JP2013071423A - Liquid ejection head and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid ejection head capable of increasing a displacement quantity of a piezoelectric element by efficiently and simultaneously using a plurality of vibration modes.SOLUTION: A liquid ejection head 110 has an ejection port 102 ejecting a liquid and a pressure chamber 103 communicating with the ejection port 102 and extending in a longitudinal direction. A prescribed part of a sidewall of the pressure chamber 103 is defined with a partition wall 210 formed of a piezoelectric material, and while a first electrode 201 is provided to a surface of the partition wall 210 on the side of the pressure chamber, a second electrode 202 is provided to the opposite surface from the pressure chamber 103 across the first electrode 201, respectively. The partition wall 210 has a first region polarized obliquely to one side in a direction of an electric field generated by application of a voltage between the first electrode 201 and the second electrode 202 and a second region polarized obliquely to the opposite side from the one side in the direction of the electric field.

Description

本発明は、圧電素子の変形を利用した液体吐出ヘッド、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a liquid discharge head using deformation of a piezoelectric element and a method for manufacturing the same.

圧電素子を用いた液体吐出ヘッドとしては、圧電素子の各振動モードを利用したものが知られている。振動モードとしては、まず、電界を加えた方向に対して平行方向の歪み・応力であるd33モードがある。それに対して電界を加えた方向に対して垂直平面方向の歪み・応力であるd31モードがある。また電界を加えた方向に対してせん断方向の歪み・応力であるd15モードもある。d33モードを利用する液体吐出ヘッドとしてはプッシュ型、d31モードを利用する液体吐出ヘッドとしてはベンド型、d15モードを利用する液体吐出ヘッドとしてはシェアモード型が知られている。これらは1つの振動モードを利用したものであるが、複数の振動モードを同時に利用したものとしてグールド型が知られている。これは、d33モードによる径方向への膨張とd31モードによる周方向への収縮が同時に作用することで、圧電素子の変位量を増大させている。しかし、複数の吐出口を作ることが困難であった。これを解決するものとして、特許文献1は、圧電素子を連結させることにより、多数の吐出口を作ることができるグールド型の液体吐出ヘッドの製造方法を開示している。   As a liquid discharge head using a piezoelectric element, one utilizing each vibration mode of the piezoelectric element is known. As a vibration mode, first, there is a d33 mode which is a strain / stress in a direction parallel to a direction to which an electric field is applied. On the other hand, there is a d31 mode which is a strain / stress in a direction perpendicular to the direction in which an electric field is applied. There is also a d15 mode which is a strain / stress in the shear direction with respect to the direction in which the electric field is applied. A push type is known as a liquid ejection head using the d33 mode, a bend type is known as a liquid ejection head utilizing the d31 mode, and a share mode type is known as a liquid ejection head utilizing the d15 mode. Although these use one vibration mode, the Gould type is known as one using a plurality of vibration modes simultaneously. This is because the displacement in the piezoelectric element is increased by the simultaneous expansion in the radial direction by the d33 mode and the contraction in the circumferential direction by the d31 mode. However, it has been difficult to make a plurality of discharge ports. As a solution to this problem, Patent Document 1 discloses a manufacturing method of a Gould type liquid discharge head capable of creating a large number of discharge ports by connecting piezoelectric elements.

特開平05−254132号公報JP 05-254132 A

圧電素子の変位量は僅かであり、効率よく変位させることが重要である。   The amount of displacement of the piezoelectric element is small, and it is important to displace it efficiently.

プッシュ型は、圧電素子を積層することで変位量を増大させているが、積層数を増やすとコストが高いのみならず、静電容量が増加して駆動が困難になる。また圧力室の一面しか変位できないため、効率が低い。   In the push type, the amount of displacement is increased by stacking piezoelectric elements. However, increasing the number of stacked layers not only increases the cost, but also increases the capacitance and makes driving difficult. Further, since only one surface of the pressure chamber can be displaced, the efficiency is low.

ベンド型は、電界を加える方向の厚みが薄いため、電圧を低くすることができるが、大きい圧力を発生することが困難である。また圧力室の一面しか変位できないため、効率が低い。   The bend type has a small thickness in the direction in which an electric field is applied, so that the voltage can be lowered, but it is difficult to generate a large pressure. Further, since only one surface of the pressure chamber can be displaced, the efficiency is low.

シェアモード型は、多数の吐出口を容易に設けられるが、圧力室の二面しか変位できないため効率が低い。またd15モードは、他の振動モードに比べて変位効率が低い。   In the share mode type, a large number of discharge ports can be easily provided, but the efficiency is low because only two surfaces of the pressure chamber can be displaced. The d15 mode has a lower displacement efficiency than the other vibration modes.

一方で、グールド型はd33モードとd31モードを同時に利用することで効率よく変位させている。しかし複数の吐出口を作るために、吐出口毎に設けられた圧電素子を連結させると、その連結部で拘束力が発生し、d31モードが十分に機能しなくなる。そのため、圧電素子を連結することで多数の吐出口を設けられるが、圧電素子の振動モードを有効に活用できていない。   On the other hand, the Gould type is efficiently displaced by using the d33 mode and the d31 mode simultaneously. However, if a piezoelectric element provided for each discharge port is connected in order to create a plurality of discharge ports, a binding force is generated at the connecting portion, and the d31 mode does not function sufficiently. Therefore, although many discharge ports can be provided by connecting the piezoelectric elements, the vibration mode of the piezoelectric elements cannot be effectively utilized.

本発明では、複数の振動モードを同時に効率よく用いて、圧電素子の変位量を増大させることが可能な液体吐出ヘッド、及びその製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a liquid discharge head capable of increasing the amount of displacement of a piezoelectric element by efficiently using a plurality of vibration modes simultaneously, and a method for manufacturing the same.

本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通して長手方向に延びる圧力室と、を有し、前記圧力室の側壁の所定の一部は圧電材料からなる隔壁によって画定され、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極が、前記第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極がそれぞれ設けられ、前記隔壁は、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有する。   The liquid discharge head of the present invention has a discharge port for discharging a liquid and a pressure chamber that communicates with the discharge port and extends in the longitudinal direction, and a predetermined part of the side wall of the pressure chamber is made of a piezoelectric material. The partition is defined by a partition, a first electrode is provided on a surface of the partition on the pressure chamber side, and a second electrode is provided on a surface opposite to the pressure chamber with the first electrode interposed therebetween. A first region polarized to one side with respect to an electric field direction generated by applying a voltage between the first electrode and the second electrode, and the one with respect to the electric field direction. And a second region polarized opposite to the side.

本発明の液体吐出ヘッドの製造方法は、液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する圧力室と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、前記圧力室の側壁の所定の一部を画定する隔壁を圧電材料から形成する隔壁形成工程と、前記隔壁を分極する分極工程と、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極を、第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極をそれぞれ設ける電極形成工程と、を有し、前記分極工程及び前記電極形成工程は、前記隔壁が、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有するように分極方向及び前記第一及び第二の電極の配置を調整することを含む。   A method for manufacturing a liquid discharge head according to the present invention is a method for manufacturing a liquid discharge head having a discharge port for discharging a liquid and a pressure chamber communicating with the discharge port. A partition wall forming step for forming a partition wall defining a portion from a piezoelectric material, a polarization step for polarizing the partition wall, a first electrode on the pressure chamber side surface of the partition wall, and the pressure across the first electrode Forming a second electrode on a surface opposite to the chamber, and the polarization step and the electrode forming step include a step in which the partition wall is formed between the first electrode and the second electrode. A first region polarized to one side with respect to the electric field direction generated by applying a voltage therebetween, and a second region polarized to the opposite side to the one side with respect to the electric field direction The polarization direction and the first and second electrodes to have a region It includes adjusting the location.

本発明の液体吐出ヘッドでは、電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域が、電圧印加時に圧力室を大きく収縮または膨張させるように配置される。   In the liquid ejection head according to the present invention, the first region polarized toward one side with respect to the electric field direction and the second region polarized toward the opposite side to the one side are formed in the pressure chamber when a voltage is applied. Is arranged to greatly contract or expand.

本発明では、複数の振動モードを同時に効率よく用いて、圧電素子の変位量を増大させることが可能な液体吐出ヘッド及びその製造方法を提供することができる。   In the present invention, it is possible to provide a liquid discharge head capable of increasing the amount of displacement of a piezoelectric element by efficiently using a plurality of vibration modes simultaneously and a method for manufacturing the same.

本発明の第1の実施形態の斜視図である。1 is a perspective view of a first embodiment of the present invention. 図1の領域Aの拡大図である。It is an enlarged view of the area | region A of FIG. 図2の領域B〜Eのいずれかの分極方向と電界方向を示す図である。It is a figure which shows the polarization direction and electric field direction in either of area | regions B-E of FIG. 本発明の第1の実施形態の第一の基材に関する製法工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process regarding the 1st base material of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の第二の基材に関する製法工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process regarding the 2nd base material of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の分極方向と電界方向を示す図である。It is a figure which shows the polarization direction and electric field direction of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態の第一の基材に関する製法工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process regarding the 1st base material of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態の第一の基材に関する製法工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process regarding the 1st base material of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態の分極方向と電界方向を示す図である。It is a figure which shows the polarization direction and electric field direction of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態の斜視図である。It is a perspective view of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態の分極方向と電界方向を示す図である。It is a figure which shows the polarization direction and electric field direction of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態の斜視図である。It is a perspective view of the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態の分極方向と電界方向を示す図である。It is a figure which shows the polarization direction and electric field direction of the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態の斜視図である。It is a perspective view of the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態の分極方向と電界方向を示す図である。It is a figure which shows the polarization direction and electric field direction of the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態の斜視図である。It is a perspective view of the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態の分極方向と電界方向を示す図である。It is a figure which shows the polarization direction and electric field direction of the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態の圧電基材に関する製法工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process regarding the piezoelectric base material of the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態の斜視図である。It is a perspective view of the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態の圧電基材に関する製法工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process regarding the piezoelectric base material of the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第8〜10の実施形態の分極方向と電界方向を示す図である。It is a figure which shows the polarization direction and electric field direction of 8th-10th embodiment of this invention.

以下に、本発明の液吐出ヘッド及び液体吐出ヘッドの製造方法にかかわる実施形態の一例を図面に基づき説明する。なおこれにより本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, an example of an embodiment related to a liquid discharge head and a method of manufacturing the liquid discharge head of the present invention will be described with reference to the drawings. However, this does not limit the present invention.

