrode 35 are arranged so as to sandwich the uppermost piezoelectric ceramic layer 21b. A region sandwiched between the individual electrode 35 and the common electrode 34 in the piezoelectric ceramic layer 21b is called an active portion, and the piezoelectric ceramic in that portion is polarized in the thickness direction. In the piezoelectric actuator 21 of the present embodiment, only the uppermost piezoelectric ceramic layer 21b includes an active portion, and the piezoelectric ceramic 21a does not include an active portion and functions as a diaphragm. The piezoelectric actuator 21 has a so-called unimorph type configuration.

なお、後述のように、個別電極35に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極35に対応する加圧室10内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路32を通じて、対応する液体吐出口8から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータ21における各加圧室10に対向する部分は、各加圧室10および液体吐出口8に対応する個別の変位素子50に相当する。つまり、2枚の圧電セラミック層21a、21bからなる積層体中には、図5に示されているような構造を単位構造とする変位素子50が加圧室10毎に、加圧室10の直上に位置する振動板21a、共通電極34、圧電セラミック層21b、個別電極35により作り込まれており、圧電アクチュエータ21には変位素子50が複数含まれている。なお、本実施形態において1回の吐出動作によって液体吐出口8から吐出される液体の量は5〜7pL(ピコリットル)程度である。   As will be described later, when a predetermined drive signal is selectively supplied to the individual electrode 35, pressure is applied to the liquid in the pressurizing chamber 10 corresponding to the individual electrode 35. As a result, droplets are discharged from the corresponding liquid discharge ports 8 through the individual flow paths 32. That is, the portion of the piezoelectric actuator 21 that faces each pressurizing chamber 10 corresponds to the individual displacement element 50 corresponding to each pressurizing chamber 10 and the liquid discharge port 8. That is, in the laminated body composed of the two piezoelectric ceramic layers 21a and 21b, the displacement element 50 having a unit structure as shown in FIG. The diaphragm 21a, the common electrode 34, the piezoelectric ceramic layer 21b, and the individual electrodes 35 that are positioned immediately above are formed. The piezoelectric actuator 21 includes a plurality of displacement elements 50. In the present embodiment, the amount of liquid ejected from the liquid ejection port 8 by one ejection operation is about 5 to 7 pL (picoliter).

本実施形態における圧電アクチュエータ21の液体吐出時の駆動方法の一例を、個別電極35に供給される駆動電圧(駆動信号)に関して説明する。個別電極35を共通電極34と異なる電位にして圧電セラミック層21bに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この時圧電セラミック層21bは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層21aは、個別電極35と共通電極34とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。   An example of a driving method at the time of liquid ejection of the piezoelectric actuator 21 in the present embodiment will be described with respect to a driving voltage (drive signal) supplied to the individual electrode 35. When an electric field is applied to the piezoelectric ceramic layer 21b in the polarization direction by setting the individual electrode 35 to a potential different from that of the common electrode 34, the portion to which the electric field is applied functions as an active portion that is distorted by the piezoelectric effect. At this time, the piezoelectric ceramic layer 21b expands or contracts in the thickness direction, that is, the stacking direction, and tends to contract or extend in the direction perpendicular to the stacking direction, that is, the surface direction, due to the piezoelectric lateral effect. On the other hand, since the remaining piezoelectric ceramic layer 21a is an inactive layer that does not have a region sandwiched between the individual electrode 35 and the common electrode 34, it does not spontaneously deform.

