JP2013059934A - Liquid ejection head, and liquid ejection apparatus - Google Patents

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武 竹本
Hidekazu Ota
英一 太田
Zenichi Akiyama
善一 秋山
Kenho Chin
顕鋒 陳
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid ejection head having high ejection efficiency which increases displacement of a vibrating plate with a simple structure without increasing the cost.SOLUTION: The liquid ejection head includes: a liquid chamber having a nozzle for ejecting liquid; and a piezoelectric element in which a piezoelectric layer and an electrode are laminated on the opposite side of the nozzle of the liquid chamber. Voltage is applied to the piezoelectric element to deform the piezoelectric layer, and generation of pressure in the liquid chamber causes the liquid to be ejected from the nozzle. An electric field is applied in a direction substantially perpendicular to a polarization direction of the piezoelectric layer and in the substantially same direction as the polarization direction of the piezoelectric layer to deform the piezoelectric layer, and then the liquid is ejected from the nozzle. As a result, the displacement of the piezoelectric layer is increased to improve the ejection efficiency of the liquid ejection head.

Description

本発明はインク等の液体を吐出する液体吐出ヘッド、及び液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置に関する。   The present invention relates to a liquid discharge head that discharges liquid such as ink, and a liquid discharge apparatus including the liquid discharge head.

インクジェットヘッド(液体吐出ヘッド)を搭載した液体吐出装置としてのインクジェットプリンタは、近年、高画質、低価格、速度対応性(インクを吐出するノズル数を増減することにより高速プリンタから、低速だが低価格のプリンタまで対応できる)等が評価されて普及が進んでおり、より一層の画質向上、コストダウン、小型化が要求されている。   Inkjet printers as liquid ejection devices equipped with inkjet heads (liquid ejection heads) have recently achieved high image quality, low price, and speed compatibility (from high-speed printers by increasing or decreasing the number of nozzles that eject ink, but at lower speeds and lower prices). It has been popularized and has been widely used, and further improvements in image quality, cost reduction, and downsizing are required.

この様なインクジェットヘッドの工法としては、半導体プロセスを利用した微細加工技術であるMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術が取り入れられている。   As a method for manufacturing such an ink jet head, a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technique, which is a fine processing technique using a semiconductor process, is adopted.

MEMS技術を用いることにより、シリコン基板上にインクジェットヘッドに必要な液室、振動板、圧電素子、電極等の部品を、エッチング、スパッタ等の加工方法で微小領域に形成することができる。また、これらの部品をさらに微細化し、各部品の配置を工夫することにより、インクジェットヘッドを小型化して作り込むことができる。   By using the MEMS technology, components such as a liquid chamber, a diaphragm, a piezoelectric element, and an electrode necessary for an ink jet head can be formed on a silicon substrate in a minute region by a processing method such as etching or sputtering. Further, by miniaturizing these components and devising the arrangement of the components, the inkjet head can be made smaller and built.

ここで、インクジェットヘッドの小型化により各部品の集積度が上がると、液室の圧力を変化させる振動板の面積も小さくなり、振動板の変位量が小さくなるため吐出効率が低下するという不具合が発生する。   Here, when the degree of integration of each component increases due to the downsizing of the ink jet head, the area of the diaphragm that changes the pressure of the liquid chamber also decreases, and the displacement amount of the diaphragm decreases, so the discharge efficiency decreases. Occur.

そこで、例えば特許文献1には、分極方向に直交する方向に電位差を与えることで変形を生じる圧電体の振動板を対向して配置し、前記振動板の電界強度の低い部分に凹状の溝部を形成することで、振動板の変位量を確保する技術が開示されている。   For this reason, for example, in Patent Document 1, a piezoelectric diaphragm that deforms by applying a potential difference in a direction orthogonal to the polarization direction is disposed opposite to each other, and a concave groove is formed in a portion of the diaphragm where the electric field strength is low. A technique for ensuring the amount of displacement of the diaphragm by forming it is disclosed.

また、例えば特許文献2には、積層型圧電体にその分極方向に直交する電界を発生させてシェアモードにて変形させ、同時に外側圧電セラミック層の分極方向と平行な電界を発生させて外側圧電層を伸縮モードにて変形させることにより、圧電体全体としての変形量を大きくするインクジェットヘッドが提案されている。   Further, for example, in Patent Document 2, an electric field perpendicular to the polarization direction is generated in a laminated piezoelectric body and deformed in a shear mode, and at the same time, an electric field parallel to the polarization direction of the outer piezoelectric ceramic layer is generated to generate an outer piezoelectric. An ink jet head has been proposed in which the deformation amount of the entire piezoelectric body is increased by deforming the layer in the expansion / contraction mode.

また、例えば特許文献3には、圧電層に環状の上部電極と、上部電極内に上部電極に接しない中央電極とを形成し、上部電極に電圧を印加した時に上部電極と下部電極との間で生じる変位に加えて、上部電極と中央電極との間に縦方向の変位を発生させることにより、振動板の撓み変位量を増大させる液体吐出ヘッドが開示されている。   Further, for example, in Patent Document 3, an annular upper electrode is formed in the piezoelectric layer, and a central electrode that is not in contact with the upper electrode is formed in the upper electrode, and a voltage is applied between the upper electrode and the lower electrode when voltage is applied to the upper electrode. In addition to the displacement caused by the above, a liquid ejection head is disclosed in which a displacement in the vertical direction is generated between the upper electrode and the center electrode, thereby increasing the deflection displacement amount of the diaphragm.

しかしながら、特許文献1において圧電体に生じる変形モードは単一であり、十分な変位量を得られない場合がある。また、特許文献2に係るインクジェットヘッドでは、変形モードが異なる複数の圧電体を積層させるため、製作コストがかかると共に、各圧電体の適正厚み及びヤング率等のバランスを取ることが困難な場合がある。さらに特許文献3では、上部電極と中央電極との間の縦方向の変位を十分に引き出す様な電界を発生させるのが難しい場合がある。また、圧電層を介して上部電極を下部電極に接続させるためのコストアップ及び接続信頼性といった課題を有している。   However, in Patent Document 1, the deformation mode generated in the piezoelectric body is single, and a sufficient amount of displacement may not be obtained. In addition, in the inkjet head according to Patent Document 2, since a plurality of piezoelectric bodies having different deformation modes are stacked, it is expensive to manufacture, and it may be difficult to balance the appropriate thickness and Young's modulus of each piezoelectric body. is there. Furthermore, in Patent Document 3, it may be difficult to generate an electric field that sufficiently draws out the vertical displacement between the upper electrode and the center electrode. Further, there are problems such as an increase in cost and connection reliability for connecting the upper electrode to the lower electrode through the piezoelectric layer.

そこで本発明では、振動板の変位量を簡易な構造により増大させ、コストを上昇させることなく、吐出効率が高い液体吐出ヘッド及びこの液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a liquid discharge head having a high discharge efficiency and a liquid discharge apparatus including the liquid discharge head without increasing the cost by increasing the displacement amount of the diaphragm with a simple structure. .

