JP4720817B2 - Piezoelectric actuator and fluid transfer device - Google Patents

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本発明は、圧電アクチュエータ、及びそれを用いた流体移送装置に関する。 The present invention relates to a fluid transfer apparatus using a piezoelectric actuator, and it.

従来、紙等の記録媒体に記録を行う記録装置として、例えばインクジェットヘッドを備えたインクジェットプリンタが知られている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a recording apparatus that performs recording on a recording medium such as paper, for example, an inkjet printer including an inkjet head is known (see, for example, Patent Document 1).

特許第3128857号公報Japanese Patent No. 31288857

このインクジェットヘッド420は、図24に示すように、図示外の駆動回路で発生した駆動電圧により駆動される圧電アクチュエータプレート421と、インクが通るためのインク流路を形成するキャビティプレート422と、インクを噴射するノズル424を備えたノズルプレート423とがそれぞれ上部、中間部及び下部に位置するように積層されて構成されている。キャビティプレート422は、上下に積層された3枚の層422a〜422cから構成されており、上側の層422aにはインクを収容するための圧力室430が、下側の層422cには圧力室にインクを供給するためのマニホールド(図示外)及び圧力室430をノズル424に連通する連通孔432が、中間部の層422bには圧力室430とマニホールドとを連通するための連通孔(図示外)及び圧力室430をノズル424に連通する連通孔431がそれぞれエッチング等によって形成されている。   As shown in FIG. 24, the inkjet head 420 includes a piezoelectric actuator plate 421 driven by a driving voltage generated by a driving circuit (not shown), a cavity plate 422 that forms an ink flow path for ink to pass through, and an ink And a nozzle plate 423 provided with a nozzle 424 for injecting water is laminated so as to be positioned at the upper part, the middle part and the lower part, respectively. The cavity plate 422 is composed of three layers 422a to 422c stacked one above the other. The upper layer 422a has a pressure chamber 430 for containing ink, and the lower layer 422c has a pressure chamber. A manifold for supplying ink (not shown) and a communication hole 432 for connecting the pressure chamber 430 to the nozzle 424 are provided, and a communication hole (not shown) for connecting the pressure chamber 430 and the manifold to the intermediate layer 422b. In addition, a communication hole 431 that communicates the pressure chamber 430 with the nozzle 424 is formed by etching or the like.

また、圧電アクチュエータプレート421は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)のセラミックス材料からなる圧電セラミックス材料からなり、圧電効果を有する複数の圧電セラミックス層440と、その層間に複数の内部電極445,446,447,448,449,450とを備えている。内部電極445〜450は、それぞれ圧力室430の中央部に対応する部分に設けられており、内部電極445〜450に挟まれた圧電セラミックス層440の部分は、内部電極445〜450に電圧が印加されることによりそれぞれ積層方向に伸長する活性部455,456,457,458,459となっている。そして、図25に示すように、圧電アクチュエータプレート421の任意の圧力室430aに対応する内部電極445〜450に電圧を印加すると、活性部455〜459に分極方向と平行な電界が生じ、活性部455〜459が積層方向に伸長して、圧力室430a内のインクに噴射のための圧力が付与される。   The piezoelectric actuator plate 421 is made of a piezoelectric ceramic material made of a lead zirconate titanate (PZT) ceramic material, and has a plurality of piezoelectric ceramic layers 440 having a piezoelectric effect, and a plurality of internal electrodes 445, 446 between the layers. 447, 448, 449, 450. The internal electrodes 445 to 450 are respectively provided at portions corresponding to the central portion of the pressure chamber 430, and a voltage is applied to the internal electrodes 445 to 450 in the portion of the piezoelectric ceramic layer 440 sandwiched between the internal electrodes 445 to 450. As a result, active portions 455, 456, 457, 458, and 459 extending in the stacking direction are formed. As shown in FIG. 25, when a voltage is applied to the internal electrodes 445 to 450 corresponding to any pressure chamber 430a of the piezoelectric actuator plate 421, an electric field parallel to the polarization direction is generated in the active portions 455 to 459, and the active portions 455 to 459 extend in the stacking direction, and pressure for ejection is applied to the ink in the pressure chamber 430a.

しかしながら、上記のような従来の技術では、図25に示すように、電極445〜450の平面形状がほぼ圧力室430の平面形状と対応しており、さらに上記のように積層することによって、圧電材料440の電極間に配置される部分の面積が大きくなり、静電容量が増えるので、圧電アクチュエータを高速駆動するための電流が大きくなり、エネルギ効率が悪くなるという問題があった。   However, in the conventional technique as described above, the planar shape of the electrodes 445 to 450 substantially corresponds to the planar shape of the pressure chamber 430 as shown in FIG. Since the area of the portion arranged between the electrodes of the material 440 is increased and the capacitance is increased, there is a problem that the current for driving the piezoelectric actuator at a high speed is increased and the energy efficiency is deteriorated.

また、インクを噴射する動作をした活性部455〜459が下に凸に変形することの反作用によって、圧力室430間の隔壁430cの上方部分を支点P1として隣接する圧力室430bの上方の圧電アクチュエータプレート421部分が上に凸となるように湾曲し、また、それと共に隔壁430cも圧力室430aに向け傾斜する力を受ける。このように、任意の圧力室430aにおいてインクを噴射する動作をすると、隣接する圧力室430bも容積変化しインクに圧力変動が生じて、その圧力室430bからインクを噴射するときに、インク液滴の噴射速度や体積がばらつく、いわゆるクロストークが生じることがあった。そして、そのために、インクジェットヘッド420の印字品質が悪くなるという問題点があった。   Also, the piezoelectric actuators above the adjacent pressure chambers 430b with the upper portion of the partition wall 430c between the pressure chambers 430 as a fulcrum P1 due to the reaction of the active portions 455 to 459 that have been ejected with ink being deformed downwardly The portion of the plate 421 is curved so as to be convex upward, and the partition wall 430c also receives a force inclined toward the pressure chamber 430a. As described above, when the operation of ejecting ink in an arbitrary pressure chamber 430a is performed, the volume of the adjacent pressure chamber 430b is also changed to cause a pressure fluctuation in the ink, and ink droplets are ejected when ejecting ink from the pressure chamber 430b. In some cases, so-called crosstalk, in which the spraying speed and volume of the water fluctuate, occurs. For this reason, there is a problem that the print quality of the inkjet head 420 is deteriorated.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、電極間に配置される圧電材料の面積を小さくしても圧電材料板に十分な変形量を付与することができ、アクチュエータの各圧力室に対応する部分の変形が、他の圧力室に対応する部分に影響を及ぼすのを防止し、印字品質を高くでき、エネルギ効率の良好な圧電アクチュエータ、及び流体移送装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. Even when the area of the piezoelectric material disposed between the electrodes is reduced, a sufficient amount of deformation can be imparted to the piezoelectric material plate. An object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator and a fluid transfer device that can prevent deformation of a portion corresponding to a chamber from affecting a portion corresponding to another pressure chamber, improve printing quality, and have high energy efficiency. And

上記課題を解決するために、請求項1に係る発明の圧電アクチュエータは、圧電材料からなる板状体と、当該板状体を変形させるための電界を発生する複数の電極とを備え、前記板状体は、その面方向に対して実質的に直交する方向に変形する動作部分の略中央に対応する第1の部分と、その第1の部分の前記面方向両側に対称に位置する一対の第2の部分とを有し、前記複数の電極は、前記第1の部分においては配置されず、前記第2の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を前記厚さ方向に挟むように対向配置され、その挟まれた部分は、前記電極の対向方向に分極されており、対向する前記電極間に発生した電界により、前記第2の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を、それぞれ前記面方向に収縮させるものであり、その収縮にともない一対の前記第2の部分をそれぞれ湾曲変形させるとともにその変形した一対の前記第2の部分間の前記第1の部分を前記面方向に対して実質的に直交する方向に湾曲変形させるようにしたことを特徴とする構成となっている。 In order to solve the above-described problem, a piezoelectric actuator according to a first aspect of the present invention includes a plate-like body made of a piezoelectric material , and a plurality of electrodes that generate an electric field for deforming the plate-like body. The shape body includes a first portion corresponding to substantially the center of the operation portion deforming in a direction substantially orthogonal to the surface direction, and a pair of symmetrically positioned on both sides of the first portion in the surface direction. and a second portion, before Symbol plurality of electrodes, said not arranged in the first portion, so as to sandwich one portion biased in the thickness direction in the second portion to the thickness direction The portion sandwiched between the electrodes is polarized in the opposing direction of the electrodes, and a portion biased to one side in the thickness direction in the second portion by an electric field generated between the opposing electrodes. , Each of which is contracted in the plane direction, The pair of second portions is curved and deformed along with the contraction, and the first portion between the deformed pair of second portions is curved and deformed in a direction substantially perpendicular to the surface direction. It is the structure characterized by having made it like this.

この構成の圧電アクチュエータでは、複数の電極による第2の部分の収縮にともない、それぞれ湾曲変形した一対の第2の部分間の第1の部分を、面方向に対して実質的に直交する方向に湾曲変形させることで、第1および第2の部分全体で大きい変形量を得ることができる。   In the piezoelectric actuator having this configuration, the first portion between the pair of second portions that are curved and deformed in the direction substantially perpendicular to the surface direction in accordance with the contraction of the second portion by the plurality of electrodes. By bending and deforming, a large deformation amount can be obtained in the entire first and second portions.

また、このようにすることで、上記のように一対の第2の部分を湾曲変形させ、それにともない第1の部分も湾曲変形させることができる。また、請求項2に係る発明の圧電アクチュエータは、請求項1に記載の発明の構成に加えて、前記複数の電極は、前記板状体の前記挟まれた部分を厚さ方向に複数形成するように、厚さ方向に複数配置され、前記湾曲変形の内側に近い電極ほど前記面方向において大きいことを特徴とする構成となっている。このようにすることで、内側の電極ほど湾曲変形に寄与し、外側の電極では静電容量の低減に寄与できる。   Moreover, by doing in this way, a pair of 2nd part can be curvedly deformed as mentioned above, and the 1st part can also be curvedly deformed in connection with it. According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect of the invention, the plurality of electrodes includes a plurality of the sandwiched portions of the plate-like body in the thickness direction. As described above, the electrodes are arranged in the thickness direction, and the electrodes closer to the inside of the curved deformation are larger in the surface direction. By doing in this way, the inner electrode contributes to the bending deformation, and the outer electrode can contribute to the reduction of the capacitance.

また、請求項3に係る発明の圧電アクチュエータは、圧電材料からなる板状体と、当該板状体を変形させるための電界を発生する複数の電極とを備え、前記板状体は、その面方向に対して実質的に直交する方向に変形する動作部分の略中央に対応する第1の部分と、その第1の部分の前記面方向両側に対称に位置する一対の第2の部分とを有し、前記複数の電極は、前記第1の部分においては配置されず、前記第2の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を前記面方向に挟むように対向配置され、その挟まれた部分は、前記電極の対向方向に分極されており、対向する前記電極間に発生した電界により、前記第2の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を、それぞれ前記面方向に伸長させるものであり、その伸長にともない一対の前記第2の部分をそれぞれ湾曲変形させるとともにその変形した一対の前記第2の部分間の前記第1の部分を前記面方向に対して実質的に直交する方向に湾曲変形させるようにしたことを特徴とする構成となっている。この構成の圧電アクチュエータでは、複数の電極による第2の部分の伸張にともない、それぞれ湾曲変形した一対の第2の部分間の第1の部分を、面方向に対して実質的に直交する方向に湾曲変形させることで、第1および第2の部分全体で大きい変形量を得ることができる。また、このようにすることで、上記のように一対の第2の部分を湾曲変形させ、それにともない第1の部分も湾曲変形させることができる。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric actuator comprising: a plate-like body made of a piezoelectric material ; and a plurality of electrodes for generating an electric field for deforming the plate-like body, the plate-like body having a surface thereof. A first portion corresponding to substantially the center of the motion portion deformed in a direction substantially perpendicular to the direction, and a pair of second portions positioned symmetrically on both sides of the first portion in the surface direction. has, prior Symbol plurality of electrodes, said not arranged in the first part, one portion biased in said second thickness in a portion direction are opposed so as to sandwich the plane direction, sandwiched that The polarized portion is polarized in the opposing direction of the electrodes, and the portion biased to one of the thickness directions in the second portion is extended in the surface direction by the electric field generated between the opposing electrodes. A pair of fronts along with the extension Each of the second portions is curved and deformed, and the first portion between the deformed pair of the second portions is curved and deformed in a direction substantially perpendicular to the surface direction. It becomes the composition which becomes. In the piezoelectric actuator having this configuration, as the second portion is extended by the plurality of electrodes, the first portion between the pair of second portions curved and deformed is set in a direction substantially perpendicular to the surface direction. By bending and deforming, a large deformation amount can be obtained in the entire first and second portions. Moreover, by doing in this way, a pair of 2nd part can be curvedly deformed as mentioned above, and the 1st part can also be curvedly deformed in connection with it.

