JP2019177559A - Liquid discharge head - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流路ユニットと流路ユニットに積層された圧電アクチュエータと備えた液体吐出ヘッドに関する。 The present invention relates to a liquid discharge head including a flow path unit and a piezoelectric actuator stacked on the flow path unit.
特許文献1の図8には、X方向(第1方向)及びY方向(第2方向)に平行な吐出面を有する流路ユニットと、Z方向(第3方向)において流路ユニットに積層された圧電アクチュエータと、を備えた液体吐出ヘッドが示されている。圧電アクチュエータは、Z方向において流路ユニットの圧力室と重なる第1活性部と、X方向において互いに離隔した2つの第2活性部と、を備えている。特許文献1の図8では、圧力室、第1活性部及び2つの第2活性部を通るX方向及びZ方向に沿った断面において、2つの第2活性部のX方向の離隔距離は、圧力室のX方向の長さと同じである。 In FIG. 8 of Patent Document 1, a flow path unit having a discharge surface parallel to the X direction (first direction) and the Y direction (second direction) is stacked on the flow path unit in the Z direction (third direction). A liquid discharge head having a piezoelectric actuator is shown. The piezoelectric actuator includes a first active portion that overlaps with the pressure chamber of the flow path unit in the Z direction, and two second active portions that are separated from each other in the X direction. In FIG. 8 of Patent Document 1, in the cross section along the X direction and the Z direction passing through the pressure chamber, the first active portion, and the two second active portions, the separation distance in the X direction of the two second active portions is the pressure. It is the same as the length of the chamber in the X direction.
流路ユニットに圧電アクチュエータを積層する際に、流路ユニットと圧電アクチュエータとの間でX方向の位置ズレが生じると、第1活性部と2つの第2活性部とから構成されるアクチュエータ部の変形量が、位置ズレが無い場合に比べ、低下し得る。特許文献1の図8の構成では、圧力室、第1活性部及び2つの第2活性部を通るX方向及びZ方向に沿った断面において、2つの第2活性部のX方向の離隔距離が圧力室のX方向の長さと同じであるため、後述の解析結果から明らかなように、流路ユニットと圧電アクチュエータとの間の位置ズレによるアクチュエータ部の変形量の低下が大きくなる。 When the piezoelectric actuator is stacked on the flow path unit, if an X-direction misalignment occurs between the flow path unit and the piezoelectric actuator, the actuator section composed of the first active section and the two second active sections The amount of deformation can be reduced as compared with the case where there is no positional deviation. In the configuration of FIG. 8 of Patent Document 1, in the cross section along the X direction and the Z direction passing through the pressure chamber, the first active part, and the two second active parts, the separation distance in the X direction of the two second active parts is Since it is the same as the length of the pressure chamber in the X direction, as is clear from the analysis result described later, the deformation amount of the actuator portion is greatly reduced due to the positional deviation between the flow path unit and the piezoelectric actuator.
本発明の目的は、流路ユニットと圧電アクチュエータとの間の位置ズレによるアクチュエータ部の変形量の低下を抑制できる、液体吐出ヘッドを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a liquid discharge head capable of suppressing a decrease in deformation amount of an actuator portion due to a positional deviation between a flow path unit and a piezoelectric actuator.
本発明の第1観点に係る液体吐出ヘッドは、第1方向及び前記第1方向と直交する第2方向に平行な吐出面であって、吐出口を画定する面である吐出面を有し、前記吐出口と連通する圧力室が形成された流路ユニットと、前記吐出面と直交する第3方向において、前記流路ユニットに積層された圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、前記第3方向に積層された複数の圧電層を有する圧電体と、第1電極と、前記第3方向において前記第1電極から離隔した第2電極と、前記第3方向において前記第1電極から離隔した第3電極と、を備え、前記圧電体は、前記第3方向において前記第1電極と前記第2電極とに挟まれた第1部分であって、前記第3方向において前記圧力室と重なる部分を有する第1部分と、前記第3方向において前記第1電極と前記第3電極とに挟まれた第2部分と、前記第3方向において前記第1電極と前記第3電極とに挟まれた第3部分であって、前記第1方向において前記第2部分から離隔した第3部分と、を有し、前記第1部分は、前記第1方向において前記第2部分と前記第3部分との間に配置された部分を有し、前記圧力室、前記第1部分、前記第2部分及び前記第3部分を通る前記第1方向及び前記第3方向に沿った断面において、前記第1方向における前記第2部分と前記第3部分との離隔距離は、前記第1方向における前記圧力室の長さよりも長いことを特徴とする。 A liquid discharge head according to a first aspect of the present invention has a discharge surface that is a discharge surface parallel to a first direction and a second direction orthogonal to the first direction and that defines a discharge port, A flow path unit in which a pressure chamber communicating with the discharge port is formed; and a piezoelectric actuator stacked on the flow path unit in a third direction orthogonal to the discharge surface. Piezoelectric material having a plurality of piezoelectric layers stacked in three directions, a first electrode, a second electrode spaced from the first electrode in the third direction, and spaced from the first electrode in the third direction The piezoelectric body is a first portion sandwiched between the first electrode and the second electrode in the third direction and overlaps the pressure chamber in the third direction A first portion having the third portion A second portion sandwiched between the first electrode and the third electrode in the direction, and a third portion sandwiched between the first electrode and the third electrode in the third direction, the first portion A third portion spaced apart from the second portion in the direction, and the first portion has a portion disposed between the second portion and the third portion in the first direction; In the cross section along the first direction and the third direction passing through the pressure chamber, the first portion, the second portion, and the third portion, the second portion and the third portion in the first direction, The separation distance is longer than the length of the pressure chamber in the first direction.
本発明の第2観点に係る液体吐出ヘッドは、第1方向及び前記第1方向と直交する第2方向に平行な吐出面であって、吐出口を画定する面である吐出面を有し、前記吐出口と連通する圧力室が形成された流路ユニットと、前記吐出面と直交する第3方向において、前記流路ユニットに積層された圧電アクチュエータと、を備え、前記圧電アクチュエータは、前記第3方向に積層された複数の圧電層を有する圧電体と、第1電極と、前記第3方向において前記第1電極から離隔した第2電極と、前記第3方向において前記第1電極から離隔した第3電極と、を備え、前記圧電体は、前記第3方向において前記第1電極と前記第2電極とに挟まれた第1部分であって、前記第3方向において前記圧力室と重なる部分を有する第1部分と、前記第3方向において前記第1電極と前記第3電極とに挟まれた第2部分と、前記第3方向において前記第1電極と前記第3電極とに挟まれた第3部分であって、前記第1方向において前記第2部分から離隔した第3部分と、を有し、前記第1部分は、前記第1方向において前記第2部分と前記第3部分との間に配置された部分を有し、前記圧電アクチュエータは、前記第1方向の一端と、前記第1方向の他端と、を有し、前記圧力室は、前記第1方向の一端と、前記第1方向の他端と、を有し、前記圧力室の前記他端は、前記第1方向において、前記圧力室の前記一端と前記圧電アクチュエータの前記他端との間に位置し、前記第2部分は、前記第1方向の一端と、前記第1方向の他端と、を有し、前記第2部分の前記他端は、前記第1方向において、前記第2部分の前記一端と前記圧電アクチュエータの前記他端との間に位置し、前記第2部分の前記他端及び前記圧力室の前記一端は、前記第1方向において、前記圧電アクチュエータの前記一端と前記第1部分における前記第1方向の中央との間に位置し、前記第2部分の前記他端から前記第1部分の前記中央までの前記第1方向の距離は、前記圧力室の前記一端から前記圧力室の前記他端までの前記第1方向の距離の半分よりも長いことを特徴とする。 A liquid discharge head according to a second aspect of the present invention has a discharge surface that is a discharge surface parallel to a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and is a surface that defines a discharge port, A flow path unit in which a pressure chamber communicating with the discharge port is formed; and a piezoelectric actuator stacked on the flow path unit in a third direction orthogonal to the discharge surface. Piezoelectric material having a plurality of piezoelectric layers stacked in three directions, a first electrode, a second electrode spaced from the first electrode in the third direction, and spaced from the first electrode in the third direction The piezoelectric body is a first portion sandwiched between the first electrode and the second electrode in the third direction and overlaps the pressure chamber in the third direction A first portion having the third portion A second portion sandwiched between the first electrode and the third electrode in the direction, and a third portion sandwiched between the first electrode and the third electrode in the third direction, the first portion A third portion spaced apart from the second portion in the direction, and the first portion has a portion disposed between the second portion and the third portion in the first direction; The piezoelectric actuator has one end in the first direction and the other end in the first direction, and the pressure chamber has one end in the first direction and the other end in the first direction. The other end of the pressure chamber is located between the one end of the pressure chamber and the other end of the piezoelectric actuator in the first direction, and the second portion is one end of the first direction. And the other end in the first direction, and the other end of the second portion is in the first direction. , Located between the one end of the second portion and the other end of the piezoelectric actuator, the other end of the second portion and the one end of the pressure chamber in the first direction of the piezoelectric actuator. The distance in the first direction from the other end of the second part to the center of the first part is located between the one end and the center of the first part in the first direction. Longer than half of the distance in the first direction from the one end to the other end of the pressure chamber.
