JP6708523B2 - Piezoelectric substrate, liquid ejection head using the same, and recording device - Google Patents
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本開示は、圧電基板、およびそれを用いた液体吐出ヘッド、ならびに記録装置に関するものである。 The present disclosure relates to a piezoelectric substrate, a liquid ejection head using the same, and a recording device.
液体を吐出する液体吐出ヘッドとして、圧電アクチュエータ基板と、吐出孔および吐出孔と繋がっている加圧室を有する流路部材とが積層されて構成されたものが知られている(例えば、特許文献1を参照。)。特許文献1に記載の圧電アクチュエータ基板には、加圧室内の液体を加圧する圧電素子を駆動する、個別電極が設けられている。個別電極は、加圧室と重なっている個別電極本体と、個別電極本体より引き出されている引出電極とから成っており、引出電極は、個別電極本体に対して、同じ方向に引き出されている。
As a liquid ejection head that ejects a liquid, there is known a liquid ejection head configured by laminating a piezoelectric actuator substrate and a flow path member having a discharge chamber and a pressure chamber connected to the discharge hole (for example, Patent Document 1). See 1.). The piezoelectric actuator substrate described in
本開示の圧電基板は、複数の圧電素子と第1面とを有しており、前記複数の圧電素子の、それぞれの一部を構成している複数の個別電極が前記第1面に配置されており、前記第1面には、前記個別電極が第3方向に所定間隔で並んで構成されている個別電極行が、前記第3方向と交差する方向である第1方向に複数並んでおり、前記個別電極は、個別電極本体と、該個別電極本体から引き出された引出電極とを含んでおり、前記個別電極には、前記引出電極が、前記個別電極本体から、前記第1方向側に引き出されている第1個別電極と、前記引出電極が、前記個別電極本体から、前記第1方向の反対方向である第2方向側に引き出されている第2個別電極とがあり、少なくとも1つの前記個別電極行では、2つの前記第1個別電極と、1つの前記第2個別電極とが交互に並んでいることを特徴とする。 The piezoelectric substrate of the present disclosure has a plurality of piezoelectric elements and a first surface, and a plurality of individual electrodes forming a part of each of the plurality of piezoelectric elements are arranged on the first surface. On the first surface, a plurality of individual electrode rows in which the individual electrodes are arranged at predetermined intervals in the third direction are arranged in a first direction that is a direction intersecting with the third direction. The individual electrode includes an individual electrode main body and an extraction electrode drawn from the individual electrode main body, and the extraction electrode is provided in the individual electrode from the individual electrode main body in the first direction side. There is a first individual electrode that is drawn out and a second individual electrode that is drawn out from the individual electrode body toward the second direction side that is the opposite direction of the first direction, and at least one In the individual electrode row, two first individual electrodes and one second individual electrode are alternately arranged.
また、本開示の液体吐出ヘッドは、圧電基板と、該圧電基板と、前記第1面の反対側の面で接合されていて、前記複数の圧電素子にそれぞれ対応している複数の吐出孔を有する流路部材とを含むことを特徴とする。 In addition, the liquid discharge head of the present disclosure includes a piezoelectric substrate, a plurality of discharge holes that are bonded to the piezoelectric substrate on a surface opposite to the first surface, and that correspond to the plurality of piezoelectric elements. And a flow path member having.
また、本開示の記録装置は、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。 Further, the recording apparatus of the present disclosure is characterized by including a liquid ejection head, a conveyance section that conveys a recording medium to the liquid ejection head, and a control section that controls the piezoelectric substrate.
