WO2023176549A1 - 圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッドおよび記録装置 - Google Patents

圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッドおよび記録装置 Download PDF

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WO2023176549A1
WO2023176549A1 PCT/JP2023/008323 JP2023008323W WO2023176549A1 WO 2023176549 A1 WO2023176549 A1 WO 2023176549A1 JP 2023008323 W JP2023008323 W JP 2023008323W WO 2023176549 A1 WO2023176549 A1 WO 2023176549A1
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WO
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electrode
groove portion
piezoelectric
piezoelectric actuator
piezoelectric element
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/008323
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English (en)
French (fr)
Inventor
諒太 加来
一宏 有木
渉 池内
大輔 穂積
Original Assignee
京セラ株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005—Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01—Ink jet
    • B41J2/135—Nozzles
    • B41J2/14—Structure thereof only for on-demand ink jet heads

Definitions

  • the disclosed embodiments relate to a piezoelectric actuator, a liquid ejection head, and a recording device.
  • an inkjet printer or an inkjet plotter using an inkjet recording method is known.
  • Such an inkjet printing apparatus is equipped with a liquid ejection head for ejecting liquid.
  • the liquid ejection head ejects liquid within the pressure chamber from the nozzle by driving a piezoelectric element located above the pressure chamber to change the pressure within the pressure chamber.
  • a piezoelectric element includes a piezoelectric body, an internal electrode located inside the piezoelectric body, and a surface electrode located on the surface of the piezoelectric body.
  • Patent Document 1 discloses a piezoelectric element in which a groove portion surrounding the surface electrode is formed around the surface electrode for the purpose of reducing the occurrence of crosstalk between the piezoelectric elements. In the thickness direction of the piezoelectric element, the groove reaches a position deeper than the internal electrode.
  • a piezoelectric actuator includes a piezoelectric element that deforms upon application of a voltage.
  • the piezoelectric element has a diaphragm, an internal electrode, a piezoelectric ceramic body, a surface electrode, a connection electrode, and a groove.
  • the internal electrode is located on the surface of the diaphragm.
  • a piezoceramic body is located on the surface of the internal electrode.
  • a surface electrode is located on the surface of the piezoelectric ceramic body.
  • the connection electrode is located on the surface of the piezoelectric ceramic body and connected to the surface electrode.
  • the groove portion is located around or inside the surface electrode in a plan view when the piezoelectric element is viewed from a direction perpendicular to the surface of the piezoelectric ceramic body, and extends in a shape corresponding to the outer shape of the surface electrode.
  • the groove has a deep groove and a shallow groove.
  • the deep groove has a depth that is greater than the depth that reaches the internal electrode.
  • the shallow groove portion is located closer to the connection electrode than the deep groove portion, and has a depth that is less than the depth that reaches the internal electrode.
  • FIG. 1 is a schematic front view of a printer according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the printer according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of the liquid ejection head according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing main parts of the head main body according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic enlarged view of region V shown in FIG.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view taken along the line VI-VI shown in FIG.
  • FIG. 7 is a schematic plan view of the piezoelectric element according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view taken along arrow VIII-VIII shown in FIG.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the position of the boundary between the deep groove and the shallow groove.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the position of the boundary between the deep groove and the shallow groove.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of the position of the groove portion according to the embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an example of the position of the groove portion according to the embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a groove according to a first alternative embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic plan view showing the configuration of a groove according to a second alternative embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a groove according to a second alternative embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a groove portion according to a third alternative embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic plan view showing the configuration of a piezoelectric element according to a fourth alternative embodiment.
  • Ion migration is a phenomenon in which metal on the anode side is ionized by the application of voltage, the ionized metal moves to the cathode, and is generated again as metal at the cathode. If the metal generated at the cathode grows and reaches the anode, there is a risk that the anode and cathode will be electrically connected and a short circuit will occur.
  • FIG. 1 is a schematic front view of a printer 1 according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the printer 1 according to the embodiment.
  • the printer 1 according to the embodiment is, for example, a color inkjet printer.
  • the printer 1 includes a paper feed roller 2, a guide roller 3, a coating machine 4, a head case 5, a plurality of transport rollers 6, a plurality of frames 7, and a plurality of liquid ejection heads. 8, a conveyance roller 9, a dryer 10, a conveyance roller 11, a sensor section 12, and a collection roller 13.
  • the conveyance roller 6 is an example of a conveyance section.
  • the printer 1 includes a control section 14 that controls each section of the printer 1.
  • the control unit 14 includes a paper feed roller 2, a guide roller 3, a coating machine 4, a head case 5, a plurality of transport rollers 6, a plurality of frames 7, a plurality of liquid ejection heads 8, a transport roller 9, a dryer 10, and a transport roller. 11. Controls the operation of the sensor section 12 and collection roller 13.
  • the printer 1 records images, characters, etc. on the printing paper P by causing droplets to land on the printing paper P.
  • Print paper P is an example of a recording medium.
  • the printing paper P is wound around the paper feed roller 2 before use.
  • the printer 1 transports printing paper P wound around a paper feed roller 2 into a head case 5 via a guide roller 3 and a coater 4.
  • the coating machine 4 uniformly applies the coating agent to the printing paper P. Thereby, since the printing paper P can be surface-treated, the printing quality of the printer 1 can be improved.
  • the head case 5 accommodates a plurality of transport rollers 6, a plurality of frames 7, and a plurality of liquid ejection heads 8. Inside the head case 5, a space is formed that is isolated from the outside except for a portion where the printing paper P enters and exits and is connected to the outside.
  • control unit 14 In the internal space of the head case 5, at least one of control factors such as temperature, humidity, and atmospheric pressure is controlled by the control unit 14 as necessary.
  • the conveyance roller 6 conveys the printing paper P to the vicinity of the liquid ejection head 8 inside the head case 5 .
  • the frame 7 is a rectangular flat plate, and is located close to above the printing paper P conveyed by the conveyance roller 6. Further, as shown in FIG. 2, the frame 7 is positioned such that its longitudinal direction is orthogonal to the conveyance direction of the printing paper P. Inside the head case 5, a plurality of (for example, four) frames 7 are positioned at predetermined intervals along the conveyance direction of the printing paper P.
  • a liquid for example, ink
  • the liquid ejection head 8 ejects liquid supplied from a liquid tank.
  • the control unit 14 controls the liquid ejection head 8 based on data such as images or characters, and causes the liquid to be ejected toward the printing paper P.
  • the distance between the liquid ejection head 8 and the printing paper P is, for example, about 0.5 to 20 mm.
  • the liquid ejection head 8 is fixed to the frame 7.
  • the liquid ejection head 8 is positioned such that its longitudinal direction is perpendicular to the conveyance direction of the printing paper P.
  • the printer 1 according to the embodiment is a so-called line printer in which the liquid ejection head 8 is fixed inside the printer 1.
  • the printer 1 according to the embodiment is not limited to a line printer, and may be a so-called serial printer.
  • a serial printer is a printer that alternately records by moving the liquid ejection head 8 back and forth in a direction intersecting the conveying direction of the printing paper P, for example, in a direction substantially perpendicular to the conveyance direction, and transporting the printing paper P. This is a printer that uses the same method.
  • a plurality of (for example, five) liquid ejection heads 8 are fixed to one frame 7.
  • FIG. 2 an example is shown in which three liquid ejection heads 8 are located in the front and two liquid ejection heads 8 are located in the rear in the transport direction of the printing paper P.
  • the liquid ejection heads 8 are positioned so that their centers do not overlap.
  • a plurality of liquid ejection heads 8 located on one frame 7 constitute a head group 8A.
  • the four head groups 8A are located along the conveyance direction of the printing paper P. Ink of the same color is supplied to the liquid ejection heads 8 belonging to the same head group 8A. Thereby, the printer 1 can perform printing with four color inks using the four head groups 8A.
  • the colors of ink ejected from each head group 8A are, for example, magenta (M), yellow (Y), cyan (C), and black (K).
  • the control unit 14 can print a color image on the printing paper P by controlling each head group 8A to eject ink of a plurality of colors onto the printing paper P.
  • a coating agent may be ejected onto the printing paper P from the liquid ejection head 8.
  • the number of liquid ejection heads 8 included in one head group 8A, the number of head groups 8A mounted on the printer 1, etc. can be changed as appropriate depending on the object to be printed, printing conditions, etc. For example, if the printing paper P is printed in a single color and the range that can be printed with one liquid ejection head 8 is printed, the number of liquid ejection heads 8 installed in the printer 1 may be one. good.
  • the printing paper P that has been printed inside the head case 5 is transported to the outside of the head case 5 by transport rollers 9 and passes through the inside of the dryer 10.
  • the dryer 10 dries the printed printing paper P.
  • the printing paper P dried in the dryer 10 is transported by a transport roller 11 and collected by a collection roller 13.
  • the printer 1 by drying the printing paper P in the dryer 10, it is possible to reduce the adhesion of the printing paper P wound up overlappingly to each other and the rubbing of undried liquid on the collection roller 13. can.
  • the sensor section 12 is composed of a position sensor, a speed sensor, a temperature sensor, or the like.
  • the control section 14 can determine the status of each section of the printer 1 based on information from the sensor section 12 and control each section of the printer 1 .
  • the printing target in the printer 1 is not limited to the printing paper P, and rolls of cloth etc. You can also use it as the printing paper P, and rolls of cloth etc.
  • the printer 1 may place it on a conveyor belt and convey it. By using the conveyor belt, the printer 1 can print on sheets of paper, cut cloth, wood, tiles, and the like.
  • the printer 1 may print a wiring pattern of an electronic device or the like by discharging a liquid containing conductive particles from the liquid discharging head 8. Further, the printer 1 may produce a chemical agent by ejecting a predetermined amount of a liquid chemical agent or a liquid containing a chemical agent or the like from the liquid ejecting head 8 toward a reaction container or the like.
  • FIG. 3 is a schematic exploded perspective view of the liquid ejection head 8 according to the embodiment.
  • the liquid ejection head 8 includes a head main body 20, a wiring section 30, a housing 40, and a pair of heat sinks 45.
  • the head main body 20 includes a flow path member 21, a piezoelectric actuator 22 (see FIG. 4), and a reservoir 23.
  • the direction in which the head body 20 is provided in the liquid ejection head 8 will be referred to as "bottom", and the direction in which the housing 40 is provided with respect to the head body 20 will be referred to as "upper”. There is.
  • the flow path member 21 of the head body 20 has a substantially flat plate shape, and has one main surface, a first surface 21a, and a second surface 21b (see FIG. 6) located on the opposite side of the first surface 21a. have.
  • the first surface 21a has an opening (not shown), and liquid is supplied from the reservoir 23 into the channel member 21 through the opening.
  • a plurality of ejection holes 163 for ejecting liquid onto the printing paper P are located on the second surface 21b.
  • the channel member 21 has a channel therein that allows liquid to flow from the first surface 21a to the second surface 21b.
  • the piezoelectric actuator 22 is located on the first surface 21a of the flow path member 21.
  • the piezoelectric actuator 22 has a plurality of piezoelectric elements 170 (see FIG. 6). Further, the piezoelectric actuator 22 is electrically connected to the flexible substrate 31 of the wiring section 30 .
  • a reservoir 23 is located on the piezoelectric actuator 22.
  • the reservoir 23 is provided with openings 23a at both ends in the main scanning direction, which is perpendicular to the sub-scanning direction, which is the conveyance direction of the printing paper P, and parallel to the printing paper P.
  • the reservoir 23 has a flow path inside, and liquid is supplied from the outside through an opening 23a.
  • the reservoir 23 supplies liquid to the channel member 21 . Further, the reservoir 23 stores the liquid supplied to the flow path member 21 .
  • the wiring section 30 includes a flexible board 31, a wiring board 32, a plurality of driver ICs 33, a pressing member 34, and an elastic member 35.
