JP2017118071A - Piezoelectric device and liquid injection head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電素子を有する圧電デバイス及び圧電デバイスを具備する液体噴射ヘッドに関する。 The present invention relates to a piezoelectric device having a piezoelectric element and a liquid ejecting head including the piezoelectric device.
液滴を吐出する液体噴射ヘッドの代表例としては、インク滴を吐出するインクジェット式記録ヘッドが挙げられる。このインクジェット式記録ヘッドとしては、例えばノズル開口に連通する圧力発生室が形成された流路形成基板と、この流路形成基板の一方面側に設けられた圧電素子である圧電アクチュエーターと、を具備し、圧電アクチュエーターによって圧力発生室内のインクに圧力変化を生じさせることで、ノズル開口からインク滴を噴射するものが知られている。 A typical example of a liquid ejecting head that ejects droplets is an ink jet recording head that ejects ink droplets. The ink jet recording head includes, for example, a flow path forming substrate in which a pressure generating chamber communicating with a nozzle opening is formed, and a piezoelectric actuator that is a piezoelectric element provided on one surface side of the flow path forming substrate. In addition, there is known a technique in which an ink droplet is ejected from a nozzle opening by causing a pressure change in ink in a pressure generating chamber by a piezoelectric actuator.
そして、圧電アクチュエーターは、能動部毎に個別に設けられた個別電極と、複数の能動部に共通して設けられた共通電極とを具備し、個別電極に駆動信号を供給すると共に、共通電極にバイアス電圧(vbs)を供給して、能動部に駆動を行わせている(例えば、特許文献1参照)。 The piezoelectric actuator includes an individual electrode provided individually for each active part and a common electrode provided in common to a plurality of active parts, and supplies a drive signal to the individual electrode, A bias voltage (vbs) is supplied to drive the active part (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、圧電素子を駆動する駆動信号の種類を増やしたいという要望があるものの、能動部の個別電極に供給する駆動信号の種類を増やすには、専用の駆動回路等が必要になり、高コストになってしまうという問題がある。 However, although there is a desire to increase the types of drive signals for driving the piezoelectric elements, a dedicated drive circuit or the like is required to increase the types of drive signals supplied to the individual electrodes of the active part, resulting in high costs. There is a problem of becoming.
また、共通電極に印加されるバイアス電圧を変化させることでも、能動部に印加される駆動信号の種類を増やすことができるものの、複数の電源を用意しなくてはならず、高コストになってしまうという問題がある。 Also, by changing the bias voltage applied to the common electrode, the number of types of drive signals applied to the active part can be increased, but a plurality of power supplies must be prepared, resulting in high cost. There is a problem of end.
なお、このような問題は、インクジェット式記録ヘッドに代表される液体噴射ヘッドに限定されず、その他の圧電デバイスにおいても同様に存在する。 Such a problem is not limited to a liquid jet head typified by an ink jet recording head, and similarly exists in other piezoelectric devices.
本発明はこのような事情に鑑み、圧電素子を駆動する駆動波形の種類を増やすことができると共にコストを低減することができる圧電デバイス及び液体噴射ヘッドを提供することを目的とする。 In view of such circumstances, it is an object of the present invention to provide a piezoelectric device and a liquid ejecting head that can increase the types of driving waveforms for driving a piezoelectric element and can reduce the cost.
上記課題を解決する本発明の態様は、基板上に設けられて第1電極、圧電体層及び第2電極を有する圧電素子と、前記圧電素子を駆動する駆動信号を供給する駆動素子と、を具備し、前記圧電素子は、前記第1電極と前記第2電極とで挟まれた能動部を複数有し、前記第1電極及び前記第2電極の何れか一方は、前記能動部毎に設けられた個別電極を構成し、前記第1電極及び前記第2電極の何れか他方は、複数の前記能動部に亘って共通する共通電極を構成し、前記駆動素子は、前記共通電極に電気的に接続されて当該共通電極に電圧を印加可能であることを特徴とする圧電デバイスにある。
かかる態様では、駆動素子から共通電極に電圧を印加することで、個別電極に供給する駆動信号を増やすことなく、また、共通電極に供給する電源等を増やすことなく、駆動素子から能動部に複数種類の駆動信号を供給することが可能となる。
An aspect of the present invention that solves the above problems includes a piezoelectric element that is provided on a substrate and includes a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode, and a driving element that supplies a driving signal for driving the piezoelectric element. And the piezoelectric element has a plurality of active portions sandwiched between the first electrode and the second electrode, and one of the first electrode and the second electrode is provided for each active portion. And the other one of the first electrode and the second electrode constitutes a common electrode common to the plurality of active portions, and the driving element is electrically connected to the common electrode. The piezoelectric device is characterized in that a voltage can be applied to the common electrode.
In such an aspect, by applying a voltage from the drive element to the common electrode, a plurality of drive signals from the drive element to the active part can be provided without increasing the drive signal supplied to the individual electrodes and without increasing the power supply supplied to the common electrode. It is possible to supply different types of drive signals.
