JP4915381B2 - Droplet discharge device and droplet discharge head - Google Patents
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Description
本発明は、インクジェットプリンタなどの液滴吐出装置及び、インクジェットヘッドなどの液滴吐出ヘッドに関するものである。 The present invention relates to a droplet discharge device such as an inkjet printer and a droplet discharge head such as an inkjet head.
従来、液滴吐出装置の1つとして、複数の圧力室が規則的に形成されたキャビティユニットに、前記各圧力室内のインクを選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合されたインクジェットヘッドと、前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段とを備えたインクジェットプリンタが知られている。そして、前述したような圧電アクチュエータとしては、積層型の縦効果アクチュエータを用いるもの(例えば特許文献1参照)や、ユニモルフアクチュエータを用いるものが知られている(例えば特許文献2参照)。 Conventionally, as one of the droplet discharge devices, an inkjet head in which a piezoelectric actuator for selectively discharging ink in each pressure chamber is joined to a cavity unit in which a plurality of pressure chambers are regularly formed; There is known an ink jet printer provided with a voltage applying means for applying a voltage to the piezoelectric actuator. As piezoelectric actuators as described above, there are known ones using a stacked vertical effect actuator (for example, see Patent Document 1) and those using a unimorph actuator (for example, see Patent Document 2).
そのようなインクジェットプリンタのインクジェットヘッドにおいて、ノズル数を増加させて記録の高画質・高品質を確保するために、圧力室の高密度化の要求がある。圧力室を高密度化して配列すると、隣接する圧力室間の距離が短くなるので、駆動時に、隣接する圧力室への影響、いわゆるクロストークの問題が生じる。 In the ink jet head of such an ink jet printer, there is a demand for high density pressure chambers in order to increase the number of nozzles and ensure high image quality and high quality of recording. When the pressure chambers are arranged in high density, the distance between the adjacent pressure chambers is shortened, so that an influence on the adjacent pressure chambers, that is, a so-called crosstalk problem occurs during driving.
つまり、インクジェットヘッドは、例えば図39及び図40に示すように、3つの圧電材料層112a,112b,112cからなる圧電アクチュエータ112が、圧力室114aが規則的に形成されるキャビティユニット114の上側に拘束プレート115を介して接合されてなる。そして、圧電材料層112aの上面側に、各圧力室114aに対応して個別電極121が、下面側に定電位電極122(グランド電位)がそれぞれ設けられ、また、圧電材料層112cの上面側に個別電極121が、下面側に定電位電極122がそれぞれ設けられている。このような構成であると、個別電極121と定電位電極122にて挟まれる領域(圧電材料層)が、個別電極121に選択的に正の電位を付与することで、圧力室114aの容積を変化させて、ノズル穴114bからインクを吐出させる活性部Sとして機能する。このようなインク吐出のための変形は、インクを吐出する圧力室だけでなく、図41に示すように、圧電材料層112a〜112cの変形により、その圧力室114aに隣接する圧力室114aにも影響する。 That is, in the inkjet head, for example, as shown in FIGS. 39 and 40, the piezoelectric actuator 112 including three piezoelectric material layers 112a, 112b, and 112c is disposed above the cavity unit 114 in which the pressure chambers 114a are regularly formed. It is joined via a restraining plate 115. An individual electrode 121 is provided on the upper surface side of the piezoelectric material layer 112a corresponding to each pressure chamber 114a, a constant potential electrode 122 (ground potential) is provided on the lower surface side, and an upper surface side of the piezoelectric material layer 112c. The individual electrode 121 is provided on the lower surface side, and the constant potential electrode 122 is provided on the lower surface side. With such a configuration, a region (piezoelectric material layer) sandwiched between the individual electrode 121 and the constant potential electrode 122 selectively applies a positive potential to the individual electrode 121, thereby increasing the volume of the pressure chamber 114a. It functions as an active portion S that changes and ejects ink from the nozzle hole 114b. Such deformation for ink ejection is not only applied to the pressure chamber for ejecting ink, but also to the pressure chamber 114a adjacent to the pressure chamber 114a due to the deformation of the piezoelectric material layers 112a to 112c as shown in FIG. Affect.
そのため、隣接する圧力室114について吐出特性が変動する不具合(例えば、ノズル穴114bから意図しないインクの吐出がなされるといった不具合)、すなわちクロストークの問題が生じていた。 For this reason, there is a problem that the discharge characteristics fluctuate between adjacent pressure chambers 114 (for example, a problem that unintended ink is discharged from the nozzle hole 114b), that is, a problem of crosstalk.
このようなクロストークの問題を解消するため、様々な対策が提案されている。例えば、特許文献3には、圧力発生室12の幅方向両側の隔壁11間に亘って梁部100を設けることで、隔壁11の剛性を向上させて、隣接する圧力発生室間でクロストークが発生するのを防止したものが記載されている。 Various measures have been proposed to solve such a crosstalk problem. For example, in Patent Document 3, the rigidity of the partition wall 11 is improved by providing the beam portions 100 between the partition walls 11 on both sides in the width direction of the pressure generation chamber 12, and crosstalk occurs between the adjacent pressure generation chambers. What has been prevented from occurring is described.
また、特許文献4には、各加圧液室4を隔絶する側壁5に、ノズル板3から所定深さと所定幅を有する弾性体7が配設することで、機械的クロストークを減少させるようにしたものが記載されている。
しかしながら、これらの対策も圧力室(インク吐出ch)の高密度化が進むにつれて、完全なものではなくなってきた。 However, these measures are not perfect as the pressure chambers (ink ejection channels) are increased in density.
この発明は、高密度化しても、個別電極の数、つまり信号線の数を増やすことなく、クロストークを抑制することができる液滴吐出装置及び液滴吐出ヘッドを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a droplet discharge device and a droplet discharge head that can suppress crosstalk without increasing the number of individual electrodes, that is, the number of signal lines, even if the density is increased. .
請求項1の発明は、複数の圧力室が規則的に形成されたキャビティユニットに前記各圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合された液滴吐出ヘッドと、前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段とを備えた液滴吐出装置であって、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部分に対応する第1の活性部と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第2の活性部とを備え、前記第1の活性部及び前記第2の活性部は、それぞれ、前記電圧印加手段により電圧を印加された場合に、前記圧力室に向かう第1の方向に伸張するとともにその第1の方向と直交する第2の方向に収縮する変形状態となるように構成され、前記電圧印加手段は、前記第1の活性部に電圧を印加するときは前記第2の活性部に電圧を印加しない一方、前記第1の活性部に電圧を印加しないときは前記第2の活性部に電圧を印加するものであることを特徴とする。ここで、「活性部」は、電圧の印加・非印加で、変形状態になったり、非変形状態になったりする部分を意味する。また、「第2の活性部」は、圧力室に対応する部分と圧力室間の桁部に対応する部分とに跨って存在する場合のほか、圧力室に対応する部分から外れて桁部に対応する部分にしか存在しない場合と、圧力室に対応する部分にしか存在しない場合も含む。「第1の方向」とは、圧力室と活性部が並ぶ方向、すなわち圧電アクチュエータとキャビティユニットとの積層方向を意味する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a droplet discharge head in which a piezoelectric actuator for selectively discharging a liquid in each pressure chamber is joined to a cavity unit in which a plurality of pressure chambers are regularly formed, and the piezoelectric actuator And a voltage applying means for applying a voltage to the piezoelectric actuator, wherein the piezoelectric actuator includes a first active portion corresponding to a central portion of the pressure chamber and a central portion of the pressure chamber. A second active portion corresponding to a portion on the outer peripheral side, and each of the first active portion and the second active portion is provided in the pressure chamber when a voltage is applied by the voltage applying means. The voltage applying means applies a voltage to the first active portion. The voltage applying means applies a voltage to the first active portion. when While not applied serial second voltage to the active portion, and wherein the time of not applying voltage to the first active portion is to apply a voltage to the second active portion. Here, the “active part” means a part that becomes a deformed state or a non-deformed state when a voltage is applied or not. In addition to the case where the “second active part” exists across the part corresponding to the pressure chamber and the part corresponding to the girder part between the pressure chambers, The case where it exists only in the corresponding part and the case where it exists only in the part corresponding to the pressure chamber are included. The “first direction” means the direction in which the pressure chamber and the active part are arranged, that is, the stacking direction of the piezoelectric actuator and the cavity unit.
このようにすれば、圧力室の中央部分に対応する第1の活性部と、前記圧力室の中央部分よりも外周側の部分に対応する第2の活性部とは、電圧の印加・非印加によって逆方向の変形が生じるので、圧力室の配置を高密度化して、隣り合う圧力室同士が接近するようになっても、第1の活性部の変形が、隣接する圧力室に伝達される際に、第2の活性部分の変形によってキャンセルされ、第1の活性部の変形が、隣接する圧力室へ伝播する、いわゆるクロストークが抑制される。 In this way, the first active portion corresponding to the central portion of the pressure chamber and the second active portion corresponding to the outer peripheral portion of the pressure chamber are applied / non-applied with voltage. Therefore, even if the pressure chambers are densified and the adjacent pressure chambers come closer to each other, the deformation of the first active portion is transmitted to the adjacent pressure chambers. At this time, the so-called crosstalk, which is canceled by the deformation of the second active portion and the deformation of the first active portion propagates to the adjacent pressure chamber, is suppressed.
この場合、請求項2に記載のように、請求項1の液滴吐出装置において、前記第2の活性部は、前記圧力室の外周縁よりも内側の領域を含むことが望ましい。 In this case, as described in claim 2, in the droplet discharge device of claim 1, it is preferable that the second active portion includes a region inside the outer peripheral edge of the pressure chamber.
このようにすれば、第1の活性部だけでなく、第2の活性部も圧力室の容積変化に貢献することとなり、第1の活性部だけによる場合よりも圧力室の容積を大きく変化させることができる。よって、圧電アクチュエータに電圧を印加して、圧力室内の液体を選択的に吐出させる吐出効率(前記電圧を印加したときの吐出量)を向上させることが可能となる。 In this way, not only the first active part but also the second active part contributes to the volume change of the pressure chamber, and the volume of the pressure chamber is changed more greatly than in the case of using only the first active part. be able to. Therefore, it is possible to improve the discharge efficiency (discharge amount when the voltage is applied) for selectively discharging the liquid in the pressure chamber by applying a voltage to the piezoelectric actuator.
請求項3に記載のように、請求項1又は2の液滴吐出装置において、前記第1の活性部は、第1の電位及びそれと異なる第2の電位が選択的に付与される個別電極と、前記第1の電位が付与される第1の定電位電極との間に挟まれた圧電材料を含んで構成とされ、前記第2の活性部は、前記個別電極と、前記第2の電位が付与される第2の定電位電極との間に挟まれた圧電材料を含んで構成とすることができる。 According to a third aspect of the present invention, in the liquid droplet ejection apparatus according to the first or second aspect, the first active portion includes an individual electrode to which a first potential and a second potential different from the first potential are selectively applied. And a piezoelectric material sandwiched between the first constant potential electrode to which the first potential is applied, and the second active portion includes the individual electrode and the second potential. Can be configured to include a piezoelectric material sandwiched between the second constant potential electrode to which is applied.
このようにすれば、個別電極に、第1の電位と第2の電位とを選択的に付与するだけで、第1の活性部の変形と第2の活性部の変形(元の状態に復帰)とを完全に同時に行わせることができる。よって、第1の活性部の変形が隣の圧力室に伝播しようとするのが、第2の活性部の変形によって打ち消され、高精度のタイミング制御を要することなく、クロストークが抑制される。 In this way, the first active portion and the second active portion can be deformed (return to the original state) only by selectively applying the first potential and the second potential to the individual electrode. ) At the same time. Therefore, the deformation of the first active part that is about to propagate to the adjacent pressure chamber is canceled by the deformation of the second active part, and crosstalk is suppressed without requiring highly precise timing control.
請求項4に記載のように、請求項1〜3のいずれかの液滴吐出装置において、前記個別電極は、前記第1の活性部に対応する領域と前記第2の活性部に対応する領域に跨ってこれらの領域をともに占めるように形成され、前記第1の定電位電極は、前記第1の活性部に対応する領域を占めるように形成され、前記第2の定電位電極は、少なくとも前記第2の活性部に対応する領域を占めるように形成されることが望ましい。 5. The liquid droplet ejection apparatus according to claim 1, wherein the individual electrode includes a region corresponding to the first active portion and a region corresponding to the second active portion. The first constant potential electrode is formed so as to occupy a region corresponding to the first active part, and the second constant potential electrode is at least It is desirable to form so as to occupy a region corresponding to the second active portion.
このようにすれば、請求項1〜3の構成を実現するための、電極を効率よく配置して、無駄のない配置が可能となる。 If it does in this way, the arrangement | positioning without a waste will be attained by arrange | positioning an electrode efficiently for implement | achieving the structure of Claims 1-3.
請求項5の発明は、請求項3又は4の液滴吐出装置において、前記第1の活性部は、前記個別電極に前記第2の電位が付与され前記第1の定電位電極に前記第1の電位が付与されたときに印加される電圧の方向と同じ方向に分極されており、前記第2の活性部は、前記個別電極に前記第1の電位が付与され前記第2の定電位電極に前記第2の電位が付与されたときに印加される電圧の方向と同じ方向に分極されている構成とすることができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the droplet discharge device according to the third or fourth aspect, the first active portion is configured such that the second potential is applied to the individual electrode and the first constant potential electrode is the first first potential. The second active portion is polarized in the same direction as the voltage applied when the second potential is applied, and the second constant potential electrode is applied with the first potential applied to the individual electrode. The second electrode can be polarized in the same direction as the voltage applied when the second potential is applied.
このようにすれば、第1及び第2の活性部において、駆動時における電圧の印加方向と分極時における電圧の印加方向を全て揃えることができ、電極を、駆動時(活性部の変形時)だけでなく、製造の際における分極時にも利用することができる。また、駆動時における電圧の印加方向と分極時における電圧の印加方向(分極方向)とが同じで、駆動時に圧電材料層に逆電界が印加されないため、活性部の変形劣化の発生が抑制される。 In this way, in the first and second active portions, the voltage application direction during driving and the voltage application direction during polarization can all be aligned, and the electrode can be driven (when the active portion is deformed). In addition, it can be used for polarization during manufacturing. In addition, since the voltage application direction during driving is the same as the voltage application direction during polarization (polarization direction), and no reverse electric field is applied to the piezoelectric material layer during driving, deformation of the active portion is prevented from being deteriorated. .
これら請求項3〜5のいずれかの液滴吐出装置の場合には、請求項6に記載のように、前記第1の電位は正の電位であり、前記第2の電位はグランド電位である構成とすることができるし、逆に、請求項7に記載のように、前記第1の電位はグランド電位であり、前記第2の電位は正の電位である構成とすることもできる。 In the case of the droplet discharge device according to any one of claims 3 to 5, as described in claim 6, the first potential is a positive potential and the second potential is a ground potential. Conversely, as described in claim 7, the first potential may be a ground potential, and the second potential may be a positive potential.
このようにすれば、正の電位とグランド電位との2種類の電位を、各個別電極に選択的に付与することによって、簡単に駆動制御することができる。 In this way, drive control can be easily performed by selectively applying two types of potentials, a positive potential and a ground potential, to each individual electrode.
請求項8に記載のように、請求項7の液滴吐出装置において、前記第2の定電位電極は、隣り合う前記圧力室と共有されていることが望ましい。 As described in claim 8, in the droplet discharge device according to claim 7, it is desirable that the second constant potential electrode is shared with the adjacent pressure chamber.
このようにすれば、第2の定電位電極の数を減らして、電極全体としての簡素化が図れる。 In this way, the number of second constant potential electrodes can be reduced to simplify the whole electrode.
請求項9に記載のように、請求項7の液滴吐出装置において、前記圧電アクチュエータは、少なくとも1層の圧電材料層を有するものであり、この圧電材料層の一方の面側に前記個別電極を形成し、他方の面側に前記第1の定電位電極と前記第2の定電位電極を形成することで、前記第1の活性部と前記第2の活性部を同一の圧電材料層に形成する構成とすることができる。ここで、「圧電材料層」は、いわゆるグリーンシートを焼成して製作する圧電シートのほか、いわゆるAD法(エアロゾルデポジション法)のような製法で製作するものも含む。 9. The droplet discharge device according to claim 7, wherein the piezoelectric actuator has at least one piezoelectric material layer, and the individual electrode is provided on one surface side of the piezoelectric material layer. And forming the first constant potential electrode and the second constant potential electrode on the other surface side so that the first active portion and the second active portion are formed on the same piezoelectric material layer. It can be set as the structure to form. Here, the “piezoelectric material layer” includes not only a piezoelectric sheet manufactured by firing a so-called green sheet but also a material manufactured by a manufacturing method such as a so-called AD method (aerosol deposition method).
このようにすれば、少なくとも1層の圧電材料層を有するだけで、必要な電極の配置を
実現できるので、材料コスト面で有利となる。
In this way, the arrangement of the necessary electrodes can be realized only by having at least one piezoelectric material layer, which is advantageous in terms of material cost.
請求項10に記載のように、請求項9の液滴吐出装置において、前記他方の面側に形成された前記第1の定電位電極と前記第2の定電位電極とは、前記圧電材料層よりも薄い絶縁層を挟んで隔離されている構成とすることができる。 11. The droplet discharge device according to claim 9, wherein the first constant potential electrode and the second constant potential electrode formed on the other surface side are the piezoelectric material layer. It can be set as the structure isolated on both sides of the thinner insulating layer.
このようにすれば、第1の定電位電極と第2の定電位電極とが絶縁層を挟んで隔離されるので、第1の定電位電極と第2の定電位電極とを近接して形成しても、それらがショートすることがない。よって、第1の活性部と第2の活性部を近接して配置することが可能となり、小型化を図る上で有利となる。 In this way, the first constant potential electrode and the second constant potential electrode are separated from each other with the insulating layer interposed therebetween, so that the first constant potential electrode and the second constant potential electrode are formed close to each other. Even so, they do not short. Therefore, the first active part and the second active part can be arranged close to each other, which is advantageous in reducing the size.
請求項11に記載のように、請求項10の液滴吐出装置において、前記絶縁層は、前記圧電材料層と同じ材料からなる構成とすることができる。 As described in claim 11, in the droplet discharge device according to claim 10, the insulating layer can be made of the same material as the piezoelectric material layer.
このようにすれば、前記絶縁層は、前記圧電材料層と同じ材料を用いるので、製造が簡単で、コスト面でも有利となる。 In this case, since the insulating layer uses the same material as the piezoelectric material layer, manufacturing is simple and advantageous in terms of cost.
請求項12に記載のように、請求項7の液滴吐出装置において、前記第1の定電位電極は、隣接する2つの前記圧力室に挟まれてこれらと列をなすように形成されており、前記第2の定電位電極は、2つの前記圧力室の一方の側にのみ形成されている構成とすることができる。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the droplet discharge device according to the seventh aspect, the first constant potential electrode is formed so as to form a row with the two adjacent pressure chambers. The second constant potential electrode may be formed only on one side of the two pressure chambers.
このようにすれば、圧力室の一方の側に第2の活性部が配置され、前記一方の側についてのみクロストークが抑制される。 In this way, the second active portion is arranged on one side of the pressure chamber, and crosstalk is suppressed only on the one side.
請求項13の発明は、請求項3〜5のいずれかの液滴吐出装置において、前記圧電アクチュエータは、複数の圧電材料層を有するものであり、前記第1の定電位電極又は前記第2の定電位電極が、前記複数の圧電材料層の前記圧力室と最も離れて位置する最離間層の前記圧力室とは反対側の面である最離間面上に形成され、前記個別電極は、前記各圧電材料層のいずれかの面であって、且つ前記最離間面とは異なる面上に形成され、前記最離間面の前記圧力室の外周縁よりも外側の領域に、前記個別電極への入力端子となる表面電極が形成され、前記個別電極は、前記圧電材料層を貫通するスルーホールを通じて前記表面電極と導通している構成とすることができる。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the droplet discharge device according to any one of the third to fifth aspects, the piezoelectric actuator includes a plurality of piezoelectric material layers, and the first constant potential electrode or the second constant potential electrode. A constant potential electrode is formed on a farthest surface, which is a surface opposite to the pressure chamber, of the farthest layer positioned farthest from the pressure chamber of the plurality of piezoelectric material layers, and the individual electrodes are Each piezoelectric material layer is formed on a surface different from the most distant surface and is formed on a region outside the outer peripheral edge of the pressure chamber of the most distant surface. A surface electrode serving as an input terminal is formed, and the individual electrode may be electrically connected to the surface electrode through a through hole penetrating the piezoelectric material layer.
このようにすれば、複数の圧電材料層を有する場合に、表面電極やスルーホールを利用して、無理のない個別電極の配置を実現することができる。 In this way, when there are a plurality of piezoelectric material layers, it is possible to achieve a reasonable arrangement of individual electrodes using surface electrodes and through holes.
請求項14に記載のように、請求項13の液滴吐出装置において、前記第2の活性部は、前記複数の圧電材料層のうちの前記最離間層以外の層に形成されており、前記表面電極は、隣接する前記圧力室との間の領域に形成されている構成とすることができる。 The liquid droplet ejection apparatus according to claim 14, wherein the second active portion is formed in a layer other than the most separated layer of the plurality of piezoelectric material layers, The surface electrode can be configured to be formed in a region between the adjacent pressure chambers.
このようにすれば、第2の活性部と緩衝することなく、隣接する圧力室との間の領域に表面電極が形成されるため、表面電極を形成する位置の自由が向上する。 In this way, since the surface electrode is formed in the region between the adjacent pressure chambers without buffering with the second active portion, the freedom of the position for forming the surface electrode is improved.
請求項15の発明は、複数の圧力室が規則的に形成されたキャビティユニットに、前記各圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合された液滴吐出ヘッドと、前記圧電アクチュエータに印加する電圧印加手段と、を備えた液滴吐出装置であって、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部分に対応して位置する第1の部分と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応して位置する第2の部分とを備え、前記電圧印加手段は、前記圧力室の容積を変化させるために前記第1の部分に対す
る電圧の印加と非印加を切り替えるとともに、この切り替えによる前記第1の部分の変形が隣接する前記圧力室に伝播するのを抑制するように、前記第2の部分に対する電圧の印加と非印加を切り替えるもので、前記第1の部分に電圧を印加するときは前記第2の部分に電圧を印加しない一方、前記第1の部分に電圧を印加しないときは前記第2の部分に電圧を印加するものであることを特徴とする。
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a droplet discharge head in which a piezoelectric actuator for selectively discharging a liquid in each pressure chamber is joined to a cavity unit in which a plurality of pressure chambers are regularly formed; A voltage applying means for applying to the actuator, wherein the piezoelectric actuator includes a first portion located corresponding to a central portion of the pressure chamber, and the central portion of the pressure chamber. And a second portion positioned corresponding to the outer peripheral portion, and the voltage application means switches between applying and not applying a voltage to the first portion in order to change the volume of the pressure chamber. together, so as to suppress the propagation of the pressure chamber deformation of the first portion by the switching adjacent switches the application and non-application of a voltage to the second portion It When applying a voltage to the first portion while no voltage is applied to the second portion, when no voltage is applied to said first portion is to apply a voltage to the second portion It is characterized by.
このようにすれば、圧力室の容積を変化させるために第1の部分に対する電圧の印加と非印加を切り替え、この切り替えによる前記第1の部分の変形が隣接する前記圧力室に伝播するのを抑制するように、前記第2の部分に対する電圧の印加と非印加を切り替えるよにしているので、クロストークが抑制される。 In this case, in order to change the volume of the pressure chamber, switching between application and non-application of voltage to the first portion is performed, and the deformation of the first portion due to this switching is propagated to the adjacent pressure chamber. Since the application of the voltage to the second portion is switched to the non-application so as to suppress, the crosstalk is suppressed.