本発明の第1観点は、「圧力室、第1部分、第2部分及び第3部分を通る第1方向及び第3方向に沿った断面において、第1方向における第2部分と第3部分との離隔距離が、圧力室の第1方向の長さよりも長い」という要件を満たす。本発明の第2観点は、「第2部分の他端から第1部分の中央までの第1方向の距離は、圧力室の一端から圧力室の他端までの第1方向の距離の半分よりも長い」という要件を満たす。上記第1観点の要件を満たした構成において、流路ユニットと圧電アクチュエータとの間で第1方向の位置ズレが生じた場合、第2部分及び第3部分の一方の収縮によるアクチュエータ部の変形量が大きくなり、1つのアクチュエータ部全体としての変形量の低下が抑えられる。上記第2観点の要件を満たした構成において、流路ユニットと圧電アクチュエータとの間で第1方向の位置ズレが生じ、第2部分の圧力室からの第1方向の離隔距離が短くなった場合、又は、第2部分が第3方向において圧力室と重なった場合、第2部分の収縮によるアクチュエータ部の変形量が大きくなり、1つのアクチュエータ部全体としての変形量の低下が抑えられる。つまり、上記要件のいずれかを満たすことで、位置ズレによるアクチュエータ部の変形量の低下を抑制できる。 According to a first aspect of the present invention, in the cross section along the first direction and the third direction passing through the pressure chamber, the first portion, the second portion, and the third portion, the second portion and the third portion in the first direction, Satisfies the requirement that the separation distance is longer than the length of the pressure chamber in the first direction. According to a second aspect of the present invention, “the distance in the first direction from the other end of the second part to the center of the first part is more than half of the distance in the first direction from one end of the pressure chamber to the other end of the pressure chamber. Satisfy the requirement of “long”. In the configuration satisfying the requirements of the first aspect, when a displacement in the first direction occurs between the flow path unit and the piezoelectric actuator, the amount of deformation of the actuator portion due to contraction of one of the second portion and the third portion Becomes large, and a decrease in the deformation amount of one actuator portion as a whole can be suppressed. In a configuration that satisfies the requirements of the second aspect described above, when the positional deviation in the first direction occurs between the flow path unit and the piezoelectric actuator, and the separation distance in the first direction from the pressure chamber of the second part becomes short. Alternatively, when the second portion overlaps the pressure chamber in the third direction, the deformation amount of the actuator portion due to the contraction of the second portion is increased, and a decrease in the deformation amount as a whole of one actuator portion is suppressed. That is, by satisfying any of the above requirements, it is possible to suppress a decrease in the deformation amount of the actuator portion due to the positional deviation.
本発明によれば、流路ユニットと圧電アクチュエータとの間の位置ズレによるアクチュエータ部の変形量の低下を抑制できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of the deformation amount of an actuator part by the position shift between a flow path unit and a piezoelectric actuator can be suppressed.
<第1実施形態>
先ず、図1を参照し、本発明の第1実施形態に係るヘッド3を含むプリンタ1の全体構成について説明する。
<First Embodiment>
First, the overall configuration of the printer 1 including the
なお、以下の説明において、Z方向は鉛直方向であり、X方向及びY方向は水平方向である。X方向及びY方向は共にZ方向と直交する。X方向はY方向と直交する。X方向は第1方向、Y方向は第2方向、Z方向は第3方向に相当する。 In the following description, the Z direction is a vertical direction, and the X direction and the Y direction are horizontal directions. Both the X direction and the Y direction are orthogonal to the Z direction. The X direction is orthogonal to the Y direction. The X direction corresponds to the first direction, the Y direction corresponds to the second direction, and the Z direction corresponds to the third direction.
プリンタ1は、ヘッド3、キャリッジ2及び2つの搬送ローラ対4を備えている。
The printer 1 includes a
キャリッジ2は、Y方向に延びる2本のガイドレール5に支持され、ガイドレール5に沿ってY方向に移動可能である。
The
ヘッド3は、シリアル式であって、キャリッジ2に搭載され、キャリッジ2と共にY方向に移動可能である。ヘッド3の下面(Z方向において下方を向く面)には、32個の吐出口15xが開口している。ヘッド3の下面は、32個の吐出口15xを画定する吐出面34xである(図4参照)。吐出面34xは、X方向及びY方向に平行で、Z方向と直交する。
The
2つの搬送ローラ対4は、X方向にキャリッジ2を挟んで配置されている。搬送ローラ対4が用紙Pを挟持した状態で回転することで、用紙PがX方向に沿った搬送方向に搬送される。
The two conveying
プリンタ1の制御部(図示略)は、キャリッジ2と共にヘッド3をY方向に移動させながら吐出口15xからインクを吐出させる吐出動作と、搬送ローラ対4によって用紙Pを搬送方向に所定量搬送する搬送動作とを、交互に行わせる。これにより、用紙Pに画像が記録される。
A control unit (not shown) of the printer 1 transports the paper P by a predetermined amount in the transport direction by the discharge operation of discharging the ink from the
次に、図2〜図5を参照し、ヘッド3の構成について説明する。
Next, the configuration of the
ヘッド3は、図2に示すように、流路ユニット21、圧電アクチュエータ22及びCOF(Chip On Film)23を有する。
As shown in FIG. 2, the
流路ユニット21は、X方向の一端21a及びX方向の他端21bが共にY方向に平行であり、Y方向の一端21c及びY方向の他端21dが共にX方向に平行である。圧電アクチュエータ22は、X方向の一端22a及びX方向の他端22bが共にY方向に平行であり、Y方向の一端22c及びY方向の他端22dが共にX方向に平行である。つまり、流路ユニット21及び圧電アクチュエータ22は、共に、Z方向から見て略矩形である。流路ユニット21は、Z方向から見て圧電アクチュエータ22よりも一回り大きいサイズを有する。
In the
流路ユニット21は、図4に示すように、Z方向に積層された4枚のプレート31〜34を有する。
As shown in FIG. 4, the
プレート31には、32個の圧力室10が形成されている。32個の圧力室10は、それぞれ、図2に示すように、Z方向から見て略矩形であり、Y方向の長さがX方向の長さよりも長い。32個の圧力室10は、4つの圧力室列9を形成している。4つの圧力室列9は、それぞれ、X方向に延び、8個の圧力室10で構成されている。4つの圧力室列9のそれぞれにおいて、8個の圧力室10は、X方向に等間隔で配置されている。4つの圧力室列9は、Y方向に並んでいる。
Thirty-two
プレート32には、図4に示すように、圧力室10毎に、貫通孔12,13が形成されている。貫通孔12,13は、それぞれ、対応する圧力室10のY方向の一端10c及びY方向の他端10dとZ方向に重なっている。ここで、インクは、貫通孔12をZ方向に流れ、圧力室10をY方向に流れる。貫通孔12におけるZ方向と直交する断面積は、圧力室10におけるY方向と直交する断面積よりも小さい。したがって、貫通孔12は絞り流路として機能する。
As shown in FIG. 4, through
プレート33には、貫通孔13毎に、貫通孔14が形成されている。貫通孔14は、対応する貫通孔13とZ方向に重なっている。
A through
プレート33には、さらに、4本のマニホールド流路11が形成されている。4本のマニホールド流路11は、図2に示すように、4つの圧力室列9のそれぞれに対応する。各マニホールド流路11は、X方向に延び、対応する圧力室列9の8個の圧力室10とZ方向に重なる部分を有する。
Four
プレート31の上面において、圧電アクチュエータ22が配置されない領域に、4つのインク供給口8が形成されている。4つのインク供給口8は、それぞれ、4本のマニホールド流路11のX方向の一端(図2の下端)と、Z方向に重なる位置にある。4つのインク供給口8から、4本のマニホールド流路11のそれぞれに、インクが供給される。