図1(a)は、本開示の一実施形態に係る液体吐出ヘッド2を含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタ1(以下で単にプリンタと言うことがある)の概略の側面図であり、図1(b)は、概略の平面図である。プリンタ1は、記録媒体である印刷用紙Pをガイドローラ82Aから搬送ローラ82Bへと搬送することにより、印刷用紙Pを液体吐出ヘッド2に対して相対的に移動させる。制御部88は、画像や文字のデータに基づいて、液体吐出ヘッド2を制御して、印刷用紙Pに向けて液体を吐出させ、印刷用紙Pに液滴を着弾させて、印刷用紙Pに印刷などの記録を行なう。
FIG. 1A is a schematic side view of a color inkjet printer 1 (hereinafter may be simply referred to as a printer) that is a recording apparatus including a
本実施形態では、液体吐出ヘッド2はプリンタ1に対して固定されており、プリンタ1はいわゆるラインプリンタとなっている。本開示の記録装置の他の実施形態としては、液体吐出ヘッド2を、印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に往復させるなどして移動させる動作と、印刷用紙Pの搬送を交互に行なう、いわゆるシリアルプリンタが挙げられる。
In this embodiment, the
プリンタ1には、印刷用紙Pとほぼ平行となるように平板状のヘッド搭載フレーム70(以下で単にフレームと言うことがある)が固定されている。フレーム70には図示しない20個の孔が設けられており、20個の液体吐出ヘッド2がそれぞれの孔の部分に搭載されていて、液体吐出ヘッド2の、液体を吐出する部位が印刷用紙Pに面するようになっている。液体吐出ヘッド2と印刷用紙Pとの間の距離は、例えば0.5〜20mm程度とされる。5つの液体吐出ヘッド2は、1つのヘッド群72を構成しており、プリンタ1は、4つのヘッド群72を有している。
A flat plate-shaped head mounting frame 70 (hereinafter sometimes simply referred to as a frame) is fixed to the
液体吐出ヘッド2は、図1(a)の手前から奥へ向かう方向、図1(b)の上下方向に細長い長尺形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。1つのヘッド群72内において、3つの液体吐出ヘッド2は、印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向、例えば、ほぼ直交する方向に沿って並んでおり、他の2つの液体吐出ヘッド2は搬送方向に沿ってずれた位置で、3つの液体吐出ヘッド2の間にそれぞれ一つずつ並んでいる。液体吐出ヘッド2は、各液体吐出ヘッド2で印刷可能な範囲が、印刷用紙Pの幅方向に(印刷用紙Pの搬送方向に交差する方向に)繋がるように、あるいは端が重複するように配置されており、印刷用紙Pの幅方向に隙間のない印刷が可能になっている。
The
4つのヘッド群72は、印刷用紙Pの搬送方向に沿って配置されている。各液体吐出ヘッド2には、図示しない液体タンクから液体、例えば、インクが供給される。1つのヘッド群72に属する液体吐出ヘッド2には、同じ色のインクが供給されるようになっており、4つのヘッド群72で4色のインクが印刷できる。各ヘッド群72から吐出されるインクの色は、例えば、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。このようなインクを、制御部88で制御して印刷すれば、カラー画像が印刷できる。
The four
プリンタ1に搭載されている液体吐出ヘッド2の個数は、単色で、1つの液体吐出ヘッド2で印刷可能な範囲を印刷するのなら1つでもよい。ヘッド群72に含まれる液体吐出ヘッド2の個数や、ヘッド群72の個数は、印刷する対象や印刷条件により適宜変更できる。例えば、さらに多色の印刷をするためにヘッド群72の個数を増やしてもよい。また、同色で印刷するヘッド群72を複数配置して、搬送方向に交互に印刷すれば、同じ性能
の液体吐出ヘッド2を使用しても搬送速度を速くできる。これにより、時間当たりの印刷面積を大きくすることができる。また、同色で印刷するヘッド群72を複数準備して、搬送方向と交差する方向にずらして配置して、印刷用紙Pの幅方向の解像度を高くしてもよい。
The number of the
さらに、色の付いたインクを印刷する以外に、印刷用紙Pの表面処理をするために、コーティング剤などの液体を印刷してもよい。 Further, in addition to printing colored ink, a liquid such as a coating agent may be printed in order to surface-treat the printing paper P.
プリンタ1は、記録媒体である印刷用紙Pに印刷を行なう。印刷用紙Pは、給紙ローラ80Aに巻き取られた状態になっており、2つのガイドローラ82Aの間を通った後、フレーム70に搭載されている液体吐出ヘッド2の下側を通り、その後2つの搬送ローラ82Bの間を通り、最終的に回収ローラ80Bに回収される。印刷する際には、搬送ローラ82Bを回転させることで印刷用紙Pは、一定速度で搬送され、液体吐出ヘッド2によって印刷される。回収ローラ80Bは、搬送ローラ82Bから送り出された印刷用紙Pを巻き取る。搬送速度は、例えば、75m/分とされる。各ローラは、制御部88によって制御されてもよいし、人によって手動で操作されてもよい。
The
記録媒体は、印刷用紙P以外に、ロール状の布などでもよい。また、プリンタ1は、印刷用紙Pを直接搬送する代わりに、搬送ベルトを直接搬送して、記録媒体を搬送ベルトに置いて搬送してもよい。そのようにすれば、枚葉紙や裁断された布、木材、タイルなどを記録媒体にできる。さらに、液体吐出ヘッド2から導電性の粒子を含む液体を吐出するようにして、電子機器の配線パターンなどを印刷してもよい。またさらに、液体吐出ヘッド2から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤や化学薬剤を含んだ液体を吐出させて、反応させるなどして、化学薬品を作製してもよい。
The recording medium may be a roll-shaped cloth or the like other than the printing paper P. Further, the
また、プリンタ1に、位置センサ、速度センサ、温度センサなどを取り付けて、制御部88が、各センサからの情報から分かるプリンタ1各部の状態に応じて、プリンタ1の各部を制御してもよい。例えば、液体吐出ヘッド2の温度や液体タンクの液体の温度、液体タンクの液体が液体吐出ヘッド2に加えている圧力などが、吐出される液体の吐出量や吐出速度などの吐出特性に影響を与えている場合などに、それらの情報に応じて、液体を吐出させる駆動信号を変えるようにしてもよい。
Further, a position sensor, a speed sensor, a temperature sensor, or the like may be attached to the
次に、本開示の一実施形態に係る液体吐出ヘッド2について説明する。図2(a)は、図1に示された液体吐出ヘッド2の要部であるヘッド本体13を示す平面図である。図2(b)は、ヘッド本体13の、圧電アクチュエータ基板21に電気的に接合される配線基板60の平面図である。図3は、図2(a)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の一部を示す図である。図4は、図3と同じ位置の拡大平面図である。図3および図4では、図を分かりやすくするため、一部の流路を省略して描いている。また、図3および図4では、図面を分かりやすくするために、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、しぼり12および吐出孔8などを実線で描いている。図5は図3のV−V線に沿った縦断面図である。図6(a)は、図3のヘッド本体13をさらに拡大した一部であり、(b)は、図6(a)に対応する部分の配線基板60の平面図である。
Next, the