請求項16の発明は、複数の圧力室が規則的に形成されたキャビティユニットに前記各圧力室内の液体を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータが接合された液滴吐出ヘッドであって、前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部分に対応する第1の活性部と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第2の活性部と、前記第1の活性部に対応する領域と前記第2の活性部に対応する領域に跨ってこれらの領域をともに占めるように形成され第1の電位及びそれと異なる第2の電位が選択的に付与される個別電極と、
前記第1の活性部に対応する領域を占めるように形成され前記第1の電位が付与される第1の定電位電極と、
少なくとも前記第2の活性部に対応する領域を占めるように形成され前記第1の電位と異なる第2の電位が付与される第2の定電位電極とを有することを特徴とする。
The invention according to claim 16 is a droplet discharge head in which a piezoelectric actuator for selectively discharging a liquid in each pressure chamber is joined to a cavity unit in which a plurality of pressure chambers are regularly formed. The piezoelectric actuator includes a first active portion corresponding to a central portion of the pressure chamber, a second active portion corresponding to a portion on the outer peripheral side of the central portion of the pressure chamber, and the first active portion. An individual electrode which is formed so as to occupy the corresponding region and the region corresponding to the second active portion together and is selectively applied with a first potential and a second potential different from the first potential ;
A first constant potential electrode formed to occupy a region corresponding to the first active portion and to which the first potential is applied;
And a second constant potential electrode formed to occupy at least a region corresponding to the second active portion and to which a second potential different from the first potential is applied.
このようにすれば、圧力室の中央部分に対応する第1の活性部と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第2の活性部とは、電圧の印加・非印加によって逆方向の変形が生じる構成とすることができるので、第1の活性部の変形が隣接する圧力室に伝播するクロストークが抑制される。 In this way, the first active portion corresponding to the central portion of the pressure chamber and the second active portion corresponding to the outer peripheral portion of the pressure chamber are applied / non-applied with voltage. Since it can be set as the structure which a deformation | transformation of a reverse direction produces by application, the crosstalk which the deformation | transformation of a 1st active part propagates to the adjacent pressure chamber is suppressed.
本発明は、圧力室の中央部分に対応する第1の活性部と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第2の活性部とは、電圧の印加・非印加によって逆方向の変形が生じるようにしているので、圧力室の配置を高密度化しても、活性部の変形が隣接する圧力室に伝播するクロストークを抑制することができる。 According to the present invention, the first active portion corresponding to the central portion of the pressure chamber and the second active portion corresponding to the outer peripheral side portion of the pressure chamber are applied or not applied with voltage. Since the deformation in the reverse direction occurs, even if the pressure chambers are densified, the crosstalk in which the deformation of the active portion propagates to the adjacent pressure chambers can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
(実施例1)
図1(a)は本発明にかかるインクジェットプリンタ(液滴吐出装置)の概略構成を示す概略構成図、図1(b)は本発明にかかるキャビティユニット、圧電アクチュエータ及びフレキシブル配線板(COP)の関係を示す説明図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Example 1
FIG. 1A is a schematic configuration diagram showing a schematic configuration of an ink jet printer (droplet discharge device) according to the present invention, and FIG. 1B is a diagram of a cavity unit, a piezoelectric actuator and a flexible wiring board (COP) according to the present invention. It is explanatory drawing which shows a relationship.
本発明に係るインクジェットプリンタ1は、図1(a)に示すように、インクカートリッジ(図示せず)が搭載されるキャリッジ2の下面に、記録用紙P(記録媒体)に記録するためのインクジェットヘッド3(液滴吐出ヘッド)が設けられている。キャリッジ2は、プリンタフレーム4内に設けられるキャリッジ軸5とガイド板(図示せず)とによって支持され、記録用紙Pの搬送方向Aと直交する方向Bにおいて往復移動する構成とされている。図示しない給紙部からA方向に搬送される記録用紙Pは、プラテンローラ(図示せず)とインクジェットヘッド3との間に導入されて、インクジェットヘッド3から記録用紙Pに向けて吐出されるインクにより所定の記録がなされ、その後排紙ローラ6にて排紙される。 As shown in FIG. 1A, an inkjet printer 1 according to the present invention has an inkjet head for recording on a recording sheet P (recording medium) on a lower surface of a carriage 2 on which an ink cartridge (not shown) is mounted. 3 (droplet discharge head) is provided. The carriage 2 is supported by a carriage shaft 5 and a guide plate (not shown) provided in the printer frame 4, and is configured to reciprocate in a direction B perpendicular to the conveyance direction A of the recording paper P. The recording paper P conveyed in the A direction from a paper supply unit (not shown) is introduced between a platen roller (not shown) and the ink jet head 3 and is ejected from the ink jet head 3 toward the recording paper P. As a result, predetermined recording is performed, and then the paper is discharged by the paper discharge roller 6.
また、図1(b)に示すように、インクジェットヘッド3は、キャビティユニット11と、圧電アクチュエータ12とを下側から順に備え、圧電アクチュエータ12の上面に駆動信号を供給するフレキシブル配線板13(信号線)が設けられている。 As shown in FIG. 1B, the inkjet head 3 includes a cavity unit 11 and a piezoelectric actuator 12 in order from the lower side, and a flexible wiring board 13 (signal) that supplies a drive signal to the upper surface of the piezoelectric actuator 12. Line).
キャビティユニット11は、図2に示すように、複数枚のプレート部材からなる積層体14を含む。その積層体14の上側には、トッププレート15が設けられる一方、下側には、ノズル穴16aを有するノズルプレート16及びノズル穴16aに対応して貫通穴17aを有するスペーサプレート17を貼り合わせてなるプレートアッセンブリ18が一体に貼り付けられている。そして、トッププレート15の上側に、各圧力室14Aa内のインク(液体)を選択的に吐出させるための圧電アクチュエータ12が接合されている。また、キャビティユニット11の開孔11aには、インク内に含有される塵埃などを捕獲するためのフィルタ19が設けられる。ノズルプレート16は、(積層体14を構成する)キャビティプレート14Aの1つの圧力室14Aaについて、1つのノズル穴16aがそれぞれ設けられた合成樹脂(例えばポリイミド樹脂)のプレートである。なお、ノズルプレート16は金属プレートとしてもよい。 As shown in FIG. 2, the cavity unit 11 includes a laminate 14 composed of a plurality of plate members. A top plate 15 is provided on the upper side of the laminate 14, and a nozzle plate 16 having a nozzle hole 16 a and a spacer plate 17 having a through hole 17 a corresponding to the nozzle hole 16 a are bonded to the lower side. A plate assembly 18 is integrally attached. A piezoelectric actuator 12 for selectively discharging ink (liquid) in each pressure chamber 14Aa is joined to the upper side of the top plate 15. Further, a filter 19 for capturing dust contained in the ink is provided in the opening 11 a of the cavity unit 11. The nozzle plate 16 is a synthetic resin (for example, polyimide resin) plate in which one nozzle hole 16a is provided for each pressure chamber 14Aa of the cavity plate 14A (which constitutes the laminate 14). The nozzle plate 16 may be a metal plate.
積層体14は、図3に示すように、上側から順にキャビティプレート14A、ベースプレート14B、アパチャープレート14C、2枚のマニホールドプレート14D,14E、及びダンパープレート14Fがそれぞれ重ねられて金属拡散接合されたものである。これら6枚のプレート14A〜14Fは、各ノズル穴16a毎に個別にインク流路が形成されるように、互いに位置合わせして積層されている。ここで、キャビティプレート14Aは、複数の圧力室14Aaとして機能する開口が、ノズル列に対応して規則的に形成された金属プレートである。ベースプレート14Bは、マニホールド14Da,14Ea(共通インク室)から各圧力室14Aaへの連通穴14Ba及び各圧力室14Aaから各ノズル穴16aへの連通穴14Bbがそれぞれ設けられた金属プレートである。アパチャープレート14Cには、それの上面に、各圧力室14Aaとマニホールド14Da,14Eaとを連通する連通路21が凹部通路として形成されるとともに、マニホールド14Da,14Ea(共通インク室)から各圧力室14Aaへの連通穴14Ca及び各圧力室14Aaからノズル穴16aへの連通穴14Cbがそれぞれ設けられた金属プレートである。マニホールドプレート14D,14Eは、マニホールド14Da,14Eaに加えて、各圧力室14Aaから各ノズル穴16aへの連通穴14Db,14Ebがそれぞれ設けられた金属プレートである。ダンパープレート14Fは、下面に凹部として形成されるダンパー室14Faのほか、各圧力室14Aaを各ノズル穴16aに連通する連通穴14Fbが設けられた金属プレートである。 As shown in FIG. 3, the laminated body 14 is formed by metal diffusion bonding by overlapping a cavity plate 14A, a base plate 14B, an aperture plate 14C, two manifold plates 14D and 14E, and a damper plate 14F in order from the upper side. It is. The six plates 14A to 14F are stacked in alignment with each other so that an ink flow path is individually formed for each nozzle hole 16a. Here, the cavity plate 14A is a metal plate in which openings functioning as a plurality of pressure chambers 14Aa are regularly formed corresponding to the nozzle rows. The base plate 14B is a metal plate provided with communication holes 14Ba from the manifolds 14Da and 14Ea (common ink chambers) to the pressure chambers 14Aa and communication holes 14Bb from the pressure chambers 14Aa to the nozzle holes 16a. On the upper surface of the aperture plate 14C, a communication passage 21 that communicates each pressure chamber 14Aa and the manifolds 14Da, 14Ea is formed as a recessed passage, and from the manifolds 14Da, 14Ea (common ink chamber) to each pressure chamber 14Aa. This is a metal plate provided with a communication hole 14Ca and a communication hole 14Cb from each pressure chamber 14Aa to the nozzle hole 16a. The manifold plates 14D and 14E are metal plates provided with communication holes 14Db and 14Eb from the pressure chambers 14Aa to the nozzle holes 16a in addition to the manifolds 14Da and 14Ea. The damper plate 14F is a metal plate provided with a communication hole 14Fb for communicating each pressure chamber 14Aa with each nozzle hole 16a in addition to a damper chamber 14Fa formed as a recess on the lower surface.
このように、キャビティユニット11は、複数のノズル穴16a、複数のノズル穴16aの各々に連通する複数の圧力室14Aa及びこの圧力室14Aaに供給するインクを一時的に貯留するマニホールド14Da,14Eaを含む構成とされる。 As described above, the cavity unit 11 includes the plurality of nozzle holes 16a, the plurality of pressure chambers 14Aa communicating with each of the plurality of nozzle holes 16a, and the manifolds 14Da and 14Ea for temporarily storing ink supplied to the pressure chambers 14Aa. It is set as the composition including.
圧電アクチュエータ12は、図4に示すように、複数層の圧電材料層12a,12b,12cを積層して形成されている。圧電材料層12a〜12c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(圧電シート)からなり、その厚み方向において分極している(図6(a)(b)参照)。 As shown in FIG. 4, the piezoelectric actuator 12 is formed by laminating a plurality of piezoelectric material layers 12a, 12b, and 12c. The piezoelectric material layers 12a to 12c are made of a lead zirconate titanate (PZT) ceramic material (piezoelectric sheet) having ferroelectricity, and are polarized in the thickness direction thereof (see FIGS. 6A and 6B). ).
そして、圧電アクチュエータ12は、圧力室14Aaを平面視したとき(キャビティユニット11と圧電アクチュエータ12との積層方向から見たとき)、圧力室14Aaの中央部分に対応する第1の活性部S11,S12,S13(第1の部分)と、圧力室14Aaの中央部分よりも外周側の左右部分に対応する第2の活性部S21,S22(第2の部分)とを備える。ここで、圧力室14Aaの中央部分とは、ノズル穴16aが配列されているノズル列方向Xにおける中央部分である。 The piezoelectric actuator 12 has the first active portions S11 and S12 corresponding to the central portion of the pressure chamber 14Aa when the pressure chamber 14Aa is viewed in plan (when viewed from the stacking direction of the cavity unit 11 and the piezoelectric actuator 12). , S13 (first portion) and second active portions S21, S22 (second portion) corresponding to the left and right portions on the outer peripheral side of the central portion of the pressure chamber 14Aa. Here, the central portion of the pressure chamber 14Aa is a central portion in the nozzle row direction X in which the nozzle holes 16a are arranged.
第2の活性部S21,S22は、隣り合う圧力室14Aaを仕切る壁である桁部14Abに対応する領域だけでなく、圧力室14Aaの外周縁14Aaaよりも内側部分(中央部分側)に対応する領域を含む構成とされる。 2nd active part S21, S22 respond | corresponds not only to the area | region corresponding to girder part 14Ab which is a wall which partitions adjacent pressure chamber 14Aa, but to an inner side part (center part side) rather than outer periphery 14Aaa of pressure chamber 14Aa. It is set as the structure containing an area | region.
第1の活性部S11〜S13は、各圧力室14Aa毎に設けられる個別電極21と第1の定電位電極22A,22Bとの間に圧電材料層12a,12cが挟まれる部分を有する。一方、第2の活性部S21,S22は、個別電極21と第2の定電位電極23との間に圧電材料層12a,12bが挟まれる部分を有する。なお、電極21,22A,22Bは、Ag−Pd系等の金属材料からなる。 The first active portions S11 to S13 have a portion in which the piezoelectric material layers 12a and 12c are sandwiched between the individual electrode 21 provided for each pressure chamber 14Aa and the first constant potential electrodes 22A and 22B. On the other hand, the second active portions S21 and S22 have portions where the piezoelectric material layers 12a and 12b are sandwiched between the individual electrode 21 and the second constant potential electrode 23. The electrodes 21, 22A, 22B are made of a metal material such as Ag—Pd.
各個別電極21には、フレキシブル配線板13(信号線)を通じて、駆動信号を供給するドライバIC90(図1(b)参照)が電気的に接続される。このドライバIC90及びフレキシブル配線板13によって、圧電アクチュエータ12の第1及び第2の活性部S11〜S13,S21,S22に駆動電圧を印加する電圧印加手段が構成される。 A driver IC 90 (see FIG. 1B) that supplies a drive signal is electrically connected to each individual electrode 21 through the flexible wiring board 13 (signal line). The driver IC 90 and the flexible wiring board 13 constitute voltage applying means for applying a driving voltage to the first and second active portions S11 to S13, S21, and S22 of the piezoelectric actuator 12.
つまり、圧力室14Aaの容積を変化させるために、個別電極21には、フレキシブル配線板13を通じて、第1の電位(グランド電位)及びそれと異なる第2の電位(例えば20V)が選択的に印加される。また、第1の定電位電極22A,22Bは、第1の電位(グランド電位)が常時付与され、第2の定電位電極23は、第2の電位(例えば20V)が常時付与される。 That is, in order to change the volume of the pressure chamber 14 </ b> Aa, the individual electrode 21 is selectively applied with a first potential (ground potential) and a different second potential (for example, 20 V) through the flexible wiring board 13. The The first constant potential electrodes 22A and 22B are always applied with the first potential (ground potential), and the second constant potential electrode 23 is always applied with the second potential (for example, 20V).
このように、圧電アクチュエータ12は、各圧力室14Aaに対応する個別電極21を有し、この個別電極21に駆動信号として、第1の電位(グランド電位)と第2の電位(正の電位)とが選択的に付与されることで圧力室14Aaの容積を変化させてノズル穴16aからインクを吐出させる構成とされる。 As described above, the piezoelectric actuator 12 has the individual electrodes 21 corresponding to the respective pressure chambers 14Aa, and the first potential (ground potential) and the second potential (positive potential) as drive signals to the individual electrodes 21. Is selectively applied to change the volume of the pressure chamber 14Aa and eject ink from the nozzle hole 16a.
さらに詳述すると、個別電極21は、ノズル列方向Xに直交する方向Yにおいては圧力室14Aaより短く(図6(b)参照)、ノズル列方向Xにおいて圧力室14Aaより長く、第1の活性部S11〜S13に対応する領域と第2の活性部S21,S22に対応する領域とに跨ってこれらの領域をともに占めるように形成される。そして、第1の定電位電極22A,22Bは、ノズル列方向Xにおいて圧力室14Aaより短く、第1の活性部S11〜S13に対応する領域を占めるように形成される。そして、圧力室14Aa側に位置する第1の定電位電極22Bは、圧力室14Aaより離れて位置する第1の定電位電極22Aよりもノズル列方向Xに長く形成される。つまり、各個別電極21は、第1及び第2の定電位電極22A,22B,23について共有される。 More specifically, the individual electrode 21 is shorter than the pressure chamber 14Aa in the direction Y orthogonal to the nozzle row direction X (see FIG. 6B), longer than the pressure chamber 14Aa in the nozzle row direction X, and has the first activity. It is formed so as to occupy both these regions across the region corresponding to the portions S11 to S13 and the region corresponding to the second active portions S21 and S22. The first constant potential electrodes 22A and 22B are formed so as to be shorter than the pressure chamber 14Aa in the nozzle row direction X and occupy a region corresponding to the first active portions S11 to S13. The first constant potential electrode 22B located on the pressure chamber 14Aa side is formed longer in the nozzle row direction X than the first constant potential electrode 22A located far from the pressure chamber 14Aa. That is, each individual electrode 21 is shared by the first and second constant potential electrodes 22A, 22B, and 23.
第2の定電位電極23は、第2の活性部S21,S22に対応する領域及び、ノズル列方向に直交する方向において隣り合う圧力室14Aa間の桁部14Abに対応する領域を占めるように形成されている。つまり、第2の定電位電極23は、桁部14Abに対応する領域を含めて圧力室14Aaのノズル列方向側部に対応する領域まで延び、圧力室14Aaのノズル列方向において隣り合う2つの圧力室14Aa,14Aaについて共有される。 The second constant potential electrode 23 is formed so as to occupy a region corresponding to the second active portions S21 and S22 and a region corresponding to the beam portion 14Ab between the pressure chambers 14Aa adjacent in the direction orthogonal to the nozzle row direction. Has been. That is, the second constant potential electrode 23 extends to a region corresponding to the side in the nozzle row direction of the pressure chamber 14Aa including the region corresponding to the beam portion 14Ab, and is adjacent to the two pressures in the nozzle row direction of the pressure chamber 14Aa. The chambers 14Aa and 14Aa are shared.
具体的には、圧力室14Aaから最も離れた圧電材料層12aにおいて、一方の面(図4において上側の面)側に個別電極21を形成し、他方の面(図4において下面)側に第1の定電位電極22Aと第2の定電位電極23を交互に形成することで、第1の活性部S11と第2の活性部S21とが同一の圧電材料層12aに並んで形成される。また、圧電材料層12bにおいて、一方の面(図4において上側の面)側に第1の定電位電極22Aと第2の定電位電極23を交互に形成し、他方の面(図4において下側の面)側に個別電極21を形成することで、圧電材料層12aの第1の活性部S11と第2の活性部S21とに対応する第1の活性部S12と第2の活性部S22とが並んで形成される。さらに、圧力室14Aaに最も近い圧電材料層12cにおいて、一方の面(図4において上側の面)側に個別電極21を形成し、他方の面(図4において下側の面)側に第1の定電位電極22Bを形成することで、第1の活性部S13を形成している。この第1の活性部S13は、定電位電極22Bが定電位電極22Aよりもノズル列方向Xに長いことから、第1の活性部S11,S12よりもノズル列方向の長さが長くなっている。 Specifically, in the piezoelectric material layer 12a farthest from the pressure chamber 14Aa, the individual electrode 21 is formed on one surface (the upper surface in FIG. 4), and the second electrode (the lower surface in FIG. 4) is the second. By alternately forming one constant potential electrode 22A and the second constant potential electrode 23, the first active portion S11 and the second active portion S21 are formed side by side in the same piezoelectric material layer 12a. Further, in the piezoelectric material layer 12b, the first constant potential electrode 22A and the second constant potential electrode 23 are alternately formed on one surface (the upper surface in FIG. 4), and the other surface (the lower surface in FIG. 4). By forming the individual electrode 21 on the side), the first active portion S12 and the second active portion S22 corresponding to the first active portion S11 and the second active portion S21 of the piezoelectric material layer 12a. Are formed side by side. Further, in the piezoelectric material layer 12c closest to the pressure chamber 14Aa, the individual electrode 21 is formed on one surface (the upper surface in FIG. 4), and the first surface is formed on the other surface (the lower surface in FIG. 4). The first active portion S13 is formed by forming the constant potential electrode 22B. The first active portion S13 is longer in the nozzle row direction than the first active portions S11 and S12 because the constant potential electrode 22B is longer in the nozzle row direction X than the constant potential electrode 22A. .
また、各圧電材料層12a〜12cの電極21,22A,22B,23は、平面視で見ると、図5に示すように配置されている。即ち、圧電材料層12a,12cの上面側(第1層、第3層)には、各圧力室14Aaに対応して個別電極21がノズル列方向において一定ピッチで形成されている。そして、隣り合う個別電極21は、ノズル列方向において半ピッチずれて形成され、それらの列の間において、各個別電極21の、フレキシブル配線板13の接続端子(図示せず)に接続される接続端子部21aが千鳥状に形成されている。 Further, the electrodes 21, 22A, 22B, and 23 of the piezoelectric material layers 12a to 12c are arranged as shown in FIG. That is, on the upper surface side (first layer, third layer) of the piezoelectric material layers 12a and 12c, the individual electrodes 21 are formed at a constant pitch in the nozzle row direction corresponding to each pressure chamber 14Aa. Adjacent individual electrodes 21 are formed with a half-pitch shift in the nozzle row direction, and between these rows, the individual electrodes 21 are connected to the connection terminals (not shown) of the flexible wiring board 13. Terminal portions 21a are formed in a staggered pattern.
圧電材料層12aの下面側(第2層)には、各圧力室14Aaに対応して第1の定電位電極22Aがノズル列方向において一定ピッチで形成され、それらの一端部が、グランド電位とされノズル列方向に延びている第1の共通電極22Aaに接続されている。また、第1の定電位電極22Aの間に第2の定電位電極23がそれぞれ形成され、それらの一端部も、正の電位(例えば20V:一定)とされ、ノズル列方向Xに延びる第2の共通電極23aに接続されている。そして、隣り合う圧力室14Aaの間には、圧電材料層12aの上面側の個別電極21を、それの下側に位置する圧電材料層12cの上面側の個別電極21にスルーホール24(内部に導電性材料を充填)を利用して電気的に接続するための中間電極25が千鳥状に形成されている(図6(b)参照)。 On the lower surface side (second layer) of the piezoelectric material layer 12a, first constant potential electrodes 22A corresponding to the pressure chambers 14Aa are formed at a constant pitch in the nozzle row direction, and one end thereof is connected to the ground potential. And connected to the first common electrode 22Aa extending in the nozzle row direction. Further, second constant potential electrodes 23 are formed between the first constant potential electrodes 22A, respectively, and one end portion thereof is also set to a positive potential (for example, 20V: constant), and extends in the nozzle row direction X. Are connected to the common electrode 23a. Between the adjacent pressure chambers 14Aa, the individual electrode 21 on the upper surface side of the piezoelectric material layer 12a is connected to the individual electrode 21 on the upper surface side of the piezoelectric material layer 12c located below the through hole 24 (inside Intermediate electrodes 25 for electrical connection using a conductive material filling) are formed in a staggered pattern (see FIG. 6B).
圧電材料層12cの下面側には、圧力室14Aaに対応して各第1の定電位電極22Bがノズル列方向Xに一定ピッチで形成され、それらの一端部が、グランド電位とされノズル列方向Xに延びている第1の共通電極22Baに接続されている。なお、圧力室14Aa側に位置する第1の定電位電極22Bは、圧力室14Aaとは離れている第1の定電位電極22Aよりも、ノズル列方向Xの長さが長く形成されている。 On the lower surface side of the piezoelectric material layer 12c, the first constant potential electrodes 22B corresponding to the pressure chambers 14Aa are formed at a constant pitch in the nozzle row direction X, and one end thereof is set to the ground potential and the nozzle row direction. The first common electrode 22Ba extending to X is connected to the first common electrode 22Ba. The first constant potential electrode 22B located on the pressure chamber 14Aa side is formed to have a longer length in the nozzle row direction X than the first constant potential electrode 22A that is separated from the pressure chamber 14Aa.
