JP6166118B2 - Piezoelectric actuator substrate, liquid ejection head using the same, and recording apparatus - Google Patents

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  • Particle Formation And Scattering Control In Inkjet Printers (AREA)

Description

本発明は、圧電アクチュエータ基板、それを用いた液体吐出ヘッドおよび記録装置に関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric actuator substrate, a liquid discharge head using the same, and a recording apparatus.

近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した印刷装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ELディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。   In recent years, printing apparatuses using inkjet recording methods such as inkjet printers and inkjet plotters are not only printers for general consumers, but also, for example, formation of electronic circuits, manufacture of color filters for liquid crystal displays, manufacture of organic EL displays It is also widely used for industrial applications.

このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒータを備え、ヒータによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。   In such an ink jet printing apparatus, a liquid discharge head for discharging liquid is mounted as a print head. This type of print head includes a heater as a pressurizing unit in an ink flow path filled with ink, heats and boiles the ink with the heater, pressurizes the ink with bubbles generated in the ink flow path, A thermal head system that ejects ink as droplets from the ink ejection holes, and a part of the wall of the ink channel filled with ink is bent and displaced by a displacement element, and the ink in the ink channel is mechanically pressurized, and the ink A piezoelectric method for discharging liquid droplets from discharge holes is generally known.

また、このような液体吐出ヘッドには、記録媒体の搬送方向(副走査方向)と直交する方向(主走査方向)に液体吐出ヘッドを移動させつつ記録を行なうシリアル式、および記録媒体より主走査方向に長い液体吐出ヘッドを固定した状態で、副走査方向に搬送されてくる記録媒体に記録を行なうライン式がある。ライン式は、シリアル式のように液体吐出ヘッドを移動させる必要がないので、高速記録が可能であるという利点を有する。   In addition, in such a liquid discharge head, a serial type that performs recording while moving the liquid discharge head in a direction (main scanning direction) orthogonal to the conveyance direction (sub-scanning direction) of the recording medium, and main scanning from the recording medium There is a line type in which recording is performed on a recording medium conveyed in the sub-scanning direction with a liquid discharge head that is long in the direction fixed. The line type has the advantage that high-speed recording is possible because there is no need to move the liquid discharge head as in the serial type.

シリアル式、ライン式のいずれの方式の液体吐出ヘッドであっても、液滴を高い密度で印刷するには、液体吐出ヘッドに形成されている、液滴を吐出する吐出孔の密度を高くする必要がある。   In order to print droplets at a high density in any of the serial type and line type liquid discharge heads, the density of the discharge holes for discharging the droplets formed in the liquid discharge head is increased. There is a need.

そこで液体吐出ヘッドを、マニホールドおよびマニホールドから複数の加圧室をそれぞれ介して繋がる吐出孔を有した流路部材と、加圧室をそれぞれ覆うように設けられた複数の変位素子を有する圧電アクチュエータ基板とを積層して構成したものが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。この圧電アクチュエータ基板は、圧電セラミック層とセラミック振動板とを積層したものであり、変位素子は、圧電アクチュエータ基板の内部にある共通電極と、圧電アクチュエータ基板の表面にある複数の個別電極とその間の圧電セラミック層とで構成されている。そして、圧電アクチュエータ基板の中央部に複数の変位素子が配置されている。   Therefore, a piezoelectric actuator substrate having a fluid discharge head, a flow path member having discharge holes connecting the manifold and the manifold via a plurality of pressurization chambers, and a plurality of displacement elements provided so as to cover the pressurization chambers, respectively. Is known (see, for example, Patent Document 1). This piezoelectric actuator substrate is a laminate of a piezoelectric ceramic layer and a ceramic diaphragm, and the displacement element includes a common electrode inside the piezoelectric actuator substrate, a plurality of individual electrodes on the surface of the piezoelectric actuator substrate, and a gap therebetween. It consists of a piezoelectric ceramic layer. A plurality of displacement elements are arranged at the center of the piezoelectric actuator substrate.

特開2003−305852号公報JP 2003-305852 A

特許文献1に記載されているような圧電アクチュエータ基板の圧電セラミック層における結晶粒径は、変位素子の特性、例えば、変位量や耐久性などを高くすることを主眼として設計していると考えられる。また、特許文献1には、圧電セラミック層の中で結晶粒子の大きさを変えることについて記載はなく、特許文献1の圧電アクチュエータ基板では、
結晶粒径は、圧電セラミック層の中の位置に依らずほぼ一定であると考えられる。
The crystal grain size in the piezoelectric ceramic layer of the piezoelectric actuator substrate as described in Patent Document 1 is considered to be designed mainly to increase the characteristics of the displacement element, for example, the displacement amount and durability. . Patent Document 1 does not describe changing the size of crystal grains in the piezoelectric ceramic layer. In the piezoelectric actuator substrate of Patent Document 1,
The crystal grain size is considered to be substantially constant regardless of the position in the piezoelectric ceramic layer.

さらに、圧電アクチュエータ基板が外力により破壊される場合には、圧電アクチュエータ基板の周縁部が起点になることが多いが、周縁部の結晶粒径が、変位素子部の結晶粒径と同程度であると、周縁部の機械的強度が低く、圧電アクチュエータ基板が壊れやすいという問題があった。   Further, when the piezoelectric actuator substrate is destroyed by an external force, the peripheral portion of the piezoelectric actuator substrate is often the starting point, but the crystal grain size of the peripheral portion is comparable to the crystal grain size of the displacement element portion. And the mechanical strength of the peripheral part was low, and there was a problem that the piezoelectric actuator substrate was easily broken.

したがって、本発明の目的は、破壊され難い圧電アクチュエータ基板、それを用いた液体吐出ヘッドおよび記録装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a piezoelectric actuator substrate that is difficult to be destroyed, a liquid discharge head using the same, and a recording apparatus.

本発明の圧電アクチュエータ基板は、圧電セラミック層と、該圧電セラミック層を挟むように配置されている一対の電極を複数含む圧電アクチュエータ基板であって、平面視したときに、前記圧電アクチュエータ基板には、前記圧電セラミック層と該圧電セラミック層を挟むように配置されている前記一対の電極とを含む変位素子が複数配置されている中央領域と、前記変位素子が配置されていない周縁領域とが存在し、前記周縁領域における前記圧電セラミック層の平均結晶粒径が、前記中央領域における前記圧電セラミック層の平均結晶粒径より小さいことを特徴とする。   The piezoelectric actuator substrate of the present invention is a piezoelectric actuator substrate including a piezoelectric ceramic layer and a plurality of pairs of electrodes arranged so as to sandwich the piezoelectric ceramic layer. A central region in which a plurality of displacement elements including the piezoelectric ceramic layer and the pair of electrodes arranged so as to sandwich the piezoelectric ceramic layer are disposed, and a peripheral region in which the displacement elements are not disposed The average crystal grain size of the piezoelectric ceramic layer in the peripheral region is smaller than the average crystal grain size of the piezoelectric ceramic layer in the central region.

本発明の液体吐出ヘッドは、前記圧電アクチュエータ基板と、該圧電アクチュエータ基板に接着されており、液体を吐出する吐出孔を有する流路部材とを含むことを特徴とする。   The liquid discharge head of the present invention includes the piezoelectric actuator substrate and a flow path member that is bonded to the piezoelectric actuator substrate and has discharge holes for discharging liquid.

本発明の記録装置は、前記液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記圧電アクチュエータ基板を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。   The recording apparatus of the present invention includes the liquid discharge head, a transport unit that transports a recording medium to the liquid discharge head, and a control unit that controls the piezoelectric actuator substrate.

本発明の圧電アクチュエータ基板によれば、周縁領域では、結晶粒径が、中央領域における結晶粒径より小さいことにより機械的強度を高くできる。   According to the piezoelectric actuator substrate of the present invention, the mechanical strength can be increased in the peripheral region because the crystal grain size is smaller than the crystal grain size in the central region.

本発明の一実施形態に係る記録装置であるプリンタの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a printer that is a recording apparatus according to an embodiment of the present invention. 図1の液体吐出ヘッドを構成する流路部材および圧電アクチュエータ基板の平面図である。FIG. 2 is a plan view of a flow path member and a piezoelectric actuator substrate that constitute the liquid ejection head of FIG. 1. 図2の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。FIG. 3 is an enlarged view of a region surrounded by an alternate long and short dash line in FIG. 図2の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。FIG. 3 is an enlarged view of a region surrounded by an alternate long and short dash line in FIG. 本発明の一実施形態に係る圧電アクチュエータ基板の部分平面図である。It is a partial top view of the piezoelectric actuator board | substrate which concerns on one Embodiment of this invention. 図3のV−V線に沿った縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view along the VV line of FIG.

図1は、本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ1(以下、プリンタ1とする)は、4つの液体吐出ヘッド2を有している。これらの液体吐出ヘッド2は、印刷用紙Pの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ1に固定されている。液体吐出ヘッド2は、図1の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a color ink jet printer which is a recording apparatus including a liquid discharge head according to an embodiment of the present invention. This color inkjet printer 1 (hereinafter referred to as printer 1) has four liquid ejection heads 2. These liquid discharge heads 2 are arranged along the conveyance direction of the printing paper P and are fixed to the printer 1. The liquid discharge head 2 has an elongated shape in a direction from the front to the back in FIG. This long direction is sometimes called the longitudinal direction.