図1は本発明の第1の実施形態の液体吐出ヘッド110の外観を表す斜視図である。吐出口板101はともに圧電材料で形成されている第一の基材105と第二の基材106を複数積層した積層体に接合され一体化されているが、本図では分解して示している。図1に示すように、吐出口板101には円形貫通孔からなる複数の吐出口102が形成されており、これらの吐出口102は所定の間隔で二次元に配置されている。吐出口102には長手方向に延びる圧力室103が連通している。圧力室103の長手方向と直交する断面は矩形である。圧力室103の側面の少なくとも一部は第一の基材105によって画定されている。第一の空間部104が、その側面の少なくとも一部が第一の基材105によって画定されるように、第一の基材105に圧力室103と隔壁を隔てて隣り合って設けられている。同様に、第二の空間部109が、その側面の少なくとも一部が第二の基材106によって画定されるように、第二の基材106に圧力室103と隔壁を隔てて隣り合って設けられている。第一の基材105と第二の基材106は接着層を介して複数層積層され、積層体を形成している。この積層体の前面に吐出口板101が接合され、後方には後方絞り板107、共通液室板108が接合されている。   FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of the liquid discharge head 110 according to the first embodiment of the present invention. The discharge port plate 101 is joined and integrated with a laminated body in which a plurality of first base materials 105 and second base materials 106, both of which are made of a piezoelectric material, are laminated. Yes. As shown in FIG. 1, the discharge port plate 101 has a plurality of discharge ports 102 formed of circular through holes, and these discharge ports 102 are two-dimensionally arranged at a predetermined interval. A pressure chamber 103 extending in the longitudinal direction communicates with the discharge port 102. The cross section orthogonal to the longitudinal direction of the pressure chamber 103 is rectangular. At least a part of the side surface of the pressure chamber 103 is defined by the first substrate 105. The first space portion 104 is provided adjacent to the first base material 105 across the pressure chamber 103 and the partition wall so that at least a part of the side surface 104 is defined by the first base material 105. . Similarly, the second space portion 109 is provided adjacent to the second base material 106 with a partition wall therebetween so that at least a part of the side surface 109 is defined by the second base material 106. It has been. A plurality of layers of the first base material 105 and the second base material 106 are laminated via an adhesive layer to form a laminate. A discharge port plate 101 is joined to the front surface of the laminate, and a rear throttle plate 107 and a common liquid chamber plate 108 are joined to the rear.

図2は図1に示す領域Aの拡大図である。図2に示すように圧力室103の内壁には第一の電極201が形成されている。また空間部104の内壁には第二の電極202が形成されている。ここで、第一の基材105及び第二の基材106は圧力室103の内壁から隣接する第一の空間部104及び第二の空間部109にかけて予め分極処理されている。   FIG. 2 is an enlarged view of region A shown in FIG. As shown in FIG. 2, a first electrode 201 is formed on the inner wall of the pressure chamber 103. A second electrode 202 is formed on the inner wall of the space 104. Here, the first base material 105 and the second base material 106 are polarized in advance from the inner wall of the pressure chamber 103 to the adjacent first space 104 and second space 109.

図2に示す領域B〜Eは、圧力室103と隣接する第一の空間部104及び第二の空間部109を隔てている隔壁210であって、圧電材料で形成されている。隔壁210の圧力室側の面に第一の電極201が、反対側の面に第二の電極がそれぞれ設けられていると言うことができる。   Regions B to E shown in FIG. 2 are partition walls 210 separating the first space portion 104 and the second space portion 109 adjacent to the pressure chamber 103, and are formed of a piezoelectric material. It can be said that the first electrode 201 is provided on the pressure chamber side surface of the partition wall 210 and the second electrode is provided on the opposite surface surface.

図3は図2に示す領域B〜Eのいずれかの拡大図であり、電界方向と分極方向を示したものである。従来のグールド型圧電アクチュエータ方式においては、図3(a)に示すように電界方向301と分極方向302が一致するように分極されている。この場合、圧電基材に形成された電極間に電圧を印加すると、電極面と垂直な方向への伸び縮み(以下、d33モード)の作用によって電極面と垂直な方向に伸び、電極面と平行な方向への伸び縮み(以下、d31モード)の作用によって電極面と平行な方向に縮む。   FIG. 3 is an enlarged view of any of the regions B to E shown in FIG. 2 and shows the electric field direction and the polarization direction. In the conventional Gould-type piezoelectric actuator system, the electric field direction 301 and the polarization direction 302 are polarized so as to coincide as shown in FIG. In this case, when a voltage is applied between the electrodes formed on the piezoelectric substrate, the film extends in the direction perpendicular to the electrode surface by the action of expansion and contraction in the direction perpendicular to the electrode surface (hereinafter referred to as d33 mode), and is parallel to the electrode surface. Is contracted in a direction parallel to the electrode surface by the action of expansion and contraction in a specific direction (hereinafter referred to as d31 mode).

しかし本発明においては、図3(b)に示すように電界方向301と分極方向302が異なる第一の領域303及び第二の領域304を有している。第一の領域303では分極方向302は電界方向301の一方側に傾いており、第二の領域304では分極方向302は電界方向301の一方側とは逆側に傾いている。このように、電界方向に対して分極方向が斜めに向いていると、d33モードとd31モードの作用に加えて、分極方向が電界方向に合わさるような動き(以下、d15モード)が発生する。そのため第一の電極201に正電圧を印加し、第二の電極202を接地電位にすると、d33モードの作用によって第一の電極201の面及び第二の電極202の面と垂直な方向に膨張する。それと同時にd31モードの作用によって第一の電極の201の面及び第二の電極202の面と平行な方向に収縮して圧力室103内壁の周長が縮む。さらにd15モードの作用によって、分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生する。このように複数のモードが同時に作用することで図3(b)に点線308で示すような変形をするため、従来よりも変位量を増大させることができる。   However, in the present invention, as shown in FIG. 3B, the first region 303 and the second region 304 having different electric field directions 301 and polarization directions 302 are provided. In the first region 303, the polarization direction 302 is inclined to one side of the electric field direction 301, and in the second region 304, the polarization direction 302 is inclined to the opposite side of the one side of the electric field direction 301. In this way, when the polarization direction is oblique with respect to the electric field direction, in addition to the action of the d33 mode and the d31 mode, a movement (hereinafter referred to as the d15 mode) occurs in which the polarization direction matches the electric field direction. Therefore, when a positive voltage is applied to the first electrode 201 and the second electrode 202 is set to the ground potential, it expands in a direction perpendicular to the surface of the first electrode 201 and the surface of the second electrode 202 by the action of the d33 mode. To do. At the same time, the action of the d31 mode contracts in a direction parallel to the surface of the first electrode 201 and the surface of the second electrode 202, thereby reducing the circumferential length of the inner wall of the pressure chamber 103. Further, the action of the d15 mode causes a movement in which the polarization direction matches the electric field direction. As described above, since a plurality of modes act simultaneously, the deformation shown by the dotted line 308 in FIG. 3B is performed, so that the amount of displacement can be increased as compared with the conventional case.

上記の吐出方式は、圧力室を収縮させることで吐出口からインクを吐出する押し打ち方式であるが、本発明は圧力室を膨張させてから元の位置に戻すことで吐出口からインク吐出する引き打ち方式にも適用することができる。具体的には第二の電極202に正電圧を印加し、第一の電極201を接地電位にする。こうすることで、電界方向は図3(c)に示すように矢印301の方向となり、第一の基材105及び第二の基材106は、d33モードの作用によって第一の電極201の面及び第二の電極202の面と垂直な方向に収縮する。それと同時にd31モードの作用によって第一の電極201の面及び第二の電極202の面と平行な方向に膨張して圧力室103内壁の周長が伸びる。さらにd15モードの作用によって、分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生する。このように複数のモードが同時に作用することで、図3(c)に点線309で示すような変形をするため、従来よりも変位量を増大させることができる。   The above-described ejection method is a pushing method in which ink is ejected from the ejection port by contracting the pressure chamber, but the present invention ejects ink from the ejection port by expanding the pressure chamber and returning it to the original position. It can also be applied to the strike method. Specifically, a positive voltage is applied to the second electrode 202, and the first electrode 201 is set to the ground potential. By doing so, the electric field direction becomes the direction of the arrow 301 as shown in FIG. 3C, and the first base material 105 and the second base material 106 face the surface of the first electrode 201 by the action of the d33 mode. And contracts in a direction perpendicular to the surface of the second electrode 202. At the same time, the action of the d31 mode expands in a direction parallel to the surface of the first electrode 201 and the surface of the second electrode 202, and the circumferential length of the inner wall of the pressure chamber 103 extends. Further, the action of the d15 mode causes a movement in which the polarization direction matches the electric field direction. Since a plurality of modes act simultaneously as described above, the deformation as shown by the dotted line 309 in FIG. 3C is performed, so that the amount of displacement can be increased as compared with the conventional case.

なお第一の基材105及び第二の基材106は図3(b)及び図3(c)に示すように第一の領域303と第二の領域304の間に第三の領域305或いは第四の領域306があることが好ましいが、第一の領域303と第二の領域304のみで構成してもよい。   Note that the first base material 105 and the second base material 106 have a third region 305 or a third region 305 or a second region 304 between the first region 303 and the second region 304 as shown in FIGS. Although it is preferable to have the fourth region 306, the first region 303 and the second region 304 may be used alone.

次に図4、図5を用いて本実施形態の積層体の作製工程を示す。   Next, the manufacturing process of the laminated body of this embodiment is shown using FIG. 4, FIG.

図4は第一の基材105の作製工程を示している。図4(a)に示すように圧電体基板401に分極用溝402と、第一の溝403をダイシング加工により交互に形成する。この圧電体基板401には、チタン酸ジルコン酸鉛などを用いるのが好ましい。次に図4(b)に示すように圧電体基板401の表裏に選択的めっきを施し、分極用電極404と第二の電極202を形成する。そして分極用電極404と第二の電極202の間に電圧をかけて、自発分極の向きを揃える分極処理を行う。例えば、圧電体基板401を200℃のシリコンオイル内に配置し、分極用電極404と第二の電極202の間に2kV/mmの電界を印加することで、図4(c)に示すように矢印405の方向へ分極される。分極処理後、図4(d)に示すように分極用溝402を拡張して圧力室103となる第二の溝406をダイシングにより形成する。そして図4(e)のように第二の溝406の内面に第一の電極201を形成する。この結果、第一の基材105が完成する。   FIG. 4 shows a manufacturing process of the first base material 105. As shown in FIG. 4A, polarization grooves 402 and first grooves 403 are alternately formed on the piezoelectric substrate 401 by dicing. The piezoelectric substrate 401 is preferably made of lead zirconate titanate or the like. Next, as shown in FIG. 4B, selective plating is performed on the front and back of the piezoelectric substrate 401 to form the polarization electrode 404 and the second electrode 202. Then, a voltage is applied between the polarization electrode 404 and the second electrode 202 to perform polarization processing for aligning the direction of spontaneous polarization. For example, by disposing the piezoelectric substrate 401 in 200 ° C. silicon oil and applying an electric field of 2 kV / mm between the polarization electrode 404 and the second electrode 202, as shown in FIG. Polarized in the direction of arrow 405. After the polarization treatment, as shown in FIG. 4D, the polarization groove 402 is expanded to form a second groove 406 that becomes the pressure chamber 103 by dicing. Then, the first electrode 201 is formed on the inner surface of the second groove 406 as shown in FIG. As a result, the first base material 105 is completed.