On the upper surface of the
プレート34には、32個のノズル15が形成されている。32個のノズル15は、それぞれ、貫通孔14とZ方向に重なっている。プレート34の下面(吐出面34x)に開口したノズル15の開口が、吐出口15xに相当する。
On the
4つのマニホールド流路11は、それぞれ、対応する圧力室列9の8個の圧力室10と、貫通孔12を介して連通している。圧力室10は、それぞれ、ノズル15の吐出口15xと、貫通孔13、14を介して連通している。
Each of the four
圧電アクチュエータ22は、図4に示すように、Z方向において流路ユニット21に積層され、プレート31の上面に配置されている。
As shown in FIG. 4, the
圧電アクチュエータ22は、圧電体40、インク分離層44、32個の駆動電極51、高電位電極52及び低電位電極53を有する。
The
圧電体40は、Z方向に積層された3つの圧電層41〜43を有する。圧電層41〜43及びインク分離層44は、X方向及びY方向に沿った平面において互いに同じ形状及びサイズを有し、図2に示すようにZ方向から見て略矩形の圧電アクチュエータ22の外形を画定している。
The
インク分離層44は、図4に示すように、プレート31の上面に配置され、プレート31に形成された全ての圧力室10を覆っている。インク分離層44は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料、合成樹脂材料等からなる。
As shown in FIG. 4, the
圧電層43は、インク分離層44の上面に配置されている。圧電層42は、圧電層43の上面に配置されている。圧電層41は、圧電層42の上面に配置されている。圧電層41〜43は、それぞれ、Z方向においてインク分離層44と重なっている。圧電層41〜43は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする圧電材料からなる。
The
32個の駆動電極51と、高電位電極52と、低電位電極53とは、Z方向の位置が互いに異なっている。具体的には、Z方向において上から順に、32個の駆動電極51、高電位電極52及び低電位電極53が配置されている。32個の駆動電極51は、高電位電極52及び低電位電極53よりも、Z方向において圧力室10から離隔している。高電位電極52は、低電位電極53よりも、Z方向において圧力室10から離隔している。高電位電極52及び低電位電極53は、それぞれ、Z方向において32個の駆動電極51から離隔している。
The 32
なお、本実施形態は、流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間の位置ズレが生じていない状態であり、以下に述べる圧電アクチュエータ22の電極や活性部と流路ユニット21の圧力室10との位置関係は、位置ズレが無い場合のものである。
In the present embodiment, there is no positional deviation between the
32個の駆動電極51は、図2に示すように、圧電層41の上面に、プレート31に形成された圧力室10のそれぞれに対応して設けられている。32個の駆動電極51は、それぞれ、主部51aと、突出部51bとを有する。主部51aは、Z方向から見て略矩形の部分であり、対応する圧力室10の略全域とZ方向に重なる部分と、当該部分のX方向の両側において対応する圧力室10とZ方向に重ならない部分とを含む。主部51aのX方向の長さは、対応する圧力室10のX方向の長さよりも長い。突出部51bは、主部51aからY方向に突出した部分であり、対応する圧力室10とZ方向に重なっていない。32個の駆動電極51において、突出部51bの突出方向は互いに同じである。突出部51bには、COF23の配線と電気的に接続される接点が設けられている。
As shown in FIG. 2, the 32
COF23に実装されたドライバIC24は、COF23の配線を介して、32個の駆動電極51に対して個別に、高電位(VDD電位)及び低電位(GND電位)のいずれかを付与する。
The
高電位電極52は、図4に示すように、圧電層42の上面に形成され、Z方向において圧電層41と圧電層42との間に配置されている。
As shown in FIG. 4, the high
高電位電極52は、図3(b)に示すように、32個の個別部52a、4つの接続部52b、接続部52c及び引出部52dを有する。32個の個別部52aは、プレート31に形成された圧力室10のそれぞれのX方向の中央部と、Z方向に重なっている。4つの接続部52bは、4つの圧力室列9のそれぞれに対応する。各接続部52bは、X方向に延び、当該圧力室列9の8個の圧力室10のそれぞれに対応する個別部52aのY方向の一端(図3(b)の右端)同士を接続している。接続部52cは、Y方向に延び、4つの接続部52bのX方向の一端(図3(b)の下端)同士を接続している。引出部52dは、接続部52cのY方向の他端(図3(b)の左端)から、圧電アクチュエータ22のX方向の一端22aからX方向の他端22bに向けて、引き出されている。引出部52dが接続部52cから延びる方向は、4つの接続部52bが接続部52cから延びる方向と同じである。引出部52dは、圧電層41に形成された貫通孔41x(図3(a)参照)を介して、表面電極72と接続されている。表面電極72は、圧電層41の上面に、引出部52dとZ方向に重なるように配置されている。表面電極72は、COF23の配線と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 3B, the high
ドライバIC24は、COF23の配線を介して、高電位電極52に高電位(VDD電位)を付与する。
The
低電位電極53は、図4に示すように、圧電層43の上面に形成され、Z方向において圧電層42と圧電層43との間に配置されている。
As shown in FIG. 4, the low
低電位電極53は、図3(c)に示すように、32個の個別部53a、4つの接続部53b、接続部53c及び引出部53dを有する。32個の個別部53aは、プレート31に形成された圧力室10のそれぞれと、X方向に隣接し、かつ、Z方向に重ならない位置に配置されている。X方向に互いに隣接する2つの圧力室10の間に、個別部53aが配置されている。さらに、圧電アクチュエータ22のX方向の一端22aと、一端22aにX方向に隣接する圧力室10との間に、個別部53aが配置されている。4つの接続部53bは、4つの圧力室列9のそれぞれに対応する。各接続部53bは、X方向に延び、当該圧力室列9の8個の圧力室10のそれぞれに対応する個別部53aのY方向の他端(図3(c)の左端)同士を接続している。接続部53cは、Y方向に延び、4つの接続部53bのX方向の他端(図3(c)の上端)同士を接続している。引出部53dは、接続部53cのY方向の他端(図3(c)の左端)から、圧電アクチュエータ22のX方向の他端22bからX方向の一端22aに向けて、引き出されている。引出部53dが接続部53cから延びる方向は、4つの接続部53bが接続部53cから延びる方向と同じである。引出部53dは、圧電層41に形成された貫通孔41y(図3(a)参照)及び圧電層42に形成された貫通孔42y(図3(b)参照)を介して、表面電極73と接続されている。表面電極73は、圧電層41の上面に、引出部53dとZ方向に重なるように配置されている。表面電極73は、COF23の配線と電気的に接続されている。
As shown in FIG. 3C, the low-
ドライバIC24は、COF23の配線を介して、低電位電極53に低電位(GND電位)を付与する。
The
以上のような電極51〜53の配置により、32個の駆動電極51のうち、X方向の他端(図3(a)の上端)に位置する4つの駆動電極51を除く駆動電極51は、それぞれ、図5に示すように、主部51aのX方向の中央部において、高電位電極52の個別部52aとZ方向に重なり、主部51aのX方向の両端部において、低電位電極53の個別部53aとZ方向に重なっている。上記4つの駆動電極51は、それぞれ、主部51aのX方向の中央部において、高電位電極52の個別部52aとZ方向に重なり、主部51aのX方向の一端において、低電位電極53の個別部53aとZ方向に重なり、主部51aのX方向の他端において、低電位電極53の接続部53cとZ方向に重なっている。
With the arrangement of the
圧電層41のうち、Z方向において駆動電極51と高電位電極52とに挟まれた部分を、「第1活性部61」という。圧電層42,43のうち、Z方向において駆動電極51と低電位電極53とに挟まれた部分を、「第2活性部62,63」という。第1活性部61は主に上向きに分極され、第2活性部62,63は主に下向きに分極されている。
A portion of the
本実施形態において、駆動電極51が「第1電極」、高電位電極52が「第2電極」、低電位電極53が「第3電極」に該当する。第1活性部61が「第1部分」、第2活性部62が「第2部分」、第2活性部63が「第3部分」に該当する。
In the present embodiment, the
圧電アクチュエータ22は、圧力室10毎に、1つの第1活性部61と2つの第2活性部62,63とから構成されるアクチュエータ部60を有する。ここで、第2活性部62,63は、クロストークを抑制する機能を有する。クロストークとは、ある圧力室10におけるアクチュエータ部60の変形に伴う圧力変動が、当該圧力室10にX方向に隣接する別の圧力室10に伝わる現象をいう。
The
なお、本実施形態は、上記のとおり流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間の位置ズレが生じていない状態であり、32個の圧力室10のそれぞれに対し、X方向において第1活性部61の中央61cが圧力室10の中央と同じ位置にある。
In the present embodiment, as described above, there is no positional deviation between the
図5は、X方向に互いに隣接する2つの圧力室10と、当該2つの圧力室10のそれぞれに対応する2つのアクチュエータ部60の活性部61〜63とを通る、X方向及びZ方向に沿った断面である。
FIG. 5 shows the X direction and the Z direction passing through the two
以下、図5の左方のアクチュエータ部60及び圧力室10を参照し、1つのアクチュエータ部60における活性部61〜63間の位置関係、1つのアクチュエータ部60の活性部61〜63とこれに対応する1つの圧力室10との位置関係等について説明する。
Hereinafter, referring to the
第2活性部62,63は、X方向において互いに離隔し、第1活性部61のX方向の中央61cを通るZ方向に沿った軸に関して対称に配置されている。第1活性部61は、X方向において第2活性部62,63の間に配置され、第2活性部62,63のそれぞれからX方向に離隔している。
The second
第1活性部61は、Z方向において圧力室10と重なる部分を有する。具体的には、第1活性部61は、圧力室10のX方向の中央部と、Z方向に重なっている。
The first
第2活性部62,63は、Z方向において圧力室10と重なっていない。第2活性部62は、X方向において、圧力室10のX方向の一端10a(図5の左端)と、圧電アクチュエータ22のX方向の一端22a(図3参照)との間に位置する。第2活性部63は、X方向において、圧力室10のX方向の他端10b(図5の右端)と、圧電アクチュエータ22のX方向の他端22b(図3参照)との間に位置する。他端10bは、X方向において、一端10aと、圧電アクチュエータ22のX方向の他端22bとの間に位置する。