この構成において、電界と分極とが同方向となるように、アクチュエータ制御部により個別電極35を共通電極34に対して正または負の所定電位とすると、圧電セラミック層21bの電極に挟まれた部分(活性部)が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層21aは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層21bと圧電セラミック層21aとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層21bは加圧室10側へ凸となるように変形(ユニモルフ変形)する。   In this configuration, when the individual electrode 35 is set to a predetermined positive or negative potential with respect to the common electrode 34 by the actuator controller so that the electric field and the polarization are in the same direction, a portion sandwiched between the electrodes of the piezoelectric ceramic layer 21b. (Active part) contracts in the surface direction. On the other hand, the piezoelectric ceramic layer 21a, which is an inactive layer, is not affected by an electric field, so that it does not spontaneously shrink and tries to restrict deformation of the active portion. As a result, there is a difference in strain in the polarization direction between the piezoelectric ceramic layer 21b and the piezoelectric ceramic layer 21a, and the piezoelectric ceramic layer 21b is deformed so as to protrude toward the pressurizing chamber 10 (unimorph deformation).

本実施の形態における実際の駆動手順は、あらかじめ個別電極35を共通電極34より高い電位(以下高電位と称す)にしておき、吐出要求がある毎に個別電極35を共通電極34と一旦同じ電位(以下低電位と称す)とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極35が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層21a、bが元の形状に戻り、加圧室10の容積が初期状態(両電極の電位が異なる状態)と比較して増加する。このとき、加圧室10内に負圧が与えられ、液体がマニホールド5側から加圧室10内に吸い込まれる。その後再び個別電極35を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層21a、bが加圧室10側へ凸となるように変形し、加圧室10の容積減少により加圧室10内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極35に供給することになる。このパルス幅は、圧力波がしぼり12から吐出孔8まで伝播する時間長さであるAL(Acoustic Length)が理想的である。これによると、加圧室10
内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。
In an actual driving procedure in the present embodiment, the individual electrode 35 is set to a potential higher than the common electrode 34 (hereinafter referred to as a high potential) in advance, and the individual electrode 35 is temporarily set to the same potential as the common electrode 34 every time there is a discharge request. (Hereinafter referred to as a low potential), and then set to a high potential again at a predetermined timing. As a result, the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b return to their original shapes at the timing when the individual electrodes 35 become low potential, and the volume of the pressurizing chamber 10 increases compared to the initial state (the state where the potentials of both electrodes are different). To do. At this time, a negative pressure is applied to the pressurizing chamber 10 and the liquid is sucked into the pressurizing chamber 10 from the manifold 5 side. Thereafter, at the timing when the individual electrode 35 is set to a high potential again, the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b are deformed so as to protrude toward the pressurizing chamber 10, and the pressure in the pressurizing chamber 10 is reduced due to the volume reduction of the pressurizing chamber 10. The pressure becomes positive and the pressure on the liquid rises, and droplets are ejected. That is, a drive signal including a pulse based on a high potential is supplied to the individual electrode 35 in order to eject a droplet. The ideal pulse width is AL (Acoustic Length), which is the length of time that the pressure wave propagates from the orifice 12 to the discharge hole 8. According to this, the pressure chamber 10
When the inside is reversed from the negative pressure state to the positive pressure state, both pressures are combined, and the liquid droplets can be ejected at a stronger pressure.

以上のような液体吐出ヘッド2においては、変位素子50の変位を大きくするために個別電極35、より詳しくは、個別電極35のうち平面視した際に加圧室10と重なってい
る部分で、個別電極本体35aから引き出されている引出電極35を除いた個別電極本体35aの大きさを加圧室10より小さい所定の大きさにする。加圧室10の形状や、他の部分の流路の構造によって多少の違いが生じることもあるが、個別電極本体35aの面積を加圧室10の面積の6割程度にすることで、変位量を極大化し、ひいては、液滴の吐出速度を速くしたり、液適量を多くしたりできる。
In the liquid discharge head 2 as described above, in order to increase the displacement of the displacement element 50, the individual electrode 35, more specifically, the portion of the individual electrode 35 that overlaps the pressurizing chamber 10 when viewed in plan view, The size of the individual electrode main body 35 a excluding the extraction electrode 35 drawn from the individual electrode main body 35 a is set to a predetermined size smaller than the pressurizing chamber 10. Some differences may occur depending on the shape of the pressurizing chamber 10 and the structure of the flow path in other parts. However, the displacement of the individual electrode main body 35a is reduced by about 60% of the area of the pressurizing chamber 10. The amount can be maximized, and as a result, the droplet discharge speed can be increased, and the appropriate amount of liquid can be increased.