ヘッド本体13は、平板状の流路部材4と、流路部材4上に、圧電基板である圧電アクチュエータ基板21とを有している。流路部材4は、吐出孔8を有するノズルプレート31と、プレート22〜30が積層された流路部材本体とが積層されて成っている。ヘッド本体13には、さらに、圧電アクチュエータ基板21を駆動する駆動信号を伝達する配線基板60を含んでもよい。
The head
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ュエータ基板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
配線基板60は、各圧電アクチュエータ基板21に対して、それぞれ1つずつ取り付けられる。配線基板60は、圧電アクチュエータ基板21とほぼ同形状の台形状部分と、その台形状部の、長い側の底辺(以下で長い側の底辺を長辺と呼び、短い側の底辺を短辺と呼んで説明する)から伸びている長方形状部とを含んでいる。配線基板60については、後で詳述する。
One
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が配置されている。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、10個あり、流路部材4の長手方向に平行な2本の直線上に5個ずつ配置されている。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た位置に配置されている。マニホールド5には、図示されていない液体タンクから、開口5bを通じて液体が供給されるようになっている。
Inside the
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。各副マニホールド5aは、流路部材4の内部の各圧電アクチュエータ基板21に対向する領域において、隣り合って配置され、ヘッド本体13の長手方向に延在している。
The
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とほぼ同一の大きさおよび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
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行の副マニホールド5aに分岐している。一つの副マニホールド5aに繋がった加圧室10は、副マニホールド5aの片側に2行ずつ、両側で4行の加圧室行11を構成している。副マニホールド5aは4行存在するため、加圧室行11は、16行存在する。図3では、もっとも長辺側に配置された加圧室行11を加圧室行11−1、加圧室行11−1から短辺側に向かって順に加圧室行11−2〜11−16が配置されている状態を示してある。各加圧室行11に含まれる加圧室10の数は、圧電アクチュエータ基板32の外形形状に対応して、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。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
各加圧室行11は、加圧室10が、第3方向D3に沿って等間隔で並んでいる。
In each pressurizing chamber row 11, the pressurizing
なお、以下で、第3方向D3と交差する方向を第1方向D1、第1方向D1の反対の方向を第2方向D2として説明する。第1方向D1は、より詳細には、後述の個別電極本体35aに対して、配線基板60に設けられている配線60bが外部の制御部88に向かって伸びている方向である。
In the following description, a direction that intersects the third direction D3 will be described as a first direction D1 and a direction opposite to the first direction D1 will be described as a second direction D2. More specifically, the first direction D1 is a direction in which the
吐出孔8は、ヘッド本体13の解像度方向である長手方向において、約42μm(600dpiならば25.4mm/150=42μm間隔である)の間隔で略等間隔に配置されている。これによって、ヘッド本体13は、長手方向に600dpiの解像度で画像形成が可能となっている。台形形状の圧電アクチュエータ基板21がオーバーラップしている部分では、2つの圧電アクチュエータ基板21の下方にある吐出孔8が、互いに補完し合うように配置されていることにより、吐出孔8は、ヘッド本体13の長手方向に600dpiに相当する間隔で配置されている。
The ejection holes 8 are arranged in the longitudinal direction, which is the resolution direction of the
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行の副マニホールド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。
Further, the
圧電アクチュエータ基板21の上面における各加圧室10に対向する位置には後述する個別電極35がそれぞれ形成されている。個別電極35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いて、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個別電極本体35aと、個別電極本体35aから、加圧室10の外まで引き出せた引出電極35bとを含んでいる。
流路部材4の下面である吐出孔面31−2には、吐出孔8の下側の開口である吐出孔8が多数開口している。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、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。吐出孔8の集まりである吐出孔群は圧電アクチュエータ基板21とほぼ同一の大きさおよび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の圧電素子、すなわち変位素子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。そして、それぞれの吐出孔群内の吐出孔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。
The discharge hole surface 31-2, which is the lower surface of the
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5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
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 is the pressurizing
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り、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。ディセンダの吐出孔8側は特に断面積が小さい、ノズルプレート31に形成されたノズルとなっている。
Thirdly, it is a communication hole that constitutes a flow path that communicates from the other end of the pressurizing
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27〜30に形成されている。 Fourthly, there is a communication hole that constitutes the sub-manifold 5a. The communication holes are formed in the manifold plates 27-30.