図5は第二の基材106の作製工程を示している。図5(a)に示すように圧電体基板501の表裏に選択的めっきを施し、圧電体基板501の一方の面に第三の電極502を形成するとともに、他方の面に第三の電極502の長手方向と垂直な方向の幅が第三の電極502よりも狭い第四の電極503を形成する。この圧電体基板501には、チタン酸ジルコン酸鉛などを用いるのが好ましい。そして第三の電極502と第四の電極503の間に電圧をかけて分極処理を行う。例えば、圧電体基板501を200℃のシリコンオイル内に配置し、第三の電極502と第四の電極503の間に2kV/mmの電界を印加することで、図5(b)に示すように矢印504の方向へ分極される。そして分極された領域を効率よく活用するために、図5(c)に示すように圧電体基板の第四の電極側を研削により削除する。次に図5(d)に示すように空間部104となる第五の溝506をダイシングにより形成する。そして図5(e)のように選択的めっきを施し、圧電体基板501の第三の電極側の面に第二の電極202を形成するとともに、圧電第基板501の削除された面に第一の電極201を形成する。この結果、第二の基材106が完成する。この第一の基材105と第二の基材106を接着層により複数積層接合することで積層体が完成する。   FIG. 5 shows a manufacturing process of the second substrate 106. As shown in FIG. 5A, the front and back surfaces of the piezoelectric substrate 501 are selectively plated to form a third electrode 502 on one surface of the piezoelectric substrate 501 and the third electrode 502 on the other surface. A fourth electrode 503 having a width in a direction perpendicular to the longitudinal direction is narrower than that of the third electrode 502 is formed. The piezoelectric substrate 501 is preferably made of lead zirconate titanate. Then, a polarization process is performed by applying a voltage between the third electrode 502 and the fourth electrode 503. For example, by disposing the piezoelectric substrate 501 in silicon oil at 200 ° C. and applying an electric field of 2 kV / mm between the third electrode 502 and the fourth electrode 503, as shown in FIG. Is polarized in the direction of arrow 504. In order to efficiently use the polarized region, the fourth electrode side of the piezoelectric substrate is removed by grinding as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 5D, a fifth groove 506 to be the space 104 is formed by dicing. Then, selective plating is performed as shown in FIG. 5E to form the second electrode 202 on the surface of the piezoelectric substrate 501 on the third electrode side, and the first surface is removed from the surface of the piezoelectric first substrate 501 that has been deleted. The electrode 201 is formed. As a result, the second substrate 106 is completed. A laminated body is completed by laminating and joining a plurality of the first base material 105 and the second base material 106 with an adhesive layer.

図6は本実施形態の分極方向と電界方向を示した図である。分極を行う際、第一の電極201に正電圧を印加して第二の電極202を接地電位にすると分極方向は図6(a)に示す矢印601のようになる。一方、第一の電極201を接地電位にし、第二の電極202に正電圧を印加することで、図6(b)の示す矢印601のような分極方向としてもよい。こうした場合でも、図6(a)と同様の作用効果が得られる。   FIG. 6 is a diagram showing the polarization direction and the electric field direction of the present embodiment. When performing polarization, if a positive voltage is applied to the first electrode 201 to bring the second electrode 202 to the ground potential, the polarization direction becomes as indicated by an arrow 601 shown in FIG. On the other hand, the first electrode 201 may be set to the ground potential, and a positive voltage may be applied to the second electrode 202 so that the polarization direction as indicated by an arrow 601 shown in FIG. Even in such a case, the same operation and effect as in FIG.

本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図6(a)や図6(b)に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。   In the present embodiment, the configuration in which the polarization direction and the electric field direction are as shown in FIG. 6A and FIG. 6B in the cross section in all the regions in the longitudinal direction of the pressure chamber has been described. It is not limited. If at least some of the cross sections orthogonal to the longitudinal direction of the pressure chamber have the relationship between the polarization direction and the electric field direction as described above, the same effect can be obtained although the degree is different.

図7は本発明の第2の実施形態に係る第一の基材105の作製工程を示す。図7(a)に示すように圧電体基板701に第一の空間部104となる第一の溝403と、圧力室103となる第二の溝406をダイシングにより交互に形成する。次に図7(b)に示すように圧電体基板701の表裏に選択的めっきを施し、第二の電極202を形成する。また棒状の第四の電極702を電極設置用の冶具によって第二の溝406の断面中心位置に設置する。そして図7(c)に示すように第二の貫通溝406内にシリコンオイル703を満たす。このシリコンオイル703は、強誘電体の粉末を分散させたもので圧電体基板701と同程度の誘電率であることが好ましい。そして、第二の電極202と第四の電極702の間に高電圧をかけて分極処理を行う。こうすることで、図7(d)に示すように矢印704の方向へ分極される。分極処理後、図7(e)に示すように第二の溝内のシリコンオイル703を除去した上で、第二の溝内に第一の電極201を形成する。この結果、第一の基材105が完成する。第一の基材105をこのような工程で作製しても、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。   FIG. 7 shows a manufacturing process of the first base material 105 according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7A, the first groove 403 that becomes the first space 104 and the second groove 406 that becomes the pressure chamber 103 are alternately formed in the piezoelectric substrate 701 by dicing. Next, as shown in FIG. 7B, selective plating is applied to the front and back of the piezoelectric substrate 701 to form the second electrode 202. Further, a rod-like fourth electrode 702 is installed at the center of the cross section of the second groove 406 by an electrode installation tool. Then, as shown in FIG. 7C, the second through groove 406 is filled with silicon oil 703. The silicon oil 703 is obtained by dispersing ferroelectric powder and preferably has a dielectric constant comparable to that of the piezoelectric substrate 701. Then, a polarization process is performed by applying a high voltage between the second electrode 202 and the fourth electrode 702. By doing so, it is polarized in the direction of the arrow 704 as shown in FIG. After the polarization treatment, as shown in FIG. 7E, the silicon oil 703 in the second groove is removed, and then the first electrode 201 is formed in the second groove. As a result, the first base material 105 is completed. Even if the first base material 105 is manufactured in such a process, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

図8は本発明の第3の実施形態に係る第一の基材105の作製工程を示す。図8(a)に示すように、圧電体基板801に空間部となる第一の溝403と、圧力室103となる第二の溝406をダイシングにより交互に形成する。この圧電体基板801には、チタン酸ジルコン酸鉛などを用いるのが好ましい。次に図8(b)に示すように圧電体基板801の表裏に選択的めっきを施し、第一の電極201と第二の電極202を形成する。そして第一の電極201と第二の電極202の間に高電圧をかけて自発分極の向きを揃える分極処理を行う。こうすることで図8(c)に示す矢印802の方向に分極される。分極処理後、図8(d)に示すように第一の溝内の電極を除去する。そして図8(e)に示すように第一の溝403に選択的めっきを施し、第二の電極202を形成する。この結果、第一の基材105が完成する。この第一の基材105に予め厚み方向に分極され、電極が形成された第二の基材106を図8(f)のように接着層により接合する。この接合体を複数積層接合することで積層体が完成する。   FIG. 8 shows a manufacturing process of the first base material 105 according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8A, the first groove 403 serving as the space and the second groove 406 serving as the pressure chamber 103 are alternately formed in the piezoelectric substrate 801 by dicing. The piezoelectric substrate 801 is preferably made of lead zirconate titanate. Next, as shown in FIG. 8B, selective plating is performed on the front and back of the piezoelectric substrate 801 to form the first electrode 201 and the second electrode 202. Then, a polarization process is performed by applying a high voltage between the first electrode 201 and the second electrode 202 to align the direction of spontaneous polarization. By doing so, it is polarized in the direction of the arrow 802 shown in FIG. After the polarization treatment, the electrode in the first groove is removed as shown in FIG. And as shown in FIG.8 (e), selective plating is given to the 1st groove | channel 403, and the 2nd electrode 202 is formed. As a result, the first base material 105 is completed. A second base material 106, which is previously polarized in the thickness direction and has electrodes formed thereon, is joined to the first base material 105 with an adhesive layer as shown in FIG. 8 (f). A laminated body is completed by laminating and joining a plurality of the joined bodies.

上記の工程で作製された第一の基材105及び第二の基材106の分極方向は第一の電極201の面と垂直な方向になる。圧力室103の長手方向と直交する断面は矩形であり、その断面で見たときに、第二の電極202の第一の電極201に平行な方向成分の長さが第一の電極201に比べて短く形成さている。そのため、図9に示すように電界方向902は第一の電極201の面に対して斜め向きとなり、第1の実施形態と同様の作用が発生する。   The polarization directions of the first base material 105 and the second base material 106 manufactured in the above process are perpendicular to the surface of the first electrode 201. The cross section perpendicular to the longitudinal direction of the pressure chamber 103 is rectangular, and the length of the direction component parallel to the first electrode 201 of the second electrode 202 is larger than that of the first electrode 201 when viewed in the cross section. And short. Therefore, as shown in FIG. 9, the electric field direction 902 is inclined with respect to the surface of the first electrode 201, and the same operation as in the first embodiment occurs.

なお分極を行う際に、第一の電極201に正電圧を印加して第二の電極202を接地電位にすると分極方向は図9(a)に示す矢印901のようになる。一方、第一の電極201を接地電位にし、第二の電極202に正電圧を印加することで、図9(b)に示す矢印901のような分極方向としてもよい。こうした場合でも、図9(a)と同様の作用効果が得られる。   When polarization is performed, if a positive voltage is applied to the first electrode 201 and the second electrode 202 is set to the ground potential, the polarization direction becomes as indicated by an arrow 901 shown in FIG. On the other hand, the first electrode 201 may be set to the ground potential and a positive voltage may be applied to the second electrode 202 so that the polarization direction as indicated by an arrow 901 shown in FIG. Even in such a case, the same effect as in FIG. 9A can be obtained.

本実施形態は第1の実施形態と比べると、第一の基材及び第二の基材は電界のかかる範囲が狭く、変位量が減少するが、従来よりも変位量を増大することができる。   Compared with the first embodiment, the first base material and the second base material have a narrow range in which the electric field is applied and the displacement amount decreases, but the displacement amount can be increased as compared with the first embodiment. .

本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図9(a)や図9(b)に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。   In the present embodiment, the configuration in which the polarization direction and the electric field direction are as shown in FIG. 9A and FIG. 9B in the cross section in all the regions in the longitudinal direction of the pressure chamber has been described. It is not limited. If at least some of the cross sections orthogonal to the longitudinal direction of the pressure chamber have the relationship between the polarization direction and the electric field direction as described above, the same effect can be obtained although the degree is different.

図10は本発明の第4の実施形態に係る液体吐出ヘッドの外観を表す斜視図である。吐出口板1006はともに圧電材料で形成されている第一の基材1001と第二の基材1005を複数積層した積層体に接合され一体化されているが、本図では分解して示している。図10に示すように図4もしくは図7の工程によって作製された第一の基材1001を、圧力室1002及び第一の空間部1003が形成された面で接着層により接合する。次にこの接合された面とは反対側の各面に、第一の基材1001の圧力室1002と中心位置が同じ間隔で形成された第二の空間部1004を有する第二の基材1005を接着層により接合する。これらを複数積層接合することで積層体が完成する。第1の実施形態では圧力室103の三方が第一の基材105に取り囲まれ、残りの一方が第二の基材106に面していたが、本実施形態では圧力室1002の四方すべてが第一の基材1001に取り囲まれている。   FIG. 10 is a perspective view showing the appearance of a liquid discharge head according to the fourth embodiment of the present invention. The discharge port plate 1006 is joined and integrated with a laminate in which a plurality of first base materials 1001 and second base materials 1005 formed of a piezoelectric material are laminated. Yes. As shown in FIG. 10, the first base material 1001 manufactured by the process of FIG. 4 or 7 is bonded to the surface on which the pressure chamber 1002 and the first space portion 1003 are formed by an adhesive layer. Next, on each surface opposite to the bonded surface, a second base material 1005 having a second space portion 1004 whose center positions are formed at the same interval as the pressure chamber 1002 of the first base material 1001. Are bonded by an adhesive layer. A laminated body is completed by laminating and bonding a plurality of these. In the first embodiment, three sides of the pressure chamber 103 are surrounded by the first base material 105 and the remaining one faces the second base material 106. In this embodiment, all four sides of the pressure chamber 1002 are located. Surrounded by the first substrate 1001.