ここで、前記駆動素子は、複数の前記個別電極にそれぞれ駆動信号線を介して電気的に接続され、前記駆動素子は、前記駆動信号線を介して前記共通電極と電気的に接続されていることが好ましい。これによれば、駆動回路から駆動信号線を介して共通電極に電圧を印加することができる。 Here, the drive element is electrically connected to each of the plurality of individual electrodes via a drive signal line, and the drive element is electrically connected to the common electrode via the drive signal line. It is preferable. According to this, a voltage can be applied to the common electrode from the drive circuit via the drive signal line.
また、前記基板上において、前記個別電極のうちの少なくとも1つと前記共通電極とが電気的に接続されていることが好ましい。これによれば、駆動素子から個別電極を介して共通電極に電圧を印加することができる。 Moreover, it is preferable that at least one of the individual electrodes and the common electrode are electrically connected on the substrate. According to this, a voltage can be applied to a common electrode from a drive element via an individual electrode.
また、前記駆動素子は、配線基板上に実装され、前記配線基板には、前記駆動信号線と、前記共通電極に電気的に接続される電源線とが設けられており、前記配線基板上において、前記駆動信号線の少なくとも1つと、前記電源線とが電気的に接続されていることが好ましい。これによれば、駆動素子から電源線を介して共通電極に電圧を印加することができる。 The drive element is mounted on a wiring board, and the wiring board is provided with the drive signal line and a power line electrically connected to the common electrode. Preferably, at least one of the drive signal lines and the power supply line are electrically connected. According to this, a voltage can be applied to the common electrode from the drive element via the power supply line.
さらに、本発明の他の態様は、上記態様の前記圧電デバイスを具備することを特徴とする液体噴射ヘッドにある。
かかる態様では、コストを低減して、能動部を駆動する駆動信号を複数から選択できることで、印刷品質を向上することができる。
According to another aspect of the invention, there is provided a liquid ejecting head including the piezoelectric device according to the above aspect.
In this aspect, the print quality can be improved by reducing the cost and selecting a plurality of drive signals for driving the active portion.
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る液体噴射ヘッドであるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図2は、記録ヘッドの流路形成基板の要部平面図であり、図3は、図2のA−A′線断面図であり、図4は、図2のB−B′線断面図であり、図5は、フレキシブルケーブルの平面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view of an ink jet recording head that is a liquid ejecting head according to
図示するように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッド1(以下、単に記録ヘッド1とも言う)を構成する本実施形態の基板である流路形成基板10には、一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁11によって区画された圧力発生室12がインクを吐出する複数のノズル開口21が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室12の並設方向、又は第1の方向Xと称する。また、流路形成基板10には、圧力発生室12が第1の方向Xに並設された列が複数列、本実施形態では、2列設けられている。この圧力発生室12の列が複数列設された列設方向を、以降、第2の方向Yと称する。さらに、第1の方向X及び第2の方向Yの両方に直交する方向を第3の方向Zと称し、詳しくは後述するケース部材40側をZ1側、ノズルプレート20側をZ2側と称する。なお、第1の方向X、第2の方向Y及び第3の方向Zは、互いにそれぞれ直交する方向としたが、特にこれに限定されず、直交以外の角度で交差する方向であってもよい。
As shown in the drawing, the flow
このような流路形成基板10のZ2側の面側には、連通板15と、ノズルプレート20とが順次積層されている。
A
連通板15には、圧力発生室12とノズル開口21とを連通するノズル連通路16が設けられている。連通板15は、流路形成基板10よりも大きな面積を有し、ノズルプレート20は流路形成基板10よりも小さい面積を有する。このように連通板15を設けることによってノズルプレート20のノズル開口21と圧力発生室12とを離せるため、圧力発生室12の中にあるインクは、ノズル開口21付近のインクで生じるインク中の水分の蒸発による増粘の影響を受け難くなる。また、ノズルプレート20は圧力発生室12とノズル開口21とを連通するノズル連通路16の開口を覆うだけで良いので、ノズルプレート20の面積を比較的小さくすることができ、コストの削減を図ることができる。なお、本実施形態では、ノズルプレート20のノズル開口21が開口されて、インク滴が吐出される面を液体噴射面20aと称する。