本発明は、上記課題に鑑み、液体を吐出するノズルが設けられた液室と、前記液室の前記ノズルとは反対側に圧電層及び電極が積層された圧電素子と、を有し、前記圧電素子に電圧を印加して前記圧電層を変形させ、前記液室に圧力を発生させることにより前記ノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、前記圧電層の分極方向と略直交する方向及び前記圧電層の前記分極方向と略同一方向に電界を与え、前記圧電層に変形を生じさせて前記ノズルから前記液体を吐出することを特徴とする。   In view of the above problems, the present invention has a liquid chamber provided with a nozzle for discharging a liquid, and a piezoelectric element in which a piezoelectric layer and an electrode are laminated on the opposite side of the liquid chamber from the nozzle, A liquid discharge head that discharges the liquid from the nozzle by applying a voltage to the piezoelectric element to deform the piezoelectric layer and generating pressure in the liquid chamber, and is substantially orthogonal to the polarization direction of the piezoelectric layer An electric field is applied in a direction substantially the same as the direction of polarization of the piezoelectric layer and the piezoelectric layer is deformed to discharge the liquid from the nozzle.

本発明の実施形態によれば、圧電層の分極方向と略直交する方向及び略同一方向に電界を与えて圧電層を変形させることにより、異なるモードの変形を同一圧電層に形成して十分な変位量を確保することができる。   According to the embodiments of the present invention, it is sufficient to form different modes of deformation in the same piezoelectric layer by deforming the piezoelectric layer by applying an electric field in a direction substantially orthogonal to the polarization direction of the piezoelectric layer and in substantially the same direction. A displacement amount can be secured.

そのため、駆動電圧を低下させることができ、ICの小型化、圧電素子周辺の配線容量及び発熱量の低減等、機能的な向上を望めると共に、圧電層の変位量を大きく取れることにより、振動板のコントロール性が向上し、小滴化や多値化といった粒子化特性の向上に貢献することができる。   Therefore, the drive voltage can be reduced, and functional improvements such as downsizing of the IC, reduction of the wiring capacity and heat generation around the piezoelectric element can be expected, and the displacement of the piezoelectric layer can be increased, thereby making the diaphragm Controllability can be improved, and it can contribute to the improvement of particle formation characteristics such as droplet size reduction and multilevel.

また、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドは、低コスト、高安定性及び高信頼性を実現するものであり、この様な液体吐出ヘッドを有する液体吐出装置としてのインクジェットプリンタによれば、低コストで高品質画像を出力することが可能になる。また、3次元造形装置や、輸血や点滴等の輸液ポンプ等の液体吐出装置に液体吐出ヘッドとして搭載することも可能である。   The liquid discharge head according to the embodiment of the present invention realizes low cost, high stability, and high reliability. According to the ink jet printer as the liquid discharge apparatus having such a liquid discharge head, It becomes possible to output a high quality image at low cost. Further, it can be mounted as a liquid discharge head on a liquid discharge apparatus such as a three-dimensional modeling apparatus or an infusion pump such as blood transfusion or infusion.

第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図1 is an exploded perspective view of a liquid ejection head according to a first embodiment. 第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの幅方向断面の要部拡大図The principal part enlarged view of the cross section of the width direction of the liquid discharge head which concerns on 1st Embodiment. 図2に示す液体吐出ヘッドのI−I断面図II sectional view of the liquid ejection head shown in FIG. 第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドにおいて振動板が第3電極を覆う部分のみに形成されている構成を示す図The figure which shows the structure by which the diaphragm is formed only in the part which covers a 3rd electrode in the liquid discharge head which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施形態に係る液体吐出ヘッドの幅方向断面の要部拡大図The principal part enlarged view of the cross section of the width direction of the liquid discharge head which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る液体吐出ヘッドの幅方向断面の要部拡大図The principal part enlarged view of the cross section of the width direction of the liquid discharge head which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成を示す平面概略図及び断面概略図Schematic plan view and cross-sectional schematic diagram showing the configuration of the liquid ejection head according to the fourth embodiment 第5の実施形態に係る液体吐出ヘッドの幅方向断面の要部拡大図The principal part enlarged view of the cross section of the width direction of the liquid discharge head which concerns on 5th Embodiment 第6の実施形態に係る液体吐出ヘッドの幅方向断面の要部拡大図及び平面概略図The principal part enlarged view and plane schematic of the cross section of the width direction of the liquid discharge head which concern on 6th Embodiment 第6の実施形態に係る液体吐出ヘッドの幅方向断面の要部拡大図及び平面概略図The principal part enlarged view and plane schematic of the cross section of the width direction of the liquid discharge head which concern on 6th Embodiment 第6の実施形態に係る液体吐出ヘッドの平面概略図及び断面概略図Schematic plan view and cross-sectional schematic diagram of a liquid ejection head according to a sixth embodiment 実施形態に係る液体吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の構成例を示す図1 is a diagram illustrating a configuration example of an ink jet recording apparatus equipped with a liquid discharge head according to an embodiment.

以下、本発明の好適な実施の形態(以下「実施形態」という)について、図面を用いて詳細に説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施形態]
図1及び図2を用いて第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの概略構成について説明する。
[First Embodiment]
A schematic configuration of the liquid discharge head according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図1は、第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの分解斜視図であり、図2は、第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの幅方向断面の要部拡大図である。ここで、図中X方向は液体吐出ヘッドの幅方向、Y方向は長手方向、Z方向は高さ方向を示している。   FIG. 1 is an exploded perspective view of the liquid discharge head according to the first embodiment, and FIG. 2 is an enlarged view of a main part of a cross section in the width direction of the liquid discharge head according to the first embodiment. Here, in the drawing, the X direction indicates the width direction of the liquid ejection head, the Y direction indicates the longitudinal direction, and the Z direction indicates the height direction.

第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドは、液室基板2の一面に振動板13が成膜されており、液室基板2の振動板13との反対側は複数のノズルが配列されたノズル基板4と接合されている。図1に示した様に、振動板13が成膜された液室基板2に、駆動IC21、サブフレーム12、SUS板341,342,343、ダンパフィルム35、補強板36、天板38を積層することで、液体吐出ヘッドが形成されている。   In the liquid discharge head according to the first embodiment, a diaphragm 13 is formed on one surface of the liquid chamber substrate 2, and a nozzle on which the plurality of nozzles are arranged on the opposite side of the liquid chamber substrate 2 from the diaphragm 13. Bonded to the substrate 4. As shown in FIG. 1, the driving IC 21, the subframe 12, the SUS plates 341, 342, 343, the damper film 35, the reinforcing plate 36, and the top plate 38 are laminated on the liquid chamber substrate 2 on which the diaphragm 13 is formed. As a result, a liquid discharge head is formed.

振動板13は一般的に積層構造となっており、SiO2,SiN,PS等により構成されている。また、Zrあるいは他のセラミックス等の材料が用いられる場合もある。   The diaphragm 13 generally has a laminated structure, and is composed of SiO2, SiN, PS, or the like. Also, Zr or other materials such as ceramics may be used.

図2に示す様に、液室基板2には、液室1がエッチングにより形成されており、振動板13によりエッチストップすることで形成される。   As shown in FIG. 2, the liquid chamber 1 is formed on the liquid chamber substrate 2 by etching, and is formed by etching stop with the vibration plate 13.

振動板13の液室1の反対側には、圧電層7が形成されている。圧電層7はスパッタ、SolGel、イオンプレーティング等の工法により成膜され、グリーンシートを焼成して形成する場合もある。   A piezoelectric layer 7 is formed on the side of the diaphragm 13 opposite to the liquid chamber 1. The piezoelectric layer 7 may be formed by a method such as sputtering, SolGel, or ion plating, and may be formed by firing a green sheet.

図3に、図2に示した液体吐出ヘッドのI−I断面図を示す。   FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line II of the liquid discharge head shown in FIG.