プリンタ1には、印刷用紙Pの搬送経路に沿って、給紙ユニット114、搬送ユニット120および紙受け部116が順に設けられている。また、プリンタ1には、液体吐出ヘッド2や給紙ユニット114などのプリンタ1の各部における動作を制御するための制御部100が設けられている。   In the printer 1, a paper feed unit 114, a transport unit 120, and a paper receiver 116 are sequentially provided along the transport path of the printing paper P. In addition, the printer 1 is provided with a control unit 100 for controlling the operation of each unit of the printer 1 such as the liquid discharge head 2 and the paper feeding unit 114.

給紙ユニット114は、複数枚の印刷用紙Pを収容することができる用紙収容ケース115と、給紙ローラ145とを有している。給紙ローラ145は、用紙収容ケース115に積層して収容された印刷用紙Pのうち、最も上にある印刷用紙Pを1枚ずつ送り出すことができる。   The paper supply unit 114 includes a paper storage case 115 that can store a plurality of printing papers P, and a paper supply roller 145. The paper feed roller 145 can send out the uppermost print paper P among the print papers P stacked and stored in the paper storage case 115 one by one.

給紙ユニット114と搬送ユニット120との間には、印刷用紙Pの搬送経路に沿って、二対の送りローラ118aおよび118b、ならびに、119aおよび119bが配置されている。給紙ユニット114から送り出された印刷用紙Pは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット120へと送り出される。   Between the paper feed unit 114 and the transport unit 120, two pairs of feed rollers 118a and 118b and 119a and 119b are arranged along the transport path of the printing paper P. The printing paper P sent out from the paper supply unit 114 is guided by these feed rollers and further sent out to the transport unit 120.

搬送ユニット120は、エンドレスの搬送ベルト111と2つのベルトローラ106および107を有している。搬送ベルト111は、ベルトローラ106および107に巻き掛けられている。搬送ベルト111は、2つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト111は、2つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な2つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら2つの平面のうち、液体吐出ヘッド2に近い方の平面が、印刷用紙Pを搬送する搬送面127である。   The transport unit 120 includes an endless transport belt 111 and two belt rollers 106 and 107. The conveyor belt 111 is wound around belt rollers 106 and 107. The conveyor belt 111 is adjusted to such a length that it is stretched with a predetermined tension when it is wound around two belt rollers. Thus, the conveyor belt 111 is stretched without slack along two parallel planes each including a common tangent line of the two belt rollers. Of these two planes, the plane closer to the liquid ejection head 2 is a transport surface 127 that transports the printing paper P.

ベルトローラ106には、図1に示されるように、搬送モータ174が接続されている。搬送モータ174は、ベルトローラ106を矢印Aの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ107は、搬送ベルト111に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ174を駆動してベルトローラ106を回転させることにより、搬送ベルト111は、矢印Aの方向に沿って移動する。   As shown in FIG. 1, a conveyance motor 174 is connected to the belt roller 106. The transport motor 174 can rotate the belt roller 106 in the direction of arrow A. The belt roller 107 can rotate in conjunction with the transport belt 111. Therefore, the conveyance belt 111 moves along the direction of arrow A by driving the conveyance motor 174 and rotating the belt roller 106.

ベルトローラ107の近傍には、ニップローラ138とニップ受けローラ139とが、搬送ベルト111を挟むように配置されている。ニップローラ138は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ138の下方のニップ受けローラ139は、下方に付勢されたニップローラ138を、搬送ベルト111を介して受け止めている。2つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト111に連動して回転する。   In the vicinity of the belt roller 107, a nip roller 138 and a nip receiving roller 139 are arranged so as to sandwich the conveyance belt 111. The nip roller 138 is urged downward by a spring (not shown). A nip receiving roller 139 below the nip roller 138 receives the nip roller 138 biased downward via the conveying belt 111. The two nip rollers are rotatably installed and rotate in conjunction with the conveyance belt 111.

給紙ユニット114から搬送ユニット120へと送り出された印刷用紙Pは、ニップローラ138と搬送ベルト111との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Pは、搬送ベルト111の搬送面127に押し付けられ、搬送面127上に固着する。そして、印刷用紙Pは、搬送ベルト111の回転に従って、液体吐出ヘッド2が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト111の外周面113に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Pを搬送面127に確実に固着させることができる。   The printing paper P sent out from the paper supply unit 114 to the transport unit 120 is sandwiched between the nip roller 138 and the transport belt 111. As a result, the printing paper P is pressed against the transport surface 127 of the transport belt 111 and is fixed on the transport surface 127. The printing paper P is transported in the direction in which the liquid ejection head 2 is installed according to the rotation of the transport belt 111. The outer peripheral surface 113 of the conveyor belt 111 may be treated with adhesive silicon rubber. Thereby, the printing paper P can be securely fixed to the transport surface 127.

4つの液体吐出ヘッド2は、搬送ベルト111による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド2は、下端にヘッド本体13を有している。ヘッド本体13の下面には、液体を吐出する多数の吐出孔8が設けられている。   The four liquid discharge heads 2 are arranged close to each other along the conveyance direction by the conveyance belt 111. Each liquid discharge head 2 has a head body 13 at the lower end. A large number of ejection holes 8 for ejecting liquid are provided on the lower surface of the head body 13.

1つの液体吐出ヘッド2に設けられた吐出孔8からは、同じ色の液滴(インク)が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド2には図示しない外部液体タンクから液体が
供給される。各液体吐出ヘッド2の吐出孔8は、一方方向(印刷用紙Pと平行で印刷用紙P搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド2の長手方向)に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド2から吐出される液体の色は、それぞれ、マゼンタ(M)、イエロー(Y)、シアン(C)およびブラック(K)である。各液体吐出ヘッド2は、ヘッド本体13の下面と搬送ベルト111の搬送面127との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
Liquid droplets (ink) of the same color are ejected from the ejection holes 8 provided in one liquid ejection head 2. Each liquid discharge head 2 is supplied with liquid from an external liquid tank (not shown). The ejection holes 8 of each liquid ejection head 2 are arranged at equal intervals in one direction (a direction parallel to the printing paper P and perpendicular to the conveyance direction of the printing paper P and the longitudinal direction of the liquid ejection head 2). Printing can be performed without gaps in one direction. The colors of the liquid ejected from each liquid ejection head 2 are magenta (M), yellow (Y), cyan (C), and black (K), respectively. Each liquid ejection head 2 is disposed with a slight gap between the lower surface of the head body 13 and the transport surface 127 of the transport belt 111.

搬送ベルト111によって搬送された印刷用紙Pは、液体吐出ヘッド2と搬送ベルト111との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド2を構成するヘッド本体13から印刷用紙Pの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Pの上面には、制御部100によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。   The printing paper P transported by the transport belt 111 passes through the gap between the liquid ejection head 2 and the transport belt 111. At that time, droplets are ejected from the head main body 13 constituting the liquid ejection head 2 toward the upper surface of the printing paper P. As a result, a color image based on the image data stored by the control unit 100 is formed on the upper surface of the printing paper P.

搬送ユニット120と紙受け部116との間には、剥離プレート140と二対の送りローラ121aおよび121bならびに122aおよび122bとが配置されている。カラー画像が印刷された印刷用紙Pは、搬送ベルト111によって剥離プレート140へと搬送される。このとき、印刷用紙Pは、剥離プレート140の右端によって、搬送面127から剥離される。そして、印刷用紙Pは、送りローラ121a〜122bによって、紙受け部116に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Pが順次紙受け部116に送られ、紙受け部116に重ねられる。   A separation plate 140 and two pairs of feed rollers 121a and 121b and 122a and 122b are arranged between the transport unit 120 and the paper receiver 116. The printing paper P on which the color image is printed is conveyed to the peeling plate 140 by the conveying belt 111. At this time, the printing paper P is peeled from the transport surface 127 by the right end of the peeling plate 140. Then, the printing paper P is sent out to the paper receiving unit 116 by the feed rollers 121a to 122b. In this way, the printed printing paper P is sequentially sent to the paper receiving unit 116 and stacked on the paper receiving unit 116.

なお、印刷用紙Pの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド2とニップローラ138との間には、紙面センサ133が設置されている。紙面センサ133は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Pの先端位置を検出することができる。紙面センサ133による検出結果は制御部100に送られる。制御部100は、紙面センサ133から送られた検出結果により、印刷用紙Pの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド2や搬送モータ174等を制御することができる。   Note that a paper surface sensor 133 is installed between the liquid ejection head 2 and the nip roller 138 that are the most upstream in the transport direction of the printing paper P. The paper surface sensor 133 includes a light emitting element and a light receiving element, and can detect the leading end position of the printing paper P on the transport path. The detection result by the paper surface sensor 133 is sent to the control unit 100. The control unit 100 can control the liquid ejection head 2, the conveyance motor 174, and the like so that the conveyance of the printing paper P and the printing of the image are synchronized based on the detection result sent from the paper surface sensor 133.