  • the flexible substrate 31 transmits a predetermined signal sent from the outside to the head main body 20. Note that, as shown in FIG. 3, the liquid ejection head 8 according to the embodiment may include two flexible substrates 31.
  • One end of the flexible substrate 31 is electrically connected to the piezoelectric actuator 22 of the head main body 20.
  • the other end of the flexible substrate 31 is drawn out upward so as to be inserted through the slit portion 23b of the reservoir 23, and is electrically connected to the wiring board 32.
  • the piezoelectric actuator 22 of the head main body 20 and the outside can be electrically connected.
  • the wiring board 32 is located above the head main body 20.
  • the wiring board 32 distributes signals to the plurality of driver ICs 33.
  • the plurality of driver ICs 33 are located on one main surface of the flexible substrate 31. As shown in FIG. 3, in the liquid ejection head 8 according to the embodiment, two driver ICs 33 are provided on each flexible substrate 31; The number is not limited to two.
  • the driver IC 33 drives the piezoelectric actuator 22 of the head body 20 based on the drive signal sent from the control unit 14 (see FIG. 1). Thereby, the driver IC 33 drives the liquid ejection head 8.
  • the pressing member 34 has a substantially U-shape in cross-sectional view, and presses the driver IC 33 on the flexible substrate 31 toward the heat sink 45 from inside. Thereby, in the embodiment, the heat generated when the driver IC 33 is driven can be efficiently radiated to the outer heat sink 45.
  • the elastic member 35 is provided so as to be in contact with an outer wall of a pressing portion (not shown) of the pressing member 34. By providing such an elastic member 35, it is possible to reduce the possibility that the pressing member 34 will damage the flexible substrate 31 when the pressing member 34 presses the driver IC 33.
  • the elastic member 35 is made of, for example, double-sided foam tape. Further, by using a non-silicon thermally conductive sheet as the elastic member 35, for example, the heat dissipation of the driver IC 33 can be improved. Note that the elastic member 35 does not necessarily need to be provided.
  • the housing 40 is arranged on the head main body 20 so as to cover the wiring section 30. Thereby, the housing 40 can seal the wiring section 30.
  • the housing 40 is made of, for example, resin or metal.
  • the housing 40 has a box shape that extends in the main scanning direction, and has a first opening 40a and a second opening 40b on a pair of opposing sides along the main scanning direction. Further, the housing 40 has a third opening 40c on the bottom surface and a fourth opening 40d on the top surface.
  • One side of the heat sink 45 is arranged in the first opening 40a so as to close the first opening 40a, and the other side of the heat sink 45 is arranged in the second opening 40b so as to close the second opening 40b. There is.
  • the heat sink 45 is provided to extend in the main scanning direction, and is made of metal, alloy, or the like with high heat dissipation.
  • the heat sink 45 is provided so as to be in contact with the driver IC 33, and radiates heat generated by the driver IC 33.
  • the pair of heat sinks 45 are each fixed to the housing 40 with screws (not shown). Therefore, the housing 40 to which the heat sink 45 is fixed has a box shape in which the first opening 40a and the second opening 40b are closed and the third opening 40c and the fourth opening 40d are open.
  • the third opening 40c is located to face the reservoir 23.
  • the flexible substrate 31 and the pressing member 34 are inserted through the third opening 40c.
  • the fourth opening 40d is provided for inserting a connector (not shown) provided on the wiring board 32. If the space between the connector and the fourth opening 40d is sealed with resin or the like, it becomes difficult for liquid or dirt to enter the inside of the housing 40.
  • the housing 40 has a heat insulating section 40e.
  • the heat insulating portion 40e is arranged adjacent to the first opening 40a and the second opening 40b, and is provided so as to protrude outward from the side surface of the housing 40 along the main scanning direction.
  • the heat insulating portion 40e is formed to extend in the main scanning direction. That is, the heat insulating portion 40e is located between the heat sink 45 and the head body 20. By providing the heat insulating portion 40e in the housing 40 in this manner, the heat generated by the driver IC 33 is less likely to be transmitted to the head body 20 via the heat sink 45.
  • FIG. 3 shows an example of the configuration of the liquid ejection head 8, and may further include members other than those shown in FIG. 3.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing main parts of the head main body 20 according to the embodiment.
  • the head main body 20 includes the flow path member 21 and the piezoelectric actuator 22.
  • the flow path member 21 and the piezoelectric actuator 22 have a flat plate shape, and the piezoelectric actuator 22 is located approximately at the center of the flow path member 21.
  • the piezoelectric actuator 22 has a discharge area 24.
  • a plurality of piezoelectric elements 170 are located in the discharge region 24 .
  • FIG. 5 is a schematic enlarged view of region V shown in FIG. 4. Note that FIG. 5 is a plan view of the piezoelectric element 170 viewed from a direction perpendicular to the surface of the piezoelectric ceramic body 171. Note that in FIG. 5, the groove portion 100, which will be described later, is omitted.
  • the plurality of piezoelectric elements 170 are arranged at positions corresponding to the plurality of pressure chambers 162 that the flow path member 21 has. Specifically, the plurality of piezoelectric elements 170 are arranged such that an electrode body 174a of a surface electrode 174, which will be described later, is located above the pressure chamber 162.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view taken along the line VI-VI shown in FIG.
  • the VI-VI line shown in FIG. 5 is a straight line passing through a center point P1 of an electrode body 174a of a surface electrode 174, which will be described later, and a center point P2 of a connection electrode 175, which will be described later.
  • the channel member 21 has a laminated structure in which a plurality of plates are laminated.
  • the channel member 21 includes a cavity plate 21A, a base plate 21B, an aperture plate 21C, a supply plate 21D, manifold plates 21E, 21F, and 21G, a cover plate 21H, and a nozzle plate 21I. These plates are located in this order from the first surface 21a side of the flow path member 21.
  • These plates are made of metal such as stainless steel (SUS).
  • a large number of holes are formed in the plate that constitutes the flow path member 21.
  • the thickness of each plate is approximately 10 ⁇ m to 300 ⁇ m. Thereby, the accuracy of hole formation can be increased.
  • the plates are aligned and stacked such that the holes communicate with each other to define individual channels 164 and supply manifolds 161.
  • the supply manifold 161 and the discharge hole 163 are connected through an individual flow path 164.
  • the supply manifold 161 is located inside the flow path member 21 on the second surface 21b side, and the discharge hole 163 is located on the second surface 21b of the flow path member 21.
  • the individual flow path 164 has a pressure chamber 162 and an individual supply flow path 165.
  • the pressure chamber 162 is located on the first surface 21a of the flow path member 21, and the individual supply flow path 165 is a flow path that connects the supply manifold 161 and the pressure chamber 162.
  • the individual supply channel 165 includes a throttle 166 that is narrower than other parts. Since the throttle 166 is narrower than the other portions of the individual supply channel 165, the flow channel resistance is high. In this way, when the flow path resistance of the throttle 166 is high, the pressure generated in the pressure chamber 162 is difficult to escape to the supply manifold 161.
  • the piezoelectric element 170 includes a piezoelectric ceramic body 171, a reinforcing plate 172, an internal electrode 173, a surface electrode 174, and a connection electrode 175.
  • the piezoelectric ceramic body 171 has a flat plate shape.
  • the piezoelectric ceramic body 171 is located on the first surface 21a of the flow path member 21 via the reinforcing plate 172.
  • the piezoelectric ceramic body 171 includes, for example, a plurality of piezoelectric ceramic layers 171a and 171b.
  • the piezoelectric ceramic layers 171a and 171b each have a thickness of, for example, about 20 ⁇ m. Both piezoelectric ceramic layers 171a and 171b extend across the plurality of pressure chambers 162.
  • a plurality of piezoelectric elements 170 share one piezoelectric ceramic body 171.
  • a lead zirconate titanate (PZT) ceramic material having ferroelectric properties can be used as the piezoelectric ceramic layers 171a and 171b.
  • the piezoelectric ceramic body 171 includes two piezoelectric ceramic layers 171a and 171b, but the piezoelectric ceramic body 171 may include three or more piezoelectric ceramic layers.
  • the piezoelectric ceramic layer 171b is an example of a diaphragm. Note that the diaphragm does not necessarily need to be a piezoelectric ceramic body such as PZT.
  • the reinforcing plate 172 has a flat plate shape.
  • the reinforcing plate 172 is located between the first surface 21a of the flow path member 21 and the back surface of the piezoelectric ceramic body 171 opposite to the surface on which the surface electrode 174 is located.
  • the reinforcing plate 172 extends across the plurality of pressure chambers 162 and constitutes a ceiling portion of the plurality of pressure chambers 162.
  • the plurality of piezoelectric elements 170 share one reinforcing plate 172.
  • the reinforcing plate 172 is made of a material harder than the piezoelectric ceramic body 171.
  • the reinforcing plate 172 is made of metal such as stainless steel (SUS). Further, in this case, the piezoelectric ceramic layer 171b does not necessarily need to be provided.
  • the piezoelectric element 170 does not necessarily need to have the reinforcing plate 172.
  • the piezoelectric ceramic body 171 constitutes the ceiling portion of the plurality of pressure chambers 162.
  • the internal electrode 173 is located inside the piezoelectric ceramic body 171. Specifically, internal electrode 173 is located between two piezoelectric ceramic layers 171a, 171b. The internal electrode 173 is formed over substantially the entire surface in the area between the piezoelectric ceramic layer 171a and the piezoelectric ceramic layer 171b. That is, the internal electrode 173 overlaps all the pressure chambers 162 in the region facing the piezoelectric actuator 22. The internal electrode 173 functions as a common electrode shared by the plurality of piezoelectric elements 170.
  • the internal electrode 173 for example, a metal material such as Ag--Pd can be used.
  • the thickness of the internal electrode 173 is, for example, about 2 ⁇ m.
  • the internal electrode 173 is electrically connected to a connection electrode (not shown) located on the surface of the piezoelectric ceramic body 171 via a via hole formed in the piezoelectric ceramic layer 171a.
  • the connection electrode for the internal electrode 173 is grounded and held at ground potential.
  • the surface electrode 174 has an electrode main body 174a and an extraction electrode 174b.
  • the electrode body 174a is located in a region facing the pressure chamber 162.
  • the electrode main body 174a is one size smaller than the pressure chamber 162 and has a shape substantially similar to the pressure chamber 162.
  • the embodiment shows an example in which the pressure chamber 162 and the electrode body 174a are circular in plan view.
  • the shapes of the pressure chamber 162 and the electrode body 174a are not limited to this example. This point will be discussed later using FIG. 16.
  • the extraction electrode 174b is extracted from the electrode body 174a.
  • the extraction electrode 174b extends linearly toward a connection electrode 175, which will be described later. That is, the connection electrode 175 is located in a portion of one end of the extraction electrode 174b that is extracted outside the area facing the pressure chamber 162.
  • the electrode main body 174a and the extraction electrode 174b of the surface electrode 174 can be made of, for example, a metal material such as an Au-based material.
  • connection electrode 175 has a convex shape with a thickness of about 15 ⁇ m, for example.
  • Connection electrode 175 is located on the surface of piezoelectric ceramic body 171 and connected to surface electrode 174 . Specifically, the connection electrode 175 is located on the extraction electrode 174b, and is electrically connected to the electrode body 174a via the extraction electrode 174b.
  • the connection electrode 175 is electrically connected to an electrode provided on the flexible substrate 31 (see FIG. 3).
  • connection electrode 175 includes a metal that causes ion migration more easily than the metal (for example, Au) contained in the surface electrode 174.
  • the connection electrode 175 includes Ag, Cu, Sn, Pb, and Ni.
  • silver-palladium containing glass frit is used as the connection electrode 175.
  • the plurality of surface electrodes 174 are each individually electrically connected to the control unit 14 (see FIG. 1) via the connection electrode 175, the flexible substrate 31, and wiring in order to individually control the potential. Then, when the surface electrode 174 and the internal electrode 173 are set at different potentials and an electric field is applied in the polarization direction of the piezoelectric ceramic layer 171a, the portion of the piezoelectric ceramic layer 171a to which the electric field is applied becomes active, deforming due to the piezoelectric effect. operate as a division.