さらに、個別電極本体35aの下部の圧電アクチュエータ21と個別電極本体35aの周囲の圧電アクチュエータ21の構造を変えることにより、変位量を大きくできる。具体的には、個別電極本体35aの下の振動板の第1部位21a−1、共通電極34および圧電セラミック層の第1部位21b−1の厚さの合計が、個別電極本体35aの周囲の振動
板の第2部位21a−2、共通電極34および圧電セラミック層の第2部位21b−2の厚さの合計よりも厚いことにより、変位素子50に対する周囲の拘束が小さくなるとともに、個別電極本体35aの下部の厚さの厚い部分が個別電極本体35aの下の振動板の第1部位21a−1および共通電極34の厚さの合計が、個別電極本体35aの周囲の振動板の第1部位21a−2および共通電極34の厚さの合計より厚くなっていることにより実現されているため、圧電変形する部分である圧電セラミック層の第1部位21b−1の位置が上方にずれたかたちになるので、その伸縮が効率よく変位に変換でき、変位量を大きくできる。振動板の第1部位21a−1および共通電極34の厚さは、どちらか一方を厚くしてもよいし、両方を厚くしてもよく、さらに、どちらか一方を薄くして、他方をその薄くした分よりも厚くしてもよい。
Furthermore, the amount of displacement can be increased by changing the structure of the piezoelectric actuator 21 below the individual electrode body 35a and the piezoelectric actuator 21 around the individual electrode body 35a. Specifically, the total thickness of the first portion 21a-1 of the diaphragm under the individual electrode main body 35a, the common electrode 34, and the first portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer is equal to the circumference of the individual electrode main body 35a. By being thicker than the total thickness of the second portion 21a-2 of the diaphragm, the common electrode 34, and the second portion 21b-2 of the piezoelectric ceramic layer, the surrounding constraint on the displacement element 50 is reduced, and the individual electrode main body The thick part at the lower part of 35a is the first part 21a-1 of the diaphragm under the individual electrode body 35a and the total thickness of the common electrode 34 is the first part of the diaphragm around the individual electrode body 35a. Since this is realized by being thicker than the sum of the thicknesses of 21a-2 and the common electrode 34, the position of the first portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer, which is a portion that undergoes piezoelectric deformation, is shifted upward. Therefore, the expansion and contraction can be efficiently converted into displacement, and the amount of displacement can be increased. As for the thickness of the first portion 21a-1 of the diaphragm and the common electrode 34, either one of them may be thickened or both may be thickened. It may be thicker than the thinned part.

個別電極35は、個別電極本体35aと引出電極35bとを含むが、個別電極本体35aの全体の下部の厚みが厚くなっていることにより、より変位量を大きくできる。厚みが厚くなっている部分は、個別電極本体35aより少し大きくすれば、個別電極本体35aの形成ばらつきに対する、変位量のばらつきを低減できる。引出電極35bの下部の厚みは、拘束を小さくし、変位を大きくする点では、他の周囲の部分と同様に薄くなっていることが好ましいが、外部配線との接続性をよくすために、個別電極本体35aの部分と同じ厚さにしてもよい。   The individual electrode 35 includes an individual electrode main body 35a and an extraction electrode 35b. However, since the thickness of the entire lower portion of the individual electrode main body 35a is increased, the amount of displacement can be further increased. If the portion where the thickness is thicker is made slightly larger than the individual electrode main body 35a, the variation in the displacement amount with respect to the formation variation of the individual electrode main body 35a can be reduced. The thickness of the lower portion of the extraction electrode 35b is preferably as thin as the other surrounding portions in terms of reducing restraint and increasing displacement, but in order to improve the connectivity with external wiring, The thickness may be the same as that of the individual electrode body 35a.