なお、図6(a)(b)に示すように、第1の活性部S11〜S13は、個別電極21に第2の電位が付与され第1の定電位電極22A,22Bに第1の電位が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向(分極方向)に分極されている。一方、第2の活性部S21,S22は、個別電極21に第1の電位が付与され第2の定電位電極23に第2の電位が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向に分極されている。つまり、電圧が印加される方向と分極方向が同じである。ここで、図6(a)(b)において、「ON時有効」な部分は、個別電極21に第2の電位を付与した場合に電圧(20V)が印加される部分である第1の活性部に、「OFF時有効」の部分は、個別電極21に第1の電位を付与した場合に電圧(20V)が印加される部分である第2の活性部にそれぞれ対応している。 As shown in FIGS. 6A and 6B, in the first active portions S11 to S13, a second potential is applied to the individual electrode 21, and a first potential is applied to the first constant potential electrodes 22A and 22B. Is polarized in the same direction (polarization direction) as the direction of the voltage applied when deformed. On the other hand, the second active portions S21 and S22 have a direction of a voltage applied when the first electrode is applied to the individual electrode 21 and the second electric potential is applied to the second constant potential electrode 23 to be deformed. Polarized in the same direction. That is, the direction in which the voltage is applied and the polarization direction are the same. Here, in FIGS. 6A and 6B, the “valid when ON” portion is a portion to which the voltage (20 V) is applied when the second potential is applied to the individual electrode 21. The “effective when OFF” portion corresponds to the second active portion to which a voltage (20 V) is applied when the first potential is applied to the individual electrode 21.
第1の定電位電極22A,22Bは、常時第1の電位(グランド電位)とされ、第2の定電位電極23は、常時第2の電位(正の電位)とされる。そして、個別電極21には、第1の電位(グランド電位)と第2の電位(正の電位)とが、圧力室14Aaの容積を変化させるために選択的に付与される。つまり、次の表1に示すように、分極時と駆動時とは電圧の印加方向は同一であるが、第1の定電位電極22A,22Bは常時グランド電位(0V)とされ、第2の定電位電極23には常時正の電位(20V:一定)とされ、個別電極21には正の電位(20V:一定)が付与されたり、その付与が解除されたりする(図27(a)参照)。よって、個別電極21に正の電位が付与されるときには、第1の活性部S11〜S13に電圧が印加されるが、第2の活性部S21,S22には電圧が印加されず、一方、個別電極21に正の電位が付与されず個別電極21がグランド電位とされるときには、第1の活性部S11〜S13に電圧が印加されず、第2の活性部S21,S22に電圧が印加されることになる。ここで、駆動時において電極間に印加される電圧は
、表1に示すように、分極時に印加される電圧よりも小さく、電極間に繰り返し電圧を印加することによる劣化を抑制するようになっている。
The first constant potential electrodes 22A and 22B are always set to the first potential (ground potential), and the second constant potential electrode 23 is always set to the second potential (positive potential). The individual electrode 21 is selectively given a first potential (ground potential) and a second potential (positive potential) in order to change the volume of the pressure chamber 14Aa. That is, as shown in the following Table 1, the voltage application direction is the same during polarization and during driving, but the first constant potential electrodes 22A and 22B are always set to the ground potential (0 V), and the second The constant potential electrode 23 is always set to a positive potential (20V: constant), and the individual electrode 21 is applied with a positive potential (20V: constant), or the application is canceled (see FIG. 27A). ). Therefore, when a positive potential is applied to the individual electrode 21, a voltage is applied to the first active portions S11 to S13, but no voltage is applied to the second active portions S21 and S22. When a positive potential is not applied to the electrode 21 and the individual electrode 21 is set to the ground potential, no voltage is applied to the first active portions S11 to S13, and a voltage is applied to the second active portions S21 and S22. It will be. Here, as shown in Table 1, the voltage applied between the electrodes at the time of driving is smaller than the voltage applied at the time of polarization, and suppresses deterioration due to repeated application of voltage between the electrodes. Yes.
一方、個別電極21に第1の電位(正の電位:20V)を付与する、第1の活性部S11〜S13への電圧の印加時(駆動時)には、第1の活性部S11〜S13は、分極方向と同じ方向に電圧が印加され、圧電横効果により、圧力室14Aaに向かう積層方向Zに伸張し、その積層方向Zと直交するノズル列方向Xに収縮して、圧力室14Aa内の方向へ突出変形する状態となる。一方、トッププレート15は、電界の影響を受けないため自発的には縮まないので、上側に位置する圧電材料層12cと下側に位置するトッププレート15との間で分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じる。このことと、トッププレート15がキャビティプレート14Aに固定されていることとが相俟って、圧電材料層12c及びトッププレート15は圧力室14Aa側に凸となるように変形しようとする(ユニモルフ変形)。このため、圧力室14Aaの容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル穴16aからインクが吐出される。 On the other hand, when a voltage is applied to the first active portions S11 to S13, which applies a first potential (positive potential: 20V) to the individual electrode 21 (during driving), the first active portions S11 to S13 are applied. Is applied with a voltage in the same direction as the polarization direction, expands in the stacking direction Z toward the pressure chamber 14Aa by the piezoelectric lateral effect, and contracts in the nozzle row direction X perpendicular to the stacking direction Z, thereby causing a pressure in the pressure chamber 14Aa. It will be in the state of projecting and deforming in the direction of. On the other hand, since the top plate 15 is not affected by the electric field and does not spontaneously shrink, the top plate 15 is perpendicular to the polarization direction between the upper piezoelectric material layer 12 c and the lower top plate 15. A difference is produced in the distortion. With this fact and the fact that the top plate 15 is fixed to the cavity plate 14A, the piezoelectric material layer 12c and the top plate 15 try to deform so as to protrude toward the pressure chamber 14Aa (unimorph deformation). ). For this reason, the volume of the pressure chamber 14Aa decreases, the ink pressure increases, and ink is ejected from the nozzle holes 16a.
この第1の活性部S11〜S13への電圧の印加時には、第2の活性部S21,S22は、電圧の非印加状態となるので、第1及び第2の方向Z,Xにおいて伸縮しない、変形しない状態に戻ることになる。よって、第1の活性部S11〜S13が、圧力室14Aaの方向へ突出変形する際には、第2の活性部S21,S22は、変形しない状態に戻るので、図7(b)に示すように、第1の活性部S11〜S13の変形の影響が第2の活性部S21,S22によってキャンセルされ、隣の圧力室14Aaにはほとんど及ばず、クロストークが抑制される。つまり、第1の活性部S11〜S13に対する電圧の印加と非印加との切替えによる第1の活性部S11〜S13の変形が、隣接する圧力室14Aaに伝播するのを抑制するように、第2の活性部S21,S22に対する電圧の印加と非印加が切り替えられる。 When the voltage is applied to the first active portions S11 to S13, the second active portions S21 and S22 are not applied with a voltage, so that they do not expand and contract in the first and second directions Z and X. It will return to the state that does not. Therefore, when the first active portions S11 to S13 project and deform in the direction of the pressure chamber 14Aa, the second active portions S21 and S22 return to the undeformed state, as shown in FIG. 7B. In addition, the influence of the deformation of the first active portions S11 to S13 is canceled by the second active portions S21 and S22, hardly reaching the adjacent pressure chamber 14Aa, and crosstalk is suppressed. That is, the second active portion S11 to S13 by switching between application and non-application of a voltage to the first active portion S11 to S13 is prevented from propagating to the adjacent pressure chamber 14Aa. Application and non-application of voltage to the active portions S21 and S22 are switched.
その後、個別電極21を、第1の定電位電極22A,22Bと同じ電位(グランド電位)に戻すと、前述したように、第1の活性部S11〜S13は変形しない状態となり、第2の活性部S21,S22は、圧力室14Aaから離れる方向に反るように変形し、圧力室14Aaの容積が元の容積に戻るので、マニホールド14Da,14Eaから圧力室14Aa内にインクを吸い込むことになる。 Thereafter, when the individual electrode 21 is returned to the same potential (ground potential) as the first constant potential electrodes 22A and 22B, as described above, the first active portions S11 to S13 are not deformed, and the second active portion The portions S21 and S22 are deformed so as to warp away from the pressure chamber 14Aa, and the volume of the pressure chamber 14Aa returns to the original volume, so that ink is sucked into the pressure chamber 14Aa from the manifolds 14Da and 14Ea.
このような第1の活性部S11〜S13及び第2の活性部S21,S22の変形により、インクの吐出動作が繰り返され、各吐出動作において、圧力室14Aaの容積変化を大きくして吐出効率を高めると共に、クロストークが抑制される。 Due to the deformation of the first active portions S11 to S13 and the second active portions S21 and S22, the ink discharge operation is repeated. In each discharge operation, the volume change of the pressure chamber 14Aa is increased to increase the discharge efficiency. In addition, the crosstalk is suppressed.
なお、前記実施例1及び従来例(図40参照)について、隣接圧力室の断面積の変化の割合を求めたところ、表2に示すように、従来例の場合には24%であるのに対し実施例1の場合には11%となり、実施例1の場合には従来例に比べて変化割合がほぼ半減し、クロストークの抑制効果が発揮されることがわかる。 For Example 1 and the conventional example (see FIG. 40), the ratio of the change in the cross-sectional area of the adjacent pressure chamber was determined. As shown in Table 2, it was 24% in the case of the conventional example. On the other hand, in the case of Example 1, it is 11%, and in the case of Example 1, the change rate is almost halved as compared with the conventional example, and it can be seen that the effect of suppressing crosstalk is exhibited.
また、逆に、図9に示すように、第2の活性部S21b,S22bが圧力室14Aaの外周側の部分に対応する領域にしか存在しないように構成することも可能である。つまり第2の定電位電極23Bを、桁部14Abに対応する領域と関係なく、圧力室14Aaの中央部分よりも外周側の部分に対応する領域のみに設けることもできる。この場合には、前述した第2の活性部S21,S22が圧力室14Aaの中央部分よりも外周側の部分に対応する領域と、桁部14Abに対応する領域との間に亘って配置されているもの(図4参照)に比べて、第2の活性部S21b,S22bのノズル列方向長さが短くなる。よって、クロストークの抑制効果と容積変化に寄与する効果の程度は劣るものの、それらの効果を発揮する点は、前述したものと同じである。 Conversely, as shown in FIG. 9, the second active portions S <b> 21 b and S <b> 22 b can be configured to exist only in a region corresponding to the outer peripheral portion of the pressure chamber 14 </ b> Aa. That is, the second constant potential electrode 23B can be provided only in a region corresponding to a portion on the outer peripheral side of the central portion of the pressure chamber 14Aa regardless of a region corresponding to the beam portion 14Ab. In this case, the second active portions S21 and S22 described above are arranged between the region corresponding to the outer peripheral portion of the pressure chamber 14Aa and the region corresponding to the beam portion 14Ab. The nozzle row direction lengths of the second active portions S21b and S22b are shorter than those (see FIG. 4). Therefore, although the degree of the effect of suppressing the crosstalk and the effect of contributing to the volume change is inferior, the point of exhibiting these effects is the same as described above.
さらに、図10に示すように、キャビティプレート14Aの上側に、トッププレートを設けることなく、層厚さが薄い絶縁層12eを介して圧電材料層12dを設け、この圧電材料層12dに、第1及び第2の活性部を形成する構成とすることも可能である。この場合には、圧電材料層12dには、圧電材料層12bと同様に、一方の面(上面)には第1及び第2の定電位電極22A,23が交互に形成され、他方の面(下面)には個別電極21が形成されている。これにより、各圧力室14Aaの中央部分に対応する第1の活性部S11,S12,S13a,S14が、それの外周側の部分に対応する第2の活性部S21,S22,S23,S24がそれぞれ形成される。 Further, as shown in FIG. 10, a piezoelectric material layer 12d is provided on the upper side of the cavity plate 14A via an insulating layer 12e having a thin layer thickness without providing a top plate. It is also possible to form the second active portion. In this case, similarly to the piezoelectric material layer 12b, the first and second constant potential electrodes 22A and 23 are alternately formed on one surface (upper surface) of the piezoelectric material layer 12d, and the other surface ( Individual electrodes 21 are formed on the lower surface. As a result, the first active portions S11, S12, S13a, S14 corresponding to the central portion of each pressure chamber 14Aa and the second active portions S21, S22, S23, S24 corresponding to the outer peripheral portion thereof, respectively. It is formed.
なお、分極方向と、電圧印加時に有効なON時有効な部分(第1の活性部)と、電圧非印加時に有効なOFF時有効な部分(第2の活性部)との関係を、図11(a)(b)に示す。 FIG. 11 shows the relationship between the polarization direction, the effective portion when ON (first active portion) when a voltage is applied, and the effective portion when OFF (second active portion) when no voltage is applied. (A) Shown in (b).
このようにすれば、第1の活性部S11,S12,S13a,S14及び第2の活性部S21,S22,S23,S24は共に、ユニモルフ変形ではなく、縦効果の変形をするので、第2の活性部S21〜S24は、ユニモルフ変形のように圧力室14Aaから離れるように反り返る変形(つまり圧力室14Aaを拡大する方向への変形)はできない。そのため、クロストークの抑制効果は得られるが、圧力室14Aaの容積変化を大きくする効果は得られない。 In this way, the first active part S11, S12, S13a, S14 and the second active part S21, S22, S23, S24 are not unimorph deformed but deformed by the longitudinal effect, The active portions S21 to S24 cannot be deformed to warp away from the pressure chamber 14Aa (that is, deformation in the direction in which the pressure chamber 14Aa is expanded) like unimorph deformation. Therefore, the effect of suppressing the crosstalk can be obtained, but the effect of increasing the volume change of the pressure chamber 14Aa cannot be obtained.
また、桁部14Abに対応する領域にのみ第2の定電位電極23Aを設ける構造(図8参照)についても、同様に、圧力室14Aa側に、層厚さが薄い絶縁層12eを介して圧電材料層12dを設ける構造とすることができるのはもちろんである。この場合には、図12に示すように、圧電材料層12dには、圧電材料層12bと同様に、一方の面(上面)には第1及び第2の定電位電極22A,23Aが交互に配され、他方の面(下面)には個別電極21が配される。これにより、各圧力室14Aaの中央部分に対応する第1の活性部S11,S12,S13a、S14が、それの外周側の部分に対応する第2の活性部S21,S22,S23,S24がそれぞれ形成される。 Similarly, in the structure (see FIG. 8) in which the second constant potential electrode 23A is provided only in the region corresponding to the beam portion 14Ab, a piezoelectric layer is formed on the pressure chamber 14Aa side through the insulating layer 12e having a thin layer thickness. Needless to say, the material layer 12d may be provided. In this case, as shown in FIG. 12, the piezoelectric material layer 12d has the first and second constant potential electrodes 22A and 23A alternately arranged on one surface (upper surface) as in the piezoelectric material layer 12b. The individual electrode 21 is disposed on the other surface (lower surface). As a result, the first active portions S11, S12, S13a, S14 corresponding to the central portion of each pressure chamber 14Aa and the second active portions S21, S22, S23, S24 corresponding to the outer peripheral portion thereof, respectively. It is formed.
なお、分極方向と、電圧印加時に有効なON時有効な部分(第1の活性部)と、電圧非印加時に有効なOFF時有効な部分(第2の活性部)との関係を、図13(a)(b)に示す。 FIG. 13 shows the relationship between the polarization direction, the effective portion at the time of ON when the voltage is applied (first active portion), and the effective portion at the time of OFF when the voltage is not applied (second active portion). (A) Shown in (b).
前記実施例1のように、同一面上に第1及び第2の定電位電極22A,23を、ノズル列方向Xにおいて交互に形成する場合には、それらの電極の間隔を大きくすることができないので、それら電極のノズル列方向の長さを長くすることができない。しかしながら、次の実施例2に示すように、層厚が薄い絶縁層を利用して、それらの長さを長くすることも可能である。
(実施例2)
この例では、図14に示すように、圧電アクチュエータは、圧電材料層12aと圧電材料層12bとの間にそれら圧電材料層12a,12bよりも層厚さが薄い絶縁層12fを挟んだ積層構造とされる。なお、この絶縁層12fは、圧電材料層12a〜12dと同じ材料から形成することができる。
When the first and second constant potential electrodes 22A and 23 are alternately formed in the nozzle row direction X on the same surface as in the first embodiment, the distance between the electrodes cannot be increased. Therefore, the length of these electrodes in the nozzle row direction cannot be increased. However, as shown in Example 2 below, it is possible to increase the length of the insulating layer by using a thin insulating layer.
(Example 2)
In this example, as shown in FIG. 14, the piezoelectric actuator has a laminated structure in which an insulating layer 12f having a smaller thickness than the piezoelectric material layers 12a and 12b is sandwiched between the piezoelectric material layer 12a and the piezoelectric material layer 12b. It is said. The insulating layer 12f can be formed from the same material as the piezoelectric material layers 12a to 12d.
この絶縁層12fの一方の面(上面)側に第1の定電位電極22Bだけが、他方の面(下面)側に第2の定電位電極23だけがそれぞれ、一定の間隔でもって形成されている。これにより、第1の定電位電極22Bと第2の定電位電極23とは、絶縁層12fを介して電気的に隔離されるが、実施例1の場合と同様に、圧電材料層12aと圧電材料層12bとの間に形成される。これにより、各圧力室14Aaの中央部分に対応する第1の活性
部S11a,S12a,S13が、それの外周側の部分に対応する第2の活性部S21c,S22がそれぞれ形成される。
Only the first constant potential electrode 22B is formed on one surface (upper surface) side of the insulating layer 12f, and only the second constant potential electrode 23 is formed on the other surface (lower surface) side with a constant interval. Yes. As a result, the first constant potential electrode 22B and the second constant potential electrode 23 are electrically isolated via the insulating layer 12f. However, as in the first embodiment, the piezoelectric material layer 12a and the piezoelectric material layer 12a are electrically isolated from each other. It is formed between the material layer 12b. Thereby, the first active portions S11a, S12a, S13 corresponding to the central portion of each pressure chamber 14Aa and the second active portions S21c, S22 corresponding to the outer peripheral portion thereof are formed, respectively.
このように、第1の定電位電極22Bと第2の定電位電極23とを絶縁層12fを挟んで隔離されている構成とすることで、圧電材料層12aと圧電材料層12bとの間に形成される第1の定電位電極22Bのノズル列方向の長さを長くすることができ、圧力室14Aaの容積変化を大きくする上で有利な電極配置が実現される。この実施例2の場合も、表2に示すように、隣接圧力室の断面積の変化の割合は11%で、実施例1の場合と同様に従来例に比べて変化割合がほぼ半減し、クロストークの抑制効果が発揮されることがわかる。 As described above, the first constant potential electrode 22B and the second constant potential electrode 23 are separated from each other with the insulating layer 12f interposed therebetween, so that the piezoelectric material layer 12a and the piezoelectric material layer 12b are interposed. The length of the formed first constant potential electrode 22B in the nozzle row direction can be increased, and an advantageous electrode arrangement can be realized in increasing the volume change of the pressure chamber 14Aa. Also in the case of Example 2, as shown in Table 2, the rate of change in the cross-sectional area of the adjacent pressure chamber is 11%, and the rate of change is almost halved compared to the conventional example as in Example 1, It can be seen that the effect of suppressing crosstalk is exhibited.
このような層厚さが薄い絶縁層を利用して、次の実施例3に示すような構造とすることも可能である。
(実施例3)
この例では、図15に示すように、実施例2における最も上側の圧電材料層12aを省略し、その代わりに、圧電材料層12cとトッププレート15との間に、絶縁層12fと同様に層厚さが薄い別の絶縁層12gが配置され、その絶縁層12gの上面側に第2の定電位電極23が、下面側に第1の定電位電極22Bがそれぞれ形成されている。この場合、圧電材料層12bの下面側に配置した個別電極21を挟んで、第1及び第2の定電位電極22B,23が対称に形成されていることになる。これにより、各圧力室14Aaの中央部分に対応する第1の活性部S12a,S13aが、それの外周側の部分に対応する第2の活性部S22,S23がそれぞれ形成される。
By using an insulating layer having such a thin layer thickness, a structure as shown in Example 3 below can be formed.
(Example 3)
In this example, as shown in FIG. 15, the uppermost piezoelectric material layer 12a in the second embodiment is omitted, and instead, a layer similar to the insulating layer 12f is provided between the piezoelectric material layer 12c and the top plate 15. Another insulating layer 12g having a small thickness is disposed, and the second constant potential electrode 23 is formed on the upper surface side of the insulating layer 12g, and the first constant potential electrode 22B is formed on the lower surface side. In this case, the first and second constant potential electrodes 22B and 23 are formed symmetrically with the individual electrode 21 disposed on the lower surface side of the piezoelectric material layer 12b interposed therebetween. Thereby, the first active portions S12a and S13a corresponding to the central portion of each pressure chamber 14Aa and the second active portions S22 and S23 corresponding to the outer peripheral portion thereof are formed.
また、前述したような圧電材料層は、少なくとも1層あればよく、次の実施例4に示すように構成することもできる。
(実施例4)
この例では、図16に示すように、圧電材料層12aの一方の面(上面)側に個別電極21が形成され、他方の面(下面)側に第1及び第2の定電位電極22B,23が、ノズル列方向において交互に形成されている。これにより、各圧力室14Aaの中央部分に対応する第1の活性部S11aが、それの外周側の部分両側に対応する第2の活性部S21,S21がそれぞれ形成される。
Further, the piezoelectric material layer as described above may be at least one layer, and may be configured as shown in the following Example 4.
Example 4
In this example, as shown in FIG. 16, the individual electrode 21 is formed on one surface (upper surface) side of the piezoelectric material layer 12a, and the first and second constant potential electrodes 22B, 23 are alternately formed in the nozzle row direction. Thus, the first active portion S11a corresponding to the central portion of each pressure chamber 14Aa and the second active portions S21, S21 corresponding to both sides of the outer peripheral portion thereof are formed.
このようにすれば、トップフレート15が拘束プレートとして機能し、実施例1〜3のものよりも圧電材料層の数が少なく変形量は小さくなるものの、圧電材料層12aが1層であっても、ユニモルフ変形による優れた吐出効率を実現することができる。 In this way, the top fret 15 functions as a restraint plate, and although the number of piezoelectric material layers is smaller than that of the first to third embodiments and the amount of deformation is small, the piezoelectric material layer 12a is one layer. Excellent discharge efficiency due to unimorph deformation can be realized.
このような圧電材料層が1層の場合も、次の実施例5に示すように、層厚が薄い絶縁層を利用した構造とすることもできる。
(実施例5)
この例では、図17に示すように、圧電材料層12aとトッププレート15との間に絶縁層12hを挟んだ構造となっている。圧電材料層12aの上面側に個別電極21が、下面側に第2の定電位電極23がそれぞれ形成されている。そして、絶縁層12hの下面側に第1の定電位電極22Bが形成されている。これにより、各圧力室14Aaの中央部分に対応する第1の活性部S11bが、それの外周側の部分に対応する第2の活性部S21がそれぞれ形成される。
Even when such a piezoelectric material layer is a single layer, as shown in Example 5 below, a structure using an insulating layer with a thin layer thickness can be used.
(Example 5)
In this example, as shown in FIG. 17, an insulating layer 12 h is sandwiched between the piezoelectric material layer 12 a and the top plate 15. An individual electrode 21 is formed on the upper surface side of the piezoelectric material layer 12a, and a second constant potential electrode 23 is formed on the lower surface side. The first constant potential electrode 22B is formed on the lower surface side of the insulating layer 12h. Thereby, the first active portion S11b corresponding to the central portion of each pressure chamber 14Aa and the second active portion S21 corresponding to the outer peripheral portion thereof are formed.
この場合も、電圧の印加・非印加により、図18(a)(b)に示すように、クロストークの抑制効果が発揮されることがわかる。この実施例5の場合は、表2に示すように、隣接圧力室の断面積の変化の割合は2%で、従来例に比べて変化割合が大幅に低減され、クロストークの抑制効果が、とくに大きいことがわかる。 Also in this case, it can be seen that the effect of suppressing crosstalk is exhibited by applying and not applying voltage, as shown in FIGS. 18 (a) and 18 (b). In the case of this Example 5, as shown in Table 2, the rate of change in the cross-sectional area of the adjacent pressure chamber is 2%, the rate of change is greatly reduced compared to the conventional example, and the effect of suppressing crosstalk is It can be seen that it is particularly large.
前述した実施例のように、第1の活性部の両側に第2の活性部を設ける必要はなく、第1の活性部の一方の側についてだけクロストークの抑制効果を発揮させるだけでよければ、実施例6に示すように、第2の活性部を、第1の活性部の一方の側だけに設けることも可能である。
(実施例6)
この例では、図19に示すように、個別電極21Aが、圧力室14Aaに対応する領域の一部及び桁部14Abに対応する領域に配置されている。
It is not necessary to provide the second active part on both sides of the first active part as in the above-described embodiment, and it is only necessary to exert a crosstalk suppressing effect only on one side of the first active part. As shown in the sixth embodiment, it is possible to provide the second active part only on one side of the first active part.