図3に示す様に、圧電層7を駆動するための電極は、液室1の周辺部に対応する位置で圧電層7を挟んで形成される下電極5及び上電極6を有する第1電極9と、圧電層7の液室1に対応する位置で液室1とは反対側に形成され、第1電極9とは極性が異なる第2電極10と、圧電層7の液室1に対応する位置で液室1側に形成され、第1電極10と同極性の第3電極11とで構成されている。   As shown in FIG. 3, the electrode for driving the piezoelectric layer 7 is a first electrode having a lower electrode 5 and an upper electrode 6 formed by sandwiching the piezoelectric layer 7 at a position corresponding to the periphery of the liquid chamber 1. 9, corresponding to the liquid chamber 1 of the piezoelectric layer 7 and the second electrode 10 formed on the opposite side of the liquid chamber 1 at a position corresponding to the liquid chamber 1 of the piezoelectric layer 7 and having a polarity different from that of the first electrode 9. The first electrode 10 and the third electrode 11 having the same polarity are formed on the liquid chamber 1 side.

第3電極11は、給電のための電極取り出し口を除いた部分が、第2電極10の圧電層7の液室1側への投影面よりも大きく形成されている。これは、第3電極11を第2電極10より小さく形成すると、第1電極9と第2電極10との間で形成される電界が弱くなるためである。また、少なくとも第3電極11を覆う様に振動板13が設けられている。各電極9,10,11は、例えば、Ti,TiO2,Pt,SrRuO3等で構成され、これらの材料から適宜選択されて電極として成膜される。   The portion of the third electrode 11 excluding the electrode outlet for power feeding is formed to be larger than the projection surface of the second electrode 10 on the liquid chamber 1 side of the piezoelectric layer 7. This is because if the third electrode 11 is formed smaller than the second electrode 10, the electric field formed between the first electrode 9 and the second electrode 10 becomes weak. A diaphragm 13 is provided so as to cover at least the third electrode 11. Each of the electrodes 9, 10, 11 is made of, for example, Ti, TiO 2, Pt, SrRuO 3, etc., and is appropriately selected from these materials and formed as an electrode.

本実施形態に係る液体吐出ヘッドは、圧電層7と第1電極9、第2電極10、第3電極11とで構成される圧電素子に電圧を印加して圧電層7を変形させ、液室1に圧力を発生させることによってノズル3から液体を吐出する。   The liquid ejection head according to the present embodiment applies a voltage to a piezoelectric element composed of the piezoelectric layer 7 and the first electrode 9, the second electrode 10, and the third electrode 11 to deform the piezoelectric layer 7, The liquid is discharged from the nozzle 3 by generating a pressure on the nozzle 1.

圧電層7が、その製作方法にもよるが図3に示す分極方向8で処理されている場合には、第1電極9と第2電極10を共通電極としてグランドとし、第3電極11を個別電極とする。また、圧電層7の分極方向が図3に示した例と逆(図中下向き)の場合には、第1電極9と第2電極10とを個別電極とし、第3電極11をグランドとする。   When the piezoelectric layer 7 is processed in the polarization direction 8 shown in FIG. 3 depending on the manufacturing method, the first electrode 9 and the second electrode 10 are grounded as a common electrode, and the third electrode 11 is individually set. Let it be an electrode. Further, when the polarization direction of the piezoelectric layer 7 is opposite to the example shown in FIG. 3 (downward in the figure), the first electrode 9 and the second electrode 10 are used as individual electrodes, and the third electrode 11 is used as a ground. .

圧電層7は、分極方向8に対して略同一方向の電界が与えられることによりd31モード、分極方向8に対して略直交する方向の電界が与えられることによりd15モードの変形を生じる。   The piezoelectric layer 7 is deformed in the d31 mode when an electric field in substantially the same direction with respect to the polarization direction 8 is applied, and in the d15 mode when an electric field in a direction substantially orthogonal to the polarization direction 8 is applied.

この様な構成において個別電極をスイッチングすることにより、第1電極9と第3電極11との間にd15モードの変形、第2電極10と第3電極11との間にd31モードの変形を得ることができる。第3電極11を第2電極10よりも大きく形成することで、d15モード変形部の電界を強く保つことができる。   By switching the individual electrodes in such a configuration, a d15 mode deformation is obtained between the first electrode 9 and the third electrode 11, and a d31 mode deformation is obtained between the second electrode 10 and the third electrode 11. be able to. By forming the third electrode 11 larger than the second electrode 10, the electric field of the d15 mode deformable portion can be kept strong.

ノズル3が開口されたノズル板4は、例えば厚さ50μmのSUS板に、プレス工法によりノズル3が形成され、液室基板2の振動板13とは反対側の面に接合される。   The nozzle plate 4 in which the nozzle 3 is opened, for example, is formed on a SUS plate having a thickness of 50 μm by a press method, and is bonded to the surface of the liquid chamber substrate 2 opposite to the vibration plate 13.

図2に示した様に、液室基板2には液室1が駆動IC21に対向する位置に2列千鳥格子状に配置されている。液室1には共通液室30から供給溝31、供給口32、流体抵抗部33を通って液体(インクジェットヘッドの場合にはインク)が供給される。   As shown in FIG. 2, the liquid chamber 1 is arranged in a two-row staggered pattern on the liquid chamber substrate 2 at a position facing the drive IC 21. Liquid (ink in the case of an inkjet head) is supplied to the liquid chamber 1 from the common liquid chamber 30 through the supply groove 31, the supply port 32, and the fluid resistance portion 33.

圧電層7の液室1の反対側には、圧電層7の変形部を囲む空間40が設けられたサブフレーム12が接合されている。サブフレーム12は、例えば、シリコン基板又はガラス基板等で形成される。また、サブフレーム12には空間40の間に開口部39が形成されており、駆動IC21が各電極と電気的に接続されている。空間40の開口部39の反対側には、液体の供給溝31が形成されており、液室基板2に設けられた供給口32に連通している。   A subframe 12 provided with a space 40 surrounding the deformed portion of the piezoelectric layer 7 is bonded to the opposite side of the piezoelectric layer 7 from the liquid chamber 1. The subframe 12 is formed of, for example, a silicon substrate or a glass substrate. In addition, an opening 39 is formed in the subframe 12 between the spaces 40, and the driving IC 21 is electrically connected to each electrode. A liquid supply groove 31 is formed on the opposite side of the opening 39 of the space 40 and communicates with a supply port 32 provided in the liquid chamber substrate 2.

サブフレーム12の上部には共通液室30を構成する穴が形成されたSUS板341,342,343が複数枚積層して接合されている。共通液室30の上部にはダンパフィルム35が接合され、一部に穴がある空間37が形成された補強板36が接合されている。補強板36の上部には天板38が接合されており、図1に示す様に供給穴42が形成されている。   A plurality of SUS plates 341, 342, 343 in which holes constituting the common liquid chamber 30 are formed are stacked and joined to the upper portion of the subframe 12. A damper film 35 is joined to the upper part of the common liquid chamber 30, and a reinforcing plate 36 in which a space 37 having a hole in part is formed is joined. A top plate 38 is joined to the upper portion of the reinforcing plate 36, and a supply hole 42 is formed as shown in FIG.

駆動IC21からの信号により各電極9,10,11に電圧が印加されると、第1電極9と第2電極10との間には分極方向8に対して略直交する方向に電界が形成され、圧電層7にd15モードの変形が生じる。   When a voltage is applied to each electrode 9, 10, 11 by a signal from the drive IC 21, an electric field is formed between the first electrode 9 and the second electrode 10 in a direction substantially orthogonal to the polarization direction 8. The piezoelectric layer 7 is deformed in d15 mode.