The second
圧力室10及び活性部61〜63のX方向の端部間の位置関係は、以下のとおりである。
The positional relationship between the end portions in the X direction of the
第1活性部61のX方向の一端61a及び他端61bは、X方向において、圧力室10のX方向の一端10aと他端10bとの間に位置する。他端61bは、X方向において、一端61aと、圧電アクチュエータ22のX方向の他端22bとの間に位置する。
One
第2活性部62のX方向の一端62a及び他端62bは、X方向において、圧力室10のX方向の一端10aと、圧電アクチュエータ22のX方向の一端22aとの間に位置する。他端62bは、X方向において、一端62aと、圧電アクチュエータ22のX方向の他端22bとの間に位置する。
One end 62 a and the
第2活性部63のX方向の一端63a及び他端63bは、X方向において、圧力室10のX方向の他端10bと、圧電アクチュエータ22のX方向の他端22bとの間に位置する。他端63bは、X方向において、一端63aと、圧電アクチュエータ22のX方向の他端22bとの間に位置する。
One
本実施形態では、上記のとおり、第2活性部62,63が中央61cを通るZ方向に沿った軸に関して対称に配置されており、かつ、流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間の位置ズレが生じていない。したがって、第2活性部62のX方向の他端62bから圧力室10のX方向の一端10aまでのX方向の距離d2、及び、圧力室10のX方向の他端10bから第2活性部63のX方向の一端63aまでのX方向の距離d3は、互いに同じである。
In the present embodiment, as described above, the second
第2活性部62のX方向の他端62b及び圧力室10のX方向の一端10aは、X方向において、圧電アクチュエータ22のX方向の一端22aと、第1活性部61におけるX方向の中央61cとの間に位置する。他端62bから中央61cまでのX方向の距離d4は、圧力室10のX方向の長さ(即ち、一端10aから他端10bまでのX方向の距離)Dの半分よりも長い。
The
第2活性部63のX方向の一端63a及び圧力室10のX方向の他端10bは、X方向において、第1活性部61におけるX方向の中央61cと、圧電アクチュエータ22のX方向の他端22bとの間に位置する。中央61cから一端63aまでのX方向の距離d5は、圧力室10のX方向の長さDの半分よりも長い。
One
第2活性部62,63が中央61cを通るZ方向に沿った軸に関して対称に配置されていることから、距離d4,d5は互いに同じである。
Since the second
圧力室10、第1活性部61、第2活性部62,63分を通るX方向及びZ方向に沿った断面(即ち、Y方向と直交する断面:図5参照)において、X方向における第2活性部62と第2活性部63との離隔距離(d4+d5)は、圧力室10のX方向の長さDよりも長い。離隔距離(d4+d5)は、換言すると、第2活性部62のX方向の他端62bから第2活性部63のX方向の一端63aまでのX方向の距離である。
In a cross section along the X direction and the Z direction passing through the
離隔距離(d4+d5)は、例えば圧力室10のX方向の長さDが340μm、駆動電極51のX方向の長さが438μm、第1活性部61のX方向の長さが220μmである場合、後述の解析結果に基づき、長さDに30μmを加えた長さ以上、かつ、長さDに140μmを加えた長さ以下であることが好ましい。即ち、距離d2,d3は、15μm以上、かつ、70μm以下であることが好ましい。
The separation distance (d4 + d5) is, for example, when the length D of the
さらに、図5を参照し、X方向に互いに隣接する2つの圧力室10に対して設けられたアクチュエータ部60の活性部61〜63間の位置関係について説明する。
Furthermore, with reference to FIG. 5, the positional relationship between the active parts 61-63 of the
X方向において、2つの圧力室10のうちの一方(図5の左方の圧力室10)に対して設けられた第1活性部61と、他方(図5の右方の圧力室10)に対して設けられた第1活性部61との間に、一方に対して設けられた第2活性部63、及び、他方に対して設けられた第2活性部62が配置されている。
In the X direction, the first
上記活性部63,62の離隔距離d1は、例えば圧力室10のX方向の長さDが340μm、駆動電極51のX方向の長さが438μm、第1活性部61のX方向の長さが220μm、2つの圧力室10のうちの一方(図5の左方の圧力室10)のX方向の他端10bから他方(図5の右方の圧力室10)のX方向の一端10aまでのX方向の距離Wが84μmである場合、上記活性部63,62を構成する駆動電極51間の短絡を防止する観点から、60μm以上であることが好ましい。離隔距離d1は、2つの圧力室10のうちの一方に対して設けられた第2活性部63、及び、他方に対して設けられた第2活性部62を通るX方向及びZ方向に沿った断面(即ち、Y方向と直交する断面:図5参照)において、X方向における、一方に対して設けられた第2活性部63と、他方に対して設けられた第2活性部62との離隔距離である。換言すると、離隔距離d1は、2つの圧力室10のうちの一方に対して設けられた第2活性部63のX方向の他端63bから、他方に対して設けられた第2活性部62のX方向の一端62aまでのX方向の距離である。
The distance d1 between the
次に、図6を参照し、ある吐出口15xからインクを吐出させる際の、当該吐出口15xに対応するアクチュエータ部60の動作について説明する。
Next, with reference to FIG. 6, the operation of the
プリンタ1が記録動作を開始する前は、図6(a)に示すように、32個の駆動電極51に低電位(GND電位)が付与されている。このとき、32個のアクチュエータ部60のそれぞれにおいて、駆動電極51と高電位電極52との電位差によって、第1活性部61にその分極方向に等しい上向きの電界が生じ、第1活性部61が面方向(X方向及びY方向に沿った方向)に収縮している。これにより、圧電体40及びインク分離層44からなる積層体における圧力室10とZ方向に重なる部分が、圧力室10に向かって(下向きに)凸となるように撓んでいる。このとき圧力室10は、上記積層体がフラットな場合と比べ、容積が小さくなっている。
Before the printer 1 starts the recording operation, a low potential (GND potential) is applied to the 32
プリンタ1が記録動作を開始し、ある吐出口15xからインクが吐出させる際には、先ず、図6(b)に示すように、当該吐出口15xに対応する駆動電極51の電位が低電位(GND電位)から高電位(VDD電位)に切り替えられる。このとき、当該アクチュエータ部60において、駆動電極51と高電位電極52との電位差がなくなることで、第1活性部61の収縮が解消される。一方、駆動電極51と低電位電極53との電位差が生じることで、第2活性部62,63にその分極方向に等しい下向きの電界が生じ、第2活性部62,63が面方向に収縮する。ただし、第2活性部62,63は、上記のとおりクロストーク抑制機能を有するものであり、流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間の位置ズレが無い場合、アクチュエータ部60の変形にほとんど寄与しない。つまり、このとき上記積層体は、圧力室10とZ方向に重なる部分が、圧力室10から離れる方向に(上向きに)凸となるように撓まず、フラットな状態となる。これにより、圧力室10の容積は、図6(a)に比べて大きくなる。
When the printer 1 starts a recording operation and ink is ejected from a
その後、図6(a)に示すように、当該吐出口15xに対応する駆動電極51の電位が高電位(VDD電位)から低電位(GND電位)に切り替えられる。このとき、当該アクチュエータ部60において、駆動電極51と低電位電極53との電位差がなくなることで、第2活性部62,63の収縮が解消される。一方、駆動電極51と高電位電極52との電位差が生じることで、第1活性部61にその分極方向に等しい上向きの電界が生じ、第1活性部61が面方向に収縮する。これにより、上記積層体における圧力室10とZ方向に重なる部分が、圧力室10に向かって(下向きに)凸となるように撓む。このとき、圧力室10の容積が大きく減少することで、圧力室10内のインクに大きな圧力が付与され、吐出口15xからインクが吐出される。
Thereafter, as shown in FIG. 6A, the potential of the
本実施形態において、AL(Acoustic Length:アクチュエータ部60の変形に伴い圧力室10内に生じる圧力波の圧力室10における音響的共振周期の1/2)は、4.5μs以下である。例えば、ALが4.3μs、圧電アクチュエータ22の駆動周波数が18kHzである。
In the present embodiment, AL (Acoustic Length: 1/2 of the acoustic resonance period in the
図6は、流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間の位置ズレが無い場合における、1つのアクチュエータ部60の動作を説明する図である。一方、例えば図7に示すようにX方向の位置ズレが生じた場合、1つのアクチュエータ部60の変形量はある程度低下する。
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of one
図7では、第2活性部62の一部が圧力室10とZ方向に重なっている。即ち、第2活性部62は、圧力室10とZ方向に重なる部分と、圧力室10とZ方向に重ならない部分とを含む。第2活性部63は、圧力室10からのX方向の離隔距離が図6に比べて長くなっている。即ち、圧力室10のX方向の他端10b(図7の右端)から第2活性部63のX方向の一端63aまでのX方向の距離d3は、図6に比べて長くなっている。ただし、このようにX方向の位置ズレが生じた場合でも、離隔距離(d4+d5)が圧力室10のX方向の長さDよりも長いという要件や、距離d4,d5が圧力室10のX方向の長さDの半分よりも長いという要件は、満たされている。
In FIG. 7, a part of the second
図7の例でも、図6と同様、駆動電極51の電位の変化に応じて、第1活性部61の収縮(図7(a))と、第2活性部62,63の収縮(図7(b))とが順次生じる。しかし、位置ズレが無い場合(図6)に比べ、第1活性部61の収縮によるアクチュエータ部60の下向きに凸となるように撓む変形の変形量が小さくなり、第2活性部62の収縮によるアクチュエータ部60の上向きに凸となるように撓む変形の変形量が大きくなる。つまり、X方向の位置ズレが有る場合の1つのアクチュエータ部60の変形量は、第1活性部61の収縮によるアクチュエータ部60の変形量が小さくなることで、位置ズレが無い場合の1つのアクチュエータ部60の変形量よりも低下するが、第2活性部62の収縮によるアクチュエータ部60の変形量が大きくなることで(図7(b)参照)、1つのアクチュエータ部60全体としての変形量の低下が抑制される。