  • the piezoelectric element 170 is constituted by the surface electrode 174 of the piezoelectric actuator 22, and the portions of the piezoelectric ceramic layer 171a, the reinforcing plate 172, and the internal electrode 173 that face the pressure chamber 162. Then, as the piezoelectric element 170 undergoes unimorph deformation, the pressure chamber 162 is pressed, and liquid is discharged from the discharge hole 163.
  • the discharge hole 163 is an example of a nozzle that penetrates the nozzle plate 21I.
  • FIG. 7 is a schematic plan view of the piezoelectric element 170 according to the embodiment. Further, FIG. 8 is a schematic cross-sectional view taken along arrow VIII-VIII shown in FIG. Note that in FIG. 7, the size of the groove portion 100 is exaggerated for ease of understanding.
  • the piezoelectric element 170 has a groove 100.
  • the groove portion 100 is located near the surface electrode 174 in a plan view shown in FIG.
  • the electrode body 174a extends in a shape corresponding to the outer shape of the electrode body 174a.
  • the groove portion 100 extends in an arc shape along the outer shape of the electrode body 174a so as to surround the circular electrode body 174a. Both ends of the groove portion 100 in the longitudinal direction extend to the vicinity of the extraction electrode 174b. Specifically, one end of the groove 100 in the longitudinal direction faces one side surface of the extraction electrode 174b, and the other end faces the other side surface of the extraction electrode 174b. That is, in the example shown in FIG. 7, the groove portion 100 surrounds substantially the entire circumference of the electrode body 174a, specifically, the entire circumference of the electrode body 174a except for the area where the extraction electrode 174b is extracted.
  • the groove portion 100 does not necessarily need to strictly follow the outer shape of the electrode body 174a.
  • the groove portion 100 may meander with respect to the outer shape of the electrode body 174a, or may be partially interrupted.
  • the groove portion 100 is located around (outside) the electrode body 174a of the surface electrode 174, but is not limited thereto, and may be located inside the electrode body 174a. This point will be described later using FIG. 11.
  • the rigidity of the piezoelectric ceramic body 171 can be lowered, so that the driving displacement of the piezoelectric element 170 can be increased compared to the case where the groove portion 100 is not provided. be able to.
  • the depth of the groove portion 100 is set to a relatively shallow depth that does not reach the internal electrode 173, the driving displacement of the piezoelectric element 170 cannot be made sufficiently large. Therefore, from the viewpoint of increasing the drive displacement of the piezoelectric element 170, the depth of the groove portion 100 is preferably greater than the depth that reaches the internal electrode 173. Note that "depth” means a distance in the thickness direction of the piezoelectric ceramic body 171.
  • the internal electrode will be exposed on the wall surface of the groove 100. Thereby, there is a risk that ion migration will occur between the connection electrode 175 and the internal electrode 173. It is known that ion migration tends to occur in Ag, Pb, Cu, and the like. As described above, the connection electrode 175 and the internal electrode 173 are configured to contain Ag. Therefore, ion migration tends to occur between the connection electrode 175 and the internal electrode 173. Note that ion migration is known to be difficult to occur in Au, Fe, Pt, and the like.
  • the surface electrode 174 includes a metal other than Ag, specifically, includes Au. Therefore, ion migration is relatively unlikely to occur between the surface electrode 174 and the internal electrode 173.
  • the groove portion 100 has a deep groove portion 101 and two shallow groove portions 102.
  • One of the two shallow grooves 102 is connected to one of both ends of the deep groove 101
  • the other of the two shallow grooves 102 is connected to the other of both ends of the deep groove 101 . It is connected.
  • a continuous groove portion 100 is formed by the deep groove portion 101 and the two shallow groove portions 102 .
  • the deep groove portion 101 has a depth equal to or greater than the depth that reaches the internal electrode 173.
  • the shallow groove portion 102 has a depth that is less than the depth that reaches the internal electrode 173. Furthermore, the shallow groove portion 102 is located closer to the connection electrode 175 than the deep groove portion 101 is.
  • the depth of the shallow groove portion 102 near the connection electrode 175 in the groove portion 100 is made shallower than the internal electrode 173.
  • the distance between the exposed position of the internal electrode 173 and the connection electrode 175 is increased compared to the case where a groove portion having a depth greater than the depth reaching the internal electrode 173 is provided over the entire longitudinal direction. be able to.
  • the drive displacement of the piezoelectric element 170 can be increased while suppressing the risk of ion migration.
  • the depth of the shallow groove portion 102 may be 15 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, and the width of the shallow groove portion 102 may be 25 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less. Further, as an example, the depth of the deep groove portion 101 may be 25 ⁇ m or more and 45 ⁇ m or less, and the width of the deep groove portion 101 may be 25 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less. Further, as an example, when the depth of the shallow groove portion 102 is D1 and the depth of the deep groove portion 101 is D2, D1/D2 may be 0.33 or more and 0.80 or less.
  • the depth of the shallow groove portion 102 is set to 50% or more and less than 80% of the thickness of the upper layer (piezoelectric ceramic layer 171a), and the depth of the deep groove portion 101 is set to the thickness of the upper layer. It is preferable to make it larger than the total thickness (the total thickness of the piezoelectric ceramic layer 171a, internal electrode 173, and piezoelectric ceramic layer 171b). In this range, the drive displacement of the piezoelectric element 170 can be suitably increased while suitably suppressing the risk of ion migration.
  • the liquid ejection head 8 having the piezoelectric actuator 22 since the drive displacement of the piezoelectric element 170 is large, a liquid with higher viscosity can be ejected, and the risk of ion migration is less likely to occur. Therefore, it is highly reliable.
  • the groove portion 100 having the deep groove portion 101 and the shallow groove portion 102 can be formed by, for example, laser processing.
  • the groove portion 100 can be formed by changing the laser processing conditions for the deep groove portion 101 and the shallow groove portion 102.
  • the groove portion 100 may be formed by making the laser output or pulse frequency different between the deep groove portion 101 and the shallow groove portion 102.
  • the groove portion 100 may be formed by varying the moving speed of the laser irradiation position or the laser irradiation time between the deep groove portion 101 and the shallow groove portion 102 while keeping the laser output or pulse frequency constant. good.
  • the deep groove portion 101 may penetrate the internal electrode 173.
  • the rigidity of the piezoelectric ceramic body 171 can be lowered compared to the case where the deep groove portion 101 does not penetrate the internal electrode 173, so that the drive displacement of the piezoelectric element 170 can be further increased.
  • the deep groove portion 101 only needs to reach at least the internal electrode 173, and does not necessarily need to penetrate the internal electrode 173.
  • the deep groove portion 101 may have a depth that reaches the reinforcing plate 172.
  • the reinforcing plate 172 is made of a metal such as SUS that is harder than the piezoelectric ceramic body 171, and is less likely to be scraped by a laser than the piezoelectric ceramic body 171.
  • the reinforcing plate 172 may be formed of a material that has lower laser processing efficiency than the piezoelectric ceramic body 171 for the selected laser light source. Therefore, compared to the case where the depth of the deep groove part 101 is set to a depth that does not reach the reinforcing plate 172, variations in the depth of the deep groove part 101 among the plurality of piezoelectric elements 170 can be reduced.
  • the deep groove portion 101 is not limited to the example shown in FIG. 8, and may have a depth that is greater than or equal to the depth that reaches the reinforcing plate 172.
  • the boundary portion 103 between the deep groove portion 101 and the shallow groove portion 102 may have a stepped shape. That is, the end faces of the deep groove portion 101 in the longitudinal direction may be substantially perpendicular. With such a configuration, it is possible to reduce variations in exposed positions of the internal electrodes 173 among the plurality of piezoelectric elements 170, compared to, for example, a case where the shallow groove portion 102 has a slope shape. Thereby, the risk due to ion migration can be reduced more reliably.
  • the outer shapes of the surface electrode 174 and the connection electrode 175 are line symmetrical in plan view. Specifically, the outer shapes of the surface electrode 174 and the connection electrode 175 are line symmetrical with respect to a straight line L1 passing through the center point P1 of the electrode body 174a and the center point P2 of the connection electrode 175 in the surface electrode 174. Note that "the external shape formed by the surface electrode 174 and the connection electrode 175" means one silhouette formed by the surface electrode 174 and the connection electrode 175.
  • the groove portion 100 may be axisymmetric with respect to the center of gravity of the surface electrode 174, specifically, a straight line passing through the center of gravity of the electrode body 174a in the surface electrode 174 in plan view.
  • the center of gravity of the electrode body 174a is assumed to coincide with the center point P1 of the electrode body 174a.
  • the groove portion 100 may be line symmetrical with respect to the straight line L1, which is the axis of symmetry of the outer shape of the surface electrode 174 and the connection electrode 175.
  • the deep groove portion 101 may be line symmetrical with respect to the straight line L1
  • the two shallow groove portions 102 may also be line symmetrical with respect to the straight line L1.
  • the point at which the displacement is maximum in the electrode body 174a can be located on or near a straight line passing through the center of gravity of the electrode body 174a.
  • FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the position of the boundary between the deep groove and the shallow groove.
  • FIG. 9 shows three piezoelectric elements 170_1, 170_2, and 170_3 that are adjacent to each other among the plurality of piezoelectric elements 170 included in the piezoelectric actuator 22. Note that in FIG. 9, the groove portion 100 is omitted.
  • the position of the boundary part 103 between the deep groove part 101 and the shallow groove part 102 in the groove part 100 may be defined by, for example, the circle C1 and the straight line L2 shown in FIG.
  • the surface electrode 174 of the piezoelectric element 170_1 is the first surface electrode 174_1
  • the surface electrode 174 of the other piezoelectric element 170_2 closest to the connection electrode 175 of the piezoelectric element 170_1 is the first surface electrode 174.
  • the circle C1 is a virtual circle centered on the center point P2 of the connection electrode 175 of the piezoelectric element 170_1 and in contact with the second surface electrode 174_2 in plan view.
  • the boundary portion 103 between the deep groove portion 101 and the shallow groove portion 102 in the groove portion 100 of the piezoelectric element 170_1 may be located outside the circle C1.
  • the distance between the exposed position of the internal electrode 173 and the connection electrode 175 can be sufficiently increased. Therefore, the risk of ion migration between the connection electrode 175 and the internal electrode 173 can be sufficiently reduced.
  • the circle C1 is a virtual circle that contacts the second surface electrode 174_2, but more specifically, it may be a virtual circle that contacts the outer edge of the groove 100 that the piezoelectric element 170_2 has. With this configuration, the risk of ion migration between the connection electrode 175 and the internal electrode 173 can be reduced more reliably.
  • the straight line L2 is a straight line passing through the center point P1 of the electrode body 174a in the first surface electrode 174_1
  • the straight line L2 is a straight line passing through the center point P1 of the electrode body 174a and the center point P2 of the connection electrode 175. It is a straight line perpendicular to the
  • the boundary portion 103 between the deep groove portion 101 and the shallow groove portion 102 in the groove portion 100 of the piezoelectric element 170_1 may be located closer to the connection electrode 175 than the intersection P3 between the straight line L2 and the electrode body 174a.
  • the boundary 103 between the deep groove 101 and the shallow groove 102 is closer to the connection electrode 175 than the intersection P3 between the straight line L2 and the electrode body 174a, and is closer to the connection electrode 175 than the intersection P4 between the circle C1 and the electrode body 174a. It is preferable to provide it at a position far from the connection electrode 175.
  • boundary portion 103 between the deep groove portion 101 and the shallow groove portion 102 can be rephrased as a position where the internal electrode 173 is exposed. Further, the boundary portion 103 between the deep groove portion 101 and the shallow groove portion 102 can also be referred to as both ends of the deep groove portion 101 in the longitudinal direction.