また、第2電極10と第3電極11との間には分極方向8と略同一方向の電界が形成され、圧電層7にd31モードの変形が生じる。   In addition, an electric field in a direction substantially the same as the polarization direction 8 is formed between the second electrode 10 and the third electrode 11, and d31 mode deformation occurs in the piezoelectric layer 7.

振動板13はd15モードの変形により梁の根元から変位を生じ、中央部ではd31モードのユニモルフ変位を生じる相乗効果によって大きな変位量を得る事ができる。また、第1電極9の構成としては、上電極6を無くし下電極5のみで構成することもできる。   The diaphragm 13 is displaced from the base of the beam by the deformation of the d15 mode, and a large amount of displacement can be obtained by a synergistic effect that generates a unimorph displacement of the d31 mode at the center. Further, the first electrode 9 may be configured by only the lower electrode 5 without the upper electrode 6.

図4に、第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドにおいて振動板13が、第3電極を覆う部分のみに形成されている構成を示す。   FIG. 4 shows a configuration in which the diaphragm 13 is formed only in a portion covering the third electrode in the liquid ejection head according to the first embodiment.

圧電層7のd15モードの変形には振動板13は不要であり、d31モードの変形にはユニモルフ変位をするための振動板13が必要となる。そのため振動板13を、第3電極を覆う部分のみに形成し、d15モードの変形部に振動板13を形成しないことにより、より大きな変位量を得る事が可能になる。但し、液体が導電性の場合には、図4に示す様に絶縁性の保護膜14が必要になる。   The diaphragm 13 is unnecessary for the deformation of the piezoelectric layer 7 in the d15 mode, and the diaphragm 13 for unimorph displacement is necessary for the deformation of the d31 mode. Therefore, it is possible to obtain a larger amount of displacement by forming the diaphragm 13 only in the portion covering the third electrode and not forming the diaphragm 13 in the deformed portion of the d15 mode. However, when the liquid is conductive, an insulating protective film 14 is required as shown in FIG.

第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドによれば、圧電層7にd15モードとd31モードの変形を生じさせることによって変形効率を向上させることができる。そのため、駆動電圧を低下することができ、コストダウン及び消費電力低減といった効果を得ることができる。また、駆動電圧を低下することにより、駆動IC21の小型化、圧電層7周辺の配線容量及び発熱量の低下等、機能的にも大幅な向上を得ることができる。さらに、圧電層7の変位量を大きくすることで振動板13のコントロール性が向上し、小滴化や多値化といった粒子化特性が向上する。   According to the liquid discharge head according to the first embodiment, the deformation efficiency can be improved by causing the piezoelectric layer 7 to deform in the d15 mode and the d31 mode. Therefore, the drive voltage can be lowered, and effects such as cost reduction and power consumption reduction can be obtained. Further, by reducing the drive voltage, it is possible to obtain significant functional improvements such as downsizing the drive IC 21 and lowering the wiring capacity and heat generation around the piezoelectric layer 7. Further, by increasing the displacement amount of the piezoelectric layer 7, the controllability of the diaphragm 13 is improved, and the particle formation characteristics such as droplet size reduction and multi-value conversion are improved.

[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態に係る液体吐出ヘッドについて説明する。液体吐出ヘッドの全体構成は、図1及び図2に示す第1の実施形態の構成と同一である。
[Second Embodiment]
Next, a liquid ejection head according to the second embodiment will be described. The overall configuration of the liquid ejection head is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

図5に、第2の実施形態に係る液体吐出ヘッドの幅方向断面の要部拡大図を示す。   FIG. 5 is an enlarged view of a main part of a cross section in the width direction of the liquid discharge head according to the second embodiment.

図5(a)に示す様に、第2の実施形態に係る液体吐出ヘッドでは、第1電極9の下電極5と第3電極11との間のd15モードの変形領域の振動板13に、薄肉部17を形成している。これにより、振動板13による圧電層7の拘束力を低減し、圧電層7のd15モードでの変位量を大きくすることができる。   As shown in FIG. 5A, in the liquid ejection head according to the second embodiment, the diaphragm 13 in the deformation region of the d15 mode between the lower electrode 5 and the third electrode 11 of the first electrode 9 A thin portion 17 is formed. Thereby, the restraining force of the piezoelectric layer 7 by the diaphragm 13 can be reduced, and the displacement amount of the piezoelectric layer 7 in the d15 mode can be increased.

また、図5(b)に示す様に、第1電極9の下電極5と第3電極11との間のd15モードの変形領域の振動板13に、切り欠き部18を設ける構成により、振動板13による圧電層7の拘束力をさらに低減することができる。切り欠き部18を形成することで、圧電層7のd15モードでの変位量をさらに大きくすることができる。   Further, as shown in FIG. 5 (b), the vibration plate 13 in the deformation region of the d15 mode between the lower electrode 5 and the third electrode 11 of the first electrode 9 is provided with a notch 18, thereby vibrating. The restraining force of the piezoelectric layer 7 by the plate 13 can be further reduced. By forming the notch 18, the amount of displacement of the piezoelectric layer 7 in the d15 mode can be further increased.

振動板13に形成された薄肉部17又は切り欠き部18は、いずれもd15モードの変位量を増大させる効果があり、圧電層7全体の変位量を大きくすることができる。   The thin portion 17 or the notch portion 18 formed on the diaphragm 13 has an effect of increasing the displacement amount of the d15 mode, and can increase the displacement amount of the entire piezoelectric layer 7.

この場合において、圧電層7は強度を確保するために一定の厚さが必要であり、好ましくは1μm以上の厚さがあれば好適である。また、圧電層7には、液体と接する側及びその反対側の面にも必要に応じて保護膜を設ける場合がある。   In this case, the piezoelectric layer 7 needs to have a certain thickness to ensure strength, and preferably has a thickness of 1 μm or more. In addition, the piezoelectric layer 7 may be provided with a protective film on the side in contact with the liquid and the opposite side as needed.

[第3の実施形態]
図6に、第3の実施形態に係る液体吐出ヘッドの幅方向断面の要部拡大図を示す。第3の実施形態に係る液体吐出ヘッドの全体構成は、図1及び図2に示す第1の実施形態の構成と同一である。
[Third Embodiment]
FIG. 6 is an enlarged view of a main part of a cross section in the width direction of the liquid discharge head according to the third embodiment. The overall configuration of the liquid ejection head according to the third embodiment is the same as the configuration of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

図6(a)に示す様に、第3の実施形態に係る液体吐出ヘッドでは、第1電極9の上電極6と第2電極10との間に、第3電極11と同極性の第4電極19を設けている。この様に構成することで、圧電層7には第1電極9と第3電極11との間でd15モード、第1電極9と第4電極19との間で同様にd15モードの変形を生じさせることができる。したがって、d15モードの電界強度を上げることができ、圧電層7のより一層の変位量向上効果を得ることが可能となる。   As shown in FIG. 6A, in the liquid ejection head according to the third embodiment, a fourth electrode having the same polarity as the third electrode 11 is disposed between the upper electrode 6 and the second electrode 10 of the first electrode 9. An electrode 19 is provided. With this configuration, the piezoelectric layer 7 is deformed in the d15 mode between the first electrode 9 and the third electrode 11 and similarly in the d15 mode between the first electrode 9 and the fourth electrode 19. Can be made. Therefore, the electric field strength in the d15 mode can be increased, and a further effect of improving the displacement amount of the piezoelectric layer 7 can be obtained.