The
また、連通板15には、マニホールド100の一部を構成する第1マニホールド部17と、第2マニホールド部18とが設けられている。
第1マニホールド部17は、連通板15を第3の方向Zに貫通して設けられている。
The
The
また、第2マニホールド部18は、連通板15を第3の方向Zに貫通することなく、連通板15のノズルプレート20側に開口して設けられている。
Further, the
さらに、連通板15には、圧力発生室12の第2の方向Yの一端部に連通する供給連通路19が、圧力発生室12の各々に対して独立して設けられている。この供給連通路19は、第2マニホールド部18と圧力発生室12とを連通する。すなわち、供給連通路19は、マニホールド100に対して、第1の方向Xに並設されている。
Further, the
ノズルプレート20には、各圧力発生室12とノズル連通路16を介して連通するノズル開口21が形成されている。すなわち、ノズル開口21は、同じ種類の液体(インク)を噴射するものが第1の方向Xに並設され、この第1の方向Xに並設されたノズル開口21の列が第2の方向Yに2列形成されている。
In the
一方、流路形成基板10のZ1側の面側には、振動板50が形成されている。本実施形態では、振動板50として、流路形成基板10側に設けられた酸化シリコンからなる弾性膜51と、弾性膜51上に設けられた酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜52と、を設けるようにした。なお、圧力発生室12等の液体流路は、流路形成基板10を一方面側(ノズルプレート20が接合された面側)から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室12の他方面は、弾性膜51によって画成されている。
On the other hand, a
また、流路形成基板10の振動板50上には、第1電極60と圧電体層70と第2電極80とが成膜及びリソグラフィー法によって積層されて圧電アクチュエーター300を構成している。本実施形態では、圧電アクチュエーター300が圧力発生室12内のインクに圧力変化を生じさせる圧力発生手段となっている。ここで、圧電アクチュエーター300は、圧電素子300ともいい、第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を含む部分をいう。また、第1電極60と第2電極80との間に電圧を印加した際に、圧電体層70に圧電歪みが生じる部分を能動部310と称する。本実施形態では、詳しくは後述するが、圧力発生室12毎に能動部310が形成されている。つまり、流路形成基板10上には複数の能動部310が形成されていることになる。そして、一般的には、能動部310の何れか一方の電極を複数の能動部310に共通する共通電極とし、他方の電極を能動部310毎に独立する個別電極として構成する。本実施形態では、第1電極60を個別電極とし、第2電極80を共通電極としているが、これを逆にしてもよい。なお、上述した例では、振動板50及び第1電極60が振動板として作用するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、振動板50を設けずに、第1電極60のみが振動板として作用するようにしてもよい。また、圧電アクチュエーター300自体が実質的に振動板を兼ねるようにしてもよい。
In addition, the
ここで、本実施形態の圧電アクチュエーター300についてさらに詳しく説明する。圧電アクチュエーター300を構成する第1電極60は、圧力発生室12毎に切り分けてあり、圧電アクチュエーター300の実質的な駆動部である能動部310毎に独立する個別電極を構成する。この第1電極60は、圧力発生室12の第2の方向Yにおいては、圧力発生室12の幅よりも狭い幅で形成されている。すなわち、圧力発生室12の第1の方向Xにおいて、第1電極60の端部は、圧力発生室12に対抗する領域の内側に位置している。また、第2の方向Yにおいて、第1電極60の両端部は、それぞれ圧力発生室12の外側まで延設されている。
Here, the
圧電体層70は、第2の方向Yが所定の幅となるように、第1の方向Xに亘って連続して設けられている。圧電体層70の第2の方向Yの幅は、圧力発生室12の第2の方向Yの長さよりも広い。このため、圧力発生室12の第2の方向Yでは、圧電体層70は圧力発生室12の外側まで設けられている。
The
圧力発生室12の第2の方向Yにおいて、圧電体層70のインク供給路側の端部は、第1電極60の端部よりも外側に位置している。すなわち、第1電極60の端部は圧電体層70によって覆われている。また、圧電体層70のノズル開口21側の端部は、第1電極60の端部よりも内側(圧力発生室12側)に位置しており、第1電極60のノズル開口21側の端部は、圧電体層70に覆われていない。
In the second direction Y of the
圧電体層70は、第1電極60上に形成される分極構造を有する酸化物の圧電材料からなり、例えば、一般式ABO3で示されるペロブスカイト型酸化物からなることができ、鉛を含む鉛系圧電材料や鉛を含まない非鉛系圧電材料などを用いることができる。
The
このような圧電体層70には、各隔壁に対応する凹部71が形成されている。この凹部71の第1の方向Xの幅は、各隔壁の第1の方向の幅と略同一、もしくはそれよりも広くなっている。これにより、振動板50の圧力発生室12の第2の方向Yの端部に対抗する部分(いわゆる振動板50の腕部)の剛性が押さえられるため、圧電アクチュエーター300を良好に変位させることができる。
In such a
第2電極80は、圧電体層70の第1電極60とは反対面側に設けられており、複数の能動部310に共通する共通電極を構成する。また、第2電極80は、凹部71の内面、すなわち、圧電体層70の凹部71の側面内に設けるようにしても良く、設けないようにしてもよい。
The
ここで、図4に示すように、圧力発生室12のうち、第1の方向Xの両端部に設けられた1以上の圧力発生室12は、実際にはインク滴の吐出に用いられないダミー圧力発生室12Bとなっている。すなわち、圧力発生室12は、インク滴の吐出に用いられる圧力発生室12Aと、圧力発生室12Aの並設方向の両端部側に設けられたインク滴の吐出に用いられないダミー圧力発生室12Bとに分けられる。本実施形態では、ダミー圧力発生室12Bを第1の方向Xの両端部のそれぞれに2つずつ、合計4個設けるようにした。このようなダミー圧力発生室12Bに対応する領域には、能動部310と同様に第1電極60、圧電体層70及び第2電極80を有するが、能動部310として機能しない非能動部320が設けられている。すなわち、非能動部320は、第1の方向Xに並設された能動部310の両端部側にそれぞれ2つずつ、合計4個設けられている。