図11は第一の基材1001の圧力室1002及び第一の空間部1003の形状と、電界方向、分極方向を示した図である。図11の(a)〜(c)に示すように第一の基材1001は矢印1101の方向へ分極され、電界方向は矢印1102の方向となっており、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また第一の基材1001は図11(a)に示すように圧力室1002と第一の空間部1003の第一の基材1001の厚みに対する深さは同じであることが好ましいが、図11(b)に示すように異なる深さであってもよい。さらに図11(c)に示すように形状は正方形に限定されるものではなく、圧力室1002と第一の空間部1003は異なった形状・大きさであってもよい。   FIG. 11 is a diagram illustrating the shape, electric field direction, and polarization direction of the pressure chamber 1002 and the first space portion 1003 of the first base material 1001. As shown in FIGS. 11A to 11C, the first base material 1001 is polarized in the direction of the arrow 1101, and the electric field direction is in the direction of the arrow 1102, which is the same as in the first embodiment. An effect can be obtained. In addition, as shown in FIG. 11A, the first base material 1001 preferably has the same depth of the pressure chamber 1002 and the first space 1003 with respect to the thickness of the first base material 1001. Different depths may be used as shown in (b). Further, as shown in FIG. 11C, the shape is not limited to a square, and the pressure chamber 1002 and the first space portion 1003 may have different shapes and sizes.

本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図11(a)〜(c)に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。   In the present embodiment, the configuration in which the polarization direction and the electric field direction are as shown in FIGS. 11A to 11C in the cross sections in all the regions in the longitudinal direction of the pressure chamber has been described. However, the present invention is not limited to this. It is not something. If at least some of the cross sections orthogonal to the longitudinal direction of the pressure chamber have the relationship between the polarization direction and the electric field direction as described above, the same effect can be obtained although the degree is different.

図12は本発明の第5の実施形態に係る液体吐出ヘッドの斜視図である。吐出口板1201は圧電材料から形成されている圧電基材1205と非圧電材料から形成されている非圧電基材1204の接合体に接合され一体化されているが、本図では分解して示している。図12に示すように吐出口板1201には円形貫通孔からなる複数の吐出口1202が形成されている。各吐出口1202と対応する位置に、角形貫通孔からなる圧力室1203がそれぞれ形成されている。圧力室1203は非圧電基材1204と圧電基材1205に囲まれている。非圧電基材1204としては、セラミックや金属などで形成することができるが、圧電基材1205との接合後の変形等を考えると、同程度の熱膨張率のセラミックを用いるのが好ましい。また、後方には後方絞り板1206と共通液室板1207が接合されている。   FIG. 12 is a perspective view of a liquid discharge head according to the fifth embodiment of the present invention. The discharge port plate 1201 is joined to and integrated with a joined body of a piezoelectric base material 1205 formed of a piezoelectric material and a non-piezoelectric base material 1204 formed of a non-piezoelectric material. ing. As shown in FIG. 12, the discharge port plate 1201 is formed with a plurality of discharge ports 1202 each having a circular through hole. Pressure chambers 1203 each having a rectangular through hole are formed at positions corresponding to the respective discharge ports 1202. The pressure chamber 1203 is surrounded by the non-piezoelectric substrate 1204 and the piezoelectric substrate 1205. The non-piezoelectric substrate 1204 can be formed of ceramic, metal, or the like, but it is preferable to use a ceramic having a similar coefficient of thermal expansion in consideration of deformation after bonding with the piezoelectric substrate 1205. In addition, a rear diaphragm plate 1206 and a common liquid chamber plate 1207 are joined to the rear.

図13は図12の領域Fの拡大図であり、電界方向と分極方向を示したものである。図13に示すように圧電基材1205の圧力室の内壁には第一の電極1301が形成され、その対面の外壁には第二の電極1302が形成される。   FIG. 13 is an enlarged view of the region F of FIG. 12, showing the electric field direction and the polarization direction. As shown in FIG. 13, a first electrode 1301 is formed on the inner wall of the pressure chamber of the piezoelectric substrate 1205, and a second electrode 1302 is formed on the outer wall facing the piezoelectric substrate 1205.

この圧電基材1205は、図5(a)〜(c)の作製工程を踏むことで、図13(a)や図13(b)に示すように電界方向を矢印1304の方向にし、分極方向を矢印1303の方向とすることで電界方向に対して分極方向を斜めにする。そして、ダイシングにより溝が形成された非圧電基材1204を接合することで完成する。第一の電極1301に正電圧を印加し、第二の電極1302を接地電位にすると、圧電基材1205は第1の実施形態と同様の作用が発生する。具体的には、圧電基材1205は第一の電極1301の面及び第二の電極1302の面と垂直な方向に膨張し、第一の電極1301の面及び第二の電極1302の面と平行な方向に収縮する。それと同時に、分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生し、吐出口1202からインクが吐出される。   This piezoelectric base material 1205 has the electric field direction as shown by arrows 1304 as shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b) by taking the manufacturing steps of FIGS. 5 (a) to 5 (c), and the polarization direction. Is set in the direction of the arrow 1303 to make the polarization direction oblique to the electric field direction. And it completes by joining the non-piezoelectric base material 1204 in which the groove | channel was formed by dicing. When a positive voltage is applied to the first electrode 1301 and the second electrode 1302 is set to the ground potential, the piezoelectric substrate 1205 has the same action as in the first embodiment. Specifically, the piezoelectric substrate 1205 expands in a direction perpendicular to the surface of the first electrode 1301 and the surface of the second electrode 1302, and is parallel to the surface of the first electrode 1301 and the surface of the second electrode 1302. Shrink in any direction. At the same time, a movement occurs such that the polarization direction matches the electric field direction, and ink is ejected from the ejection port 1202.

上記の吐出方式は、圧力室を収縮させることで吐出口からインクを吐出する押し打ち方式であるが、本発明は圧力室を膨張させてから元の位置に戻すことで吐出口からインク吐出する引き打ち方式にも適用することができる。具体的には、第一の電極1301を接地電位にし、第二の電極1302に正電圧を印加する。こうすることで、圧電基材1205は第一の電極1301の面及び第二の電極1302の面と垂直な方向に収縮し、第一の電極1301の面及び第二の電極1302の面と平行な方向に膨張する。それと同時に、分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生し、圧力室1203が膨張する。この状態から圧力室1203の内壁が元の位置に戻る時の収縮力で吐出口1202からインクが吐出される。   The above-described ejection method is a pushing method in which ink is ejected from the ejection port by contracting the pressure chamber, but the present invention ejects ink from the ejection port by expanding the pressure chamber and returning it to the original position. It can also be applied to the strike method. Specifically, the first electrode 1301 is set to the ground potential, and a positive voltage is applied to the second electrode 1302. Thus, the piezoelectric substrate 1205 contracts in a direction perpendicular to the surface of the first electrode 1301 and the surface of the second electrode 1302, and is parallel to the surface of the first electrode 1301 and the surface of the second electrode 1302. Swell in any direction. At the same time, a movement occurs such that the polarization direction matches the electric field direction, and the pressure chamber 1203 expands. Ink is ejected from the ejection port 1202 by the contraction force when the inner wall of the pressure chamber 1203 returns to the original position from this state.

また、図13(c)や図13(d)に示すように予め矢印1303の方向に分極された圧電基材1205と、ダイシング加工により溝が形成された非圧電基材1204を接合してもよい。第一の電極1301とそれよりも幅の狭い第二の電極1302を形成することで、第3の実施形態と同様の作用を得ることができる。この場合、図13(a)や図13(b)に比べると圧電基材1205に電界のかかる範囲が狭くなるため、変位量が減少する。より好ましい形態としては図13(a)や図13(b)の形態であるが、いずれも従来に比べて変位量を増大させることができる。   Alternatively, as shown in FIGS. 13C and 13D, the piezoelectric base material 1205 previously polarized in the direction of the arrow 1303 and the non-piezoelectric base material 1204 having grooves formed by dicing are joined. Good. By forming the first electrode 1301 and the second electrode 1302 having a narrower width than the first electrode 1301, the same operation as that of the third embodiment can be obtained. In this case, as compared with FIG. 13A and FIG. 13B, the range in which the electric field is applied to the piezoelectric substrate 1205 is narrowed, so that the amount of displacement is reduced. As a more preferable form, it is a form of FIG. 13 (a) or FIG.13 (b), but all can increase a displacement amount compared with the past.

本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図13(a)〜(d)に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。   In the present embodiment, the configuration in which the polarization direction and the electric field direction are as shown in FIGS. 13A to 13D in the cross section in all the regions in the longitudinal direction of the pressure chamber has been described. However, the present invention is not limited to this. It is not something. If at least some of the cross sections orthogonal to the longitudinal direction of the pressure chamber have the relationship between the polarization direction and the electric field direction as described above, the same effect can be obtained although the degree is different.

図14は本発明の第6の実施形態に係る液体吐出ヘッドの外観を表す斜視図である。吐出口板1409は圧電材料で形成されている圧電基材1401と非圧電材料から形成されている天板1405の接合体に接合され一体化されているが、本図では分解して示している。図14に示すように圧電基材1401は所定の間隔で平行に複数の凹形状の溝が形成され、各溝は、側壁1402で分離されている。この圧電基材1401には、チタン酸ジルコン酸鉛などを用いるのが好ましい。この溝は、吐出口からインクを吐出するための圧力室1403と、空間部1404とを交互に備えている。各圧力室1403と空間部1404は、圧電基材1401の一端面から他端面まで延設されている。また、各側壁1402の両側には、長手方向に亘って、電極が形成されている。圧電基材1401の溝の上部には、接着剤を介して天板1405が接合されている。天板1405としては、セラミックや金属などで形成することができるが、圧電基材1401との接合後の変形等を考えると、同程度の熱膨張率のセラミックを用いるのが好ましい。これら接合体の後方には後方絞り板1406、共通液室板1407が接合されている。また前面には吐出口1408が形成された吐出口板1409が接合されている。   FIG. 14 is a perspective view showing an appearance of a liquid discharge head according to the sixth embodiment of the present invention. The discharge port plate 1409 is joined to and integrated with a joined body of a piezoelectric base material 1401 made of a piezoelectric material and a top plate 1405 made of a non-piezoelectric material. . As shown in FIG. 14, the piezoelectric substrate 1401 is formed with a plurality of concave grooves in parallel at predetermined intervals, and each groove is separated by a side wall 1402. The piezoelectric substrate 1401 is preferably made of lead zirconate titanate. This groove is alternately provided with pressure chambers 1403 for discharging ink from the discharge ports and space portions 1404. Each pressure chamber 1403 and the space 1404 are extended from one end surface of the piezoelectric substrate 1401 to the other end surface. Electrodes are formed on both sides of each side wall 1402 in the longitudinal direction. A top plate 1405 is bonded to the upper portion of the groove of the piezoelectric substrate 1401 with an adhesive. The top plate 1405 can be formed of ceramic, metal, or the like, but it is preferable to use a ceramic having a similar coefficient of thermal expansion in consideration of deformation after bonding to the piezoelectric substrate 1401 and the like. A rear diaphragm plate 1406 and a common liquid chamber plate 1407 are joined behind these joined bodies. A discharge port plate 1409 having a discharge port 1408 is joined to the front surface.