次に本発明の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体13について説明する。図2は、図1に示されたヘッド本体13を示す上面図である。図3は、図2の一点鎖線で囲まれた領域の拡大平面図であり、ヘッド本体13の一部である。図3では、説明のため、一部の流路を省略して描いている。図4は、図3と同じ位置の拡大平面図であり、図3とは別の一部の流路を省略して描いている。なお、図3および図4において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータ基板21の下方にあって破線で描くべき加圧室10(加圧室群9)、しぼり12および吐出孔8などを実線で描いている。図5は、圧電アクチュエータ基板21の部分平面図であり、圧電アクチュエータ基板21の約半分が示されている。他の半分は、図5で示した構造と略対称な構造をしている。図5でも同様に、共通電極用表面電極37や貫通孔38を実線で描いている。図6は、図3のV−V線に沿った縦断面図である。   Next, the head main body 13 constituting the liquid discharge head of the present invention will be described. FIG. 2 is a top view showing the head main body 13 shown in FIG. FIG. 3 is an enlarged plan view of a region surrounded by a one-dot chain line in FIG. 2 and is a part of the head main body 13. In FIG. 3, for the sake of explanation, some of the flow paths are omitted. FIG. 4 is an enlarged plan view at the same position as FIG. 3, and a part of the flow path different from FIG. 3 is omitted. 3 and 4, in order to make the drawings easy to understand, the pressurizing chamber 10 (pressurizing chamber group 9), the squeezing chamber 12, the discharge hole 8, and the like that are to be drawn by broken lines below the piezoelectric actuator substrate 21 are illustrated. It is drawn with a solid line. FIG. 5 is a partial plan view of the piezoelectric actuator substrate 21 and shows about half of the piezoelectric actuator substrate 21. The other half is substantially symmetric with the structure shown in FIG. In FIG. 5 as well, the common electrode surface electrode 37 and the through hole 38 are drawn with solid lines. 6 is a longitudinal sectional view taken along line VV in FIG.

ヘッド本体13は、平板状の流路部材4と、流路部材4上に、接着して積層された圧電アクチュエータ基板21とを有している。圧電アクチュエータ基板21は台形形状を有しており、その台形の1対の平行対向辺が流路部材4の長手方向に平行になるように流路部材4の上面に配置されている。また、流路部材4の長手方向に平行な2本の仮想直線のそれぞれに沿って2つずつ、つまり合計4つの圧電アクチュエータ基板21が、全体として千鳥状に流路部材4上に配列されている。流路部材4上で隣接し合う圧電アクチュエータ基板21の斜辺同士は、流路部材4の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータユニット21を駆動することにより印刷される領域では、2つの圧電アクチュエータ基板21により吐出された液滴が混在して着弾することになる。   The head body 13 includes a flat plate-like channel member 4 and a piezoelectric actuator substrate 21 that is bonded and laminated on the channel member 4. The piezoelectric actuator substrate 21 has a trapezoidal shape, and is disposed on the upper surface of the flow path member 4 so that a pair of parallel opposing sides of the trapezoid is parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4. In addition, two piezoelectric actuator substrates 21 are arranged on the flow path member 4 as a whole in a zigzag manner, two along each of the two virtual straight lines parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4. Yes. The oblique sides of the piezoelectric actuator substrates 21 adjacent to each other on the flow path member 4 partially overlap in the short direction of the flow path member 4. In the area printed by driving the overlapping piezoelectric actuator unit 21, the droplets ejected by the two piezoelectric actuator substrates 21 are mixed and landed.

流路部材4の内部には液体流路の一部であるマニホールド5が形成されている。マニホールド5は流路部材4の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材4の上面にはマニホールド5の開口5bが形成されている。開口5bは、流路部材4の長手方向に平行な2本の直線(仮想線)のそれぞれに沿って5個ずつ、合計10個形成されている。開口5bは、4つの圧電アクチュエータ基板21が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド5には開口5bを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。   A manifold 5 that is a part of the liquid flow path is formed inside the flow path member 4. The manifold 5 has an elongated shape extending along the longitudinal direction of the flow path member 4, and an opening 5 b of the manifold 5 is formed on the upper surface of the flow path member 4. A total of ten openings 5 b are formed along each of two straight lines (imaginary lines) parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4. The opening 5b is formed at a position that avoids a region where the four piezoelectric actuator substrates 21 are disposed. The manifold 5 is supplied with liquid from a liquid tank (not shown) through the opening 5b.

流路部材4内に形成されたマニホールド5は、複数本に分岐している(分岐した部分のマニホールド5を副マニホールド5aということがある)。開口5bに繋がるマニホールド5は、圧電アクチュエータ基板21の斜辺に沿うように延在しており、流路部材4の長手方向と交差して配置されている。2つの圧電アクチュエータ基板21に挟まれた領域では、1つのマニホールド5が、隣接する圧電アクチュエータ基板21に共有されており、副マニホールド5aがマニホールド5の両側から分岐している。これらの副マニホールド5aは、流路部材4の内部の各圧電アクチュエータ基板21に対向する領域に互いに隣接してヘッド本体13の長手方向に延在している。   The manifold 5 formed in the flow path member 4 is branched into a plurality of branches (the manifold 5 at the branched portion may be referred to as a sub-manifold 5a). The manifold 5 connected to the opening 5 b extends along the oblique side of the piezoelectric actuator substrate 21 and is disposed so as to intersect with the longitudinal direction of the flow path member 4. In the region sandwiched between the two piezoelectric actuator substrates 21, one manifold 5 is shared by the adjacent piezoelectric actuator substrates 21, and the sub-manifold 5 a is branched from both sides of the manifold 5. These sub-manifolds 5 a extend in the longitudinal direction of the head main body 13 adjacent to each other in regions facing the piezoelectric actuator substrates 21 inside the flow path member 4.

流路部材4は、複数の加圧室10がマトリクス状(すなわち、2次元的かつ規則的)に形成されている4つの加圧室群9を有している。加圧室10は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。加圧室10は流路部材4の上面に開口するように形成されている。これらの加圧室10は、流路部材4の上面における圧電アクチュエータ基板21に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの加圧室10によって形成された各加圧室群9は圧電アクチュエータ基板21とほぼ同一の形状の領域を占有している。また、各加圧室10の開口は、流路部材4の上面に圧電アクチュエータ基板21が接着されることで閉塞されている。   The flow path member 4 has four pressure chamber groups 9 in which a plurality of pressure chambers 10 are formed in a matrix (that is, two-dimensionally and regularly). The pressurizing chamber 10 is a hollow region having a substantially rhombic planar shape with rounded corners. The pressurizing chamber 10 is formed so as to open on the upper surface of the flow path member 4. These pressurizing chambers 10 are arranged over almost the entire surface of the upper surface of the flow path member 4 facing the piezoelectric actuator substrate 21. Accordingly, each pressurizing chamber group 9 formed by these pressurizing chambers 10 occupies a region having substantially the same shape as the piezoelectric actuator substrate 21. Further, the opening of each pressurizing chamber 10 is closed by adhering the piezoelectric actuator substrate 21 to the upper surface of the flow path member 4.

本実施形態では、図3に示されているように、マニホールド5は、流路部材4の短手方向に互いに平行に並んだ4列のE1〜E4の副マニホールド5aに分岐し、各副マニホールド5aに繋がった加圧室10は、等間隔に流路部材4の長手方向に並ぶ加圧室10の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に4列配列されている。副マニホールド5aに繋がった加圧室10の並ぶ列は副マニホールド5aの両側に2列ずつ配列されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the manifold 5 branches into four rows of E1-E4 sub-manifolds 5a arranged in parallel with each other in the short direction of the flow path member 4, and each sub-manifold The pressurizing chambers 10 connected to 5a constitute a row of the pressurizing chambers 10 arranged in the longitudinal direction of the flow path member 4 at equal intervals, and the four rows are arranged in parallel to each other in the lateral direction. Two rows of the pressure chambers 10 connected to the sub-manifold 5a are arranged on both sides of the sub-manifold 5a.

全体では、マニホールド5から繋がる加圧室10は、等間隔に流路部材4の長手方向に並ぶ加圧室10の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に16列配列されている。各加圧室列に含まれる加圧室10の数は、アクチュエータである変位素子50の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。吐出孔8もこれと同様に配置されている。これによって、全体として長手方向に600dpiの解像度で画像形成が可能となっている。   As a whole, the pressurizing chambers 10 connected from the manifold 5 constitute rows of the pressurizing chambers 10 arranged in the longitudinal direction of the flow path member 4 at equal intervals, and the rows are arranged in 16 rows parallel to each other in the short side direction. ing. The number of pressurizing chambers 10 included in each pressurizing chamber row is arranged so as to gradually decrease from the long side toward the short side corresponding to the outer shape of the displacement element 50 that is an actuator. . The discharge holes 8 are also arranged in the same manner. As a result, it is possible to form an image with a resolution of 600 dpi in the longitudinal direction as a whole.

つまり、流路部材4の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように吐出孔8を投影すると、図3に示した仮想直線のRの範囲に、各副マニホールド5aが繋がっている4つの吐出孔8、つまり全部で16個の吐出孔8が600dpiの等間隔になっている。また、各副マニホールド5aには平均すれば150dpiに相当する間隔で個別流路32が接続されている。これは、600dpi分の吐出孔8を4つ列の副マニホールド5aに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド5aに繋がる個別流路32が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド5aの延在方向、すなわち主走査方向に平均170μm(150dpiならば25.4mm/150=169μm間隔である)以下の間隔で個別流路32が形成されているということである。   That is, when the discharge holes 8 are projected so as to be orthogonal to a virtual straight line parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4, each sub-manifold 5a is connected to the range R of the virtual straight line shown in FIG. One discharge hole 8, that is, a total of 16 discharge holes 8, is equally spaced at 600 dpi. Moreover, the individual flow paths 32 are connected to the sub manifolds 5a at intervals corresponding to 150 dpi on average. This is because when the discharge holes 8 for 600 dpi are divided and connected to the four sub-manifolds 5a, the individual flow paths 32 connected to the sub-manifolds 5a are not always connected at equal intervals. In other words, the individual flow paths 32 are formed at intervals of an average of 170 μm (25.4 mm / 150 = 169 μm intervals if 150 dpi) in the main scanning direction.