(Example 6)
In this example, as shown in FIG. 19, the individual electrodes 21A are arranged in a part of the region corresponding to the pressure chamber 14Aa and the region corresponding to the beam portion 14Ab.
そして、圧電材料層12aの一方の面(上面)側には個別電極21Aが、他方の面(下面)側に個別電極21Aの各側部に対応して第1及び第2の定電位電極22A,23Aがそれぞれ形成されている。また、圧電材料層12cの上面側に個別電極21Aが、下面側に第1の定電位電極22Aがそれぞれ形成されている。これにより、各圧力室14Aaの中央部分に対応する第1の活性部S11,S12,S13aが、それの外周側の部分に対応する第2の活性部S21c,S22cがそれぞれ形成される。 The individual electrode 21A is provided on one surface (upper surface) side of the piezoelectric material layer 12a, and the first and second constant potential electrodes 22A are provided on the other surface (lower surface) side corresponding to the respective side portions of the individual electrode 21A. , 23A are formed. The individual electrode 21A is formed on the upper surface side of the piezoelectric material layer 12c, and the first constant potential electrode 22A is formed on the lower surface side. Thereby, the first active portions S11, S12, S13a corresponding to the central portion of each pressure chamber 14Aa and the second active portions S21c, S22c corresponding to the outer peripheral portion thereof are formed, respectively.
このようにすれば、第2の活性部S21c,S22cが配置されている側についてのみクロストークの抑制効果が発揮される。 In this way, the crosstalk suppressing effect is exhibited only on the side where the second active portions S21c and S22c are arranged.
また、次の実施例7のように、第1の定電位電極をノズル列方向に沿って延びるように形成し、ノズル列方向に列状に形成される各圧力室に共通のものとすることも可能である。
(実施例7)
この例では、図20に示すように、4つの圧電材料層12a〜12dを有し、圧力室14Aaから最も離れた圧電材料層12aの一方の面(上面)側に個別電極21が、他方の面(下面)側に第2の定電位電極23がそれぞれ形成されている。そして、圧電材料層12aから圧力室14Aa寄りに3番目の圧電材料層12cの一方の面側に第1の定電位電極22Cが、他方の面側に個別電極21Bがそれぞれ形成されている。そして、圧電材料層12aから圧力室14Aa寄りに4番目の圧電材料層12dの圧力室14Aa側に第1の定電位電極22Cが形成されている。これにより、各圧力室14Aaの中央部分に対応する第1の活性部S11’,S13,S14が、それの外周側の部分に対応する第2の活性部S21’がそれぞれ形成される。
Further, as in Example 7 below, the first constant potential electrode is formed so as to extend along the nozzle row direction, and is common to each pressure chamber formed in a row in the nozzle row direction. Is also possible.
(Example 7)
In this example, as shown in FIG. 20, there are four piezoelectric material layers 12a to 12d, and the individual electrode 21 is provided on one surface (upper surface) side of the piezoelectric material layer 12a farthest from the pressure chamber 14Aa. Second constant potential electrodes 23 are respectively formed on the surface (lower surface) side. Then, the first constant potential electrode 22C is formed on one surface side of the third piezoelectric material layer 12c and the individual electrode 21B is formed on the other surface side near the pressure chamber 14Aa from the piezoelectric material layer 12a. A first constant potential electrode 22C is formed on the pressure chamber 14Aa side of the fourth piezoelectric material layer 12d closer to the pressure chamber 14Aa from the piezoelectric material layer 12a. Thus, the first active portions S11 ′, S13, S14 corresponding to the central portion of each pressure chamber 14Aa and the second active portion S21 ′ corresponding to the outer peripheral portion thereof are formed.
そして、各圧電材料層12a〜12dの電極21,21B,22C,23は、平面視で見ると、図21に示すように配置されている。即ち、圧電材料層12aの上面側(第1層)及び圧電材料層12cの下面側(第3層)には、圧力室14Aaに対応して各個別電極21,21Bが一定ピッチでノズル列方向Xに形成されている。そして、隣り合う各個別電極21,21Bは、ノズル列方向において半ピッチずれて形成され、それらの間において、各個別電極21,21Bの接続端子部21a,21Baが千鳥状に形成されている。そして、フレキシブル配線板13の接続端子(図示せず)が個別電極21の接続端子部21aに接続され、この各個別電極21の接続端子部21aが、圧電材料層12a〜12cを貫通するスルーホール24(内部に導電性材料を充填)並びに圧電材料層12aの下面側及び圧電材料層12cの上面側に形成した中間電極25を介して、各個別電極21Bの接続端子部21Baに電気的に接続されている(図22(b)参照)。なお、圧電材料層12aの上面側の個別電極21は、圧電材料層12cの下面側の個別電極21Bよりもノズル列方向長さが長く形成されている。 Then, the electrodes 21, 21B, 22C, and 23 of the piezoelectric material layers 12a to 12d are arranged as shown in FIG. 21 when viewed in a plan view. That is, on the upper surface side (first layer) of the piezoelectric material layer 12a and the lower surface side (third layer) of the piezoelectric material layer 12c, the individual electrodes 21 and 21B correspond to the pressure chambers 14Aa in the nozzle row direction at a constant pitch. X is formed. The adjacent individual electrodes 21 and 21B are formed so as to be shifted by a half pitch in the nozzle row direction, and the connection terminal portions 21a and 21Ba of the individual electrodes 21 and 21B are formed in a staggered manner between them. And the connection terminal (not shown) of the flexible wiring board 13 is connected to the connection terminal part 21a of the individual electrode 21, and the connection terminal part 21a of each individual electrode 21 is a through hole penetrating the piezoelectric material layers 12a to 12c. 24 (filled with a conductive material inside), and electrically connected to the connection terminal portion 21Ba of each individual electrode 21B via an intermediate electrode 25 formed on the lower surface side of the piezoelectric material layer 12a and the upper surface side of the piezoelectric material layer 12c. (See FIG. 22B). The individual electrodes 21 on the upper surface side of the piezoelectric material layer 12a are formed longer in the nozzle row direction than the individual electrodes 21B on the lower surface side of the piezoelectric material layer 12c.
また、圧電材料層12aの下面側には、圧力室14Aaに対応して第2の定電位電極23がそれが一定ピッチでノズル列方向に形成され、それらの一端部がノズル列方向に延びている共通電極23aに接続されている。また、圧電材料層12cの上面側及び圧電材料
層12dの下面側には、圧力室14Aaに対応して第1の定電位電極22Cがノズル列方向に延びるようにそれぞれ形成されている。
Also, on the lower surface side of the piezoelectric material layer 12a, second constant potential electrodes 23 corresponding to the pressure chambers 14Aa are formed at a constant pitch in the nozzle row direction, and one end portions thereof extend in the nozzle row direction. Connected to the common electrode 23a. A first constant potential electrode 22C is formed on the upper surface side of the piezoelectric material layer 12c and the lower surface side of the piezoelectric material layer 12d so as to extend in the nozzle row direction corresponding to the pressure chambers 14Aa.
このように第1の定電位電極22Cがノズル列方向Xに形成され、ノズル列方向の各圧力室14Aaで共有されるようにしているので、電極21,21B,22C,23の配置が簡便になり、コンパクト化を図る上で有利である。なお、分極方向と、電圧印加時に有効なON時有効な部分(第1の活性部)と、電圧非印加時に有効なOFF時有効な部分(第2の活性部)との関係を、図22(a)(b)に示す。 Thus, since the first constant potential electrode 22C is formed in the nozzle row direction X and is shared by the pressure chambers 14Aa in the nozzle row direction, the arrangement of the electrodes 21, 21B, 22C, and 23 is simple. Therefore, it is advantageous for downsizing. FIG. 22 shows the relationship between the polarization direction, the effective portion at the time of ON when the voltage is applied (first active portion), and the effective portion at the time of OFF when the voltage is not applied (second active portion). (A) Shown in (b).
前述した実施例1,2,4〜7では、フレキシブル配線板13との接続部が、圧力室から最も離れた圧電材料層12a上に配置されるようになっているので、ハンダによる接続時における、そのハンダの流れ込みよる変形特性のバラツキが生じるおそれがあるので、次の実施例8のように圧電材料層12aとそれの内側に位置する圧電材料層12bとの間に個別電極を配置するようにして、実施例3の場合と同様に、そのような不具合が回避することができる。
(実施例8)
この例では、圧電アクチュエータを構成する複数の圧電材料層のうち、圧力室から最も離れた圧電材料層(最離間層)の一方の面(最離間面)側に接続用の表面個別電極を、他方の面側に個別電極をそれぞれ形成している。
In Examples 1, 2, and 4 to 7 described above, the connection portion with the flexible wiring board 13 is arranged on the piezoelectric material layer 12a farthest from the pressure chamber. Since there is a risk of variation in deformation characteristics due to the flow of the solder, an individual electrode is arranged between the piezoelectric material layer 12a and the piezoelectric material layer 12b located inside the piezoelectric material layer 12b as in Example 8 below. Thus, similar to the case of the third embodiment, such a problem can be avoided.
(Example 8)
In this example, among the plurality of piezoelectric material layers constituting the piezoelectric actuator, a surface individual electrode for connection is provided on one surface (the most separated surface) side of the piezoelectric material layer (the most separated layer) farthest from the pressure chamber. Individual electrodes are formed on the other surface side.
図23に示すように、個別電極21と表面個別電極21bとは、圧電材料層12aを貫通するスルーホール24(内部に導電性材料を充填)によって導通されている。そして、第1の定電位電極22Dが、最も圧力室14Aa寄りの圧電材料層12cの圧力室14Aa側の面に形成されている。一方、第2の定電位電極23Aは、複数の圧電材料層12a〜12cの、圧力室14Aaと最も離れて位置する圧電材料層12aの圧力室14Aaとは反対側の面である最離間面12aa上に形成されている。 As shown in FIG. 23, the individual electrode 21 and the surface individual electrode 21b are electrically connected by a through hole 24 (filled with a conductive material) penetrating the piezoelectric material layer 12a. The first constant potential electrode 22D is formed on the surface of the piezoelectric material layer 12c closest to the pressure chamber 14Aa on the pressure chamber 14Aa side. On the other hand, the second constant potential electrode 23A is the farthest surface 12aa which is the surface of the plurality of piezoelectric material layers 12a to 12c opposite to the pressure chamber 14Aa of the piezoelectric material layer 12a located farthest from the pressure chamber 14Aa. Formed on top.
個別電極21は、圧電材料層12aの圧力室14Aa側の面上に形成されている。つまり各圧電材料層12a〜12cのいずれかの面であって最離間面12aaとは異なる面である圧電材料層12a(最離間層)の圧力室14Aa側の面上に形成されている。そして、最離間面12aaの圧力室14Aaの外周縁よりも外側の領域(桁部14Abに対応する領域)に、個別電極21への入力端子となる表面個別電極21bが形成されている。この表面個別電極21bと、個別電極21とが、圧電材料層12aを貫通するスルーホール(導電性材料24)を通じて導通している。表面個別電極21bは、隣接する圧力室14Aaとの間の領域(いわゆる桁部14Abに対応する領域)に形成されている。 The individual electrode 21 is formed on the surface of the piezoelectric material layer 12a on the pressure chamber 14Aa side. That is, the piezoelectric material layer 12a is formed on the pressure chamber 14Aa side surface of the piezoelectric material layer 12a (the farthest separated layer) which is one of the surfaces of the piezoelectric material layers 12a to 12c and is different from the farthest separated surface 12aa. And the surface individual electrode 21b used as the input terminal to the individual electrode 21 is formed in the area | region (area | region corresponding to beam part 14Ab) outside the outer periphery of pressure chamber 14Aa of the most spaced surface 12aa. The individual surface electrode 21b and the individual electrode 21 are electrically connected through a through hole (conductive material 24) penetrating the piezoelectric material layer 12a. The surface individual electrode 21b is formed in a region between the adjacent pressure chambers 14Aa (a region corresponding to the so-called beam portion 14Ab).
これにより、圧力室14Aaの中央部分に対応して第1の活性部S11,S12が、それの外周側の部分に第2の活性部S22’がそれぞれ形成される。よって、第2の活性部S22’は、複数の圧電材料層12a〜12cのうちの最離間層(圧電材料層12a)以外の層である、圧力室14Aa側の圧電材料層12b,12cに形成されていることになる。 Thus, the first active portions S11 and S12 are formed corresponding to the central portion of the pressure chamber 14Aa, and the second active portion S22 'is formed on the outer peripheral portion thereof. Therefore, the second active portion S22 ′ is formed in the piezoelectric material layers 12b and 12c on the pressure chamber 14Aa side, which is a layer other than the most separated layer (piezoelectric material layer 12a) among the plurality of piezoelectric material layers 12a to 12c. Will be.
また、各圧電材料層12a〜12cの面上に形成される電極21,22D,23Aは、平面視で見ると、図24に示すように配置されている。即ち、圧電材料層12a,12c(第1層、第3層)の上面側には、各圧力室14Aaに対応して第2の定電位電極23Aが一定ピッチでノズル列方向に形成され、隣り合う第2の定電位電極23Aは、ノズル列方向に半ピッチずれて形成されている。そして、圧電材料層12aの上面側の第2の定電位電極23Aのノズル列方向の間には、各個別電極21に対応して表面個別電極21bが形成され、それら表面個別電極21bの、第2の定電位電極23Aの反対側の端部は、隣接する圧力室14Aaとの間の部位まで延び、フレキシブル配線板13の接続端子に接続
される接続端子部21Baとして千鳥状に形成されている。
Further, the electrodes 21, 22D, and 23A formed on the surfaces of the piezoelectric material layers 12a to 12c are arranged as shown in FIG. That is, on the upper surface side of the piezoelectric material layers 12a and 12c (the first layer and the third layer), the second constant potential electrodes 23A corresponding to the pressure chambers 14Aa are formed in the nozzle row direction at a constant pitch and adjacent to each other. The matching second constant potential electrode 23A is formed with a half pitch shift in the nozzle row direction. And between the nozzle row direction of the 2nd constant potential electrode 23A of the upper surface side of the piezoelectric material layer 12a, the surface individual electrode 21b is formed corresponding to each individual electrode 21, and the surface individual electrode 21b of the surface individual electrode 21b The opposite end of the second constant potential electrode 23 </ b> A extends to a portion between the adjacent pressure chambers 14 </ b> Aa, and is formed in a staggered manner as a connection terminal portion 21 </ b> Ba connected to the connection terminal of the flexible wiring board 13. .
圧電材料層12aの下面側には、圧力室14Aaに対応して個別電極21がそれが一定ピッチでノズル列方向に形成され、それらの接続端子部21aが、圧電材料層12aを貫通するスルーホール24(内部に導電性材料を充填)を利用して表面個別電極21bの接続端子部21Baにそれぞれ接続されている(図25(a)参照)。 On the lower surface side of the piezoelectric material layer 12a, individual electrodes 21 corresponding to the pressure chambers 14Aa are formed at a constant pitch in the nozzle row direction, and the connection terminal portions 21a pass through the piezoelectric material layer 12a. 24 (the inside is filled with a conductive material) is connected to the connection terminal portion 21Ba of the surface individual electrode 21b (see FIG. 25A).
圧電材料層12cの下面側には、隣り合う2列の圧電室14Aaに対して共通となる第1の定電位電極22Dが、ノズル列方向に延びるように形成されている。 On the lower surface side of the piezoelectric material layer 12c, a first constant potential electrode 22D that is common to two adjacent rows of piezoelectric chambers 14Aa is formed so as to extend in the nozzle row direction.
このように、フレキシブル配線板13の接続端子が接続される接続端子部21Baが、駆動時に変形しない桁部14Abに対応する領域上に形成されているので、フレキシブル配線板13の接続端子との接続時にハンダが流れ込んでも、各第1の活性部についての変形特性のバラツキが起こりにくくなる。 In this way, since the connection terminal portion 21Ba to which the connection terminal of the flexible wiring board 13 is connected is formed on the region corresponding to the girder portion 14Ab that is not deformed during driving, the connection with the connection terminal of the flexible wiring board 13 is performed. Even when solder flows in, sometimes the variation in deformation characteristics of each first active portion is less likely to occur.
なお、分極方向と、電圧印加時に有効なON時有効な部分(第1の活性部)と、電圧非印加時に有効なOFF時有効な部分(第2の活性部)との関係を、図25(a)(b)に示す。そして、電圧の印加・非印加により、図26(a)(b)に示すように、クロストークの抑制効果が発揮されることがわかる。この実施例8の場合は、表2に示すように、隣接圧力室の断面積の変化の割合は12%で、実施例1の場合と同様に従来例に比べて変化割合がほぼ半減し、クロストークの抑制効果が発揮されることがわかる。 FIG. 25 shows the relationship between the polarization direction, the effective portion at the time of ON when the voltage is applied (first active portion), and the effective portion at the time of OFF when the voltage is not applied (second active portion). (A) Shown in (b). Then, it can be seen that the effect of suppressing the crosstalk is exhibited by the application / non-application of the voltage, as shown in FIGS. In the case of this Example 8, as shown in Table 2, the rate of change in the cross-sectional area of the adjacent pressure chamber is 12%, and the rate of change is almost halved compared to the conventional example as in Example 1, It can be seen that the effect of suppressing crosstalk is exhibited.
そして、前述した実施例1〜7では、図27(a)に示すように、第1の活性部への電圧の印加時(つまり個別電極に第2の電位を付与したとき)に吐出されるが、この実施例8及び後述する実施例10の場合には、図27(b)に示すように、逆に、第1の活性部への電圧の印加が解除されたとき(つまり個別電極に第1の電位を付与したとき)に吐出されるようになっている。 In Embodiments 1 to 7 described above, as shown in FIG. 27A, discharge is performed when a voltage is applied to the first active portion (that is, when a second potential is applied to the individual electrode). However, in the case of the eighth embodiment and the tenth embodiment described later, as shown in FIG. 27B, conversely, when the application of the voltage to the first active portion is released (that is, to the individual electrode). (When the first potential is applied).
また、実施例8と同様に表面個別電極を利用する場合であっても、次の実施例9のようにすることで、実施例1〜7と同様に、第1の活性部への電圧の印加時に吐出するようにすることも可能である(図27(a)参照)。
(実施例9)
この例では、図28に示すように、圧電アクチュエータを2層構造として、上側の圧電材料層12aの上面側に第2の定電位電極23Cが、下面側に個別電極21がそれぞれ形成されている。そして、下側の圧電材料層12bの下面側に第1の定電位電極22Cが形成されている。これにより、各圧力室14Aaの中央部分に対応する第1の活性部S12が、それの外周側の部分に対応する第2の活性部S21がそれぞれ形成される。
Further, even in the case where the surface individual electrode is used as in the case of the eighth embodiment, the voltage to the first active portion can be reduced in the same manner as in the first to seventh embodiments. It is also possible to discharge at the time of application (see FIG. 27A).
Example 9
In this example, as shown in FIG. 28, the piezoelectric actuator has a two-layer structure, and the second constant potential electrode 23C is formed on the upper surface side of the upper piezoelectric material layer 12a, and the individual electrode 21 is formed on the lower surface side. . The first constant potential electrode 22C is formed on the lower surface side of the lower piezoelectric material layer 12b. As a result, the first active portion S12 corresponding to the central portion of each pressure chamber 14Aa and the second active portion S21 corresponding to the outer peripheral portion thereof are formed.
このようにすれば、フレキシブル配線板13(COP)との接合部となる個別表面電極21cが、図29に示すように、圧力室14Aaの間の桁部14Abに対応する領域に形成される。それに加えて、第2の定電位電極23Cと個別電極21との間に電圧が印加される時間が短いので、実施例8の場合とは異なり、マイグレーションによる短絡が回避される。 By doing so, as shown in FIG. 29, the individual surface electrode 21c that becomes a joint with the flexible wiring board 13 (COP) is formed in a region corresponding to the beam portion 14Ab between the pressure chambers 14Aa. In addition, since the time during which a voltage is applied between the second constant potential electrode 23C and the individual electrode 21 is short, unlike the case of the eighth embodiment, a short circuit due to migration is avoided.
また、各圧電材料層12a,12bの上下面における電極は、平面視で見ると、図29に示すように配置されている。即ち、圧電材料層12aの上面側には、圧力室14Aaに対応して各第2の定電位電極23Cが一定ピッチでノズル列方向に形成され、それらのノズル列方向に直交する方向の両側部分が共通電極23Ca,23Cbにて接続されている。そして、隣り合う第2の定電位電極23C,23Cは、ノズル列方向において半ピッチずれて形成され、隣り合う共通電極23Ca,23Cbの間であって第2の定電位電極2
3Cが形成されている側とは反対側において、フレキシブル配線板13の接続端子に接続される表面個別電極21cが形成されている。
Also, the electrodes on the upper and lower surfaces of the piezoelectric material layers 12a and 12b are arranged as shown in FIG. That is, on the upper surface side of the piezoelectric material layer 12a, the second constant potential electrodes 23C corresponding to the pressure chambers 14Aa are formed at a constant pitch in the nozzle row direction, and both side portions in the direction perpendicular to the nozzle row direction. Are connected by common electrodes 23Ca and 23Cb. The adjacent second constant potential electrodes 23C and 23C are formed with a half-pitch shift in the nozzle row direction, and are between the adjacent common electrodes 23Ca and 23Cb and the second constant potential electrode 2 is formed.
On the side opposite to the side on which 3C is formed, the surface individual electrode 21c connected to the connection terminal of the flexible wiring board 13 is formed.
圧電材料層12aの下面側には、各圧力室14Aaに対応して個別電極21が一定ピッチでノズル列方向に形成され、それらの一部が、圧電材料層12aの上面の表面個別電極21cにスルーホール24(内部に導電性材料を充填)を利用して電気的に接続するための接続端子部21aとなるように突出して形成されている。 On the lower surface side of the piezoelectric material layer 12a, individual electrodes 21 are formed at a constant pitch in the nozzle row direction corresponding to each pressure chamber 14Aa, and a part of them is formed on the surface individual electrode 21c on the upper surface of the piezoelectric material layer 12a. The through hole 24 (filled with a conductive material inside) is used to project so as to be a connection terminal portion 21a for electrical connection.
圧電材料層12bの下面側には、圧力室14Aaに対応して第1の定電位電極22Cがそれが一定ピッチでノズル列方向に形成され、それらの端部が、隣接する第1の定電位電極22Cと接続部22Caを介して相互に接続されている。 On the lower surface side of the piezoelectric material layer 12b, first constant potential electrodes 22C corresponding to the pressure chambers 14Aa are formed at a constant pitch in the nozzle row direction, and their end portions are adjacent to the first constant potential. The electrodes 22C and the connection part 22Ca are connected to each other.
なお、分極方向と、電圧印加時に有効なON時有効な部分(第1の活性部)と、電圧非印加時に有効なOFF時有効な部分(第2の活性部)との関係を、図30(a)(b)に示す。そして、電圧の印加・非印加により、図31(a)(b)に示すように、クロストークの抑制効果が発揮されることがわかる。 FIG. 30 shows the relationship between the polarization direction, the effective portion at the time of ON when the voltage is applied (first active portion), and the effective portion at the time of OFF when the voltage is not applied (second active portion). (A) Shown in (b). Then, it can be seen that the effect of suppressing crosstalk is exhibited by applying and not applying voltage, as shown in FIGS.
また、次の実施例10のように構成することで、実施例9と同様にマイグレーションによる短絡を防止し、かつ実施例8と同様に、表面個別電極を利用して、第1の活性部への電圧の印加が解除されたときに吐出するようにできる(図27(b)参照)。
(実施例10)
この例では、図32に示すように、圧電材料層12aの上面側に第1の定電位電極22Dが、下面側に個別電極21がそれぞれ形成され、また、圧電材料層12cの上面側に第2の定電位電極23Dが、下面側に第1の定電位電極22Eがそれぞれ形成されている。個別電極21は、圧電材料層12aを貫通するスルーホール24(内部に導電性材料を充填)を利用して表面個別電極21cにそれぞれ接続されている(図33(b)参照)。これにより、圧力室14Aaの中央部分に対応して第2の活性部S22が、それの外周側の部分に第1の活性部S11,S12’がそれぞれ形成される。
Further, by configuring as in the following Example 10, as in Example 9, a short circuit due to migration is prevented, and as in Example 8, using the surface individual electrode, the first active part is formed. The discharge can be performed when the application of the voltage is canceled (see FIG. 27B).