図15は図14の領域Gの拡大図であり、電界方向と分極方向を示したものである。圧電基材1401は、図4や図7と同様の工程によって作製することで、図15(a)や図15(b) に示すように電界方向を矢印1504の方向に、分極方向を矢印1503の方向にし、電界方向に対して分極方向を斜めにする。側壁に形成された第一の電極1501に正電圧を印加し、第二の電極1502を接地電位にすると、第1の実施形態と同様の作用が発生する。圧電基材1401は第一の電極1501の面及び第二の電極1502の面と垂直な方向に膨張し、第一の電極1501の面及び第二の電極1502の面と平行な方向に収縮する。それと同時に、分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生し、吐出口1408からインクが吐出される。   FIG. 15 is an enlarged view of the region G in FIG. 14, showing the electric field direction and the polarization direction. The piezoelectric substrate 1401 is manufactured by the same process as that shown in FIGS. 4 and 7, so that the electric field direction is the direction of the arrow 1504 and the polarization direction is the arrow 1503 as shown in FIGS. 15 (a) and 15 (b). And the polarization direction is inclined with respect to the electric field direction. When a positive voltage is applied to the first electrode 1501 formed on the side wall and the second electrode 1502 is set to the ground potential, the same action as in the first embodiment occurs. The piezoelectric substrate 1401 expands in a direction perpendicular to the surface of the first electrode 1501 and the surface of the second electrode 1502 and contracts in a direction parallel to the surface of the first electrode 1501 and the surface of the second electrode 1502. . At the same time, a movement occurs such that the polarization direction matches the electric field direction, and ink is ejected from the ejection port 1408.

上記の吐出方式は、圧力室を収縮させることで吐出口からインクを吐出する押し打ち方式であるが、本発明は圧力室を膨張させてから元の位置に戻すことで吐出口からインク吐出する引き打ち方式にも適用することができる。具体的には、第一の電極1501側を接地電位にし、第二の電極1502に正電圧を印加する。こうすることで、圧電基材1401は第一の電極1501の面及び第二の電極1502の面と垂直な方向に収縮し、第一の電極1501の面及び第二の電極1502の面と平行な方向に膨張する。それと同時に、分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生し、圧力室1403が膨張する。この状態から圧力室1403の内壁が元の位置に戻る時の収縮力で吐出口1408からインクが吐出される。   The above-described ejection method is a pushing method in which ink is ejected from the ejection port by contracting the pressure chamber, but the present invention ejects ink from the ejection port by expanding the pressure chamber and returning it to the original position. It can also be applied to the strike method. Specifically, the first electrode 1501 side is set to the ground potential, and a positive voltage is applied to the second electrode 1502. Thus, the piezoelectric substrate 1401 contracts in a direction perpendicular to the surface of the first electrode 1501 and the surface of the second electrode 1502, and is parallel to the surface of the first electrode 1501 and the surface of the second electrode 1502. Swell in any direction. At the same time, a movement occurs such that the polarization direction matches the electric field direction, and the pressure chamber 1403 expands. Ink is ejected from the ejection port 1408 by the contraction force when the inner wall of the pressure chamber 1403 returns to the original position from this state.

また図8と同様の工程によって圧電基材1401を作製することで、図15(c)や図15(d)のように矢印1503の方向へ分極され、第二の電極の幅を短くすることで電界方向は矢印1504の方向となるため、同様の作用を得ることができる。しかし、図15(a)や図15(b)に比べると、圧電基材1401に電界のかかる範囲が狭くなるため、変位量が減少する。より好ましい形態としては図15(a)や図15(b)であるが、いずれも従来に比べて変位量を増大させることができる。   Further, by producing the piezoelectric substrate 1401 by the same process as in FIG. 8, it is polarized in the direction of the arrow 1503 as shown in FIGS. 15C and 15D, and the width of the second electrode is shortened. Since the electric field direction is the direction of the arrow 1504, the same effect can be obtained. However, compared with FIG. 15A and FIG. 15B, the range in which the electric field is applied to the piezoelectric substrate 1401 becomes narrower, so the amount of displacement decreases. As a more preferable form, FIG. 15 (a) and FIG. 15 (b) can be used, but the displacement amount can be increased as compared with the conventional case.

本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図15の(a)〜(d)に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。   In the present embodiment, the configuration in which the polarization direction and the electric field direction are as shown in FIGS. 15A to 15D in the cross section in all the regions in the longitudinal direction of the pressure chamber has been described. However, the present invention is not limited thereto. Is not to be done. If at least some of the cross sections orthogonal to the longitudinal direction of the pressure chamber have the relationship between the polarization direction and the electric field direction as described above, the same effect can be obtained although the degree is different.

図16は本発明の第7の実施形態に係る液体吐出ヘッドの外観を表す斜視図である。吐出口板1607は圧電材料から形成されている圧電基材1602と非圧電材料から形成されている非圧電基材1601の接合体に接合され一体化されているが、本図では分解して示している。図16に示すように非圧電基材1601と、この非圧電基材1601上で等間隔に配列された複数の圧電基材1602とを備えている。非圧電基材1601としては、セラミックや金属などで形成することができるが、圧電基材1602との接合後の変形等を考えると、同程度の熱膨張率のセラミックを用いるのが好ましい。また圧電基材1602には、チタン酸ジルコン酸鉛などを用いるのが好ましい。圧電基材1602は溝部を基材1601に向けて接着剤で固定され、基材1601と圧電基材1602で囲まれた空間を圧力室1603としている。これら接合体の後方には後方絞り板1604、共通液室板1605が接合されている。また前面には吐出口1607が形成された吐出口板1606が接合されている。   FIG. 16 is a perspective view showing an appearance of a liquid discharge head according to the seventh embodiment of the present invention. The discharge port plate 1607 is joined and integrated with a joined body of a piezoelectric base material 1602 formed of a piezoelectric material and a non-piezoelectric base material 1601 formed of a non-piezoelectric material. ing. As shown in FIG. 16, a non-piezoelectric substrate 1601 and a plurality of piezoelectric substrates 1602 arranged on the non-piezoelectric substrate 1601 at equal intervals are provided. The non-piezoelectric substrate 1601 can be formed of ceramic, metal, or the like, but it is preferable to use a ceramic having a similar coefficient of thermal expansion in consideration of deformation after bonding with the piezoelectric substrate 1602 and the like. The piezoelectric substrate 1602 is preferably made of lead zirconate titanate. The piezoelectric base material 1602 is fixed with an adhesive with the groove portion facing the base material 1601, and a space surrounded by the base material 1601 and the piezoelectric base material 1602 is used as a pressure chamber 1603. A rear diaphragm plate 1604 and a common liquid chamber plate 1605 are joined behind these joined bodies. Further, a discharge port plate 1606 in which a discharge port 1607 is formed is joined to the front surface.

図17は図16の領域Hの拡大図であり、電界方向と分極方向を示したものである。図17に示すように圧力室1603側の内壁には第一の電極1701が形成され、その対面の外壁には第二の電極1702が形成される。第一電極1701に正電圧を印加し、第二電極1702を接地電位にすると、圧電基材1602は第1の実施形態と同様の作用が発生する。具体的には、圧電基材1602は第一の電極1701の面及び第二の電極1702の面と垂直な方向に膨張し、それと同時に第一の電極1701の面及び第二の電極1702の面と平行な方向に収縮する。さらに分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生し、図16に示した吐出口1607からインクが吐出される。   FIG. 17 is an enlarged view of the region H of FIG. 16, showing the electric field direction and the polarization direction. As shown in FIG. 17, a first electrode 1701 is formed on the inner wall on the pressure chamber 1603 side, and a second electrode 1702 is formed on the outer wall facing the pressure chamber 1603. When a positive voltage is applied to the first electrode 1701 and the second electrode 1702 is set to the ground potential, the piezoelectric substrate 1602 has the same action as in the first embodiment. Specifically, the piezoelectric substrate 1602 expands in a direction perpendicular to the surface of the first electrode 1701 and the surface of the second electrode 1702, and at the same time, the surface of the first electrode 1701 and the surface of the second electrode 1702. Shrink in a direction parallel to the. Further, a movement occurs so that the polarization direction matches the electric field direction, and ink is ejected from the ejection port 1607 shown in FIG.

上記の吐出方式は、圧力室を収縮させることで吐出口からインクを吐出する押し打ち方式であるが、本発明は圧力室を膨張させてから元の位置に戻すことで吐出口からインク吐出する引き打ち方式にも適用することができる。具体的には、第一の電極1701を接地電位にし、第二の電極1702に正電圧を印加する。こうすることで、圧電基材1602は第一の電極1701の面及び第二の電極1702の面と垂直な方向に収縮し、それと同時に第一の電極1701の面及び第二の電極1702の面と平行な方向に膨張する。さらに分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生し、圧力室1603が膨張する。この状態から圧力室1603の内壁が元の位置に戻る時の収縮力で図16に示した吐出口1607からインクが吐出される。   The above-described ejection method is a pushing method in which ink is ejected from the ejection port by contracting the pressure chamber, but the present invention ejects ink from the ejection port by expanding the pressure chamber and returning it to the original position. It can also be applied to the strike method. Specifically, the first electrode 1701 is set to the ground potential, and a positive voltage is applied to the second electrode 1702. In this way, the piezoelectric substrate 1602 contracts in a direction perpendicular to the surface of the first electrode 1701 and the surface of the second electrode 1702, and at the same time, the surface of the first electrode 1701 and the surface of the second electrode 1702. Expands in a direction parallel to Furthermore, a movement occurs such that the polarization direction matches the electric field direction, and the pressure chamber 1603 expands. Ink is ejected from the ejection port 1607 shown in FIG. 16 by the contraction force when the inner wall of the pressure chamber 1603 returns to the original position from this state.

図18は圧電基材1602の作製方法について示した図である。まず図4(a)〜(d)までと同様の工程を踏んでいく。そして全ての電極を除去した後、図18(a)に示すように第二の貫通溝406の内壁に第一の電極1701を形成する。次に図18(b)に示すように非圧電基材1601を接着層により接合する。そして図18(c)に示すように第一の貫通溝403を研削により削除する。そして図18(d)に示すように第二の電極1702を形成する。この結果、圧電基材1602が完成する。   FIG. 18 is a view showing a method for manufacturing the piezoelectric substrate 1602. First, steps similar to those in FIGS. 4A to 4D are performed. Then, after all the electrodes are removed, the first electrode 1701 is formed on the inner wall of the second through groove 406 as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 18B, the non-piezoelectric substrate 1601 is bonded with an adhesive layer. Then, as shown in FIG. 18C, the first through groove 403 is removed by grinding. Then, a second electrode 1702 is formed as shown in FIG. As a result, the piezoelectric substrate 1602 is completed.

なお分極を行う際に、図4の工程の中で第一の電極201に正電圧を印加して第二の電極201側を接地電位にすると、図17(a)に示すように矢印1703の方向へ分極され、第1の実施形態と同様の作用が発生する。この時、第二の電極202に正電圧を印加して第一の電極201側を接地電位として、図17(b)に示すように矢印1703の方向へ分極してもよい。こうした場合でも、作用効果は同様のものとなる。   When polarization is performed, if a positive voltage is applied to the first electrode 201 and the second electrode 201 side is set to the ground potential in the process of FIG. 4, an arrow 1703 is obtained as shown in FIG. Polarized in the direction, the same action as in the first embodiment occurs. At this time, a positive voltage may be applied to the second electrode 202 so that the first electrode 201 side is grounded, and polarization may be performed in the direction of the arrow 1703 as shown in FIG. Even in such a case, the effect is the same.

また上記の工程の中で、図4(a)〜(d)の代わりに図8(a)〜(e)までと同様の工程で圧電基材1602を作製することで、図17(c)や図17(d)に示すように矢印1703の方向へ分極し、電界方向を矢印1704の方向とすることができる。しかし図17(a)や図17(b)に比べると、圧電基材1602に電界のかかる範囲が狭くなるため、変位量が減少する。より好ましい形態としては図17(a)や図17(b)の形態であるが、いずれも従来に比べて変位量を増大させることができる。   Further, in the above steps, the piezoelectric substrate 1602 is manufactured in the same steps as in FIGS. 8A to 8E instead of FIGS. 4A to 4D, so that FIG. Alternatively, as shown in FIG. 17D, the electric field can be polarized in the direction of the arrow 1703 and the electric field direction can be changed to the direction of the arrow 1704. However, compared with FIGS. 17A and 17B, the range in which the electric field is applied to the piezoelectric substrate 1602 becomes narrower, so the amount of displacement decreases. As a more preferable form, it is a form of FIG. 17 (a) or FIG.17 (b), but all can increase a displacement amount compared with the past.