圧電アクチュエータ基板21の上面における各加圧室10および後述のダミー加圧室に
対向する位置には後述する個別電極35あるいはダミー個別電極45がそれぞれ形成されている。すなわち、個別電極35およびは、圧電アクチュエータ基板21の上面に、第1の方向および第1の方向とは異なる方向に渡って形成されている。個別電極35およびダミー個別電極45は加圧室10より一回り小さく、加圧室10とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータ基板21の上面における加圧室10と対向する領域内に収まるように配置されている。
Individual electrodes 35 or dummy individual electrodes 45 to be described later are formed on the upper surface of the piezoelectric actuator substrate 21 at positions facing the respective pressure chambers 10 and dummy pressure chambers to be described later. That is, the individual electrodes 35 and the upper surface of the piezoelectric actuator substrate 21 are formed in the first direction and in a direction different from the first direction. The individual electrode 35 and the dummy individual electrode 45 are slightly smaller than the pressurizing chamber 10 and have a shape substantially similar to the pressurizing chamber 10, and are in a region facing the pressurizing chamber 10 on the upper surface of the piezoelectric actuator substrate 21. Arranged to fit.

流路部材4の下面の液体吐出面には多数の吐出孔8が形成されている。これらの吐出孔8は、流路部材4の下面側に配置された副マニホールド5aと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの吐出孔8は、流路部材4の下面側における圧電アクチュエータ基板21と対向する領域内に配置されている。これらの吐出孔群7は圧電アクチュエータ基板21とほぼ同一の形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータ基板21の変位素子50を変位させることにより吐出孔8から液滴が吐出できる。吐出孔8の配置については後で詳述する。そして、それぞれの領域内の吐出孔8は、流路部材4の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。   A large number of discharge holes 8 are formed in the liquid discharge surface on the lower surface of the flow path member 4. These discharge holes 8 are arranged at positions avoiding the area facing the sub-manifold 5a arranged on the lower surface side of the flow path member 4. Further, these discharge holes 8 are arranged in a region facing the piezoelectric actuator substrate 21 on the lower surface side of the flow path member 4. These discharge hole groups 7 occupy regions having substantially the same shape as the piezoelectric actuator substrate 21, and droplets can be discharged from the discharge holes 8 by displacing the corresponding displacement elements 50 of the piezoelectric actuator substrate 21. The arrangement of the discharge holes 8 will be described in detail later. The discharge holes 8 in each region are arranged at equal intervals along a plurality of straight lines parallel to the longitudinal direction of the flow path member 4.

以上の流路は、液滴の吐出に直接関係する流路であるが、流路部材4には、図では省略してあるダミー加圧室が設けられている。ダミー加圧室は、加圧室10が設けられている台形状の領域の周囲に一列形成されている。ダミー加圧室により、加圧室10のうちの最も外側にある加圧室10の周囲の流路部材4の剛性などが、他の加圧室10の状態と近くなるので、液体吐出特性のばらつきを少なくできる。ダミー加圧室の形状は加圧室と同じであるが、他の流路に繋がってはいない。ダミー加圧室の配置は、加圧室10のマトリクス状の配置を延長するように配置される。   The above flow paths are flow paths that are directly related to the discharge of liquid droplets, but the flow path member 4 is provided with a dummy pressurizing chamber that is omitted in the drawing. The dummy pressurizing chambers are formed in a line around the trapezoidal region where the pressurizing chamber 10 is provided. Due to the dummy pressurizing chamber, the rigidity of the flow path member 4 around the pressurizing chamber 10 that is the outermost of the pressurizing chambers 10 is close to the state of the other pressurizing chambers 10, so that the liquid ejection characteristics Variation can be reduced. The shape of the dummy pressurizing chamber is the same as that of the pressurizing chamber, but it is not connected to other flow paths. The dummy pressurizing chambers are arranged so as to extend the matrix-like arrangement of the pressurizing chambers 10.

ヘッド本体13に含まれる流路部材4は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材4の上面から順に、キャビティプレート22、ベースプレート23、アパーチャ(しぼり)プレート24、サプライプレート25、26、マニホールドプレート27、28、29、カバープレート30およびノズルプレート31である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路32および副マニホールド5aを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体13は、図6に示されているように、加圧室10は流路部材4の上面に、副マニホールド5aは内部の下面側に、吐出孔8は下面にと、個別流路32を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、加圧室10を介して副マニホールド5aと吐出孔8とが繋がる構成を有している。   The flow path member 4 included in the head body 13 has a stacked structure in which a plurality of plates are stacked. These plates are a cavity plate 22, a base plate 23, an aperture (squeezing) plate 24, supply plates 25 and 26, manifold plates 27, 28 and 29, a cover plate 30 and a nozzle plate 31 in order from the upper surface of the flow path member 4. is there. A number of holes are formed in these plates. Each plate is aligned and laminated so that these holes communicate with each other to form the individual flow path 32 and the sub-manifold 5a. As shown in FIG. 6, the head main body 13 has the pressurizing chamber 10 on the upper surface of the flow path member 4, the sub-manifold 5 a on the inner lower surface side, and the discharge holes 8 on the lower surface, and the individual flow paths 32. Are arranged close to each other at different positions, and the sub-manifold 5 a and the discharge hole 8 are connected via the pressurizing chamber 10.

各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第1に、キャビティプレート22に形成された加圧室10である。第2に、加圧室10の一端から副マニホールド5aへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート23(詳細には加圧室10の入り口)からサプライプレート25(詳細には副マニホールド5aの出口)までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート24に形成されたしぼり12と、サプライプレート25、26に形成された個別供給流路6とが含まれている。   The holes formed in each plate will be described. These holes include the following. First, the pressurizing chamber 10 formed in the cavity plate 22. Secondly, there is a communication hole that constitutes a flow path that connects from one end of the pressurizing chamber 10 to the sub-manifold 5a. This communication hole is formed in each plate from the base plate 23 (specifically, the inlet of the pressurizing chamber 10) to the supply plate 25 (specifically, the outlet of the sub-manifold 5a). The communication hole includes the aperture 12 formed in the aperture plate 24 and the individual supply flow path 6 formed in the supply plates 25 and 26.

第3に、加圧室10の他端から吐出孔8へと連通する流路を構成する連通孔である。この連通孔は、以下の記載においてディセンダ(部分流路)と呼称される。ディセンダは、ベースプレート23(詳細には加圧室10の出口)からノズルプレート31(詳細には吐出孔8)までの各プレートに形成されている。第4に、副マニホールド5aを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート27〜29に形成されている。   Third, there is a communication hole that constitutes a flow path that communicates from the other end of the pressurizing chamber 10 to the discharge hole 8. This communication hole is referred to as a descender (partial flow path) in the following description. The descender is formed on each plate from the base plate 23 (specifically, the outlet of the pressurizing chamber 10) to the nozzle plate 31 (specifically, the discharge hole 8). Fourthly, there is a communication hole constituting the sub-manifold 5a. The communication holes are formed in the manifold plates 27 to 29.

このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド5aからの液体の流入口(副マニホ
ールド5aの出口)から吐出孔8に至る個別流路32を構成している。副マニホールド5aに供給された液体は、以下の経路で吐出孔8から吐出される。まず、副マニホールド5aから上方向に向かって、個別供給流路6を通り、しぼり12の一端部に至る。次に、しぼり12の延在方向に沿って水平に進み、しぼり12の他端部に至る。そこから上方に向かって、加圧室10の一端部に至る。さらに、加圧室10の延在方向に沿って水平に進み、加圧室10の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した吐出孔8へと進む。
Such communication holes are connected to each other to form an individual flow path 32 extending from the liquid inflow port (the outlet of the submanifold 5a) from the submanifold 5a to the discharge hole 8. The liquid supplied to the sub-manifold 5a is discharged from the discharge hole 8 through the following path. First, from the sub-manifold 5a, it passes through the individual supply flow path 6 and reaches one end of the aperture 12. Next, it proceeds horizontally along the extending direction of the aperture 12 and reaches the other end of the aperture 12. From there, it reaches one end of the pressurizing chamber 10 upward. Furthermore, it progresses horizontally along the extending direction of the pressurizing chamber 10 and reaches the other end of the pressurizing chamber 10. While moving little by little in the horizontal direction from there, it proceeds mainly downward and proceeds to the discharge hole 8 opened in the lower surface.

圧電アクチュエータ基板21は、図6に示されるように、2枚の圧電セラミック層21a、21bからなる積層構造を有している。圧電セラミック層21a、21bはそれぞれ10〜90μm程度で、圧電アクチュエータ基板21の全体の厚さは20〜100μmである。圧電セラミック層21aの厚さは、例えば、22μm、圧電セラミック層21bの厚さは、例えば18μmとされる。圧電アクチュエータ基板21は、流路部材4の加圧室10の開口している平面状の面に積層されており、圧電セラミック層21a、21bのいずれの層も複数の加圧室10を跨ぐように延在している(図3参照)。これらの圧電セラミック層21a、21bは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)系、ニオブ酸カリウムナトリウム系、チタン酸ビスマスナトリウムや、その他のセラミックス材料からなる。   As shown in FIG. 6, the piezoelectric actuator substrate 21 has a laminated structure including two piezoelectric ceramic layers 21a and 21b. The piezoelectric ceramic layers 21a and 21b are each about 10 to 90 μm, and the total thickness of the piezoelectric actuator substrate 21 is 20 to 100 μm. The thickness of the piezoelectric ceramic layer 21a is, for example, 22 μm, and the thickness of the piezoelectric ceramic layer 21b is, for example, 18 μm. The piezoelectric actuator substrate 21 is laminated on the planar surface of the flow path member 4 where the pressurizing chamber 10 is open, and the piezoelectric ceramic layers 21 a and 21 b straddle the plurality of pressurizing chambers 10. (See FIG. 3). These piezoelectric ceramic layers 21a and 21b are made of ferroelectric lead zirconate titanate (PZT), potassium sodium niobate, bismuth sodium titanate, and other ceramic materials.