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
圧電アクチュエータ基板21は、図5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。これらの圧電セラミック層21a、21bはそれぞれ20μm程度の厚さを有している。圧電アクチュエータ基板21の変位する部分である変位素子50の厚さは40μm程度であり、100μm以下であることにより、変位量を大きくすることができる。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)系のセラミックス材料からなる。
As shown in FIG. 5, the
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共通電極34、Au系などの金属材料からなる個別電極35を有している。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と対向する位置に配置されている。個別電極35は、加圧室10と対向している個別電極本体35aと、加圧室10と対向している領域外に引き出されて引出電極35bとを含んでいる。引出電極35bには、引出電極35bと、配線基板60の配線60bとを電気的に接続する、凸形状の接続導体36が配置されている。接続導体36は、例えば、高さ5〜200μm程度であり、導電粒子を含んだ樹脂である。
The
圧電セラミック層21a、bおよび共通電極34は、それぞれ略同じ形状であることにより、これらを同時焼成により作製する場合に、反りを小さくできる。100μm以下の圧電アクチュエータ基板21は焼成過程で反りが生じやすく、その量も大きくなる。また、反りが生じていると、流路部材4に積層した際に、その反りを変形させて接合することになり、その際の変形が変位素子50の特性変動に影響し、ひいては液体吐出特性のばらつきにつながるため、反りは、圧電アクチュエータ基板21の厚さと同程度以下に小さい
ことが望ましい。そして、内部電極のある場所とない場所の焼成収縮挙動の差による反りを少なくするために内部電極である共通電極34は内部にパターンのないベタで形成される。なお、ここで略同じ形状であるとは、外周の寸法の差がその部分の幅の1%以内であることを言う。圧電セラミック層21a、bの外周は、基本的に焼成前に重ねられた状態で切断して形成されるので、加工精度の範囲内で同じ位置になる。共通電極34も、ベタ印刷した後に、圧電セラミック層21a、bと同時に切断することで形成されると反りが生じ難いが、圧電セラミック層21a、bと相似形状で少し小さいパターンで印刷することにより、圧電アクチュエータ21基板の側面に共通電極34が露出しなくなるため、電気的信頼性が高くなる。
Since the piezoelectric
詳細は後述するが、個別電極35には、制御部88からフレキシブル配線基板(FPC、Flexible Printed Circuit)などの配線基板60を通じて駆動信号が供給される。駆動信号は、印刷用紙Pの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。共通電極34は、圧電セラミック層21aと圧電セラミック層21bとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極34は、圧電アクチュエータ基板21に対向する領域内のすべての加圧室10を覆うように延在している。共通電極34の厚さは2μm程度である。共通電極34は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層21b上において、個別電極35からなる電極群を避ける位置に個別電極35とは異なる表面電極(不図示)が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層21bの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極34と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極35と同様に配線基板60の配線60bと電気的に接続される。
Although details will be described later, a drive signal is supplied to the
配線基板60は、樹脂フィルムなどで構成された基材60aの上に、Cuなどで構成された、配線60bおよびランド60baが配置されており、配線60b同士がショートしたり、他のものと電気的に接触し難いように、基材60aの配線60bおよびランド60baが配置された側の一部にはカバー樹脂60cが設けられている。
The
配線60bは、個別電極35の引出電極35bに配置された接続電極36、もしくは、共通電極34から電気的に繋がっている接続電極36から、概略第1方向D1に沿って伸びている。配線60bは、他の基板やケーブル等に電気的に繋がり、最終的には、制御部88に電気的に繋がることになる。配線60bの接続電極36と繋がっている端は、配線60bよりも幅の広いランド60baとなっている。
The
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5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により構成されており、圧電アクチュエータ基板21には圧電素子である変位素子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, by selectively supplying a predetermined drive signal to the
圧電アクチュエータ基板21を平面視したとき、個別電極本体35aは加圧室10と重なるように配置されており、加圧室10の中央に位置している部位の、個別電極35と共通電極34とに挟まれている圧電セラミック層21bは、圧電アクチュエータ基板21の積層方向に分極されている。分極の向きは上下どちらに向かっていてもよく、その方向に
対応し駆動信号を与えることで駆動できる。
When the
図5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、圧電セラミック層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. 5, the
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 the actual driving procedure in the present embodiment, the
According to this, when the inside of the pressurizing
続いて、個別電極35から引出電極35bを引き出す方向に関して説明する。まず、上述実施形態とは異なる参考例を、図8(a)、(b)を用いて説明する。図8(a)は参考例のヘッド本体213における個別電極235の配置であり、図8(b)は、図8(a)に対応する部分の参考例の配線基板260の平面図である。図8(a)の加圧室210は、ヘッド本体13の加圧室行11−1に相当する部分である、加圧室210および加圧室210に対応する個別電極235は、第3方向D3に並んでいる。各個別電極235では、引出電極235bは、個別電極本体235aから第1方向D1に向かって引き出されている。引出電極235bの、個別電極本体235aと繋がっている側と反対の端部には、接続電極236が配置されている。