また、厚みの厚くなっている部位、すなわち個別電極本体35aの下の振動板の第1部位21a−1、共通電極34および圧電セラミック層の第1部位21b−1が、圧電アクチュエータ21を平面視した場合、加圧室10の内部に納まっていることにより、変位素子50が変位する際に、変形を阻害する加圧室10の壁面近くの厚みが薄くなるので、変位量をより大きくできる。ただし、前述のように引出電極35bの下部については、個別電極本体35aの下部と同じように厚くなっていてもよい。   Further, the thickened portion, that is, the first portion 21a-1 of the diaphragm under the individual electrode main body 35a, the common electrode 34, and the first portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer are a plan view of the piezoelectric actuator 21. In this case, since the thickness in the vicinity of the wall surface of the pressurizing chamber 10 that hinders deformation is reduced when the displacement element 50 is displaced, the amount of displacement can be further increased. However, as described above, the lower portion of the extraction electrode 35b may be as thick as the lower portion of the individual electrode main body 35a.

また、個別電極本体35aの下の圧電セラミック層の第1部位21b−1の厚さが、個別電極本体35aの下の振動板の第1部位21a−1の厚さ以下であることにより、変位素子50が屈曲変形する際に、圧電変形が屈曲を阻害しなくできる。これは、例えば、圧電セラミック層の第1部位21b−1が縮んで、変位素子50が下側に変位する際には、圧電アクチュエータ21の厚みのほぼ半分の位置を境にして、その下側では伸長応力が加わるが、その際、圧電セラミック層の第1部位21b−1がその下側に位置していると、圧電セラミック層の第1部位21b−1は縮もうとするので、その部分の圧電変形が変位を低くしてしまうという状態を避けることができるということである。   Further, since the thickness of the first portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer under the individual electrode body 35a is equal to or less than the thickness of the first portion 21a-1 of the diaphragm under the individual electrode body 35a, the displacement When the element 50 is bent and deformed, the piezoelectric deformation can be prevented from inhibiting the bending. This is because, for example, when the first portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer is contracted and the displacement element 50 is displaced downward, the lower side of the piezoelectric actuator 21 is located at a position approximately half the thickness of the piezoelectric actuator 21. In this case, if the first portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer is positioned below the first portion 21b-1, the first portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer tends to shrink. That is, it is possible to avoid a state in which the piezoelectric deformation of the lower the displacement.

さらに、これにより個別電極本体35aの下において、圧電変形する部分である圧電セラミック層の第1部位21b−1が、より上部に近い位置に位置するため、圧電変形がより変位に有効に利用されるので、変位をより大きくできる。   In addition, since the first portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer, which is a portion that undergoes piezoelectric deformation, is located at a position closer to the upper portion under the individual electrode main body 35a, the piezoelectric deformation is more effectively used for displacement. Therefore, the displacement can be increased.

同様に、個別電極本体35aの下の圧電セラミック層の第1部位21b−1の上面が、
個別電極本体35aの周囲の圧電セラミック層の第2部位21b−2の上面によりも高い位置にあり、凸形状となっていることにより、圧電変形する部位である個別電極本体35aの下の圧電セラミック層の第1部位21b−1の周囲からの拘束をより小さくできるとともに、圧電変形の生じる部分の位置をより高くできるので、変位量をより大きくできる。
Similarly, the upper surface of the first portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer under the individual electrode body 35a is
The piezoelectric ceramic below the individual electrode main body 35a, which is a portion that undergoes piezoelectric deformation, is located higher than the upper surface of the second portion 21b-2 of the piezoelectric ceramic layer around the individual electrode main body 35a and has a convex shape. The restraint from the periphery of the first portion 21b-1 of the layer can be further reduced, and the position of the portion where the piezoelectric deformation occurs can be further increased, so that the amount of displacement can be increased.