圧電アクチュエータ基板21は、Ag−Pd系などの金属材料からなる、内部電極である共通電極34、Au系などの金属材料からなる個別電極35、個別電極25の上に形成されているAg系などの金属材料からなる接続ランド36を有している。個別電極35だけをAg系の金属材料で形成してもよい。個別電極35は上述のように圧電アクチュエータ基板21の上面における加圧室10およびダミー加圧室と対向する位置に配置されている個別電極本体35aと、個別電極本体35aから加圧室10のない位置まで引き出されている接続電極35bとを含んでいる。Au系導体の形成する場合の個別電極35の厚さは、0.3〜1μmであり、Ag系導体の形成する場合の個別電極35の厚さは、1〜3μmである。接続電極35bには接続ランド36が形成されている。接続ランド36は例えばガラスフリットを含む銀からなり、厚さが5〜15μm程度で凸状に形成されている。また、接続ランド36には、必要に応じてさらに接続バンプを形成した上、図示されていないFPC(Flexible Printed Circuit)に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極35には、制御部100からFPCを通じて駆動信号(駆動電圧)が供給される。駆動信号は、印刷媒体Pの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。   The piezoelectric actuator substrate 21 includes a common electrode 34 that is an internal electrode made of a metal material such as an Ag-Pd system, an individual electrode 35 that is made of a metal material such as an Au system, an Ag system that is formed on the individual electrode 25, and the like. The connection land 36 is made of a metal material. Only the individual electrode 35 may be formed of an Ag-based metal material. As described above, the individual electrode 35 is disposed on the upper surface of the piezoelectric actuator substrate 21 at a position facing the pressurizing chamber 10 and the dummy pressurizing chamber, and the individual electrode main body 35a to the pressurizing chamber 10 is not provided. And a connection electrode 35b drawn to a position. The thickness of the individual electrode 35 when forming the Au-based conductor is 0.3 to 1 μm, and the thickness of the individual electrode 35 when forming the Ag-based conductor is 1 to 3 μm. A connection land 36 is formed on the connection electrode 35b. The connection land 36 is made of, for example, silver containing glass frit, and has a convex shape with a thickness of about 5 to 15 μm. Further, connection bumps are further formed on the connection lands 36 as necessary, and are electrically joined to electrodes provided on an FPC (Flexible Printed Circuit) (not shown). Although details will be described later, a drive signal (drive voltage) is supplied to the individual electrode 35 from the control unit 100 through the FPC. The drive signal is supplied in a constant cycle in synchronization with the conveyance speed of the print medium P.

なお、以上は、圧電アクチュエータ基板21が2層の圧電セラミック層の場合の構造であるが、3層以上の圧電セラミック層を積層して、個別電極35と共通電極34が交互になるように配置してもよい。   The above is the structure in the case where the piezoelectric actuator substrate 21 has two piezoelectric ceramic layers, but three or more piezoelectric ceramic layers are laminated so that the individual electrodes 35 and the common electrodes 34 are alternately arranged. May be.

圧電アクチェエータ基板21には、個別電極35と共通電極34と、これらに挟まれている部分の圧電セラミック層21bとを含んでいる変位素子50が複数配置されている。平面視したとき、変位素子50は、圧電アクチェエータ基板21の中央領域21−1に配置されており、圧電アクチェエータ基板21の周縁領域21−には配置されていない。図5の境界線Eは、中央領域21−1と周縁領域21−との境界を示している。中央領域21−1は、すべての変位素子50包含し、かつ(凸多角形で)面積の小さくなる領域である。なお、図5に示されている、列A、B、C上にあるダミー個別電極45は、ダミーであり、これらは変位素子50を構成していない。一部のダミー個別電極45は、圧電アクチュエータ基板21の端にかかっていたり、共通電極用表面電極37などを形成するために、個別電極35と異なる形状になっている。また、ダミー個別電極45には、外部から駆動するための電気的配線が接続されていない。さらに、個別電極35の直下の圧電セラミック層21bが分極されているのに対して、ダミー個別電極45の直下の圧電セラミック層21bは分極されていない。
The piezoelectric actuator substrate 21 is provided with a plurality of displacement elements 50 each including the individual electrode 35, the common electrode 34, and the portion of the piezoelectric ceramic layer 21 b sandwiched between them. When viewed in plan, the displacement element 50 is arranged in the central region 21-1 of the piezoelectric Akucheeta substrate 21, the peripheral region 21 2 of the piezoelectric Akucheeta substrate 21 not disposed. Boundary line E in FIG. 5 indicates the boundary between the central region 21-1 and the peripheral region 21 2. The central region 21-1 is a region that includes all the displacement elements 50 and has a small area (in a convex polygon). Note that the dummy individual electrodes 45 on the rows A, B, and C shown in FIG. 5 are dummy, and these do not constitute the displacement element 50. Some of the dummy individual electrodes 45 have shapes different from those of the individual electrodes 35 in order to cover the ends of the piezoelectric actuator substrate 21 and to form the common electrode surface electrode 37 and the like. The dummy individual electrode 45 is not connected to electrical wiring for driving from the outside. Furthermore, while the piezoelectric ceramic layer 21b directly below the individual electrode 35 is polarized, the piezoelectric ceramic layer 21b directly below the dummy individual electrode 45 is not polarized.

中央領域21−1内では、圧電セラミック層21bの結晶粒子の粒径は、少なくとも平面方向において、部位による粒径のばらつきが小さい状態にされ、平均結晶粒径は、部位によらずほぼ一定にされる。これは、変位素子50の変位特性などが、変位素子50の圧電アクチュエータ基板21内の位置によってばらつかないようにするためである。また、中央領域21−1における平均結晶粒径は、基本的に変位素子50の特性を高くするよう設計される。例えば、変位量が大きくしたり、駆動を繰り返した際の変位量の低下を小さくしたり、ショートなどによる破壊が生じ難いようにされる。具体的に好適な粒径は、組成により異なるが、PZT系の組成では、例えば平均結晶粒径を3.5〜4.5μmにするのが好ましい。なお、平均結晶粒径は、インターセプト法などにより測定することができる。インターセプト法は、例えば、圧電セラミック層21bの表面をSEM(scanning
electron microscope)などで撮影した画像を用いて、100個以上の結晶粒子を含む測定長さで測定し、1.5×L/n(n:長さL当たりの結晶粒子数、L:測定長さ)で算出すればよい。
In the central region 21-1, the grain size of the crystal grains of the piezoelectric ceramic layer 21b is set to a state in which the variation in grain size due to the part is small at least in the plane direction, and the average crystal grain size is substantially constant regardless of the part. Is done. This is to prevent the displacement characteristics of the displacement element 50 from varying depending on the position of the displacement element 50 in the piezoelectric actuator substrate 21. Further, the average crystal grain size in the central region 21-1 is basically designed to enhance the characteristics of the displacement element 50. For example, the amount of displacement is increased, the decrease in the amount of displacement when driving is repeated is reduced, or destruction due to a short circuit or the like is unlikely to occur. The specific suitable particle size varies depending on the composition, but in the PZT-based composition, for example, the average crystal particle size is preferably 3.5 to 4.5 μm. The average crystal grain size can be measured by an intercept method or the like. In the intercept method, for example, the surface of the piezoelectric ceramic layer 21b is scanned with a scanning electron microscope (SEM).
Using an image taken with an electron microscope or the like, measurement is performed with a measurement length including 100 or more crystal particles, and 1.5 × L / n (n: number of crystal particles per length L, L: measurement length) )).

圧電アクチュエータ基板21は、製造工程や使用中に外力を受けて、割れるなど、破壊されてしまうことがある。その際、圧電アクチュエータ基板21の端部が、破壊の起点となること多い。また、特に、流路部材4を積層した後には、熱膨張係数差により応力を受ける端部が破壊の起点となる。変位素子50の特性を向上するために設計された平均結晶粒径では、周縁領域21−の機械的強度が低くなるので、圧電アクチュエータ基板21が破壊され難くするために、周縁領域21−2の平均結晶粒径を、中央領域21−1の平均結晶粒径よりも小さくして、周縁領域21−2の機械的強度を大きくする。このために、周縁領域21−2は、中央領域21−1を取り囲み、圧電アクチュエータ基板21の外周の端部を含む領域となっている。このような構成は、外力によって破壊されやすい、厚さ100μmの圧電アクチュエータ基板21で特に有用である。 The piezoelectric actuator substrate 21 may be broken, for example, cracked due to an external force during the manufacturing process or use. At that time, the end portion of the piezoelectric actuator substrate 21 often serves as a starting point of destruction. In particular, after the flow path member 4 is laminated, an end portion that receives stress due to a difference in thermal expansion coefficient becomes a starting point of destruction. The average grain size that is designed to improve the characteristics of the displacement element 50, the mechanical strength of the peripheral region 21 2 is lowered, since the piezoelectric actuator substrate 21 is hardly broken, the peripheral area 21-2 Is made smaller than the average crystal grain size of the central region 21-1, and the mechanical strength of the peripheral region 21-2 is increased. For this reason, the peripheral region 21-2 is a region that surrounds the central region 21-1 and includes the outer peripheral end of the piezoelectric actuator substrate 21. Such a configuration is particularly useful for the piezoelectric actuator substrate 21 having a thickness of 100 μm that is easily broken by an external force.