Next, the direction in which the
配線基板260には、接続電極236に対応する位置にランド260baが配置されている。各ランド260baからは、配線260bが、第1方向D1に向かって伸びており、配線260bは、第1方向D1の先で外部に繋がっている。第2方向D2は、第1方向D1の反対の方向である。配線基板260には、図8(b)に図示した部分以外にも、ランド260baが配置されており、その図示していないランド260baから繋がっている配線260bも、図8(b)の範囲を通っている。配線基板260は、第1方向D1に向かうにしたがって、配線260bの第3方向D3における密度が高くなっている。
Lands 260ba are arranged on the
加圧室行11−1に対応するランド260baを繋いでできる仮想線L3を考える。加圧室行11−2〜11〜16の15行分の配線260bが、仮想線L3を通るように、配置されなければならない。仮想線L3においては、ランド260baの幅が、配線260bよりも広くなっており、また、配線260b同士の間隔よりも、配線260bとランド260baの間隔を大きくなっている。そのため、仮想線L3には、配線260bが配置できる余地は少なくなっている。そのため、配線基板260は、参考例として図示しているものの、配線260bの密度が高くなりすぎるので、実際には、仮想線L3を通るよう
に、加圧室行11−2〜11〜16の15行分の配線260bを配置することはできない。
Consider an imaginary line L3 formed by connecting the lands 260ba corresponding to the pressurizing chamber row 11-1. The
加圧室行11−2〜11〜16の15行分の配線60bが配置できるように、引出電極35bの配置を、図6(a)のようにする。図6(a)には、加圧室行11−1、11−2が図示してある。図6(b)は、図6(a)のの一点鎖線の部分に対応する配線基板60の平面図である。配線基板60は、第1方向D1の先で外部に繋がっている。なお、個別電極35は、圧電アクチュエータ基板21の上面である第1面21−1に配置されている。圧電アクチュエータ基板21は、第1面21−1の反対の面である第2面21−2で、流路部材4と接合されている。なお、加圧室行11−2〜11〜16の15行分の配線60bを実際に描くと、図面が複雑になり解り難くなるため、図6(b)では、配線60bを少なくして示している。これは前述の図8(b)、および後述の図7(b)も同様である。
The
ここで、引出電極35bが第1方向D1側に引き出されている個別電極35を第1個別電極35−1と呼び、その引出電極35bを第1引出電極35b−1、その個別電極本体35aを第1個別電極本体35a−1と呼ぶ。引出電極35bが第2方向D2側に引き出されている個別電極35を第2個別電極35−2と呼び、その引出電極35bを第2引出電極35b−2、その個別電極本体35aを第2個別電極本体35a−2と呼ぶ。
Here, the
加圧室行11−1では、個別電極35が、第3方向D3に沿って、第1個別電極35−1、第1個別電極35−1、第2個別電極35−2、第1個別電極35−1、第1個別電極35−1、第2個別電極35−2と配置されている。すなわち、2つの第1個別電極35−1と、1つの第2個別電極35−2とが交互に並んでいる。
In the pressurizing chamber row 11-1, the
加圧室行11−1に対応するランド60baを繋いでできる仮想線L1は、図6(b)に示すように、第1引出電極35b−1に対応した第1ランド160b−1が、第2引出電極35b−2に対応した第2ランド60b−2に対して、第1方向D1に配置されているため、上下に蛇行しており、仮想線L3よりも長くなっている。これにより、仮想線L1を通る配線60bの個数を多くできる。
As shown in FIG. 6B, the virtual line L1 formed by connecting the lands 60ba corresponding to the pressurizing chamber row 11-1 is the
第1ランド60ba−1同士の間には、3本の配線60bが通っている。第1ランド60ba−1と第2ランド60ba−2との間には、5本の配線60bが通っている。したがって、4つのランド60ba分の仮想線L1を通る配線60bの個数は、第1ランド60ba−1同士の間の3本、第1ランド60ba−1と第2ランド60ba−2との間の5本、および第2ランド60ba−2と第1ランド60ba−1との間の5本の合計の13本である。これに対して、図8(b)では、各ランド260baの間に3本の配線260bが通っているので、4つのランド260ba分の仮想線L3を通る配線260bの個数は、9本である。このように、図8(a)、(b)の設計を図6(a)、(b)のように変えれば配線の個数を増やすことができる。
Three
すなわち、第1ランド60ba−1と第2ランド60ba−2との間に配置されている配線60bの個数を、第1ランド60ba−1同士の間に配置されている配線60bの個数よりも増やすことで、全体の配線60bの個数を増やすことができる。
That is, the number of
なお、ランド60baの幅は、配線60bよりも広くなっているので、位置ずれが生じても、接続電極36との電気的接続ができない可能性を小さくできる。配線60b同士の間隔よりも、配線60bとランド60baとの間隔を大きくしているため、置ずれが生じても、接続電極36がランド60baと電気的に繋がっていない配線260bに、電気的に繋がってしまう可能性を小さくできる。また、図6(b)には図示していないが、接続
電極36をカバー樹脂で覆い、カバー樹脂から露出するのがランド60baの周囲だけにする場合、配線60bとランド60baとの間隔を大きくすれば、カバー樹脂の開口の境界を、配線60bとランド60baとの間に形成し易くできる。
Since the width of the land 60ba is wider than that of the
なお、図6(a)の加圧室行11−2では、第1個別電極35−1と第2個別電極35−2とが交互に配置されている。加圧室行11−2でも、2つの第1個別電極35−1と、1つの第2個別電極35−2とを交互に配置すれば、その部分を通る配線60bの個数を増やすことができる。
In addition, in the pressurizing chamber row 11-2 of FIG. 6A, the first individual electrodes 35-1 and the second individual electrodes 35-2 are alternately arranged. Also in the pressurizing chamber row 11-2, if two first individual electrodes 35-1 and one second individual electrode 35-2 are alternately arranged, the number of