Here, as shown in FIG. 4, among the
非能動部320は、第1電極60と、圧電体層70と、第2電極80とを有する。第1電極60は、能動部310の第1電極60と同様に圧力発生室12毎に独立して設けられている。また、圧電体層70は、能動部310から連続して形成されたものであり、能動部310と同様に、能動部310との間及び非能動部320の間には凹部71が設けられている。さらに、第2電極80は、能動部310から連続して設けられている。そして、非能動部320の圧電体層70には、第3の方向Zに貫通した接続孔72が設けられている。この非能動部320の接続孔72によって、第2電極80は接続孔72内で第1電極60と電気的に接続されている。つまり、非能動部320では、第1電極60と第2電極80とが電気的に短絡した状態となっている。これにより、非能動部320においては、第1電極60に電位を加えると、第2電極80に電位が加わるようになっている。
The
また、圧電アクチュエーター300の第1電極60からは、引き出し配線である個別配線91が引き出されている。また、第2電極80からは、引き出し配線である共通配線92が引き出されている。さらに、個別配線91及び共通配線92の圧電アクチュエーター300に接続された端部とは反対側の延設された端部には、フレキシブルケーブル120が接続されている。
Further, an
フレキシブルケーブル120は、可撓性を有する配線基板であって、本実施形態では、駆動素子である駆動回路121が実装されている。このようなフレキシブルケーブル120は、図5に示すように、個別配線91に接続される駆動信号線122と、共通配線92に接続される電源線123とが設けられている。また、フレキシブルケーブル120には、駆動回路121に一端が接続され、駆動信号線122とは反対側の端部まで延設された入力配線124が設けられている。入力配線124は、例えば、駆動信号(COM)、クロック信号(CLK)、ラッチ信号(LAT)、チェンジ信号(CH)、画素データ(SI)、設定データ(SP)などを含む設定信号等のヘッド制御信号を駆動回路121に供給するためのものである。駆動回路121の内部には、例えば、圧電アクチュエーター300毎にトランスミッションゲート等のスイッチング素子などが設けられており、入力配線124によって入力されたヘッド制御信号に基づいて、スイッチング素子を開閉させて、所望のタイミングで駆動信号を生成する。そして、駆動回路121によって生成された駆動信号は、駆動信号線122及び個別配線91を介して圧電アクチュエーター300の第1電極60に供給される。なお、本実施形態では、入力配線124を介して駆動回路121に供給されるヘッド制御信号には、非能動部320に供給する電源を制御して、共通電極である第2電極80に供給するバイアス電圧(vbs)を変更して生成する駆動信号を調整する制御信号も含まれる。
The
また、フレキシブルケーブル120に設けられた電源線123は、駆動回路121に接続されることなく、フレキシブルケーブル120の入力配線124が設けられた一端部から駆動信号線122が設けられた他端部に亘って連続して設けられている。このような電源線123から共通配線92を介して第2電極80にバイアス電圧(vbs)が印加される。
Further, the
そして、本実施形態では、第1電極60と第2電極80とが短絡した非能動部320を設けたため、非能動部320の第1電極60に接続された駆動信号線122は、第2電極80と電気的に接続されている。すなわち、図5に示すように、駆動回路121の駆動信号線122のうち、駆動信号線122Aが能動部310に電気的に接続され、駆動信号線122Bが非能動部320を介して第2電極80と電気的に接続されている。
In this embodiment, since the
このため第2電極80には、電源線123から供給された第1のバイアス電圧と、駆動回路121から駆動信号線122B及び非能動部320から供給された第2のバイアス電圧と、が供給される。この第2のバイアス電圧は、入力配線124を介して供給された制御信号に基づいて、駆動回路121によって選択的に供給される。すなわち、本実施形態では、圧電アクチュエーター300の能動部310の列に対して4つの非能動部320を設けたため、4つの非能動部320に選択的に電圧を供給することで、第2のバイアス電圧の電圧値を可変することができる。つまり、第2電極80には、第1のバイアス電圧と、4つの非能動部320のうち0個〜4個に選択的に電圧を供給した5種類の電圧の異なる第2のバイアス電圧とを選択的に印加することができる。したがって、5種類の異なるバイアス電圧を第2電極80に供給することができる。
Therefore, the
なお、駆動回路121からの第2バイアス電圧の供給方法としては、例えば、入力配線124から駆動回路121に供給される駆動信号(COM)として、インク滴を吐出するための吐出用駆動信号と第2のバイアス電圧用のバイアス電圧用駆動信号とを供給して、駆動回路121に入力配線124を介してクロック信号(CLK)、ラッチ信号(LAT)、チェンジ信号(CH)、画素データ(SI)、設定データ(SP)等に基づいて4つの非能動部320への電圧の供給を選択的に行わせるようにすればよい。これにより、特殊な駆動回路121を用いることなく、従来の記録ヘッド1に用いられる駆動回路121を用いて非能動部320に選択的に電圧を印加することができるため、コストを低減することができる。もちろん、駆動回路121からの第2バイアス電圧の供給方法は特にこれに限定されず、例えば、第2のバイアス電圧として、駆動回路121に供給されて駆動回路121を駆動するための電源を4つの非能動部320に選択的に供給するようにしてもよい。
As a method for supplying the second bias voltage from the
このように第2電極80に供給するバイアス電圧を変更することによって、電源線123を介して供給する電源を複数種類用いることなく、駆動回路121によって実質的に2以上の複数種類の駆動信号を生成することができる。
In this way, by changing the bias voltage supplied to the
ここで、駆動回路によって生成される駆動信号を示す駆動波形について、図6を参照して説明する。なお、図6は、駆動信号を示す駆動波形である。 Here, a drive waveform indicating a drive signal generated by the drive circuit will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a drive waveform indicating a drive signal.