また、請求項4に係る発明の流体移送装置は、請求項1に記載の圧電アクチュエータの前記動作部分を流体収容室と対向配置し、前記第2の部分において前記複数の電極を前記流体収容室から遠い側の偏った位置に配置し、前記電界を発生する方向は分極方向と平行であって、前記電界が発生した部分を、それぞれ前記面方向に収縮させることにより、前記第1および第2の部分を流体収容室の容積を拡大する方向に変形し、その後、容積を縮小することで、当該流体収容室の流体を移送させることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、請求項に記載の圧電アクチュエータを用い、流体収容室に生じた流体の圧力変動を利用して流体を移送することができる。 According to a fourth aspect of the present invention, in the fluid transfer device according to the first aspect of the present invention, the operation portion of the piezoelectric actuator according to the first aspect is disposed opposite to the fluid storage chamber, and the plurality of electrodes are disposed in the fluid storage chamber in the second portion. The direction in which the electric field is generated is parallel to the polarization direction, and the portions where the electric field is generated are contracted in the plane direction, respectively, so that the first and second directions are This portion is deformed in the direction of enlarging the volume of the fluid storage chamber, and then the volume is reduced to transfer the fluid in the fluid storage chamber. By doing so, the fluid can be transferred using the pressure fluctuation of the fluid generated in the fluid storage chamber using the piezoelectric actuator according to claim 1 .

また、請求項5に係る発明の流体移送装置は、請求項3に記載の圧電アクチュエータの前記動作部分を流体収容室と対向配置し、前記第2の部分において前記複数の電極を前記流体収容室に近い側の偏った位置に配置し、前記電界を発生する方向は分極方向と平行であって、前記電界が発生した部分を、それぞれ前記面方向に伸長させることにより、前記第1および第2の部分を流体収容室の容積を拡大する方向に変形し、その後、容積を縮小することで、当該流体収容室の流体を移送させることを特徴とする構成となっている。このようにすることで、請求項3に記載の圧電アクチュエータを用い、流体収容室に生じた流体の圧力変動を利用して流体を移送することができる。   According to a fifth aspect of the present invention, in the fluid transfer device according to the third aspect, the operation portion of the piezoelectric actuator according to the third aspect is disposed opposite to the fluid storage chamber, and the plurality of electrodes are disposed in the fluid storage chamber in the second portion. The direction in which the electric field is generated is parallel to the polarization direction, and the portions where the electric field is generated are extended in the plane direction, respectively. This portion is deformed in the direction of enlarging the volume of the fluid storage chamber, and then the volume is reduced to transfer the fluid in the fluid storage chamber. By doing so, the piezoelectric actuator according to claim 3 can be used to transfer the fluid using the pressure fluctuation of the fluid generated in the fluid storage chamber.

以上説明したように、請求項1に係る発明の圧電アクチュエータでは、複数の電極による板状体の収縮にともない、それぞれ湾曲変形した一対の第2の部分間の第1の部分を、面方向に対して実質的に直交する方向に湾曲変形することができる。従って、板状体の一部に電極を配置するだけでそれよりも広い部分の板状体を湾曲変形させることができるので、静電容量を小さくし、エネルギ効率を上げることができる。   As described above, in the piezoelectric actuator according to the first aspect of the present invention, the first portion between the pair of second portions each curved and deformed in accordance with the contraction of the plate-like body by the plurality of electrodes is arranged in the plane direction. On the other hand, it can be curved and deformed in a direction substantially perpendicular to the direction. Therefore, a plate-like body having a wider portion can be curved and deformed simply by disposing an electrode on a part of the plate-like body, so that the capacitance can be reduced and the energy efficiency can be increased.

また、第2の部分において厚さ方向に対向する電極間に発生した電界により、第2の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を、それぞれ面方向に収縮させることができる。従って、一対の第2の部分が湾曲変形するのにともない、その間の第1の部分も湾曲変形させることができる。   In addition, due to the electric field generated between the electrodes facing each other in the thickness direction in the second portion, the portions of the second portion that are biased to one side in the thickness direction can be contracted in the surface direction. Therefore, as the pair of second portions is curved and deformed, the first portion in between can be curved and deformed.

また、請求項3に係る発明の圧電アクチュエータでは、第2の部分において面方向に対向する電極間に発生した電界により、第2の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を、それぞれ面方向に伸長させることができる。従って、一対の第2の部分が湾曲変形するのにともない、その間の第1の部分も湾曲変形させることができる。   In the piezoelectric actuator according to the third aspect of the present invention, each of the second portions that are biased in one of the thickness directions by the electric field generated between the electrodes facing in the surface direction in the second portion is arranged in the surface direction. Can be stretched. Therefore, as the pair of second portions is curved and deformed, the first portion in between can be curved and deformed.

また、請求項4に係る発明の流体移送装置では、請求項1に記載の圧電アクチュエータの第2の部分に電極を流体収容室から遠い側に配置し、第1および第2の部分を流体収容室の容積を拡大する方向に変形して、その後、容積を縮小するので、拡大した際に生じた流体の圧力変動を利用して効率よく流体を移送させることができる。従って、流体収容室の容積を拡大する場合にのみ板状体に電圧を印加して流体を移送できるので、安全性を高くし、エネルギ効率をよくすることができる。   According to a fourth aspect of the present invention, in the fluid transfer device according to the first aspect, an electrode is disposed on the second portion of the piezoelectric actuator according to the first aspect on the side far from the fluid storage chamber, and the first and second portions are stored in the fluid. Since the volume of the chamber is deformed in the direction of enlargement and then the volume is reduced, the fluid can be efficiently transferred by utilizing the pressure fluctuation of the fluid generated when the chamber is enlarged. Therefore, since the fluid can be transferred by applying a voltage to the plate-like body only when the volume of the fluid storage chamber is enlarged, safety can be increased and energy efficiency can be improved.

また、請求項5に係る発明の流体移送装置では、請求項3に記載の圧電アクチュエータの第2の部分に電極を流体収容室に近い側に配置し、第1および第2の部分を流体収容室の容積を拡大する方向に変形して、その後、容積を縮小するので、拡大した際に生じた流体の圧力変動を利用して効率よく流体を移送させることができる。従って、流体収容室の容積を拡大する場合にのみ板状体に電圧を印加して流体を移送できるので、安全性を高くし、エネルギ効率をよくすることができる。   In the fluid transfer device of the invention according to claim 5, an electrode is disposed on the second portion of the piezoelectric actuator according to claim 3 on the side close to the fluid storage chamber, and the first and second portions are stored in the fluid. Since the volume of the chamber is deformed in the direction of enlargement and then the volume is reduced, the fluid can be efficiently transferred by utilizing the pressure fluctuation of the fluid generated when the chamber is enlarged. Therefore, since the fluid can be transferred by applying a voltage to the plate-like body only when the volume of the fluid storage chamber is enlarged, safety can be increased and energy efficiency can be improved.

以下、本発明を具体化した第1の実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図1を参照して、圧電アクチュエータを備えた流体移送装置の一例であるインクジェットヘッド100を搭載したインクジェットプリンタ101の構造について説明する。図1は、インクジェットプリンタ101の要部の斜視図である。   Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure of an inkjet printer 101 equipped with an inkjet head 100 which is an example of a fluid transfer device including a piezoelectric actuator will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a perspective view of a main part of the inkjet printer 101.

図1に示すように、インクジェットプリンタ101は、被記録媒体である用紙111を搬送する用紙搬送手段としてのプラテンローラ110と、インクが充填されるインクカートリッジ116およびプラテンローラ110上にセットされる用紙111に印刷するためプラテンローラ110と対向する位置に配置されたインクジェットヘッド100が搭載されるキャリッジ118とを備えている。プラテンローラ110は、軸112によりフレーム113に回転可能に取り付けられており、モータ114によって回転駆動される。キャリッジ118は、プラテンローラ110の軸線に平行に配設された2本のガイドロッド120に摺動可能に支持されるとともに、一対のプーリ122に巻きかけられたタイミングベルト124に接合されている。そして、一方のプーリ122がモータ123によって正逆回転駆動されることでキャリッジ118がプラテンローラ110に沿って往復移動されるようになっている。   As shown in FIG. 1, an inkjet printer 101 includes a platen roller 110 as a sheet conveying unit that conveys a sheet 111 as a recording medium, an ink cartridge 116 filled with ink, and a sheet set on the platen roller 110. And a carriage 118 on which the inkjet head 100 disposed at a position facing the platen roller 110 is mounted. The platen roller 110 is rotatably attached to the frame 113 by a shaft 112 and is driven to rotate by a motor 114. The carriage 118 is slidably supported by two guide rods 120 disposed parallel to the axis of the platen roller 110 and is joined to a timing belt 124 wound around a pair of pulleys 122. The carriage 118 is reciprocated along the platen roller 110 by driving one pulley 122 forward and backward by a motor 123.

用紙111は、インクジェットプリンタ101の側方に設けられた給紙カセット(図示外)から給紙され、インクジェットヘッド100とプラテンローラ110との間に搬送されて、インクジェットヘッド100から噴射されるインクにより所定の印刷がなされ、その後、排紙される。尚、図1において、用紙111の給紙機構および排紙機構の図示を省略している。   The paper 111 is fed from a paper feed cassette (not shown) provided on the side of the ink jet printer 101, transported between the ink jet head 100 and the platen roller 110, and ink ejected from the ink jet head 100. Predetermined printing is performed, and then the paper is discharged. In FIG. 1, the paper feed mechanism and paper discharge mechanism for the paper 111 are not shown.

次に、図2〜図7を参照して、第1の実施の形態の圧電アクチュエータ50を備えたインクジェットヘッド100の構造について説明する。図2は、インクジェットヘッド100の分解斜視図である。図3は、キャビティプレート10の分解斜視図である。図4は、図2に示す1点鎖線A−A’における矢視方向からみたキャビティプレート10の要部を拡大した分解断面斜視図である。図5は、図2に示す1点鎖線B−B’における矢視方向からみた圧電アクチュエータ50の要部を拡大した分解断面斜視図である。図6は、図2に示す1点鎖線C−C’における矢視方向からみたキャビティプレート10および圧電アクチュエータ50の部分断面図である。図7は、図2に示す1点鎖線D−D’における矢視方向からみたキャビティプレート10および圧電アクチュエータ50の部分断面図である。   Next, the structure of the inkjet head 100 including the piezoelectric actuator 50 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an exploded perspective view of the inkjet head 100. FIG. 3 is an exploded perspective view of the cavity plate 10. FIG. 4 is an exploded cross-sectional perspective view in which the main part of the cavity plate 10 is viewed from the direction of the arrows along the one-dot chain line A-A ′ shown in FIG. FIG. 5 is an exploded cross-sectional perspective view in which the principal part of the piezoelectric actuator 50 is viewed from the direction of the arrows along the one-dot chain line B-B ′ shown in FIG. FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the cavity plate 10 and the piezoelectric actuator 50 as viewed from the direction of the arrows along the one-dot chain line C-C ′ shown in FIG. 2. FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the cavity plate 10 and the piezoelectric actuator 50 as seen from the direction of the arrows along the one-dot chain line D-D ′ shown in FIG. 2.