加圧室行11−1において、その部分を通る配線60bを多くするという点では、第1位方向は、ランド60baから、配線60bが外部に向かって伸びる方向に限定されない。すなわち、第1方向を、配線60bが外部に向かって伸びる方向の逆方向として、2つの、第1方向に引き出された第1引出電極を有する第1個別電極と、1つの、第2方向に引き出された第2引出電極を有する第2個別電極とを交互に配置して、個別電極行を構成してもよい。
In the pressure chamber row 11-1, the first direction is not limited to the direction in which the
加圧室行11−1は、加圧室行11−1〜11−16の中で、もっとも第1方向D1に位置している。すなわち、加圧室行11−1に対応した個別電極35は、配線基板60が、外部側に引っ張られた場合に、個別電極は35と配線基板60との間で断線が起きるおそれがある。例えば、配線基板60は、液体吐出ヘッド2の製造途中で、過度に引っ張られる可能性がある。また、プリンタ1に設置された液体吐出ヘッド2に印刷用紙Pがぶつかったり、構成部材に熱膨張差がある液体吐出ヘッド2の温度が変わったりすることで、配線基板60に引っ張る力が加わる可能性がある。
The pressure chamber row 11-1 is located most in the first direction D1 among the pressure chamber rows 11-1 to 11-16. That is, when the
加圧室行11−1に対応した個別電極行を、2つの、第1方向D1に引き出された第1引出電極35b−1を有する第1個別電極35と、1つの、第2方向D2に引き出された第2引出電極35b−2を有する第2個別電極35−2とを交互に配置して構成する。そのようにすれば、配線基板60の配線60b外部に向かう側、すなわち第1方向D1側に位置する接続電極36の個数が多くなり、個別電極35と配線基板60との間で断線を起き難くできる。
The individual electrode row corresponding to the pressurizing chamber row 11-1 is provided with two first
加圧室行11−16は、加圧室行11−1〜11−16の中で、もっとも第2方向D2に位置している。配線基板60が外部側に引っ張られた場合の影響が少ないかもしれないが、加圧室行11−16に対応した個別電極35は、加圧室群9のもっとも外側に配置されているので、内部位置する個別電極35はよりは、配線基板60との間で断線が起き易いと考えられる。図示しないが、加圧室行11−16に対応した個別電極行を、2つの、第2方向D2に引き出された第2引出電極35b−2を有する第2個別電極35と、1つの、第1方向D1に引き出された第1引出電極35b−1を有する第2個別電極35−1とを交互に配置して構成すれば、外部側に位置している接続電極36の個数が多くなり、個別電極は35と配線基板60との間で断線を起き難くできる。
The pressure chamber row 11-16 is located most in the second direction D2 among the pressure chamber rows 11-1 to 11-16. The influence when the
続いて、図7(a)、(b)を用いて、変形例を説明する。図7(a)には、図6(a)で示した、加圧室行11−1に対応した2つの第1個別電極35−1の変形例である2つの第1個別電極135−1を有するヘッド本体113を示した。図7(b)は、図7(a)の構造に対応した配線基板160を示した。
Subsequently, a modified example will be described with reference to FIGS. 7(a) and 7(b). FIG. 7A shows two first individual electrodes 135-1 which are modified examples of the two first individual electrodes 35-1 corresponding to the pressurizing chamber rows 11-1 shown in FIG. 6A. The head
第3方向D3に2つ並んで配置されている第1個別電極本体135a−1同士の第3方向D3における距離、すなわち配置間隔はW1である。より詳細には、第1個別電極本体135a−1の面積重心の間の距離がW1である。また、第1引出電極135b−1が、第1個別電極本体135a−1と繋がっている端を引出元端部とすると、第1個別電極本
体135a−1の引出元端部同士の第3方向における距離、すなわち配置間隔もW1である。より詳細には、引出元端部における第3方向の幅の中央の間の距離がW1である。
The distance in the third direction D3 between the first
引出電極における、個別電極本体と繋がっている側と反対の端を引出端部とする。第1個別電極135における引出端部を第1引出端部とする。本実施形態では、第1接続電極136−1は、第1引出端部に配置されている。第3方向D3に2つ並んで配置されている第1個別電極135の第1引出端部同士の第3方向D3における距離、すなわち配置間隔はW2である。より詳細には、引出先端部における第3方向の幅の中央の間の距離がW2である。 The end of the extraction electrode opposite to the side connected to the individual electrode body is defined as the extraction end. The leading end of the first individual electrode 135 is referred to as a first leading end. In the present embodiment, the first connection electrode 136-1 is arranged at the first extraction end portion. The distance in the third direction D3 between the first lead-out ends of the first individual electrodes 135 arranged side by side in the third direction D3, that is, the arrangement interval is W2. More specifically, the distance between the centers of the widths in the third direction at the leading end of the drawer is W2.