(Example 10)
In this example, as shown in FIG. 32, the first constant potential electrode 22D is formed on the upper surface side of the piezoelectric material layer 12a, the individual electrode 21 is formed on the lower surface side, and the first constant potential electrode 22D is formed on the upper surface side of the piezoelectric material layer 12c. Two constant potential electrodes 23D and a first constant potential electrode 22E are formed on the lower surface side. The individual electrodes 21 are respectively connected to the surface individual electrodes 21c by using through holes 24 (filled with a conductive material inside) that penetrate the piezoelectric material layer 12a (see FIG. 33B). Thus, the second active portion S22 is formed corresponding to the central portion of the pressure chamber 14Aa, and the first active portions S11 and S12 ′ are formed on the outer peripheral portion thereof.
この場合、分極方向と、電圧印加時に有効なON時有効な部分(第1の活性部)と、電圧非印加時に有効なOFF時有効な部分(第2の活性部)との関係は、図33(a)(b)に示すとおりである。そして、電圧の印加・非印加により、図34(a)(b)に示すように、クロストークの抑制効果が発揮されることがわかる。 In this case, the relationship between the polarization direction, the effective portion at the time of ON when the voltage is applied (first active portion), and the effective portion at the time of OFF when the voltage is not applied (second active portion) is shown in FIG. 33 (a) and (b). Then, it can be seen that the effect of suppressing the crosstalk is exhibited by the application / non-application of the voltage, as shown in FIGS.
この場合も、実施例9の場合と同様に、接続時におけるハンダの流れ込みよる変形特性のバラツキが生じることが回避され、また、第1の定電位電極22D,22Eと個別電極21との間に電位差が生じる時間が短く、マイグレーションによる短絡が回避される。 In this case as well, as in the case of the ninth embodiment, it is possible to avoid variations in deformation characteristics due to the flow of solder at the time of connection, and between the first constant potential electrodes 22D and 22E and the individual electrodes 21. The time during which the potential difference occurs is short, and a short circuit due to migration is avoided.
さらに、次の実施例11のように構成することで、表面個別電極あるいはスルーホールを利用することなく、積層数を少なくして、実施例8,10と同様に、第1の活性部への電圧の印加が解除されたときに吐出するようにすることもできる(図27(b)参照)。(実施例11)
この例では、図35に示すように、圧電材料層12aの上面側に個別電極21が、下面側に第2の定電位電極23Eがそれぞれ形成され、圧電材料層12bの下面側に第1の定電位電極22Fが形成されている。これにより、圧力室14Aaの中央部分に対応して第1の活性部S21が、それの外周側の部分に第2の活性部S11’がそれぞれ形成される。なお、待機時に、個別電極21にグランド電位が付与されるのは、実施例8や実施例10と同様である。
Further, by configuring as in the following Example 11, the number of stacked layers can be reduced without using the surface individual electrodes or through holes, and the first active portion can be formed as in Examples 8 and 10. It is also possible to discharge when the application of voltage is released (see FIG. 27B). (Example 11)
In this example, as shown in FIG. 35, the individual electrode 21 is formed on the upper surface side of the piezoelectric material layer 12a, the second constant potential electrode 23E is formed on the lower surface side, and the first electrode is formed on the lower surface side of the piezoelectric material layer 12b. A constant potential electrode 22F is formed. Thereby, the first active portion S21 is formed corresponding to the central portion of the pressure chamber 14Aa, and the second active portion S11 ′ is formed on the outer peripheral side portion thereof. Note that the ground potential is applied to the individual electrode 21 during standby, as in the eighth and tenth embodiments.
また、各圧電材料層12a,12bの上下面における電極は、平面視で見ると、図36
に示すように配置されている。即ち、圧電材料層12aの上面側には、各圧力室14Aaに対応して個別電極21が一定ピッチでノズル列方向に形成され、それらの間に、個別電極の一部が突出し、その突出部分が、フレキシブル配線板13の接続端子に接続される接続端子部21aとなるように千鳥状に形成されている。
Further, the electrodes on the upper and lower surfaces of each piezoelectric material layer 12a, 12b are shown in FIG.
Are arranged as shown in FIG. That is, on the upper surface side of the piezoelectric material layer 12a, individual electrodes 21 are formed at a constant pitch in the nozzle row direction corresponding to each pressure chamber 14Aa, and a part of the individual electrodes protrudes between them, and the protruding portion Is formed in a staggered pattern so as to be the connection terminal portion 21 a connected to the connection terminal of the flexible wiring board 13.
圧電材料層12aの下面側には、各圧力室14Aaに対応して第2の定電圧電極23Eが一定ピッチでノズル列方向に形成され、それらの一端部が、それらの間に位置する共通電極23Eaに電気的に接続されている。また、圧電材料層12bの下面側には、ノズル列方向の圧力室14Aaに共通の電極となるようにノズル列方向に延びる第1の定電位電極22Eが形成されている。 On the lower surface side of the piezoelectric material layer 12a, second constant voltage electrodes 23E are formed at a constant pitch in the nozzle row direction corresponding to the pressure chambers 14Aa, and one end portion of the second constant voltage electrodes 23E is located between them. 23Ea is electrically connected. A first constant potential electrode 22E extending in the nozzle row direction is formed on the lower surface side of the piezoelectric material layer 12b so as to be a common electrode for the pressure chambers 14Aa in the nozzle row direction.
なお、分極方向と、電圧印加時に有効なON時有効な部分(第1の活性部)と、電圧非印加時に有効なOFF時有効な部分(第2の活性部)との関係は、図37(a)(b)に示すとおりである。そして、電圧の印加・非印加により、図38(a)(b)に示すように、クロストークの抑制効果が発揮されることがわかる。この実施例11の場合は、表2に示すように、隣接圧力室の断面積の変化の割合は3%で、従来例に比べて変化割合が大幅に低減され、クロストークの抑制効果に優れていることがわかる。 The relationship between the polarization direction, the effective portion when ON (first active portion) when a voltage is applied, and the effective portion when OFF (second active portion) when no voltage is applied is shown in FIG. (A) As shown in (b). Then, it can be seen that the effect of suppressing crosstalk is exhibited by applying and not applying voltage, as shown in FIGS. 38 (a) and 38 (b). In the case of Example 11, as shown in Table 2, the rate of change in the cross-sectional area of the adjacent pressure chamber is 3%, which is greatly reduced compared to the conventional example, and is excellent in the effect of suppressing crosstalk. You can see that
このようにすれば、スルーホールによる接合がなく、積層数が少ないので、安価に製造することができる。また、断面積変化が大きくなるが、クロストークの抑制効果には優れる。 In this way, since there is no bonding by through holes and the number of stacked layers is small, it can be manufactured at low cost. Moreover, although the cross-sectional area change becomes large, the crosstalk suppression effect is excellent.
また、次の実施例12,13のように構成することで、圧力室列方向において隣接する圧力室間の列内クロストークを防止するだけでなく、隣の圧縮室列に属し前記圧縮室列方向に直交する方向において隣接する圧力室との間の列間クロストークも抑制することができる。
(実施例12)
この例では、図39に示すように、圧電アクチュエータ12は、平面的に見たとき(すなわちキャビティユニット11と圧電アクチュエータ12との積層方向から見たとき)、圧力室14Aaの中央部分に対応する第1の活性部S31(第1の部分)と、圧力室14Aaの中央部分に対し、前記所定方向即ち圧力室列方向Xにおける両側部分に対応して設けられる第2の活性部S32(第2の部分)と、圧力室14Aaの中央部分に対し、圧力室列方向Xと直交(交差)する方向Y(交差方向)における一側部分に対応して設けられる第3の活性部S33(第3の部分)とを備える。ここで、圧力室14Aaの中央部分とは、圧力室14Aaが配列されている圧力室列方向X(ノズル穴16aが配列されているノズル列方向でもある)における中央部分である。
Further, by configuring as in the following Examples 12 and 13, in addition to preventing in-row crosstalk between adjacent pressure chambers in the pressure chamber row direction, the compression chamber row belongs to the adjacent compression chamber row. Inter-column crosstalk between adjacent pressure chambers in a direction orthogonal to the direction can also be suppressed.
(Example 12)
In this example, as shown in FIG. 39, the piezoelectric actuator 12 corresponds to the central portion of the pressure chamber 14Aa when viewed in plan (that is, when viewed from the stacking direction of the cavity unit 11 and the piezoelectric actuator 12). A second active portion S32 (second portion) provided corresponding to both sides of the first active portion S31 (first portion) and the central portion of the pressure chamber 14Aa in the predetermined direction, that is, the pressure chamber row direction X. And a third active portion S33 (third portion) provided corresponding to one side portion in a direction Y (crossing direction) orthogonal to (crossing) the pressure chamber row direction X with respect to the central portion of the pressure chamber 14Aa. Part). Here, the central portion of the pressure chamber 14Aa is a central portion in the pressure chamber row direction X in which the pressure chambers 14Aa are arranged (also in the nozzle row direction in which the nozzle holes 16a are arranged).
第2の活性部S32は、隣り合う圧力室14Aaを仕切る壁である桁部14Abに対応する領域だけでなく、圧力室14Aaの外周縁14Aaaよりも内側部分(中央部分側)に対応する領域も含んでいる。また、第3の活性部S33は、圧力室14Aaの外周縁よりも外側の領域、すなわち隣の圧力室列に属し隣り合う圧力室14Aaとを仕切る壁である桁部14Acに対応する領域を含んでいる。 The second active portion S32 includes not only a region corresponding to the spar 14Ab that is a wall that partitions adjacent pressure chambers 14Aa, but also a region corresponding to an inner portion (center portion side) of the outer peripheral edge 14Aaa of the pressure chamber 14Aa. Contains. The third active portion S33 includes a region corresponding to the beam portion 14Ac, which is a region outside the outer peripheral edge of the pressure chamber 14Aa, that is, a wall that belongs to the adjacent pressure chamber row and separates the adjacent pressure chambers 14Aa. It is out.
第1の活性部S31は、各圧力室14Aa毎に設けられる個別電極21と第2の定電位電極23Fとの間に挟まれた圧電材料(圧電材料層12a)を含んで構成される。第2の活性部S32および第3の活性部S33は、個別電極21と第1の定電位電極23Gとの間に挟まれた圧電材料(圧電材料層12a,12b)を含んで構成される。 The first active part S31 includes a piezoelectric material (piezoelectric material layer 12a) sandwiched between the individual electrode 21 and the second constant potential electrode 23F provided for each pressure chamber 14Aa. The second active portion S32 and the third active portion S33 include a piezoelectric material (piezoelectric material layers 12a and 12b) sandwiched between the individual electrode 21 and the first constant potential electrode 23G.
そして、圧電アクチュエータ12は、個別電極21に駆動信号として、正の電位(第1の電位)とグランド電位(第2の電位)とが選択的に付与されることで圧力室14Aaの容積を変化させてノズル穴16aからインクを吐出させる。 The piezoelectric actuator 12 changes the volume of the pressure chamber 14Aa by selectively applying a positive potential (first potential) and a ground potential (second potential) as drive signals to the individual electrodes 21. Ink is ejected from the nozzle hole 16a.
さらに詳述すると、個別電極21は、図39および図40に示すように、圧力室列方向Xにおいて圧力室14Aaより長く、かつ圧力室列方向Xに直交する方向Yにおいては圧力室14Aaより短く、第1の活性部S31に対応する領域、第2の活性部S32に対応する領域および第3の活性部S33に対応する領域とに跨ってこれらの領域をともに占めるように形成されている。第2の定電位電極23Fは、圧力室列方向Xにおいて圧力室14Aaより短く、第1の活性部S31に対応する領域を占めるように形成されている。圧力室14Aa側に位置する第1の定電位電極22Gは、圧力室14Aaより離れて位置する第2の定電位電極23Fよりも圧力室列方向Xにおいて長く形成されている。つまり、各個別電極21は、第1及び第2の定電位電極22G,23Fについて共有される。 More specifically, as shown in FIGS. 39 and 40, the individual electrode 21 is longer than the pressure chamber 14Aa in the pressure chamber row direction X and shorter than the pressure chamber 14Aa in the direction Y orthogonal to the pressure chamber row direction X. The region corresponding to the first active portion S31, the region corresponding to the second active portion S32, and the region corresponding to the third active portion S33 are formed so as to occupy these regions. The second constant potential electrode 23F is formed to be shorter than the pressure chamber 14Aa in the pressure chamber row direction X and occupy a region corresponding to the first active portion S31. The first constant potential electrode 22G located on the pressure chamber 14Aa side is formed longer in the pressure chamber row direction X than the second constant potential electrode 23F located far from the pressure chamber 14Aa. That is, each individual electrode 21 is shared for the first and second constant potential electrodes 22G and 23F.
個別電極21は、前記直交方向Yの一側において第2の定電位電極23Fより長く形成されている部分を有し、第1の定電位電極22Gは、個別電極21が第2の定電位電極23Fより長く形成されている部分において、前記直交方向Yにおいて個別電極21と同等若しくはそれ以上の長さに形成されている部分を有する。 The individual electrode 21 has a portion that is longer than the second constant potential electrode 23F on one side of the orthogonal direction Y. The first constant potential electrode 22G has the individual electrode 21 that is a second constant potential electrode. The part formed longer than 23F has a part formed in a length equal to or longer than that of the individual electrode 21 in the orthogonal direction Y.
第1の定電位電極22Gは、第2の活性部S32に対応する領域まで延び、圧力室列方向Xにおいて隣り合う圧力室14Aa間の桁部14Abに対応する領域を占めるように形成されている。つまり、第1の定電位電極22Gは、桁部14Abに対応する領域を含めて圧力室列方向Xの側部に対応する領域まで延び、圧力室列方向Xにおいて隣り合う2つの圧力室14Aa,14Aaについて共有される。また、第1の定電位電極22Gは、第3の活性部S33に対応する領域に延び、圧力室列方向Xに直交する方向Yにおいて隣り合う圧力室14Aa間の桁部14Acに対応する領域も占めるように形成されている。つまり、第1の定電位電極22Gは、桁部14Acに対応する領域を含めて前記直交方向Yの側部に対応する領域まで延び、前記直交方向Yにおいて隣り合う2つの圧力室14Aa,14Aaについても共有される。 The first constant potential electrode 22G extends to a region corresponding to the second active portion S32 and is formed so as to occupy a region corresponding to the beam portion 14Ab between adjacent pressure chambers 14Aa in the pressure chamber row direction X. . That is, the first constant potential electrode 22G extends to a region corresponding to the side portion in the pressure chamber row direction X including a region corresponding to the beam portion 14Ab, and is adjacent to the two pressure chambers 14Aa, Shared about 14Aa. The first constant potential electrode 22G extends to a region corresponding to the third active portion S33, and also has a region corresponding to the beam portion 14Ac between the pressure chambers 14Aa adjacent in the direction Y orthogonal to the pressure chamber row direction X. It is formed to occupy. That is, the first constant potential electrode 22G extends to the region corresponding to the side portion in the orthogonal direction Y including the region corresponding to the beam portion 14Ac, and is adjacent to the two pressure chambers 14Aa and 14Aa adjacent in the orthogonal direction Y. Are also shared.
具体的には、圧力室14Aaから離れた上側の圧電材料層12aの上面側に個別電極21を形成し、下面側に第2の定電位電極23Fを形成することで、第1の活性部S31が形成される。また、圧力室14Aa側の圧電材料層12bの下面側に第1の定電位電極22Gを形成することで、第2および第3の活性部S32,S33が形成される。 Specifically, the individual electrode 21 is formed on the upper surface side of the upper piezoelectric material layer 12a away from the pressure chamber 14Aa, and the second constant potential electrode 23F is formed on the lower surface side, whereby the first active portion S31. Is formed. In addition, the second and third active portions S32 and S33 are formed by forming the first constant potential electrode 22G on the lower surface side of the piezoelectric material layer 12b on the pressure chamber 14Aa side.
また、各圧電材料層12a,12bの電極21,23F,22Gは、平面的に見ると、各層において、図40に示すように配置されている。即ち、圧電材料層12aの上面側(第1層)には、各圧力室14Aaに対応して個別電極21が圧力室列方向Xにおいて一定ピッチで形成されている。そして、圧力室列方向Xに直交する方向Yにおいて隣り合う個別電極21は、圧力室列方向Xにおいて半ピッチずれて形成され、それらの列の間において、各個別電極21の、フレキシブル配線板13の接続端子(図示せず)に接続される接続端子部21aが千鳥状に形成されている。 In addition, the electrodes 21, 23F, 22G of the piezoelectric material layers 12a, 12b are arranged in each layer as shown in FIG. That is, on the upper surface side (first layer) of the piezoelectric material layer 12a, the individual electrodes 21 are formed at a constant pitch in the pressure chamber row direction X corresponding to each pressure chamber 14Aa. The individual electrodes 21 adjacent in the direction Y orthogonal to the pressure chamber row direction X are formed with a half-pitch shift in the pressure chamber row direction X, and the flexible wiring board 13 of each individual electrode 21 is between these rows. The connection terminal portions 21a connected to the connection terminals (not shown) are formed in a staggered pattern.
圧電材料層12aの下面側(第2層)には、各圧力室14Aaに対応して第2の定電位電極23Fが圧力室列方向Xにおいて一定ピッチで形成され、隣り合う第2の定電位電極23Fは、圧力室列方向Xにおいて半ピッチずれて形成され、それらの一端部が、圧力室列方向Xに延在する接続電極23Faに接続されている。また、第1の定電位電極22Gは、接続端子部21aが反対側に位置する2列の個別電極21,21について共有するように形成されている。 On the lower surface side (second layer) of the piezoelectric material layer 12a, second constant potential electrodes 23F corresponding to each pressure chamber 14Aa are formed at a constant pitch in the pressure chamber row direction X, and adjacent second constant potentials. The electrodes 23F are formed with a half-pitch shift in the pressure chamber row direction X, and one end portions thereof are connected to a connection electrode 23Fa extending in the pressure chamber row direction X. The first constant potential electrode 22G is formed so that the connection terminal portion 21a is shared by the two rows of individual electrodes 21 and 21 positioned on the opposite side.
なお、図41〜図43に示すように、第1の活性部S31は、個別電極21にグランド電位が付与され第2の定電位電極23Fに正の電位が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向(分極方向)に分極されている。一方、第2および第3の活性部S32,S33は、個別電極21に正の電位が付与され第1の定電位電極22Gにグランド電位が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向に分極されている。つまり、インク吐出動作時に、電圧が印加される方向と分極方向が同じである。 As shown in FIGS. 41 to 43, the first active portion S31 is applied when the individual electrode 21 is deformed by being applied with the ground potential and the second constant potential electrode 23F is applied with the positive potential. It is polarized in the same direction (polarization direction) as the voltage direction. On the other hand, the second and third active portions S32 and S33 have a direction of a voltage applied when a positive potential is applied to the individual electrode 21 and a ground potential is applied to the first constant potential electrode 22G, and the direction is applied. Polarized in the same direction. That is, during the ink ejection operation, the direction in which the voltage is applied and the polarization direction are the same.
第2の定電位電極23Fは、常時正の電位とされ、第1の定電位電極22Gは、常時グランド電位とされる。そして、個別電極21には、正の電位とグランド電位とが、圧力室14Aaの容積を変化させるために選択的に付与される。つまり、分極時と駆動時とは電圧の印加方向は同一であるが、第2の定電位電極23Fは常時正の電位とされ、第1の定電位電極22Gには常時グランド電位とされ、個別電極21には前記正の電位が付与されたり、その付与が解除されてグランド電位とされたりする。よって、個別電極21がグランド電位とされるときには、第1の活性部S31に電圧が印加されるが、第2および第3の活性部S32,S33には電圧が印加されず、一方、個別電極21に正の電位が付与されるときには、第1の活性部S31に電圧が印加されず、第2および第3の活性部S32,S33に電圧が印加されることになる。ここで、駆動時において電極間に印加される電圧は、分極時に印加される電圧よりも小さく、電極間に繰り返し電圧を印加することによる劣化を抑制するようになっている。 The second constant potential electrode 23F is always a positive potential, and the first constant potential electrode 22G is always a ground potential. A positive potential and a ground potential are selectively applied to the individual electrode 21 in order to change the volume of the pressure chamber 14Aa. That is, the voltage application direction is the same during polarization and during driving, but the second constant potential electrode 23F is always a positive potential, and the first constant potential electrode 22G is always a ground potential. The positive potential is applied to the electrode 21, or the application is released to a ground potential. Therefore, when the individual electrode 21 is set to the ground potential, a voltage is applied to the first active part S31, but no voltage is applied to the second and third active parts S32 and S33, whereas the individual electrode 21 When a positive potential is applied to 21, no voltage is applied to the first active part S 31, and a voltage is applied to the second and third active parts S 32 and S 33. Here, the voltage applied between the electrodes at the time of driving is smaller than the voltage applied at the time of polarization, so that deterioration due to repeated application of voltage between the electrodes is suppressed.
このように電極21,23F,22Gを配置することで、インクを吐出させる場合には,まず、前記電圧印加手段により、個別電極21にグランド電位を付与する。これにより、第1の活性部S31は、分極方向と同じ方向に電圧が印加され、圧電横効果により、圧力室14Aaに向かう積層方向Z(第1の方向)において伸張し、その積層方向Zと直交する方向X,Y(第2の方向)において収縮して、圧力室14Aa内の方向へ突出変形する待機状態となる。 In the case where ink is ejected by arranging the electrodes 21, 23F, and 22G in this manner, first, a ground potential is applied to the individual electrode 21 by the voltage applying means. As a result, a voltage is applied to the first active portion S31 in the same direction as the polarization direction, and the first active portion S31 expands in the stacking direction Z (first direction) toward the pressure chamber 14Aa by the piezoelectric lateral effect. It contracts in the orthogonal directions X and Y (second direction) and enters a standby state in which it projects and deforms in the direction within the pressure chamber 14Aa.
続いて、個別電極21に正の電位(例えば20V)を付与すると、第1の活性部S31は、積層方向Z、それに直交する方向X,において伸縮しない、変形しない状態となる。このとき、第2および第3の活性部S32,S33は、電圧印加状態となり、圧力室14Aaに向かう積層方向Z(第1の方向)に伸張し、その積層方向Zと直交する二方向X,Y(第2の方向)に収縮しようとするので、拘束プレートとしてのトッププレート15の働きによって、圧力室列方向Xの両側部に位置する第2の活性部S32,S32や圧力室列方向Xに直交する方向Yの一側部に位置する第3の活性部S33が、圧力室14Aaから離れる方向に反るように変形する。この第2および第3の活性部S32,S33の変形が、圧力室14Aaの容積変化を大きくするのに寄与し、マニホールド14Da,14Eaから圧力室14Aaにインクを多く吸い込むのに貢献する。 Subsequently, when a positive potential (for example, 20 V) is applied to the individual electrode 21, the first active portion S31 is not expanded or contracted in the stacking direction Z and the direction X orthogonal thereto. At this time, the second and third active portions S32 and S33 are in a voltage application state, extend in the stacking direction Z (first direction) toward the pressure chamber 14Aa, and extend in the two directions X and X orthogonal to the stacking direction Z. Since the top plate 15 serving as a restraining plate tends to shrink in the Y (second direction), the second active portions S32 and S32 located on both sides of the pressure chamber row direction X and the pressure chamber row direction X 3rd active part S33 located in the one side part of the direction Y orthogonal to is deform | transformed so that it may warp in the direction away from pressure chamber 14Aa. The deformation of the second and third active portions S32 and S33 contributes to increasing the volume change of the pressure chamber 14Aa, and contributes to sucking a large amount of ink from the manifolds 14Da and 14Ea into the pressure chamber 14Aa.
それから、再び、個別電極21にグランド電位を付与すると、第1の活性部S31は、圧力室14Aaに向かう積層方向Zにおいて伸張し、その積層方向Zと直交する方向X,Yにおいて収縮して、圧力室14Aa内の方向へ突出変形する。このため、圧力室14Aaの容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル穴16aからインクが吐出される。 Then, when a ground potential is applied to the individual electrode 21 again, the first active portion S31 expands in the stacking direction Z toward the pressure chamber 14Aa and contracts in the directions X and Y orthogonal to the stacking direction Z. It projects and deforms in the direction inside the pressure chamber 14Aa. For this reason, the volume of the pressure chamber 14Aa decreases, the ink pressure increases, and ink is ejected from the nozzle holes 16a.