本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図17(a)〜(d)に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。   In the present embodiment, the configuration in which the polarization direction and the electric field direction are as shown in FIGS. 17A to 17D in the cross section in all the regions in the longitudinal direction of the pressure chamber has been described. However, the present invention is not limited to this. It is not something. If at least some of the cross sections orthogonal to the longitudinal direction of the pressure chamber have the relationship between the polarization direction and the electric field direction as described above, the same effect can be obtained although the degree is different.

図19は本発明の第8の実施形態に係る液体吐出ヘッドの外観を表す斜視図である。吐出口板1901は圧電材料から形成されている圧電基材1904に接合され一体化されているが、本図では分解して示している。図19に示すように、吐出口板1901には円形貫通孔である複数の吐出口1902が形成されており、これらの吐出口1902は所定の間隔で二次元に配置されている。各吐出口1902と対応する位置に、円形貫通孔である圧力室1903からなる角筒形の圧電基材1904が形成されている。この圧電基材1904は、成形材料である粉体を所定形状の金型を用いて成形し、焼成することで形成される。後方には後方絞り板1905、共通液室板1906が接合されている。   FIG. 19 is a perspective view showing the appearance of a liquid discharge head according to the eighth embodiment of the present invention. The discharge port plate 1901 is joined and integrated with a piezoelectric base material 1904 made of a piezoelectric material, but is shown in an exploded manner in this drawing. As shown in FIG. 19, the discharge port plate 1901 has a plurality of discharge ports 1902 that are circular through holes, and these discharge ports 1902 are two-dimensionally arranged at a predetermined interval. A rectangular tube-shaped piezoelectric substrate 1904 including a pressure chamber 1903 that is a circular through hole is formed at a position corresponding to each discharge port 1902. The piezoelectric base material 1904 is formed by molding a powder, which is a molding material, using a mold having a predetermined shape and firing it. A rear diaphragm plate 1905 and a common liquid chamber plate 1906 are joined to the rear.

図20は圧電基材1904の分極処理と電極形成の工程について示した図である。図20(a)に示すように圧電基材1904の外壁に第二の電極2001を形成し、圧力室1903の中央位置に平板状の第四の電極2002を電極設置用冶具により設置する。次に図20(b)に示すように圧力室1903内をシリコンオイル2003で満たす。このシリコンオイル2003は、強誘電体の粉末を分散させたもので圧電基材1904と同程度の誘電率としたものを使用するのが好ましい。そして、第二の電極2001と第四の電極2002の間に高電圧をかけて自発分極の向きを揃える分極処理を行う。こうすることで、図20(c)に示すように矢印2004の方向へ分極される。分極処理後、図20(d)に示すよう圧力室内のシリコンオイル2003と第四の電極2002を除去し、圧力室1903の内壁に第一の電極2005を形成する。この結果、圧電基材1904が完成する。   FIG. 20 is a diagram illustrating the steps of polarization processing and electrode formation of the piezoelectric base material 1904. As shown in FIG. 20A, a second electrode 2001 is formed on the outer wall of the piezoelectric substrate 1904, and a flat plate-like fourth electrode 2002 is installed at the center position of the pressure chamber 1903 using an electrode installation tool. Next, as shown in FIG. 20B, the pressure chamber 1903 is filled with silicon oil 2003. As this silicon oil 2003, it is preferable to use a dispersion of a ferroelectric powder having a dielectric constant comparable to that of the piezoelectric substrate 1904. Then, a polarization process is performed in which a high voltage is applied between the second electrode 2001 and the fourth electrode 2002 to align the direction of spontaneous polarization. By doing so, it is polarized in the direction of arrow 2004 as shown in FIG. After the polarization treatment, the silicon oil 2003 and the fourth electrode 2002 in the pressure chamber are removed, and the first electrode 2005 is formed on the inner wall of the pressure chamber 1903 as shown in FIG. As a result, the piezoelectric substrate 1904 is completed.

図21は図19の領域Iの拡大図であり、電界方向と分極方向を示したものである。図21(a)は図19の圧電基材1904及び圧力室1903を示した図であり、図21(b)は図19の領域Iで示した液室の部分断面図である。従来の方法において、圧電基材1904は分極用と駆動用の電極が同じであったため、電極面と垂直な方向に分極されており、d33モードとd31モードの作用によってインクを吐出させていた。しかし本実施形態では、圧電基材1904は図21(b)に示すように電界方向に対して分極方向が斜めとなる領域Jと領域Kを有している。そのため、第一の電極2005に正電圧を印加し、第二の電極2001側を接地電位とすると、第1の実施形態と同様の作用が発生する。具体的には、圧電基材1904は圧力室1903を中心として径方向に膨張し、それと同時に周方向に収縮する。さらに領域J及び領域Kでは分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生する。そのため、図21(b)に点線2111で示すように変形し、圧力室1903内のインクが図19に示した吐出口1902から吐出される。このようにすることで、従来と同様の効果が得られる。   FIG. 21 is an enlarged view of region I in FIG. 19 and shows the electric field direction and the polarization direction. 21A is a view showing the piezoelectric substrate 1904 and the pressure chamber 1903 in FIG. 19, and FIG. 21B is a partial cross-sectional view of the liquid chamber shown in the region I in FIG. In the conventional method, since the piezoelectric substrate 1904 has the same electrode for polarization and drive, it is polarized in a direction perpendicular to the electrode surface, and ink is ejected by the action of the d33 mode and d31 mode. However, in the present embodiment, the piezoelectric substrate 1904 has a region J and a region K in which the polarization direction is oblique with respect to the electric field direction, as shown in FIG. Therefore, when a positive voltage is applied to the first electrode 2005 and the second electrode 2001 side is set to the ground potential, the same action as in the first embodiment occurs. Specifically, the piezoelectric substrate 1904 expands in the radial direction around the pressure chamber 1903 and simultaneously contracts in the circumferential direction. Further, in the region J and the region K, a movement occurs in which the polarization direction matches the electric field direction. Therefore, the ink is deformed as indicated by a dotted line 2111 in FIG. 21B, and the ink in the pressure chamber 1903 is discharged from the discharge port 1902 shown in FIG. By doing in this way, the effect similar to the past is acquired.

上記の吐出方式は、圧力室を収縮させることで吐出口からインクを吐出する押し打ち方式であるが、本発明は圧力室を膨張させてから元の位置に戻すことで吐出口からインク吐出する引き打ち方式にも適用することができる。具体的には、第一の電極2005を接地電位にし、第二の電極2001に正電圧を印加する。こうすることで、圧電基材1904は圧力室1903を中心として径方向に収縮し、それと同時に周方向に膨張する。さらに領域J及び領域Kでは分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生し、圧力室1903が膨張する。この状態から圧力室1903の内壁が元の位置に戻る時の収縮力で図19に示した吐出口1902からインクが吐出される。   The above-described ejection method is a pushing method in which ink is ejected from the ejection port by contracting the pressure chamber, but the present invention ejects ink from the ejection port by expanding the pressure chamber and returning it to the original position. It can also be applied to the strike method. Specifically, the first electrode 2005 is set to the ground potential, and a positive voltage is applied to the second electrode 2001. By doing so, the piezoelectric substrate 1904 contracts in the radial direction around the pressure chamber 1903 and simultaneously expands in the circumferential direction. Further, in the region J and the region K, a movement in which the polarization direction is aligned with the electric field direction occurs, and the pressure chamber 1903 expands. Ink is ejected from the ejection port 1902 shown in FIG. 19 by the contraction force when the inner wall of the pressure chamber 1903 returns to the original position from this state.

なお圧電基材1904の形状はここで述べているような四角形であることが好ましいが、これに限らず三角形や五角形などでも構わない。   The shape of the piezoelectric substrate 1904 is preferably a quadrangle as described here, but is not limited thereto, and may be a triangle or a pentagon.

本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図21(b)に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。   In the present embodiment, the configuration in which the polarization direction and the electric field direction are as shown in FIG. 21B in the cross section in the entire region in the longitudinal direction of the pressure chamber has been described. However, the present invention is not limited to this. . If at least some of the cross sections orthogonal to the longitudinal direction of the pressure chamber have the relationship between the polarization direction and the electric field direction as described above, the same effect can be obtained although the degree is different.

図21(c)は本発明の第9の実施形態に係る液体吐出ヘッドの図19の領域Iで示した部分に対応する図である。本実施形態と第8の実施形態との違いは圧電基材の形状である。本実施形態では、円形貫通孔である圧力室2104からなる円筒形の圧電基材2103が形成されている。この圧電基材2103は、成形材料である粉体を所定形状の金型を用いて成形し、焼成することで形成される。圧力室2104の内壁には第一の電極2105が形成され、その外壁には第二の電極2106が形成される。   FIG. 21C is a diagram corresponding to the portion indicated by region I in FIG. 19 of the liquid ejection head according to the ninth embodiment of the present invention. The difference between the present embodiment and the eighth embodiment is the shape of the piezoelectric substrate. In this embodiment, a cylindrical piezoelectric substrate 2103 composed of a pressure chamber 2104 that is a circular through hole is formed. The piezoelectric base material 2103 is formed by molding a powder, which is a molding material, using a mold having a predetermined shape and firing it. A first electrode 2105 is formed on the inner wall of the pressure chamber 2104, and a second electrode 2106 is formed on the outer wall thereof.

図21(d)は図21(c)の領域Lの拡大図であり、電界方向と分極方向を示したものである。この圧電基材2103は図20と同様の工程を用いて作製する。こうすることで圧電基材2103は、第8の実施形態と同様に図21(d) に示すように電界方向に対して分極方向が斜めとなる領域Jと領域Kを有している。そのため、第一の電極2105に正電圧を印加し、第二の電極2106を接地電位にすると、圧電基材2103は圧力室2104を中心として径方向に膨張し、それと同時に周方向に収縮する。さらに領域J及び領域Kでは分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生する。よって、図21(d)に点線2112で示すようにチューブが潰れたような形状となり、圧力室2104内のインクが吐出口から吐出される。このようにすることで、従来と同様の効果が得られる。   FIG. 21D is an enlarged view of the region L in FIG. 21C, showing the electric field direction and the polarization direction. The piezoelectric substrate 2103 is manufactured using the same process as that in FIG. By doing so, the piezoelectric substrate 2103 has a region J and a region K in which the polarization direction is oblique with respect to the electric field direction, as shown in FIG. 21D, as in the eighth embodiment. Therefore, when a positive voltage is applied to the first electrode 2105 and the second electrode 2106 is set to the ground potential, the piezoelectric substrate 2103 expands in the radial direction around the pressure chamber 2104 and simultaneously contracts in the circumferential direction. Further, in the region J and the region K, a movement occurs in which the polarization direction matches the electric field direction. Accordingly, the tube is crushed as indicated by a dotted line 2112 in FIG. 21D, and the ink in the pressure chamber 2104 is ejected from the ejection port. By doing in this way, the effect similar to the past is acquired.