W2はW1よりも大きい。これは、2つの第1引出電極135b−1が、それぞれ、引出元から離れるに従って、第3方向D3にずれていき、引出元から外側に広がる形状になっているためである。また、他の実施形態としては、引出元端部の位置を第1個別電極本体135a−1に対して第3方向にずらして配置してもよい。第1引出電極135b−1を斜めに引き出す配置、および引出元端部をずらす配置は、両方行なってもよい。
W2 is larger than W1. This is because the two
配線基板160では、第3方向D3に並んで配置されている第1ランド160ba−1同士の第3方向における距離、すなわち配置間隔はW3である。より詳細には、第1ランド160ba−1の面積重心の間の距離がW3である。W3は、W2よりも大きい。元々、圧電アクチュエータの作製精度、配線基板160の作製精度、および圧電アクチュエータと配線基板160との接合精度を考慮して、第1接続電極136−1が第1ランド160ba−1の内側に接続するように、第1ランド160ba−1は第1接続電極136−1よりも大きくなっている。2つの第1ランド160ba−1は、上述の作製精度および接合精度の影響を含めて許容できる範囲で、対応する第1端部同士よりも外側に配置されることで、W3はW2よりも大きくなっている。この結果、第1接続電極136−1は、第1ランド160ba−1の面積重心からずれて接続することになる。
In the
W1に対するW2の拡大、およびW2に対するW3の拡大の少なくとも一方が行なわることにより、W3はW1よりも大きくされる。W3が拡大されることにより、図6(b)では、3本であった、第1ランド60ba−1間の配線160bの個数は、図7(b)では、4本になっている。すなわち、仮想線L2を通る配線160bの個数を増やすことができる。
W3 is made larger than W1 by performing at least one of the expansion of W2 with respect to W1 and the expansion of W3 with respect to W2. Since W3 is enlarged, the number of
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
11−1〜11−16・・・加圧室行
12・・・しぼり
13・・・ヘッド本体
21・・・圧電アクチュエータ基板(圧電基板)
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・・・第1面
21−2・・・第2面
22〜31・・・プレート
31−2・・・吐出孔面
32・・・個別流路
34・・・共通電極
35・・・個別電極
35a・・・個別電極本体
35b・・・引出電極
35−1・・・第1個別電極
35−2・・・第2個別電極
36・・・接続電極
50・・・変位素子(圧電素子)
60・・・配線基板
60a・・・基材
60b、160b・・・配線
80ba、160ba・・・ランド
60c・・・カバー樹脂
65・・・圧電アセンブリ
70・・・ヘッド搭載フレーム
72・・・ヘッド群
80A・・・給紙ローラ
80B・・・回収ローラ
82A・・・ガイドローラ
82B・・・搬送ローラ
88・・・制御部
D1・・・第1方向
D2・・・第2方向
D3・・・第3方向
P・・・印刷用紙
DESCRIPTION OF
21a...Piezoelectric ceramic layer (ceramic diaphragm)
21b... Piezoelectric ceramic layer 21-1... 1st surface 21-2... 2nd surface 22-31... Plate 31-2...
60...