図6に示す駆動波形は、ノズル開口21からインク滴を吐出させる波形であり、個別電極である第1電極60に印加される駆動波形は、基準電位V0から第1電位V1まで印加して圧力発生室12を膨張させる膨張要素P1と、膨張状態を一定時間維持する膨張維持要素P2と、第1電位V1から第2電位V2まで印加して圧力発生室12を収縮させる収縮要素P3と、収縮状態を一定時間維持する収縮維持要素P4と、第2電位V2の収縮状態から基準電位V0の基準容積まで圧力発生室12を復帰させる膨張復帰要素P5と、を具備する。このようなP1〜P5が一定の周期で繰り返されている。
Driving waveform shown in FIG. 6 is a waveform for ejecting the ink droplets from the
また、共通電極である第2電極80に印加される駆動波形は、第1のバイアス電圧をバイアス電圧vbs1としてP1〜P5の周期に亘って印加する波形である。このようなバイアス電圧vbs1に対して、さらに第2のバイアス電圧を加えることで、第2電極80には、第1バイアス電圧と第2バイアス電圧との両方がバイアス電圧vbs2として印加される。
The driving waveforms applied to the
このように共通電極である第2電極80に印加するバイアス電圧vbs1、バイアス電圧vbs2に適宜変更することで、個別電極である第1電極60に供給する駆動信号を変更することなく、能動部310に印加される駆動信号を変更することができる。
Thus, by appropriately changing to the bias voltage vbs 1 and the bias voltage vbs 2 applied to the
すなわち、図7に示すように、電圧と電界誘起歪(変位量)との関係を示すバタフライカーブにおいて、能動部310の圧電体層70にΔVを印加する場合、第2電極80に印加するバイアス電圧をvbs1からvbs2に変更することによって、バタフライカーブの使用する部分を異ならせて、能動部310の変位量をd1からd2に変更することができる。図7に示す例では、バイアス電圧vbs1を印加した場合の変位量d1に比べて、バイアス電圧vbs2を印加した場合の変位量d2の方が大きな変位量となり、吐出特性を向上することができる。もちろん、特にこれに限定されず、例えば、バイアス電圧vbs2を印加した場合の変位量d2の方が、変位量d1に比べて小さい変位量であってもよい。これは、例えば、バイアス電圧vbs1、vbs2の値や、第1電極60に印加する基準電位V0、V1、V2等によって、バイアス電圧vbs1を印加した際に用いるバタフライカーブの部分と、バイアス電圧vbs2を印加した際に用いるバタフライカーブの部分とがどこになるかによって決定されるものである。
That is, as shown in FIG. 7, in the butterfly curve showing the relationship between the voltage and the electric field induced strain (displacement amount), when ΔV is applied to the
なお、図7では、バイアス電圧vbs1をバイアス電圧vbs2に変更した2種類の変位量d1、d2について例示したが、本実施形態では、4つの非能動部320によって5種類の異なるバイアス電圧を第2電極80に印加することができるため、バイアス電圧の種類に応じて、能動部310の変位量も異なる5種類とすることができる。
In FIG. 7, the
このように、駆動回路121を介して第2電極80に印加するバイアス電圧を変更することができるため、異なる駆動信号を能動部310に印加することができ、吐出特性の異なる複数種類のインク滴を吐出させることが可能となる。したがって、印刷時におけるドット選択性が増えることで、印刷物の粒状性、階調性、発色性を向上することができる。また、駆動回路121を介して第2電極80に印加するバイアス電圧を変更して、異なる駆動信号を能動部310に印加することができるため、電源線123を介して供給する第1のバイアス電圧として複数の電源装置や可変電源を必要とすることなく、また、複数の異なる駆動信号を入力配線124で駆動回路121に供給することや、駆動回路121で複数の異なる駆動信号を複雑に選択させる必要もなく、コストを低減することができる。
Thus, since the bias voltage applied to the
このような流路形成基板10のZ1側の面側には、流路形成基板10と略同じ大きさを有する保護基板30が接合されている。保護基板30は、圧電アクチュエーター300を保護するための空間である保持部31を有する。保持部31は、第1の方向Xに並設された圧電アクチュエーター300の列の間に第2の方向Yに2つ並んで形成されている。また、保護基板30には、第2の方向Yで並設された2つの保持部31の間に第3の方向Zに貫通する貫通孔32が設けられている。圧電アクチュエーター300の電極から引き出された個別配線及び共通配線92の端部は、この貫通孔32内に露出するように延設され、個別配線91及び共通配線92とフレキシブルケーブル120の駆動信号線122、及び電源線123とは、貫通孔32内で電気的に接続されている。なお、個別配線91及び共通配線92と、フレキシブルケーブル120の駆動信号線122及び電源線123との接続方法は、特に限定されず、例えば、ハンダ付けやろう付けなどのろう接や、共晶接合、溶接、導電性粒子を含む導電性接着剤(ACP、ACF)、非導電性接着剤(NCP、NCF)等が挙げられる。
A
また、保護基板30上には、複数の圧力発生室12に連通するマニホールド100を流路形成基板10と共に画成するケース部材40が固定されている。ケース部材40は、平面視において上述した連通板15と略同一形状を有し、保護基板30に接合されると共に、上述した連通板15にも接合されている。具体的には、ケース部材40は、保護基板30側に流路形成基板10及び保護基板30が収容される深さの凹部41を有する。この凹部41は、保護基板30の流路形成基板10に接合された面よりも広い開口面積を有する。そして、凹部41に流路形成基板10等が収容された状態で凹部41のノズルプレート20側の開口面が連通板15によって封止されている。これにより、流路形成基板10の外周部には、ケース部材40と流路形成基板10とによって第3マニホールド部42が画成されている。そして、連通板15に設けられた第1マニホールド部17及び第2マニホールド部18と、ケース部材40と流路形成基板10とによって画成された第3マニホールド部42と、によって本実施形態のマニホールド100が構成されている。マニホールド100は、圧力発生室12の並設方向である第1の方向Xに亘って連続して設けられており、各圧力発生室12とマニホールド100とを連通する供給連通路19は、第1の方向Xに並設されている。