上記の吐出方式は、圧力室を収縮させることで吐出口からインクを吐出する押し打ち方式であるが、本発明は圧力室を膨張させてから元の位置に戻すことで吐出口からインク吐出する引き打ち方式にも適用することができる。具体的には、第一の電極2105を接地電位にし、第二の電極2106に正電圧を印加する。こうすることで、圧電基材2103は圧力室2104を中心として径方向に収縮し、それと同時に周方向に膨張する。さらに領域J及び領域Kでは分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生することで、圧力室2104が膨張する。この状態から圧力室2104の内壁が元の位置に戻る時の収縮力で吐出口からインクが吐出される。   The above-described ejection method is a pushing method in which ink is ejected from the ejection port by contracting the pressure chamber, but the present invention ejects ink from the ejection port by expanding the pressure chamber and returning it to the original position. It can also be applied to the strike method. Specifically, the first electrode 2105 is set to the ground potential, and a positive voltage is applied to the second electrode 2106. By doing so, the piezoelectric substrate 2103 contracts in the radial direction around the pressure chamber 2104, and simultaneously expands in the circumferential direction. Further, in the region J and the region K, the pressure chamber 2104 expands by causing a movement in which the polarization direction matches the electric field direction. Ink is ejected from the ejection port by the contraction force when the inner wall of the pressure chamber 2104 returns to the original position from this state.

本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図21(d)に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。   In the present embodiment, the configuration in which the polarization direction and the electric field direction as shown in FIG. 21D are shown in the cross section in the entire region in the longitudinal direction of the pressure chamber is not limited to this. . If at least some of the cross sections orthogonal to the longitudinal direction of the pressure chamber have the relationship between the polarization direction and the electric field direction as described above, the same effect can be obtained although the degree is different.

図21(e)は本発明の第10の実施形態に係る液体吐出ヘッドの図19の領域Iで示した部分に対応する図である。本実施形態と第8の実施形態との違いは圧力室の形状である。本実施形態では、圧電基材2107は角状の貫通孔である圧力室2108からなる角筒形で形成されている。この圧電基材2107は、成形材料である粉体を所定形状の金型を用いて成形し、焼成することで形成される。圧力室2108の内壁には第二の電極2109が形成され、その外壁には第一の電極2110が形成される。   FIG. 21E is a diagram corresponding to the portion indicated by region I in FIG. 19 of the liquid ejection head according to the tenth embodiment of the present invention. The difference between the present embodiment and the eighth embodiment is the shape of the pressure chamber. In the present embodiment, the piezoelectric substrate 2107 is formed in a rectangular tube shape including a pressure chamber 2108 that is a rectangular through hole. The piezoelectric base material 2107 is formed by molding a powder, which is a molding material, using a mold having a predetermined shape and firing it. A second electrode 2109 is formed on the inner wall of the pressure chamber 2108, and a first electrode 2110 is formed on the outer wall thereof.

図21(f)は図21(e)の領域Mの拡大図であり、電界方向と分極方向を示したものである。この圧電基材2107は図20と同様の工程で作製する。こうすることで圧電基材2107は、第8の実施形態と同様に図21(f) に示すように電界方向に対して分極方向が斜めとなる領域Jと領域Kを有している。そのため、第一の電極2109に正電圧を印加し、第二の電極2110を接地電位にすると、圧電基材2107は第一の電極2109の面及び第二の電極2110の面と垂直な方向に膨張する。それと同時に第一の電極2109の面及び第二の電極2110の面と平行な方向に収縮する。さらに領域J及び領域Kでは分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生する。よって、図21(f)に点線2113で示すように変形するため、従来よりも変位量を増大させることができる。   FIG. 21F is an enlarged view of the region M in FIG. 21E, showing the electric field direction and the polarization direction. This piezoelectric substrate 2107 is manufactured in the same process as that in FIG. By doing so, the piezoelectric substrate 2107 has a region J and a region K in which the polarization direction is oblique with respect to the electric field direction, as shown in FIG. 21 (f), as in the eighth embodiment. Therefore, when a positive voltage is applied to the first electrode 2109 and the second electrode 2110 is set to the ground potential, the piezoelectric substrate 2107 is in a direction perpendicular to the surface of the first electrode 2109 and the surface of the second electrode 2110. Inflate. At the same time, it contracts in a direction parallel to the surface of the first electrode 2109 and the surface of the second electrode 2110. Further, in the region J and the region K, a movement occurs in which the polarization direction matches the electric field direction. Therefore, since the deformation is performed as shown by the dotted line 2113 in FIG. 21 (f), the displacement amount can be increased as compared with the conventional case.

上記の吐出方式は、圧力室を収縮させることで吐出口からインクを吐出する押し打ち方式であるが、本発明は圧力室を膨張させてから元の位置に戻すことで吐出口からインク吐出する引き打ち方式にも適用することができる。具体的には、第一の電極2109を接地電位にし、第二の電極2110に正電圧を印加する。こうすることで、圧電基材2107は第一の電極2109の面及び第二の電極2110の面と垂直な方向に収縮する。それと同時に第一の電極2109の面及び第二の電極2110の面と平行な方向に膨張する。さらに領域J及び領域Kでは分極方向が電界方向に合わさるような動きが発生することで、圧力室2108が膨張する。この状態から圧力室2108の内壁が元の位置に戻る時の収縮力で吐出口からインクが吐出される。   The above-described ejection method is a pushing method in which ink is ejected from the ejection port by contracting the pressure chamber, but the present invention ejects ink from the ejection port by expanding the pressure chamber and returning it to the original position. It can also be applied to the strike method. Specifically, the first electrode 2109 is set to the ground potential, and a positive voltage is applied to the second electrode 2110. By doing so, the piezoelectric substrate 2107 contracts in a direction perpendicular to the surface of the first electrode 2109 and the surface of the second electrode 2110. At the same time, it expands in a direction parallel to the surface of the first electrode 2109 and the surface of the second electrode 2110. Furthermore, in the region J and the region K, the pressure chamber 2108 expands by causing a movement in which the polarization direction matches the electric field direction. Ink is ejected from the ejection port by the contraction force when the inner wall of the pressure chamber 2108 returns to the original position from this state.

ここで、図20の第四の電極2002を平板状ではなく棒状の電極とすると、圧電基材2107は第1の実施形態と同様の分極方向とすることができる。この場合、圧電基材2107は連結しておらず、拘束力が発生しないため、第1の実施形態よりも変位量を増大させることができる。しかし第1の実施形態と比較して堅牢性の点で劣っているおり、吐出口を多く設けることが困難であるため、好ましい実施形態としては第1の実施形態となる。   Here, if the fourth electrode 2002 of FIG. 20 is a rod-like electrode instead of a flat plate shape, the piezoelectric substrate 2107 can have the same polarization direction as that of the first embodiment. In this case, since the piezoelectric base material 2107 is not connected and no restraining force is generated, the amount of displacement can be increased as compared with the first embodiment. However, it is inferior in terms of robustness as compared with the first embodiment, and it is difficult to provide a large number of discharge ports, so the preferred embodiment is the first embodiment.

本実施形態では、圧力室の長手方向のすべての領域における断面において、図21(f)に示すような分極方向と電界方向となっている構成について説明したが、これに限定されるものではない。圧力室の長手方向と直交する断面のうち少なくとも一部の断面において、前述のような分極方向と電界方向の関係になっていれば、程度は異なるものの同旨の効果が得られる。   In the present embodiment, the configuration in which the polarization direction and the electric field direction are as shown in FIG. 21 (f) in the cross section in the entire region in the longitudinal direction of the pressure chamber has been described. However, the present invention is not limited to this. . If at least some of the cross sections orthogonal to the longitudinal direction of the pressure chamber have the relationship between the polarization direction and the electric field direction as described above, the same effect can be obtained although the degree is different.

本発明においては、各実施形態で述べてきたように従来よりも圧電基材の変位量を増大させることができる。そのため、従来に比べて少ない電圧で同等の変位量を得ることができる。   In the present invention, as described in each embodiment, the amount of displacement of the piezoelectric substrate can be increased as compared with the prior art. Therefore, an equivalent displacement amount can be obtained with a smaller voltage than in the prior art.

103 圧力室
105 第一の基材
106 第二の基材
201 第一の電極
202 第二の電極
103 pressure chamber 105 first base material 106 second base material 201 first electrode 202 second electrode

Claims (20)