図6(b)には、第3の実施形態に係る液体吐出ヘッドにおいて、第1電極9の下電極5と第3電極11との間の振動板13に切り欠き部18を形成した構成を示す。   FIG. 6B shows a configuration in which a notch 18 is formed in the diaphragm 13 between the lower electrode 5 and the third electrode 11 of the first electrode 9 in the liquid ejection head according to the third embodiment. Show.

切り欠き部18を設けたことにより、振動板13による圧電層7の拘束力を低減させ、圧電層7のd15モードでの変位量をさらに大きくすることができる。また、振動板13の第1電極9と第4電極19との間に、図5(a)と同様に薄肉部17を形成することによっても、同様に圧電層7のd15モードでの変位量を増大する効果を得ることができる。   By providing the notch 18, the restraining force of the piezoelectric layer 7 by the diaphragm 13 can be reduced, and the amount of displacement of the piezoelectric layer 7 in the d15 mode can be further increased. Further, by forming the thin portion 17 between the first electrode 9 and the fourth electrode 19 of the diaphragm 13 in the same manner as in FIG. Can be obtained.

[第4の実施形態]
図7は、第4の実施形態に係る液体吐出装置の構成を示す図である。図7(a)は第4の実施形態に係る液体吐出装置の平面概略図、図7(b)は図7(a)のII−II断面概略図、図7(c)は図7(a)のIII−III断面概略図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a liquid ejection apparatus according to the fourth embodiment. 7A is a schematic plan view of a liquid ejection apparatus according to the fourth embodiment, FIG. 7B is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 7A, and FIG. 3) is a schematic cross-sectional view along III-III.

図7(b)に示した様に、第2電極10の圧電層7の反対側には、絶縁層20が形成されており、圧電層7の変形部から外れた内側で絶縁層20にコンタクトホール22が設けられている。コンタクトホール22からは、第2電極10から引き出し電極23が引き出されており、駆動IC21に設けられたアルミパッド25、その上部に設けられた金メッキ26との間をフリップチップ接合するためのスタッドバンプ24を引き出し電極23上に設けることで、駆動IC21と第2電極10とが電気的に接合されている。   As shown in FIG. 7B, an insulating layer 20 is formed on the opposite side of the piezoelectric layer 7 of the second electrode 10, and contacts the insulating layer 20 inside the deformed portion of the piezoelectric layer 7. A hole 22 is provided. A lead electrode 23 is led out from the second electrode 10 through the contact hole 22, and a stud bump for flip-chip bonding between the aluminum pad 25 provided in the drive IC 21 and the gold plating 26 provided thereon. By providing 24 on the lead electrode 23, the drive IC 21 and the second electrode 10 are electrically joined.

従来のd31モードの変形のみで駆動していた圧電層7は、隣接する圧電層7からの影響を低減するために、隣接する圧電層7との間に切り欠きを入れて液室1ごとにパターニングして形成していた。集積度が50dpi以下程度の大きさでは、隣接する圧電層7からの影響力が少ないため大きな問題とはならないが、集積度が150dpi以上になると端部の幅を十分に取れなくなり、互いの拘束力が影響し合うことにより圧電層7の変位量が小さくなってしまう場合があった。   In order to reduce the influence from the adjacent piezoelectric layer 7 in the conventional piezoelectric layer 7 driven only by the deformation of the d31 mode, a notch is formed between the adjacent piezoelectric layers 7 to each liquid chamber 1. It was formed by patterning. When the degree of integration is about 50 dpi or less, there is little influence from the adjacent piezoelectric layer 7, so this is not a big problem, but when the degree of integration is 150 dpi or more, the end width cannot be taken sufficiently and the mutual restraint is not achieved. In some cases, the amount of displacement of the piezoelectric layer 7 is reduced due to the influence of force.

液室1ごとに圧電層7をパターニングするためには、スパッタ等によるエッチング加工により不必要な部分を取り除いて形成する必要がある。圧電層7のスパッタエッチングは加工時間がかかり、加工装置も高価であるためコストの増大が避けられず、エッチングの残渣等による不具合も大きな課題であった。   In order to pattern the piezoelectric layer 7 for each liquid chamber 1, it is necessary to form the piezoelectric layer 7 by removing unnecessary portions by etching processing such as sputtering. Sputter etching of the piezoelectric layer 7 takes time for processing and the processing apparatus is expensive, so an increase in cost is inevitable, and problems due to etching residues and the like are also a major issue.

しかしながら、本実施形態に係る液体吐出ヘッドでは、圧電層7にd15モード及びd31モードによる変形を生じさせることによって、圧電層7の変位量を十分に確保できるため、圧電層7を液室1ごとにパターニングして形成する必要がない。   However, in the liquid ejection head according to the present embodiment, since the piezoelectric layer 7 can be sufficiently deformed by causing the piezoelectric layer 7 to be deformed by the d15 mode and the d31 mode, the piezoelectric layer 7 is attached to each liquid chamber 1. It is not necessary to pattern and form.

特に、圧電層7の振動板13からの拘束力の影響が少なく、振動板13の圧電層7のd15モードでの変形部に切り欠き部を設けることによって、拘束力の影響をほぼ無くすことができる。そのため、圧電層7を液室1ごとにパターニングして形成することなく、液体吐出ヘッド全体に成膜された一様な層として形成することができる。   In particular, the influence of the restraining force of the piezoelectric layer 7 from the diaphragm 13 is small, and by providing a notch in the deformed portion of the piezoelectric layer 7 of the diaphragm 13 in the d15 mode, the influence of the restraining force can be almost eliminated. it can. Therefore, the piezoelectric layer 7 can be formed as a uniform layer formed on the entire liquid discharge head without being patterned for each liquid chamber 1.

したがって、液体吐出ヘッドのアクチュエータとなる圧電素子をパターニングする必要が無く、設備及びプロセスコストの大幅なコストダウンが可能となる。   Therefore, it is not necessary to pattern the piezoelectric element that becomes the actuator of the liquid discharge head, and the cost of equipment and process can be greatly reduced.

[第5の実施形態]
図8には、第5の実施形態に係る液体吐出ヘッドの幅方向断面の要部拡大図を示す。図示した構成以外は、図1及び図2に示す第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成と同様である。
[Fifth Embodiment]
FIG. 8 is an enlarged view of a main part of a cross section in the width direction of the liquid discharge head according to the fifth embodiment. Except for the configuration shown in the figure, the configuration is the same as the configuration of the liquid ejection head according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

図8(a)は、圧電層7のd15モードの変形部とd31モードの変形部との間に切り欠き部27を設けた構成を示す図である。   FIG. 8A is a diagram illustrating a configuration in which a notch portion 27 is provided between the deformed portion in the d15 mode and the deformed portion in the d31 mode of the piezoelectric layer 7.

第3電極11は、圧電層7がd15モードでの変形駆動が可能な様に切り欠き部27の第1電極9の側にも、それぞれ第3電極111,112を設けている。第2電極10は、第3電極11とほぼ同等の大きさでも良い。圧電層7に切り欠き部27という空間を形成しているため、第3電極111,112と第2電極10との間には強い電界は形成されず、第2電極111,112と第1電極9との間で強い電界が形成される。   The third electrode 11 is also provided with third electrodes 111 and 112 on the first electrode 9 side of the notch 27 so that the piezoelectric layer 7 can be deformed and driven in the d15 mode. The second electrode 10 may be approximately the same size as the third electrode 11. Since the space called the notch 27 is formed in the piezoelectric layer 7, a strong electric field is not formed between the third electrodes 111 and 112 and the second electrode 10, and the second electrodes 111 and 112 and the first electrode are not formed. A strong electric field is formed between

また、切り欠き部27を形成した部分を、切り欠きではなく薄層化することによっても拘束力の影響が少なくなるため、圧電層7の変位量を増大させることができる。   Further, since the influence of the restraining force is reduced by thinning the portion where the notch 27 is formed instead of the notch, the amount of displacement of the piezoelectric layer 7 can be increased.