  • FIGS. 10 and 11 are schematic diagrams showing an example of the position of the groove portion 100 according to the embodiment. Note that FIGS. 10 and 11 show cross-sectional views of the piezoelectric element 170 taken along the straight line L2 shown in FIG. 9, for example.
  • the groove portion 100 may be located inside the pressure chamber 162 and outside the surface electrode 174 (electrode body 174a) in cross-sectional view.
  • the groove portion 100 may be located inside the pressure chamber 162 and inside the surface electrode 174 (electrode body 174a) in cross-sectional view.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a groove 100 according to a first alternative embodiment.
  • the shallow groove portion 102 may have a slope shape that becomes deeper toward the deep groove portion 101. This slope may continue to the deep groove portion 101. That is, the groove portion 100 may have a slope (slanted surface) that becomes deeper from the end of the shallow groove portion 102 on the connection electrode 175 side toward the bottom surface of the deep groove portion 101.
  • the portion of the slope where the internal electrode 173 is exposed is the boundary portion 103 between the deep groove portion 101 and the shallow groove portion 102 .
  • FIG. 13 is a schematic plan view showing the configuration of a groove portion 100 according to a second alternative embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a groove portion 100 according to a second alternative embodiment.
  • the deep groove portion 101 and the shallow groove portion 102 may be separated.
  • the deep groove portion 101 and the shallow groove portion 102 are separated by the piezoelectric ceramic body 171.
  • the wall of the piezoelectric ceramic body 171 is located at the boundary 103 between the deep groove 101 and the shallow groove 102 .
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a groove portion 100 according to a third alternative embodiment.
  • the shallow groove portion 102 may have a plurality of convex portions 121.
  • Each convex portion 121 includes a portion 121 a that becomes shallower in depth from the deep groove portion 101 toward the connection electrode 175 and a portion 121 b that becomes deeper.
  • the height of the convex portion 121 may be, for example, at least 1/3 or more of the depth of the shallow groove portion 102. Preferably, the height of the convex portion 121 may be at least half the depth of the shallow groove portion 102.
  • FIG. 16 is a schematic plan view showing the configuration of a piezoelectric element 170 according to a fourth alternative embodiment.
  • the shape of the piezoelectric element 170 is not limited to the shape shown in FIG. 5.
  • the piezoelectric element 170 may have a bowling pin shape.
  • the pressure chamber 162 may have a diamond shape with rounded corners.
  • the electrode body 174a of the surface electrode 174 also has a rhombic shape with rounded corners in plan view, matching the shape of the pressure chamber 162.
  • the extraction electrode 174b extends linearly toward the connection electrode 175 from an acute corner among the plurality of corners of the electrode main body 174a.
  • the connection electrode 175 has a circular shape in plan view.
  • the piezoelectric element 170 has a groove 100 (not shown here) located around or inside the electrode body 174a in the surface electrode 174 and extending in a shape according to the outer shape of the electrode body 174a. It's okay.
  • the boundary part 103 between the deep groove part 101 and the shallow groove part 102 in the groove part 100 is closer to the connection electrode 175 than the intersection P3 between the straight line L2 and the electrode body 174a, and is closer to the circle C1 and the electrode. It is preferable to provide it at a position farther from the connection electrode 175 than the intersection P4 with the main body 174a.
  • the piezoelectric actuator according to the embodiment has a piezoelectric element (for example, the piezoelectric element 170) that deforms by application of a voltage.
  • the piezoelectric element includes a diaphragm (for example, the piezoelectric ceramic layer 171b), an internal electrode (for example, the internal electrode 173), a piezoelectric ceramic body (for example, the piezoelectric ceramic layer 171a), and a surface electrode (for example, the surface electrode 174), a connection electrode (for example, connection electrode 175), and a groove (for example, groove 100).
  • the internal electrode is located on the surface of the diaphragm.
  • a piezoceramic body is located on the surface of the internal electrode.
  • a surface electrode is located on the surface of the piezoelectric ceramic body.
  • the connection electrode is located on the surface of the piezoelectric ceramic body and connected to the surface electrode.
  • the groove portion is located around or inside the surface electrode in a plan view when the piezoelectric element is viewed from a direction perpendicular to the surface of the piezoelectric ceramic body, and extends in a shape corresponding to the outer shape of the surface electrode.
  • the groove includes a deep groove (for example, deep groove 101) and a shallow groove (for example, shallow groove 102).
  • the deep groove has a depth that is greater than the depth that reaches the internal electrode.
  • the shallow groove portion is located closer to the connection electrode than the deep groove portion, and has a depth that is less than the depth that reaches the internal electrode.
  • the piezoelectric actuator according to the embodiment it is possible to increase the drive displacement of the piezoelectric element while suppressing the risk due to ion migration.
  • the present disclosure is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the spirit thereof.
  • the channel member 21 is composed of a plurality of stacked plates, but the channel member 21 is not limited to a case where the channel member 21 is composed of a plurality of stacked plates. .