この個別電極21にグランド電位を付与し第1の活性部S31が駆動して、インクが吐出される際には、個別電極21および第1の定電位電極22Gがともにグランド電位で、第2および第3の活性部S32,S33は電圧の非印加状態となる。よって、第2および第3の活性部S32,S33は、いずれの方向Z,X,Yにおいても伸縮しない、変形しない状態に戻ることになる。よって、第1の活性部S31が、圧力室14Aaの方向(積層方向Z)へ突出変形する際には、第2および第3の活性部S32,S33は、変形しない状態に戻る(これは、積層方向Zに収縮し積層方向Zと直交する二方向X,Yに伸張することと等価である)ので、第1の活性部S31の変形の影響が第2および第3の活性部S32の変形によって打ち消されるようにして抑制され(図4の部分P1,P2参照)、圧力室列方向Xやそれに直交する方向Yにおいて隣となる圧力室14Aaにはほとんど及ばず、クロストークが抑制される。つまり、第1の活性部S31に対する電圧の印加・非印加との切替えによる第1の活性部S31(第1の部分)の変形が、圧力室14Aaの圧力室列方向Xにおける両側およびその方向Xに直交する方向Yの一側において隣接する圧力室14Aaに伝播するのを抑制するように、第2および第3の活性部S32,S33(第2および第3の部分)に対する電圧の印加と非印加が切り替えられる。 When a ground potential is applied to the individual electrode 21 and the first active portion S31 is driven to discharge ink, both the individual electrode 21 and the first constant potential electrode 22G are at the ground potential, The third active portions S32 and S33 are in a voltage non-application state. Therefore, the second and third active portions S32, S33 return to a state where they do not expand and contract in any direction Z, X, Y. Therefore, when the first active portion S31 projects and deforms in the direction of the pressure chamber 14Aa (stacking direction Z), the second and third active portions S32 and S33 return to a state where they do not deform ( This is equivalent to contracting in the stacking direction Z and extending in two directions X and Y perpendicular to the stacking direction Z), so that the deformation of the first active part S31 is affected by the deformation of the second and third active parts S32. (See portions P1 and P2 in FIG. 4), and hardly reaches the pressure chamber 14Aa adjacent in the pressure chamber row direction X or the direction Y orthogonal thereto, and crosstalk is suppressed. That is, the deformation of the first active portion S31 (first portion) due to the switching between the application and non-application of the voltage to the first active portion S31 causes both sides of the pressure chamber 14Aa in the pressure chamber row direction X and the direction X thereof. Application and non-application of voltage to the second and third active portions S32 and S33 (second and third portions) so as to suppress propagation to the adjacent pressure chamber 14Aa on one side in the direction Y orthogonal to The application is switched.
その後、個別電極21を、第2の定電位電極23Fと同じ電位(正の電位)に戻すと、前述したように、第1の活性部S31は変形しない状態となり、第2および第3の活性部S32,S33は、圧力室14Aaから離れる方向に反るように変形するので、マニホールド14Da,14Eaから圧力室14Aa内にインクを吸い込むことになる。 Thereafter, when the individual electrode 21 is returned to the same potential (positive potential) as that of the second constant potential electrode 23F, as described above, the first active portion S31 is not deformed, and the second and third active portions Since the portions S32 and S33 are deformed so as to warp away from the pressure chamber 14Aa, ink is sucked into the pressure chamber 14Aa from the manifolds 14Da and 14Ea.
このような第1〜第3の活性部S31〜S33の変形により、インクの吐出動作が繰り返され、各吐出動作において、圧力室14Aaの容積変化を大きくして吐出効率を高めると共に、三方向についてのクロストークが抑制される。 Due to such deformation of the first to third active portions S31 to S33, the ink ejection operation is repeated, and in each ejection operation, the volume change of the pressure chamber 14Aa is increased to increase the ejection efficiency, and in three directions. Crosstalk is suppressed.
前記実施の形態では、圧力室列方向Xに直交する方向Yの他側においては隣接する圧力室14Aaに伝播するのを抑制することができないので(図39の部分P3参照)、個別電極21は、前記直交方向Yの一側だけでなく、両側において第2の定電位電極23Fより長く形成されている部分を有するようにして、前記直交する方向Yのいずれの側においても隣接する圧力室14Aaに伝播するのを抑制することができるようにすることも可能である。 In the embodiment, since propagation to the adjacent pressure chamber 14Aa cannot be suppressed on the other side in the direction Y orthogonal to the pressure chamber row direction X (see the portion P3 in FIG. 39), the individual electrode 21 is The pressure chambers 14Aa adjacent to either side of the orthogonal direction Y are provided so as to have portions longer than the second constant potential electrode 23F on both sides as well as on one side of the orthogonal direction Y. It is also possible to suppress the propagation to.
この場合は、例えば図44〜図47に示すように、圧電アクチュエータ12’は、第1〜第3の活性部S31〜S33に加えて、圧力室14Aaの中央部分に対して、前記直交方向Yにおける他側部分に対応する第4の活性部S34をさらに備える。各第2の定電位電極23Fを接続する接続電極23Faを、前述した実施の形態よりも、前記方向Yにおいて圧力室14Aaの中央部分寄りに形成することで、個別電極21が、前記方向Yの一側だけでなく他側においても、第2の定電位電極23Fより長く形成されている部分を有する(図44の部分P12,P13)。この第4の活性部S34(図44の部分P13に対応)は、第2および第3の活性部と同様に、個別電極21と第1の定電位電極22Gとの間に挟まれた圧電材料(圧電材料層12a,12b)を含んで構成される。また、第1の定電位電極22Gは、全面に形成される。 In this case, for example, as shown in FIGS. 44 to 47, the piezoelectric actuator 12 ′ has the orthogonal direction Y with respect to the central portion of the pressure chamber 14Aa in addition to the first to third active portions S31 to S33. 4 further includes a fourth active portion S34 corresponding to the other side portion. By forming the connection electrode 23Fa that connects each second constant potential electrode 23F closer to the central portion of the pressure chamber 14Aa in the direction Y than in the above-described embodiment, the individual electrode 21 can move in the direction Y. Not only on one side but also on the other side, it has a portion formed longer than the second constant potential electrode 23F (portions P12 and P13 in FIG. 44). This fourth active portion S34 (corresponding to the portion P13 in FIG. 44) is, similarly to the second and third active portions, a piezoelectric material sandwiched between the individual electrode 21 and the first constant potential electrode 22G. (Piezoelectric material layers 12a and 12b). Further, the first constant potential electrode 22G is formed on the entire surface.
そして、第1の活性部S31に電圧を印加するときは第4の活性部S34に電圧を印加しない一方、第1の活性部S31に電圧を印加しないときは第4の活性部S34に電圧を印加するように構成され、前記電圧印加手段により電圧を印加された場合に、第2および第3の活性部S32,S33と同様に、積層方向Zにおいて伸張するとともにそれに直交する方向X,Yにおいて収縮する変形状態となるようになっている。 When a voltage is applied to the first active part S31, no voltage is applied to the fourth active part S34. On the other hand, when a voltage is not applied to the first active part S31, a voltage is applied to the fourth active part S34. When the voltage is applied by the voltage applying means, as in the second and third active portions S32 and S33, the layer extends in the stacking direction Z and in the directions X and Y orthogonal thereto. It is in a deformed state that contracts.
よって、第4の活性部S34によって、第2及び第3の活性部S32,S33と同様に、第1の活性部S31の変形の影響が、隣接する圧力室14Aaに伝播する列間クロストークが抑制される。なお、第4の活性部S34が占める領域は、平面的に見て、第3の活性部S33が占める領域よりも小さいので、第3の活性部S33よりも若干劣るものの、第4の活性部S34によっても列間クロストークの抑制効果は発揮される。 Therefore, due to the fourth active portion S34, as in the second and third active portions S32 and S33, the influence of the deformation of the first active portion S31 causes cross-column crosstalk that propagates to the adjacent pressure chamber 14Aa. It is suppressed. Note that the area occupied by the fourth active part S34 is smaller than the area occupied by the third active part S33 in plan view, and therefore the fourth active part is slightly inferior to the third active part S33. The effect of suppressing inter-column crosstalk is also exhibited by S34.
また、その場合、圧力室列方向Xにおいて、第2の定電位電極23Fを圧力室列方向Xにおいて隣の第2の定電位電極23Fに接続するための接続電極が同一側に2つ配置しているが、図48〜図51に示すように、その一方の接続電極23Faaを前記方向Yの一側に、その他方の接続電極23Fabを前記方向Yの他側にそれぞれ配置することも可能である。このようにすれば、圧力室14Aaの変形の影響をキャンセルする活性部(図47の部分P21〜P24に対応)を、平面的に見て、圧力室14Aaの周囲にバランスよく形成することができ、クロストークを抑制する部分をより効果的に形成することができる。なお、接続電極23Faa,23Fabが設けられている部分P25,P26は、抑制効果を発揮できない。また、この実施の形態の場合も、第4の活性部S34による列間クロストークの抑制効果は、第3の活性部S33よりも若干劣るものの、第4の活性部S34によっても列間クロストークの抑制効果は発揮される。 In this case, in the pressure chamber row direction X, two connection electrodes for connecting the second constant potential electrode 23F to the adjacent second constant potential electrode 23F in the pressure chamber row direction X are arranged on the same side. However, as shown in FIGS. 48 to 51, one connection electrode 23Faa can be arranged on one side of the direction Y, and the other connection electrode 23Fab can be arranged on the other side of the direction Y. is there. In this way, the active portion (corresponding to the portions P21 to P24 in FIG. 47) that cancels the influence of the deformation of the pressure chamber 14Aa can be formed in a well-balanced manner around the pressure chamber 14Aa in plan view. Thus, it is possible to more effectively form a portion that suppresses crosstalk. The portions P25 and P26 where the connection electrodes 23Faa and 23Fab are provided cannot exhibit the suppressing effect. Also in this embodiment, the inter-column crosstalk suppression effect by the fourth active portion S34 is slightly inferior to that of the third active portion S33, but the inter-column crosstalk is also increased by the fourth active portion S34. The suppression effect is exhibited.
この実施例12では、前記圧力室の中央部分に対し、前記所定方向と直交する方向における一側に対応して第3の活性部を設けているが、例えば図52に示すように、圧力室14Aa’が圧力室列方向X(所定の方向)に直交する方向に対し傾斜して設けられているような場合には、その傾斜方向に対応する交差方向Vにおける一側に第3の活性部を設けたり、両側に第3及び第4の活性部を設けることもできる。
(実施例13)
この例では、図53〜図55に示すように、少なくとも2層の圧電材料層12a,12bが上下に積層された積層体を有し、平面的に見て、各圧力室14Aaに対応して設けられる複数の個別電極21と、各個別電極21との間に圧電材料層12a,12bを挟む第1の共通定電位電極22Hと、複数の開口23Gaを有し各個別電極21との間に圧電材料層12aを挟む第2の共通定電位電極23Gとを備える。そして、前記積層体を構成する2層の圧電材料層12a,12bの間に第2の共通定電位電極23Gが形成され、前記積層体(圧電材料層12a,12b)の一方の面つまり、上側の圧電材料層12aの上面側に個別電極21が、他方の面つまり下側の圧電材料層12bの下面側に第1の共通定電位電極22Hがそれぞれ形成されている。
In the twelfth embodiment, the third active portion is provided corresponding to one side in the direction orthogonal to the predetermined direction with respect to the central portion of the pressure chamber. For example, as shown in FIG. In the case where 14Aa ′ is provided to be inclined with respect to a direction orthogonal to the pressure chamber row direction X (predetermined direction), the third active portion is located on one side in the cross direction V corresponding to the inclination direction. Or third and fourth active portions on both sides.
(Example 13)
In this example, as shown in FIGS. 53 to 55, the piezoelectric material layers 12a and 12b are laminated in a vertical direction, and correspond to each pressure chamber 14Aa in plan view. Between the plurality of individual electrodes 21 provided, the first common constant potential electrode 22H sandwiching the piezoelectric material layers 12a and 12b between the individual electrodes 21, and the individual electrodes 21 having a plurality of openings 23Ga. And a second common constant potential electrode 23G sandwiching the piezoelectric material layer 12a. Then, a second common constant potential electrode 23G is formed between the two piezoelectric material layers 12a and 12b constituting the multilayer body, and one surface of the multilayer body (piezoelectric material layers 12a and 12b), that is, the upper side The individual electrode 21 is formed on the upper surface side of the piezoelectric material layer 12a, and the first common constant potential electrode 22H is formed on the other surface, that is, the lower surface side of the lower piezoelectric material layer 12b.
また、各個別電極21と第1の共通定電位電極22Hとに挟まれる圧電材料(圧電材料層12a,12b)のうち各個別電極21の中央部分に対応する部分により複数の第1の活性部S41が形成され、各個別電極21と第2の共通定電位電極23Gとに挟まれる圧電材料(圧電材料層12a)によって第2の活性部S42が形成される。 Further, a plurality of first active portions are formed by a portion corresponding to the central portion of each individual electrode 21 in the piezoelectric material (piezoelectric material layers 12a and 12b) sandwiched between each individual electrode 21 and the first common constant potential electrode 22H. S41 is formed, and the second active portion S42 is formed by the piezoelectric material (piezoelectric material layer 12a) sandwiched between each individual electrode 21 and the second common constant potential electrode 23G.
そして、圧電アクチュエータ12は、図55(c)に示すように、圧力室14Aaを平面視したとき(キャビティユニット11と圧電アクチュエータ12との積層方向から見たとき)、圧力室14Aaに対応して設けられる第1の活性部S41(第1の部分)と、圧力室14Aaの中央部分よりも外周側に対応する第2の活性部S42(第2の部分)とを備えることになる。ここで、圧力室14Aaの中央部分とは、圧力室14Aaが配列されている圧力室列方向Xにおいてもそれに直交する方向Yにおいてもほぼ中央に位置する部分である。つまり、第1の活性部S41の周囲に第2の活性部S42が形成されている。また、第2の活性部S42は、圧力室列方向Xにおいてもそれに直交する方向Yにおいても、圧力室14Aaの外周縁14Aaaよりも内側部分(中央部分側)に対応する領域だけでなく、隣り合う圧力室14Aaを仕切る壁である桁部14Ab,14Acに対応する領域を含む構成とされる。 As shown in FIG. 55C, the piezoelectric actuator 12 corresponds to the pressure chamber 14Aa when the pressure chamber 14Aa is viewed in plan (when viewed from the stacking direction of the cavity unit 11 and the piezoelectric actuator 12). The first active part S41 (first part) provided and the second active part S42 (second part) corresponding to the outer peripheral side of the central part of the pressure chamber 14Aa are provided. Here, the central portion of the pressure chamber 14Aa is a portion located substantially in the center both in the pressure chamber row direction X in which the pressure chambers 14Aa are arranged and in the direction Y orthogonal thereto. That is, the second active portion S42 is formed around the first active portion S41. Further, the second active portion S42 is adjacent not only to the region corresponding to the inner portion (center portion side) of the outer peripheral edge 14Aaa of the pressure chamber 14Aa in the pressure chamber row direction X and the direction Y orthogonal thereto. It is set as the structure containing the area | region corresponding to beam part 14Ab and 14Ac which are the walls which partition pressure chamber 14Aa to fit.
また、個別電極21は、平面的に見て、圧力室14Aaに対応する領域外に配置された前記電圧印加手段により電圧を印加するための接続端子部21aを有する。第2の共通定電位電極23Gは、平面的に見て、個別電極21の接続端子部21aと重複する部分も有するので、前記重複する部分と接続端子部21aとによって挟まれた圧電材料層12aによっても第2の活性部S42の一部が構成されるようになっている。なお、隣り合う圧力室列においては、個別電極21は、圧力室列方向Xにおいて半ピッチずつずれて形成され、それらの列の間において、各個別電極21の、フレキシブル配線板13の接続端子(図示せず)に接続される接続端子部21aが千鳥状に形成されている。 Further, the individual electrode 21 has a connection terminal portion 21a for applying a voltage by the voltage applying means disposed outside the region corresponding to the pressure chamber 14Aa when viewed in a plan view. Since the second common constant potential electrode 23G also has a portion that overlaps with the connection terminal portion 21a of the individual electrode 21 in plan view, the piezoelectric material layer 12a sandwiched between the overlapped portion and the connection terminal portion 21a. As a result, a part of the second active portion S42 is formed. In the adjacent pressure chamber rows, the individual electrodes 21 are formed by being shifted by a half pitch in the pressure chamber row direction X. Between these rows, the connection terminals ( The connection terminal portions 21a connected to (not shown) are formed in a staggered pattern.
第2の共通定電位電極23Gの開口23Gaは、平面的に見て、圧力室14Aaより小さく14Aa圧力室の形状に倣った形状であり、この開口23Gaも、隣り合う圧力室列においては、圧力室列方向Xにおいて半ピッチずつずれて形成されている。 The opening 23Ga of the second common constant potential electrode 23G has a shape that is smaller than the pressure chamber 14Aa and follows the shape of the 14Aa pressure chamber in a plan view. In the chamber row direction X, they are shifted by a half pitch.
また、各個別電極21には、フレキシブル配線板13(信号線)を通じて、駆動信号を供給するドライバIC90が電気的に接続される。このドライバIC90及びフレキシブル配線板13によって、圧電アクチュエータ12の第1及び第2の活性部S41,S42に駆動電圧を印加する電圧印加手段が構成される。 In addition, a driver IC 90 that supplies a drive signal is electrically connected to each individual electrode 21 through the flexible wiring board 13 (signal line). The driver IC 90 and the flexible wiring board 13 constitute voltage applying means for applying a driving voltage to the first and second active portions S41 and S42 of the piezoelectric actuator 12.
具体的には、圧力室14Aaの容積を変化させるために、個別電極21には、フレキシブル配線板13を通じて、グランド電位(第1の電位)及びそれと異なる正の電位(第2の電位:例えば20V)が選択的に付与される。また、第1の共通定電位電極22Hは、グランド電位が常時付与され、第2の共通定電位電極23Gは、正の電位が常時付与される。 Specifically, in order to change the volume of the pressure chamber 14Aa, the individual electrode 21 is connected to the ground potential (first potential) and a positive potential (second potential: 20 V, for example) through the flexible wiring board 13. ) Is selectively given. The first common constant potential electrode 22H is always applied with a ground potential, and the second common constant potential electrode 23G is always applied with a positive potential.
このように、圧電アクチュエータ12は、各圧力室14Aaに対応する個別電極21を有し、この個別電極21に駆動信号として、グランド電位と正の電位とが選択的に付与されることで圧力室14Aaの容積を変化させてノズル穴16aからインクを吐出させる構成とされる。 As described above, the piezoelectric actuator 12 has the individual electrodes 21 corresponding to the respective pressure chambers 14Aa, and a pressure potential is obtained by selectively applying a ground potential and a positive potential as drive signals to the individual electrodes 21. The configuration is such that ink is ejected from the nozzle holes 16a by changing the volume of 14Aa.
さらに詳述すると、個別電極21は、平面的に見て、圧力室列方向Xにおいてもそれに直交する方向Yにおいても圧力室14Aaより長く、第1の活性部S41に対応する領域と第2の活性部S42に対応する領域とに跨ってこれらの領域をともに占めるように形成される。そして、第1の共通定電位電極22Hは、第1の活性部S41に対応する領域を占めるように形成される。そして、第2の共通定電位電極23Gは、平面的に見て、第2の活性部S42に対応する領域及び、圧力室列方向Xやそれに直交する方向Yにおいて隣り合う圧力室14Aa間の桁部14Ab,14Ac対応する領域を占めるように形成されている。つまり、第2の共通定電位電極23Gは、桁部14Abに対応する領域を含めて圧力室14Aaの圧力室列方向側部に対応する領域まで延び、圧力室14Aaの圧力室列方向Xにおいて隣り合う2つの圧力室14Aa,14Aaについて共有される。 More specifically, the individual electrode 21 is longer than the pressure chamber 14Aa in the pressure chamber row direction X and in the direction Y orthogonal thereto, as viewed in a plan view, and a region corresponding to the first active portion S41 and the second electrode. These regions are formed so as to occupy both the regions corresponding to the active portion S42. The first common constant potential electrode 22H is formed so as to occupy a region corresponding to the first active portion S41. The second common constant potential electrode 23G includes a region corresponding to the second active portion S42 in the plan view and a beam between adjacent pressure chambers 14Aa in the pressure chamber row direction X and the direction Y orthogonal thereto. It is formed so as to occupy a region corresponding to the portions 14Ab and 14Ac. That is, the second common constant potential electrode 23G extends to the region corresponding to the side of the pressure chamber row direction of the pressure chamber 14Aa including the region corresponding to the beam portion 14Ab, and is adjacent in the pressure chamber row direction X of the pressure chamber 14Aa. The two matching pressure chambers 14Aa and 14Aa are shared.
なお、図55(a)(b)に示すように、第1の活性部S41は、個別電極21に正の電位が付与され第1の共通定電位電極22Hにグランド電位が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向(分極方向)に分極されている。一方、第2の活性部S42は、個別電極21にグランド電位が付与され第2の共通定電位電極23Gに正の電位が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向に分極されている。つまり、電圧が印加される方向と分極方向が同じである。ここで、図55(a)〜(c)において、「ON時有効」な部分は、個別電極21に正の電位を付与した場合に電圧(20V)が印加される部分である第1の活性部に、「OFF時有効」の部分は、個別電極21にグランド電位を付与した場合に電圧(20V)が印加される部分である第2の活性部にそれぞれ対応している。 As shown in FIGS. 55A and 55B, the first active portion S41 is deformed by applying a positive potential to the individual electrode 21 and applying a ground potential to the first common constant potential electrode 22H. Sometimes it is polarized in the same direction (polarization direction) as the direction of the voltage applied. On the other hand, the second active portion S42 is polarized in the same direction as the direction of the voltage applied when the individual electrode 21 is deformed by applying a ground potential and applying a positive potential to the second common constant potential electrode 23G. Has been. That is, the direction in which the voltage is applied and the polarization direction are the same. Here, in FIGS. 55A to 55C, the “effective when ON” portion is a portion to which a voltage (20 V) is applied when a positive potential is applied to the individual electrode 21. The portion “effective when OFF” corresponds to the second active portion to which a voltage (20 V) is applied when a ground potential is applied to the individual electrode 21.
第1の共通定電位電極22Hは、常時グランド電位とされ、第2の共通定電位電極23Gは、常時正の電位とされる。そして、個別電極21には、グランド電位と正の電位とが、圧力室14Aaの容積を変化させるために選択的に付与される。分極時と駆動時とは電圧の印加方向は同一であるが、第1の共通定電位電極22Hは常時グランド電位(0V)とされ、第2の共通定電位電極23Gには常時正の電位(20V:一定)とされ、個別電極21には正の電位(20V:一定)が付与されたり、その付与が解除されたりする(図56参照)。よって、個別電極21に正の電位が付与されるときには、第1の活性部S41に電圧が印加されるが、第2の活性部S42には電圧が印加されず、一方、個別電極21に正の電位が付与されず個別電極21がグランド電位とされるときには、第1の活性部S41に電圧が印加されず、第2の活性部S42に電圧が印加されることになる。ここで、駆動時において電極間に印加される電圧は、分極時に印加される電圧よりも小さく、電極間に繰り返し電圧を印加することによる劣化を抑制するようになっている。 The first common constant potential electrode 22H is always a ground potential, and the second common constant potential electrode 23G is always a positive potential. A ground potential and a positive potential are selectively applied to the individual electrode 21 in order to change the volume of the pressure chamber 14Aa. Although the direction of voltage application is the same during polarization and during driving, the first common constant potential electrode 22H is always set to the ground potential (0V), and the second common constant potential electrode 23G is always set to a positive potential ( 20V: constant), and a positive potential (20V: constant) is applied to the individual electrode 21 or the application is canceled (see FIG. 56). Therefore, when a positive potential is applied to the individual electrode 21, a voltage is applied to the first active part S 41, but no voltage is applied to the second active part S 42, while a positive voltage is applied to the individual electrode 21. When the individual electrode 21 is set to the ground potential without being applied with the potential, the voltage is not applied to the first active portion S41 but the voltage is applied to the second active portion S42. Here, the voltage applied between the electrodes at the time of driving is smaller than the voltage applied at the time of polarization, so that deterioration due to repeated application of voltage between the electrodes is suppressed.