On the
また、連通板15の第1マニホールド部17及び第2マニホールド部18が開口するZ2側の面には、コンプライアンス基板45が設けられている。このコンプライアンス基板45が、第1マニホールド部17と第2マニホールド部18の液体噴射面20a側の開口を封止している。このようなコンプライアンス基板45は、本実施形態では、可撓性を有する薄膜からなる封止膜46と、金属等の硬質の材料からなる固定基板47と、を具備する。固定基板47のマニホールド100に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部48となっているため、マニホールド100の一方面は可撓性を有する封止膜46のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部49となっている。
A
なお、ケース部材40には、マニホールド100に連通して各マニホールド100にインクを供給するための導入路44が設けられている。また、ケース部材40には、保護基板30の貫通孔32に連通してフレキシブルケーブル120が挿通される接続口43が設けられている。
The
このような記録ヘッド1では、インクを噴射する際に、インクを導入路44から取り込み、マニホールド100からノズル開口21に至るまで流路内部をインクで満たす。その後、駆動回路121からの信号に従い、圧力発生室12(12A)に対応する各能動部310に電圧を印加することにより、能動部310と共に振動板50をたわみ変形させる。これにより、圧力発生室12(12A)内の圧力が高まり所定のノズル開口21からインク滴が噴射される。
In such a
(実施形態2)
図8は、本発明の実施形態2に係る記録ヘッドの要部断面図である。なお、上述した実施形態と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part of a recording head according to
図8に示すように、本実施形態のダミー圧力発生室12Bに対応する領域に設けられた非能動部320は、圧電体層70が設けられていない。すなわち、ダミー圧力発生室12Bに対応する領域には、第1電極60と第2電極80とが設けられており、第1電極60と第2電極80とが電気的に接続されている。このような構成であっても、駆動回路121に接続された駆動信号線122Bを、非能動部320を介して第2電極80と電気的に接続することができる。
As shown in FIG. 8, the
(実施形態3)
図9は、本発明の実施形態3に係る駆動配線の平面図である。なお、上述した実施形態1と同様の部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a plan view of the drive wiring according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member similar to
図9に示すように、本実施形態のフレキシブルケーブル120には、駆動回路121と、駆動回路121に接続された駆動信号線122と、電源線123と、入力配線124とが設けられている。
As shown in FIG. 9, the
複数の駆動信号線122は、能動部310に電気的に接続された駆動信号線122Aと、フレキシブルケーブル120上で電源線123に電気的に接続された駆動信号線122Bとに分けられる。
The plurality of
すなわち、特に図示していないが、流路形成基板10上には、非能動部320が形成されておらず、能動部310のみが形成されており、駆動信号線122Bは、上述した実施形態1及び2のように流路形成基板10上において第2電極80と接続されることなく、フレキシブルケーブル120上で電源線123と電気的に接続されている。このように、駆動信号線122Bをフレキシブルケーブル120上で電源線123と電気的に接続しても、電源線123は、複数の能動部310の共通電極である第2電極80に電気的に接続されているため、駆動回路121からの第2のバイアス電圧は、駆動信号線122B及び電源線123を介して第2電極80に供給することができる。
That is, although not particularly illustrated, the
このような構成では、駆動回路121を介して第2電極80に印加するバイアス電圧を変更することができるため、異なる駆動信号を能動部310に印加することができ、吐出特性の異なる複数種類のインク滴を吐出させることが可能となる。したがって、印刷時におけるドット選択性が増えることで、印刷物の粒状性、階調性、発色性を向上することができる。また、駆動回路121を介して第2電極80に印加するバイアス電圧を変更して、異なる駆動信号を能動部310に印加することができるため、電源線123を介して供給する第1のバイアス電圧として複数の電源装置や可変電源を必要とすることなく、また、複数の異なる駆動信号を入力配線124で駆動回路121に供給することや、駆動回路121で複数の異なる駆動信号を複雑に選択させる必要もなく、コストを低減することができる。特に、本実施形態では、フレキシブルケーブル120を変更するだけで、駆動回路121を介して第2電極80に印加するバイアス電圧を変更することができるため、流路形成基板10の能動部310に非能動部320を形成する必要がなく、従来の能動部310が形成された流路形成基板10を用いることができる。したがって、流路形成基板10や圧電アクチュエーター300の製造工程やマスクパターン等を変更する必要がなく、コストを低減することができる。
In such a configuration, since the bias voltage applied to the
(他の実施形態)
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
(Other embodiments)
As mentioned above, although each embodiment of this invention was described, the fundamental structure of this invention is not limited to what was mentioned above.