図8(b)は、第1電極9と第3電極111,112との間の電界を強くするため、第3電極111,112に対向して第3電極11と同極性の第4電極19を設けている。   FIG. 8B shows a fourth electrode 19 having the same polarity as the third electrode 11 facing the third electrodes 111 and 112 in order to strengthen the electric field between the first electrode 9 and the third electrodes 111 and 112. Is provided.

この様な構成により、第4電極19は第1電極9との間で電界を形成し、圧電層7のd15モードによる変位量を大きくすることができる。   With such a configuration, the fourth electrode 19 forms an electric field with the first electrode 9, and the displacement amount of the piezoelectric layer 7 due to the d15 mode can be increased.

また、図8(c)には、振動板13の液室1の端部に薄肉部17を形成した図を示す。   FIG. 8C shows a view in which a thin portion 17 is formed at the end of the liquid chamber 1 of the diaphragm 13.

薄肉部17を切り欠き部27と重なる様に形成した場合には圧電層7の変位量をさらに大きくすることができる。この場合には、圧電層7が変位した後に元に戻る力が小さくなるため、変位量と元に戻る力が最適化されるように薄肉部17の寸法を適宜設計する必要がある。   When the thin portion 17 is formed so as to overlap the notch portion 27, the displacement amount of the piezoelectric layer 7 can be further increased. In this case, since the force to return to the original after the piezoelectric layer 7 is displaced becomes small, it is necessary to appropriately design the dimension of the thin portion 17 so that the displacement amount and the force to return to the original are optimized.

図8(d)には、振動板13の液室1の端部に切り欠き部18を設けた例を示す。   FIG. 8D shows an example in which a notch 18 is provided at the end of the liquid chamber 1 of the diaphragm 13.

圧電層7のd15モードによる変形部と、d31モードによる変形部との間に切り欠き部18を設けることで、互いの変形モードの影響を低減し、それぞれの変位量を最大化することができる。また、第4電極19を設けることで圧電層7のより大きな変位量を得ることができる。   By providing the notch 18 between the deformed portion of the piezoelectric layer 7 in the d15 mode and the deformed portion in the d31 mode, the influence of the mutual deformed mode can be reduced and the amount of displacement of each can be maximized. . Further, by providing the fourth electrode 19, a larger displacement amount of the piezoelectric layer 7 can be obtained.

この様に、圧電層7に切り欠き部27若しくは薄層部を形成することによって、圧電層7の変位量を大きくすることができる。また、第4電極19を形成したり、振動板13に薄肉部17又は切り欠き部18を形成することによってさらに変位量を大きくすることができる。   In this manner, by forming the cutout portion 27 or the thin layer portion in the piezoelectric layer 7, the displacement amount of the piezoelectric layer 7 can be increased. Further, the displacement amount can be further increased by forming the fourth electrode 19 or forming the thin portion 17 or the notch portion 18 in the diaphragm 13.

[第6の実施形態]
図9は、第6の実施形態に係る液体吐出ヘッドの幅方向断面の要部拡大図及び平面概略図である。図示していない構成は、図1及び図2に示す第1の実施形態に係る液体吐出ヘッドの構成と同様である。
[Sixth Embodiment]
FIG. 9 is an enlarged view of a main part and a schematic plan view of a cross section in the width direction of a liquid ejection head according to a sixth embodiment. The configuration not shown is the same as the configuration of the liquid ejection head according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

第6の実施形態に係る液体吐出ヘッドは、図9(b)に示す様に、液室1の圧電層7に平行な断面が長円形状に形成されており、第1電極9、第2電極10及び第3電極11を液室1の断面形状と相似する長円形状に形成し、液室1と各電極9,10,11とを同心円状に積層して構成している。   In the liquid discharge head according to the sixth embodiment, as shown in FIG. 9B, the cross section parallel to the piezoelectric layer 7 of the liquid chamber 1 is formed in an oval shape. The electrode 10 and the third electrode 11 are formed in an oval shape similar to the cross-sectional shape of the liquid chamber 1, and the liquid chamber 1 and the electrodes 9, 10, 11 are stacked concentrically.

圧電層7の変形部を円形、長円形又は一部に矩形形状を組み合わせて構成することで、効率良く振動板13を変形させることができる。   By configuring the deformed portion of the piezoelectric layer 7 in a circular shape, an oval shape, or a part of a rectangular shape in combination, the diaphragm 13 can be efficiently deformed.

また、図10に示した様に、圧電層7のd15モードによる変形部とd31モードによる変形部との間に切り欠き部27を設けることで、圧電層7のより大きい変位量を得ることができる。   Further, as shown in FIG. 10, by providing a notch 27 between the deformed portion of the piezoelectric layer 7 due to the d15 mode and the deformed portion due to the d31 mode, a larger displacement amount of the piezoelectric layer 7 can be obtained. it can.

図11に、図9及び図10に示した液室1及び電極9,10,11等を4列の千鳥格子上に配列して構成した例を示す。この様な構成で1列300dpiにすることで、1200dpiの液体吐出ヘッドを実現することができる。   FIG. 11 shows an example in which the liquid chamber 1 and the electrodes 9, 10, 11 and the like shown in FIGS. 9 and 10 are arranged on a four-row staggered pattern. A liquid ejection head of 1200 dpi can be realized by making 300 dpi per row with such a configuration.

液室1を含む液体の流路は、例えば、厚さ50μmのSUS板341,342,343,344に液室1の開口部、流体抵抗部33と連通管42の開口部、共通液室30と連通管42の開口部を設け、それぞれ位置合わせして積層接合することで構成することができる。   The liquid flow path including the liquid chamber 1 includes, for example, SUS plates 341, 342, 343, and 344 having a thickness of 50 μm, openings of the liquid chamber 1, openings of the fluid resistance portion 33 and the communication pipe 42, and the common liquid chamber 30. And an opening portion of the communication pipe 42, and can be configured by aligning and laminating each.

この様に開口部を有する複数の薄板を積層接合して連通管42、共通液室30等を形成することにより、ノズル1つ当たりの製造コストを低減することができ、安定性、信頼性に優れた液体吐出ヘッドを実現することが可能になる。   In this way, a plurality of thin plates having openings are laminated and joined to form the communication pipe 42, the common liquid chamber 30, and the like, so that the manufacturing cost per nozzle can be reduced, and stability and reliability are improved. An excellent liquid discharge head can be realized.

電極基板41は、図10,11に示した第2電極10の引き出し配線部28からの引き出し電極29の上部に金メッキ等で電極パッドを形成し、フリップチップ接合により第2電極10と電極基板41に搭載されている駆動ICと電気的に接合される。   In the electrode substrate 41, an electrode pad is formed by gold plating or the like on the extraction electrode 29 from the extraction wiring portion 28 of the second electrode 10 shown in FIGS. 10 and 11, and the second electrode 10 and the electrode substrate 41 are formed by flip chip bonding. It is electrically joined to the drive IC mounted on the board.

引き出し配線部28を液室1の間を通し、引き出し電極29を図11の右側に集約することによって電極基板41の面積を小さくすることができ、コストを低減することができる。   By passing the extraction wiring portion 28 between the liquid chambers 1 and consolidating the extraction electrodes 29 on the right side of FIG. 11, the area of the electrode substrate 41 can be reduced, and the cost can be reduced.