このように電極21,22H,23Gを配置することで、待機状態においては、前記電圧印加手段により、個別電極21がグランド電位とされることで、第1の活性部S411は、分極方向と同じ方向に電圧が印加され、圧電横効果により、圧力室14Aaに向かう積層方向Zに伸張し、その積層方向Zと直交する方向X,Yに収縮して、圧力室14Aa内の方向へ突出変形しようとする。一方、トッププレート15は、電界の影響を受けないため自発的には縮まないので、上側に位置する圧電材料層12bと下側に位置するトッププレート15との間で分極方向と垂直な方向への歪みに差を生じる。このことと、トッププレート15がキャビティプレート14Aに固定されていることとが相俟って、図57(b)に示すように、圧電材料層12b及びトッププレート15は圧力室14Aa側に凸となるように変形した状態になる(ユニモルフ変形)。 By arranging the electrodes 21, 22 </ b> H, and 23 </ b> G in this manner, in the standby state, the individual electrode 21 is set to the ground potential by the voltage applying unit, so that the first active portion S <b> 411 has the same polarization direction. A voltage is applied in the direction, and the piezoelectric lateral effect expands in the stacking direction Z toward the pressure chamber 14Aa, contracts in the directions X and Y perpendicular to the stacking direction Z, and protrudes and deforms in the direction in the pressure chamber 14Aa. And On the other hand, since the top plate 15 is not affected by the electric field and does not spontaneously shrink, the top plate 15 is not perpendicular to the polarization direction between the piezoelectric material layer 12b located on the upper side and the top plate 15 located on the lower side. A difference is produced in the distortion. Combined with this, the top plate 15 is fixed to the cavity plate 14A, and as shown in FIG. 57 (b), the piezoelectric material layer 12b and the top plate 15 are convex toward the pressure chamber 14Aa. It will be in the state transformed so that (unimorph deformation).
インク吐出時においては、まず、前記電圧印加手段により、個別電極21に正の電位が付与され、第1の活性部S41は、圧力室列方向及びそれに直交する方向X,Yにおいて伸縮しない、変形しない状態となる。このとき、第2の活性部S42は、電圧印加状態となり、圧力室14Aaに向かう積層方向Z(第1の方向)に伸張し、その積層方向Zと直交する方向X,Y(第2の方向)に収縮しようとするので、拘束プレートとしてのトッププレート15の働きによって、圧力室列方向側部に位置する第2の活性部S42が、圧力室14Aaから離れる方向に反るように変形する。この第2の活性部S42の変形が、図57(a)に示すように、圧力室14Aaの容積変化を大きくするのに寄与し、マニホールド14Da,14Eaから圧力室14Aaにインクを多く吸い込むのに貢献する。 At the time of ink ejection, first, a positive potential is applied to the individual electrode 21 by the voltage applying means, and the first active portion S41 is not deformed in the pressure chamber row direction and the directions X and Y orthogonal thereto. It will be in a state that does not. At this time, the second active portion S42 is in a voltage application state, extends in the stacking direction Z (first direction) toward the pressure chamber 14Aa, and extends in the directions X and Y (second direction) orthogonal to the stacking direction Z. ), The second active portion S42 located on the side in the pressure chamber row direction is deformed so as to warp away from the pressure chamber 14Aa by the action of the top plate 15 as a restraining plate. As shown in FIG. 57A, the deformation of the second active portion S42 contributes to increasing the volume change of the pressure chamber 14Aa and sucks a large amount of ink from the manifolds 14Da and 14Ea into the pressure chamber 14Aa. To contribute.
それから、個別電極21が再びグランド電位とされ、第1の活性部S41には分極方向と同じ方向に電圧が印加されることで、前述した場合と同様に、圧力室14Aa内の方向へ突出変形する状態となる。このため、圧力室14Aaの容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル穴16aからインクが吐出される。 Then, the individual electrode 21 is set to the ground potential again, and a voltage is applied to the first active portion S41 in the same direction as the polarization direction, thereby projecting and deforming in the direction of the pressure chamber 14Aa as described above. It becomes a state to do. For this reason, the volume of the pressure chamber 14Aa decreases, the ink pressure increases, and ink is ejected from the nozzle holes 16a.
この第1の活性部S41への電圧の印加時には、第2の活性部S42は、電圧の非印加状態となるので、積層方向Z及びそれの直交する方向X,Yにおいて伸縮しない、変形しない状態に戻ることになる。よって、第1の活性部S41が、圧力室14Aaの方向(積層方向Z)へ突出変形する際には、第2の活性部S42は、変形しない状態に戻る(これは、積層方向Zに収縮し積層方向Zと直交する二方向X,Yに伸張することと等価である)ので、図57(a)に示すように、第1の活性部S41の変形の影響が第2の活性部S42の変形によって打ち消されるようにしてキャンセルされ、周囲に位置する隣の圧力室14Aa(つまり圧力室列方向Xにおいて隣接する圧力室14Aaや圧力室列方向Xに直交する方向において隣接する圧力室14Aa)にはほとんど及ばず、クロストークが抑制される。つまり、第1の活性部S41に対する電圧の印加と非印加との切替えによる第1の活性部S41の変形が、隣接する圧力室14Aaに伝播するのを抑制するように、第2の活性部S42に対する電圧の印加と非印加が切り替えられる。 When the voltage is applied to the first active portion S41, the second active portion S42 is in a voltage non-applied state, and therefore does not expand or contract in the stacking direction Z and the directions X and Y perpendicular to the stacking direction Z. Will return. Therefore, when the first active part S41 projects and deforms in the direction of the pressure chamber 14Aa (stacking direction Z), the second active part S42 returns to a state where it does not deform (this contracts in the stacking direction Z). (This is equivalent to extending in two directions X and Y orthogonal to the stacking direction Z), and as shown in FIG. 57 (a), the deformation of the first active portion S41 is affected by the second active portion S42. The pressure chambers 14Aa adjacent to each other (ie, the pressure chambers 14Aa adjacent to each other in the pressure chamber row direction X and the pressure chambers 14Aa adjacent to each other in the direction orthogonal to the pressure chamber row direction X) However, crosstalk is suppressed. That is, the second active portion S42 is configured to suppress the deformation of the first active portion S41 due to the switching between the application and non-application of the voltage to the first active portion S41 from propagating to the adjacent pressure chamber 14Aa. Switching between application and non-application of a voltage is performed.
その後、再度インクを吐出する場合には、個別電極21が、第1の共通定電位電極22Hと同じ電位(グランド電位)に戻され、前述したように、第1の活性部S41は変形しない状態となり、第2の活性部S42は、圧力室14Aaから離れる方向に反るように変形し、圧力室14Aaの容積が元の容積に戻るので、マニホールド14Da,14Eaから圧力室14Aa内にインクを吸い込むことになる。 Thereafter, when the ink is ejected again, the individual electrode 21 is returned to the same potential (ground potential) as the first common constant potential electrode 22H, and as described above, the first active portion S41 is not deformed. Thus, the second active portion S42 is deformed so as to warp away from the pressure chamber 14Aa, and the volume of the pressure chamber 14Aa returns to the original volume, so that ink is sucked into the pressure chamber 14Aa from the manifolds 14Da and 14Ea. It will be.
このように、第1の活性部S41及び第2の活性部S42の変形が繰り返され、各吐出動作において、圧力室14Aaの容積変化を大きくして吐出効率を高めると共に、クロストークが抑制される。 Thus, the deformation of the first active portion S41 and the second active portion S42 is repeated, and in each discharge operation, the volume change of the pressure chamber 14Aa is increased to increase the discharge efficiency and the crosstalk is suppressed. .
前記実施例では、各圧電材料層12a,12bとトッププレート15(拘束プレート)の厚さが一緒であるので、トッププレート15も含めて圧電アクチュエータ12が変形する際に、変形が生じない中立面が下側の圧電材料層12bの厚さ方向中間部位に位置するようになる。そのため、圧電アクチュエータ12の変形を、圧力室14Aaを変形させて、インクを吐出させるのに有効に活用することができない。 In the above-described embodiment, the piezoelectric material layers 12a and 12b and the top plate 15 (restraining plate) have the same thickness. Therefore, when the piezoelectric actuator 12 including the top plate 15 is deformed, the neutral is not deformed. The surface is positioned at the intermediate portion in the thickness direction of the lower piezoelectric material layer 12b. Therefore, the deformation of the piezoelectric actuator 12 cannot be effectively used to deform the pressure chamber 14Aa and eject ink.
そこで、キャビティユニット11の上側にトッププレート15を介して圧電アクチュエータ12が積層されてなるので、図58及び図59(a)(b)に示すように、トップフレート(拘束プレート)の厚さと、圧電アクチュエータ12’(圧電材料層12a’,12b’)の厚さとを同じにすれば、圧電アクチュエータ12’(下側の圧電材料層12b’)の下面が、第1及び第2の活性部S41,S42が変形する際に、変形しない中立面(面内に伸縮しない中立面)となり、圧電アクチュエータ12’(第1及び第2の活性部S41,S42)の変形を有効に活用することができる。 Therefore, since the piezoelectric actuator 12 is laminated on the upper side of the cavity unit 11 via the top plate 15, as shown in FIGS. 58 and 59 (a) and 59 (b), the thickness of the top fret (restraint plate), If the thickness of the piezoelectric actuator 12 ′ (piezoelectric material layers 12a ′, 12b ′) is the same, the lower surface of the piezoelectric actuator 12 ′ (lower piezoelectric material layer 12b ′) is the first and second active portions S41. , S42 is transformed into a neutral surface that does not deform (a neutral surface that does not expand and contract in the plane), and the deformation of the piezoelectric actuator 12 '(first and second active portions S41, S42) is effectively utilized. Can do.
また、前述した実施の形態のように、上側の圧電材料層の上面側に個別電極を、下面側に第2の共通定電位電極を設ける必要はなく、図60及び図61、図62(a)〜(c)に示すように、上側の圧電材料層12a’の上面側に第2の共通定電位電極23Gが、下面側に個別電極21がそれぞれ形成される構造とすることも可能である。この場合には、個別電極21への配線のために、各個別電極21に接続端子部21aに対し、導電性材料が充填されたスルーホール24が形成され、個別電極21の接続端子部21aを上側の圧電材料層12a’の上面側に導き出すことが必要である。また、第1の共通定電位電極22Hは、個別電極21の中央部分に対応して形成され、それらが圧力室列方向Xに延びる接続電極部22Haに接続され、接続電極部22Haがそれら第1の共通定電位電極22Hの共通電極となっている。 Further, as in the above-described embodiment, it is not necessary to provide an individual electrode on the upper surface side of the upper piezoelectric material layer and a second common constant potential electrode on the lower surface side, and FIG. 60, FIG. 61, FIG. ) To (c), the second common constant potential electrode 23G may be formed on the upper surface side of the upper piezoelectric material layer 12a ′, and the individual electrode 21 may be formed on the lower surface side. . In this case, for wiring to the individual electrodes 21, through holes 24 filled with a conductive material are formed on the connection terminals 21a in the individual electrodes 21, and the connection terminals 21a of the individual electrodes 21 are connected to the connection terminals 21a. It is necessary to lead to the upper surface side of the upper piezoelectric material layer 12a ′. The first common constant potential electrode 22H is formed corresponding to the central portion of the individual electrode 21, and is connected to the connection electrode portion 22Ha extending in the pressure chamber row direction X. The connection electrode portion 22Ha is the first of them. The common constant potential electrode 22H is a common electrode.
この実施例では、平面的に見て、圧力室14Aaを長円形状、個別電極21を矩形状としているが、本発明においては、圧力室や、それに対応する形状を有する個別電極の形状はそれらに制限されるものではなく、図63(a)(b)に示すように形成することも可能である。図63(a)に示す場合は、平面的に見て、圧力室14Aa’も個別電極も共に楕円形状とした場合であり,図63(b)に示す場合は、圧力室14Aa’は楕円形状であるが、個別電極を圧力室長手方向に長い八角形状としたものであり、第1の活性部S41と第2の活性部S42との関係を示している。 In this embodiment, the pressure chamber 14Aa has an oval shape and the individual electrode 21 has a rectangular shape in plan view. However, in the present invention, the shape of the pressure chamber and the individual electrode having the corresponding shape is the same. However, the present invention is not limited to this, and it can be formed as shown in FIGS. 63 (a) and 63 (b). The case shown in FIG. 63 (a) is a case where both the pressure chamber 14Aa ′ and the individual electrode are elliptical in plan view, and the pressure chamber 14Aa ′ is elliptical in the case shown in FIG. 63 (b). However, the individual electrode has an octagonal shape that is long in the longitudinal direction of the pressure chamber, and shows the relationship between the first active portion S41 and the second active portion S42.
前述した実施例では、第2の定電位電極には、正の電位が付与されるので、次の実施例14に示すように、第2の定電位電極を構成することで、それのインピーダンスを低減して、電圧降下を抑制し、いずれの圧力室14Aaに連通するノズルについても、等しい吐出性能が得られるようにすることができる。
(実施例14)
この例の場合には、図64〜図67に示すように、平面的に見たとき(すなわちキャビティユニット11と圧電アクチュエータ12との積層方向から見たとき)、各圧力室14Aaに対応する複数の個別電極21と、各圧力室14Aaの外周側部分に対応して形成され各個別電極21との間に圧電材料層12a,12bを挟む第1の共通定電位電極22Kと、各個別電極21の中央部分に対応して形成され各個別電極21との間に圧電材料層12aを挟む第2の共通定電位電極23Kとを備える。つまり、前記積層体を構成する圧電材料層12a,12bの間に第2の共通定電位電極23Kが形成され、積層体(圧電材料層12a,12b)の上面(一方の面)に個別電極21が第2の共通定電位電極23Kとともに圧電材料層12aを挟むように形成され、下面(他方の面)に第1の共通定電位電極22Kが第2の共通定電位電極23Kとともに圧電材料層12bを挟むようにそれぞれ形成されている。ここで、個別電極21の中央部分とは、圧力室14Aaが配列されている圧力室列方向X(ノズル穴16aが配列されているノズル列方向でもある)における中央部分である。
In the above-described embodiment, a positive potential is applied to the second constant potential electrode. Therefore, as shown in the following embodiment 14, the second constant potential electrode is configured to reduce the impedance thereof. By reducing the voltage drop, it is possible to obtain the same discharge performance with respect to the nozzle communicating with any pressure chamber 14Aa.
(Example 14)
In the case of this example, as shown in FIGS. 64 to 67, when viewed in a plan view (that is, viewed from the stacking direction of the cavity unit 11 and the piezoelectric actuator 12), a plurality of pressure chambers corresponding to each pressure chamber 14Aa. A first common constant potential electrode 22K formed between the individual electrodes 21 and corresponding to the outer peripheral portion of each pressure chamber 14Aa and sandwiching the piezoelectric material layers 12a and 12b between the individual electrodes 21, and the individual electrodes 21. And a second common constant potential electrode 23K formed between the individual electrodes 21 and sandwiching the piezoelectric material layer 12a. That is, the second common constant potential electrode 23K is formed between the piezoelectric material layers 12a and 12b constituting the laminate, and the individual electrode 21 is formed on the upper surface (one surface) of the laminate (piezoelectric material layers 12a and 12b). Is formed so as to sandwich the piezoelectric material layer 12a together with the second common constant potential electrode 23K, and the first common constant potential electrode 22K and the piezoelectric material layer 12b together with the second common constant potential electrode 23K are formed on the lower surface (the other surface). Are formed so as to sandwich each other. Here, the central portion of the individual electrode 21 is a central portion in the pressure chamber row direction X in which the pressure chambers 14Aa are arranged (also in the nozzle row direction in which the nozzle holes 16a are arranged).
個別電極21は、圧力室14Aaの外部に配置された接続端子部21aを有し、この接続端子部21aに前記電圧印加手段により電圧を印加するようになっている。 The individual electrode 21 has a connection terminal portion 21a disposed outside the pressure chamber 14Aa, and a voltage is applied to the connection terminal portion 21a by the voltage applying means.
第2の共通定電位電極23Kは、隣接する圧力室列の間において圧力室列方向に延在する第1の部分23Kaを複数有し、隣り合う2つの第1の部分23Kaの間にはこれらを連結すべく各圧力室14Aaに対応して設けられた第2の部分23Kbを複数有し、これら第2の部分23Kbは圧力室列方向と直交(交差)する方向に延在するようになっている。これにより、第2の共通定電位電極23Kは網状に形成されている。インピーダンスの低減が図られている。よって、インピーダンスの低減により電圧降下が抑制され、いずれの圧力室14Aaに連通するノズルについても、等しい吐出性能が得られる。 The second common constant potential electrode 23K includes a plurality of first portions 23Ka extending in the pressure chamber row direction between adjacent pressure chamber rows, and these two adjacent first portions 23Ka are provided between the two adjacent first chamber portions 23Ka. A plurality of second portions 23Kb provided corresponding to the respective pressure chambers 14Aa, and these second portions 23Kb extend in a direction orthogonal to (intersect) the pressure chamber row direction. ing. Thus, the second common constant potential electrode 23K is formed in a net shape. The impedance is reduced. Therefore, the voltage drop is suppressed by reducing the impedance, and the same discharge performance can be obtained for the nozzles communicating with any of the pressure chambers 14Aa.
また、第1の共通定電位電極22Kは、圧力室列を構成する複数の圧力室14Aaに重複するように、圧力室列方向に延在する第3の部分22Kaを複数有するとともに、これら複数の第3の部分22Kaの端部を連結する第4の部分22Kbを有する。なお、第3の部分22Kaは、第2の共通定電位電極23Kの第1の部分23Kaと重複しないように設けられている。 The first common constant potential electrode 22K includes a plurality of third portions 22Ka extending in the pressure chamber row direction so as to overlap the plurality of pressure chambers 14Aa constituting the pressure chamber row. It has the 4th part 22Kb which connects the edge part of 3rd part 22Ka. The third portion 22Ka is provided not to overlap with the first portion 23Ka of the second common constant potential electrode 23K.
そして、各個別電極21と第2の共通定電位電極23K(第2の部分23Kb)とに挟まれた圧電材料層により形成される複数の第1の活性部S51と、各個別電極21と第1の共通定電位電極22K(第3の部分22Ka)とに挟まれた圧電材料層によって形成される第2の活性部S52とを備える。ここで、第1の活性部S51の形成に関与する第2の共通定電位電極23Kを網状に形成し、インピーダンスの低減を図っているので、第2の共通定電位電極23Kにおいて電圧降下が抑制され、いずれの圧力室14Aaに連通するノズルについても、等しい吐出性能が得られる。 A plurality of first active portions S51 formed of a piezoelectric material layer sandwiched between each individual electrode 21 and the second common constant potential electrode 23K (second portion 23Kb), each individual electrode 21 and each second electrode And a second active portion S52 formed by a piezoelectric material layer sandwiched between one common constant potential electrode 22K (third portion 22Ka). Here, since the second common constant potential electrode 23K involved in the formation of the first active portion S51 is formed in a net shape to reduce impedance, a voltage drop is suppressed in the second common constant potential electrode 23K. Thus, the same discharge performance can be obtained for the nozzles communicating with any of the pressure chambers 14Aa.
各個別電極21には、フレキシブル配線板13(信号線)を通じて、駆動信号を供給するドライバIC90が電気的に接続される。このドライバIC90及びフレキシブル配線板13によって、圧電アクチュエータ12の第1及び第2の活性部S51,S52に電圧を印加する電圧印加手段が構成される。 A driver IC 90 for supplying a drive signal is electrically connected to each individual electrode 21 through the flexible wiring board 13 (signal line). The driver IC 90 and the flexible wiring board 13 constitute voltage applying means for applying a voltage to the first and second active portions S51 and S52 of the piezoelectric actuator 12.
そして、圧電アクチュエータ12は、個別電極21に駆動信号として、正の電位(第1の電位)とグランド電位(第2の電位)とが選択的に付与されることで圧力室14Aaの容積を変化させてノズル穴16aからインクを吐出させる。 The piezoelectric actuator 12 changes the volume of the pressure chamber 14Aa by selectively applying a positive potential (first potential) and a ground potential (second potential) as drive signals to the individual electrodes 21. Ink is ejected from the nozzle hole 16a.
さらに詳述すると、個別電極21は、図65および図66に示すように、平面的に見て矩形状で、圧力室列方向Xにおいて圧力室14Aaより長く、かつ圧力室列方向Xに直交する方向Yにおいては圧力室14Aaより短く、第1の活性部S51に対応する領域および第2の活性部S52に対応する領域に跨ってこれらの領域をともに占めるように形成されている。そして、第2の共通定電位電極23Kは、圧力室列方向Xにおいて圧力室14Aaより短く、第1の活性部S51に対応する領域を占めるように形成されている。そして、圧力室14Aa側に位置する第1の共通定電位電極22Kは、第2の共通定電位電極23Kよりも圧力室列方向Xにおいて長く形成されている。つまり、各個別電極21は、第1及び第2の共通定電位電極22K,23Kについて共有される。 More specifically, as shown in FIGS. 65 and 66, the individual electrode 21 has a rectangular shape in plan view, is longer than the pressure chamber 14Aa in the pressure chamber row direction X, and is orthogonal to the pressure chamber row direction X. In the direction Y, it is shorter than the pressure chamber 14Aa and is formed so as to occupy both of these regions across the region corresponding to the first active portion S51 and the region corresponding to the second active portion S52. The second common constant potential electrode 23K is formed so as to be shorter than the pressure chamber 14Aa in the pressure chamber row direction X and to occupy a region corresponding to the first active portion S51. The first common constant potential electrode 22K located on the pressure chamber 14Aa side is formed longer in the pressure chamber row direction X than the second common constant potential electrode 23K. That is, each individual electrode 21 is shared by the first and second common constant potential electrodes 22K and 23K.
第1の共通定電位電極22Kは、第2の活性部S52に対応する領域及び、圧力室列方向Xにおいて隣り合う圧力室14Aa間の桁部14Abに対応する領域を占めるように形成されている。つまり、第1の共通定電位電極22Kは、桁部14Abに対応する領域を含めて圧力室列方向Xの側部に対応する領域まで延び、圧力室列方向Xにおいて隣り合う圧力室14Aaについて共有される。 The first common constant potential electrode 22K is formed so as to occupy a region corresponding to the second active portion S52 and a region corresponding to the beam portion 14Ab between the adjacent pressure chambers 14Aa in the pressure chamber row direction X. . That is, the first common constant potential electrode 22K extends to a region corresponding to the side portion in the pressure chamber row direction X including the region corresponding to the beam portion 14Ab, and is shared by the pressure chambers 14Aa adjacent in the pressure chamber row direction X. Is done.
具体的には、上側の圧電材料層12aの上面側に個別電極21を形成し、下面側に第2の共通定電位電極23Kを形成することで、第1の活性部S51が形成される。また、下側の圧電材料層12bの下面側に第1の共通定電位電極22Kを形成することで、第2の活性部S52が形成される。 Specifically, the first active portion S51 is formed by forming the individual electrode 21 on the upper surface side of the upper piezoelectric material layer 12a and forming the second common constant potential electrode 23K on the lower surface side. The second active portion S52 is formed by forming the first common constant potential electrode 22K on the lower surface side of the lower piezoelectric material layer 12b.
また、各圧電材料層12a,12bの電極21,22K,23Kは、平面的に見ると、各層において、図66に示すように配置されている。即ち、圧電材料層12aの上面側(第1層)には、各圧力室14Aaに対応して個別電極21が圧力室列方向Xにおいて一定ピッチで形成されている。そして、隣り合う個別電極21は、圧力室列方向Xにおいて半ピッチずれて形成され、それらの列の間において、各個別電極21の、フレキシブル配線板13の接続端子(図示せず)に接続される接続端子部21aが千鳥状に形成されている。 Further, the electrodes 21, 22K, and 23K of the piezoelectric material layers 12a and 12b are arranged in the respective layers as shown in FIG. 66 when viewed in plan. That is, on the upper surface side (first layer) of the piezoelectric material layer 12a, the individual electrodes 21 are formed at a constant pitch in the pressure chamber row direction X corresponding to each pressure chamber 14Aa. The adjacent individual electrodes 21 are formed with a half-pitch shift in the pressure chamber row direction X, and are connected to connection terminals (not shown) of the flexible wiring board 13 of the individual electrodes 21 between these rows. The connecting terminal portions 21a are formed in a staggered pattern.