Also in the example of FIG. 7, as in FIG. 6, the contraction of the first active part 61 (FIG. 7A) and the contraction of the second
即ち、本実施形態によれば、離隔距離(d4+d5)が圧力室10のX方向の長さDよりも長いという要件や、距離d4,d5が圧力室10のX方向の長さDの半分よりも長いという要件を満たすことで、上記要件を満たさない場合に比べ、位置ズレが無い場合のアクチュエータ部60の変形量を敢えて小さくしている。そして、X方向の位置ズレが生じた場合には、第2活性部62,63の一方の収縮によるアクチュエータ部60の変形量が大きくなり、1つのアクチュエータ部60全体としての変形量の低下が抑えられる。つまり、上記要件を満たすことで、X方向の位置ズレによるアクチュエータ部60の変形量の低下を抑制できる。
That is, according to the present embodiment, the distance (d4 + d5) is longer than the length D of the
離隔距離(d4+d5)は、圧力室10のX方向の長さDよりも、30μm以上長いことが好ましい。これは、後述の解析結果から理解されるように、X方向の位置ズレによるアクチュエータ部60の変形量の低下を、より確実に抑制できるためである。
The separation distance (d4 + d5) is preferably 30 μm or more longer than the length D of the
32個の駆動電極51は、高電位電極52及び低電位電極53よりも、Z方向において圧力室10から離隔している。高電位電極52は、低電位電極53よりも、Z方向において圧力室10から離隔している。このような電極配置により、活性部61〜63の形成が容易になる。
The 32
本実施形態において、図5の左方の圧力室10に対して設けられた駆動電極51、高電位電極52、低電位電極53、第1活性部61、第2活性部62、第2活性部63がそれぞれ「第1電極」「第2電極」「第3電極」「第1部分」「第2部分」「第3部分」に該当する。図5の右方の圧力室10に対して設けられた駆動電極51、高電位電極52、低電位電極53、第1活性部61、第2活性部62、第2活性部63がそれぞれ「第4電極」「第5電極」「第6電極」「第4部分」「第5部分」「第6部分」に該当する。ここで、図5の左方の圧力室10に対して設けられた第2活性部63、及び、図5の右方の圧力室10に対して設けられた第2活性部62を通るX方向及びZ方向に沿った断面において、X方向における上記第2活性部63と上記第2活性部62との離隔距離d1は、60μm以上であることが好ましい。この場合、駆動電極51間の短絡を確実に防止できる。
In the present embodiment, the
圧力室10のX方向の長さDは、340μm以下であることが好ましい。長さDが短いほど、圧力室10の高密度配置が可能であるが、流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間のX方向の位置ズレによるアクチュエータ部60の変形量の低下が顕著になり得る。この点、本実施形態によれば、流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間のX方向の位置ズレによるアクチュエータ部60の変形量の低下を抑制できるため、長さDを短くし、圧力室10の高密度配置が可能となる。
The length D in the X direction of the
AL(Acoustic Length:アクチュエータ部60の変形に伴い圧力室10内に生じる圧力波の圧力室10における音響的共振周期の1/2)は、4.5μs以下である。ALが短いほど、圧電アクチュエータ22の駆動周波数を高めることができる。一方、圧力室10の長さDが短いほど、ALが短くなるため、圧力室10の高密度配置が可能となるが、流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間のX方向の位置ズレによるアクチュエータ部60の変形量の低下が顕著になり得る。この点、本実施形態によれば、流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間のX方向の位置ズレによるアクチュエータ部60の変形量の低下を抑制できるため、ALを短くし、圧電アクチュエータ22の駆動周波数を高めることができる。
AL (Acoustic Length: 1/2 of the acoustic resonance period in the
<第2実施形態>
続いて、図8及び図9を参照し、本発明の第2実施形態に係るヘッドについて説明する。本実施形態は、低電位電極253における32個の個別部253a及び接続部253cの構成が、第1実施形態と異なる。
Second Embodiment
Subsequently, a head according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is different from the first embodiment in the configuration of 32
本実施形態において、32個の個別部253aは、それぞれ、図8に示すように、Y方向に並ぶ幅広部254と幅狭部255とを有する。幅広部254は、Y方向において接続部53bと幅狭部255との間に配置されている。幅広部254の幅(X方向の長さ)は、幅狭部255の幅よりも大きい。幅広部254のX方向の中央と、幅狭部255のX方向の中央とは、X方向において一致している。したがって、各個別部253aは、Z方向から見て凸形状となっている。
In the present embodiment, the 32
接続部253cは、X方向の一端(図8の下端)の辺に、4つの凹部257を有する。4つの凹部257は、4つの圧力室列9のそれぞれに対応する。各凹部257は、当該圧力室列9に対応する幅狭部255とX方向に重なる位置にある。接続部253cは、幅広部258と、各凹部257に対応する幅狭部259とを有する。幅広部258の幅(X方向の長さ)は、幅狭部259の幅よりも大きい。
The connecting
このような低電位電極253の構成により、本実施形態では、図9(a)に示すように、1つのアクチュエータ部60において、第2活性部62,63が、それぞれ、Z方向において駆動電極51と幅広部254又は幅広部258とに挟まれた部分62x,63x、及び、Z方向において駆動電極51と幅狭部255又は幅狭部259とに挟まれた部分62y,63yを含む。部分62xの幅は部分62yの幅よりも大きい。部分63xの幅は部分63yの幅よりも大きい。部分62xの幅は部分63xの幅と同じである。部分62yの幅は部分63yの幅と同じである。
With this configuration of the low-
部分62x,63xを通るX方向及びZ方向に沿った断面における、X方向における第2活性部62と第2活性部63との離隔距離(d4+d5)は、部分62y,63yを通るX方向及びZ方向に沿った断面における、X方向における第2活性部62と第2活性部63との離隔距離(d4’+d5’)よりも短い。離隔距離(d4+d5)及び離隔距離(d4’+d5’)は、当該アクチュエータ部60に対応する圧力室10のX方向の長さ(即ち、一端10aから他端10bまでのX方向の距離)Dよりも長い。
The distance (d4 + d5) between the second
図9(a)に示すように、流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間で位置ズレが生じていない場合は、部分62x,63xを通るX方向及びZ方向に沿った断面において、第2活性部62のX方向の他端62bから圧力室10のX方向の一端10aまでのX方向の距離d2、及び、圧力室10のX方向の他端10bから第2活性部63のX方向の一端63aまでのX方向の距離d3は、互いに同じである。また、部分62y,63yを通るX方向及びZ方向に沿った断面において、第2活性部62のX方向の他端62bから圧力室10のX方向の一端10aまでのX方向の距離d2’、及び、圧力室10のX方向の他端10bから第2活性部63のX方向の一端63aまでのX方向の距離d3’は、互いに同じである。距離d2,d3は、距離d2’,d3’よりも短い。
As shown in FIG. 9A, when there is no positional deviation between the
部分62x,63xを通るX方向及びZ方向に沿った断面において、他端62bから第1活性部61におけるX方向の中央61cまでのX方向の距離d4、及び、中央61cから一端63aまでのX方向の距離d5は、互いに同じ長さであり、圧力室10のX方向の長さDの半分よりも長い。部分62y,63yを通るX方向及びZ方向に沿った断面において、他端62bから中央61cまでのX方向の距離d4’、及び、中央61cから一端63aまでのX方向の距離d5’は、互いに同じ長さであり、圧力室10のX方向の長さDの半分よりも長い。距離d4,d5は、距離d4’,d4’よりも短い。
In a cross section along the X direction and the Z direction passing through the
一方、例えば図9(b)に示すように、流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間で、Z方向に沿った軸Oを中心とする回転方向の位置ズレが生じた場合、1つのアクチュエータ部60の活性部61〜63とこれに対応する1つの圧力室10との間において、離隔距離(d4+d5)及び離隔距離(d4’+d5’)が圧力室10のX方向の長さDよりも長いという要件や、距離d4,d5,d4’,d5’が圧力室10のX方向の長さDの半分よりも長いという要件は維持されるが、両者の位置関係が回転方向の位置ズレが無い場合と異なる。
On the other hand, for example, as shown in FIG. 9B, when a displacement in the rotational direction about the axis O along the Z direction occurs between the
図9(b)において、第1活性部61は、軸OからY方向に離隔した部分ほど、第1活性部61におけるX方向の中央61cと圧力室10におけるX方向の中央とのX方向の距離が大きくなっている。第2活性部62の部分62xは、軸OからY方向に離隔した部分ほど、距離d2が図9(a)に比べて短くなっている。部分62xのY方向の他端(図9(b)の左端)は、圧力室10とZ方向に重なっている。部分62yは、軸OからY方向に離隔した部分ほど、距離d2’が図9(a)に比べて長くなっている。第2活性部63の部分63xは、軸OからY方向に離隔した部分ほど、距離d3が図9(a)に比べて長くなっている。部分63yは、軸OからY方向に離隔した部分ほど、距離d3’が図9(a)に比べて短くなっている。
In FIG. 9B, the first
この場合、第1活性部61は、軸OからY方向に離隔した部分ほど、収縮量が低下し、当該収縮によるアクチュエータ部60の変形量が低下する。第2活性部62,63は、部分62y,63xにおいて、X方向における圧力室10からの離隔距離が長くなる部分が生じる。当該部分の収縮によるアクチュエータ部60の変形量は、後述の解析結果から理解されるように、回転方向の位置ズレが無い場合に比べ、小さくなる。一方、部分62x,63yでは、X方向における圧力室10からの離隔距離が短くなる部分や、Z方向において圧力室10と重なる部分が生じる。当該部分の収縮によるアクチュエータ部60の変形量は、後述の解析結果から理解されるように、回転方向の位置ズレが無い場合に比べ、大きくなる。つまり、回転方向の位置ズレが有る場合の1つのアクチュエータ部60の変形量は、第1活性部61の収縮によるアクチュエータ部60の変形量及び第2活性部62,63の部分62y,63xの収縮によるアクチュエータ部60の変形量が小さくなることで、回転方向の位置ズレが無い場合の1つのアクチュエータ部60の変形量よりも低下するが、第2活性部62,63の部分62x,63yの収縮によるアクチュエータ部60の変形量が大きくなることで、1つのアクチュエータ部60全体としての変形量の低下が抑制される。