図11に示した様な配置により液体吐出ヘッドの高集積化が可能であり、インクジェット記録装置等に用いる場合には高精細且つ高画質化が可能な液体吐出ヘッドを実現することができる。   With the arrangement as shown in FIG. 11, the liquid discharge head can be highly integrated, and when used in an inkjet recording apparatus or the like, a liquid discharge head capable of high definition and high image quality can be realized.

[第7の実施形態]
図12に、本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドを搭載したインクジェット記録装置の構成例を示す。
[Seventh Embodiment]
FIG. 12 shows a configuration example of an ink jet recording apparatus equipped with a liquid discharge head according to an embodiment of the present invention.

インクジェット記録装置は、黒(Bk)、シアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)の4色のインクを吐出する液体吐出ヘッドであるラインヘッド51,52,53,54を備えて構成される。   The ink jet recording apparatus includes line heads 51, 52, 53, and 54, which are liquid discharge heads that discharge four colors of ink of black (Bk), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y). Is done.

ラインヘッド51,52,53,54は、図示しないホストコンピュータから入力された画像データに基づいて駆動IC21により駆動され、記録紙61の印字面にそれぞれインクを吐出してカラー画像を形成する。   The line heads 51, 52, 53, 54 are driven by the driving IC 21 based on image data input from a host computer (not shown), and form a color image by discharging ink onto the printing surface of the recording paper 61.

記録紙61は、給紙ローラ60により給紙カセット47から分離されて1枚ずつ搬送される。記録紙61は、先端がガイド板48によりガイドされながら、紙押さえローラ49まで案内される。   The recording paper 61 is separated from the paper feed cassette 47 by the paper feed roller 60 and conveyed one by one. The recording paper 61 is guided to the paper pressing roller 49 while the leading end is guided by the guide plate 48.

搬送ベルト45は、ベルト駆動ローラ44とベルト従動ローラ43に適度な張力で巻き回されており、例えば静電吸着装置、エアー吸引装置等により記録紙61を搬送ベルト45に固定して搬送する装置を備えている。   The conveyance belt 45 is wound around the belt driving roller 44 and the belt driven roller 43 with an appropriate tension. For example, the conveyance belt 45 is an apparatus that conveys the recording paper 61 fixed to the conveyance belt 45 by an electrostatic adsorption device, an air suction device, or the like. It has.

ベルト従動ローラ43には、搬送ベルト45を挟んで紙押さえローラ49が設けられており、記録紙61を搬送ベルト45に密着させることができる。   The belt driven roller 43 is provided with a paper pressing roller 49 with the conveyance belt 45 interposed therebetween, so that the recording paper 61 can be brought into close contact with the conveyance belt 45.

搬送ベルト45の内側には、記録紙61と各ラインヘッド51,52,53,54との間の距離を一定に保つためのプラテン46が配置されている。   A platen 46 for keeping the distance between the recording paper 61 and each of the line heads 51, 52, 53, 54 is disposed inside the conveyor belt 45.

ラインヘッド51,52,53,54で記録紙61に画像を形成する前段には、前処理ユニット50が設けられている。前処理ユニット50は、例えば、インクの定着剤、凝固剤、膨潤剤等の前処理剤を記録紙61に付着させる。具体的には、前処理剤を吐出する液体吐出ヘッドや、前処理剤を塗布することができる塗布ローラを用いることができる。   A pre-processing unit 50 is provided in a previous stage in which an image is formed on the recording paper 61 by the line heads 51, 52, 53, and 54. For example, the pretreatment unit 50 attaches a pretreatment agent such as an ink fixing agent, a coagulant, or a swelling agent to the recording paper 61. Specifically, a liquid discharge head that discharges the pretreatment agent or an application roller that can apply the pretreatment agent can be used.

記録紙61は、搬送ベルト45に密着して搬送され、前処理ユニット50によって、例えばインクの凝固剤等が予め記録紙61上に塗布される。その後、記録紙61にはラインヘッド51,52,53,54から各色のインクが吐出されて画像が形成される。   The recording paper 61 is conveyed in close contact with the conveying belt 45, and, for example, an ink coagulant or the like is applied onto the recording paper 61 in advance by the preprocessing unit 50. Thereafter, ink of each color is ejected from the line heads 51, 52, 53, and 54 onto the recording paper 61 to form an image.

ラインヘッド51,52,53,54により画像が形成された記録紙61は、後段の後処理ユニット55により後処理が行われる。後処理ユニット55は、例えば記録紙61上のインクを乾燥させるための熱ローラ、乾燥機や、記録紙61のカールを矯正するデカールユニット等である。   The recording paper 61 on which the image is formed by the line heads 51, 52, 53, 54 is post-processed by the post-processing unit 55 in the subsequent stage. The post-processing unit 55 is, for example, a heat roller for drying ink on the recording paper 61, a dryer, a decurling unit for correcting curling of the recording paper 61, or the like.

後処理を施された記録紙61は、搬送ベルト45から分離爪56によって分離されて一対の排紙ローラ57,58により排紙カセット59に排紙される。   The post-processed recording paper 61 is separated from the transport belt 45 by a separation claw 56 and discharged to a paper discharge cassette 59 by a pair of paper discharge rollers 57 and 58.

ラインヘッド51,52,53,54として、上記した第1から第6の実施形態の何れかの液体吐出ヘッドを用いることで、消費電力量を低減し、液滴制御性が向上したことにより階調性が優れた高画質画像を、低コストで提供することが可能なインクジェット記録装置を実現することができる。   As the line heads 51, 52, 53, 54, the liquid discharge head according to any one of the first to sixth embodiments described above is used, thereby reducing the power consumption and improving the droplet controllability. An ink jet recording apparatus that can provide a high-quality image with excellent tonality at low cost can be realized.

また、液体吐出装置としてのインクジェット記録装置について説明したが、点滴静脈注射等に使用する輸液ポンプに第1から第6の実施形態に示した液体吐出ヘッドを用いることもできる。この様な構成により、小型で、且つ、輸液量の幅の大きい液体吐出装置としての輸液ポンプを提供することもできる。さらに、インクジェット技術を利用する3次元造形装置に本発明の実施形態に係る液体吐出ヘッドを用いることも可能である。   In addition, although the ink jet recording apparatus as the liquid ejecting apparatus has been described, the liquid ejecting heads shown in the first to sixth embodiments can also be used for the infusion pump used for intravenous drip injection or the like. With such a configuration, it is possible to provide an infusion pump as a liquid ejection device that is small in size and has a wide range of infusion volume. Furthermore, it is also possible to use the liquid ejection head according to the embodiment of the present invention in a three-dimensional modeling apparatus that uses inkjet technology.

以上説明した様に、本発明の実施形態によれば、液体吐出ヘッドの圧電層7にd15モード及びd31モードによる変形を生じさせることにより、圧電層7の変位量を増大させることができる。この様に簡易な構成で変位量を増大させて吐出効率を向上できるため、コスト及び消費電力量の低減を図ることが可能である。   As described above, according to the embodiment of the present invention, the amount of displacement of the piezoelectric layer 7 can be increased by causing the piezoelectric layer 7 of the liquid ejection head to be deformed by the d15 mode and the d31 mode. In this manner, the displacement amount can be increased with a simple configuration to improve the discharge efficiency, so that the cost and power consumption can be reduced.