  • the flow path member 21 may be configured by forming the supply manifold 161 or the individual flow paths 164 by etching.
  • the recording device may be a car body painting device.
  • the recording device in this case may include a liquid ejection head having a nozzle surface for ejecting coating material, an arm that holds the liquid ejection head, and a control unit that controls movement of the head via the arm.
  • the arm is, for example, an articulated robot driven by multiple motors.

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Abstract

本開示による圧電アクチュエータは、電圧の印加によって変形する圧電素子を有する。圧電素子は、振動板と、内部電極と、圧電セラミック体と、表面電極と、接続電極と、溝部とを有する。内部電極は、振動板の表面に位置する。圧電セラミック体は、内部電極の表面に位置する。表面電極は、圧電セラミック体の表面に位置する。接続電極は、圧電セラミック体の表面に位置し、表面電極に接続される。溝部は、圧電セラミック体の表面に対して垂直な方向から圧電素子を見た平面視において、表面電極の周囲または内側に位置し、表面電極の外形に応じた形状で延びる。溝部は、深溝部と浅溝部とを有する。深溝部は、内部電極に到達する深さ以上の深さを有する。浅溝部は、深溝部よりも接続電極の近くに位置し、内部電極に到達する深さ未満の深さを有する。

Description

圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッドおよび記録装置
　開示の実施形態は、圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッドおよび記録装置に関する。
　印刷装置として、インクジェット記録方式を利用したインクジェットプリンタあるいはインクジェットプロッタ等が知られている。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搭載されている。
　液体吐出ヘッドは、圧力室の上部に位置する圧電素子を駆動させて圧力室内の圧力を変化させることにより、圧力室内の液体をノズルから吐出する。圧電素子は、圧電体と、圧電体の内部に位置する内部電極と、圧電体の表面に位置する表面電極とを有する。
　特許文献１には、圧電素子間におけるクロストークの発生を低減する目的で、表面電極の周囲に表面電極を囲む溝部が形成された圧電素子が開示されている。圧電素子の厚み方向において、溝部は、内部電極よりも深い位置まで達している。
特開２００３－３１１９５４号公報
　実施形態の一態様に係る圧電アクチュエータは、電圧の印加によって変形する圧電素子を有する。圧電素子は、振動板と、内部電極と、圧電セラミック体と、表面電極と、接続電極と、溝部とを有する。内部電極は、振動板の表面に位置する。圧電セラミック体は、内部電極の表面に位置する。表面電極は、圧電セラミック体の表面に位置する。接続電極は、圧電セラミック体の表面に位置し、表面電極に接続される。溝部は、圧電セラミック体の表面に対して垂直な方向から圧電素子を見た平面視において、表面電極の周囲または内側に位置し、表面電極の外形に応じた形状で延びる。溝部は、深溝部と浅溝部とを有する。深溝部は、内部電極に到達する深さ以上の深さを有する。浅溝部は、深溝部よりも接続電極の近くに位置し、内部電極に到達する深さ未満の深さを有する。
図１は、実施形態に係るプリンタの模式的な正面図である。 図２は、実施形態に係るプリンタの模式的な平面図である。 図３は、実施形態に係る液体吐出ヘッドの模式的な分解斜視図である。 図４は、実施形態に係るヘッド本体の要部を示す模式的な平面図である。 図５は、図４に示す領域Ｖの模式的な拡大図である。 図６は、図５に示すＶＩ－ＶＩ線矢視における模式的な断面図である。 図７は、実施形態に係る圧電素子の模式的な平面図である。 図８は、図７に示すＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ矢視における模式的な断面図である。 図９は、深溝部と浅溝部との境界部の位置を説明するための模式図である。 図１０は、実施形態に係る溝部の位置の一例を示す模式図である。 図１１は、実施形態に係る溝部の位置の一例を示す模式図である。 図１２は、第１の別の実施形態に係る溝部の模式的な断面図である。 図１３は、第２の別の実施形態に係る溝部の構成を示す模式的な平面図である。 図１４は、第２の別の実施形態に係る溝部の構成を示す模式的な断面図である。 図１５は、第３の別の実施形態に係る溝部の構成を示す模式的な断面図である。 図１６は、第４の別の実施形態に係る圧電素子の構成を示す模式的な平面図である。
　以下、添付図面を参照して、本願の開示する圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッドおよび記録装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
　上述した従来の液体吐出ヘッドは、イオンマイグレーションが発生するおそれがある。イオンマイグレーションとは、電圧の印加によって陽極側の金属がイオン化し、イオン化した金属が陰極に移動して陰極で再び金属として生成される現象である。陰極で生成された金属が成長して陽極に達すると、陽極と陰極とが電気的に接続して短絡が生じるおそれがある。
　かかる課題は、液体吐出ヘッドに限らず、電圧の印加によって駆動する圧電素子を有する圧電アクチュエータおよびかかる圧電アクチュエータを有する装置全般に共通する課題である。
　そこで、イオンマイグレーションによるリスクを抑えつつ圧電素子の駆動変位を大きくすることができる圧電アクチュエータ、液体吐出ヘッドおよび記録装置の提供が期待されている。
＜プリンタの構成＞
　まず、図１および図２を参照して実施形態に係る記録装置の一例であるプリンタ１の概要について説明する。図１は、実施形態に係るプリンタ１の模式的な正面図である。図２は、実施形態に係るプリンタ１の模式的な平面図である。実施形態に係るプリンタ１は、たとえば、カラーインクジェットプリンタである。
　図１に示すように、プリンタ１は、給紙ローラ２と、ガイドローラ３と、塗布機４と、ヘッドケース５と、複数の搬送ローラ６と、複数のフレーム７と、複数の液体吐出ヘッド８と、搬送ローラ９と、乾燥機１０と、搬送ローラ１１と、センサ部１２と、回収ローラ１３とを有する。搬送ローラ６は、搬送部の一例である。
　さらに、プリンタ１は、プリンタ１の各部を制御する制御部１４を有する。制御部１４は、給紙ローラ２、ガイドローラ３、塗布機４、ヘッドケース５、複数の搬送ローラ６、複数のフレーム７、複数の液体吐出ヘッド８、搬送ローラ９、乾燥機１０、搬送ローラ１１、センサ部１２および回収ローラ１３の動作を制御する。
　プリンタ１は、印刷用紙Ｐに液滴を着弾させることにより、印刷用紙Ｐに画像または文字等の記録を行う。印刷用紙Ｐは、記録媒体の一例である。印刷用紙Ｐは、使用前において給紙ローラ２に巻かれた状態になっている。プリンタ１は、給紙ローラ２に巻かれた印刷用紙Ｐをガイドローラ３および塗布機４を介してヘッドケース５の内部に搬送する。
　塗布機４は、コーティング剤を印刷用紙Ｐに一様に塗布する。これにより、印刷用紙Ｐに表面処理を施すことができることから、プリンタ１の印刷品質を向上させることができる。
　ヘッドケース５は、複数の搬送ローラ６と、複数のフレーム７と、複数の液体吐出ヘッド８とを収容する。ヘッドケース５の内部には、印刷用紙Ｐが出入りする部分などの一部において外部と繋がっている他は、外部と隔離された空間が形成されている。
　ヘッドケース５の内部空間は、必要に応じて、温度、湿度、および気圧などの制御因子のうち、少なくとも１つが制御部１４によって制御される。搬送ローラ６は、ヘッドケース５の内部で印刷用紙Ｐを液体吐出ヘッド８の近傍に搬送する。
　フレーム７は、矩形状の平板であり、搬送ローラ６で搬送される印刷用紙Ｐの上方に近接して位置している。また、図２に示すように、フレーム７は、長手方向が印刷用紙Ｐの搬送方向に直交するように位置している。そして、ヘッドケース５の内部には、複数（たとえば、４つ）のフレーム７が、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って所定の間隔で位置している。
　液体吐出ヘッド８には、図示しない液体タンクから液体、たとえば、インクが供給される。液体吐出ヘッド８は、液体タンクから供給される液体を吐出する。
　制御部１４は、画像または文字などのデータに基づいて液体吐出ヘッド８を制御し、印刷用紙Ｐに向けて液体を吐出させる。液体吐出ヘッド８と印刷用紙Ｐとの間の距離は、たとえば、０．５～２０ｍｍ程度である。
　液体吐出ヘッド８は、フレーム７に固定されている。液体吐出ヘッド８は、長手方向が印刷用紙Ｐの搬送方向に直交するように位置している。
　すなわち、実施形態に係るプリンタ１は、プリンタ１の内部に液体吐出ヘッド８が固定されている、いわゆるラインプリンタである。なお、実施形態に係るプリンタ１は、ラインプリンタに限られず、いわゆるシリアルプリンタであってもよい。
　シリアルプリンタとは、液体吐出ヘッド８を、印刷用紙Ｐの搬送方向に交差する方向、たとえば、略直交する方向に往復させるなどして移動させながら記録する動作と、印刷用紙Ｐの搬送とを交互に行う方式のプリンタである。
　図２に示すように、１つのフレーム７に複数（たとえば、５つ）の液体吐出ヘッド８が固定されている。図２では、印刷用紙Ｐの搬送方向の前方に３つ、後方に２つの液体吐出ヘッド８が位置している例を示しており、印刷用紙Ｐの搬送方向において、それぞれの液体吐出ヘッド８の中心が重ならないように液体吐出ヘッド８が位置している。
　そして、１つのフレーム７に位置する複数の液体吐出ヘッド８によって、ヘッド群８Ａが構成されている。４つのヘッド群８Ａは、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って位置している。同じヘッド群８Ａに属する液体吐出ヘッド８には、同じ色のインクが供給される。これにより、プリンタ１は、４つのヘッド群８Ａを用いて４色のインクによる印刷を行うことができる。
　各ヘッド群８Ａから吐出されるインクの色は、たとえば、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。制御部１４は、各ヘッド群８Ａを制御して複数色のインクを印刷用紙Ｐに吐出することにより、印刷用紙Ｐにカラー画像を印刷することができる。
　なお、印刷用紙Ｐの表面処理をするために、液体吐出ヘッド８からコーティング剤を印刷用紙Ｐに吐出してもよい。
　また、１つのヘッド群８Ａに含まれる液体吐出ヘッド８の個数およびプリンタ１に搭載されているヘッド群８Ａの個数等は、印刷する対象または印刷条件等に応じて適宜変更可能である。たとえば、印刷用紙Ｐに印刷する色が単色で、かつ、１つの液体吐出ヘッド８で印刷可能な範囲を印刷するのであれば、プリンタ１に搭載されている液体吐出ヘッド８の個数は１つでもよい。
　ヘッドケース５の内部で印刷処理された印刷用紙Ｐは、搬送ローラ９によってヘッドケース５の外部に搬送され、乾燥機１０の内部を通る。乾燥機１０は、印刷処理された印刷用紙Ｐを乾燥する。乾燥機１０で乾燥された印刷用紙Ｐは、搬送ローラ１１で搬送されて、回収ローラ１３で回収される。
　プリンタ１では、乾燥機１０で印刷用紙Ｐを乾燥することにより、回収ローラ１３において、重なって巻き取られる印刷用紙Ｐ同士が接着したり、未乾燥の液体が擦れたりすることを低減することができる。
　センサ部１２は、位置センサ、速度センサまたは温度センサなどにより構成されている。制御部１４は、センサ部１２からの情報に基づいて、プリンタ１の各部における状態を判断し、プリンタ１の各部を制御することができる。
　ここまで説明したプリンタ１では、印刷対象（すなわち、記録媒体）として印刷用紙Ｐを用いた場合について示したが、プリンタ１における印刷対象は印刷用紙Ｐに限られず、ロール状の布などを印刷対象としてもよい。
　また、プリンタ１は、印刷用紙Ｐを直接搬送する代わりに、搬送ベルト上に載せて搬送するものであってもよい。搬送ベルトを用いることで、プリンタ１は、枚葉紙、裁断された布、木材またはタイルなどを印刷対象とすることができる。
　また、プリンタ１は、液体吐出ヘッド８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、プリンタ１は、液体吐出ヘッド８から反応容器などに向けて所定量の液体の化学薬剤または化学薬剤等を含んだ液体を吐出させて、化学薬品を作製してもよい。
＜液体吐出ヘッドの構成＞
　次に、図３を用いて、実施形態に係る液体吐出ヘッド８の構成について説明する。図３は、実施形態に係る液体吐出ヘッド８の模式的な分解斜視図である。
　液体吐出ヘッド８は、ヘッド本体２０と、配線部３０と、筐体４０と、１対の放熱板４５とを有している。ヘッド本体２０は、流路部材２１と、圧電アクチュエータ２２（図４参照）と、リザーバ２３とを有している。
　以降の説明において、便宜的に、液体吐出ヘッド８においてヘッド本体２０が設けられる方向を「下」と表記し、ヘッド本体２０に対して筐体４０が設けられる方向を「上」と表記する場合がある。