続いて、本発明の他の液体吐出ヘッドの実施形態を図6を用いて説明する。図6に示す液体吐出ヘッドは、基本構造は図1〜5で示したものと同じであるが、圧電アクチュエータの構造が異なっている。変わりがない部位については、同じ符号を付けて、説明を省略する。   Next, another embodiment of the liquid discharge head of the present invention will be described with reference to FIG. The basic structure of the liquid discharge head shown in FIG. 6 is the same as that shown in FIGS. 1 to 5, but the structure of the piezoelectric actuator is different. Parts that do not change are given the same reference numerals and description thereof is omitted.

図6の圧電アクチュエータでは、個別電極本体35aの下の振動板221aの第1部位221a−1の下面が、個別電極本体35aの周囲の下の振動板221aの第2部位221a−2の下面よりも高い位置にある。別の言い方をすれば、個別電極本体35aの下の振動板221aの下面には、振動板凹部221cが設けられており、凹形状をしている。これにより、変位する際の伸縮を阻害する部分の量が減り、より変位を大きくできる。   In the piezoelectric actuator of FIG. 6, the lower surface of the first portion 221a-1 of the diaphragm 221a below the individual electrode body 35a is lower than the lower surface of the second portion 221a-2 of the lower diaphragm 221a around the individual electrode body 35a. Is also in a high position. In other words, a diaphragm recess 221c is provided on the lower surface of the diaphragm 221a below the individual electrode main body 35a, and has a concave shape. Thereby, the quantity of the part which inhibits the expansion-contraction at the time of displacement reduces, and displacement can be enlarged more.

以上のような圧電アクチュエータ21は、例えば、以下に示す工程により作製することができる。   The piezoelectric actuator 21 as described above can be manufactured by, for example, the following process.

まず、圧電セラミック層21bおよび振動板21aに用いる圧電材料をチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)とし、PZT粉末とバインダと溶剤とを混合してスラリーを作成し、このスラリーから、成形方法としてロールコーター法を採用して、グリーンシートを作製する。   First, the piezoelectric material used for the piezoelectric ceramic layer 21b and the diaphragm 21a is lead zirconate titanate (PZT), and a slurry is prepared by mixing PZT powder, a binder, and a solvent. From this slurry, a roll coater is formed as a forming method. The green sheet is produced using the method.

焼成後に振動板21aとなるグリーンシートの、後で個別電極本体35aが形成される位置に、前述のスラリーをスクリーン印刷・乾燥して、その部分の振動板の第1部位21a−1が厚くなるようにする。次に、共通電極34となる導体ペートを塗布し、乾燥させる。この際、後で個別電極本体35aが形成される位置に、導体ペーストをパターンニングして形成し、個別電極本体35aの下の共通電極34を厚くしてもよい。これに、焼成後に圧電セラミック層21bとなるグリーンシートを積層し、加圧して生積層体を作製する。グリーンシートを積層する替わりには前述のスラリーを塗布・乾燥して形成してもよい。また、前述のスラリーをパターンニングして印刷・乾燥し、表層電極本体35aの下の圧電セラミック層の第1部位21b−1の厚さを、周囲の圧電セラミック層の第2部位21b−2の厚さと変えてもよい。   The above-mentioned slurry is screen-printed and dried at a position where the individual electrode main body 35a is formed later on the green sheet that becomes the vibration plate 21a after firing, and the first portion 21a-1 of the vibration plate in that portion becomes thick. Like that. Next, a conductor paste to be the common electrode 34 is applied and dried. At this time, a conductive paste may be patterned at a position where the individual electrode body 35a is formed later, and the common electrode 34 under the individual electrode body 35a may be thickened. A green sheet which becomes the piezoelectric ceramic layer 21b after firing is laminated on this, and pressed to produce a green laminate. Instead of laminating the green sheets, the above slurry may be applied and dried. The slurry is patterned, printed and dried, and the thickness of the first portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer under the surface electrode body 35a is set to the thickness of the second portion 21b-2 of the surrounding piezoelectric ceramic layer. The thickness may be changed.