図2に示すように、インクジェットヘッド100は、複数枚の積層型のキャビティプレート10と、キャビティプレート10に対して接着剤または接着シートを介して接着・積層されるプレート型の圧電アクチュエータ50と、その上面に、外部機器との電気的接続を行うためのフレキシブルフラットケーブル40とが接着剤にて重ね接合されて構成されており、最下層のキャビティプレート10の下面側に開口されたノズル15(図3参照)から下向きにインクが噴射するようになっている。   As shown in FIG. 2, the inkjet head 100 includes a plurality of stacked cavity plates 10, a plate-type piezoelectric actuator 50 that is bonded to and stacked on the cavity plate 10 via an adhesive or an adhesive sheet, On the upper surface, a flexible flat cable 40 for electrical connection with an external device is laminated and bonded with an adhesive, and a nozzle 15 (opened on the lower surface side of the lowermost cavity plate 10) Ink is ejected downward from FIG.

次に、図3に示すように、キャビティプレート10は、ノズルプレート11と、二枚のマニホールドプレート12と、スペーサプレート13と、ベースプレート14との五枚の薄い金属板をそれぞれ接着剤にて重ね積層した構造となっている。これらの各プレート11〜14は、例えば42%ニッケル合金鋼板(42合金)製で、50μm〜150μm程度の厚さを有している。   Next, as shown in FIG. 3, the cavity plate 10 includes five thin metal plates, a nozzle plate 11, two manifold plates 12, a spacer plate 13, and a base plate 14, which are stacked with an adhesive. It has a laminated structure. Each of these plates 11 to 14 is made of, for example, a 42% nickel alloy steel plate (42 alloy), and has a thickness of about 50 μm to 150 μm.

また、図4,図6,図7に示すように、ベースプレート14には、長手方向の中心線14a,14bに対して直交する方向に延びる細幅の複数の圧力室16が千鳥状配列で穿設されている。各圧力室16の間は隔壁14cによって隔てられている。また、各圧力室16に対応して、それぞれの圧力室16よりもベースプレート14の短手方向の両端側の位置にインク供給孔16bがそれぞれ穿設されており、その間に凹設された絞り部16dによって、各圧力室16と各インク供給孔16bとがそれぞれ接続されている。各インク供給孔16bは、スペーサプレート13の短手方向における左右両側部位に穿設された各インク供給孔18を介して、マニホールドプレート12における共通インク室12aに連通している。ここで、各絞り部16dにおけるインクが流れる方向と直交する断面積は、各圧力室16における断面積より小さい構造となっている。これは、絞り部16dの断面積を小さくすることにより、流路抵抗を増すためである。また、各圧力室16の一端部16aは、ノズルプレート11における千鳥状配列のノズル15に、スペーサプレート13および二枚のマニホールドプレート12に、同じく千鳥状配列で穿設されている微小径の貫通孔17を介して連通している。尚、圧力室16が、本発明における「流体収容室」である。   As shown in FIGS. 4, 6 and 7, the base plate 14 has a plurality of narrow pressure chambers 16 extending in a direction orthogonal to the longitudinal center lines 14a and 14b in a staggered arrangement. It is installed. The pressure chambers 16 are separated by a partition wall 14c. Corresponding to the pressure chambers 16, ink supply holes 16 b are formed at positions on both ends in the short direction of the base plate 14 with respect to the pressure chambers 16, respectively, and the constricted portions provided between the ink supply holes 16 b are formed. Each pressure chamber 16 and each ink supply hole 16b are connected by 16d. Each ink supply hole 16 b communicates with the common ink chamber 12 a in the manifold plate 12 through each ink supply hole 18 formed in both the left and right side portions of the spacer plate 13 in the lateral direction. Here, the cross-sectional area perpendicular to the direction in which the ink flows in each throttle portion 16 d is smaller than the cross-sectional area in each pressure chamber 16. This is because the flow path resistance is increased by reducing the cross-sectional area of the throttle portion 16d. Further, one end portion 16a of each pressure chamber 16 penetrates through the nozzles 11 in a staggered arrangement in the nozzle plate 11, and penetrates through the spacer plate 13 and the two manifold plates 12 in the same staggered arrangement. The holes 17 communicate with each other. The pressure chamber 16 is a “fluid storage chamber” in the present invention.

そして、図3,図6,図7に示すように、ベースプレート14およびスペーサプレート13には、インクカートリッジ116からインクをマニホールドプレート12における共通インク室12aに供給するためのインク供給孔19a,19bが、それぞれ穿設されている。二枚のマニホールドプレート12には、ノズルプレート11における複数のノズル15のなす列を挟み、共通インク室12aが長手方向に沿って2つ設けられている。共通インク室12aは各マニホールドプレート12に貫通して形成されている。この共通インク室12aは、ベースプレート14における複数の圧力室16がなす面と平行な面内に位置し、かつ、この複数の圧力室16よりも、ノズルプレート11側に、複数のノズル15がなす列方向に長く延びるように、二枚のマニホールドプレート12に設けられている。   As shown in FIGS. 3, 6, and 7, the base plate 14 and the spacer plate 13 have ink supply holes 19 a and 19 b for supplying ink from the ink cartridge 116 to the common ink chamber 12 a in the manifold plate 12. , Respectively. The two manifold plates 12 are provided with two common ink chambers 12a along the longitudinal direction with a row formed by the plurality of nozzles 15 in the nozzle plate 11 interposed therebetween. The common ink chamber 12 a is formed so as to penetrate each manifold plate 12. The common ink chamber 12 a is located in a plane parallel to the surface formed by the plurality of pressure chambers 16 in the base plate 14, and the plurality of nozzles 15 are formed closer to the nozzle plate 11 than the plurality of pressure chambers 16. Two manifold plates 12 are provided so as to extend long in the row direction.

また、共通インク室12aは、インク供給孔19a,19bから離れた端部(C部)において、インク供給孔19a,19bから離れる方向に、その断面積が一定割合で減少する形状である。これは、共通インク室12aの端部(C部)に溜まりやすい残留気泡を排出しやすいようにするためである。この共通インク室12aは、二枚のマニホールドプレート12に対するノズルプレート11およびスペーサプレート13の積層により密閉される構造になっている。   The common ink chamber 12a has a shape in which the cross-sectional area decreases at a constant rate in the direction away from the ink supply holes 19a and 19b at the end portions (C portion) away from the ink supply holes 19a and 19b. This is to make it easier to discharge residual bubbles that tend to accumulate at the end (C portion) of the common ink chamber 12a. The common ink chamber 12 a is configured to be sealed by stacking the nozzle plate 11 and the spacer plate 13 with respect to the two manifold plates 12.

ノズルプレート11には、微小径、例えば25μm程度の複数のインク噴射用のノズル15が、ノズルプレート11における長手方向の中心線11a,11bに沿って、微小ピッチPの間隔で千鳥状配列で穿設されている。そして、それぞれのノズル15は、マニホールドプレート12の貫通孔17のそれぞれに対応している。尚、ノズル15が、本発明における「噴射孔」である。   In the nozzle plate 11, a plurality of nozzles 15 for ejecting ink having a minute diameter, for example, about 25 μm are bored in a staggered pattern at intervals of a minute pitch P along the center lines 11 a and 11 b in the longitudinal direction of the nozzle plate 11. It is installed. Each nozzle 15 corresponds to each of the through holes 17 of the manifold plate 12. The nozzle 15 is an “injection hole” in the present invention.

次に、図5〜図7に示すように、圧電アクチュエータ50は、チタン酸ジルコン酸鉛系(PZT)の圧電セラミックス材料からなる6枚の圧電シート51,52,53,54,55,56を積層した構造である。これら圧電シート54〜56の各上面には、後述する各電極が、例えば導電性ペースト材料を使用したスクリーン印刷または導電材料の蒸着により形成される。尚、圧電シート51〜56からなる集合体が、本発明における「板状体」である。   Next, as shown in FIGS. 5 to 7, the piezoelectric actuator 50 includes six piezoelectric sheets 51, 52, 53, 54, 55, 56 made of a lead zirconate titanate (PZT) piezoelectric ceramic material. It is a laminated structure. On the upper surfaces of the piezoelectric sheets 54 to 56, electrodes described later are formed by, for example, screen printing using a conductive paste material or vapor deposition of a conductive material. In addition, the aggregate | assembly which consists of piezoelectric sheets 51-56 is the "plate-like body" in this invention.

圧電シート54,56の上面には、キャビティプレート10における各圧力室16毎に対応した複数の駆動電極24が、キャビティプレート10の平面方向における各圧力室16の面積分をそれぞれ覆うように、圧電シート54,56の長手方向に対して直交する方向に延びる電極として千鳥状配列に設けられている。この各駆動電極24は、それぞれ対応した圧力室16の外周部分に沿って配置されるように環状に形成されており、各駆動電極24の一端から延設された配線部24aは、圧電アクチュエータ50の表裏面50a,50bと直交する長手方向の左右側面50cにそれぞれ露出するように形成されている。   A plurality of drive electrodes 24 corresponding to each pressure chamber 16 in the cavity plate 10 cover the area of each pressure chamber 16 in the plane direction of the cavity plate 10 on the upper surfaces of the piezoelectric sheets 54 and 56, respectively. The electrodes 54 and 56 are provided in a staggered arrangement as electrodes extending in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the sheets 54 and 56. Each drive electrode 24 is formed in an annular shape so as to be disposed along the outer peripheral portion of the corresponding pressure chamber 16, and a wiring portion 24 a extending from one end of each drive electrode 24 includes a piezoelectric actuator 50. The left and right side surfaces 50c in the longitudinal direction orthogonal to the front and back surfaces 50a and 50b are respectively exposed.

また、圧電シート53,55の上面には、複数の圧力室16に対して共通な接地電極としての複数のコモン電極25が、それぞれ駆動電極24と対応する位置に、同様に千鳥状配列に設けられている。この各コモン電極25は駆動電極24と同形状を有しており、それぞれのコモン電極25の一端から延設された配線部25aが、圧電シート53,55の長手方向の中央部分に延びる共通配線部25bにそれぞれ接続されている。そして、共通配線部25bの両端は、圧電シート53,55の長手方向の両縁端に沿って延設された共通配線部25cに接続され、この共通配線部25cの両端は、各駆動電極24の配線部24aと同様、左右側面50cに露出するように形成されている。   In addition, on the upper surfaces of the piezoelectric sheets 53 and 55, a plurality of common electrodes 25 as ground electrodes common to the plurality of pressure chambers 16 are provided at positions corresponding to the drive electrodes 24 respectively in a staggered arrangement. It has been. Each common electrode 25 has the same shape as the drive electrode 24, and a wiring portion 25 a extending from one end of each common electrode 25 extends to the central portion in the longitudinal direction of the piezoelectric sheets 53 and 55. Each is connected to the part 25b. Both ends of the common wiring portion 25b are connected to a common wiring portion 25c extending along both longitudinal ends of the piezoelectric sheets 53 and 55, and both ends of the common wiring portion 25c are connected to each drive electrode 24. Like the wiring portion 24a, the wiring portion 24a is exposed to the left and right side surfaces 50c.

尚、電極28,29は、いわゆる捨てパターンの電極で、圧電シート53〜56の長手方向の両端に沿って各配線部24a,25aに対応する位置にそれぞれ設けられている。   The electrodes 28 and 29 are so-called discard pattern electrodes and are provided at positions corresponding to the wiring portions 24a and 25a along the longitudinal ends of the piezoelectric sheets 53 to 56, respectively.