In this case, the amount of contraction of the first
また、本実施形態では、図9(a)に示すように、離隔距離(d4+d5)と、離隔距離(d4’+d5’)とが、互いに異なる(即ち、X方向における第2活性部62と第2活性部63との離隔距離が、Y方向において一定でない)。これに対し、第1実施形態のように離隔距離(d4+d5)がY方向において一定の場合(例えば、幅狭部255の幅が幅広部254の幅と同一の場合)、図9(b)のような回転方向の位置ズレが生じると、部分62xのみでなく、部分63yも、X方向において圧力室10からの離隔距離が所定距離以下となる位置(例えば、圧力室10とZ方向に重なる位置)に配置され得る。つまり、離隔距離がY方向において一定の場合、回転方向の位置ズレが生じると、離隔距離がY方向において一定でない場合に比べ、第2活性部62,63において、圧力室10からの離隔距離が所定距離以下となる位置に配置される領域が大きくなり、アクチュエータ部60の変形量が過度に大きくなり得る。これに対し、本実施形態では、離隔距離がY方向において一定でないため、回転方向の位置ズレが生じても、第2活性部62,63において、圧力室10からの離隔距離が所定距離以下となる位置に配置される領域が大きくなり過ぎず、アクチュエータ部60の変形量が過度に大きくなることを抑制できる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 9A, the separation distance (d4 + d5) and the separation distance (d4 ′ + d5 ′) are different from each other (that is, the second
本実施形態のように離隔距離(d4+d5)と離隔距離(D4’+D5’)とが互いに異なる構成は、回転方向の位置ズレが生じたときに第1活性部61の収縮によるアクチュエータ部60の変形量の低下が少ない場合に、特に好適である。本実施形態によれば、回転方向の位置ズレが生じたときに、第1活性部61の収縮によるアクチュエータ部60の下向きに凸となるように撓む変形の変形量と共に、第2活性部62又は第2活性部63の収縮によるアクチュエータ部60の上向きに凸となるように撓む変形の変形量を、調整することができる。
The configuration in which the separation distance (d4 + d5) and the separation distance (D4 ′ + D5 ′) are different from each other as in the present embodiment is that the actuator unit is caused by contraction of the first
例えば、第1活性部61は、Z方向から見た形状が円形の場合、回転方向の位置ズレが生じたときに、軸OからY方向に離隔した部分において、第1活性部61におけるX方向の中央61cと圧力室10におけるX方向の中央とのX方向の距離が、大きくなり難い。回転方向の位置ズレに伴う第1活性部61の収縮によるアクチュエータ部60の変形量の低下が少なくなる「第1活性部61のZ方向から見た形状」としては、円形の他、例えば、楕円、正方形、曲線状の角部を有しかつ当該角部の曲率半径が大きな形状等が挙げられる。
For example, when the shape viewed from the Z direction is a circle, the first
<解析結果>
本願発明者は、第1実施形態に係るヘッド3(図5)について、以下の条件で解析を行った。
・圧電層41の厚み(Z方向の長さ)=15μm
・圧電層42の厚み(Z方向の長さ)=15μm
・圧電層43の厚み(Z方向の長さ)=13.3μm
・インク分離層44の厚み(Z方向の長さ)=10μm
・駆動電極51のX方向の長さ=438μm
・高電位電極52のX方向の長さ(第1活性部61のX方向の長さ)=220μm
・圧力室10のX方向の長さD=340μm
・2つの圧力室10のうちの一方(図5の左方の圧力室10)のX方向の他端10bから他方(図5の右方の圧力室10)のX方向の一端10aまでのX方向の距離W=84μm
<Analysis results>
The inventor of the present application analyzed the head 3 (FIG. 5) according to the first embodiment under the following conditions.
The thickness of the piezoelectric layer 41 (length in the Z direction) = 15 μm
The thickness of the piezoelectric layer 42 (length in the Z direction) = 15 μm
The thickness of the piezoelectric layer 43 (length in the Z direction) = 13.3 μm
The thickness of the ink separation layer 44 (length in the Z direction) = 10 μm
・ Length of
The length of the high
-Length D of
X from the
図10(a),(b)において、横軸(距離d2,d3)がプラスの場合、第2活性部62,63は、圧力室10とZ方向に重ならない。横軸(距離d2,d3)がゼロの場合、第2活性部62のX方向の他端62b及び第2活性部63のX方向の一端63aは、それぞれ圧力室10のX方向の一端10a及び他端10bとX方向において一致する。横軸(距離d2,d3)がマイナスの場合、第2活性部62,63は、圧力室10とZ方向に重なる部分を有する。
In FIGS. 10A and 10B, when the horizontal axis (distances d2 and d3) is positive, the second
図10(a)より、距離d2,d3が15μm(即ち、離隔距離(d4+d5)が、圧力室10のX方向の長さDに30μmを加えた長さ)のときに、アクチュエータ部60の変形量の勾配がマイナスからプラスに転じることがわかる。また、距離d2,d3が15μm以上の場合に、図7に示すように流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間のX方向の位置ズレが生じると、距離d3が増加することで、第2活性部63の収縮によるアクチュエータ部60の変形量が緩やかに低下する一方、距離d2が減少することで、第2活性部62の収縮によるアクチュエータ部60の変形量が大きく増加し、アクチュエータ部60全体としての変形量の低下が抑制されることがわかる。
10A, when the distances d2 and d3 are 15 μm (that is, the separation distance (d4 + d5) is a length obtained by adding 30 μm to the length D in the X direction of the pressure chamber 10). It can be seen that the gradient of quantity turns from minus to plus. In addition, when the distances d2 and d3 are 15 μm or more and the positional deviation in the X direction between the
さらに、図10(a)より、距離d2,d3が長くなるほど、アクチュエータ部60の変形量が低下し、距離d2,d3が50μmに達すると、アクチュエータ部60の変形量が大きく低下することがわかる。したがって、アクチュエータ部60の変形量を確保する点から、距離d2,d3は、流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間のX方向の位置ズレ量の許容値を20μmとして、70(=50+20)μm以下であること(即ち、離隔距離(d4+d5)は、圧力室10のX方向の長さDに140μmを加えた長さ以下であること)が好ましいことがわかる。
Further, from FIG. 10A, it can be seen that the longer the distances d2 and d3, the lower the deformation amount of the
図10(b)より、距離d2,d3が略15μm(即ち、離隔距離(d4+d5)が、圧力室10のX方向の長さDに30μmを加えた長さ)以上の場合に、図7に示すような流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間のX方向の位置ズレ(位置ズレ量=20μm)が生じると、第2活性部62の収縮によるアクチュエータ部60の変形量が、位置ズレが無い場合に比べて増加することがわかる。
From FIG. 10B, when the distances d2 and d3 are approximately 15 μm (that is, the separation distance (d4 + d5) is equal to the length D in the X direction of the
図10(c)において、実線は本発明の実施例(距離d2,d3=20μm)についての解析結果を示し、破線は本発明の比較例(距離d2,d3=0μm)についての解析結果を示す。図10(c)より、図7に示すような流路ユニット21と圧電アクチュエータ22との間のX方向の位置ズレが生じ、その位置ズレ量が増加するにつれて、実施例及び比較例共にアクチュエータ部60の変形量が低下するが、実施例の方が比較例よりもアクチュエータ部60の変形量の低下が抑えられることがわかる。
In FIG. 10C, the solid line shows the analysis result for the embodiment of the present invention (distances d2, d3 = 20 μm), and the broken line shows the analysis result for the comparative example (distances d2, d3 = 0 μm) of the present invention. . From FIG. 10 (c), the positional deviation in the X direction between the
なお、図10(b),(c)において、位置ズレ量とは、第1活性部61のX方向の中央61cから圧力室10のX方向の中央までのX方向の距離をいう。
In FIGS. 10B and 10C, the positional deviation amount means a distance in the X direction from the
<変形例>
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。
<Modification>
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various design changes can be made as long as they are described in the claims.