圧電材料層12aの下面側(第2層)には、各圧力室14Aaに対応して第2の共通定電位電極23Kの第2の部分23Kbが配置されるように形成され、各第2の部分23Kbに両端部が隣接する圧力室列の間において圧力室列方向に延在する第1の部分23Kaにそれぞれ連結されている。また、第1の共通定電位電極22Kの第3の部分22Kaは、隣り合う2つの第1の部分23Kaの間において、圧力室列方向に延在しているので、第2の共通定電位電極23Kの第1の部分23Kaと重複しないようになっている。 On the lower surface side (second layer) of the piezoelectric material layer 12a, the second portion 23Kb of the second common constant potential electrode 23K is formed so as to correspond to each pressure chamber 14Aa. Both ends of the portion 23Kb are connected to the first portion 23Ka extending in the pressure chamber row direction between the pressure chamber rows adjacent to each other. Further, since the third portion 22Ka of the first common constant potential electrode 22K extends in the pressure chamber row direction between the two adjacent first portions 23Ka, the second common constant potential electrode The first portion 23Ka of 23K is not overlapped.
また、図67に示すように、第1及び第2の共通定電位電極22K,23Kへの配線の接続のために、圧電材料層12aの上面側のアクチュエータの端部中央には第1の共通定電位電極22Kに接続され導電性材料が充填されたスルーホールを通じて導通された接続端子26Aが形成され、前記端部両側には第2の共通定電位電極23Kに接続され導電性材料が充填されたスルーホールを通じて導通された接続端子26Bが形成されている。 In addition, as shown in FIG. 67, the first common common potential electrode 22K, 23K is connected to the first common potential electrode 22K, 23K, the first common at the center of the end of the actuator on the upper surface side of the piezoelectric material layer 12a. A connection terminal 26A is formed which is connected to the constant potential electrode 22K and is made conductive through a through hole filled with a conductive material. Both ends of the end portion are connected to the second common constant potential electrode 23K and filled with the conductive material. A connection terminal 26B that is conducted through the through-hole is formed.
なお、図64に示すように、第1の活性部S51は、個別電極21に第2の電位(グランド電位)が付与され第2の共通定電位電極23Kに第1の電位(正の電位)が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向(分極方向)に分極されている。一方、第2の活性部S52は、個別電極21に第1の電位が付与され第1の共通定電位電極22Kに第2の電位が付与されて変形するときに印加される電圧の方向と同じ方向に分極されている。つまり、インク吐出動作時に、電圧が印加される方向と分極方向が同じである。 As shown in FIG. 64, in the first active part S51, the second potential (ground potential) is applied to the individual electrode 21, and the first potential (positive potential) is applied to the second common constant potential electrode 23K. Is polarized in the same direction (polarization direction) as the direction of the voltage applied when deformed. On the other hand, the second active portion S52 has the same voltage direction as that applied when the individual electrode 21 is deformed by applying the first electric potential to the individual common electrode 21 and applying the second electric potential to the first common constant potential electrode 22K. Polarized in the direction. That is, during the ink ejection operation, the direction in which the voltage is applied and the polarization direction are the same.
第2の共通定電位電極23Kは、常時正の電位とされ、第1の共通定電位電極22Kは、常時グランド電位とされる。そして、個別電極21には、正の電位とグランド電位とが、圧力室14Aaの容積を変化させるために選択的に付与される。つまり、分極時と駆動時とは電圧の印加方向は同一であるが、第2の共通定電位電極23Kは常時正の電位とされ、第1の共通定電位電極22Kには常時グランド電位とされ、個別電極21には前記正の電位が付与されたり、その付与が解除されてグランド電位とされたりする。よって、個別電極21がグランド電位とされるときには、第1の活性部S51に電圧が印加されるが、第2の活性部S52には電圧が印加されず、一方、個別電極21に正の電位が付与されるときには、第1の活性部S51に電圧が印加されず、第2の活性部S52に電圧が印加されることになる。ここで、駆動時において電極間に印加される電圧は、分極時に印加される電圧よりも小さく、電極間に繰り返し電圧を印加することによる劣化を抑制するようになっている。 The second common constant potential electrode 23K is always a positive potential, and the first common constant potential electrode 22K is always a ground potential. A positive potential and a ground potential are selectively applied to the individual electrode 21 in order to change the volume of the pressure chamber 14Aa. That is, the voltage application direction is the same during polarization and during driving, but the second common constant potential electrode 23K is always a positive potential, and the first common constant potential electrode 22K is always a ground potential. The positive potential is applied to the individual electrode 21 or the application of the positive potential is released to the ground potential. Therefore, when the individual electrode 21 is set to the ground potential, a voltage is applied to the first active portion S51, but no voltage is applied to the second active portion S52, while a positive potential is applied to the individual electrode 21. Is applied, no voltage is applied to the first active part S51, and a voltage is applied to the second active part S52. Here, the voltage applied between the electrodes at the time of driving is smaller than the voltage applied at the time of polarization, so that deterioration due to repeated application of voltage between the electrodes is suppressed.
このように電極21,22K,23Kを配置することで、インクを吐出させる場合には,まず、前記電圧印加手段により、個別電極21にグランド電位を付与する。これにより、第1の活性部S51は、分極方向と同じ方向に電圧が印加され、圧電横効果により、圧力室14Aaに向かう積層方向Z(第1の方向)において伸張し、その積層方向Zと直交する方向X,Y(第2の方向)において収縮して、圧力室14Aa内の方向(積層方向Z)へ突出変形する待機状態となる。 In the case where ink is ejected by arranging the electrodes 21, 22 </ b> K, and 23 </ b> K as described above, first, a ground potential is applied to the individual electrode 21 by the voltage applying unit. As a result, the first active portion S51 is applied with a voltage in the same direction as the polarization direction, and expands in the stacking direction Z (first direction) toward the pressure chamber 14Aa by the piezoelectric lateral effect. It contracts in the orthogonal directions X and Y (second direction), and enters a standby state in which it protrudes and deforms in the direction in the pressure chamber 14Aa (stacking direction Z).
続いて、個別電極21に第1の電位(正の電位:20V)を付与すると、第1の活性部S51は、積層方向Z、それに直交する方向X,Yにおいて伸縮しない、変形しない状態となる。このとき、第2の活性部S52は、電圧印加状態となり、圧力室14Aaに向かう積層方向Z(第1の方向)に伸張し、その積層方向Zと直交する二方向X,Y(第2の方向)に収縮しようとするので、拘束プレートとしてのトッププレート15の働きによって、圧力室列方向Xの両側部に位置する第2の活性部S52,S52が、圧力室14Aaから離れる方向に反るように変形する。この第2の活性部S52の変形が、圧力室14Aaの容積変化を大きくするのに寄与し、マニホールド14Da,14Eaから圧力室14Aaにインクを多く吸い込むのに貢献する。 Subsequently, when the first potential (positive potential: 20 V) is applied to the individual electrode 21, the first active portion S51 does not expand or contract in the stacking direction Z and the directions X and Y orthogonal thereto, and does not deform. . At this time, the second active portion S52 is in a voltage application state, extends in the stacking direction Z (first direction) toward the pressure chamber 14Aa, and extends in the two directions X and Y (the second direction orthogonal to the stacking direction Z). The second active portions S52 and S52 located on both sides in the pressure chamber row direction X warp in the direction away from the pressure chamber 14Aa by the action of the top plate 15 as a restraining plate. It deforms as follows. The deformation of the second active portion S52 contributes to increasing the volume change of the pressure chamber 14Aa, and contributes to sucking a large amount of ink from the manifolds 14Da and 14Ea into the pressure chamber 14Aa.
それから、再び、個別電極21にグランド電位を付与すると、第1の活性部S51は、圧力室14Aaに向かう積層方向Zにおいて伸張し、その積層方向Zと直交する方向X,Yにおいて収縮して、圧力室14Aa内の方向(積層方向Z)へ突出変形する。このため、圧力室14Aaの容積が低下して、インクの圧力が上昇し、ノズル穴16aからインクが吐出される。 Then, when a ground potential is applied to the individual electrode 21 again, the first active portion S51 expands in the stacking direction Z toward the pressure chamber 14Aa and contracts in the directions X and Y perpendicular to the stacking direction Z. It projects and deforms in the direction in the pressure chamber 14Aa (stacking direction Z). For this reason, the volume of the pressure chamber 14Aa decreases, the ink pressure increases, and ink is ejected from the nozzle holes 16a.
この個別電極21にグランド電位を付与し第1の活性部S51が駆動して、インクが吐出される際には、個別電極21および第1の共通定電位電極22Kがともに第2の電位で、第2の活性部S52は電圧の非印加状態となる。よって、第2の活性部S52は、いずれの方向Z,X,Yにおいても伸縮しない、変形しない状態に戻ることになる。よって、第1の活性部S51が、圧力室14Aaの方向へ突出変形する際には、第2の活性部S52は、変形しない状態に戻る(これは、積層方向Zに収縮し積層方向Zと直交する二方向X,Yに伸張することと等価である)ので、第1の活性部S51の変形の影響が第2の活性部S52の変形によって打ち消されるようにして抑制され、圧力室列方向Xやそれに直交する方向Yにおいて隣となる圧力室14Aaにはほとんど及ばず、クロストークが抑制される。つまり、第1の活性部S51に対する電圧の印加・非印加との切替えによる第1の活性部S51(第1の部分)の変形が、圧力室14Aaの圧力室列方向Xにおける両側において隣接する圧力室14Aaに伝播するのを抑制するように、第2の活性部S52(第2の部分)に対する電圧の印加と非印加が切り替えられる。 When a ground potential is applied to the individual electrode 21 and the first active portion S51 is driven and ink is ejected, both the individual electrode 21 and the first common constant potential electrode 22K are at the second potential, The second active portion S52 is in a voltage non-application state. Therefore, the second active portion S52 returns to a state in which it does not expand and contract in any direction Z, X, Y. Therefore, when the first active portion S51 projects and deforms in the direction of the pressure chamber 14Aa, the second active portion S52 returns to a state where it does not deform (this contracts in the stacking direction Z and This is equivalent to extending in two orthogonal directions X and Y), so that the influence of the deformation of the first active part S51 is suppressed by the deformation of the second active part S52, and the pressure chamber row direction Crosstalk is suppressed almost without reaching the adjacent pressure chamber 14Aa in X or the direction Y orthogonal thereto. That is, the deformation of the first active portion S51 (first portion) due to the switching between the application and non-application of the voltage to the first active portion S51 is caused by the pressure adjacent to both sides in the pressure chamber row direction X of the pressure chamber 14Aa. Application or non-application of voltage to the second active part S52 (second part) is switched so as to suppress propagation to the chamber 14Aa.
その後、個別電極21を、第2の共通定電位電極23Kと同じ電位(正の電位)に戻すと、前述したように、第1の活性部S51は変形しない状態となり、第2の活性部S52は、圧力室14Aaから離れる方向に反るように変形するので、マニホールド14Da,14Eaから圧力室14Aa内にインクを吸い込むことになる。 Thereafter, when the individual electrode 21 is returned to the same potential (positive potential) as that of the second common constant potential electrode 23K, as described above, the first active portion S51 is not deformed, and the second active portion S52. Is deformed so as to warp away from the pressure chamber 14Aa, so that ink is sucked into the pressure chamber 14Aa from the manifolds 14Da and 14Ea.
このような第1及び第2の活性部S51,S52の変形により、インクの吐出動作が繰り返され、各吐出動作において、圧力室14Aaの容積変化を大きくして吐出効率を高めると共に、クロストークが抑制される。 Due to the deformation of the first and second active portions S51 and S52, the ink discharge operation is repeated. In each discharge operation, the volume change of the pressure chamber 14Aa is increased to increase the discharge efficiency, and the crosstalk occurs. It is suppressed.
この実施例の場合には、平面的に見て、圧力室14Aaの外部(桁部14Ab)に配置される個別電極21の接続端子部21aと第2の共通定電位電極23Kとで挟まれる部分(圧電材料層12a)も第1の活性部として機能するので、その部分が、インク吐出時に第1の活性部全体が変形するのを抑制する方向に作用するおそれがあるので、図68に示すように、第2の共通定電位電極23Kは、平面的に見て、個別電極21の接続端子部21aと重複する部位は開口23Kc(空所)となるように構成することもできる。これらの開口23Kcは第1の部分23Kaに形成される。 In the case of this embodiment, the portion sandwiched between the connection terminal portion 21a of the individual electrode 21 and the second common constant potential electrode 23K arranged outside the pressure chamber 14Aa (girder portion 14Ab) in plan view. Since the (piezoelectric material layer 12a) also functions as the first active portion, the portion may act in a direction that suppresses deformation of the entire first active portion when ink is ejected. As described above, the second common constant potential electrode 23K can also be configured such that the portion overlapping the connection terminal portion 21a of the individual electrode 21 becomes an opening 23Kc (vacant space) in plan view. These openings 23Kc are formed in the first portion 23Ka.
また、第2の共通定電位電極23Kの第2の部分23Kbは、圧力室列方向Xと直交する方向Yに設けているが、圧力室14Aaと重複する部分を有すればよく、例えば図11に示すように、圧力室列方向Xに対し傾斜する方向Vにそって第2の部分23Kb’を設けるようにしてもよい。(所定の方向)に直交する方向に対し傾斜して設けられているような場合には、その傾斜方向に対応する交差方向Vにおける一側に第3の活性部を設けたり、両側に第3及び第4の活性部を設けることができる。 Further, the second portion 23Kb of the second common constant potential electrode 23K is provided in the direction Y orthogonal to the pressure chamber row direction X. However, the second portion 23Kb only needs to have a portion overlapping with the pressure chamber 14Aa. As shown, the second portion 23Kb ′ may be provided along the direction V inclined with respect to the pressure chamber row direction X. In the case of being inclined with respect to a direction orthogonal to the (predetermined direction), a third active part is provided on one side in the intersecting direction V corresponding to the inclined direction, or third on both sides. And a fourth active portion can be provided.
前記実施の形態は、液滴吐出装置がインクジェット式の記録装置である場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、着色液を微小液滴として塗布、あるいは導電液を吐出して配線パターンを形成するなどする他の液滴吐出装置などにも適用することができる。 In the above embodiment, the case where the droplet discharge device is an ink jet type recording device has been described. However, the present invention is not limited to this, and a colored liquid is applied as fine droplets or a conductive liquid is discharged. The present invention can also be applied to other droplet discharge devices that form wiring patterns.
また、記録媒体として記録用紙だけでなく、樹脂、布など各種のものを、また吐出する液体としてインクだけでなく、着色液、機能液など各種のものを適用することができる。 Further, not only recording paper but also various materials such as resin and cloth can be used as the recording medium, and not only ink but also various materials such as colored liquid and functional liquid can be applied as the liquid to be ejected.
S11,S12,S13 第1の活性部
S21,S22 第2の活性部
1 インクジェットプリンタ
3 インクジェットヘッド
12 圧電アクチュエータ
12a〜12c 圧電材料層
14Aa 圧力室
14Ab 桁部
21 個別電極
22,22A,22B 第1の定電位電極
23 第2の定電位電極
24 スルーホール
S11, S12, S13 1st active part S21, S22 2nd active part 1 Inkjet printer 3 Inkjet head 12 Piezoelectric actuator 12a-12c Piezoelectric material layer 14Aa Pressure chamber 14Ab Digit part 21 Individual electrode 22, 22A, 22B First Constant potential electrode 23 Second constant potential electrode 24 Through hole
Claims (16)
前記圧電アクチュエータに電圧を印加する電圧印加手段と
を備えた液滴吐出装置であって、
前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部分に対応する第1の活性部と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第2の活性部とを備え、
前記第1の活性部及び前記第2の活性部は、それぞれ、前記電圧印加手段により電圧を印加された場合に、前記圧力室に向かう第1の方向に伸張するとともにその第1の方向と直交する第2の方向に収縮する変形状態となるように構成され、
前記電圧印加手段は、前記第1の活性部に電圧を印加するときは前記第2の活性部に電圧を印加しない一方、前記第1の活性部に電圧を印加しないときは前記第2の活性部に電圧を印加するものであることを特徴とする液滴吐出装置。 A droplet discharge head in which a piezoelectric actuator for selectively discharging a liquid in each pressure chamber is bonded to a cavity unit in which a plurality of pressure chambers are regularly formed;
A liquid droplet ejection apparatus comprising a voltage application means for applying a voltage to the piezoelectric actuator,
The piezoelectric actuator includes a first active portion corresponding to a central portion of the pressure chamber, and a second active portion corresponding to a portion on the outer peripheral side of the central portion of the pressure chamber,
Each of the first active portion and the second active portion expands in a first direction toward the pressure chamber and is orthogonal to the first direction when a voltage is applied by the voltage applying means. Configured to be in a deformed state that contracts in the second direction,
The voltage applying means does not apply a voltage to the second active part when a voltage is applied to the first active part, while the second active part does not apply a voltage to the first active part. A liquid droplet ejection apparatus for applying a voltage to a portion.
前記第2の活性部は、前記個別電極と、前記第2の電位が付与される第2の定電位電極との間に挟まれた圧電材料を含んで構成される
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の液滴吐出装置。 The first active portion is sandwiched between an individual electrode to which a first potential and a second potential different from the first potential are selectively applied, and a first constant potential electrode to which the first potential is applied. A piezoelectric material comprising
The second active portion includes a piezoelectric material sandwiched between the individual electrode and a second constant potential electrode to which the second potential is applied. The droplet discharge device according to 1 or 2.
前記第1の定電位電極は、前記第1の活性部に対応する領域を占めるように形成され、
前記第2の定電位電極は、少なくとも前記第2の活性部に対応する領域を占めるように形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の液滴吐出装置。 The individual electrode is formed so as to occupy both the region corresponding to the first active portion and the region corresponding to the second active portion,
The first constant potential electrode is formed to occupy a region corresponding to the first active portion,
The liquid droplet ejection apparatus according to claim 1, wherein the second constant potential electrode is formed so as to occupy at least a region corresponding to the second active portion.
前記第2の活性部は、前記個別電極に前記第1の電位が付与され前記第2の定電位電極に前記第2の電位が付与されたときに印加される電圧の方向と同じ方向に分極されていることを特徴とする請求項3又は4に記載の液滴吐出装置。 The first active part is polarized in the same direction as a voltage applied when the second potential is applied to the individual electrode and the first potential is applied to the first constant potential electrode. Has been
The second active part is polarized in the same direction as the voltage applied when the first potential is applied to the individual electrode and the second potential is applied to the second constant potential electrode. The liquid droplet ejection apparatus according to claim 3, wherein the liquid droplet ejection apparatus is provided.
この圧電材料層の一方の面側に前記個別電極を形成し、他方の面側に前記第1の定電位電極と前記第2の定電位電極を形成することで、前記第1の活性部と前記第2の活性部を
同一の圧電材料層に形成することを特徴とする請求項7に記載の液滴吐出装置。 The piezoelectric actuator has at least one piezoelectric material layer,
By forming the individual electrode on one surface side of the piezoelectric material layer and forming the first constant potential electrode and the second constant potential electrode on the other surface side, the first active portion and 8. The droplet discharge device according to claim 7, wherein the second active portion is formed in the same piezoelectric material layer.
前記第2の定電位電極は、2つの前記圧力室の一方の側にのみ形成されていることを特徴とする請求項7に記載の液滴吐出装置。 The first constant potential electrode is formed so as to be in a row with two adjacent pressure chambers,
The liquid droplet ejection apparatus according to claim 7, wherein the second constant potential electrode is formed only on one side of the two pressure chambers.
前記第1の定電位電極又は前記第2の定電位電極が、前記複数の圧電材料層の前記圧力室と最も離れて位置する最離間層の前記圧力室とは反対側の面である最離間面上に形成され、
前記個別電極は、前記各圧電材料層のいずれかの面であって、且つ前記最離間面とは異なる面上に形成され、
前記最離間面の前記圧力室の外周縁よりも外側の領域に、前記個別電極への入力端子となる表面電極が形成され、
前記個別電極は、前記圧電材料層を貫通するスルーホールを通じて前記表面電極と導通していることを特徴とする請求項3〜5のいずれかに記載の液滴吐出装置。 The piezoelectric actuator has a plurality of piezoelectric material layers,
The first constant potential electrode or the second constant potential electrode is the farthest distance that is the surface of the plurality of piezoelectric material layers that is farthest from the pressure chamber and that is the surface opposite to the pressure chamber. Formed on the surface,
The individual electrode is formed on any surface of the piezoelectric material layers and on a surface different from the most distant surface,
A surface electrode serving as an input terminal to the individual electrode is formed in a region outside the outer peripheral edge of the pressure chamber of the most spaced surface,
6. The droplet discharge device according to claim 3, wherein the individual electrode is electrically connected to the surface electrode through a through hole penetrating the piezoelectric material layer.
前記表面電極は、隣接する前記圧力室との間の領域に形成されていることを特徴とする請求項13に記載の液滴吐出装置。 The second active portion is formed in a layer other than the most spaced layer of the plurality of piezoelectric material layers,
14. The liquid droplet ejection apparatus according to claim 13, wherein the surface electrode is formed in a region between the adjacent pressure chambers.
前記圧電アクチュエータに印加する電圧印加手段と
を備えた液滴吐出装置であって、
前記圧電アクチュエータは、前記圧力室の中央部分に対応して位置する第1の部分と、前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応して位置する第2の部分とを備え、
前記電圧印加手段は、前記圧力室の容積を変化させるために前記第1の部分に対する電圧の印加と非印加を切り替えるとともに、この切り替えによる前記第1の部分の変形が隣接する前記圧力室に伝播するのを抑制するように、前記第2の部分に対する電圧の印加と非印加を切り替えるもので、前記第1の部分に電圧を印加するときは前記第2の部分に電圧を印加しない一方、前記第1の部分に電圧を印加しないときは前記第2の部分に電圧を印加するものであることを特徴とする液滴吐出装置。 A droplet discharge head in which a piezoelectric actuator for selectively discharging a liquid in each pressure chamber is joined to a cavity unit in which a plurality of pressure chambers are regularly formed;
A droplet discharge device comprising a voltage applying means for applying to the piezoelectric actuator,
The piezoelectric actuator includes a first portion located corresponding to a central portion of the pressure chamber, and a second portion located corresponding to a portion on the outer peripheral side of the central portion of the pressure chamber,
The voltage application means switches between application and non-application of voltage to the first portion in order to change the volume of the pressure chamber, and the deformation of the first portion due to this change propagates to the adjacent pressure chamber. In order to suppress this, the application of the voltage to the second part is switched between non-application, and when the voltage is applied to the first part, the voltage is not applied to the second part, A droplet discharge apparatus, wherein a voltage is applied to the second portion when no voltage is applied to the first portion .
前記圧電アクチュエータは、
前記圧力室の中央部分に対応する第1の活性部と、
前記圧力室の前記中央部分よりも外周側の部分に対応する第2の活性部と、
前記第1の活性部に対応する領域と前記第2の活性部に対応する領域に跨ってこれらの領域をともに占めるように形成され第1の電位及びそれと異なる第2の電位が選択的に付与される個別電極と、
前記第1の活性部に対応する領域を占めるように形成され前記第1の電位が付与される第1の定電位電極と、
少なくとも前記第2の活性部に対応する領域を占めるように形成され前記第1の電位と異なる第2の電位が付与される第2の定電位電極とを有することを特徴とする液滴吐出ヘッド。 A droplet discharge head in which a piezoelectric actuator for selectively discharging liquid in each pressure chamber is joined to a cavity unit in which a plurality of pressure chambers are regularly formed,
The piezoelectric actuator is
A first active portion corresponding to a central portion of the pressure chamber;
A second active portion corresponding to a portion on the outer peripheral side of the central portion of the pressure chamber;
A first potential and a second potential different from the first potential are selectively applied across the region corresponding to the first active portion and the region corresponding to the second active portion. Individual electrodes to be
A first constant potential electrode formed to occupy a region corresponding to the first active portion and to which the first potential is applied;
A droplet discharge head comprising: a second constant potential electrode formed to occupy at least a region corresponding to the second active portion and to which a second potential different from the first potential is applied. .
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