例えば、上述のPZT系の組成では、周縁領域21−2の平均結晶粒径を2.5〜3.5μmにするのが好ましい。これにより、中央領域21−1におけるリング曲げ強度48MPaに対して、周縁領域21−2におけるリング曲げ強度を53MPaと高くすることができ、圧電アクチュエータ基板21が、端部から破壊される可能性を低くできる。周縁領域21−2は、必ずしも全体の粒径が大きくなくてもよい。周縁領域21−2のうち、圧電アクチュエータ基板21の端部から100μm程度の範囲の平均結晶粒径が、中央領域21−1の平均化粧粒径より小さければよく、0.55〜0.85倍、好ましくは、0.65〜0.75倍にされる。   For example, in the PZT-based composition described above, it is preferable that the average crystal grain size of the peripheral region 21-2 be 2.5 to 3.5 μm. Thereby, the ring bending strength in the peripheral region 21-2 can be increased to 53 MPa with respect to the ring bending strength 48MPa in the central region 21-1, and the piezoelectric actuator substrate 21 may be broken from the end portion. Can be lowered. The peripheral region 21-2 may not necessarily have a large overall particle size. Of the peripheral region 21-2, the average crystal grain size in the range of about 100 μm from the end of the piezoelectric actuator substrate 21 only needs to be smaller than the average makeup particle size of the central region 21-1, and is 0.55 to 0.85 times. Preferably, it is 0.65 to 0.75 times.

周縁領域21−2は、圧電アクチュエータ基板21の端部から幅0.5〜2mm程度とされる。周縁領域21−2の、圧電アクチュエータ基板21の端部側の平均結晶粒径は、上述のように中央領域21−1の平均結晶粒径と比較して小さくされる。周縁領域21−2の、中央領域21−1側の平均結晶粒径は、端部側と同様に中央領域21−1の平均結晶粒径と比較して小さくされてもよいし、中央領域21−1の平均結晶粒径と同程度の大きさでもよい。   The peripheral region 21-2 has a width of about 0.5 to 2 mm from the end of the piezoelectric actuator substrate 21. The average crystal grain size at the end of the piezoelectric actuator substrate 21 in the peripheral region 21-2 is made smaller than the average crystal grain size in the central region 21-1, as described above. The average crystal grain size of the peripheral region 21-2 on the central region 21-1 side may be made smaller than the average crystal grain size of the central region 21-1 as in the end side, or the central region 21. As large as the average crystal grain size of -1.

また、圧電アクチュエータ基板21では、外部との電気的接続を、個別電極35(より正確には接続電極35b)と、共通電極用表面電極37とで行なっている。共通電極37の一部は、圧電セラミック層21bを貫通している貫通孔38の中に入り込んで貫通電極となっており、貫通孔38の下部で、共通電極用表面電極(貫通電極)37と共通電極34とは電気的に接続されている。貫通孔38の直径は50〜200μm程度である。   Further, in the piezoelectric actuator substrate 21, electrical connection with the outside is performed by the individual electrode 35 (more precisely, the connection electrode 35 b) and the common electrode surface electrode 37. A part of the common electrode 37 enters the through hole 38 penetrating the piezoelectric ceramic layer 21 b to form a through electrode, and a surface electrode (through electrode) 37 for the common electrode is formed below the through hole 38. The common electrode 34 is electrically connected. The diameter of the through hole 38 is about 50 to 200 μm.

貫通孔38中の貫通電極を周縁領域21−2に配置することで、貫通電極が接合している圧電セラミック層21bの強度が強くなり、貫通電極の接合強度が強くなるので、外部から、共通電極用表面電極37に応力が加わっても、接続が破壊され難い。共通電極用表面電極37を周縁領域21−2に配置することで、同様にして、共通電極用表面電極37の接合強度を強くできる。この場合、周縁領域21−2における、貫通電極あるいは共通電極用表面電極37の配置されている部位の平均結晶粒径は、中央領域21−1の平均結晶粒径より小さくされる。   By disposing the through electrode in the through hole 38 in the peripheral region 21-2, the strength of the piezoelectric ceramic layer 21 b to which the through electrode is bonded is increased and the bonding strength of the through electrode is increased. Even if stress is applied to the electrode surface electrode 37, the connection is not easily broken. By disposing the common electrode surface electrode 37 in the peripheral region 21-2, the bonding strength of the common electrode surface electrode 37 can be increased in the same manner. In this case, the average crystal grain size of the portion where the through electrode or the common electrode surface electrode 37 is disposed in the peripheral region 21-2 is made smaller than the average crystal grain size of the central region 21-1.

上述の構成は、別の表現をすれば、変位素子50を構成する複数の一対の電極が、圧電セラミック層21bの一方の主面に配置されている複数の個別電極35と、圧電セラミック層21bの他方の主面に、複数の個別電極35と対向するように配置されている共通電極34とによって構成されており、周縁領域21−2に、圧電セラミック層21bを貫通していて、共通電極34と電気的に接続している貫通電極および共通電極用表面電極37を備えているということである。   In other words, the above-described configuration includes a plurality of individual electrodes 35 in which a plurality of pairs of electrodes constituting the displacement element 50 are disposed on one main surface of the piezoelectric ceramic layer 21b, and the piezoelectric ceramic layer 21b. Is formed of a common electrode 34 disposed to face the plurality of individual electrodes 35, and penetrates the piezoelectric ceramic layer 21 b in the peripheral region 21-2. 34 is provided with a through electrode and a common electrode surface electrode 37 which are electrically connected to the electrode 34.

図6に示されるように、共通電極34と個別電極35とは、最上層の圧電セラミック層21bのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層21bにおける個別電極35と共通電極34とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには厚み方向に分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータ基板21においては、最上層の圧電セラミック層21bのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック21aは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータ基板21はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。   As shown in FIG. 6, the common electrode 34 and the individual electrode 35 are disposed so as to sandwich only the uppermost piezoelectric ceramic layer 21b. A region sandwiched between the individual electrode 35 and the common electrode 34 in the piezoelectric ceramic layer 21b is called an active portion, and the piezoelectric ceramic in that portion is polarized in the thickness direction. In the piezoelectric actuator substrate 21 of the present embodiment, only the uppermost piezoelectric ceramic layer 21b includes an active portion, and the piezoelectric ceramic 21a does not include an active portion and functions as a diaphragm. The piezoelectric actuator substrate 21 has a so-called unimorph type configuration.

なお、後述のように、個別電極35に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極35に対応する加圧室10内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路32を通じて、対応する吐出孔8から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータ基板21における各加圧室10に対向する部分は、各加圧室10および吐出孔8に対応する個別の変位素子50(アクチュエータ)に相当する。つまり、2枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図6に示されているような構造を単位構造とする変位素子50が加圧室10毎に、加圧室10の直上に位置する振動板21a、共通電極34、圧電セラミック層21b、個別電極35により作り込まれており、圧電アクチュエータ基板21には変位素子50が複数含まれている。なお、本実施形態において1回の吐出動作によって吐出孔8から吐出される液体の量は5〜7pL(ピコリットル)程度である。   As will be described later, when a predetermined drive signal is selectively supplied to the individual electrode 35, pressure is applied to the liquid in the pressurizing chamber 10 corresponding to the individual electrode 35. As a result, droplets are discharged from the corresponding discharge holes 8 through the individual flow paths 32. That is, the portion of the piezoelectric actuator substrate 21 that faces each pressure chamber 10 corresponds to an individual displacement element 50 (actuator) corresponding to each pressure chamber 10 and the discharge hole 8. That is, in the laminate composed of two piezoelectric ceramic layers, the displacement element 50 having a unit structure as shown in FIG. 6 is positioned immediately above the pressurizing chamber 10 for each pressurizing chamber 10. The diaphragm 21a, the common electrode 34, the piezoelectric ceramic layer 21b, and the individual electrode 35 are formed. The piezoelectric actuator substrate 21 includes a plurality of displacement elements 50. In the present embodiment, the amount of liquid discharged from the discharge hole 8 by one discharge operation is about 5 to 7 pL (picoliter).

多数の個別電極35は、個別に電位を制御することができるように、それぞれがFPC上のコンタクトおよび配線を介して、個別にアクチュエータ制御手段に電気的に接続されている。   A large number of individual electrodes 35 are individually electrically connected to the actuator control means via contacts and wirings on the FPC so that potentials can be individually controlled.

本実施形態における圧電アクチュエータ基板21の液体吐出時の駆動方法の一例を、個別電極35に供給される駆動電圧(駆動信号)に関して説明する。個別電極35を共通電極34と異なる電位にして圧電セラミック層21bに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この時圧電セラミック層21bは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層21aは、個別電極35と共通電極34とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータ基板21は、上側(つまり、加圧室10とは離れた側)の圧電セラミック層21bを、活性部を含む層とし、かつ下側(つまり、加圧室10に近い側)の圧電セラミック層21aを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。   An example of a driving method at the time of liquid ejection of the piezoelectric actuator substrate 21 in the present embodiment will be described with respect to a driving voltage (drive signal) supplied to the individual electrode 35. When an electric field is applied to the piezoelectric ceramic layer 21b in the polarization direction by setting the individual electrode 35 to a potential different from that of the common electrode 34, the portion to which the electric field is applied functions as an active portion that is distorted by the piezoelectric effect. At this time, the piezoelectric ceramic layer 21b expands or contracts in the thickness direction, that is, the stacking direction, and tends to contract or extend in the direction perpendicular to the stacking direction, that is, the surface direction, due to the piezoelectric lateral effect. On the other hand, since the remaining piezoelectric ceramic layer 21a is an inactive layer that does not have a region sandwiched between the individual electrode 35 and the common electrode 34, it does not spontaneously deform. That is, the piezoelectric actuator substrate 21 has the piezoelectric ceramic layer 21b on the upper side (that is, the side away from the pressurizing chamber 10) as a layer including the active portion and the lower side (that is, the side close to the pressurizing chamber 10). This piezoceramic layer 21a is a so-called unimorph type structure having an inactive layer.