　ヘッド本体２０の流路部材２１は、略平板形状であり、１つの主面である第１面２１ａと、かかる第１面２１ａの反対側に位置する第２面２１ｂ（図６参照）とを有している。第１面２１ａは、不図示の開口を有し、リザーバ２３からかかる開口を介して流路部材２１の内部に液体が供給される。
　第２面２１ｂには、印刷用紙Ｐに液体を吐出する複数の吐出孔１６３（図６参照）が位置している。流路部材２１は、第１面２１ａから第２面２１ｂに液体を流す流路を内部に有している。
　圧電アクチュエータ２２は、流路部材２１の第１面２１ａ上に位置している。圧電アクチュエータ２２は、複数の圧電素子１７０（図６参照）を有している。また、圧電アクチュエータ２２には、配線部３０のフレキシブル基板３１が電気的に接続されている。
　圧電アクチュエータ２２上にはリザーバ２３が位置している。リザーバ２３には、印刷用紙Ｐの搬送方向である副走査方向に直交し、かつ印刷用紙Ｐに平行な方向である主走査方向の両端部に開口２３ａが設けられている。リザーバ２３は、内部に流路を有しており、外部から開口２３ａを介して液体が供給される。リザーバ２３は、流路部材２１に液体を供給する。また、リザーバ２３は、流路部材２１に供給される液体を貯留する。
　配線部３０は、フレキシブル基板３１と、配線基板３２と、複数のドライバＩＣ３３と、押圧部材３４と、弾性部材３５とを有している。フレキシブル基板３１は、外部から送られた所定の信号をヘッド本体２０に伝達する。なお、図３に示すように、実施形態に係る液体吐出ヘッド８は、フレキシブル基板３１を２つ有してもよい。
　フレキシブル基板３１の一端部は、ヘッド本体２０の圧電アクチュエータ２２と電気的に接続されている。フレキシブル基板３１の他端部は、リザーバ２３のスリット部２３ｂを挿通するように上方に引き出されており、配線基板３２と電気的に接続されている。これにより、ヘッド本体２０の圧電アクチュエータ２２と外部とを電気的に接続することができる。
　配線基板３２は、ヘッド本体２０の上方に位置している。配線基板３２は、複数のドライバＩＣ３３に信号を分配する。
　複数のドライバＩＣ３３は、フレキシブル基板３１における一方の主面に位置している。図３に示すように、実施形態に係る液体吐出ヘッド８において、ドライバＩＣ３３は、１つのフレキシブル基板３１上に２つずつ設けられているが、１つのフレキシブル基板３１に設けられているドライバＩＣ３３の数は２つに限られない。
　ドライバＩＣ３３は、制御部１４（図１参照）から送られた駆動信号に基づいて、ヘッド本体２０の圧電アクチュエータ２２を駆動させる。これにより、ドライバＩＣ３３は、液体吐出ヘッド８を駆動させている。
　押圧部材３４は、断面視で略Ｕ字形状を有し、フレキシブル基板３１上のドライバＩＣ３３を放熱板４５に向けて内側から押圧している。これにより、実施形態では、ドライバＩＣ３３が駆動する際に発生する熱を、外側の放熱板４５へ効率よく放熱することができる。
　弾性部材３５は、押圧部材３４における図示しない押圧部の外壁に接するように設けられている。かかる弾性部材３５を設けることにより、押圧部材３４がドライバＩＣ３３を押圧する際に、押圧部材３４がフレキシブル基板３１を破損させる可能性を低減することができる。
　弾性部材３５は、たとえば、発泡体両面テープなどで構成されている。また、弾性部材３５として、たとえば、非シリコン系の熱伝導シートを用いることにより、ドライバＩＣ３３の放熱性を向上させることができる。なお、弾性部材３５は必ずしも設ける必要はない。
　筐体４０は、配線部３０を覆うように、ヘッド本体２０上に配置されている。これにより、筐体４０は配線部３０を封止することができる。筐体４０は、たとえば、樹脂または金属などで構成されている。
　筐体４０は、主走査方向に長く延びる箱形状であり、主走査方向に沿って対向する１対の側面に第１開口４０ａおよび第２開口４０ｂを有している。また、筐体４０は、下面に第３開口４０ｃを有しており、上面に第４開口４０ｄを有している。
　第１開口４０ａには、放熱板４５の一方が第１開口４０ａを塞ぐように配置されており、第２開口４０ｂには、放熱板４５の他方が第２開口４０ｂを塞ぐように配置されている。
　放熱板４５は、主走査方向に延びるように設けられており、放熱性の高い金属または合金などで構成されている。放熱板４５は、ドライバＩＣ３３に接するように設けられており、ドライバＩＣ３３で生じた熱を放熱する。
　１対の放熱板４５は、図示しないネジによってそれぞれ筐体４０に固定されている。そのため、放熱板４５が固定された筐体４０は、第１開口４０ａおよび第２開口４０ｂが塞がれ、第３開口４０ｃおよび第４開口４０ｄが開口した箱形状をなしている。
　第３開口４０ｃは、リザーバ２３と対向するように位置している。第３開口４０ｃには、フレキシブル基板３１および押圧部材３４が挿通されている。
　第４開口４０ｄは、配線基板３２に設けられたコネクタ（不図示）を挿通するために設けられている。かかるコネクタと第４開口４０ｄとの間を、樹脂などで封止すると、筐体４０の内部に液体またはゴミなどが侵入しにくくなる。
　また、筐体４０は、断熱部４０ｅを有している。かかる断熱部４０ｅは、第１開口４０ａおよび第２開口４０ｂに隣り合うように配置されており、主走査方向に沿った筐体４０の側面から外側へ向けて突出するように設けられている。
　また、断熱部４０ｅは、主走査方向に延びるように形成されている。すなわち、断熱部４０ｅは、放熱板４５とヘッド本体２０との間に位置している。このように、筐体４０に断熱部４０ｅを設けることにより、ドライバＩＣ３３で発生した熱が放熱板４５を介してヘッド本体２０に伝わりにくくなる。
　なお、図３は、液体吐出ヘッド８の構成の一例を示すものであり、図３に示した部材以外の部材をさらに含んでもよい。
＜ヘッド本体の構成＞
　次に、実施形態に係るヘッド本体２０の構成について説明する。図４は、実施形態に係るヘッド本体２０の要部を示す模式的な平面図である。
　上述したように、ヘッド本体２０は、流路部材２１と圧電アクチュエータ２２とを有する。流路部材２１および圧電アクチュエータ２２は、平板状の形状を有しており、圧電アクチュエータ２２は、流路部材２１の略中央に位置している。
　圧電アクチュエータ２２は、吐出領域２４を有する。吐出領域２４には、複数の圧電素子１７０が位置している。
　図５は、図４に示す領域Ｖの模式的な拡大図である。なお、図５は、圧電セラミック体１７１の表面に対して垂直な方向から圧電素子１７０を見た平面図である。なお、図５では、後述する溝部１００を省略して示している。
　図５に示すように、複数の圧電素子１７０は、流路部材２１が有する複数の圧力室１６２に対応する位置に配置される。具体的には、複数の圧電素子１７０は、圧力室１６２の上方に後述する表面電極１７４の電極本体１７４ａが位置するように配置されている。
　ここで、圧力室１６２を有する流路部材２１の構成について説明する。図６は、図５に示すＶＩ－ＶＩ線矢視における模式的な断面図である。なお、図５に示すＶＩ－ＶＩ線は、後述する表面電極１７４の電極本体１７４ａの中心点Ｐ１と、後述する接続電極１７５の中心点Ｐ２とを通る直線である。
　図６に示すように、流路部材２１は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。具体的には、流路部材２１は、キャビティプレート２１Ａ、ベースプレート２１Ｂ、アパーチャ（しぼり）プレート２１Ｃ、サプライプレート２１Ｄ、マニホールドプレート２１Ｅ，２１Ｆ，２１Ｇ、カバープレート２１Ｈおよびノズルプレート２１Ｉを有する。これらのプレートは、流路部材２１の第１面２１ａ側からこの順番で位置している。これらのプレートは、たとえばステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属で形成される。
　流路部材２１を構成するプレートには、多数の孔が形成されている。各プレートの厚さは、１０μｍ～３００μｍ程度である。これにより、孔の形成精度を高くすることができる。プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路１６４および供給マニホールド１６１を構成するように、位置合わせして積層されている。
　流路部材２１において、供給マニホールド１６１と吐出孔１６３との間は、個別流路１６４で繋がっている。供給マニホールド１６１は、流路部材２１の内部の第２面２１ｂ側に位置しており、吐出孔１６３は、流路部材２１の第２面２１ｂに位置している。
　個別流路１６４は、圧力室１６２と、個別供給流路１６５とを有している。圧力室１６２は、流路部材２１の第１面２１ａに位置しており、個別供給流路１６５は、供給マニホールド１６１と圧力室１６２とを繋ぐ流路である。
　また、個別供給流路１６５は、他の部分よりも幅の狭いしぼり１６６を含んでいる。しぼり１６６は、個別供給流路１６５の他の部分よりも幅が狭いため、流路抵抗が高い。このように、しぼり１６６の流路抵抗が高いと、圧力室１６２に生じた圧力は、供給マニホールド１６１に逃げにくい。
　つづいて、図５および図６を参照して圧電素子１７０の構成について説明する。図５および図６に示すように、圧電素子１７０は、圧電セラミック体１７１と、補強プレート１７２と、内部電極１７３と、表面電極１７４と、接続電極１７５とを有する。
　圧電セラミック体１７１は、平板状の形状を有する。圧電セラミック体１７１は、補強プレート１７２を介して流路部材２１の第１面２１ａに位置している。
　圧電セラミック体１７１は、たとえば、複数の圧電セラミック層１７１ａ，１７１ｂを含む。圧電セラミック層１７１ａ，１７１ｂは、たとえば、それぞれ２０μｍ程度の厚さを有する。圧電セラミック層１７１ａ，１７１ｂのいずれの層も複数の圧力室１６２に跨がって延在している。複数の圧電素子１７０は、１つの圧電セラミック体１７１を共有している。
　圧電セラミック層１７１ａ，１７１ｂとしては、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を用いることができる。
　ここでは、圧電セラミック体１７１が２つの圧電セラミック層１７１ａ，１７１ｂを含む場合の例を示しているが、圧電セラミック体１７１は、３つ以上の圧電セラミック層を含んでいてもよい。
　圧電セラミック層１７１ｂは、振動板の一例である。なお、振動板は、必ずしもＰＺＴのような圧電セラミック体であることを要しない。
　補強プレート１７２は、平板状の形状を有する。補強プレート１７２は、流路部材２１の第１面２１ａと、圧電セラミック体１７１における表面電極１７４が位置する表面とは反対側の裏面との間に位置している。補強プレート１７２は、複数の圧力室１６２に跨がって延在しており、複数の圧力室１６２の天井部分を構成する。複数の圧電素子１７０は、１つの補強プレート１７２を共有している。
　補強プレート１７２は、圧電セラミック体１７１よりも硬い材料で形成される。たとえば、補強プレート１７２は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属で形成される。また、この場合、圧電セラミック層１７１ｂは必ずしも設けられることを要しない。
　なお、圧電素子１７０は、必ずしも補強プレート１７２を有することを要しない。この場合、圧電セラミック体１７１が複数の圧力室１６２の天井部分を構成する。
　内部電極１７３は、圧電セラミック体１７１の内部に位置する。具体的には、内部電極１７３は、２つの圧電セラミック層１７１ａ，１７１ｂの間に位置する。内部電極１７３は、圧電セラミック層１７１ａおよび圧電セラミック層１７１ｂの間の領域に面方向の略全面にわたって形成されている。すなわち、内部電極１７３は、圧電アクチュエータ２２に対向する領域内の全ての圧力室１６２と重なっている。かかる内部電極１７３は、複数の圧電素子１７０によって共用される共通電極として機能する。
　内部電極１７３は、たとえば、Ａｇ－Ｐｄ系などの金属材料を用いることができる。内部電極１７３の厚さは、たとえば２μｍ程度である。
　なお、内部電極１７３は、圧電セラミック層１７１ａに形成されたビアホールを介して、圧電セラミック体１７１の表面に位置する接続電極（図示せず）に電気的に接続される。かかる内部電極１７３用の接続電極は、接地され、グランド電位に保持されている。
　表面電極１７４は、電極本体１７４ａと、引出電極１７４ｂとを有する。電極本体１７４ａは、圧力室１６２と対向する領域に位置している。電極本体１７４ａは、圧力室１６２より一回り小さく、圧力室１６２と略相似な形状である。
　図５に示すように、実施形態では、一例として、圧力室１６２および電極本体１７４ａが平面視円形である場合の例を示している。しかし、圧力室１６２および電極本体１７４ａの形状は、本例に限定されない。この点については図１６を用いて後述する。
　引出電極１７４ｂは、電極本体１７４ａから引き出されている。引出電極１７４ｂは、後述する接続電極１７５に向かって直線状に延びている。すなわち、引出電極１７４ｂの一端における圧力室１６２と対向する領域外に引き出された部分には、接続電極１７５が位置している。
　表面電極１７４の電極本体１７４ａおよび引出電極１７４ｂは、たとえば、Ａｕ系などの金属材料を用いることができる。
　接続電極１７５は、たとえば、厚さが１５μｍ程度の凸形状を有する。接続電極１７５は、圧電セラミック体１７１の表面に位置し、表面電極１７４に接続される。具体的には、接続電極１７５は、引出電極１７４ｂ上に位置しており、引出電極１７４ｂを介して電極本体１７４ａと電気的に接続される。接続電極１７５は、フレキシブル基板３１（図３参照）に設けられた電極と電気的に接合されている。
　接続電極１７５は、表面電極１７４に含有される金属（たとえば、Ａｕ）よりもイオンマイグレーションを生じさせ易い金属を含む。たとえば、接続電極１７５は、Ａｇ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｎｉを含む。具体的には、接続電極１７５として、ガラスフリットを含む銀－パラジウムが用いられる。