また、圧電アクチュエータ50の左右側面50cには、各駆動電極24の配線部24aに対応する第1の凹み溝30と、コモン電極25の共通配線部25cの両端に対応する第2の凹み溝31とが、圧電シート51〜56の積層方向に延びるようにそれぞれ設けられている。各第1の凹み溝30内には、各駆動電極24と各捨てパターンの電極29とをそれぞれ電気的に接続する側面電極(図示外)が形成されている。同様に、第2の凹み溝31内には、各コモン電極25と各捨てパターンの電極28とをそれぞれ電気的に接続する側面電極(図示外)が形成されている。そして、図2に示すように、圧電アクチュエータ50の上面(積層された圧電シート56側)の上面には絶縁シート23が接着され、各側面電極がその絶縁シートの上面に設けられた電極26,27にそれぞれ接続される。すなわち、各駆動電極24は各電極26に、また、各コモン電極25は電極27にそれぞれ電気的に接続される。そして、各電極26,27が、フレキシブルフラットケーブル40のそれぞれ対応する接点(図示外)に接続される。尚、上記電極の引き出し方法のほか、圧電シートを積層方向に貫通する電気的なスルーホールを用いることもできる。   In addition, on the left and right side surfaces 50 c of the piezoelectric actuator 50, a first recessed groove 30 corresponding to the wiring portion 24 a of each drive electrode 24 and a second recessed groove 31 corresponding to both ends of the common wiring portion 25 c of the common electrode 25. Are provided so as to extend in the stacking direction of the piezoelectric sheets 51 to 56, respectively. In each first recessed groove 30, side electrodes (not shown) that electrically connect each drive electrode 24 and each discard pattern electrode 29 are formed. Similarly, side electrodes (not shown) that electrically connect the common electrodes 25 and the electrodes 28 of the discarded patterns are formed in the second recessed groove 31. As shown in FIG. 2, the insulating sheet 23 is bonded to the upper surface of the piezoelectric actuator 50 (on the laminated piezoelectric sheet 56 side), and the side electrodes are provided on the upper surface of the insulating sheet. 27 respectively. That is, each drive electrode 24 is electrically connected to each electrode 26, and each common electrode 25 is electrically connected to the electrode 27. The electrodes 26 and 27 are connected to corresponding contacts (not shown) of the flexible flat cable 40. In addition to the electrode drawing method, an electrical through hole penetrating the piezoelectric sheet in the stacking direction can also be used.

駆動電極24を有する圧電シート54,56と、コモン電極25を有する圧電シート53,55は交互に積層され、それらの圧力室16側にはさらに電極のないシート51,52が積層されて一体に焼成されている。そして、公知のようにコモン電極25をグランド(GND)に接続し、駆動電極24に分極用の高い正電圧を、電極26,27を介して印加することで、圧電シート54,55,56の積層方向において電極24,25間に挟まれた部分は、駆動電極24からコモン電極25に向かう方向Pに分極されている(図8参照)。   Piezoelectric sheets 54 and 56 having the drive electrode 24 and piezoelectric sheets 53 and 55 having the common electrode 25 are alternately stacked, and sheets 51 and 52 having no electrodes are stacked on the pressure chamber 16 side to be integrated. It is fired. Then, as is well known, the common electrode 25 is connected to the ground (GND), and a high positive voltage for polarization is applied to the drive electrode 24 via the electrodes 26, 27, so that the piezoelectric sheets 54, 55, 56 A portion sandwiched between the electrodes 24 and 25 in the stacking direction is polarized in a direction P from the drive electrode 24 toward the common electrode 25 (see FIG. 8).

圧電アクチュエータ50の電極24,25は、平面方向からみて、図6、図7に示すように、圧力室16の外周に沿って環状に位置する。この圧電アクチュエータ50において、平面方向からみて電極24,25を有する部分を本発明における「第2の部分」Sとし、第2の部分Sに囲まれる部分を本発明における「第1の部分」Fとする。つまり、断面方向において第1の部分Fの両側に一対(実際には環状に連続しているが)の第2の部分Sが位置している。電極24,25は、各第2の部分Sの厚さ方向において圧力室16から遠い側に偏って位置している。圧電シート54,55,56の積層方向において電極24,25間に挟まれた部分は電圧の印加によって圧電効果の変形をする圧力発生部を構成し、第1の部分Fと第2の部分Sは、その圧力発生部の変形にもとづいて変形する1つの動作部分を構成する。   The electrodes 24 and 25 of the piezoelectric actuator 50 are annularly positioned along the outer periphery of the pressure chamber 16 as shown in FIGS. In this piezoelectric actuator 50, a portion having the electrodes 24 and 25 when viewed from the plane direction is a “second portion” S in the present invention, and a portion surrounded by the second portion S is a “first portion” F in the present invention. And That is, a pair of second portions S (although it is actually continuous in an annular shape) are positioned on both sides of the first portion F in the cross-sectional direction. The electrodes 24 and 25 are biased to the far side from the pressure chamber 16 in the thickness direction of each second portion S. The portion sandwiched between the electrodes 24 and 25 in the stacking direction of the piezoelectric sheets 54, 55, and 56 constitutes a pressure generating portion that deforms the piezoelectric effect by applying a voltage, and the first portion F and the second portion S. Constitutes one operation part which deforms based on the deformation of the pressure generating part.

圧電アクチュエータ50は、1つの第1の部分Fとその両側の第2の部分Sからなる動作部分を圧力室16に対応させてキャビティプレート10と接合される。このとき、第1の部分Fに対して第2の部分Sの外側(つまり隣接する動作部分間)の下面部分が圧力室16間の隔壁14c上に固着される。隔壁14cは本発明の「固定部位」を構成する。   The piezoelectric actuator 50 is joined to the cavity plate 10 such that an operating portion including one first portion F and second portions S on both sides thereof corresponds to the pressure chamber 16. At this time, the lower surface portion outside the second portion S (that is, between adjacent operation portions) with respect to the first portion F is fixed onto the partition wall 14 c between the pressure chambers 16. The partition wall 14c constitutes the “fixed part” of the present invention.

図6に示すように、初期状態において、駆動電極24とコモン電極25とはいずれもグランド(GND)に接続されており、すなわちその電位は0Vとなっている。また、共通インク室12aから供給されたインクで、圧力室16からノズル15の先端までインクで満たされている。   As shown in FIG. 6, in the initial state, both the drive electrode 24 and the common electrode 25 are connected to the ground (GND), that is, the potential thereof is 0V. Further, the ink supplied from the common ink chamber 12 a is filled with ink from the pressure chamber 16 to the tip of the nozzle 15.

次に、図9に示すように、所定の印刷データに基づいて、1つの圧力室16に連通するノズル15からインクを噴射する場合には、その圧力室16に対応する部分の圧力発生部に駆動電圧が印加される。すなわち、コモン電極25をグランド(GND)に接続したまま、駆動電極24に、例えば20Vの駆動電圧が印加される。このとき、各駆動電極24と各コモン電極25との間の圧電シート54〜56の各部分は、図8に示すように、各分極方向Pと電界方向Eとが一致しているため、圧電縦効果によって分極方向Pに伸びようとするが、分極方向の厚さよりもそれと直交する面方向の寸法の方が十分に大きいため、圧電横効果によって面方向Hに大きく収縮する。   Next, as shown in FIG. 9, when ink is ejected from a nozzle 15 communicating with one pressure chamber 16 based on predetermined print data, the pressure generating portion corresponding to the pressure chamber 16 is A drive voltage is applied. That is, for example, a drive voltage of 20 V is applied to the drive electrode 24 while the common electrode 25 is connected to the ground (GND). At this time, each portion of the piezoelectric sheets 54 to 56 between each drive electrode 24 and each common electrode 25 has the same polarization direction P and electric field direction E as shown in FIG. Although it tends to extend in the polarization direction P due to the longitudinal effect, the dimension in the plane direction orthogonal to the thickness in the polarization direction is sufficiently larger than the thickness in the polarization direction.

しかし、圧力発生部が面方向Hに収縮する一方、それと積層方向に隣接する圧電シート51〜53は電極に挟まれていないので変形せず、図9に示すように、第2の部分Sは全体として、圧力発生部側を凹として湾曲することになる。このとき、第2の部分Sは一方の外側を隔壁14cに固定されているので、第2の部分Sの湾曲は、第1の部分F側においてキャビティプレート10から離れる方向に大きく生じる。また、1つの圧力室16においてその外周寄りの一対の第2の部分Sの湾曲はその中央に対して対称に生じるので、第1の部分Fは、第2の部分Sの湾曲によって圧電アクチュエータの面方向に対して実質的に直交する方向に押し上げられながらその押し上げ方向に凸をなして湾曲する。つまり、第2の部分S、第1の部分Fともに、圧力室16の容積を増大する方向に湾曲する。その結果、圧力室16の内圧が減少して負圧となるため、共通インク室12aから圧力室16にインクが供給される。   However, while the pressure generating portion contracts in the surface direction H, the piezoelectric sheets 51 to 53 adjacent to the pressure generating portion in the laminating direction are not sandwiched between the electrodes and thus do not deform. As shown in FIG. As a whole, it is curved with the pressure generating part side as a concave. At this time, since the second portion S has one outer side fixed to the partition wall 14c, the second portion S is greatly bent in the direction away from the cavity plate 10 on the first portion F side. In addition, since the bending of the pair of second portions S near the outer periphery of one pressure chamber 16 occurs symmetrically with respect to the center thereof, the first portion F is formed by the bending of the second portion S of the piezoelectric actuator. While being pushed up in a direction substantially orthogonal to the surface direction, the push-up direction is convex and curved. That is, both the second portion S and the first portion F are curved in the direction of increasing the volume of the pressure chamber 16. As a result, the internal pressure of the pressure chamber 16 decreases to a negative pressure, so that ink is supplied from the common ink chamber 12a to the pressure chamber 16.

このとき、圧力室16内では圧力波が発生する。そして、公知のように、圧力室16内で発生した圧力波が圧力室16の長手方向に片道伝搬する時間経過すると、圧力室16内の圧力が正に転ずるので、このタイミングに合わせて駆動電極24に印加されている電圧を解除し、0Vに戻す。すると、図10に示すように、圧電アクチュエータ50の圧力発生部が変形前の状態に戻り、第1および第2の部分F,Sも、もとの平坦な状態に弾性復帰する。   At this time, a pressure wave is generated in the pressure chamber 16. As is well known, when the time in which the pressure wave generated in the pressure chamber 16 propagates in one direction in the longitudinal direction of the pressure chamber 16 elapses, the pressure in the pressure chamber 16 turns positive. The voltage applied to 24 is released and returned to 0V. Then, as shown in FIG. 10, the pressure generating portion of the piezoelectric actuator 50 returns to the state before deformation, and the first and second portions F and S also elastically return to the original flat state.

このとき、正に転じた圧力波による圧力と、圧電アクチュエータ50の復帰による圧力とが合成されることによって、比較的高い圧力が圧力室16に連通するノズル15付近に生じて、インク液滴150がノズル15から噴射される。本実施の形態のインクジェットヘッド100では、このような、いわゆる引き打ちを行うことが可能である。尚、上記の第1の実施の形態の圧電アクチュエータ50を構成する6枚の圧電シート51,52,53,54,55,56の内のキャビティプレート10側から三枚の圧電シート54,55,56は、圧電材料でなく、例えば、金属でも良い。   At this time, the pressure due to the pressure wave that has turned positive and the pressure due to the return of the piezoelectric actuator 50 are combined, so that a relatively high pressure is generated in the vicinity of the nozzle 15 communicating with the pressure chamber 16, and the ink droplet 150. Is ejected from the nozzle 15. In the ink jet head 100 of the present embodiment, it is possible to perform such so-called striking. The three piezoelectric sheets 54, 55, from the cavity plate 10 side among the six piezoelectric sheets 51, 52, 53, 54, 55, 56 constituting the piezoelectric actuator 50 of the first embodiment described above. 56 may be a metal instead of a piezoelectric material, for example.