この構成において、電界と分極とが同方向となるように、アクチュエータ制御部により個別電極35を共通電極34に対して正または負の所定電位とすると、圧電セラミック層21bの電極に挟まれた部分(活性部)が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層21aは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層21bと圧電セラミック層21aとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層21bは加圧室10側へ凸となるように変形(ユニモルフ変形)する。   In this configuration, when the individual electrode 35 is set to a predetermined positive or negative potential with respect to the common electrode 34 by the actuator controller so that the electric field and the polarization are in the same direction, a portion sandwiched between the electrodes of the piezoelectric ceramic layer 21b. (Active part) contracts in the surface direction. On the other hand, the piezoelectric ceramic layer 21a, which is an inactive layer, is not affected by an electric field, so that it does not spontaneously shrink and tries to restrict deformation of the active portion. As a result, there is a difference in strain in the polarization direction between the piezoelectric ceramic layer 21b and the piezoelectric ceramic layer 21a, and the piezoelectric ceramic layer 21b is deformed so as to protrude toward the pressurizing chamber 10 (unimorph deformation).

本実施の形態における実際の駆動手順は、あらかじめ個別電極35を共通電極34より高い電位(以下高電位と称す)にしておき、吐出要求がある毎に個別電極35を共通電極34と一旦同じ電位(以下低電位と称す)とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極35が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層21a、bが元の形状に戻り、加圧室10の容積が初期状態(両電極の電位が異なる状態)と比較して増加する。このとき、加圧室10内に負圧が与えられ、液体がマニホールド5側から加圧室10内に吸い込まれる。その後再び個別電極35を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層21a、bが加圧室10側へ凸となるように変形し、加圧室10の容積減少により加圧室10内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極35に供給することになる。このパルス幅は、加圧室10内において圧力波がマニホールド5から吐出孔8まで伝播する時間長さであるAL(Acoustic Length)が理想的である。
これによると、加圧室10内部が負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。
In an actual driving procedure in the present embodiment, the individual electrode 35 is set to a potential higher than the common electrode 34 (hereinafter referred to as a high potential) in advance, and the individual electrode 35 is temporarily set to the same potential as the common electrode 34 every time there is a discharge request. (Hereinafter referred to as a low potential), and then set to a high potential again at a predetermined timing. As a result, the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b return to their original shapes at the timing when the individual electrodes 35 become low potential, and the volume of the pressurizing chamber 10 increases compared to the initial state (the state where the potentials of both electrodes are different). To do. At this time, a negative pressure is applied to the pressurizing chamber 10 and the liquid is sucked into the pressurizing chamber 10 from the manifold 5 side. Thereafter, at the timing when the individual electrode 35 is set to a high potential again, the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b are deformed so as to protrude toward the pressurizing chamber 10, and the pressure in the pressurizing chamber 10 is reduced due to the volume reduction of the pressurizing chamber 10. The pressure becomes positive and the pressure on the liquid rises, and droplets are ejected. That is, a drive signal including a pulse based on a high potential is supplied to the individual electrode 35 in order to eject a droplet. This pulse width is ideally AL (Acoustic Length), which is the length of time during which the pressure wave propagates from the manifold 5 to the discharge hole 8 in the pressurizing chamber 10.
According to this, when the inside of the pressurizing chamber 10 is reversed from the negative pressure state to the positive pressure state, both pressures are combined, and the liquid droplets can be discharged at a stronger pressure.

以上のような液体吐出ヘッド2は、例えば、以下のようにして作製する。ロールコータ法、スリットコーター法などの一般的なテープ成形法により、圧電性セラミック粉末と有機組成物からなるテープの成形を行ない、焼成後に圧電セラミック層21a、21bとなる複数のグリーンシートを作製する。グリーンシートの一部には、貫通孔38となる孔を、パンチングやレーザーで開ける。また、グリーンシートの一部には、その表面に共通電極34となる電極ペーストを印刷等により形成する。   The liquid discharge head 2 as described above is manufactured as follows, for example. A tape composed of a piezoelectric ceramic powder and an organic composition is formed by a general tape forming method such as a roll coater method or a slit coater method, and a plurality of green sheets that become piezoelectric ceramic layers 21a and 21b after firing are produced. . In a part of the green sheet, a hole to be a through hole 38 is formed by punching or laser. In addition, an electrode paste to be the common electrode 34 is formed on a part of the green sheet by printing or the like.

ついで、各グリーンシートを積層して積層体を作製し、加圧密着を行なう。この際、共通電極34の積層方向における位置が、圧電アクチュエータ基板21となった際に、個別電極35が配置されている側の主面に近くなるように、グリーンシートの厚さを調整する。例えば、焼成後の圧電セラミック層21aの厚さを22μm、圧電セラミック層21bの厚さを18μmとする。これにより、共通電極34の積層方向における位置は、積層厚さの中央よりも個別電極35が配置されている側の主面に近い側に配置される。   Next, each green sheet is laminated to produce a laminate, and pressure adhesion is performed. At this time, the thickness of the green sheet is adjusted so that the position of the common electrode 34 in the stacking direction is close to the main surface on the side where the individual electrode 35 is arranged when the piezoelectric actuator substrate 21 is formed. For example, the thickness of the fired piezoelectric ceramic layer 21a is 22 μm, and the thickness of the piezoelectric ceramic layer 21b is 18 μm. Thereby, the position in the stacking direction of the common electrode 34 is disposed closer to the main surface on the side where the individual electrode 35 is disposed than the center of the stacking thickness.

ついで、この積層体を、個別電極35が形成される側の主面を上にして、ジルコニアなどを主成分とするセラミック製の焼成治具の上に置いて、高濃度酸素雰囲気下、例えば1050℃で同時焼成して、圧電アクチュエータ素体を作製する。焼成において、金、銀、銅などを主成分とする共通電極34は、圧電セラミック層21a、21bと比較して、低い温度で焼結する。共通電極34が焼結し、ほぼ一体的な構造物となった後、より高温で圧電セラミック層21a、21bが焼成収縮する。この際、共通電極34の積層方向の位置が、中央より上に位置しているため、中央より上で、積層体の焼成収縮が拘束され、圧電アクチュエータ素体は、端部が下側に下がるように変形する。この状態で焼成が進むため、熱容量の大きな焼成時治具に接している端部付近は、圧電アクチュエータ素体の中央部分と比較して、温度上昇が遅くなり、焼結が進み難くなる。これにより、中央領域21−1と比較して、周縁領域21−2では結晶粒径が小さくなる。なお、圧電アクチュエータ基板21の厚さが厚くなると、圧電アクチュエータ基板21の下面が焼成治具に接している影響が、圧電アクチュエータ基板21の上面(個別電極35が配置されている面)に
までおよび易いように、圧電アクチュエータ基板21の厚さは100μm以下であることが好ましい。
Next, this laminate is placed on a ceramic firing jig mainly composed of zirconia or the like with the main surface on the side where the individual electrodes 35 are formed facing upward, and is, for example, 1050 in a high concentration oxygen atmosphere. Simultaneous firing at 0 ° C. produces a piezoelectric actuator body. In firing, the common electrode 34 mainly composed of gold, silver, copper or the like is sintered at a lower temperature than the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b. After the common electrode 34 is sintered to form a substantially integrated structure, the piezoelectric ceramic layers 21a and 21b are fired and contracted at a higher temperature. At this time, since the position of the common electrode 34 in the stacking direction is located above the center, the firing shrinkage of the stack is restricted above the center, and the end of the piezoelectric actuator element body is lowered downward. It deforms as follows. Since the firing proceeds in this state, the temperature rise is slow in the vicinity of the end portion in contact with the firing jig having a large heat capacity compared to the central portion of the piezoelectric actuator element body, and the sintering is difficult to proceed. Thereby, compared with the center area | region 21-1, the crystal grain diameter becomes small in the peripheral area | region 21-2. When the thickness of the piezoelectric actuator substrate 21 is increased, the influence that the lower surface of the piezoelectric actuator substrate 21 is in contact with the firing jig extends to the upper surface of the piezoelectric actuator substrate 21 (the surface on which the individual electrode 35 is disposed). In order to facilitate, the thickness of the piezoelectric actuator substrate 21 is preferably 100 μm or less.

その後、Agペーストを用いて圧電アクチュエータ素体の表面に個別電極35および共通電極用表面電極37を印刷した後、圧電アクチュエータ素体の焼成温度より低い、例えば650℃で焼成する。印刷の際、Agペーストの一部は、貫通孔38に入り込んでおり、焼成により、電極用表面電極37は、貫通孔38に入り込んだ部位を通じて共通電極34と電気的に接続される。なお、焼成の際、Agペーストをグリーンシートの積層体と別焼成することにより、Agペーストの焼成収縮により、圧電アクチュエータ基板21は、端部が上側に上がるように変形する。このようにすることで、積層体焼成時の下側への変形と、Agペースト焼成時の上側への変形とは相殺され、最終的な圧電アクチュエータ基板21のそりを小さくできる。   Thereafter, the individual electrodes 35 and the common electrode surface electrode 37 are printed on the surface of the piezoelectric actuator element body using Ag paste, and then fired at a temperature lower than the firing temperature of the piezoelectric actuator element body, for example, 650 ° C. At the time of printing, a part of the Ag paste enters the through hole 38, and the electrode surface electrode 37 is electrically connected to the common electrode 34 through the part that has entered the through hole 38 by firing. When firing, the Ag paste is separately fired from the green sheet laminate, and the piezoelectric actuator substrate 21 is deformed so that the end portion is raised upward by firing shrinkage of the Ag paste. By doing so, the downward deformation at the time of firing the laminate and the upward deformation at the time of firing the Ag paste are offset, and the final warpage of the piezoelectric actuator substrate 21 can be reduced.