　複数の表面電極１７４は、個別に電位を制御するために、それぞれが接続電極１７５、フレキシブル基板３１および配線を介して、個別に制御部１４（図１参照）に電気的に接続されている。そして、表面電極１７４と内部電極１７３とを異なる電位にして、圧電セラミック層１７１ａの分極方向に電界を印加すると、かかる圧電セラミック層１７１ａ内の電界が印加された部分が、圧電効果により変形する活性部として動作する。
　すなわち、圧電アクチュエータ２２における、表面電極１７４と、圧電セラミック層１７１ａ、補強プレート１７２および内部電極１７３における圧力室１６２に対向する部位とによって圧電素子１７０が構成されている。そして、かかる圧電素子１７０がユニモルフ変形することにより、圧力室１６２が押圧され、吐出孔１６３から液体が吐出される。吐出孔１６３は、ノズルプレート２１Ｉを貫通するノズルの一例である。
＜溝部の構成＞
　図７は、実施形態に係る圧電素子１７０の模式的な平面図である。また、図８は、図７に示すＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ矢視における模式的な断面図である。なお、図７では、理解を容易にするために溝部１００の大きさを誇張して示している。
　図７に示すように、圧電素子１７０は、溝部１００を有する。溝部１００は、図７に示す平面視、すなわち、圧電セラミック体１７１の表面に対して垂直な方向から圧電素子１７０を見た平面視において、表面電極１７４の近傍に位置しており、表面電極１７４における電極本体１７４ａの外形に応じた形状で延びている。
　たとえば、図７に示す例において、溝部１００は、円形の電極本体１７４ａを囲むように電極本体１７４ａの外形に沿って円弧状に延びている。溝部１００の長手方向における両端は、引出電極１７４ｂの近傍まで延びている。具体的には、溝部１００の長手方向における一端は引出電極１７４ｂの一方の側面と対向し、他端は引出電極１７４ｂの他方の側面と対向している。すなわち、図７に示す例において、溝部１００は、電極本体１７４ａの略全周、具体的には、引出電極１７４ｂが引き出される領域を除く電極本体１７４ａの全周を囲んでいる。
　なお、溝部１００は、必ずしも電極本体１７４ａの外形に厳密に沿っていることを要しない。たとえば、溝部１００は、電極本体１７４ａの外形に対して蛇行していてもよいし、部分的に途切れていてもよい。
　図７に示す例において、溝部１００は、表面電極１７４における電極本体１７４ａの周囲（外側）に位置しているが、これに限らず、電極本体１７４ａの内側に位置していてもよい。この点については、図１１を用いて後述する。
　このように、表面電極１７４の近傍に溝部１００を設けることで、圧電セラミック体１７１の剛性を低くすることができることから、溝部１００を設けない場合と比較して圧電素子１７０の駆動変位を大きくすることができる。
　ここで、仮に溝部１００の深さを内部電極１７３に到達しない程度の比較的浅い深さとすると、圧電素子１７０の駆動変位を十分に大きくすることができない。このため、圧電素子１７０の駆動変位を大きくするという観点からは、溝部１００の深さは、内部電極１７３に到達する深さ以上の深さとすることが好ましい。なお、「深さ」とは、圧電セラミック体１７１の厚み方向における距離のことを意味する。
　一方で、溝部１００の深さを内部電極１７３に到達する深さ以上の深さとした場合、溝部１００の壁面に内部電極が露出することとなる。これにより、接続電極１７５と内部電極１７３との間でイオンマイグレーションが発生するリスクがある。イオンマイグレーションは、Ａｇ、Ｐｂ、Ｃｕ等で生じやすいことが知られている。上述したように、接続電極１７５および内部電極１７３は、Ａｇを含んで構成される。このため、イオンマイグレーションは、接続電極１７５および内部電極１７３間で生じ易い。なお、イオンマイグレーションは、Ａｕ、Ｆｅ、Ｐｔ等では生じにくいことが知られている。表面電極１７４は、Ａｇ以外の金属、具体的には、Ａｕを含んで構成される。このため、表面電極１７４および内部電極１７３間においては、イオンマイグレーションは比較的生じにくい。
　溝部１００は、深溝部１０１と、２つの浅溝部１０２とを有する。２つの浅溝部１０２のうち一方は、深溝部１０１の両端部のうち一方の端部と繋がっており、２つの浅溝部１０２のうち他方は、深溝部１０１の両端部のうち他方の端部と繋がっている。これら深溝部１０１および２つの浅溝部１０２により、一続きの溝部１００が形成されている。
　図８に示すように、深溝部１０１は、内部電極１７３に到達する深さ以上の深さを有する。これに対し、浅溝部１０２は、内部電極１７３に到達する深さ未満の深さを有する。また、浅溝部１０２は、深溝部１０１よりも接続電極１７５の近くに位置している。
　このように、実施形態に係る圧電素子１７０は、溝部１００のうち接続電極１７５に近い浅溝部１０２の深さを内部電極１７３よりも浅くすることとした。これにより、内部電極１７３に到達する深さ以上の深さを有する溝部を長手方向の全域に亘って設けた場合と比較して、内部電極１７３が露出する位置と接続電極１７５との距離を離すことができる。内部電極１７３が露出する位置と接続電極１７５との距離が離れるほど、内部電極１７３の露出部分にイオンマイグレーションによって生成された金属が接続電極１７５に到達するまでの距離が長くなる。すなわち、内部電極１７３と接続電極１７５との短絡が生じにくくなる。
　このように、実施形態に係る圧電アクチュエータ２２によれば、イオンマイグレーションによるリスクを抑えつつ圧電素子１７０の駆動変位を大きくすることができる。
　なお、一例として、浅溝部１０２の深さは、１５μｍ以上２０μｍ以下であり、浅溝部１０２の幅は、２５μｍ以上１５０μｍ以下であってもよい。また、一例として、深溝部１０１の深さは、２５μｍ以上４５μｍ以下であり、深溝部１０１の幅は２５μｍ以上１５０μｍ以下であってもよい。また、一例として、浅溝部１０２の深さをＤ１とし、深溝部１０１の深さをＤ２とした場合、Ｄ１／Ｄ２は、０．３３以上０．８０以下であってもよい。言い換えると、内部電極を有する２走行の圧電アクチュエータ２２において、浅溝部１０２の深さを上層（圧電セラミック層１７１ａ）の厚みの５０％以上８０％未満とし、深溝部１０１の深さを上層の厚みよりも大きく且つ総厚み（圧電セラミック層１７１ａ、内部電極１７３および圧電セラミック層１７１ｂの合計厚み）よりも小さくすることが好ましい。このような範囲とした場合、イオンマイグレーションによるリスクを好適に抑えつつ圧電素子１７０の駆動変位を好適に大きくすることができる。
　また、実施形態に係る圧電アクチュエータ２２を有する液体吐出ヘッド８によれば、圧電素子１７０の駆動変位が大きいことからより高粘度の液体を吐出することができ、かつ、イオンマイグレーションによるリスクが生じにくいことから信頼性が高い。
　なお、深溝部１０１および浅溝部１０２を有する溝部１００は、たとえばレーザ加工により形成することができる。具体的には、溝部１００は、深溝部１０１と浅溝部１０２とでレーザ加工の条件を変えることにより形成することができる。たとえば、溝部１００は、深溝部１０１と浅溝部１０２とでレーザの出力またはパルス頻度を異ならせることによって形成してもよい。また、溝部１００は、レーザの出力またはパルス頻度を一定としつつ、深溝部１０１と浅溝部１０２とでレーザの照射位置の移動速度またはレーザの照射時間等を異ならせたりすることによって形成してもよい。
　図８に示すように、深溝部１０１は、内部電極１７３を貫通していてもよい。かかる構成とした場合、深溝部１０１が内部電極１７３を貫通しない場合と比較して、圧電セラミック体１７１の剛性をより低くすることができることから、圧電素子１７０の駆動変位をさらに大きくすることができる。なお、深溝部１０１は、少なくとも内部電極１７３に到達していればよく、必ずしも内部電極１７３を貫通することを要しない。
　また、深溝部１０１は、補強プレート１７２に到達する深さを有していてもよい。上述したように、補強プレート１７２は、圧電セラミック体１７１よりも硬いＳＵＳ等の金属で形成されており、圧電セラミック体１７１と比べてレーザによって削られにくい。言い換えると、補強プレート１７２は、選択したレーザ光源に対して、圧電セラミック体１７１よりも、レーザの加工効率が低い材料で形成されればよい。このため、深溝部１０１の深さを補強プレート１７２に到達しない程度の深さとした場合と比べて、複数の圧電素子１７０間における深溝部１０１の深さのバラツキを低減することができる。これにより、複数の圧電素子１７０間における駆動変位のバラツキを低減することができる。また、複数の圧電素子１７０間における駆動変位のバラツキが低減することで、複数の圧電素子１７０間における液体の吐出性能のバラツキを低減することができる。
　なお、図８の例に限らず、深溝部１０１は、補強プレート１７２に到達する深さ以上の深さを有していてもよい。
　深溝部１０１と浅溝部１０２との境界部１０３は、段差形状を有していてもよい。すなわち、深溝部１０１の長手方向における端面は概ね垂直に切り立っていてもよい。かかる構成とした場合、たとえば、浅溝部１０２をスロープ形状とした場合と比べて、複数の圧電素子１７０間での内部電極１７３の露出位置のバラツキを低減することができる。これにより、イオンマイグレーションによるリスクをより確実に低減することができる。
　図７に示すように、平面視において表面電極１７４および接続電極１７５が成す外形は線対称である。具体的には、表面電極１７４および接続電極１７５が成す外形は、表面電極１７４における電極本体１７４ａの中心点Ｐ１と接続電極１７５の中心点Ｐ２とを通る直線Ｌ１に対して線対称である。なお、「表面電極１７４および接続電極１７５が成す外形」とは、表面電極１７４および接続電極１７５によって形成される１つのシルエットを意味する。
　溝部１００は、平面視において、表面電極１７４の重心、具体的には、表面電極１７４における電極本体１７４ａの重心を通る直線に対して線対称であってもよい。
　たとえば、図７に示す例において、電極本体１７４ａの重心は、電極本体１７４ａの中心点Ｐ１と一致するものとする。この場合、溝部１００は、表面電極１７４および接続電極１７５が成す外形の対称軸である直線Ｌ１に対して線対称であってもよい。具体的には、深溝部１０１は、直線Ｌ１に対して線対称であり、かつ、２つの浅溝部１０２も、直線Ｌ１に対して線対称であってもよい。
　かかる構成とした場合、電極本体１７４ａの重心を通る直線上もしくはその近傍に、電極本体１７４ａにおいて変位が最大になる点を位置させることができる。電極本体１７４ａにおいて変位が最大になる点が電極本体１７４ａの重心に近いほど、電極本体１７４ａの変位によるエネルギーを圧力室１６２に効率的に伝えることができる。したがって、かかる構成とすることにより、圧力室１６２に対して効率的に圧力を伝えることができる。
＜深溝部と浅溝部との境界部の位置について＞
　図９は、深溝部と浅溝部との境界部の位置を説明するための模式図である。図９では、圧電アクチュエータ２２が有する複数の圧電素子１７０のうち、互いに隣接する３つの圧電素子１７０＿１，１７０＿２，１７０＿３を示している。なお、図９では、溝部１００を省略して示している。
　溝部１００における深溝部１０１と浅溝部１０２との境界部１０３の位置は、たとえば、図９に示す円Ｃ１および直線Ｌ２によって規定されてもよい。
　具体的には、図９に示すように、圧電素子１７０＿１が有する表面電極１７４を第１表面電極１７４＿１とし、圧電素子１７０＿１の接続電極１７５に最も近い他の圧電素子１７０＿２が有する表面電極１７４を第２表面電極１７４＿２とする。なお、ここでは、圧電素子１７０＿１に対して２つの圧電素子１７０＿２が等距離で近接する場合の例を示しているが、圧電素子１７０＿１の接続電極１７５に最も近い他の圧電素子１７０＿２は１つであってもよい。
　円Ｃ１は、平面視において、圧電素子１７０＿１が有する接続電極１７５の中心点Ｐ２を中心とし且つ第２表面電極１７４＿２に接する仮想円である。圧電素子１７０＿１が有する溝部１００における深溝部１０１と浅溝部１０２との境界部１０３は、かかる円Ｃ１の外側に位置していてもよい。
　かかる構成とすることにより、内部電極１７３が露出した位置と接続電極１７５との距離を十分に離すことができる。したがって、接続電極１７５および内部電極１７３間におけるイオンマイグレーションによるリスクを十分に低減することができる。
　ここでは、円Ｃ１が第２表面電極１７４＿２に接する仮想円であるとしたが、より具体的には、圧電素子１７０＿２が有する溝部１００の外縁に接する仮想円であってもよい。かかる構成とすることにより、接続電極１７５および内部電極１７３間におけるイオンマイグレーションによるリスクをより確実に低減することができる。
　また、直線Ｌ２は、平面視において、第１表面電極１７４＿１における電極本体１７４ａの中心点Ｐ１を通る直線であって、電極本体１７４ａの中心点Ｐ１および接続電極１７５の中心点Ｐ２を通る直線Ｌ１に対して垂直な直線である。
　圧電素子１７０＿１が有する溝部１００における深溝部１０１と浅溝部１０２との境界部１０３は、かかる直線Ｌ２と電極本体１７４ａとの交点Ｐ３よりも接続電極１７５の近くに位置していてもよい。
　圧電素子１７０の駆動変位を大きくする観点からは、溝部１００における深溝部１０１の割合を多くすることが望ましい。そこで、表面電極１７４における電極本体１７４ａの外縁の少なくとも半分以上を占めるように深溝部１０１を設けることで、浅溝部１０２を設けることによる駆動変位を減少させ難くすることができる。
　このように、深溝部１０１と浅溝部１０２との境界部１０３は、直線Ｌ２と電極本体１７４ａとの交点Ｐ３よりも接続電極１７５に近く、且つ、円Ｃ１と電極本体１７４ａとの交点Ｐ４よりも接続電極１７５から遠い位置に設けられることが好ましい。
　なお、深溝部１０１と浅溝部１０２との境界部１０３は、内部電極１７３が露出する位置と言い換えることができる。また、深溝部１０１と浅溝部１０２との境界部１０３は、深溝部１０１の長手方向における両端部と言い換えることもできる。