液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通して長手方向に延びる圧力室と、を有し、
前記圧力室の側壁の所定の一部は圧電材料からなる隔壁によって画定され、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極が、前記第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極がそれぞれ設けられ、前記隔壁は、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有する、液体吐出ヘッド。
A discharge port that discharges the liquid, and a pressure chamber that communicates with the discharge port and extends in the longitudinal direction,
A predetermined part of the side wall of the pressure chamber is defined by a partition made of a piezoelectric material, and a first electrode is opposite to the pressure chamber across the first electrode on the pressure chamber side surface of the partition. A second electrode is provided on each of the first and second surfaces, and the partition wall is polarized while being inclined to one side with respect to an electric field direction generated by applying a voltage between the first electrode and the second electrode. A liquid discharge head comprising: a first region; and a second region polarized in a direction opposite to the one side with respect to the electric field direction.
前記圧力室の長手方向と直交する断面は矩形であり、前記断面で見たときに、前記第二の電極の前記第一の電極に平行な方向成分の長さが前記第一の電極の長さよりも短い、請求項1に記載の液体吐出ヘッド。   The cross section perpendicular to the longitudinal direction of the pressure chamber is rectangular, and when viewed in the cross section, the length of the direction component parallel to the first electrode of the second electrode is the length of the first electrode. The liquid discharge head according to claim 1, which is shorter than the length. 前記圧電材料で形成された第一の基材と、前記第一の基材に積層された第二の基材と、を有し、
前記圧力室の長手方向と直交する断面は矩形であり、前記圧力室の側面の少なくとも一部は前記第一の基材によって画定され、第一の空間部が、その側面の少なくとも一部が前記第一の基材によって画定されるように、前記第一の基材に前記圧力室と前記隔壁を隔てて隣り合って設けられ、前記第一の電極は前記圧力室の内壁に設けられ、前記第二の電極は前記第一の空間部の内壁の前記圧力室側に設けられている、請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。
A first base material formed of the piezoelectric material, and a second base material laminated on the first base material,
The cross section orthogonal to the longitudinal direction of the pressure chamber is rectangular, at least a part of the side surface of the pressure chamber is defined by the first base material, and the first space portion has at least a part of the side surface thereof. As defined by the first substrate, the first substrate is provided adjacent to the pressure chamber with the partition wall therebetween, and the first electrode is provided on an inner wall of the pressure chamber, The liquid ejection head according to claim 1, wherein the second electrode is provided on the pressure chamber side of the inner wall of the first space portion.
前記第二の基材は前記圧電材料で形成され前記第一の基材と交互に複数積層され、第二の空間部が、その側面の少なくとも一部が前記第二の基材によって画定されるように、前記第二の基材に前記圧力室と前記隔壁を隔てて隣り合って設けられ、前記第二の空間部の内壁の前記圧力室側に前記第二の電極が設けられている、請求項3に記載の液体吐出ヘッド。   The second substrate is formed of the piezoelectric material and is alternately stacked with the first substrate, and the second space is defined by at least a part of the side surface by the second substrate. As described above, the second base material is provided adjacent to the pressure chamber with the partition wall therebetween, and the second electrode is provided on the pressure chamber side of the inner wall of the second space portion, The liquid discharge head according to claim 3. 前記圧力室の三方が前記第一の基材に取り囲まれ、前記圧力室の残りの一方が前記第二の基材に面している、請求項4に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid ejection head according to claim 4, wherein three sides of the pressure chamber are surrounded by the first base material, and the remaining one of the pressure chambers faces the second base material. 前記圧力室の四方すべてが前記第一の基材に取り囲まれている、請求項4に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid ejection head according to claim 4, wherein all four sides of the pressure chamber are surrounded by the first base material. 前記第二の基材は非圧電材料で形成される、請求項3に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid ejection head according to claim 3, wherein the second substrate is formed of a non-piezoelectric material. 非圧電材料で形成された第一の基材と、前記圧電材料で形成され第一の基材に積層された第二の基材と、を有し、
前記圧力室の長手方向と直交する断面は矩形であり、前記圧力室は前記第一の基材に設けられ、第一の電極は前記第二の基材の前記圧力室と接する面に設けられ、第二の電極は前記第二の基材の前記圧力室と接する面と逆側の面の対応する位置に設けられた、請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。
A first substrate formed of a non-piezoelectric material, and a second substrate formed of the piezoelectric material and laminated on the first substrate,
The cross section perpendicular to the longitudinal direction of the pressure chamber is rectangular, the pressure chamber is provided on the first base material, and the first electrode is provided on a surface of the second base material that is in contact with the pressure chamber. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the second electrode is provided at a position corresponding to a surface opposite to the surface in contact with the pressure chamber of the second base material.
前記圧力室は所定の間隔で配置され、各前記圧力室は前記圧電材料で形成された圧電基材で取り囲まれ、各前記圧電基材はお互いとそれぞれ分離しており、前記第一の電極は前記圧力室の内壁に設けられ、前記第二の電極は前記圧電基材の外壁に設けられた、請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。   The pressure chambers are arranged at a predetermined interval, each of the pressure chambers is surrounded by a piezoelectric substrate formed of the piezoelectric material, each of the piezoelectric substrates is separated from each other, and the first electrode is The liquid ejection head according to claim 1, wherein the liquid discharge head is provided on an inner wall of the pressure chamber, and the second electrode is provided on an outer wall of the piezoelectric base material. 前記圧力室は一次元に配置され、前記圧電基材は非圧電材料から形成される基材の上に支持される、請求項9に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge head according to claim 9, wherein the pressure chambers are arranged one-dimensionally, and the piezoelectric substrate is supported on a substrate formed of a non-piezoelectric material. 前記圧力室は二次元に配置されている、請求項9に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge head according to claim 9, wherein the pressure chambers are two-dimensionally arranged. 前記圧電基材は角筒形である、請求項11に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid discharge head according to claim 11, wherein the piezoelectric substrate has a rectangular tube shape. 前記圧電基材は円筒形である、請求項11に記載の液体吐出ヘッド。   The liquid ejection head according to claim 11, wherein the piezoelectric substrate is cylindrical. 液体を吐出する吐出口と、前記吐出口に連通する圧力室と、を有する液体吐出ヘッドの製造方法であって、
前記圧力室の側壁の所定の一部を画定する隔壁を圧電材料から形成する隔壁形成工程と、前記隔壁を分極する分極工程と、前記隔壁の前記圧力室側の面に第一の電極を、第一の電極を挟んで前記圧力室と反対側の面に第二の電極をそれぞれ設ける電極形成工程と、を有し、
前記分極工程及び前記電極形成工程は、前記隔壁が、前記第一の電極と前記第二の電極との間に電圧を印加することにより生じる電界方向に対して一方側に傾いて分極された第一の領域と、前記電界方向に対して前記一方側とは逆側に傾いて分極された第二の領域と、を有するように分極方向及び前記第一及び第二の電極の配置を調整することを含む液体吐出ヘッドの製造方法。
A method for manufacturing a liquid discharge head, comprising: a discharge port for discharging liquid; and a pressure chamber communicating with the discharge port,
A partition forming step of forming a partition wall defining a predetermined part of the side wall of the pressure chamber from a piezoelectric material, a polarization step of polarizing the partition wall, and a first electrode on the pressure chamber side surface of the partition wall, An electrode forming step of providing a second electrode on the surface opposite to the pressure chamber across the first electrode, and
In the polarization step and the electrode formation step, the partition wall is polarized while being inclined to one side with respect to an electric field direction generated by applying a voltage between the first electrode and the second electrode. The polarization direction and the arrangement of the first and second electrodes are adjusted so as to have one region and a second region polarized in a direction opposite to the one side with respect to the electric field direction. A method of manufacturing a liquid discharge head.
前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に分極用溝と第一の溝を交互に形成する工程と、前記分極用溝の内面に分極用電極を形成する工程と、前記第一の溝の内面に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の前記分極用溝及び前記第一の溝が形成された面とは反対側の面に前記第二の電極を形成する工程と、前記分極用電極と前記第二の電極の間で前記圧電体基板の分極処理を行う工程と、前記分極処理後に前記分極用溝を拡張して第二の溝を形成する工程と、前記第二の溝の内面に前記第一の電極を形成する工程と、を含む請求項14に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   Alternately forming polarization grooves and first grooves on one surface of the piezoelectric substrate made of the piezoelectric material, forming polarization electrodes on the inner surfaces of the polarization grooves, and the first Forming the second electrode on the inner surface of the groove, and forming the second electrode on a surface of the piezoelectric substrate opposite to the surface on which the polarization groove and the first groove are formed. Performing a polarization process on the piezoelectric substrate between the polarization electrode and the second electrode, expanding the polarization groove after the polarization process, and forming a second groove And a step of forming the first electrode on an inner surface of the second groove. 前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に第三の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の他方の面に前記第三の電極の長手方向と垂直な方向の幅が前記第三の電極よりも狭い第四の電極を形成する工程と、前記第三の電極と前記第四の電極の間に電圧を印加して分極処理を行う工程と、前記圧電体基板の前記第四の電極側を削除する工程と、前記圧電体基板の前記第三の電極側の面に複数の溝を形成する工程と、前記溝の内面に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の削除された面に前記第一の電極を形成する工程と、を含む請求項14に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   Forming a third electrode on one surface of the piezoelectric substrate made of the piezoelectric material, and having a width in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the third electrode on the other surface of the piezoelectric substrate; Forming a fourth electrode narrower than the third electrode; applying a voltage between the third electrode and the fourth electrode to perform polarization; and Removing the four electrode sides, forming a plurality of grooves on the third electrode side surface of the piezoelectric substrate, forming the second electrode on the inner surface of the grooves, The method of manufacturing a liquid ejection head according to claim 14, further comprising: forming the first electrode on the surface of the piezoelectric substrate that has been deleted. 前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に第一の溝と第二の溝とを交互に形成する工程と、前記第一の溝の内面に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の前記第一の溝及び前記第二の溝が形成された面とは反対側の面に前記第二の電極を形成する工程と、前記第二の溝の断面中心位置に棒状の第四の電極を設置する工程と、前記第二の溝内にシリコンオイルを満たす工程と、前記第四の電極と前記第二の電極の間で前記圧電体基板の分極処理を行う工程と、前記第二の溝内の前記シリコンオイルを除去する工程と、前記第二の溝の内面に前記第一の電極を形成する工程と、を含む請求項14に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   Forming a first groove and a second groove alternately on one surface of a piezoelectric substrate made of the piezoelectric material; and forming the second electrode on an inner surface of the first groove. And forming the second electrode on a surface of the piezoelectric substrate opposite to the surface on which the first groove and the second groove are formed, and a cross-sectional center position of the second groove A step of installing a rod-like fourth electrode on the substrate, a step of filling the second groove with silicon oil, and a polarization treatment of the piezoelectric substrate between the fourth electrode and the second electrode The liquid ejection head according to claim 14, comprising: a step; a step of removing the silicon oil in the second groove; and a step of forming the first electrode on an inner surface of the second groove. Production method. 前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に第一の溝と第二の溝を交互に形成する工程と、前記第一の溝の内面に前記第一の電極を形成する工程と、前記第二の溝の内面に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の前記第一の溝及び前記第二の溝が形成された面とは反対側の面に前記第二の電極を形成する工程と、前記第一の電極と前記第二の電極の間で前記圧電体基板の分極処理を行う工程と、前記第二の溝から前記第二の電極を除去する工程と、前記第二の溝に前記第一の電極の長手方向と垂直な方向の幅が前記第一の電極よりも狭い前記第二の電極を形成する工程と、を含む請求項14に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   A step of alternately forming a first groove and a second groove on one surface of a piezoelectric substrate formed of the piezoelectric material, and a step of forming the first electrode on the inner surface of the first groove; Forming the second electrode on the inner surface of the second groove, and forming the second electrode on a surface of the piezoelectric substrate opposite to the surface on which the first groove and the second groove are formed. Forming a second electrode, performing a polarization treatment of the piezoelectric substrate between the first electrode and the second electrode, and removing the second electrode from the second groove And forming the second electrode in the second groove with a width in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first electrode that is narrower than that of the first electrode. Manufacturing method of liquid discharge head. 前記圧電材料で形成された圧電体基板の一方の面に分極用溝と第一の溝を交互に形成する工程と、前記分極用溝の内面に分極用電極を形成する工程と、前記第一の溝の内面に第三の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の前記分極用溝及び前記第一の溝が形成された面とは反対側の面に前記第三の電極を形成する工程と、前記分極用電極と前記第三の電極の間で前記圧電体基板の分極処理を行う工程と、前記分極処理後に前記分極用溝を拡張して第二の溝を形成する工程と、すべての電極を除去する工程と、前記第二の溝の内面に前記第一の電極を形成する工程と、前記圧電体基板の溝の開口部側に非圧電材料で形成された非圧電基材を接合する工程と、第一の溝を削除する工程と、離れ離れになった各圧電材料の外壁に前記第二の電極を形成する工程と、を含む請求項14に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   Alternately forming polarization grooves and first grooves on one surface of the piezoelectric substrate made of the piezoelectric material, forming polarization electrodes on the inner surfaces of the polarization grooves, and the first Forming a third electrode on the inner surface of the groove, and forming the third electrode on a surface of the piezoelectric substrate opposite to the surface on which the polarization groove and the first groove are formed. A step of performing a polarization treatment of the piezoelectric substrate between the polarization electrode and the third electrode, and a step of expanding the polarization groove after the polarization treatment to form a second groove, A step of removing all electrodes, a step of forming the first electrode on the inner surface of the second groove, and a non-piezoelectric base material formed of a non-piezoelectric material on the opening side of the groove of the piezoelectric substrate Bonding the first electrode, removing the first groove, and attaching the second electrode to the outer wall of each piezoelectric material separated Method for manufacturing a liquid discharge head according to claim 14 comprising the steps of forming a. 前記圧電材料で形成された前記圧電体の外壁に前記第二の電極を形成する工程と、前記圧力室の中央位置に平板状の第四の電極を設置する工程と、前記圧力室をシリコンオイルで満たす工程と、第一の電極と第四の電極の間に電圧をかけて分極処理を行う工程と、前記圧力室内のシリコンオイルと第四の電極を除去する工程と、前記圧力室の内壁に前記第一の電極を形成する工程と、を含む請求項14に記載の液体吐出ヘッドの製造方法。   Forming the second electrode on an outer wall of the piezoelectric body made of the piezoelectric material, installing a flat fourth electrode at a central position of the pressure chamber, and forming the pressure chamber with silicon oil Filling, a step of applying a voltage between the first electrode and the fourth electrode to perform a polarization treatment, a step of removing the silicon oil and the fourth electrode in the pressure chamber, and an inner wall of the pressure chamber The method of manufacturing a liquid discharge head according to claim 14, further comprising: forming the first electrode.
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