例えば、圧電アクチュエータにおける圧電層や電極の構成は、以下のように変更可能である。電極配置の変更に伴い、第1活性部61及び第2活性部62,63の厚み(Z方向の長さ)や、第1活性部61及び第2活性部62,63のZ方向の位置関係も、変更し得る。
For example, the configuration of the piezoelectric layer and the electrode in the piezoelectric actuator can be changed as follows. As the electrode arrangement is changed, the thickness (length in the Z direction) of the first
図11(a)の第1変形例では、高電位電極52及び低電位電極53のZ方向の位置が上述した実施形態と逆である。Z方向において上から順に、駆動電極51、低電位電極53及び高電位電極52が配置されている。低電位電極53は、Z方向において圧電層41と圧電層42との間に配置されている。高電位電極52は、Z方向において圧電層42と圧電層43との間に配置されている。低電位電極53は、高電位電極52よりも、Z方向において圧力室10から離隔している。
In the first modification of FIG. 11A, the positions of the high
図11(b)の第2変形例では、駆動電極51及び高電位電極52のZ方向の位置が上述した実施形態と逆である。Z方向において上から順に、高電位電極52、駆動電極51及び低電位電極53が配置されている。高電位電極52は、圧電層41の上面に配置されている。駆動電極51は、Z方向において圧電層41と圧電層42との間に配置されている。
In the second modified example of FIG. 11B, the positions of the
図11(c)の第3変形例では、圧電層の数が2つである。圧電体40は、Z方向に積層された2つの圧電層41,42を有する。高電位電極52及び低電位電極53は、Z方向において圧電層41と圧電層42との間(即ち、同一層)に配置されている。
In the third modified example of FIG. 11C, the number of piezoelectric layers is two. The
図12(a)の第4変形例では、高電位電極52が、低電位電極53とX方向に隣接する位置まで延びている。したがって、第1活性部61は、X方向において、第2活性部62,63から離隔せず、第2活性部62,63に隣接している。
In the fourth modification of FIG. 12A, the high
図12(b)の第5変形例では、第4変形例と同様、高電位電極52が、低電位電極53とX方向に隣接する位置まで延びている。したがって、第1活性部61は、X方向において、第2活性部62,63から離隔せず、第2活性部62,63に隣接している。第5変形例では、さらに、低電位電極53が、圧電層43の上面全域に形成されており、高電位電極52とZ方向に重なる部分を有する。
In the fifth modified example of FIG. 12B, as in the fourth modified example, the high
図12(c)の第6変形例では、圧電層41の上面のみでなく、圧電層43の上面にも、駆動電極51が形成されている。高電位電極52及び低電位電極53は、Z方向において圧電層41と圧電層42との間(即ち、同一層)に配置されている。これにより、圧電層41,42のそれぞれに、Z方向において駆動電極51と高電位電極52とに挟まれた第1活性部61、Z方向において駆動電極51と低電位電極53とに挟まれた第2活性部62,63が形成されている。
In the sixth modified example of FIG. 12C, the
分離層44を省略してもよい。
The
第1部分は、第3方向において圧力室と重ならない部分を含んでもよい(図12(a),(b)参照)。また、第1部分は、第2部分及び/又は第3部分と第1方向に隣接する部分や、第3方向において第2部分及び/又は第3部分と重なる部分を有してもよい。 The first portion may include a portion that does not overlap with the pressure chamber in the third direction (see FIGS. 12A and 12B). The first portion may include a portion adjacent to the second portion and / or the third portion in the first direction, and a portion overlapping the second portion and / or the third portion in the third direction.
流路ユニットと圧電アクチュエータとの間の位置ズレが無い状態において、第2部分が第3方向において圧力室と重ならず、第3部分が第3方向において圧力室と重なってもよい。この場合でも、第1方向の位置ズレが生じ、第2部分の圧力室からの第1方向の離隔距離が短くなった場合、又は、第2部分が第3方向において圧力室と重なった場合、第2部分の収縮によるアクチュエータ部の変形量が大きくなり、アクチュエータ部の変形量の低下を抑制できる。 In a state where there is no displacement between the flow path unit and the piezoelectric actuator, the second portion may not overlap the pressure chamber in the third direction, and the third portion may overlap the pressure chamber in the third direction. Even in this case, when the positional deviation in the first direction occurs and the separation distance in the first direction from the pressure chamber of the second portion becomes shorter, or when the second portion overlaps the pressure chamber in the third direction, The amount of deformation of the actuator portion due to the contraction of the second portion is increased, and a decrease in the amount of deformation of the actuator portion can be suppressed.
第2実施形態では、第1方向における第2部分と第3部分との離隔距離が、幅広部254と幅狭部255との境界又は幅広部258と幅狭部259との境界で局所的に変化しているが、当該離隔距離が第2方向に漸進的に変化してもよい。
In the second embodiment, the separation distance between the second portion and the third portion in the first direction is locally at the boundary between the
圧力室は、第1方向における長さが、第2方向における長さより長くてもよい。 The length of the pressure chamber in the first direction may be longer than the length in the second direction.
吐出口及び圧力室の数は、上述の実施形態では32個であるが、これに限定されない。例えば32個を超える数の吐出口や圧力室が設けられてよい。 The number of discharge ports and pressure chambers is 32 in the above-described embodiment, but is not limited thereto. For example, more than 32 outlets and pressure chambers may be provided.
液体吐出ヘッドは、1色のインクを吐出することに限定されず、複数色のインクを吐出してもよい。 The liquid ejection head is not limited to ejecting one color ink, and may eject plural colors of ink.
液体吐出ヘッドが吐出する液体は、インクに限定されず、任意の液体(例えば、インク中の成分を凝集又は析出させる処理液等)であってよい。 The liquid ejected by the liquid ejection head is not limited to ink, and may be any liquid (for example, a treatment liquid that aggregates or precipitates components in the ink).
液体吐出ヘッドは、シリアル式に限定されず、ライン式であってもよい。 The liquid discharge head is not limited to a serial type, and may be a line type.
本発明は、プリンタに限定されず、ファクシミリ、コピー機、複合機等にも適用可能である。また、本発明は、画像の記録以外の用途で使用される液体吐出装置(例えば、基板に導電性の液体を吐出して導電パターンを形成する液体吐出装置)にも適用可能である。 The present invention is not limited to a printer, but can also be applied to a facsimile machine, a copier, a multifunction machine, and the like. The present invention is also applicable to a liquid ejecting apparatus used for purposes other than image recording (for example, a liquid ejecting apparatus that forms a conductive pattern by ejecting a conductive liquid onto a substrate).