例えば、上述した実施形態1及び2では、非能動部320をダミー圧力発生室12Bに対応する領域に設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、ダミー圧力発生室12Bを設けずに、非能動部320を設けるようにしてもよい。ただし、ダミー圧力発生室12Bを設けた方が、圧力発生室12Aの製造時のばらつき、すなわち、並設方向の中央部の圧力発生室12Aと端部の圧力発生室12Aとの形状のばらつきを抑制することができる。
For example, in the first and second embodiments described above, the
また、上述した実施形態1及び2では、非能動部320を4個設け、実施形態3では、駆動信号線122Bを4本設けるようにしたが、非能動部320の数及び駆動信号線122Bの数は、上述したものに限定されず、それぞれ1つであっても2以上の複数であってもよい。
In the first and second embodiments described above, four
さらに、上述した実施形態1及び2では、能動部310と非能動部320との第1の方向Xの幅を同じ大きさとしたが、特にこれに限定されず、非能動部320の第1の方向Xの幅を能動部310に比べて大きくしてもよい。なお、ここで非能動部320の第1の方向Xの幅を大きくするとは、非能動部320の第1の方向Xの幅を能動部310の第1電極60の幅に比べて大きくし、接続孔72の幅も大きくすることを言う。これにより、第1電極60と第2電極80との接触面積を増やして、第2のバイアス電圧を確実に第2電極80に印加することが可能となる。
Furthermore, in
さらに、上述した実施形態1及び2では、非能動部320において第1電極60と第2電極80とを直接、接触するようにしたが、特にこれに限定されず、非能動部320において、第1電極60と第2電極80との間に能動部310の圧電体層70よりも薄い圧電体層70が形成されていてもよい。このように非能動部320において薄く圧電体層70を残しておいたとしても、第1電極60と第2電極80との電気的な接続を行うことができると共に、圧電体層70を残す厚さによって第1電極60から第2電極80に供給する電流量を制御して、第2電極80に印加するバイアス電圧を自由に制御することも可能となる。もちろん、圧電体層70を完全に除去した非能動部320と、圧電体層70を薄く残した非能動部320とを同時に設けるようにしてもよい。
Further, in the first and second embodiments described above, the
また、上述した各実施形態では、駆動回路121をフレキシブルケーブル120に設けるようにしたが、特にこれに限定されず、例えば、駆動回路121を保護基板30に設けるようにしてもよい。このように保護基板30に駆動回路121を設けた場合には、保護基板30が配線基板に相当するため、実施形態3と同様の構成を実現するには、保護基板30上に設けられた配線において、電源線123と駆動信号線122Bとを電気的に接続すればよい。
Moreover, in each embodiment mentioned above, although the
さらに、上述した各実施形態では、圧力発生室12に圧力変化を生じさせる圧電素子として、薄膜型の圧電アクチュエーター300を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターなどを使用することができる。
Further, in each of the above-described embodiments, the piezoelectric element that causes a pressure change in the
このような記録ヘッド1は、インクジェット式記録装置Iに搭載される。図10は、本実施形態のインクジェット式記録装置の一例を示す概略図である。
Such a
図10に示すインクジェット式記録装置Iにおいて、記録ヘッド1は、液体供給手段を構成するカートリッジ2が着脱可能に設けられ、この記録ヘッド1を搭載したキャリッジ3は、装置本体4に取り付けられたキャリッジ軸5に軸方向移動自在に設けられている。
In the ink jet recording apparatus I shown in FIG. 10, the
そして、駆動モーター6の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト7を介してキャリッジ3に伝達されることで、記録ヘッド1を搭載したキャリッジ3はキャリッジ軸5に沿って移動される。一方、装置本体4には搬送手段としての搬送ローラー8が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートSが搬送ローラー8により搬送されるようになっている。なお、記録シートSを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。
Then, the driving force of the driving motor 6 is transmitted to the
また、上述した例では、インクジェット式記録装置Iは、インク供給手段であるカートリッジ2がキャリッジ3に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、例えば、インクタンク等の液体供給手段を装置本体4に固定して、液体供給手段と記録ヘッド1とをチューブ等の供給管を介して接続してもよい。また、液体供給手段がインクジェット式記録装置に搭載されていなくてもよい。
In the above-described example, the ink jet recording apparatus I has a configuration in which the
さらに、上述したインクジェット式記録装置Iでは、記録ヘッド1がキャリッジ3に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、記録ヘッド1が固定されて、紙等の記録シートSを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。
Further, in the above-described ink jet recording apparatus I, the
また、本発明は、広く液体噴射ヘッド全般を対象としたものであり、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種のインクジェット式記録ヘッド等の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ELディスプレイ、FED(電界放出ディスプレイ)等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオchip製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも適用することができる。また、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録装置Iを挙げて説明したが、上述した他の液体噴射ヘッドを用いた液体噴射装置にも用いることが可能である。 In addition, the present invention is intended for a wide range of liquid ejecting heads in general, for example, for manufacturing recording heads such as various ink jet recording heads used in image recording apparatuses such as printers, and color filters such as liquid crystal displays. The present invention can also be applied to a coloring material ejecting head, an organic EL display, an electrode material ejecting head used for forming electrodes such as an FED (field emission display), a bioorganic matter ejecting head used for biochip manufacturing, and the like. Further, although the ink jet recording apparatus I has been described as an example of the liquid ejecting apparatus, the liquid ejecting apparatus using the other liquid ejecting heads described above can also be used.