次に、図11を参照して、第2の実施の形態の圧電アクチュエータ50を備えたインクジェットヘッド100について説明する。尚、この実施の形態のインクジェットヘッド100のキャビティプレート10の構造は、第1の実施の形態において説明したものと同様である。   Next, an inkjet head 100 including the piezoelectric actuator 50 according to the second embodiment is described with reference to FIG. The structure of the cavity plate 10 of the ink jet head 100 of this embodiment is the same as that described in the first embodiment.

圧電アクチュエータ50は、前記実施の形態と同様に圧力室16に対応して第1の部分Fと一対の第2の部分Sを有する。この実施の形態においては、第2の部分Sは、圧電アクチュエータの厚さ方向において圧力室寄りの圧電シート51〜53間に電極24,25を有する。コモン電極25は、圧力室16の外周に沿って圧電シートの積層方向に各層間に配置されている。駆動電極24は、そのコモン電極25から内側に面方向に間隔をおいて、圧電シートの積層方向に各層間に配置されている。圧電シートの分極は、駆動電極24に高い正電圧を印加し、コモン電極25をグランド(GND)に接続することで、圧電シートの面方向Pに行われる。   The piezoelectric actuator 50 has a first portion F and a pair of second portions S corresponding to the pressure chambers 16 as in the above embodiment. In this embodiment, the second portion S has electrodes 24 and 25 between the piezoelectric sheets 51 to 53 near the pressure chamber in the thickness direction of the piezoelectric actuator. The common electrode 25 is disposed between the respective layers in the stacking direction of the piezoelectric sheets along the outer periphery of the pressure chamber 16. The drive electrode 24 is disposed between the layers in the piezoelectric sheet stacking direction with an interval in the plane direction inward from the common electrode 25. The polarization of the piezoelectric sheet is performed in the plane direction P of the piezoelectric sheet by applying a high positive voltage to the drive electrode 24 and connecting the common electrode 25 to the ground (GND).

このように駆動電極24とコモン電極25とが配置された圧電アクチュエータ50では、インクジェットプリンタ101の印刷時において、前記実施の形態と同様に、初期状態では駆動電極24とコモン電極25とはいずれもグランド(GND)に接続されている。そして、所定の印刷データに基づいて、1つの圧力室16に連通するノズル15からインクを噴射する場合に、コモン電極25をグランド(GND)に接続したまま、駆動電極24に駆動電圧が印加されると、内側の駆動電極24から外側のコモン電極25方向に分極方向Pと一致する電界Eが発生し、圧電縦効果によって圧電アクチュエータ50の面方向に配置された駆動電極24とコモン電極25との間の距離が伸びる。   Thus, in the piezoelectric actuator 50 in which the drive electrode 24 and the common electrode 25 are arranged, at the time of printing by the inkjet printer 101, the drive electrode 24 and the common electrode 25 are both in the initial state as in the above-described embodiment. It is connected to the ground (GND). When ink is ejected from the nozzle 15 communicating with one pressure chamber 16 based on predetermined print data, a drive voltage is applied to the drive electrode 24 while the common electrode 25 is connected to the ground (GND). Then, an electric field E coinciding with the polarization direction P is generated from the inner drive electrode 24 toward the outer common electrode 25, and the drive electrode 24 and the common electrode 25 disposed in the plane direction of the piezoelectric actuator 50 due to the piezoelectric longitudinal effect. The distance between is increased.

このとき、電極の配置されていない圧電シート54〜56には変形が生じず、面方向に伸びようとする圧電シート51〜53との間でユニモルフ的な変形が発生する。すなわち、第2の部分Sにおいて、圧電シート54〜56側を内側方向とする湾曲が発生する。しかし、前記実施の形態と同様に、圧力室16の外周部分が固定されているので、第2の部分Sは、圧力室16の略中央側が上向きに大きく変形することになり、それにともない第1の部分Fも圧力室16から離れる方向に上向きに湾曲する。そして、駆動電極24に印加されている電圧が解除されると圧電アクチュエータ50がもとの平坦な状態に弾性復帰し、圧力室16内のインクに圧力が加えられることによってインクがノズル15から噴射される。   At this time, no deformation occurs in the piezoelectric sheets 54 to 56 on which no electrodes are arranged, and unimorph deformation occurs between the piezoelectric sheets 51 to 53 that are about to extend in the surface direction. That is, in the second portion S, a curve with the piezoelectric sheets 54 to 56 side inward is generated. However, since the outer peripheral portion of the pressure chamber 16 is fixed as in the above-described embodiment, the second portion S is largely deformed upward in the substantially central side of the pressure chamber 16, and the first portion accordingly. The portion F is also curved upward in a direction away from the pressure chamber 16. When the voltage applied to the drive electrode 24 is released, the piezoelectric actuator 50 is elastically restored to its original flat state, and ink is ejected from the nozzle 15 by applying pressure to the ink in the pressure chamber 16. Is done.

次に、図12を参照して、第3の実施の形態の圧電アクチュエータ50を備えたインクジェットヘッド100について説明する。本実施の形態の圧電アクチュエータ50は、第1の実施の形態の圧電アクチュエータ50の構成に加え、第1の部分Fには、厚さ方向において湾曲変形方向に偏った位置、すなわち圧力室16とは反対側の面に、切欠き57が形成されている。そして、この切欠き57の内面および圧電アクチュエータ50の表面に連続して導電材料を蒸着する等して接続電極58が形成されている。駆動電極24またはコモン電極25のいずれか一方から延びる配線がこの接続電極58に接続され、接続電極58を介して外部電源と接続される。   Next, an inkjet head 100 including the piezoelectric actuator 50 according to the third embodiment will be described with reference to FIG. In addition to the configuration of the piezoelectric actuator 50 according to the first embodiment, the piezoelectric actuator 50 according to the present embodiment includes a position biased in the bending deformation direction in the thickness direction, that is, the pressure chamber 16 and the first portion F. A notch 57 is formed on the opposite surface. A connection electrode 58 is formed by continuously depositing a conductive material on the inner surface of the notch 57 and the surface of the piezoelectric actuator 50. A wiring extending from either the drive electrode 24 or the common electrode 25 is connected to the connection electrode 58 and is connected to an external power source via the connection electrode 58.

この切欠き57によって、第1の部分Fの厚みが圧力室16寄りの部分のみとなって、第1の部分Fにおける剛性が低下する。つまり第2の部分Sが変形によって第1の部分Fを湾曲させる際の抵抗が小さくなり、第2の部分Sの変形量が大きくなるとともに第1の部分Fの変形量も大きくなり、圧力室16の容積変化を大きくできる。尚、上記切欠きに代えて、第1の部分Fの一部に剛性の低い材料を使用したり、あるいは第1の部分Fの一部に中空の部分を形成することでも、上記のように圧電アクチュエータ50を変形しやすくできる。   Due to this notch 57, the thickness of the first portion F becomes only the portion closer to the pressure chamber 16, and the rigidity in the first portion F is lowered. That is, the resistance when the second portion S bends the first portion F due to deformation is reduced, the deformation amount of the second portion S is increased, and the deformation amount of the first portion F is also increased. 16 volume changes can be increased. In place of the notches, a material with low rigidity may be used for a part of the first part F, or a hollow part may be formed in a part of the first part F as described above. The piezoelectric actuator 50 can be easily deformed.

次に、図13を参照して、第4の実施の形態の圧電アクチュエータ50を備えたインクジェットヘッド100について説明する。本実施の形態の圧電アクチュエータ50は、第1の実施の形態の圧電アクチュエータ50の構成に加え、第1の部分Fにはその圧電シート51〜56を貫通して微小径の貫通孔50dが穿設されている。そして、ノズルプレート11は、圧電アクチュエータ50の圧力室16とは反対側の表面50a側に接着され、各圧力室16に接続されているそれぞれの貫通孔50dに対応する位置に、ノズル15がそれぞれ穿設され、各圧力室16と連通されている。   Next, an inkjet head 100 including the piezoelectric actuator 50 according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the piezoelectric actuator 50 according to the present embodiment, in addition to the configuration of the piezoelectric actuator 50 according to the first embodiment, the first portion F has a through hole 50d having a small diameter that penetrates the piezoelectric sheets 51 to 56. It is installed. The nozzle plate 11 is bonded to the surface 50a side opposite to the pressure chamber 16 of the piezoelectric actuator 50, and the nozzles 15 are respectively located at positions corresponding to the respective through holes 50d connected to the pressure chambers 16. It is drilled and communicates with each pressure chamber 16.

本実施の形態では、圧電アクチュエータ50に電圧が印加された場合の圧電アクチュエータ50の変形動作については第1の実施の形態と同様であり、これと接合されているノズルプレート11のノズル15の開口部分もその変形にともなって変形し、圧力室16の容積を増大させる。そして、圧電アクチュエータ50が復帰することで、インクに圧力が加えられ、貫通孔50dを通ってノズル15からインクが噴射される。   In the present embodiment, the deformation operation of the piezoelectric actuator 50 when a voltage is applied to the piezoelectric actuator 50 is the same as that of the first embodiment, and the opening of the nozzle 15 of the nozzle plate 11 joined thereto. The portion is also deformed along with the deformation, and the volume of the pressure chamber 16 is increased. Then, when the piezoelectric actuator 50 is restored, pressure is applied to the ink, and the ink is ejected from the nozzle 15 through the through hole 50d.

図14は、第5の実施の形態を示すもので、基本的には第1の実施の形態と同様の構造を有するものであるが、電極24,25の幅を変えている。すなわち、図面において上、つまり湾曲変形の内側に近い電極24,25ほど面方向の幅W1を大きく、図面において下、つまり湾曲変形の外側の電極24,25ほど面方向の幅W2を小さくしている。圧力室16に対して電極24,25の外周側を厚さ方向(積層方向)に並んで配置し、圧力室16の内側方向に電極24,25の先端を階段状に配列している。   FIG. 14 shows the fifth embodiment, which basically has the same structure as that of the first embodiment, but the widths of the electrodes 24 and 25 are changed. That is, in the drawing, the width W1 in the surface direction is made larger as the electrodes 24 and 25 closer to the inside of the curved deformation, and the width W2 in the surface direction is made smaller in the lower side, that is, the electrodes 24 and 25 outside the curved deformation. Yes. The outer peripheral sides of the electrodes 24, 25 are arranged side by side in the thickness direction (stacking direction) with respect to the pressure chamber 16, and the tips of the electrodes 24, 25 are arranged stepwise in the inner direction of the pressure chamber 16.

湾曲変形の内側に近い圧力発生部ほど面方向の収縮力を大きくする必要があるが、湾曲変形の外側に近い圧力発生部では収縮力は小さくてもよいので、このようにすることで、湾曲変形量を維持しながら、電極の全体の面積を小さくして静電容量をより一層小さくし、電流量を下げることができる。   The pressure generating portion closer to the inside of the curved deformation needs to have a larger contractive force in the surface direction, but the pressure generating portion closer to the outer side of the curved deformation may have a smaller contracting force. While maintaining the amount of deformation, the entire area of the electrode can be reduced to further reduce the capacitance, and the current amount can be reduced.

次に、本発明の第6の実施の形態について、図15乃至図19を参照して説明する。図15は、インクジェットヘッド301を、圧力室の長手方向と略平行に切断した断面図であり、図16は、インクジェットヘッド301を、圧力室の配列方向に沿って切断した断面図であり、図17は、図16に示す圧電アクチュエータプレート305と圧力室310の一部分の拡大図である。図15及び図16に示すように、インクジェットヘッド301では、図6で説明した実施の形態と同様に圧電アクチュエータ306と、キャビティプレート307とからなる。   Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 15 is a cross-sectional view of the inkjet head 301 cut substantially parallel to the longitudinal direction of the pressure chambers, and FIG. 16 is a cross-sectional view of the inkjet head 301 cut along the arrangement direction of the pressure chambers. 17 is an enlarged view of a part of the piezoelectric actuator plate 305 and the pressure chamber 310 shown in FIG. As shown in FIGS. 15 and 16, the inkjet head 301 includes a piezoelectric actuator 306 and a cavity plate 307 as in the embodiment described with reference to FIG. 6.