生積層体は、例えば1020℃の温度で焼成し、その後、導体ペーストを印刷・乾燥し、焼き付けて、個別電極35を形成する。   The green laminate is fired at a temperature of 1020 ° C., for example, and then the conductor paste is printed, dried, and baked to form the individual electrodes 35.

図6に示した振動板凹部221cが設けられた圧電アクチュエータは、加圧積層時に、個別電極35aの下側の振動板の第1部位21a−1となる部分のグリーシートに凸形状の金型を当てて加圧したり、平面形状の金型で加圧積層した後に、そのような形状の金型で加圧したりして、変形させることで作製できる。   The piezoelectric actuator provided with the diaphragm recess 221c shown in FIG. 6 is a mold having a convex shape on the green sheet of the portion that becomes the first portion 21a-1 of the diaphragm below the individual electrode 35a during pressure lamination. It can be produced by applying pressure and applying pressure with a planar mold and then pressing with a mold having such a shape to cause deformation.

シミュレーションにより圧電アクチュエータの各部の厚みを変えた場合の変位量を確認した。シミュレーションでは、表1および次に示す形状の2次元の圧電アクチュエータ、別の言い方をすれば無限に長い形状の圧電アクチュエータの変位量を調べた。なお、個別電極本体35aおよび共通電極34の厚さは、ゼロとしてシミュレーションを行なった。   The amount of displacement when the thickness of each part of the piezoelectric actuator was changed by simulation was confirmed. In the simulation, the displacement amount of a two-dimensional piezoelectric actuator having the shape shown in Table 1 and the following, or in other words, an infinitely long piezoelectric actuator was examined. The simulation was performed with the thicknesses of the individual electrode main body 35a and the common electrode 34 set to zero.

加圧室10の幅:760μm
個別電極本体35aの幅:560μm
以上のような基本構造のアクチュエータに対して、一定の電圧を加えた場合の変位量を比較した。
Pressure chamber 10 width: 760 μm
Width of individual electrode body 35a: 560 μm
The amount of displacement when a constant voltage was applied to the actuator having the above basic structure was compared.

なお、圧電セラミック層21bの上面の高さについては、振動板凹部221cが形成されている試料以外は、圧電アクチュエータの下面は平坦であり、振動板凹部221cが形成されている試料も、圧電アクチュエータの下面は、振動板凹部221c以外は平坦であるので、各部の厚さを加えれば分かる。例えば、試料No.5の圧電アクチュエータでは、個別電極本体35aの下の圧電セラミック層の第1部位21b−1の上面の位置は、20+18=38μmであり、個別電極35aの周囲の圧電セラミック層の第2部位21b−2の上面の位置は、20+10=30μmであるので、圧電セラミック層の第2部位21b−1の上面は、周囲より8μm高い凸形状をしている。   Regarding the height of the upper surface of the piezoelectric ceramic layer 21b, the bottom surface of the piezoelectric actuator is flat except for the sample in which the diaphragm concave portion 221c is formed, and the sample in which the diaphragm concave portion 221c is formed is also the piezoelectric actuator. Since the bottom surface of the plate is flat except for the diaphragm concave portion 221c, it can be understood by adding the thickness of each portion. For example, sample No. 5, the position of the upper surface of the first portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer under the individual electrode body 35a is 20 + 18 = 38 μm, and the second portion 21b− of the piezoelectric ceramic layer around the individual electrode 35a. Since the position of the upper surface of 2 is 20 + 10 = 30 μm, the upper surface of the second portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer has a convex shape that is 8 μm higher than the surroundings.