1 プリンタ
3 ヘッド(液体吐出ヘッド)
10 圧力室
10a 一端
10b 他端
15x 吐出口
21 流路ユニット
22 圧電アクチュエータ
22a 一端
22b 他端
34x 吐出面
40 圧電体
41〜43 圧電層
51 駆動電極(第1電極,第4電極)
52 高電位電極(第2電極,第5電極)
53;253 低電位電極(第3電極,第6電極)
60 アクチュエータ部
61 第1活性部(第1部分,第4部分)
61c 中央
62 第2活性部(第2部分,第5部分)
62a 一端
62b 他端
63 第2活性部(第3部分,第6部分)
1
DESCRIPTION OF
52 High-potential electrodes (second electrode, fifth electrode)
53; 253 Low potential electrode (third electrode, sixth electrode)
60
62a one
Claims (8)
前記吐出面と直交する第3方向において、前記流路ユニットに積層された圧電アクチュエータと、を備え、
前記圧電アクチュエータは、
前記第3方向に積層された複数の圧電層を有する圧電体と、
第1電極と、
前記第3方向において前記第1電極から離隔した第2電極と、
前記第3方向において前記第1電極から離隔した第3電極と、を備え、
前記圧電体は、
前記第3方向において前記第1電極と前記第2電極とに挟まれた第1部分であって、前記第3方向において前記圧力室と重なる部分を有する第1部分と、
前記第3方向において前記第1電極と前記第3電極とに挟まれた第2部分と、
前記第3方向において前記第1電極と前記第3電極とに挟まれた第3部分であって、前記第1方向において前記第2部分から離隔した第3部分と、を有し、
前記第1部分は、前記第1方向において前記第2部分と前記第3部分との間に配置された部分を有し、
前記圧力室、前記第1部分、前記第2部分及び前記第3部分を通る前記第1方向及び前記第3方向に沿った断面において、前記第1方向における前記第2部分と前記第3部分との離隔距離は、前記第1方向における前記圧力室の長さよりも長いことを特徴とする液体吐出ヘッド。 A flow having a discharge surface parallel to a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, the discharge surface being a surface defining a discharge port, and having a pressure chamber communicating with the discharge port. Road unit,
A piezoelectric actuator stacked on the flow path unit in a third direction orthogonal to the ejection surface;
The piezoelectric actuator is
A piezoelectric body having a plurality of piezoelectric layers stacked in the third direction;
A first electrode;
A second electrode spaced from the first electrode in the third direction;
A third electrode spaced apart from the first electrode in the third direction,
The piezoelectric body is
A first portion sandwiched between the first electrode and the second electrode in the third direction, the first portion having a portion overlapping the pressure chamber in the third direction;
A second portion sandwiched between the first electrode and the third electrode in the third direction;
A third portion sandwiched between the first electrode and the third electrode in the third direction, and a third portion spaced from the second portion in the first direction,
The first portion has a portion disposed between the second portion and the third portion in the first direction;
In the cross section along the first direction and the third direction passing through the pressure chamber, the first portion, the second portion, and the third portion, the second portion and the third portion in the first direction, The liquid discharge head is characterized in that the separation distance is longer than the length of the pressure chamber in the first direction.
前記第2電極は、前記第3電極よりも、前記第3方向において前記圧力室から離隔していることを特徴とする、請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。 The first electrode is separated from the pressure chamber in the third direction than the second electrode and the third electrode,
3. The liquid ejection head according to claim 1, wherein the second electrode is separated from the pressure chamber in the third direction than the third electrode. 4.
前記圧力室、前記第1部分、前記第2部分及び前記第3部分を通る前記第3方向及び前記第3方向に沿った別の断面であって、前記第2方向において前記断面とは異なる位置を通る別の断面における、前記離隔距離とが、互いに異なることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 The separation distance in the cross-section;
Another cross section along the third direction and the third direction passing through the pressure chamber, the first portion, the second portion, and the third portion, and a position different from the cross section in the second direction. 4. The liquid ejection head according to claim 1, wherein the separation distances in different cross sections passing through are different from each other. 5.
前記圧電アクチュエータは、
前記第1方向において前記第1電極から離隔した第4電極と、
前記第3方向において前記第4電極から離隔した第5電極と、
前記第3方向において前記第4電極から離隔した第6電極と、を備え、
前記圧電体は、
前記第3方向において前記第4電極と前記第5電極とに挟まれた第4部分であって、前記第3方向において前記別の圧力室と重なる部分を有する第4部分と、
前記第3方向において前記第4電極と前記第6電極とに挟まれた第5部分と、
前記第3方向において前記第4電極と前記第6電極とに挟まれた第6部分であって、前記第1方向において前記第5部分から離隔した第6部分と、をさらに有し、
前記第4部分は、前記第1方向において前記第5部分と前記第6部分との間に配置された部分を有し、
前記別の圧力室、前記第4部分、前記第5部分及び前記第6部分を通る前記第1方向及び前記第3方向に沿った断面において、前記第1方向における前記第5部分と前記第6部分との離隔距離は、前記第1方向における前記別の圧力室の長さよりも長く、
前記第1方向において前記第1部分と前記第4部分との間に、前記第3部分及び前記第5部分が配置され、
前記第3部分及び前記第5部分を通る前記第1方向及び前記第3方向に沿った断面において、前記第1方向における前記第3部分と前記第5部分との離隔距離は、60μm以上であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 In the flow path unit, another pressure chamber separated from the pressure chamber in the first direction is formed,
The piezoelectric actuator is
A fourth electrode spaced from the first electrode in the first direction;
A fifth electrode spaced from the fourth electrode in the third direction;
A sixth electrode spaced apart from the fourth electrode in the third direction,
The piezoelectric body is
A fourth portion sandwiched between the fourth electrode and the fifth electrode in the third direction, the fourth portion having a portion overlapping the other pressure chamber in the third direction;
A fifth portion sandwiched between the fourth electrode and the sixth electrode in the third direction;
A sixth portion sandwiched between the fourth electrode and the sixth electrode in the third direction, and a sixth portion spaced from the fifth portion in the first direction;
The fourth portion has a portion disposed between the fifth portion and the sixth portion in the first direction;
In the cross section along the first direction and the third direction passing through the another pressure chamber, the fourth portion, the fifth portion, and the sixth portion, the fifth portion and the sixth portion in the first direction. The separation distance from the portion is longer than the length of the another pressure chamber in the first direction,
The third portion and the fifth portion are disposed between the first portion and the fourth portion in the first direction;
In a cross section along the first direction and the third direction passing through the third portion and the fifth portion, a separation distance between the third portion and the fifth portion in the first direction is 60 μm or more. The liquid ejection head according to claim 1, wherein the liquid ejection head is characterized in that:
前記吐出面と直交する第3方向において、前記流路ユニットに積層された圧電アクチュエータと、を備え、
前記圧電アクチュエータは、
前記第3方向に積層された複数の圧電層を有する圧電体と、
第1電極と、
前記第3方向において前記第1電極から離隔した第2電極と、
前記第3方向において前記第1電極から離隔した第3電極と、を備え、
前記圧電体は、
前記第3方向において前記第1電極と前記第2電極とに挟まれた第1部分であって、前記第3方向において前記圧力室と重なる部分を有する第1部分と、
前記第3方向において前記第1電極と前記第3電極とに挟まれた第2部分と、
前記第3方向において前記第1電極と前記第3電極とに挟まれた第3部分であって、前記第1方向において前記第2部分から離隔した第3部分と、を有し、
前記第1部分は、前記第1方向において前記第2部分と前記第3部分との間に配置された部分を有し、
前記圧電アクチュエータは、前記第1方向の一端と、前記第1方向の他端と、を有し、
前記圧力室は、前記第1方向の一端と、前記第1方向の他端と、を有し、
前記圧力室の前記他端は、前記第1方向において、前記圧力室の前記一端と前記圧電アクチュエータの前記他端との間に位置し、
前記第2部分は、前記第1方向の一端と、前記第1方向の他端と、を有し、
前記第2部分の前記他端は、前記第1方向において、前記第2部分の前記一端と前記圧電アクチュエータの前記他端との間に位置し、
前記第2部分の前記他端及び前記圧力室の前記一端は、前記第1方向において、前記圧電アクチュエータの前記一端と前記第1部分における前記第1方向の中央との間に位置し、前記第2部分の前記他端から前記第1部分の前記中央までの前記第1方向の距離は、前記圧力室の前記一端から前記圧力室の前記他端までの前記第1方向の距離の半分よりも長いことを特徴とする液体吐出ヘッド。 A flow having a discharge surface parallel to a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, the discharge surface being a surface defining a discharge port, and having a pressure chamber communicating with the discharge port. Road unit,
A piezoelectric actuator stacked on the flow path unit in a third direction orthogonal to the ejection surface;
The piezoelectric actuator is
A piezoelectric body having a plurality of piezoelectric layers stacked in the third direction;
A first electrode;
A second electrode spaced from the first electrode in the third direction;
A third electrode spaced apart from the first electrode in the third direction,
The piezoelectric body is
A first portion sandwiched between the first electrode and the second electrode in the third direction, the first portion having a portion overlapping the pressure chamber in the third direction;
A second portion sandwiched between the first electrode and the third electrode in the third direction;
A third portion sandwiched between the first electrode and the third electrode in the third direction, and a third portion spaced from the second portion in the first direction,
The first portion has a portion disposed between the second portion and the third portion in the first direction;
The piezoelectric actuator has one end in the first direction and the other end in the first direction,
The pressure chamber has one end in the first direction and the other end in the first direction;
The other end of the pressure chamber is located between the one end of the pressure chamber and the other end of the piezoelectric actuator in the first direction;
The second portion has one end in the first direction and the other end in the first direction,
The other end of the second portion is located between the one end of the second portion and the other end of the piezoelectric actuator in the first direction;
The other end of the second portion and the one end of the pressure chamber are located between the one end of the piezoelectric actuator and a center of the first portion in the first direction in the first direction, The distance in the first direction from the other end of the two portions to the center of the first portion is less than half of the distance in the first direction from the one end of the pressure chamber to the other end of the pressure chamber. A liquid discharge head characterized by its long length.
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