また、本発明は、広く圧電デバイスを対象としたものであり、記録ヘッド以外の圧電デバイスにも適用することができる。このような圧電デバイスの一例としては、超音波デバイス、モーター、圧力センサー、焦電素子、強誘電体素子などが挙げられる。また、これらの圧電デバイスを利用した完成体、たとえば、上記記録ヘッドを利用した液体等噴射装置、上記超音波デバイスを利用した超音波センサー、上記モーターを駆動源として利用したロボット、上記焦電素子を利用したIRセンサー、強誘電体素子を利用した強誘電体メモリーなども、圧電デバイスに含まれる。 The present invention is widely intended for piezoelectric devices, and can be applied to piezoelectric devices other than recording heads. Examples of such a piezoelectric device include an ultrasonic device, a motor, a pressure sensor, a pyroelectric element, and a ferroelectric element. Further, a completed body using these piezoelectric devices, for example, a liquid ejecting apparatus using the recording head, an ultrasonic sensor using the ultrasonic device, a robot using the motor as a driving source, the pyroelectric element Also included in the piezoelectric device are an IR sensor using a ferroelectric layer and a ferroelectric memory using a ferroelectric element.
I…インクジェット式記録装置(液体噴射装置)、1…インクジェット式記録ヘッド(液体噴射ヘッド)、2…カートリッジ、10…流路形成基板(基板)、11…隔壁、12、12A…圧力発生室、12B…ダミー圧力発生室、20…ノズルプレート、21…ノズル開口、30…保護基板、40…ケース部材、45…コンプライアンス基板、50…振動板、60…第1電極、70…圧電体層、71…凹部、72…接続孔、80…第2電極、91…個別配線、92…共通配線、100…マニホールド、120…フレキシブルケーブル、121…駆動回路、122、122A、122B…駆動信号線、123…電源線、124…入力配線、300…圧電アクチュエーター(圧電素子)、310…能動部、320…非能動部 DESCRIPTION OF SYMBOLS I ... Inkjet recording device (liquid ejecting apparatus), 1 ... Inkjet recording head (liquid ejecting head), 2 ... Cartridge, 10 ... Channel formation substrate (substrate), 11 ... Partition, 12, 12A ... Pressure generating chamber, 12B ... dummy pressure generating chamber, 20 ... nozzle plate, 21 ... nozzle opening, 30 ... protective substrate, 40 ... case member, 45 ... compliance substrate, 50 ... vibration plate, 60 ... first electrode, 70 ... piezoelectric layer, 71 Recess, 72 ... Connection hole, 80 ... Second electrode, 91 ... Individual wiring, 92 ... Common wiring, 100 ... Manifold, 120 ... Flexible cable, 121 ... Drive circuit, 122, 122A, 122B ... Drive signal line, 123 ... Power line, 124 ... input wiring, 300 ... piezoelectric actuator (piezoelectric element), 310 ... active part, 320 ... inactive part
Claims (5)
前記圧電素子を駆動する駆動信号を供給する駆動素子と、を具備し、
前記圧電素子は、前記第1電極と前記第2電極とで挟まれた能動部を複数有し、
前記第1電極及び前記第2電極の何れか一方は、前記能動部毎に設けられた個別電極を構成し、
前記第1電極及び前記第2電極の何れか他方は、複数の前記能動部に亘って共通する共通電極を構成し、
前記駆動素子は、前記共通電極に電気的に接続されて当該共通電極に電圧を印加可能であることを特徴とする圧電デバイス。 A piezoelectric element provided on a substrate and having a first electrode, a piezoelectric layer, and a second electrode;
A drive element for supplying a drive signal for driving the piezoelectric element,
The piezoelectric element has a plurality of active portions sandwiched between the first electrode and the second electrode,
Either one of the first electrode and the second electrode constitutes an individual electrode provided for each active part,
Either one of the first electrode and the second electrode constitutes a common electrode common to the plurality of the active portions,
The piezoelectric element is characterized in that the driving element is electrically connected to the common electrode and can apply a voltage to the common electrode.
前記駆動素子は、前記駆動信号線を介して前記共通電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1記載の圧電デバイス。 The drive element is electrically connected to the plurality of individual electrodes via drive signal lines, respectively.
The piezoelectric device according to claim 1, wherein the drive element is electrically connected to the common electrode via the drive signal line.
前記配線基板には、前記駆動信号線と、前記共通電極に電気的に接続される電源線とが設けられており、
前記配線基板上において、前記駆動信号線の少なくとも1つと、前記電源線とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項2記載の圧電デバイス。 The drive element is mounted on a wiring board,
The wiring board is provided with the drive signal line and a power line electrically connected to the common electrode,
The piezoelectric device according to claim 2, wherein at least one of the drive signal lines and the power supply line are electrically connected on the wiring board.
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