Figure 2012228843
Figure 2012228843

本発明の範囲の試料である試料No.5〜13では、個別電極本体35aの下の圧電セラミック層の第1部位21b−1、共通電極34、振動板の第1部位21a−1の厚さの合計が、個別電極本体35aの周囲の圧電セラミック層の第2部位21b−2、共通電極34、振動板の第2部位21a−2の厚さの合計より厚くなっており、共通電極34、振動板の第1部位21a−1の厚さの合計が、個別電極本体35aの周囲の共通電極34、振動板の第2部位21a−2の厚さの合計より厚くなっていることにより、変位量が大きくなった。   Sample No. which is a sample within the scope of the present invention. 5 to 13, the total thickness of the first portion 21 b-1 of the piezoelectric ceramic layer under the individual electrode main body 35 a, the common electrode 34, and the first portion 21 a-1 of the diaphragm is around the individual electrode main body 35 a. The thickness of the second portion 21b-2 of the piezoelectric ceramic layer, the common electrode 34, and the thickness of the second portion 21a-2 of the diaphragm is larger than the total thickness of the second portion 21a-2 of the common electrode 34 and the diaphragm. Since the total thickness is larger than the total thickness of the common electrode 34 around the individual electrode main body 35a and the second portion 21a-2 of the diaphragm, the displacement amount is increased.

また、個別電極本体35aの下の圧電セラミック層の第1部位21b−1の厚さが20μmである試料No.5〜10において、振動板の第1部位21a−1の厚さが、圧電セラミック層の第1部位21b−1の厚さ以上である試料No.6〜10、は変位量が354nm以上と大きくなった。   Sample No. 1 in which the thickness of the first portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer under the individual electrode main body 35a is 20 μm. 5 to 10, the thickness of the first portion 21a-1 of the diaphragm is equal to or greater than the thickness of the first portion 21b-1 of the piezoelectric ceramic layer. The displacement amount of 6 to 10 was as large as 354 nm or more.

さらに、個別電極35aの下の振動板321aを凹形状とした試料No.11の変位量は372nmと、凹形状としていない試料No.7の変位量の364nmより大きくなった。   Further, the sample No. 1 in which the diaphragm 321a under the individual electrode 35a is concaved. No. 11 has a displacement of 372 nm, which is not a concave shape. The displacement amount of 7 was larger than 364 nm.

1・・・プリンタ
2・・・液体吐出ヘッド
4・・・流路部材
5・・・マニホールド
5a・・・副マニホールド
5b・・・マニホールドの開口
6・・・個別供給流路
8・・・吐出孔
9・・・加圧室群
10・・・加圧室
11a、b、c、d・・・加圧室列
12・・・しぼり
13・・・液体吐出ヘッド本体
15a、b、c、d・・・吐出孔列
21・・・圧電アクチュエータ
21a・・・振動板(圧電セラミック層)
21a−1・・・振動板の第1部位
21a−2・・・振動板の第2部位
21b、221b・・・圧電セラミック層
21b−1、221b−1・・・圧電セラミック層の第1部位
21b−2、221b−2・・・圧電セラミック層の第2部位
221c・・・振動板凹部
22〜31・・・プレート
32・・・個別流路
34・・・共通電極(内部電極)
35・・・個別電極
35a・・・個別電極本体(表面電極)
35b・・・引出電極
36・・・接続電極
50・・・変位素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Printer 2 ... Liquid discharge head 4 ... Flow path member 5 ... Manifold 5a ... Sub manifold 5b ... Manifold opening 6 ... Individual supply flow path 8 ... Discharge Hole 9 ... Pressurizing chamber group 10 ... Pressurizing chamber 11a, b, c, d ... Pressurizing chamber row 12 ... Squeezing 13 ... Liquid discharge head body 15a, b, c, d ... Discharge hole array 21 ... Piezoelectric actuator 21a ... Vibration plate (piezoelectric ceramic layer)
21a-1 ... first part of the diaphragm 21a-2 ... second part of the diaphragm 21b, 221b ... piezoelectric ceramic layer 21b-1, 221b-1 ... first part of the piezoelectric ceramic layer 21b-2, 221b-2 ... 2nd part of piezoelectric ceramic layer 221c ... Diaphragm recess 22-31 ... Plate 32 ... Individual flow path 34 ... Common electrode (internal electrode)
35 ... Individual electrode 35a ... Individual electrode body (surface electrode)
35b ... Extraction electrode 36 ... Connection electrode 50 ... Displacement element