キャビティプレート307は、図6で説明したキャビティプレート10と基本的には同様の構造であるが、最上部の第1の層307aがベースプレート14に、第2の層307bがスペーサプレート15に、第3の層307cが2枚のマニホールドプレート12,12にそれぞれ対応する。第1の層307aには、隔壁310cによって隔てられた複数の圧力室310が形成され、第3の層307cには、マニホールド流路すなわち共通インク室315が形成されている。各圧力室310は、第2の層307bに設けられたインク供給孔312によって共通インク室315に接続され、また、第2の層307b及び第3の層307cに設けられた貫通孔311によって最下層のノズルプレート308のノズル309にそれぞれ接続されている。これら各室及び孔は、キャビティプレート10のそれと同様に機能する。   The cavity plate 307 has basically the same structure as the cavity plate 10 described with reference to FIG. 6, but the uppermost first layer 307 a is the base plate 14, the second layer 307 b is the spacer plate 15, The three layers 307c correspond to the two manifold plates 12 and 12, respectively. A plurality of pressure chambers 310 separated by a partition wall 310c are formed in the first layer 307a, and a manifold channel, that is, a common ink chamber 315 is formed in the third layer 307c. Each pressure chamber 310 is connected to the common ink chamber 315 through an ink supply hole 312 provided in the second layer 307b, and is connected to the outermost through a through-hole 311 provided in the second layer 307b and the third layer 307c. Each is connected to the nozzle 309 of the lower nozzle plate 308. Each of these chambers and holes functions similarly to that of the cavity plate 10.

圧電アクチュエータ306は、図6で説明した圧電アクチュエータ50と基本的には同様に複数の圧電シート306a〜306f間に後述する各電極326〜340を挟んで積層した構造である。   The piezoelectric actuator 306 has a structure in which electrodes 326 to 340 to be described later are sandwiched between a plurality of piezoelectric sheets 306a to 306f in the same manner as the piezoelectric actuator 50 described in FIG.

本実施の形態では、圧電アクチュエータ306において各圧力室310の周辺部分(図15で圧力室310の長手方向両端部分及び図16で圧力室310の左右両端部分からなる環状の部分)に対応する部分(以下、「第2の部分」という。)305bに、電極327,328,326がその第1〜第4層306a〜306dの間に挟まれて設けられている。電極327,328は圧力室310の周辺に沿って環状をなしている。また、第2の部分305bに囲まれる各圧力室310の中央部分に対応する圧電アクチュエータ306の部分(以下、「第1の部分」という。)305aに、電極326,329,330がその第3〜第6層306c〜306fの間に挟まれて設けられている。圧電アクチュエータ306は、第1の部分305aに対して第2の部分305bの外側の部分で圧力室310間の隔壁310cに固着されている。   In the present embodiment, the piezoelectric actuator 306 corresponds to a peripheral portion of each pressure chamber 310 (an annular portion including both longitudinal end portions of the pressure chamber 310 in FIG. 15 and left and right end portions of the pressure chamber 310 in FIG. 16). (Hereinafter referred to as “second portion”) 305b is provided with electrodes 327, 328, and 326 sandwiched between the first to fourth layers 306a to 306d. The electrodes 327 and 328 have an annular shape along the periphery of the pressure chamber 310. In addition, electrodes 326, 329, and 330 are provided on a third portion (hereinafter referred to as “first portion”) 305a of the piezoelectric actuator 306 corresponding to the central portion of each pressure chamber 310 surrounded by the second portion 305b. Are provided between the sixth layers 306c to 306f. The piezoelectric actuator 306 is fixed to the partition wall 310c between the pressure chambers 310 at a portion outside the second portion 305b with respect to the first portion 305a.

第1の部分305aの電極326,329,330は、圧電シート306a〜306cの積層方向に相互に対向した第1の電極グループ331を構成し、第2の部分305bの電極327,328,326は、圧電シート306d〜306fの積層方向に相互に対向した第2の電極グループ333を構成している。電極326は、第1の部分と第2の部分との両方に渡って延び、第1及び第2の電極グループ331,333に共通の共通電極として設けられている。   The electrodes 326, 329, and 330 of the first portion 305a constitute a first electrode group 331 facing each other in the stacking direction of the piezoelectric sheets 306a to 306c, and the electrodes 327, 328, and 326 of the second portion 305b are The second electrode group 333 is configured to face each other in the stacking direction of the piezoelectric sheets 306d to 306f. The electrode 326 extends over both the first part and the second part, and is provided as a common electrode common to the first and second electrode groups 331 and 333.

電極326〜330に挟まれる圧電シート306b〜306eの部分は、電極326〜330を図17に示すように積層方向に交互に正電源(+)とグランド(G)とに接続し、公知のように分極用の高電圧を印加することで、積層方向に交互の向き(矢印d方向)に分極される。そして、電極326〜330に挟まれた部分は、駆動電圧の印加によって変形する活性部337〜340を構成する。これにより、第1の部分305aは、圧電アクチュエータ306の圧力室310側に活性部339,340を有し、圧力室と反対側に不活性な層306a〜306cを有している。また、第2の部分305bは、圧電アクチュエータ306の圧力室310と反対側に活性部337,338を有し、圧力室側に不活性な層306d〜306fを有している。   The portions of the piezoelectric sheets 306b to 306e sandwiched between the electrodes 326 to 330 connect the electrodes 326 to 330 alternately to the positive power source (+) and the ground (G) in the stacking direction as shown in FIG. When a high voltage for polarization is applied to, polarization is alternated in the stacking direction (arrow d direction). And the part pinched | interposed into the electrodes 326-330 comprises the active parts 337-340 which deform | transform by application of a drive voltage. Thus, the first portion 305a has active portions 339 and 340 on the pressure chamber 310 side of the piezoelectric actuator 306, and inactive layers 306a to 306c on the opposite side to the pressure chamber. The second portion 305b has active portions 337 and 338 on the side opposite to the pressure chamber 310 of the piezoelectric actuator 306, and has inactive layers 306d to 306f on the pressure chamber side.

そして、電極326〜330を図17に示すように分極時と同様に積層方向に交互に正電源(+)とグランド(G)とに接続し、分極時よりも低い駆動電圧を印加すると、活性部337〜340に分極方向dと平行な電界が生じ、活性部337〜340が積層方向と直交する方向、つまり各層の面と平行な方向に収縮する。一方、各部分305a,305bにおいて不活性な層は収縮しないので、第1の部分305aは、上方へ凸となるように湾曲すると共に、第2の部分305bは、下へ凸となるように湾曲する。その結果、圧力室310は、図18に示すように容積を広げ、共通インク室315からインクを吸引する。その後、各電極への電圧の印加を停止すると、圧電アクチュエータ306は、図16に示すように平坦な状態に復帰し、その復帰動作により、圧力室310内のインクに圧力を付与し、ノズル309からインク液滴を噴射する。尚、活性部337〜340は、上記収縮動作と同時に、分極方向dと平行な方向に伸長するが、圧電シートの積層数が少ないので、収縮量に比して伸長量はごく僅かであり、インクの噴射動作にはほとんど影響しない。   Then, as shown in FIG. 17, when the electrodes 326 to 330 are alternately connected to the positive power source (+) and the ground (G) in the stacking direction in the same manner as in the polarization, and a drive voltage lower than that in the polarization is applied, An electric field parallel to the polarization direction d is generated in the portions 337 to 340, and the active portions 337 to 340 contract in a direction orthogonal to the stacking direction, that is, a direction parallel to the surface of each layer. On the other hand, since the inactive layer does not contract in each of the portions 305a and 305b, the first portion 305a is curved to be convex upward, and the second portion 305b is curved to be convex downward. To do. As a result, the pressure chamber 310 expands its volume and sucks ink from the common ink chamber 315 as shown in FIG. Thereafter, when the application of voltage to each electrode is stopped, the piezoelectric actuator 306 returns to a flat state as shown in FIG. 16, and by the return operation, pressure is applied to the ink in the pressure chamber 310, and the nozzle 309. From which ink droplets are ejected. The active portions 337 to 340 extend in the direction parallel to the polarization direction d at the same time as the contraction operation. However, since the number of stacked piezoelectric sheets is small, the extension amount is very small compared to the contraction amount. Almost no influence on the ink ejection operation.

上記実施の形態において、仮に第2の部分305bに電極327,328が存在しない場合、図19に示すように、第1の部分305aの電極326,329,330への電圧の印加のみで圧力室310aの上方に対応する圧電アクチュエータ306の部分が一様に凸に湾曲することになり、従来の技術において説明したと同様に、その反作用で隔壁310cの上方の位置を支点P1として、隣接する圧力室310bに対応する圧電アクチュエータ306の部分が下方に凸に湾曲する。また、それに伴い圧力室間の隔壁310cも傾斜する。つまり、クロストークを生じることになる。   In the above embodiment, if the electrodes 327 and 328 are not present in the second portion 305b, as shown in FIG. 19, only the voltage is applied to the electrodes 326, 329, and 330 in the first portion 305a. The portion of the piezoelectric actuator 306 corresponding to the upper side of 310a is uniformly convexly curved, and as described in the prior art, the pressure above the adjacent position with the position above the partition wall 310c as a fulcrum P1 is the reaction. The portion of the piezoelectric actuator 306 corresponding to the chamber 310b is convexly curved downward. Accordingly, the partition 310c between the pressure chambers is also inclined. That is, crosstalk occurs.

しかし、上記実施の形態では、凸に湾曲した第1の部分305aの両側で、それとは反対方向に第2の部分305bが凸に湾曲することで、第1の部分305aの変形に伴う反作用がほぼ打ち消され、隣接する圧力室310bに対応する圧電アクチュエータ306の部分、及び圧力室間の隔壁310cへの影響が抑えられる。従って、隣接する圧力室へのクロストークが少なくなり、噴射するインク液滴の速度や体積がほぼ均一になり、印字品質が向上する。   However, in the above embodiment, the second portion 305b is convexly curved on both sides of the convexly curved first portion 305a, so that the reaction caused by the deformation of the first portion 305a is prevented. It is almost canceled out, and the influence of the piezoelectric actuator 306 corresponding to the adjacent pressure chamber 310b and the partition 310c between the pressure chambers is suppressed. Accordingly, crosstalk to adjacent pressure chambers is reduced, the speed and volume of the ejected ink droplets are substantially uniform, and the print quality is improved.

図20、図21は第7の実施の形態を示すものである。この実施の形態においては、第1の部分305aの電極370,371,372を、圧力室310とは反対側寄りの圧電アクチュエータ306の層間に配置し、第2の部分305bの電極372,373,374を、圧力室310寄りの圧電アクチュエータ306の層間に配置している。つまり、前記第6の実施の形態とは、圧電アクチュエータ306を上下逆にしたものである。この場合、電極370〜374に電圧を印加すると、図21に示すように、圧電アクチュエータ306が圧力室310側に湾曲するように、第1及び第2の部分がそれぞれ前記第6の実施の形態と上下逆であるが同様に変形し、インクに噴射圧力を付与する。   20 and 21 show a seventh embodiment. In this embodiment, the electrodes 370, 371, and 372 of the first portion 305a are arranged between the layers of the piezoelectric actuator 306 on the opposite side of the pressure chamber 310, and the electrodes 372, 373, and 373 of the second portion 305b. 374 is disposed between the layers of the piezoelectric actuator 306 near the pressure chamber 310. That is, in the sixth embodiment, the piezoelectric actuator 306 is turned upside down. In this case, when a voltage is applied to the electrodes 370 to 374, as shown in FIG. 21, the first and second portions are respectively in the sixth embodiment so that the piezoelectric actuator 306 is curved toward the pressure chamber 310. Although it is upside down, it is deformed in the same manner, and jetting pressure is applied to the ink.