Claims (9)
前記複数の圧電素子の、それぞれの一部を構成している複数の個別電極が前記第1面に配置されており、
前記第1面には、前記個別電極が第3方向に所定間隔で並んで構成されている個別電極行が、前記第3方向と交差する方向である第1方向に複数並んでおり、
前記個別電極は、個別電極本体と、該個別電極本体から引き出された引出電極とを含んでおり、
前記個別電極には、前記引出電極が、前記個別電極本体から、前記第1方向側に引き出されている第1個別電極と、前記引出電極が、前記個別電極本体から、前記第1方向の反対方向である第2方向側に引き出されている第2個別電極とがあり、
少なくとも1つの前記個別電極行では、2つの前記第1個別電極と、1つの前記第2個別電極とが交互に並んでおり、
前記引出電極における、前記個別電極本体と繋がっている側と反対の端を引出端部とすると、
前記第3方向に隣り合って配置されている2つの前記第1個別電極では、前記個別電極本体同士の前記第3方向における距離よりも、前記引出端部同士の前記第3方向における距離が大きいことを特徴とする圧電基板。 A piezoelectric substrate which have a plurality of piezoelectric elements and the first surface,
A plurality of individual electrodes forming a part of each of the plurality of piezoelectric elements are arranged on the first surface,
On the first surface, a plurality of individual electrode rows in which the individual electrodes are arranged in the third direction at predetermined intervals are arranged in a first direction that is a direction intersecting the third direction,
The individual electrode includes an individual electrode main body and an extraction electrode extracted from the individual electrode main body,
In the individual electrode, the extraction electrode is a first individual electrode that is extracted from the individual electrode body toward the first direction side, and the extraction electrode is opposite to the first direction from the individual electrode body. There is a second individual electrode that is drawn out to the second direction side that is the direction,
In the at least one individual electrode row, the two first individual electrodes and one second individual electrode are alternately arranged ,
In the extraction electrode, if the end opposite to the side connected to the individual electrode body is the extraction end,
In the two first individual electrodes arranged adjacent to each other in the third direction, the distance between the lead-out end portions in the third direction is larger than the distance between the individual electrode bodies in the third direction. A piezoelectric substrate characterized by the above.
前記複数の配線が前記第1方向に沿って伸びていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の圧電基板。 The wiring board further has a plurality of wirings arranged facing the first surface and electrically connected to the plurality of extraction electrodes, respectively.
The piezoelectric substrate according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said plurality of wires extends along said first direction.
前記複数の圧電素子の、それぞれの一部を構成している複数の個別電極が前記第1面に配置されており、
前記第1面には、前記個別電極が第3方向に所定間隔で並んで構成されている個別電極行が、前記第3方向と交差する方向である第1方向に複数並んでおり、
前記個別電極は、個別電極本体と、該個別電極本体から引き出された引出電極とを含んでおり、
前記個別電極には、前記引出電極が、前記個別電極本体から、前記第1方向側に引き出されている第1個別電極と、前記引出電極が、前記個別電極本体から、前記第1方向の反対方向である第2方向側に引き出されている第2個別電極とがあり、
少なくとも1つの前記個別電極行では、2つの前記第1個別電極と、1つの前記第2個別電極とが交互に並んでおり、
前記第1面と対向して配置されていて、前記複数の引出電極とそれぞれ電気的に接続されている複数の配線を有する配線基板をさらに有しており、
前記配線基板の前記複数の配線には、前記複数の引出電極とそれぞれ電気的に繋がっているランドが設けられており、
前記第3方向に隣り合って配置されている前記第1個別電極および前記第2個別電極に、それぞれ電気的に繋がっている2つの前記ランドの間を通っている前記配線の本数が、
前記第3方向に隣り合って配置されている2つの前記第1個別電極に、それぞれ電気的に繋がっている2つの前記ランドの間を通っている前記配線の本数よりも多いことを特徴とする圧電基板。 A piezoelectric substrate having a plurality of piezoelectric elements and a first surface,
A plurality of individual electrodes forming a part of each of the plurality of piezoelectric elements are arranged on the first surface,
On the first surface, a plurality of individual electrode rows in which the individual electrodes are arranged in the third direction at predetermined intervals are arranged in a first direction that is a direction intersecting the third direction,
The individual electrode includes an individual electrode main body and an extraction electrode extracted from the individual electrode main body,
In the individual electrode, the extraction electrode is a first individual electrode that is extracted from the individual electrode body toward the first direction side, and the extraction electrode is opposite to the first direction from the individual electrode body. There is a second individual electrode that is drawn to the second direction side that is the direction,
In the at least one individual electrode row, the two first individual electrodes and one second individual electrode are alternately arranged,
The wiring board further has a plurality of wirings arranged facing the first surface and electrically connected to the plurality of extraction electrodes, respectively.
Lands electrically connected to the plurality of extraction electrodes are provided on the plurality of wirings of the wiring board,
The number of the wirings passing between the two lands electrically connected to the first individual electrode and the second individual electrode arranged adjacent to each other in the third direction is,
The number of the wirings passing between the two lands electrically connected to the two first individual electrodes arranged adjacent to each other in the third direction is larger than the number of the wirings. pressure collecting substrate that.
前記第3方向に隣り合って配置されている2つの前記第1個別電極の間の前記第3方向における距離よりも、当該2つの前記第1個別電極にそれぞれ電気的に繋がっている2つの前記ランドの間の前記第3方向における距離が長いことを特徴とする請求項4または5に記載の圧電基板。 Lands electrically connected to the plurality of extraction electrodes are provided in the plurality of wirings of the wiring board,
Two distances electrically connected to the two first individual electrodes are more than a distance in the third direction between two first individual electrodes arranged adjacent to each other in the third direction. The piezoelectric substrate according to claim 4 or 5 , wherein a distance between the lands in the third direction is long.
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