＜溝部の位置＞
　図１０および図１１は、実施形態に係る溝部１００の位置の一例を示す模式図である。なお、図１０および図１１には、たとえば図９に示す直線Ｌ２で圧電素子１７０を切断した断面図を示している。
　図１０に示すように、溝部１００は、断面視において、圧力室１６２の内側かつ表面電極１７４（電極本体１７４ａ）の外側に位置していてもよい。
　かかる構成とした場合、圧力室１６２に対する電極本体１７４ａの位置が複数の圧電素子１７０間でずれている場合であっても、かかるズレによる複数の圧電素子１７０間での駆動変位のバラツキを生じさせにくくすることができる。したがって、複数のノズル間での吐出性能のバラツキを低減することができる。
　また、図１１に示すように、溝部１００は、断面視において、圧力室１６２の内側かつ表面電極１７４（電極本体１７４ａ）の内側に位置していてもよい。
　かかる構成とした場合、溝部１００の形成に際して、電極本体１７４ａの外周部分がレーザによって切り取られることとなる。したがって、レーザによって切り取られる前において、圧力室１６２に対する電極本体１７４ａの位置が複数の圧電素子１７０間でずれていたとしても、レーザによる切り取りよってかかるズレを小さくすることができる。これにより、複数の圧電素子１７０間での駆動変位のバラツキが生じにくくなるため、複数のノズル間での吐出性能のバラツキを低減することができる。
＜第１の別の実施形態：溝部の形状について＞
　図１２は、第１の別の実施形態に係る溝部１００の模式的な断面図である。図１２に示すように、浅溝部１０２は、深溝部１０１に向かうにつれて深くなるスロープ形状を有していてもよい。このスロープは、深溝部１０１に続いていてもよい。すなわち、溝部１００は、浅溝部１０２の接続電極１７５側の端部から深溝部１０１の最底面に向かうにつれて深くなるスロープ（傾斜面）を有していてもよい。この場合、上記スロープのうち、内部電極１７３が露出する部分が、深溝部１０１と浅溝部１０２との境界部１０３である。
　このように、溝部１００の深さを滑らかに変化させることにより、圧電素子１７０が変位した場合に、応力集中によるクラック等を生じにくくすることができる。
＜第２の別の実施形態：深溝部と浅溝部との位置関係について＞
　図１３は、第２の別の実施形態に係る溝部１００の構成を示す模式的な平面図である。また、図１４は、第２の別の実施形態に係る溝部１００の構成を示す模式的な断面図である。
　図１３および図１４に示すように、深溝部１０１と浅溝部１０２とは、離れていてもよい。この場合、深溝部１０１と浅溝部１０２とは、圧電セラミック体１７１によって隔てられた状態となる。言い換えれば、深溝部１０１と浅溝部１０２との境界部１０３には、圧電セラミック体１７１の壁が位置した状態となる。
　かかる構成とすることにより、内部電極１７３の露出位置にイオンマイグレーションによって生成された金属が接続電極１７５に到達するまでの距離をさらに延ばすことができる。したがって、イオンマイグレーションによるリスクをさらに低減することができる。
＜第３の別の実施形態：浅溝部の構成について＞
　図１５は、第３の別の実施形態に係る溝部１００の構成を示す模式的な断面図である。図１５に示すように、浅溝部１０２は、複数の凸部１２１を有していてもよい。各凸部１２１は、深溝部１０１から接続電極１７５に向かって深さが浅くなる部位１２１ａと深くなる部位１２１ｂとを含む。
　かかる構成とすることにより、内部電極１７３の露出位置にイオンマイグレーションによって生成された金属が接続電極１７５に到達するまでの距離をさらに延ばすことができる。したがって、イオンマイグレーションによるリスクをさらに低減することができる。
　なお、凸部１２１の高さは、たとえば、浅溝部１０２の深さの少なくとも１／３以上であってもよい。好ましくは、凸部１２１の高さは、浅溝部１０２の深さの半分以上であってもよい。
＜第４の別の実施形態：圧電素子の形状について＞
　図１６は、第４の別の実施形態に係る圧電素子１７０の構成を示す模式的な平面図である。圧電素子１７０の形状は、図５に示した形状に限定されない。たとえば、図１６に示すように、圧電素子１７０の形状は、ボーリングピン状であってもよい。
　具体的には、平面視において、圧力室１６２は、角が丸みを帯びた菱形を有していてもよい。この場合、表面電極１７４における電極本体１７４ａも、圧力室１６２の形状に合わせて、平面視において角が丸みを帯びた菱形を有する。引出電極１７４ｂは、電極本体１７４ａが有する複数の角部のうち鋭角な角部から接続電極１７５に向かって直線状に延びている。接続電極１７５は、平面視円形である。
　この場合も同様に、圧電素子１７０は、表面電極１７４における電極本体１７４ａの周囲または内側に位置し、電極本体１７４ａの外形に応じた形状で延びる溝部１００（ここでは図示せず）を有していてもよい。また、この場合も同様に、かかる溝部１００における深溝部１０１と浅溝部１０２との境界部１０３は、直線Ｌ２と電極本体１７４ａとの交点Ｐ３よりも接続電極１７５に近く、且つ、円Ｃ１と電極本体１７４ａとの交点Ｐ４よりも接続電極１７５から遠い位置に設けられることが好ましい。
　上述してきたように、実施形態に係る圧電アクチュエータ（一例として、圧電アクチュエータ２２）は、電圧の印加によって変形する圧電素子（一例として、圧電素子１７０）を有する。圧電素子は、振動板（一例として、圧電セラミック層１７１ｂ）と、内部電極（一例として、内部電極１７３）と、圧電セラミック体（一例として、圧電セラミック層１７１ａ）と、表面電極（一例として、表面電極１７４）と、接続電極（一例として、接続電極１７５）と、溝部（一例として、溝部１００）とを有する。内部電極は、振動板の表面に位置する。圧電セラミック体は、内部電極の表面に位置する。表面電極は、圧電セラミック体の表面に位置する。接続電極は、圧電セラミック体の表面に位置し、表面電極に接続される。溝部は、圧電セラミック体の表面に対して垂直な方向から圧電素子を見た平面視において、表面電極の周囲または内側に位置し、表面電極の外形に応じた形状で延びる。溝部は、深溝部（一例として、深溝部１０１）と浅溝部（一例として、浅溝部１０２）とを有する。深溝部は、内部電極に到達する深さ以上の深さを有する。浅溝部は、深溝部よりも接続電極の近くに位置し、内部電極に到達する深さ未満の深さを有する。
　したがって、実施形態にかかる圧電アクチュエータによれば、イオンマイグレーションによるリスクを抑えつつ圧電素子の駆動変位を大きくすることができる。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。たとえば、上述の実施形態では、流路部材２１が積層された複数のプレートで構成された例について示したが、流路部材２１は積層された複数のプレートで構成されている場合に限られない。
　たとえば、供給マニホールド１６１または個別流路１６４などをエッチング処理で形成することにより、流路部材２１を構成してもよい。
　記録装置は、車体塗装装置であってもよい。この場合の記録装置は、塗装材料を吐出するノズル面を有する液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッドを保持するアームと、アームを介してヘッドの動きを制御する制御部とを備えていてもよい。アームは、たとえば、複数のモータによって駆動する多関節ロボットである。
　さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
　１　プリンタ
　２　給紙ローラ
　３　ガイドローラ
　４　塗布機
　５　ヘッドケース
　６　搬送ローラ
　７　フレーム
　８　液体吐出ヘッド
　９　搬送ローラ
　１０　乾燥機
　１１　搬送ローラ
　１２　センサ部
　１３　回収ローラ
　１４　制御部
　２０　ヘッド本体
　２１　流路部材
　２２　圧電アクチュエータ
　２３　リザーバ
　２４　吐出領域
　３０　配線部
　３１　フレキシブル基板
　３２　配線基板
　３４　押圧部材
　３５　弾性部材
　４０　筐体
　４５　放熱板
　１００　溝部
　１０１　深溝部
　１０２　浅溝部
　１０３　境界部
　１２１　凸部
　１６１　供給マニホールド
　１６２　圧力室
　１６３　吐出孔
　１６４　個別流路
　１６５　個別供給流路
　１７０　圧電素子
　１７１　圧電セラミック体
　１７１ａ　圧電セラミック層
　１７１ｂ　圧電セラミック層
　１７２　補強プレート
　１７３　内部電極
　１７４　表面電極
　１７４　第１表面電極
　１７４　第２表面電極
　１７４ａ　電極本体
　１７４ｂ　引出電極
　１７５　接続電極

Claims (16)

  1. 　電圧の印加によって変形する圧電素子を有し、
    　前記圧電素子は、
    　振動板と、
    　前記振動板の表面に位置する内部電極と、
    　前記内部電極の表面に位置する圧電セラミック体と、
    　前記圧電セラミック体の表面に位置する表面電極と、
    　前記圧電セラミック体の表面に位置し、前記表面電極に接続される接続電極と、
    　前記圧電セラミック体の表面に対して垂直な方向から前記圧電素子を見た平面視において、前記表面電極の周囲または内側に位置し、前記表面電極の外形に応じた形状で延びる溝部と
    　を有し、
    　前記溝部は、
    　前記内部電極に到達する深さ以上の深さを有する深溝部と、
    　前記深溝部よりも前記接続電極の近くに位置し、前記内部電極に到達する深さ未満の深さを有する浅溝部と
    　を有する、圧電アクチュエータ。
  2. 　前記接続電極は、前記表面電極に含有される金属よりもイオンマイグレーションを生じさせ易い金属を含む、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
  3. 　前記接続電極は、Ａｇを含む、請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
  4. 　前記振動板、前記圧電セラミック体および前記内部電極を共有する複数の前記圧電素子を有し、
    　一の前記圧電素子が有する前記溝部は、
    　前記一の圧電素子が有する前記表面電極を第１表面電極とし、前記一の圧電素子に最も近い他の前記圧電素子が有する前記表面電極を第２表面電極とした場合に、前記平面視において、前記一の圧電素子が有する前記接続電極の中心点を中心とし前記第２表面電極に接する円の外側に、前記深溝部と前記浅溝部との境界部を有する、請求項１～３のいずれか一つに記載の圧電アクチュエータ。
  5. 　前記表面電極は、
    　電極本体と、
    　前記電極本体から前記接続電極に向かって延びる引出部と
    　を有し、
    　前記溝部は、
    　前記平面視において、前記電極本体の中心点を通る直線であって、前記電極本体の中心点および前記接続電極の中心点を通る直線に対して垂直な直線と前記電極本体との交点よりも、前記接続電極に近い位置に、前記深溝部と前記浅溝部との境界部を有する、請求項１～４のいずれか一つに記載の圧電アクチュエータ。
  6. 　前記深溝部は、
    　前記内部電極を貫通する、請求項１～５のいずれか一つに記載の圧電アクチュエータ。
  7. 　前記振動板における前記内部電極が位置する表面とは反対側の裏面に位置し、前記振動板よりも硬い補強プレート
    　を有し、
    　前記深溝部は、前記補強プレートに到達する深さ以上の深さを有する、請求項６に記載の圧電アクチュエータ。
  8. 　前記溝部は、
    　前記平面視において、前記表面電極の重心を通る直線に対して線対称である、請求項１～７のいずれか一つに記載の圧電アクチュエータ。
  9. 　前記深溝部と前記浅溝部との境界部は、段差形状を有する、請求項１～８のいずれか一つに記載の圧電アクチュエータ。
  10. 　前記浅溝部は、前記深溝部に向かうにつれて深くなるスロープ形状を有する、請求項１～８のいずれか一つに記載の圧電アクチュエータ。
  11. 　前記深溝部と前記浅溝部とは離れている、請求項１～１０のいずれか一つに記載の圧電アクチュエータ。
  12. 　前記浅溝部は、
    　深さが浅くなる部位と深くなる部位とを有する、請求項１～１１のいずれか一つに記載の圧電アクチュエータ。
  13. 　液滴を吐出するノズルと、
    　前記ノズルに繋がる圧力室と、
    　電圧の印加によって変形して前記圧力室を変形させる請求項１～１２のいずれか一つに記載の圧電アクチュエータと
    　を有する、液体吐出ヘッド。
  14. 　前記圧力室は、前記平面視において、前記圧電素子と重なる位置に設けられ、
    　前記溝部は、前記圧力室の内側かつ前記表面電極の外側に位置する、請求項１３に記載の液体吐出ヘッド。
  15. 　前記圧力室は、前記平面視において、前記圧電素子と重なる位置に設けられ、
    　前記溝部は、前記圧力室の内側かつ前記表面電極の内側に位置する、請求項１３に記載の液体吐出ヘッド。
  16. 　請求項１３～１５のいずれか一つに記載の液体吐出ヘッドを有する記録装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007090871A (ja) * 2005-08-31 2007-04-12 Brother Ind Ltd 液体吐出ヘッド及びその製造方法
JP2008173959A (ja) * 2006-12-21 2008-07-31 Seiko Epson Corp 液滴吐出ヘッド、エネルギー変換素子、圧電デバイス、ｍｅｍｓ構造、カンチレバー型アクチュエータ、圧電センサー及び圧電リニアモータ
JP2018034372A (ja) * 2016-08-30 2018-03-08 京セラ株式会社 液体吐出ヘッド、およびそれを用いた記録装置

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