また、図22は、第8の実施の形態を示すものである。この実施の形態において、圧電アクチュエータ392は、2層の圧電シート393a,393bから構成される。両層間に共通の電極395が第1の部分392aと第2の部分392bとに渡って配置され、一方の層393bの第1の部分392aの外面に、共通の電極395の中央と対向する電極396が、他一方の層393aの第2の部分392bの外面に、共通の電極395の周辺部と対向する電極394が設けられている。第1の部分392aの電極395,396間に挟まれる層の部分399、及び第2の部分392bの電極394,395間に挟まれる層の部分397,398が、それぞれ第6の実施の形態と同様に分極されている。   FIG. 22 shows an eighth embodiment. In this embodiment, the piezoelectric actuator 392 includes two layers of piezoelectric sheets 393a and 393b. An electrode 395 that is common between both layers is disposed across the first portion 392a and the second portion 392b, and an electrode that faces the center of the common electrode 395 on the outer surface of the first portion 392a of one layer 393b. The electrode 394 facing the peripheral portion of the common electrode 395 is provided on the outer surface of the second portion 392b of the other layer 393a. The layer portion 399 sandwiched between the electrodes 395 and 396 of the first portion 392a and the layer portions 397 and 398 sandwiched between the electrodes 394 and 395 of the second portion 392b are respectively the same as in the sixth embodiment. It is similarly polarized.

そして、電極395と396との間、及び電極394と395との間に、駆動電圧を印加することで、各部分において電極間に挟まれた部分が層の積層方向と直交する方向に収縮し、電極間に挟まれていない部分が収縮しないから、第1の部分が凸に湾曲すると同時にその両側で第2の部分が反対方向に凸に湾曲することは、第6の実施の形態と同様である。図22の構成では、第6の実施の形態と同様に、圧力室310の容積を拡大してから圧電アクチュエータ392が復帰してインクを噴射するが、第7の実施の形態と同様に圧力室310の容積を縮小してインクを噴射するように構成することもできる。   Then, by applying a driving voltage between the electrodes 395 and 396 and between the electrodes 394 and 395, the portion sandwiched between the electrodes in each portion contracts in a direction perpendicular to the layer stacking direction. Since the portion not sandwiched between the electrodes does not contract, the first portion is convexly curved and the second portion is curved convexly in the opposite direction at the same time as in the sixth embodiment. It is. In the configuration of FIG. 22, as in the sixth embodiment, the piezoelectric actuator 392 returns and ejects ink after the volume of the pressure chamber 310 is enlarged, but the pressure chamber is similar to the seventh embodiment. It is possible to reduce the volume of the ink jet 310 and eject the ink.

第6から第8の実施の形態は、第1から第5の実施形態に比して、第1の部分の電極が追加されているから、その分だけ、静電容量が増加するが、図24で説明した構成に比して第1の部分及び第2の部分の不活性部分に電極がない分だけ静電容量を減少させ、電流量を下げることができる。   In the sixth to eighth embodiments, as compared with the first to fifth embodiments, since the first portion of the electrode is added, the capacitance increases accordingly. Compared with the configuration described in FIG. 24, the capacitance can be reduced by the amount of no electrode in the inactive portions of the first portion and the second portion, and the amount of current can be reduced.

次に、図23を参照して、第9の実施の形態の圧電アクチュエータ50を備えたインクジェットヘッド100について説明する。尚、この実施の形態のインクジェットヘッド100のキャビティプレート10の構造は、第1及び第2の実施の形態において説明したものと同様である。   Next, with reference to FIG. 23, the inkjet head 100 provided with the piezoelectric actuator 50 of 9th Embodiment is demonstrated. The structure of the cavity plate 10 of the ink jet head 100 of this embodiment is the same as that described in the first and second embodiments.

この第9の実施の形態の圧電アクチュエータ50は、前記実施の形態と同様に圧力室16に対応して第1の部分Fと一対の第2の部分Sとを有する。この第9の実施の形態においては、第1の部分Fは、圧電アクチュエータの厚さ方向において圧力室16から外側寄りの圧電シート54〜56間に電極24,25を有する。また、第2の部分Sは、圧電アクチュエータの厚さ方向において圧力室寄りの圧電シート51〜53間に電極24,25を有する。   The piezoelectric actuator 50 of the ninth embodiment has a first portion F and a pair of second portions S corresponding to the pressure chambers 16 as in the above-described embodiment. In the ninth embodiment, the first portion F includes the electrodes 24 and 25 between the piezoelectric sheets 54 to 56 located outward from the pressure chamber 16 in the thickness direction of the piezoelectric actuator. The second portion S includes electrodes 24 and 25 between the piezoelectric sheets 51 to 53 near the pressure chamber in the thickness direction of the piezoelectric actuator.

また、第1の部分Fにおいては、駆動電極24は、圧力室16の中央に対向する位置の圧電シート54,55,56の各層間に配置され、また、コモン電極25は、その駆動電極24の圧電シートの面方向両側に間隔をおいて各々配置されている。この第9の実施の形態の圧電アクチュエータ50の第1の部分Fにおいては、圧電シート54,55,56の分極は、駆動電極24に高い正電圧を印加し、駆動電極24を挟んで配置されている一対のコモン電極25をグランド(GND)に接続することで、図23に示すP2方向に行われる。   Further, in the first portion F, the drive electrode 24 is disposed between the layers of the piezoelectric sheets 54, 55, 56 at a position facing the center of the pressure chamber 16, and the common electrode 25 is the drive electrode 24. The piezoelectric sheets are arranged at intervals on both sides in the surface direction. In the first portion F of the piezoelectric actuator 50 according to the ninth embodiment, the polarization of the piezoelectric sheets 54, 55, and 56 is arranged by applying a high positive voltage to the drive electrode 24 and sandwiching the drive electrode 24. The pair of common electrodes 25 connected to the ground (GND) is performed in the P2 direction shown in FIG.

また、第2の部分Sにおいては、駆動電極24は、圧力室16の外周に沿って圧電シート51,52,53の積層方向に各層間に配置されている。コモン電極25は、その駆動電極24から内側(圧力室16の中心方向側)に面方向に間隔をおいて、圧電シート51,52,53の積層方向に各層間に配置されている。圧電シート51,52,53の分極は、駆動電極24に高い正電圧を印加し、コモン電極25をグランド(GND)に接続することで、圧電シートの面方向P1に行われる。   Further, in the second portion S, the drive electrode 24 is disposed between the respective layers in the stacking direction of the piezoelectric sheets 51, 52, 53 along the outer periphery of the pressure chamber 16. The common electrode 25 is disposed between the layers in the stacking direction of the piezoelectric sheets 51, 52, 53 with a space in the plane direction from the drive electrode 24 to the inner side (center side of the pressure chamber 16). The piezoelectric sheets 51, 52, and 53 are polarized in the surface direction P1 of the piezoelectric sheet by applying a high positive voltage to the drive electrode 24 and connecting the common electrode 25 to the ground (GND).

このように駆動電極24とコモン電極25とが配置された圧電アクチュエータ50では、インクジェットプリンタ101の印刷時において、前記実施の形態と同様に、初期状態では駆動電極24とコモン電極25とはいずれもグランド(GND)に接続されている。そして、所定の印刷データに基づいて、1つの圧力室16に連通するノズル15からインクを噴射する場合に、コモン電極25をグランド(GND)に接続したまま、駆動電極24に駆動電圧が印加されると、第1及び第2の部分F,Sにおいてそれぞれ駆動電極24からコモン電極25方向に分極方向P1,P2と一致する電界Eが発生し、圧電縦効果によって圧電アクチュエータ50の面方向に配置された駆動電極24とコモン電極25との間の距離が伸びる。   Thus, in the piezoelectric actuator 50 in which the drive electrode 24 and the common electrode 25 are arranged, at the time of printing by the inkjet printer 101, the drive electrode 24 and the common electrode 25 are both in the initial state as in the above-described embodiment. It is connected to the ground (GND). When ink is ejected from the nozzle 15 communicating with one pressure chamber 16 based on predetermined print data, a drive voltage is applied to the drive electrode 24 while the common electrode 25 is connected to the ground (GND). Then, in the first and second portions F and S, an electric field E that coincides with the polarization directions P1 and P2 is generated from the drive electrode 24 toward the common electrode 25, respectively, and is arranged in the surface direction of the piezoelectric actuator 50 by the piezoelectric longitudinal effect. The distance between the driven electrode 24 and the common electrode 25 is increased.

このとき、一対の第2の部分Sは、第2の実施の形態(図11)と同様に、圧電シート54〜56側を内側方向とする湾曲を生じ、第1の部分Fを圧力室16から離れる方向に持ち上げる。同時に第1の部分Fも圧力室16側を内側として、圧力室16からさらに離れる方向に湾曲する。そして前記実施の形態と同様に、第2の部分の外周が、隔壁14c上に固定されているので、圧力室16の容積が拡大される。その後、駆動電極24に印加されている電圧が解除されると圧電アクチュエータ50がもとの平坦な状態に弾性復帰し、圧力室16内のインクに圧力が加えられることによってインクがノズル15から噴射される。   At this time, as in the second embodiment (FIG. 11), the pair of second portions S is curved with the piezoelectric sheets 54 to 56 side inward, and the first portion F is moved to the pressure chamber 16. Lift away from At the same time, the first portion F also curves in a direction further away from the pressure chamber 16 with the pressure chamber 16 side as the inner side. And since the outer periphery of the 2nd part is being fixed on the partition 14c similarly to the said embodiment, the volume of the pressure chamber 16 is expanded. Thereafter, when the voltage applied to the drive electrode 24 is released, the piezoelectric actuator 50 is elastically restored to its original flat state, and ink is ejected from the nozzle 15 by applying pressure to the ink in the pressure chamber 16. Is done.

尚、本発明は、各種の変形が可能なことはいうまでもない。例えば、駆動電極24,コモン電極25,電極327,328,373,374,394の形状は環状でなくともよく、平行する2本の線状として配置したり、あるいはこれらの電極のうち圧電シートをはさんで対向する電極の一方を圧電シートの全面にわたって平面状に設けてもよい。また、圧力発生部によって湾曲変形される圧電アクチュエータの部分に対応する圧力室の位置は、その略中央部分でなくともよく、圧力室内のインクに圧力を加えられる位置であればよい。   Needless to say, the present invention can be variously modified. For example, the shape of the drive electrode 24, the common electrode 25, the electrodes 327, 328, 373, 374, and 394 may not be annular, and may be arranged as two parallel lines, or a piezoelectric sheet may be used among these electrodes. One of the electrodes facing each other may be provided in a planar shape over the entire surface of the piezoelectric sheet. Further, the position of the pressure chamber corresponding to the portion of the piezoelectric actuator that is curved and deformed by the pressure generating portion does not have to be the substantially central portion, and may be a position where pressure can be applied to the ink in the pressure chamber.

また、本圧電アクチュエータ50は、インクジェットヘッドだけでなく、各種の流体を移送するためにも利用できることはいうまでもない。さらに、各実施の形態では、圧力室(流体収容室)の容積を拡大した後復帰させてインク(流体)に圧力を与えるようにしているが、容積を縮小することで圧力を与えるようにすることもできる。その際、例えば、キャビティプレート10に対して圧電アクチュエータ50を図において上下逆に設置することによって、容積を縮小することができる。また、各実施の形態において、圧電材料の伸長動作を収縮動作に変え、容積を縮小するようにすることもできる。   Needless to say, the piezoelectric actuator 50 can be used not only to transfer the ink jet head but also to transfer various fluids. Further, in each embodiment, the pressure chamber (fluid storage chamber) is expanded and then returned to apply pressure to the ink (fluid). However, the pressure is applied by reducing the volume. You can also At that time, for example, the volume can be reduced by installing the piezoelectric actuator 50 upside down in the drawing with respect to the cavity plate 10. In each embodiment, the expansion operation of the piezoelectric material can be changed to the contraction operation to reduce the volume.