次に、流路部材4を、圧延法等により得られプレート22〜31を、接着層を介して積層して作製する。プレート22〜31に、マニホールド5、個別供給流路6、加圧室10およびディセンダなどとなる孔を、エッチングにより所定の形状に加工する。   Next, the flow path member 4 is produced by laminating plates 22 to 31 obtained by a rolling method or the like via an adhesive layer. Holes to be the manifold 5, the individual supply flow path 6, the pressurizing chamber 10, the descender, and the like are processed in the plates 22 to 31 into a predetermined shape by etching.

これらプレート22〜31は、Fe―Cr系、Fe−Ni系、WC−TiC系の群から選ばれる少なくとも1種の金属によって形成されていることが望ましく、特に液体としてインクを使用する場合にはインクに対する耐食性の優れた材質からなることが望ましため、Fe−Cr系がより好ましい。   These plates 22 to 31 are preferably formed of at least one metal selected from the group consisting of Fe—Cr, Fe—Ni, and WC—TiC, particularly when ink is used as a liquid. Since it is desired to be made of a material having excellent corrosion resistance against ink, Fe-Cr is more preferable.

圧電アクチュエータ基板21と流路部材4とは、例えば接着層を介して積層接着することができる。接着層としては、周知のものを使用することができるが、圧電アクチュエータ基板21や流路部材4への影響を及ぼさないために、熱硬化温度が100〜150℃のエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂の群から選ばれる少なくとも1種の熱硬化性樹脂系の接着剤を用いるのがよい。このような接着層を用いて熱硬化温度にまで加熱することによって、圧電アクチュエータ基板21と流路部材4とを加熱接合することができる。   The piezoelectric actuator substrate 21 and the flow path member 4 can be laminated and bonded through, for example, an adhesive layer. As the adhesive layer, a known material can be used, but in order not to affect the piezoelectric actuator substrate 21 and the flow path member 4, an epoxy resin, phenol resin, polyphenylene having a thermosetting temperature of 100 to 150 ° C. It is preferable to use at least one thermosetting resin adhesive selected from the group of ether resins. By heating to the thermosetting temperature using such an adhesive layer, the piezoelectric actuator substrate 21 and the flow path member 4 can be heat-bonded.

1・・・プリンタ
2・・・液体吐出ヘッド
4・・・流路部材
5・・・マニホールド
5a・・・副マニホールド
5b・・・マニホールドの開口
6・・・個別供給流路
8・・・吐出孔
9・・・加圧室群
10・・・加圧室
11a、b、c、d・・・加圧室列
12・・・しぼり
13・・・液体吐出ヘッド本体
15a、b、c、d・・・吐出孔列
21・・・圧電アクチュエータ基板
21a・・・圧電セラミック層(セラミック振動板)
21b・・・圧電セラミック層
21−1・・・(圧電アクチュエータ基板の)中央領域
21−2・・・(圧電アクチュエータ基板の)周縁領域
22〜31・・・プレート
32・・・個別流路
34・・・共通電極(内部電極)
34a・・・(共通電極のうち、貫通孔周囲の厚さの)厚い部位
35・・・個別電極
35a・・・個別電極本体
35b・・・接続電極
36・・・接続ランド
37・・・共通電極用表面電極
38・・・貫通孔
45・・・ダミー個別電極
46・・・ダミー接続ランド
50・・・加圧部(変位素子)
E・・・(圧電アクチュエータ基板の中央領域と周縁領域の)境界線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Printer 2 ... Liquid discharge head 4 ... Flow path member 5 ... Manifold 5a ... Sub manifold 5b ... Manifold opening 6 ... Individual supply flow path 8 ... Discharge Hole 9 ... Pressurizing chamber group 10 ... Pressurizing chamber 11a, b, c, d ... Pressurizing chamber row 12 ... Squeezing 13 ... Liquid discharge head body 15a, b, c, d ... Discharge hole array 21 ... Piezoelectric actuator substrate 21a ... Piezoelectric ceramic layer (ceramic diaphragm)
21b ... Piezoelectric ceramic layer 21-1 ... Central region (of the piezoelectric actuator substrate) 21-2 ... Peripheral region (of the piezoelectric actuator substrate) 22 to 31 ... Plate 32 ... Individual flow path 34 ... Common electrodes (internal electrodes)
34a: Thick part of the common electrode (thickness around the through hole) 35 ... Individual electrode 35a ... Individual electrode body 35b ... Connection electrode 36 ... Connection land 37 ... Common Surface electrode for electrode 38... Through hole 45... Dummy individual electrode 46... Dummy connection land 50.
E ... Boundary line (between the central region and the peripheral region of the piezoelectric actuator substrate)

Claims (6)

圧電セラミック層と、該圧電セラミック層を挟むように配置されている複数対の電極とを含む圧電アクチュエータ基板であって、
該圧電アクチュエータ基板は、前記複数対の電極のうちの一対の電極と、前記圧電セラミック層における前記一対の電極で挟まれた部分と、で構成された変位素子を複数有しており、
平面視したときに、
前記圧電アクチュエータ基板には、前記変位素子が複数配置されている1つの中央領域と、該中央領域を取り囲むように配置されており前記変位素子が配置されていない1つの周縁領域とが存在し、
前記周縁領域における前記圧電セラミック層の平均結晶粒径が、前記中央領域における前記圧電セラミック層の平均結晶粒径より小さいことを特徴とする圧電アクチュエータ基板。
A piezoelectric actuator substrate comprising a piezoelectric ceramic layer and a plurality of pairs of electrodes arranged so as to sandwich the piezoelectric ceramic layer,
The piezoelectric actuator substrate has a plurality of displacement elements composed of a pair of electrodes of the plurality of pairs of electrodes and a portion sandwiched between the pair of electrodes in the piezoelectric ceramic layer,
When viewed in plan,
Wherein the piezoelectric actuator substrate, and one central region where the displacement element has a plurality arranged, and one of the peripheral regions arranged and the displacement element is not disposed to surround the central region is present,
The piezoelectric actuator substrate, wherein an average crystal grain size of the piezoelectric ceramic layer in the peripheral region is smaller than an average crystal grain size of the piezoelectric ceramic layer in the central region.
複数対の電極が、前記圧電セラミック層の一方の主面に配置されている複数の個別電極と、前記圧電セラミック層の他方の主面に、前記複数の個別電極と対向するように配置されている共通電極とによって構成されており、
前記周縁領域に、前記圧電セラミック層を貫通し、前記共通電極と電気的に接続している貫通電極を備えている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基板。
Before Symbol pairs of electrodes, wherein the plurality of individual electrodes disposed on one main surface of the piezoelectric ceramic layer, on the other main surface of the piezoelectric ceramic layer, arranged so as to face the plurality of individual electrodes The common electrode, and
2. The piezoelectric actuator substrate according to claim 1, further comprising a through electrode that penetrates the piezoelectric ceramic layer and is electrically connected to the common electrode in the peripheral region.
前記圧電アクチュエータ基板の厚さが100μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の圧電アクチュエータ基板。   The piezoelectric actuator substrate according to claim 1 or 2, wherein the piezoelectric actuator substrate has a thickness of 100 µm or less. 前記圧電セラミック層の前記共通電極側の主面に、他の圧電セラミック層が積層されて圧電セラミック積層体を構成しており、
該記圧電セラミック積層体は、同時焼成されており、前記共通電極は、前記圧電セラミック積層体の積層方向において、前記複数の個別電極が配置されている一方の主面の反対側の主面より、前記一方の主面に近い位置に配置されており、
前記複数の個別電極は、前記圧電セラミック積層体とは別に焼成されて、焼き付けられていることを特徴とする請求項2に記載の圧電アクチュエータ基板。
On the main surface of the piezoelectric ceramic layer on the common electrode side, another piezoelectric ceramic layer is laminated to form a piezoelectric ceramic laminate,
The piezoelectric ceramic laminate is fired at the same time, and the common electrode is arranged in a stacking direction of the piezoelectric ceramic laminate from a main surface opposite to one main surface on which the plurality of individual electrodes are arranged. , Arranged near the one main surface,
3. The piezoelectric actuator substrate according to claim 2, wherein the plurality of individual electrodes are fired and baked separately from the piezoelectric ceramic laminate.
請求項1〜4のいずれかに記載の圧電アクチュエータ基板と、該圧電アクチュエータ基板に接着されており、液体を吐出する吐出孔を有する流路部材とを含むことを特徴とする
液体吐出ヘッド。
5. A liquid discharge head comprising: the piezoelectric actuator substrate according to claim 1; and a flow path member that is bonded to the piezoelectric actuator substrate and has a discharge hole for discharging a liquid.
請求項5に記載の液体吐出ヘッドと、記録媒体を前記液体吐出ヘッドに対して搬送する搬送部と、前記圧電アクチュエータ基板を制御する制御部とを備えていることを特徴とする記録装置。   6. A recording apparatus comprising: the liquid discharge head according to claim 5; a transport unit that transports a recording medium to the liquid discharge head; and a control unit that controls the piezoelectric actuator substrate.
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