Claims (7)

振動板上に、内部電極、圧電セラミック層および表面電極がこの順で積層されている圧電アクチュエータであって、前記表面電極の下の前記振動板、前記内部電極および前記圧電セラミック層の厚さの合計が、前記表面電極の周囲の前記振動板、前記内部電極および前記圧電セラミック層の厚さの合計よりも厚くなっており、前記表面電極の下の前記振動板および前記内部電極の厚さの合計が、前記表面電極の周囲の前記振動板および前記内部電極の厚さの合計より厚くなっていることを特徴とする圧電アクチュエータ。   A piezoelectric actuator in which an internal electrode, a piezoelectric ceramic layer, and a surface electrode are laminated in this order on a vibration plate, and the thickness of the vibration plate, the internal electrode, and the piezoelectric ceramic layer under the surface electrode The total is thicker than the total thickness of the diaphragm, the internal electrode, and the piezoelectric ceramic layer around the surface electrode, and the total thickness of the diaphragm and the internal electrode below the surface electrode The total is thicker than the total thickness of the diaphragm and the internal electrode around the surface electrode. 前記表面電極の下の前記圧電セラミック層の厚さが、前記表面電極の下の前記振動板の厚さ以下であることを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータ。   2. The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein a thickness of the piezoelectric ceramic layer under the surface electrode is equal to or less than a thickness of the diaphragm under the surface electrode. 前記表面電極の下の前記圧電セラミック層の上面が、前記表面電極の周囲の前記圧電セラミック層の上面よりも高い位置にあり、前記圧電セラミック層の上面が凸形状となっていることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電アクチュエータ。   The upper surface of the piezoelectric ceramic layer under the surface electrode is higher than the upper surface of the piezoelectric ceramic layer around the surface electrode, and the upper surface of the piezoelectric ceramic layer has a convex shape. The piezoelectric actuator according to claim 1 or 2. 前記表面電極の下の前記振動板の下面が、前記表面電極の周囲の前記振動板の下面よりも高い位置にあり、前記圧電セラミック層の下面が凹形状となっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の圧電アクチュエータ。   The lower surface of the diaphragm under the surface electrode is at a position higher than the lower surface of the diaphragm around the surface electrode, and the lower surface of the piezoelectric ceramic layer is concave. Item 4. The piezoelectric actuator according to any one of Items 1 to 3. 前記表面電極を複数備え、前記内部電極が、複数の前記表面電極と対向している請求項1〜4のいずれかに記載の圧電アクチュエータが、複数の吐出孔にそれぞれ繋がっている複数の加圧室が開口している流路部材に、前記表面電極と前記加圧室との位置を合わせて積層されていることを特徴とする液体吐出ヘッド。   The piezoelectric actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric actuator according to claim 1 is provided with a plurality of the surface electrodes, and the internal electrodes face the plurality of the surface electrodes. A liquid discharge head, wherein the surface electrode and the pressurizing chamber are laminated in alignment with a flow path member having an open chamber. 前記圧電アクチュエータを平面視した場合、前記振動板、前記内部電極および前記圧電セラミック層の厚さの合計が周囲よりも厚くなっている部位が、前記加圧室内に納まっていることを特徴とする請求項5に記載の液体吐出ヘッド。   When the piezoelectric actuator is viewed in plan, a portion where the total thickness of the diaphragm, the internal electrode, and the piezoelectric ceramic layer is thicker than the surroundings is housed in the pressurizing chamber. The liquid discharge head according to claim 5. 請求項5または6に記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して相対的に搬送する搬送部と、前記液体吐出ヘッドを制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。   A liquid discharge head according to claim 5, a transport unit that transports a recording medium relative to the liquid discharge head, and a control unit that controls the liquid discharge head. Recording device.
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