図1は、インクジェットプリンタ101の要部の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a main part of the inkjet printer 101. 図2は、インクジェットヘッド100の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the inkjet head 100. 図3は、キャビティプレート10の分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the cavity plate 10. 図4は、図2に示す1点鎖線A−A’における矢視方向からみたキャビティプレート10の要部を拡大した分解断面斜視図である。FIG. 4 is an exploded cross-sectional perspective view in which the main part of the cavity plate 10 is viewed from the direction of the arrows along the one-dot chain line A-A ′ shown in FIG. 図5は、図2に示す1点鎖線B−B’における矢視方向からみた圧電アクチュエータ50の要部を拡大した分解断面斜視図である。FIG. 5 is an exploded cross-sectional perspective view in which the principal part of the piezoelectric actuator 50 is viewed from the direction of the arrows along the one-dot chain line B-B ′ shown in FIG. 図6は、図2に示す1点鎖線C−C’における矢視方向からみたインクジェットヘッド100の部分断面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the inkjet head 100 as viewed from the direction of the arrows along the one-dot chain line C-C ′ shown in FIG. 2. 図7は、図2に示す1点鎖線D−D’における矢視方向からみたインクジェットヘッド100の部分断面図である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the inkjet head 100 as viewed from the direction of the arrows along the one-dot chain line D-D ′ shown in FIG. 2. 図8は、圧電アクチュエータ50の一部拡大断面図である。FIG. 8 is a partially enlarged cross-sectional view of the piezoelectric actuator 50. 図9は、圧電アクチュエータ50に電圧を印加した場合の図6相当断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 6 when a voltage is applied to the piezoelectric actuator 50. 図10は、圧電アクチュエータ50への電圧の印加を終了した場合の図6相当断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 6 when the application of voltage to the piezoelectric actuator 50 is completed. 図11は、第2の実施の形態のインクジェットヘッド100の部分断面図である。FIG. 11 is a partial cross-sectional view of the inkjet head 100 according to the second embodiment. 図12は、第3の実施の形態のインクジェットヘッド100の部分断面図である。FIG. 12 is a partial cross-sectional view of the inkjet head 100 according to the third embodiment. 図13は、第4の実施の形態のインクジェットヘッド100の部分断面図である。FIG. 13 is a partial cross-sectional view of the inkjet head 100 according to the fourth embodiment. 図14は、第5の実施の形態のインクジェットヘッド100の部分断面図である。FIG. 14 is a partial cross-sectional view of the inkjet head 100 according to the fifth embodiment. 図15は、第6の実施の形態のインクジェットヘッド301の圧力室310の長手方向に略平行な断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view substantially parallel to the longitudinal direction of the pressure chamber 310 of the inkjet head 301 according to the sixth embodiment. 図16は、第6の実施の形態のインクジェットヘッド301の圧力室310の配列方向に沿った断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view along the arrangement direction of the pressure chambers 310 of the ink jet head 301 according to the sixth embodiment. 図17は、図16に示す圧電アクチュエータプレート305と圧力室310の一部分の拡大図である。FIG. 17 is an enlarged view of a part of the piezoelectric actuator plate 305 and the pressure chamber 310 shown in FIG. 図18は、図16の圧電アクチュエータプレート305が変形した状態を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a state where the piezoelectric actuator plate 305 of FIG. 16 is deformed. 図19は、図18の動作を説明するための参考図である。FIG. 19 is a reference diagram for explaining the operation of FIG. 図20は、第7の実施の形態のインクジェットヘッドの断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view of the ink jet head according to the seventh embodiment. 図21は、図20の圧電アクチュエータプレート305が変形した状態を示す断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view showing a state where the piezoelectric actuator plate 305 of FIG. 20 is deformed. 図22は、第8の実施の形態をインクジェットヘッドの断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view of an ink jet head according to the eighth embodiment. 図23は、第9の実施の形態のインクジェットヘッド100の部分断面図である。FIG. 23 is a partial cross-sectional view of the inkjet head 100 according to the ninth embodiment. 図24は、従来のインクジェットヘッド420の断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view of a conventional inkjet head 420. 図25は、図24の圧電アクチュエータプレート421が変形した状態を示す断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view showing a state where the piezoelectric actuator plate 421 of FIG. 24 is deformed.

14c 隔壁
15 ノズル
16 圧力室
24 駆動電極
25 コモン電極
50 圧電アクチュエータ
51〜56 圧電シート
57 切欠き
100 インクジェットヘッド
F 第1の部分
S 第2の部分
301 インクジェットヘッド
305 圧電アクチュエータプレート
305a 第1の部分
305b 第2の部分
306 圧電アクチュエータ
306a 第1層
306b 第2層
306c 第3層
306d 第4層
306e 第5層
306f 第6層
307 キャビティプレート
308 ノズルプレート
309 ノズル
310 圧力室
310c 隔壁
326,327,328,329,330 電極
331 第1の電極グループ
333 第2の電極グループ
337,338,339,340 活性部
14c Partition 15 Nozzle 16 Pressure chamber 24 Drive electrode 25 Common electrode 50 Piezoelectric actuator 51-56 Piezoelectric sheet 57 Notch 100 Inkjet head F First part S Second part 301 Inkjet head 305 Piezoelectric actuator plate 305a First part 305b Second portion 306 Piezoelectric actuator 306a First layer 306b Second layer 306c Third layer 306d Fourth layer 306e Fifth layer 306f Sixth layer 307 Cavity plate 308 Nozzle plate 309 Nozzle 310 Pressure chamber 310c Partition walls 326, 327, 328, 329, 330 Electrode 331 First electrode group 333 Second electrode group 337, 338, 339, 340 Active part

Claims (5)

圧電材料からなる板状体と、当該板状体を変形させるための電界を発生する複数の電極とを備え、
前記板状体は、その面方向に対して実質的に直交する方向に変形する動作部分の略中央に対応する第1の部分と、その第1の部分の前記面方向両側に対称に位置する一対の第2の部分とを有し
記複数の電極は、前記第1の部分においては配置されず、前記第2の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を前記厚さ方向に挟むように対向配置され、
その挟まれた部分は、前記電極の対向方向に分極されており、対向する前記電極間に発生した電界により、前記第2の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を、それぞれ前記面方向に収縮させるものであり、
その収縮にともない一対の前記第2の部分をそれぞれ湾曲変形させるとともにその変形した一対の前記第2の部分間の前記第1の部分を前記面方向に対して実質的に直交する方向に湾曲変形させるようにしたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
A plate-like body made of a piezoelectric material, and a plurality of electrodes that generate an electric field for deforming the plate-like body,
The plate-like body is symmetrically positioned on a first portion corresponding to the approximate center of the operation portion that deforms in a direction substantially perpendicular to the surface direction, and on both sides of the first portion in the surface direction. A pair of second parts ,
Before SL plurality of electrodes, said not arranged in the first part, one portion biased in the thickness direction in the second portion are opposed so as to sandwich the thickness direction,
The sandwiched portion is polarized in the opposing direction of the electrodes, and the portion biased to one of the thickness directions in the second portion by the electric field generated between the opposing electrodes is respectively in the plane direction. To shrink
In response to the contraction, the pair of second parts is curved and deformed, and the first part between the pair of deformed second parts is curved and deformed in a direction substantially perpendicular to the surface direction. A piezoelectric actuator characterized by being made to perform.
前記複数の電極は、前記板状体の前記挟まれた部分を厚さ方向に複数形成するように、厚さ方向に複数配置され、前記湾曲変形の内側に近い電極ほど前記面方向において大きいことを特徴とする請求項1に記載の圧電アクチュエータ。   The plurality of electrodes are arranged in the thickness direction so as to form a plurality of the sandwiched portions of the plate-like body in the thickness direction, and the electrodes closer to the inside of the curved deformation are larger in the surface direction. The piezoelectric actuator according to claim 1. 圧電材料からなる板状体と、当該板状体を変形させるための電界を発生する複数の電極とを備え、
前記板状体は、その面方向に対して実質的に直交する方向に変形する動作部分の略中央に対応する第1の部分と、その第1の部分の前記面方向両側に対称に位置する一対の第2の部分とを有し
記複数の電極は、前記第1の部分においては配置されず、前記第2の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を前記面方向に挟むように対向配置され、
その挟まれた部分は、前記電極の対向方向に分極されており、対向する前記電極間に発生した電界により、前記第2の部分において厚さ方向の一方に偏った部分を、それぞれ前記面方向に伸長させるものであり、
その伸長にともない一対の前記第2の部分をそれぞれ湾曲変形させるとともにその変形した一対の前記第2の部分間の前記第1の部分を前記面方向に対して実質的に直交する方向に湾曲変形させるようにしたことを特徴とする圧電アクチュエータ。
A plate-like body made of a piezoelectric material, and a plurality of electrodes that generate an electric field for deforming the plate-like body,
The plate-like body is symmetrically positioned on a first portion corresponding to the approximate center of the operation portion that deforms in a direction substantially perpendicular to the surface direction, and on both sides of the first portion in the surface direction. A pair of second parts ,
Before SL plurality of electrodes, said not arranged in the first part, one on skewed portion of the thickness direction in the second portion are opposed so as to sandwich the surface direction,
The sandwiched portion is polarized in the opposing direction of the electrodes, and the portion biased to one of the thickness directions in the second portion by the electric field generated between the opposing electrodes is respectively in the plane direction. To extend
Along with the extension, the pair of second portions is curved and deformed, and the first portion between the deformed pair of second portions is curved and deformed in a direction substantially perpendicular to the surface direction. A piezoelectric actuator characterized by being made to perform.
請求項1に記載の圧電アクチュエータの前記動作部分を流体収容室と対向配置し、前記第2の部分において前記複数の電極を前記流体収容室から遠い側の偏った位置に配置し、前記電界を発生する方向は分極方向と平行であって、前記電界が発生した部分を、それぞれ前記面方向に収縮させることにより、前記第1および第2の部分を流体収容室の容積を拡大する方向に変形し、その後、容積を縮小することで、当該流体収容室の流体を移送させることを特徴とする流体移送装置。   The operation portion of the piezoelectric actuator according to claim 1 is disposed opposite to the fluid storage chamber, the plurality of electrodes are disposed at a biased position on the side far from the fluid storage chamber in the second portion, and the electric field is The direction of generation is parallel to the polarization direction, and the first and second portions are deformed in the direction of expanding the volume of the fluid storage chamber by contracting the portion where the electric field is generated in the plane direction. Then, the fluid transfer device is characterized in that the fluid in the fluid storage chamber is transferred by reducing the volume. 請求項3に記載の圧電アクチュエータの前記動作部分を流体収容室と対向配置し、前記第2の部分において前記複数の電極を前記流体収容室に近い側の偏った位置に配置し、前記電界を発生する方向は分極方向と平行であって、前記電界が発生した部分を、それぞれ前記面方向に伸長させることにより、前記第1および第2の部分を流体収容室の容積を拡大する方向に変形し、その後、容積を縮小することで、当該流体収容室の流体を移送させることを特徴とする流体移送装置。   The operation portion of the piezoelectric actuator according to claim 3 is disposed opposite to the fluid storage chamber, the plurality of electrodes are disposed at a biased position near the fluid storage chamber in the second portion, and the electric field is The generated direction is parallel to the polarization direction, and the first and second portions are deformed in the direction of expanding the volume of the fluid storage chamber by extending the portion where the electric field is generated in the plane direction. Then, the fluid transfer device is characterized in that the fluid in the fluid storage chamber is transferred by reducing the volume.
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