また、変位量が増大することによって吐出する液滴の制御を容易に行うことができる。そのため、当該液体吐出ヘッドを用いたインクジェット記録装置では、低コストで階調性に優れた高品質画像を出力することが可能になる。   In addition, it is possible to easily control the liquid droplets to be discharged by increasing the amount of displacement. Therefore, an inkjet recording apparatus using the liquid discharge head can output a high-quality image with excellent gradation characteristics at low cost.

なお、上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。   It should be noted that the present invention is not limited to the configuration shown here, such as a combination with other elements in the configuration described in the above embodiment. These points can be changed without departing from the spirit of the present invention, and can be appropriately determined according to the application form.

1 液室
3 ノズル
5 下電極(第1電極)
6 上電極(第1電極)
7 圧電層
8 分極方向
9 第1電極
10 第2電極
11 第3電極
13 振動板
17 薄肉部
18、27 切り欠き部
19 第4電極
30 共通液室
42 連通管
341,342,343,344 薄板
1 Liquid chamber 3 Nozzle 5 Lower electrode (first electrode)
6 Upper electrode (first electrode)
7 Piezoelectric layer 8 Polarization direction 9 1st electrode 10 2nd electrode 11 3rd electrode 13 Diaphragm 17 Thin part 18, 27 Notch 19 4th electrode 30 Common liquid chamber 42 Communication pipes 341, 342, 343, 344 Thin plate

特開平7−214773号公報JP-A-7-214773 特開平10−058674号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-058674 特開2010−208300号公報JP 2010-208300 A

Claims (12)

液体を吐出するノズルが設けられた液室と、
前記液室の前記ノズルとは反対側に圧電層及び電極が積層された圧電素子と、を有し、
前記圧電素子に電圧を印加して前記圧電層を変形させ、前記液室に圧力を発生させることにより前記ノズルから前記液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記圧電層の分極方向と略直交する方向及び前記圧電層の前記分極方向と略同一方向に電界を与え、前記圧電層に変形を生じさせて前記ノズルから前記液体を吐出する
ことを特徴とする液体吐出ヘッド。
A liquid chamber provided with a nozzle for discharging liquid;
A piezoelectric element in which a piezoelectric layer and an electrode are laminated on the opposite side of the liquid chamber from the nozzle,
A liquid discharge head that discharges the liquid from the nozzle by applying a voltage to the piezoelectric element to deform the piezoelectric layer and generating pressure in the liquid chamber;
An electric field is applied in a direction substantially perpendicular to a polarization direction of the piezoelectric layer and in a direction substantially the same as the polarization direction of the piezoelectric layer, and the piezoelectric layer is deformed to discharge the liquid from the nozzle. Liquid discharge head.
前記圧電層は、前記分極方向と略直交する方向の電界が与えられることによりd15モードで変形し、前記分極方向と略同一方向の電界が与えられることによりd31モードで変形する
ことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
The piezoelectric layer is deformed in a d15 mode when an electric field in a direction substantially orthogonal to the polarization direction is applied, and is deformed in a d31 mode by applying an electric field in a direction substantially the same as the polarization direction. The liquid discharge head according to claim 1.
前記圧電素子の前記電極は、
前記圧電層の前記液室の周辺部に対応する位置で前記圧電層を挟んで形成される第1電極と、
前記圧電層の前記液室に対応する位置で前記液室とは反対側に形成され、前記第1電極とは極性が異なる第2電極と、
前記圧電層の前記液室に対応する位置で前記液室側に形成され、前記第1電極と同極性の第3電極と、
を備え、
少なくとも前記第3電極を覆う振動板が設けられており、
前記第1電極、前記第2電極及び前記第3電極との間にそれぞれ電圧を印加する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。
The electrode of the piezoelectric element is
A first electrode formed by sandwiching the piezoelectric layer at a position corresponding to a peripheral portion of the liquid chamber of the piezoelectric layer;
A second electrode formed on the opposite side of the liquid chamber at a position corresponding to the liquid chamber of the piezoelectric layer and having a polarity different from that of the first electrode;
A third electrode having the same polarity as the first electrode, formed on the liquid chamber side at a position corresponding to the liquid chamber of the piezoelectric layer;
With
A diaphragm covering at least the third electrode is provided;
3. The liquid ejection head according to claim 1, wherein a voltage is applied between each of the first electrode, the second electrode, and the third electrode.
前記第3電極は、給電のための電極取り出し口を除いた部分が、前記第2電極の前記圧電層の前記液室側への投影面よりも大きく形成されている
ことを特徴とする請求項3に記載の液体吐出ヘッド。
The third electrode is formed such that a portion excluding an electrode outlet for power feeding is formed larger than a projection surface of the piezoelectric layer on the liquid chamber side of the second electrode. 4. A liquid discharge head according to 3.
前記振動板は、前記圧電層の前記d15モードでの変形部に対応する部分が、他の部分より薄く形成されている
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の液体吐出ヘッド。
5. The liquid ejection head according to claim 3, wherein the vibration plate is formed such that a portion corresponding to the deformed portion in the d15 mode of the piezoelectric layer is thinner than other portions.
前記振動板は、前記圧電層の前記d15モードでの変形部と前記d31モードでの変形部との間に、切り欠き部が形成されている
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の液体吐出ヘッド。
The notch part is formed in the said diaphragm between the deformation | transformation part in the said d15 mode of the said piezoelectric layer, and the deformation part in the said d31 mode, The Claim 3 or 4 characterized by the above-mentioned. Liquid discharge head.
前記第1電極と前記第2電極との間に、前記第3電極と同極性の第4電極を有する
ことを特徴とする請求項3から5の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
6. The liquid ejection head according to claim 3, further comprising a fourth electrode having the same polarity as the third electrode between the first electrode and the second electrode. 7.
前記圧電層は、ヘッド全体に成膜された一様な層である
ことを特徴とする請求項1から7の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
The liquid ejection head according to claim 1, wherein the piezoelectric layer is a uniform layer formed over the entire head.
前記圧電層は、前記d15モードでの変位部と前記d31モードでの変位部との間に薄層部又は切り欠き部を有する
ことを特徴とする請求項1から7の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
The said piezoelectric layer has a thin layer part or a notch between the displacement part in the said d15 mode, and the displacement part in the said d31 mode, It is any one of Claim 1 to 7 characterized by the above-mentioned. Liquid discharge head.
前記液室の前記圧電層に平行な断面が円形又は長円形であり、
前記電極が前記液室の断面形状と相似する形状に形成され、前記液室と前記電極とが同心円状に積層されている
ことを特徴とする請求項1から9の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
The cross section of the liquid chamber parallel to the piezoelectric layer is circular or oval,
10. The electrode according to claim 1, wherein the electrode is formed in a shape similar to a cross-sectional shape of the liquid chamber, and the liquid chamber and the electrode are stacked concentrically. Liquid discharge head.
開口部を有する複数の薄板を積層接合することにより、
前記液室から前記ノズルに連結する連通管と、前記液室に前記液体を供給する共通液室とが形成されている
ことを特徴とする請求項1から10の何れか一項に記載の液体吐出ヘッド。
By laminating and joining a plurality of thin plates having openings,
The liquid according to any one of claims 1 to 10, wherein a communication pipe connected from the liquid chamber to the nozzle and a common liquid chamber for supplying the liquid to the liquid chamber are formed. Discharge head.
請求項1から11の何れか一項に記載の液体吐出ヘッドを有する
ことを特徴とする液体吐出装置。
A liquid discharge apparatus comprising the liquid discharge head according to claim 1.
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